Summary: In recent years, there has been more focus on measures that can reduce energy consumption in buildings and there is an increased use of solid wood in construction projects. Lower energy requirements in new and existing buildings are a necessity and a goal for several nations and also for Norway. Ventilation is usually controlled at constant air volumes in homes and usually at a relatively high level, which is often increased when, for example, showering and cooking. Air volumes are often the same when people are in the home as when they are away, and there are equal air volumes during the day and at night. High ventilation results in unnecessary energy consumption. There is thus energy saving potential by regulating and controlling ventilation according to the moisture level in the wood and the air. In addition, there is a warming effect when water vapor is absorbed by the wood when, for example, showering. The surface temperature of the solid wood increases when vapor condenses; this contribution can reduce the heat requirement in the bathroom by requiring a lower setpoint temperature for the heating system while achieving the same thermal comfort. Previous studies have mainly investigated and assessed the hygroscopic properties of exposed wood in test houses or under controlled conditions in test labs. In this thesis, measurements and simulations of an occupied apartment in a solid wood building on Furuset in Oslo in the spring of 2019 were carried out. A family of four people live in the apartment. Ulsholtveien 31 was built in 2017 according to passive house criteria in NS 3700. The aim of the thesis was to investigate the energy saving potential of the exposed solid wood surfaces in the apartment and at the same time assess the thermal indoor environment in the apartment. WUFI Plus has been used as a simulation program, and a model of the apartment has been built in SketchUp and imported into the program. A simulation similar to the current function of the decentralized ventilation solution has been carried out, and a simulation with moisture-controlled ventilation with humidification/dehumidification has also been carried out in order to then compare the annual simulation results and energy saving potential. Measurements have been made in the period 30.04.19 – 02.06.19, and data has been logged for air humidity, air temperature, moisture in wood and temperature in wood. The results of the measurements have then been analyzed and calculations have been performed to assess the latent heat effect in the bathroom. The results of the calculations of the measurements indicate a theoretical energy saving of 300 kWh/ per year for the bathroom by using exposed solid wood surfaces instead of a surface without hygroscopic properties for latent heat. The results of the simulations show a potential saving of 82.9 kWh/ per year by using humidity-controlled ventilation with humidification/dehumidification for the entire apartment instead of using humidity-controlled ventilation with dehumidification only in the bathroom.
Norsk sammendrag: I de senere år er det blitt mer fokus på tiltak som kan redusere energiforbruk i bygninger og det er en økt bruk av massivtre i byggeprosjekter. Lavere energibehov i nye og eksisterende bygninger er en nødvendighet og en målsetning for flere nasjoner og også for Norge. Ventilasjon styres vanligvis på konstante luftmengder i boliger og vanligvis på et forholdsvis høyt nivå, som ofte økes ved for eksempel dusjing og matlaging. Luftmengdene er ofte like store når det er folk i boligen som når de er borte, og det er like luftmengder om dagen og om natten. Høy ventilering gir unødvendig energiforbruk. Det er dermed et energisparepotensial ved å regulere og styre ventilasjonen etter fuktnivået i treet og luften. I tillegg er det en varmende effekt når vanndamp tas opp av treet ved for eksempel dusjing. Overflatetemperaturen på massivtreet øker når damp kondenserer, dette bidraget kan redusere varmebehovet på badet ved at det kreves lavere settpunkt temperatur for oppvarmingsanlegget og samtidig oppnå samme termiske komfort. Det er tidligere utført studier som i hovedsak undersøker og vurderer de hygroskopiske egenskapene til eksponert tre i testhus eller under kontrollerte former i testlab. I denne oppgaven er det utført målinger og simuleringer av en bebodd leilighet i et bygg i massivtre på Furuset i Oslo våren 2019. I leiligheten bor en familie på fire personer. Ulsholtveien 31 er bygget i 2017 etter passivhuskriterier i NS 3700. Målet i oppgaven var å undersøke hvilken energisparepotensial det var for de eksponerte massivtreoverflatene i leiligheten og samtidig vurdere det termiske innemiljøet i leiligheten. WUFI Plus er benyttet som simuleringsprogram, og det er bygget opp en modell i SketchUp av leiligheten som er importert inn i programmet. Det er uført simulering lik dagens funksjon av den desentraliserte ventilasjonsløsningen, og også utført en simulering med fuktstyrt ventilasjon med befukting/ avfukting for deretter å sammenligne årssimuleringsresultatene og energisparepotensial. Det er foretatt målinger i perioden 30.04.19 – 02.06.19, og det er logget data for luftfuktighet, lufttemperatur, fukt i tre og temperatur i tre. Resultatene av målingene er deretter analysert og det er utført beregninger for å vurdere latent varmeeffekt på badet. Resultatene av beregningene av målingene viser til en teoretisk energibesparelse på 300 kWh/ pr. år for badet ved å benytte eksponert overflate av massivtre i stedet for en overflate uten hygroskopiske egenskaper for latent varme. Resultatene av simuleringene viser en potensiell besparelse på 82,9 kWh/ pr. år ved å benytte fuktstyrt ventilasjon med befukting/ avfukting for hele leiligheten i stedet for å benytte fuktstyrt ventilasjon med avfukting kun på bad.
Research project: : EnerTre (Energiforbruk i bygg – betydningen av tre).
Supervisor(s): Dimitrios KRANITOIS (OsloMet).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen AS (Ida Bryn); Treteknisk Institutt (Javad Darvishi); Max Sievert AS (Peter Englundh); Lavenergisystemer AS (Reidar Pettersen); Betanien Oslo (Heidi Koch Drønen).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8625

Summary: Radiant heat as a heating solution in bathrooms is not a new solution, such radiant heaters have been used for a long time. The purpose of using a radiant heater is to provide quick and efficient heat sensation directly on to the person, without the need for high cost and demanding installation or unnecessary heating of air currents. The challenge around a heat source that emits heat radiation to a person, is that one can experience a discomfort at a temperature difference between the head and the ankle or each side of the body. This asymmetric problem is a big challenge when the heat is released from a point and does not heat the air. The radiant heat heats the surfaces that are irradiated by the radiation where these surfaces give warmth to the surroundings so that the air temperature is raised. This is one of the reasons why radiant heat is most often used in buildings with large air volumes where heating of the air will be very energy demanding and little efficient. In order to see if a heating solution with radiant heat in bathrooms will be a solution the users feel a comfortable level off, it was made a model in the CFD-program STAR-CCM+ of the bathroom at the hospital Østfold Kalnes (SØK). Here, necessary physics models, network models and input parameters were chosen in order to reproduce a real approach to the problem. During the process of the program, problems arose with the program’s geometry drawing, which stole much of the time. This meant that simplifications had to be taken, as well as the exclusion of some physics models that would have had an effect on the temperamental comfort level. The results of the simulations can therefore have a different outcome with a more accurate and detailed structure. Based on the models that were chosen, the resultant gives a good indication of how one can expect that a radiant heater will affect a person staying in the bathroom. The results from the simulations are set against the requirements of ISO, CEN and ASHRAE for a high thermal level according to the categorization from NS-EN 15251. The various simulations were taken with which factors would affect the thermal comfort level the most. It was simulated with changed effect on the radiant heater, different thermal resistance in garments, different surface temperatures on walls and various airflows into the bathroom. Finally, an overall simulation was carried out with the combination of the factors used in the previous simulations, with background in which input values were challenging for the radiant heater to satisfy requirements for. The results showed that lower surface temperatures on walls gave the greatest impact in the neg- ative direction for thermal comfort, especially for temperature differences and radiation asymmetry. If the effect on the radiant heat is increased, it is easier to satisfy the operative temperature, but the temperature difference and the radiation asymmetry increased in accordance with the effect increase. The simulation data showed that this could be limited by increased airflow and proper thermal resistance on the body. It is nevertheless difficult to satisfy the given requirements with the measures simulated in this report, but the results indicate that the measures help at the thermal level and that with further work measures that have a greater impact on the thermal balance can be uncovered.
Norsk sammendrag: Strålevarme som oppvarmingsløsning på bad er ingen ny løsning, og er blitt brukt i lang tid. Hensikten med å ta i bruk en strålevarmer er å gi en rask og effektiv varmefølelse direkte på per- sonen, uten at det er behov for høytpriset og krevende installasjon eller unødvendig oppvarming av luftstrømmer. Utfordringene rundt en varmekilde som avgir varmestråling målrettet mot en person, er at man kan oppleve et ubehag ved en temperaturdifferanse mellom hode og ankel eller hver side av kroppen. Dette asymmetriske problemet er en stor utfordring når varmen kun blir avgitt fra et punkt og ikke varmer opp luften i oppholdssonen. Strålevarmen varmer opp overfla- tene som blir bestrålt hvor disse overflatene avgir varme til omgivelsene slik at lufttemperaturen heves. Dette er en av grunnen til at strålevarme brukes i bygninger med stort luftvolum hvor oppvarming av luften vil være svært energikrevende og lite effektivt. For å se om strålevarme på bad vil være en løsning brukerene føler et komfortabelt nivå av, ble det i oppgaven laget en modell i CFD-pogrammet STAR-CCM+ av baderommet på sykehuset Østfold Kalnes (SØK). Her ble nødvendige fysikk-modeller, nettverks-modeller og inputparameter valgt for å kunne gjengi en reel tilnærming av problemstillingen. Underveis i prosessen oppstod det problemer med blant annet programmets geometritegning som stjal mye av tiden. Dette førte til at forenklinger måtte tas, samt utelukkelse av enkelte fysikk-modeller som vil hatt en påvirkning på det termisk komfortnivået. Resultatene fra simuleringene vil derfor kunne få et annet utfall ved en mer nøyaktig og detaljert oppbygging. Med utgangspunkt i modellene som ble valgt, gir resultanten en god indikasjon på hvordan en strålevarmer vil påvirke en person som oppholder seg på baderommet. Resultatene fra simule- ringene er satt opp mot kravene fra ISO, CEN og ASHRAE for et høyt termisk nivå i henhold til kategoriseringen i NS-EN 15251. Simuleringene har bagrunn i faktorer som vil påvirke det termiske komfortnivået. Det ble simulert med endret effekt på strålevarmeren, ulik termisk resistans i klesplagg, ulik overflatetemperatur på vegger og ulike luftmengder inn på badet. Til slutt ble det gjennomført en samlet simulering med kombinasjon av faktorene som ble brukt i de tidligere simuleringene, for å se resultatet av flere utfordringer samtidig. Resultatene viste at lavere overflatetemperaturer på vegger ga størst utslag i negativ retning for termisk komfort, og da spesielt for temperaturdifferanser og strålingsasymmetri. Økes effekten på strålevarmen, er det lettere å tilfredstille den operative temperaturen, men temperaturdifferansen og strålingsasymmetrien økte i samsvar med effektøkningen. Simuleringsdataen viste at dette kunne begrensens ved økte luftmengder og riktig termisk resistans på kroppen. Det er likevell vanskelig å tilfredstille de gitte kravene med tiltakene simulert i denne rapporten, men resultatene indikerer at tiltakene hjelper på det termiske nivået og at det med videre arbeid vil kunne avdekkes tiltak som har større innvirkning på den termiske balansen.
Supervisor(s): Ole MELHUS (OsloMet).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen AS (Olav Sveinall, Ida Bryn).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8627

Summary: Glass roofs are widely used in connection with communication areas to provide good access to daylight and solar heat, as well as to reduce the need for indoor lighting. Expe- rience shows challenges with draft and overheating, especially in older buildings. Today’s practice takes insufficient consideration of the pressure conditions in the building when designing for air conditioning for such buildings. Pressure ratio in buildings is caused by the relationship between openings in the climate screen and the difference between indoor and outdoor temperatures. The pres- sure difference vertically in the building will increase with decreasing outdoor tempera- ture. Openings at the top of the building will cause a negative pressure and, conversely, openings at the bottom of the building will give an overpressure. As a result of the chimney effect, the temperature in tall glasshouses will not be homogeneous. Due to thermal buoyancy and large heat addition from the sun, the temperature at the top of the building can be very high. The results shows how openings in the climate screen and the difference between indoor and outdoor temperature affects the pressure ratio in the building. An underpressure in the building, at closed doors and without the influence of mechanical ventilation, indica- tes air leaks at the top of the building. The air leaks will cause increased draft problems through entrances on the ground floor and other areas in the building where there is large underpressure. Sealing of air leaks in the roof will therefore be the most important measures to reduce drafts. Simulation in IDA ICE shows how sunscreen and window ventilation can reduce over- heating caused by high heat input from the sun and thermal buoyancy. Different types of sunscreens will have different effects, and must therefore be carefully considered on the basis of needs. In the case of a large heat supplement through the glass roof, external sun protection will give the greatest effect. Window ventilation, in contrast to sunscreen, will affect the pressure ratio and thus also the air flows in the building. When using a glass roof, especially in old tall buildings, the measures tested in the task will be very relevant. A need for implementing the influence of pressure conditions in the air conditioning of glassbuildins is shown in the assignment.
Norsk sammendrag: Glasstak er mye benyttet i forbindelse med kommunikasjonsarealer for å gi god tilgang på dagslys og solvarme, i tillegg til å redusere behovet for kunstig belysning. Erfaring vi- ser utfordringer med trekk og overoppheting, i spesielt eldre bygg. Dagens praksis tar lite hensyn til trykkforholdene i bygget når det skal dimensjoneres for klimatiseringsløsninger for slike bygg. Trykkforholdet i bygninger er forårsaket av forholdet mellom åpninger i klimaskjermen og differansen mellom inne- og utetemperatur. Trykkdifferansen vertikalt i bygget vil øke med synkende utetemperatur. åpninger øverst i bygget vil forårsake et undertrykk, og motsatt vil åpninger nederst i bygget gi et overtrykk. Som følge av skorsteinseffekten vil ikke temperaturen i høye glassgårder være homogen. Grunnet termisk oppdrift og stort varmetilskudd fra sola kan temperaturen øverst i bygget bli svært høy. Oppgavens resultat viser hvordan åpninger i klimaskjermen og differansen mellom inne- og utetemperatur påvirker trykkforholdet i bygget. Et undertrykk i bygget, ved lukkede dører og uten påvirkning fra ventilasjon, indikerer luftlekkasjer øverst i byg- get. Luftlekkasjene vil gi økt trekkproblematikk gjennom innganger i 1. etasje og andre områder i bygget hvor det er stort undertrykk. Tetting av luftlekkasjer i tak vil derfor være viktigste tiltak for å redusere trekk. Simulering i IDA ICE viser hvordan solskjerming og vinduslufting kan redusere over- oppheting forårsaket av høyt varmetilskudd fra sola og termisk oppdrift. Ulike typer solskjermingløsninger vil ha ulik effekt, og må derfor vurderes nøye ut fra behov. Ved stort varmetilskudd gjennom glasstaket vil utvendig solskjerming gi størst effekt. Vin- duslufting vil, i motsetning til solskjerming, påvirke trykkforholdet og dermed også luftstrømmene i bygget. Om våren vil vinduslufting være hensiktsmessig ved stort varme- tilskudd fra sola, men gi fare for trekk ved lave utetemperaturer. Om sommeren vil vin- duslufting være hensiktsmessig ved stort varmetilskudd fra sola, men vil gi negativ effekt dersom utetemperaturen er høyere enn innetemperaturer. Ved bruk av glasstak, spesielt i gamle høye bygg, vil tiltakene som testet i oppgaven være svært relevante. Et behov for å implementere påvirkning av trykkforhold ved klimatisering av glassgårder vises i oppgaven.
Supervisor(s): Ida BRYN (OsloMet, Multiconsult).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen; Thon Gruppen; Airtight AS.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8630

Summary: With an increasing need for renewable energy sources, it is important that energy produced is estimated as accurately as possible. As every investment is made on the basis of profitability, it is important that engineers find both good technological solutions, but also economically feasible systems. This task examines life cycle costs for various stand-alone energy systems focusing on profitability around hybrid configurations. A off- grid photovoltaic plant was installed at an orphanage in Zimbabwe the fall of 2018. The system and measurements performed, formed the basis of comparison for the simulations performed. Based on available energy resources, biogas was chosen as the secondary energy source. The biogas plant produces electricity through an anaerobic decomposition where methane gas is formed and supplied to a gas turbine.. The HOMER simulation tool calculates the optimal system configurations with associated energy and life cycle cost. In the analysis it is first studied whether the installed facility in Zimbabwe is optimal. Furthermore, optimizing simulations are made for the PV plant. For the biogas plant, the outcome is studied by using only biogas for electrical production. Finally, a hybrid plant is analyzed of which electricity is produced from both the PV and the biogas plant. Impact factors for the solar energy system such as module losses, angles, horizon, orientation and meteorological data are obtained from literature study and implemented in the simulation model. Similarly, the amount of fertilizer, methane content and energy potential for the biogas plant is analyzed. For both plants, a cost study was carried out to use realistic input values for the economic analysis. The task revealed that the installed solar power plant in Zimbabwe is oversized. On the basis of a low load, PV modules with smaller capacity can be installed. The system will thus achieve a lower life cycle cost and reduced expenses. For the biogas plant, the investment and operating costs are so large that in this context, it will not be profitable for the production of electricity. For the same reason, the hybrid energy system will therefore be very expensive to use only a photovoltaic system.
Norsk sammendrag: Med et økende behov for fornybare energikilder, er det viktig at den produserte energien er estimert så nøyaktig som mulig. Ettersom enhver investering gjøres på bakgrunn av lønnsomhet er det viktig at ingeniører både finner gode teknologiske løsninger, men også økonomisk gjennomførbare systemer. Denne oppgaven undersøker livssykluskostnader for ulike frittstående energisystemer. Et frittstående solcelleanlegg ble installert på et barnehjem i Zimbabwe høsten 2018. Systemet og målingene som ble utført dannet sammenligningsgrunnlaget for de utførte simuleringene. På bakgrunn av tilgjengelig energiressurs ble biogass valgt som den sekundære energikilden. Biogassanlegget produserer elektrisitet gjennom en anaerob nedbryting der metangass dannes og tilføres en gassturbin. Simuleringsverktøyet HOMER beregner de optimale systemkonfigurasjonene med tilhørende energi- og livssykluskostnad. I analysen er det først studert hvorvidt det installerte anlegget i Zimbabwe er optimalt. Videre gjøres det optimaliserende simuleringer for PV- anlegget. For biogassanlegget studeres utfallet ved å kun benytte biogass for elektrisk produksjon. Avslutningsvis analyseres et hybrid anlegg hvorav elektrisitet blir produsert fra både PV- og biogassanlegget. Påvirkningsfaktorer for solenergisystemet som modultap, vinkler, horisont, orientering og meteorologiske data innhentes fra litteraturstudie og implementeres i simuleringsmodellen. På samme måte analyseres mengde gjødsel, metaninnhold og energipotensial for biogassanlegget. Tilsvarende for begge anleggene er en kostnadsstudie utført forå benytte realistiske inngangsverdier for den økonomiske analysen. Oppgaven avdekket at det installerte solcelleanlegget i Zimbabwe er overdimensjonert. På bakgrunn av en lav last kan det installeres PV- moduler med mindre kapasitet. Systemet vil dermed oppnå en lavere livssykluskostnad og reduserte utgifter. For biogassanlegget er investering- og driftskostnadene så store at det i denne sammenheng ikke vil være lønnsomt for produksjon av elektrisitet. Av samme grunn vil derfor det hybride energisystemet være svært kostbart sammenlignet med å kun benytte et solcelleanlegg.
Supervisor(s): Ole MELHUS (OsloMet).
Acknowledgements: Ingeniører Uten Grenser (Helene Svendsen); Midlands Children Hope Project (Lene Tollefsen Rodegård).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8629

Summary: The weather is getting warmer and the tendency lies in the continued warming of the climate. This leads to an increase in temperature both inside and outside. Together with the climate getting warmer, houses are becoming increasingly denser in the buil- ding body. This densification and temperature increase mean that cooling in homes is increasingly in demand. Even though the number of days needed for cooling is few. A consequence of the fact that oil heating will be banned for heating homes from 2020, 4 energy wells were installed in the case building in 2012. In the report, the effect of coo- ling with cold water in existing radiator circuits is investigated, by utilizing the energy stored in the energy wells. In the summer of 2018, measurements were made of indoor climate parameters (air temperature, operating temperature, relative humidity, etc.). The measurements taken in two rooms in the case building that the report uses as a basis. The rooms used were a bedroom and a caretaker’s office, but where the cooling unit of the rooms was different. The bedroom had a cast iron radiator, and the office had installed a fan convecto. The report addresses the condensation problem by cooling this way. The cold surface that will occur by circulating cold water in either radiator or fan convector will cool the air around it. The air that is in direct contact with the cooling surface may condense on the surface. Although the rooms had different orientations, usage patterns, cooling units and cooling needs, it becomes clear which cooling unit will be the best to use for cooling. Simulations indicate that when using a fan convector, the cooling effect will be much better than when using a radiator. When using fan convectors, the return temperature of the water to be cooled can be higher than for the radiator. The effect falls slightly, but the amount of condensation will be less. The advantage of the fan coil is that they have either run-off pipes or a small “storage” room where the condensation can be collected.
Norsk sammendrag: Været blir stadig varmere og tendensen ligger an til en fortsatt oppvarming av klimaet. Dette fører til en økning i temperaturen både ute og inne. Sammen med at klimaet blir varmere så blir hus også stadig tettere i klimaskallet. Denne fortetningen og temperatur økningen fører til at kjøling i boliger blir stadig mer etterspurt. Dette til tross for at antall dager det trenges kjøling er få. Som en konsekvens av at oljefyr vil blir forbudt til oppvarming av boliger fra 2020, ble det i case-bygningen i 2012 installert 4 energibrønner. I rapporten blir det undersøk effekten av å kjøle med kaldtvann i eksisterende radiatorkretser, ved å utnytte energien lagret i energibrønnene. Sommeren 2018 ble det gjennomført målinger av inneklimaparametere (eksempelvis luft- temperatur, operativ temperatur, relativ fuktighet etc.). Målingene ble gjennomfør i to rom i case-bygningen som oppgaven bruker som grunnlag. Rommene som ble brukt var et soverom og et vaktmesterkontor, der kjøleenheten til rommene var forskjellige. Soverom- met hadde en radiator av støpejern, men kontoret hadde fått installert en viftekonvektor. Rapporten kommer inn på kondensproblematikken ved å kjøle på denne måten. Den kalde overflate som vil oppstå ved å sirkulere kaldtvann i enten radiator eller viftekon- vektor vil kjøle ned luften rundt seg. Luften som er i direkte kontakt med kjøleoverflaten vil kunne kondenser på overflaten. Selv om rommene hadde forskjellige orienteringer, bruksmønster, kjøleenhet og kjølebehov, blir det tydelig hvilken kjøleenhet som vil lønne seg å kjøle med. Simuleringer som ble gjennomført viser til at ved bruk av viftekonvektor vil kjøleeffekten være mye bedre enn ved bruk at radiator. Ved bruk av viftekonvektorer kan turtempe- raturen på vannet som skal kjøles med være høyere enn ved radiatoren. Effekten faller litt, men mengde kondens vil bli mindre. Fordelen med viftekonvektor er at de har enten avrenningsrør eller en kum som fører bort/samler opp kondens.
Supervisor(s): Tor Arvid VIK (OsloMet).
Acknowledgements: Nordisk Energikontroll (Tor Sveine).

Summary: There is a growing demand for systems with combined heating- and cooling func- tion in buildings. The demand is a result of rising temperatures combined with new regulations by Norwegian law, prohibiting oil fuelled heating systems. The demand applies mainly to older residential buildings with waterborne heating, without cooling or mechanical ventilation. This project will encompass the initial examinations of the cooling capacity for one possible solution, assuming to only use already installed liquid water heat pump and existing boreholes. The solution is based on ordinary free cooling from borehole water, the only dif- ference is using the already existing heating system (instead of a separate cooling circuit). To avoid condensation, the flow temperature is controlled by the dew point temperature from the outside environment. This value has a safety margin of 2 K above the dew point. To investigate the needed cooling capacity, a case structure was simulated using the software tool IDA-ICE. The case structure applied was an exact copy of a building in the centre of Oslo. Other parameters collected were sensitivity analysis for inaccurate parameters, such as open window ventilation, sun screening, air, internal heat source and variation of the safety margin. The investigation had a purpose of finding the cooling capacity, with regards to the cooling effect required in the case building. The result showed the solution covered 74 % of the required effect. All the investigated parameters in the sensitivity ana- lysis, had an impact on the required cooling effect, also the cooling capacity. Air replacement were affected by both the amount of air and window ventilation. The best coverage for the cooling capacity was found when using window ventilation, where the coverage was 84%. Another result is that the cooling capacity decrease by 11-13% by increasing the safety margin of 2 K. The investigations conclude with the fact that there is an uncertainty regarding the results, in form of va- lues from simulations. It is difficult to decide if these values are realistic, though they give us an indication on the expected cooling capacity as a percentage of the cooling effect needed for the case structure.
Norsk sammendrag: I kombinasjon av økende temperaturer og lovgivningen for forbud mot oljefyring i Norge øker forespørselen av kombinerte varme- og kjøleanlegg ved ombyggning av energisentraler i bygninger. Bygningene dette gjelder er primært eldre boligbygg med et vannbårent varmeanlegg uten kjøling eller mekanisk ventilasjon. Denne oppgaven gjør en innledende undersøkelse av kjøleytelsen til ´en mulig løsning for kjøling i disse boligbyggene. Det forutsettes at bygningene benytter væske-vann varmepumpe med tilhørende borehull. Kjøleøsningen baserer seg på ordinær frikjøling fra borehull. Forskjellen er at kjøling kjøres via det eksisternede varmeanlegget i stede for i egen kjølekrets. For å hindre fare for kondensutfelling styres turtemperaturen på kjølingen etter dynamisk duggpunkttemperatur ute, med en tillagt sikkerhetsmargin på 2 K over duggpunktet. For undersøkelse av kjøleytelsen til kjøleløsningnen i forhold til kjøleeffektbehovet er det blitt benyttet simuleringsverktøyet IDA-ICE. Det ble brukt en case-bygning i simuleringene, der case-bygningen er en reell bygning i Oslo sentrum. Det ble også gjennomført en lokale sensitvitetsanlyser for usikre parametre. Parametre undersøkt i oppgaven er endringer av vinduslufting, solskjerming, luftmengder, interne varmetilskudd og endring av sikkerhetsmarginen. Det ble sett på hvor stor andel kjøleytelsen til kjøleløsningen kunne dekke i forhold til kjøleeffektbehovet til case-bygningen. Resultatene viste av kjøleløsningen dek- ker 74 % av behovet ved dimensjonerende forhold. Alle undersøkte parametre ved sensitivitetsanalysen viste innvirkning på både kjøleeffektbehovet og kjøleytelsen til løsningen. Der sees det at mengden luftskifte, som påvirkes av både luftmeng- de og vinduslufting, gir store utslag. Den høyeste dekningsgraden for kjøleytelsen ble funnet ved benyttelse av vinduslufting, der dekningsgraden var 84 %. Det ble også funnet at kjøleytelsen synker med 11-13 % ved en økning av sikkerhetsmar- ginen på 2 K. Det konkluderes videre med at det forligger usikkerhet om gjen- nomførte simuleringer gir realistiske verdier for den gitte case-bygningen. Likevel kan resultatene gi en indikasjon på forventet kjøleytelse som prosentandel av det dimensjonerende kjøleeffektbehovet til bygningen.
Supervisor(s): Tor Arvid VIK (OsloMet).
Acknowledgements: Nordisk Energikontroll (Tor Sveine); OsloMet (Marius Lysebo, Peter Schild, Habtamu Madessa).

Summary: The purpose of this thesis is to examine the potential and further development of a photovoltaic system in an orphanage located in the town of Gweru in Zimbabwe. The orphanage is run by the organization Midlands Children Hope Project and is the home to 15 former street boys. The power grid in Gweru is unstable and they experience countless power outages, leaving the people with more time without power than with. A requirement from the Zimbabwean authorities is that orphan- ages must have hot water and electricity. As a result of both of these factors, MCHP wants the orphanage to be self-sufficient of renewable energy sources. This led to a mission in collaboration with Engineers Without Borders. A simulation in PVsyst has been performed where the model is built up according to the actually installed system, in addition to measured consumption at the orphanage. Thereafter, production, system performance and losses in the system have been evaluated. MCHP wants to replace the current gas stove with an electric stove that is powered by the PV system. An economic evaluation has thus been made. A sensitivity anal- ysis has been performed on both systems to investigate the sensitivity of changes in meteorological data as well as several loss parameters. Finally, a comprehensive environmental assessment has been carried out, in which three other articles have been used which have performed LCA calculations for PV systems. The results show that the systems produce 45% and 74% more than what is con- sumed during the year. The system and the inverter of the system on house 1 both have the capacity to install an electric stove. The inverter on house 2 is not dimensioned for greater load than current consumption, although production allows it. The sensitivity analyzes show significant changes in production by adjustment in the U-value and the soiling of modules. The LCoE analysis shows that the electricity price must be USD 0.03 / kWh for the project to be profitable over a period of 25 years. The orphanage also saves just over 13,000 USD to replace the gas stove with an electric stove. The environmental analysis shows that PV technology is an environmentally-friendly choice in relation to energy supply.
Norsk sammendrag: Formålet med denne masteroppgaven er å undersøke potensialet og videre utvikling av et fotovoltaisk system på et barnehjem lokalisert i byen Gweru i Zimbabwe. Barnehjemmet drives av Midlands Children Hope Project, og er hjemmet til 15 tidligere gategutter. Strømnettet i Gweru er ustabilt og de opplever utallige strømbrudd, som etterlater innbyggerne med mer tid uten strøm enn med. Et krav fra Zimbabwiske myndigheter er at barnehjem må ha innlagt varmtvann og strøm. Som et resultat av begge disse faktorene ønsker MCHP at barnehjemmet skal være selvforsynt og det av fornybare energikilder. Dette førte til et oppdrag i samarbeid med Ingeniører Uten Grenser. En simulering i PVsyst har blitt utført hvor modellen er bygd opp etter faktisk installert system, i tillegg til målt forbruk på barnehjemmet. Deretter har pro- duksjon, systemets ytelse og tap i systemet blitt evaluert. MCHP har ønsker om å erstatte dagens gasskomfyr med en elektrisk komfyr som går på strøm fra PV systemet. En økonomisk evaluering av et bytte har dermed blitt foretatt. Det har blitt utført en sensitivitetsanalyse på begge systemene for å undersøke følsomheten for endringer i meteorologiske data samt flere parametere for tap. Til slutt har en helhetlig miljøvurdering blitt gjennomført, hvor det er tatt utgangspunkt i tre andre artikler som har utført LCA beregninger for PV systemer. I resultatene fremkommer det at systemene produserer 45% og 74% mer enn det som forbrukes i løpet av året. Systemet og inverteren til systemet på hus 1 har begge kapasitet til å installere elektrisk komfyr. Inverteren på hus 2 er ikke di- mensjonert for større belastning enn dagens forbruk, selv om produksjonen tillater det. Sensitivitetsanalysene viser markante endringer i produksjon ved justering i U-verdi og tilsmussing av moduler. LCoE analysen viser at strømprisen må være 0,03 US$/kWh for at prosjektet skal være lønnsomt over en periode på 25 år. Barne- hjemmet sparer i tillegg i overkant av 13 000 US$ på å bytte ut gasskomfyren med en elektrisk komfyr. Miljøanalysen viser at PV teknologi er et miljøriktig valg i forhold til energiforsyning.
Supervisor(s): Ole MELHUS (OsloMet); Torstein B. RIISE (Multiconsult).
Acknowledgements: Ingeniører Uten Grenser (Helene Svendsen); Midlands Children Hope Project (Lene Tollefsen Rodegård); OsloMet (Habtamu Bayera Madessa).

Summary: Installation costs for indoor climate solutions are uctuating and therefore difficullt to assess. This thesis compares installation costs for the wireless climate solution Swegon Wise 2 with that of Wise 1, Lindinvent and Lindab Pascal. These climate solutions are chosen for their use of active diffusers. A comparison of costs will be made, along with a cost-benefit analysis which will be done on the basis of the results acquired in the project work. Hypotheses are formulated in relation to the climate solutions, which through the thesis will be confirmed or disproven with the statistical method of hypothesis testing. There are three null hypotheses formulated for this thesis, namely Wireless climate solutions have equally great or greater installation costs than that of wired climate solutions, The wireless aspect of the climate solution has no or negative impact on the installation process and The reduction in construction costs is not sufficient to be used for other investments in the construction process. The purpose of a hypothesis test is to disprove the null hypothesis so that one can say that sufficient proof is present for the alternative hypothesis to be confirmed. In this case the corresponding alternative hypotheses are Wireless climate solutions have lower installation costs than wired solultions, The wireless aspect of of the climate solution has a positive impact on the installation process and The reduction in con- struction costs is sufficient to be used in other investments in the construction process respectively. During the project work, several methods for data collection were used. Relevant businesses were contacted regarding costs from earlier projects, a reference building was chosen which was to be priced by the ventilation suppliers, an interview was made to collect factual experiences and points of view, and electrical costs were collected. The building chosen as a reference building is Fyrstikkalléen 1, which consists of three buildings (A, B, and C), where the 7th floor of building B and C was chosen. the building is a combination of both open landscape and offices and the entire building has an area of 39 000 m², while the 7th floor has an area of about 2 000 m². In regards to the pricing of the ventilation components, the process has been challenging as the suppliers are competitors and prices are regarded as sensitive information. Because of this, comparing the unit costs of the different climate solutions was not possible except for Wise 1 and 2. The electrical costs were used as the basis for comparison between the different suppliers. Moreover, the results show a possible saving of 800-3300 kr per unit by choosing Wise 2. Without the need for a signals cabel, it is possible to save 800-900 kr per unit when comparing Wise 2 with Wise 1 and Lindinvent. Compared to Lindab Pascal, it is possible to save up to 3300 kr per unit. With a saving of 800 kr per unit it will be possible to save 120 000 kr in the reference building alone. This translates to 180 000 kr per oor and 1,44 million for the entire building. This is in compliance with Vedals executive estimate of saving 1,5 million kr by opting for Wise 2 instead of the other climate solutions. On the basis of the results, comparisons and the analysis there are sufficient evidence present to disprove all three null hyptheses and thus confirming the alternative hypotheses Wireless climate solutions have lower installation costs than wired solultions, The wireless aspect of of the climate solution has a positive impact on the installation process and The reduction in construction costs is sufficient to be used in other investments in the construction process is confirmed.
Norsk sammendrag: Installasjonkostnader for klimatiseringsløsninger er uktuerende og dermed krevende å kartlegge. Oppgaven skal sammenligne installasjonskostnader for det trådløse ventilasjonsanlegget Swegon Wise 2 med Wise 1, Lindinvent og Lindab Pascal som er valgt på bakgrunn av at de benytter aktive tilluftsventiler. Det vil utføres en sammenligning av kostnader samt en kost-nytte analyse som gjøres på bakgrunn av data innsamlet i prosjektarbeidet. Det er formulert hypoteser vedrørerende klimatiseringsløsningene som gjennom oppgaven skal bekreftes eller avkreftes i den statistiske metoden hypotesetest. De tre nullhypotesene er som følger: Trådløse ventilasjonsanlegg har like store eller større totale installasjonkostnader enn kablede anlegg, Det trådløse aspektet har ingen eller negativ innvirkning på installasjonsprosessen og Den reduserte installasjonskostnaden er ikke tilstrekkelig tilå kunne brukes til annen investering i byggeprosessen. En hypotesetest har til hensikt å forsøke å avkrefte nullhypotesene slik at en kan si at det ligger tilstrekkelig bevis til grunn for at en alternativ hypotese kan bekreftes. I denne oppgaven er de alternative hypotesene Trådløse ventilasjonsanlegg har lavere totale installasjonskostnader enn kablede anlegg, Det trådløse aspektet har positiv innvirkning på installasjonen av ventilasjonsan- legget og Den reduserte installasjonskostnaden er tilstrekkelig tilå kunne brukes i annen investering i byggeprosessen. I prosjektarbeidet ble det tatt i bruk ere forskjellige typer datainnsamling. Aktuelle personer ble kontaktet vedrørende tall fra tidligere prosjekter, det ble bestemt et referansebygg som skulle prises av de forskjellige ventilasjonsleverandørene, et intervju ble laget og det ble samlet inn konkrete elektrokostnader. Fyrstikkalléen 1 ble valgt som referansebygg og består av tre bygg, A, B og C, hvor det i prosjektet ble tatt utgangspunkt i 7. etasje i bygg B og C. Bygget er en kombinasjon av kontor og landskap, og har et areal på 39 000 m². De to byggene i 7. etasje har et areal på ca 2000 m². Hva gjelder prising av ventilasjonskompontenter har dette vært krevende da det er konkurrenter som skal sammenlignes. Det var derfor kun mulig å sammenligne elektrokostnader på tvers av leverandørene. Kun Swegon Wise 1 og 2 hadde mulighet tilå sammenligne enhetspriser seg i mellom da sammenligningsgrunnlaget var likt. Videre fremkommer det i resultatene at det er muligå spare 800-3300 kr per punkt vedå velge Swegon Wise 2. Resultatene viser at uten behov for signalkabel vil en kunne spare 800-900 kr sammenlignet med Wise 1 og Lindinvent, hvor det til sammenligning kan spares opptil 3300kr sammenlignet med Lindab Pascal. Dersom det regnes en besparelse på 800 kr per produkt vil dette tilsvare 120 000 kr for ett plan i bygg B og C i referansebygget. Det vil si en besparelse på 180 000 kr per etasje. Dette kan da medføre en besparelse på 1,44 millioner for hele bygget. Dette står også i samsvar med at Vedal anslo overodnet en besparelse på 1,5 millioner kr ved å velge Wise 2 som klimatiseringsløsning i Fyrstikkalléen 1. På bakgrunn av resultatene, sammenligningene og analysen ligger det til grunn nok bevis for å avkrefte de tre nullhypotesene og de alternative hypotesene Trådløse ventilasjonsanlegg har lavere totale kostnader enn kablede anlegg, det trådløse aspektet har positiv innvirkning på installasjonen av ventilasjonsanlegget og den reduserte installasjonskostnaden er tilstrekkelig til å kunne brukes i annen investering i byggeprosessen kan derfor med høy sikkerhet bekreftes.
Supervisor(s): Sigurd Haugli (Swegon), Mads Mysen (OsloMet, GK).
Acknowledgements: GK Inneklima (Mads Mysen, Petter Andreas Helland, Birgith Stuan, Jarle Bjerke); Swegon (Sigurd Haugli, Marius Taxt, Vegard Døssland); Vedal (Håkon Ødegaard).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8622

Summary: [Confidential thesis].
Norsk sammendrag: [Taushetsbelagt oppgave].
Research project: : SvalVent (Sval og behagelig behovsstyrt ventilasjon for individuell kjøling i yrkesbygg).
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: SINTEF Byggforsk (Kari Thunshelle).

Summary: This research study has addressed the optimization of an existing office building. The goal of the optimization has been to assess whether it is possible to upgrade the case study building, by changing critical parameters in the building envelope and ventilation set points, in order to reach energy requirements, set in the passive house standard NS 3701 (office building). First, a 3D model of the building was constructed in IDA ICE 4.8 (IDA Indoor Climate and Energy) and energy-simulated, with location in 3 different climates (Oslo, Stavanger and Tromsø), to map energy data from this reference building. Then two scenarios of the building were set up where, one with only a building envelope parameter and the other with a building envelope as well as all-air-heating system. Before the optimization, a proprietary graphic script was used to handle the life cycle costs of the building. The optimization tool GenOpt, together with the IDA ICE building performance software and that script, was used to optimize the models with climate data from the relevant cities. Comfort criteria such as PMV (-0.7 <PMV 26℃ no more than 50 hours) were used as a restriction to be met. Results from all simulation models (Reference building, 2 optimization models and 2 full passive house models) were compared against each other in each city / climate. This with regard to both energy consumption and life cycle costs (LCC) calculated by the optimization. These results showed interesting findings. One of the first findings was that the reference building had very large performance differences in each climate. Tromsø had greatest total energy consumption and Stavanger the least, where Oslo came in between. Optimization of the reference building proved to have great effect on the energy consumption and in some climates slightly better average operating temperature. The biggest finding was that life cycle costs associated with optimization were noticeably lower than that of the passive house models. In one case (Stavanger), the energy consumption was similar to that of the passive house model. It also showed that by having a better building envelope the heating load required by the building is reduced while the cooling load required is increased. In summary, the optimization results showed that it is actually possible to upgrade an existing office building to the passive house standard, without having to improve every single parameter.
Norsk sammendrag: Denne forskningsoppgaven har tatt for seg optimalisering av et eksisterende kontorbygg. Målet av optimaliseringen har vært å vurdere om det er mulig å oppgradere dette bygge, ved å endre på kritiske parametere i klimaskjermen samt ventilasjonssettpunkter, for å nå energikrav stilt i passivhusstandarden NS 3701 (kontorbygg). Først var en 3D modell av bygget konstruert i IDA ICE 4.8 (IDA Indoor Climate and Energy) og energisimulert, med plassering i 3 forskjellige klima (Oslo, Stavanger og Tromsø), for å kartlegge energidata fra dette referansebygget. Deretter ble 2 scenarier av bygget, et med kun klimaskjerm og et med klimaskjerm og ventilasjonsvarme, satt opp. Før optimaliseringen ble et egenutviklet grafisk skript benyttet til å håndtere livsykluskostnader av bygget. Simuleringsverktøyet GenOpt ble, sammen med IDA ICE og det skriptet, anvendt til optimalisering av modellene med klimadata fra de aktuelle byene. Komfortkriterier som PMV (-0,7<PMV26℃ ikke mer enn 50 timer) ble brukt som begrensning som skulle tilfredsstilles. Resultater fra alle simuleringsmodeller (Referansebygg, 2 optimaliseringsmodeller og 2 fullverdige passivhusmodeller) ble sammenlignet mot hverandre i hver(t) by/klima. Dette med hensyn til både energiforbruk og livssykluskostnader beregnet av optimaliseringen. Disse resultatene viste interessante funn. Noe av de første funnene var at referansebygget hadde veldig stor ytelsesforskjell i hvert klima. Tromsø hadde størst total energibruk og Stavanger det minste, hvor Oslo havnet i mellom. Optimalisering av referansebygget viste seg å ha stor effekt på energiforbruket og i noen klima gi litt bedre gjennomsnittlig operativtemperatur. Det største funnet var at livssykluskostnader knyttet til optimaliseringen var merkbare lavere enn det av passivhusmodellene. I et tilfelle (Stavanger) var energibruken tilsvarende det i passivhusmodellen. Resultatene viste også at med optimaliseringen ble oppvarmingsbehovet til bygget redusert, samtidig som energibehovet til kjøling økte. Oppsummert viste optimaliseringsresultatene at det faktisk er mulig å oppgradere et eksiterende kontorbygg til passivhusstandard, uten å måtte forbedre hver eneste alle parametere.
Supervisor(s): Merhdad RABANI & Habtamu B. MADESSA (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8633

Summary: Waste heat from data centers represent an unexploited potential which can signi- ficantly help to reduce energy consumption for space heating in the future. The low quality of the heat makes it unfeasible to use directly, and as a consequence the heat is often released into the ambient air directly from the data center. This master thesis investigates the possibilities of upgrading this low quality waste heat to useful heat via the use of heat pumps. A theoretical analysis of existing cooling technologies in data centers show that there exists waste heat at temperatures between 10-90 °C depending on the cooling method used. As a consequence of the large variation in temperature, different heat pump cycles can be utilized alongside different working uids. A compression heat pump, absorption heat pump and an absorption-compression heat has been modeled in the computer software Engineering Equation Solver. The compression heat pump was modeled for three different natural working uids, namely ammonia, propane and carbon dioxide. The absorption- and compressionabsorption heat pump was modeled for the zeotropic mixture ammonia water. The thermodynamic analysis of the absorption heat pump shows that the required waste heat temperature is too high for it to be able to compete with the performance of the other heat pump cycles for heating purposes, and it is therefore better utilized for cooling purposes in data centers. The thermodynamic analysis of the compression-absorption heat pump shows that this heat pump cycle can be utilized for all waste heat temperatures, and is the only heat pump in this master thesis that can heat water for use in district heating networks with required temperatures up to 120 °C. In the compression heat pump, ammonia was the most promising working uid with a high coefficient of performance throughout most of the simulated scenarios. Carbon dioxide shows good performance when the temperature of water going into the condenser is low, and the following temperature lift if high. Propane as a working uid can not compete with the coefficient of performance of ammonia, but can deliver higher temperature lifts at lower source temperatures. While there exists an area of application for all the simulated heat pump cycles and working uids, the most promising heat pump cycles for utilizing waste heat is the compression-absorption- and the compression heat pump using ammonia as a working uid. Out of these two, the compression-absorption heat pump was the most versatile cycle given it could utilize waste heat at temperatures between 10 and 90 °C.
Norsk sammendrag: Spillvarmen fra datasenter representerer i dag et uutnyttet potensial som kan være med på å vesentlig redusere energiforbruk til oppvarming i fremtidens samfunn. Den lave kvaliteten på varmen gjør det ofte ikke muligå benytte denne til direkte oppvarming, og som en konsekvens av dette er det ikke uvanlig at spillvarmen går ut i omluften uten å nyttes. Denne masteroppgaven ser nærmere på hvordan det er mulig å oppgradere denne spillvarmen til nyttig varme ved hjelp av varmepumper. En teoretisk analyse av kjøleteknologier i datasenter viser at temperaturen på spillvarme varierer mellom 10-90 °C avhengig av hvilken type kjøling som benyttes, og som en konsekvens vil ere ulike typer varmepumpesykluser og arbeidsmedier kunne benyttes avhengig av spillvarmetemperatur. En kompresjonsvarmepumpe, absorpsjonsvarmepumpe og en kompresjonabsorpsjonsvarmepumpe er modellert i dataprogrammet Engineering Equation Solver. Kompresjonsvarmepumpen ble modellert for de naturlige arbeidsmediene ammoniakk, propan og karbondioksid mens absorpsjon- og kompresjon-absorpsjons varmepumpen ble modellert med det zeotropiske arbeidsmediet ammoniakk-vann. Den termodynamiske analysen av absorpsjonsvarmepumpen viser at nødvendig spillvarmetemperatur er for høy til at denne kan konkurere med de to andre syklusene for oppvarmingsformål og er derfor bedre egnet til kjøling av datasenter. Analysen av kompresjon-absorpsjonsvarmepumpen viser at denne varmepumpesyklusen kan benyttes for alle spillvarmetemperaturer, og er den eneste varmepumpen i denne masteroppgaven som kan varme opp vann til bruk i fjernvarmenett med temperaturer på opptil 120 °C. Ammoniakk var det arbeidsmediet som var mest allsidig i kompresjonsvarmepumpesyklusen, og hadde en høy COP gjennom de este simuleringene. Karbondioksid gjør det svært godt ved lave retur-temperaturer i kondensator og høye temperaturløft. Propan klarer ikke å konkurere med ytelsen til ammoniakk, men kan levere høyere tur-temperaturer ved lave spillvarmetemperaturer. Selv om det finnes bruksområder for alle de simulerte varmepumpesyklusene og arbeidsmedier, er det likevel kompresjon-absorpsjonsvarmepumpen og kompresjonsvarmepumpen med ammoniakk som arbeidsmedium som er det mest egnede syklusene for utnyttelse av spillvarme, med kompresjon-absorpsjonsvarmepumpen som den mest allsidige syklusen da spillvarmetemperaturer fra 10-90 °C kan benyttes.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA (OsloMet).

Summary: [Confidential thesis].
Norsk sammendrag: [Taushetsbelagt oppgave].
Supervisor(s): Dimitrios KRANITOIS & Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: Norconsult (Vidar Havellen).

Summary: Ground source heat systems are widely used for building heating purposes. Simulation of building performance gets more applicable for achieving better systems and problem solving associated with engineering. Data from the ground source heat system at Powerhouse Kjørbo is applied for validation purposes of results from the simulation software IDA ICE. Powerhouse Kjørbo consist of several buildings located in Kjørboparken in Sandvika, Bærum. The two first buildings of Powerhouse Kjørbo is rehabilitated office buildings from the 1980’s. Together, these two buildings have a floor area of approximately 5200 m² and are ranked to the highest sertification in BREEAM-NOR: Outstanding. The ground source heat system at Powerhouse Kjørbo is considered as a reference system throughout this thesis. IDA ICE with Borehole Extension is used to simulate outlet brine temperature from the borehole module and the thermal effect in the ground. Simulated values are compared to measured values at Powerhouse Kjørbo. Validation results regarding temperature show satisfactory correlation between measured and simulated values, with R^{2 = 0,96 and CVRMSE = 0,07. For validation regarding thermal effect, several simplifacations and assumptions are made which causes greater error, R2 = 0,8 and CVRMSE = 2,44. Sensitivity analysis is performed using a referance building of passive house standard. The analysis involve changing the values for several parameters in the ground source heat system to assess impact the changes has on energy withdrawn from the ground and the energy consumption for both top heating and base heating. The investigated parameters are borehole radius, length and numbers, the mass flow rate of brine and thermal conductivity of both ground and grout. The parameters are changed with the same relative amount in both positive and negative directions for all investigated independant variables. Sensitivity analysis is carried out for three different climate locations in Norway: Oslo, Stavanger and Tromsø. Stavanger represents a warmer climate than the other locations and Tromsø is colder. Results show that among the investigated paramteres, the number of boreholes and their depth has the most impact on the energy posts, followed by the mass flow rate of brine. Results for Oslo and Tromsø climate show relative change compared to the referance system. For Stavanger climate, the relative changes are small. Difference in the investigated energy posts is greatest with varying bore hole depth at the location with the coldest climate. By varying the borehole depth by 20% in Tromsø climate, the results show that net energy withdrawn from the ground increase by 5% with deeper holes. With corresponding reduction of borehole depth, the energy withdrawal is reduced by 8%. Energy consumption in the compressor increases by 8% with deeper boreholes and is reduced by 10% for shallower holes. The top heating contribution has an opposite development when varyin the parameteres, compared to the other energy posts. By increasing borehole depth by 20%, top load contribution decreases by 22% and increases by 31% with corresponding reduction of borehole depth. Referance building and system are optimized by using the software GenOpt combined with IDA ICE. This involves setting intervals for input data in the simulation model, for the software to find optimal values among. The parameters considered are the number of boreholes, their length, masseflow of brine, the size of the accumulation tank and U-values of the windows in the reference building. Upper and lower limits for the parameters are set according to reasonable values for passive house and ground source heat systems in general. Optimization is carried out for the same climate locations as for sensitivity analysis. An economic consideration shows that investment costs and energy consumption has an exponential correlation, which promotes the suggestion of a trade-off between energy consumption and investment cost. By accepting 0,3 kWh /(m2·yr) increase in energy consume for Oslo climate, 0,4 kWh /(m2·yr) in Stavanger climate and 0,8 kWh /(m2·yr) in Tromsø climate, investment cost can be halved for all climate locations.}
Norsk sammendrag: Grunnvarme er en mye anvendt ressurs for oppvarming av bygninger. Bygningssimulering viser seg stadig mer gjeldende for gode systemløsninger og problemløsning tilknyttet prosjektering. I den sammenheng er data fra Powerhouse Kjørbos grunnvarmesystem benyttet for validering av resultater fra simuleringsprogrammet IDA ICE. Powerhouse Kjørbo består av flere bygninger i Kjørboparken i Sandvika, Bærum. De to første bygningene i Powerhouse Kjørbo er rehabiliterte kontorbygg fra 1980-tallet. Til sammen har disse et bruksareal på omtrent 5200 m² og er miljøklassifisert til høyeste sertifisering i BREEAM-NOR: Outstanding. Grunnvarmesystemet ved Powerhouse Kjørbo brukes som referansesystem gjennom denne oppgaven. IDA ICE med tillegg for borehull brukes for å simulere temperatur i varmebærer ut fra borehullet og termisk effekt i grunnen. Simulerte verdier sammenliknes med målte verdier ved Powerhouse Kjørbo. Resultater for validering med hensyn på temperatur viser tilfredsstillende sammenfall i målte og simulerte verdier, med R² = 0,96 og CVRMSE = 0,07. For validering med hensyn på termisk effekt gjøres en rekke forenklinger og antakelser som medfører større avvik, R² = 0,8 og CVRMSE = 2,44. Sensitivitetsanalyser utføres for et referansebygg av passivhusstandard. Analysen innebærer endring av en rekke parametere for grunnvarmesystemet for å undersøke i hvilken grad de ulike parameterendringene påvirker energiopptak i grunnen samt energikonsum i topplast og grunnlast. Parameterne som undersøkes er borehullenes radius, lengde og antall, varmebærerens massestrøm, samt konduktivitet i grunn og fyllmasse. Parameterne endres prosentvis like mye i positiv og negativ retning for samtlige undersøkte uavhengige variabler. Sensitivitetsanalyse gjennomføres for tre ulike klimasteder i Norge: Oslo, Stavanger og Tromsø. Stavanger representerer et varmere klima enn de øvrige lokasjonene og Tromsø er noe kaldere. Resultater viser at blant de undersøkte parameterne påvirker antall borehull og deres lengder de undersøkte energipostene i størst grad, etterfulgt av massestrøm på varmebærer. Resultatene for Oslo- og Tromsøklima viser betydelig endring i undersøkte energiposter i forhold til referansesystemet ved sensitivitetsanalyse. For Stavangerklima er endring i energiposter nesten fraværende ved endring av referansesystemets parametere. Differanse i undersøkte energiposter er størst ved variende borehullslengde. De største forskjellene i energiposter ved parameterendring finnes ved kaldest klima. Ved 20% endring i borehullslengde for Tromsøklima viser resultater at netto energiopptak i grunnen øker med 5% ved 20% dypere borehull. Ved tilsvarende reduksjon i borehullslengde minker energiopptaket med 8%. Energikonsum i kompressoren øker med 8% ved dypere borehull, og reduseres med 10% ved grunnere hull. Topplastbidraget utvikler seg motsatt av energiopptak og -konsum i kompressor. Ved 20% økning i borehullslengde reduseres topplastbidraget med 22% og øker med 31% ved tilsvarende reduksjon i borehullslengde. Referansebygg og -system optimaliseres ved hjelp av GenOpt kombinert med IDA ICE. Grenseverdier for inndata implementeres i simuleringsmodellen, som programvaren skal finne optimale verdier blant for å minimere energibruk. Betraktede parametere er borehullenes lengde og antall, varmebærerens massestrøm, akkumuleringstankens størrelse og vinduers U-verdi. Grenseverdier settes til rimelige verdier for passivhus og energibrønner forøvrig. Optimalisering gjennomføres for tilsvarende klimasteder som ved sensitivitetsanalyse. En økonomisk betraktning viser at investeringskostnader og energikonsum har en eksponentiell korrelasjon, hvilket fremmer forslag om en avveining mellom bespart energikonsum og investeringskostnader. Ved å tillate 0,3 kWh/(m²·år) økning i energikonsum ved Osloklima, 0,4 kWh/(m²·år) i ved Stavangerklima og 0,8 kWh/(m²·år) for Tromsøklima kan investeringskostandene halveres for samtlige klimasteder.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA & Merhdad RABANI (OsloMet).
Acknowledgements: Asplan Viak AS.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8628

Summary: This master thesis has mapped real internal loads for office rooms from the building “Miljøhuset GK” and has been cross-referenced this with office buildings from NS/TS 3031:2016. The end goal is to see if internal loads would be differ depending on a calculation that is based on room category as opposed to today’s method by estimation on an average for the entire building. This master thesis starts with a chapter that chronicles an introduction and a literature study on what NT/TS 3031:2016 is based on. This is to assess insights and furthermore to evaluate results. The literature study has looked into the history of today’s internal loads in Norwegian buildings, reduction of effect usage from technical equipment’s and lightings; the average height and weight of a person, total surface area of a person; and the metabolic rate and calculation of supplied heating from people. To get realistic data for electric effect usage, the chapter for methodology describes usage from Lindinvent and Lindinspec to ensure the best possible data. The analysis is based on the 4th floor part A, this is due to restrictions that ensures this is the only part of the building which separate electricity logging based on lighting, technical equipment and Electric Peak load. Supplied heating from people are based on all of the office rooms from Miljøhuset GK. The result and discussion chapter compares average weekdays for the entire year; weekdays only in summer vacations and also excluding summer vacations; furthermore Norwegian weekdays and public holydays compared to NS/TS 3031:2016. The result indicates that there are enormous differences between realistic internal loads compared to standard values. Furthermore the mapping of technical equipment show that the energy density (W/m2) between offices, computer server room and the cafeteria are vastly different. This indicates that the usage of standardized internal loads will always overestimate and underestimate the energy density for all rooms. The conclusion is categorized in seven main thesis:
I. Would internal loads based on room category deviate from NS/TS 3031:2016? II. Will new technology from lightings result in less effect usage? III. Will new technology from technical equipment result in less effect usage? IV. Would the obesity issues and increased average height results in more supplied heating form people? V. Would vacation periods’ be noticeable for the amount of used internal loads peaks? VI. If realistic internal loads were to be used for an energy simulation, how much will the results differ compared to using standardized internal loads? VII. Consequences this master thesis provides for the future?
The chapter outlining suggestions for further work are based on this thesis and/or new findings which should be investigated. This chapter is divided into nine parts:
1. Mapping other office buildings to verify the findings from this study of Miljøhuset GK. 2. Mapping internal loads based on type of rooms. 3. Effect usage from weekends and public holydays mist be included in energy simulations. 4. Emergency lighting equipment most be included in internal loads for lighting. 5. National based work groups to map internal loads. 6. Further study is needed on the metabolic rate and its effects. 7. Consequences on increased level of CO₂ and a greater need of air supply. 8. Consequences of increased latent heat supply and moist production 9. Suggested improvements for IDA ICE.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven kartlegger reelle internlaster for kontorrom fra Miljøhuset GK og sammenligner dette opp mot internlaster for kontorbygg etter NS/TS 3031:2016. Målet med oppgaven er å se om internlaster etter romnivå fraviker bygningsnivå som er dagens system for internlaster. Oppgaven starter med et kapittelet om innledning (inkluderer litteraturstudie) om hvor dagens internlaster fra NS/TS 3031:2016 kommer fra. Dette er gjort for å gi gode vurderinger for å diskutere resultater. Litteraturstudiet omfatter historien bak dagens internlaster; reduksjon av effektforbruk fra teknisk utstyr og belysning; gjennomsnittlig høyde og vekt, hudareal, metabolisme og beregning av tørrvarme fra personer. For å skaffe realistisk data for effektforbruk beskriver kapittel om metodebruk, at datagrunnlaget er basert på loggede verdier fra Lindinvent og Lindinspec. Analysene baserer seg på 4. etasje del A ettersom dette er eneste fløy som har elektrisk posteringer etter belysning, og teknisk utstyr og elektrisk spisslast fra grenstaver ligger ikke i samme elektriske kurser. Effekttilskudd fra personer baserer seg på beregninger fra alle kontordeler i Miljøhuset GK. Kapittelet om resultat og diskusjon sammenligner gjennomsnittlige ukedager for hele året, ukedager i sommerferie og ukedager utenfor sommerferie samt helg/helligdager opp mot NS/TS 3031:2016. Funnene indikerer at det er store forskjeller mellom faktiske internlaster og standardverdier. Videre viser kartlegging av internlast for teknisk utstyr at det er store forskjeller for effekttettheten (W/m2) mellom kontorer, IKT/serverrom og kantine/kjøkken. Dette indikerer at man alltid over- eller underdimensjonerer alle rom ved å bruke et bygningsgjennomsnitt for effekttetthet. Konklusjonene summerer opp innledningens syv hovedspørsmål:
I. Vil et romnivås internlaster avvike fra bygningsnivå fra NS/TS 3031:2016? II. Vil ny lyspæreteknologi bety mindre effektforbruk fra belysning? III. Vil ny teknologi for tekniske utstyr bety mindre effektforbruk i kontorer? IV. Vil økt problem vedvarende fedme og økende snitthøyde medføre mer varmeavgivelse fra personer og i så fall vil dette medføre mere tilført effekt til bygg? V. Har ferieavvikling noe å si for internlastenes størrelser? VI. Ved å bruke reelle internlaster i energiberegninger, hvor mye vil dette ha å si for beregnet effektforbruk sammenlignet med å bruke standard inputverdier? VII. Samfunnsmessige konsekvenser av denne masteroppgaven?
Kapittelet om forslag til videre arbeid gir forslag til gjenstående arbeide som kan basere seg på denne masteroppgaven og/eller nye funn som bør undersøkes nærmere. Kapittelet er delt i ni deler:
1. Kartlegge andre kontoer for å verifisere internlaster fra Miljøhuset GK. 2. Kartlegge Internlaster etter romkategorier. 3. Effektforbruk fra helg og helligdager må inkluderes i energiberegninger. 4. Nødlys må innregnes som internlast for belysning. 5. Nasjonalt arbeid for å kartlegge internlaster. 6. Mer forskning på metabolisme. 7. Konsekvenser av økt Co2 nivå og ny mengde tilluft. 8. Konsekvenser av økt latentvarme- og dampproduksjon. 9. Foreslåtte forbedringer til IDA ICE.
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet); Mads MYSEN (GK).
Acknowledgements: GK (Espen Aronsen); Erichsen & Horgen (Arnkell Petersen); Dansk Center for lys.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8632

Summary: This master’s thesis is done in collaboration with Olav Thon Gruppen and Erichsen Horgen, and considers energy demands associated with leaks and pressure differences at Strømmen Storsenter. Access has been provided on measurement data from an external company, Airtight, which continuously measures different parameters, e.g. pressure differences. A simplified model has been set up in IDA ICE, which consists of the public areas in the building. Then four different situations have been simulated:
S1: Today’s situation. S2: Today’s building, but with balanced ventilation. S3: Measures with a sealed roof, with ventilation as today. S4: Measures with a sealed roof, with balanced ventilation.
The results from S1 were compared with the measurements from Airtight to verify the model for use in the further simulations. The results of the various simulations illustrates pressure differences, energy requirements for space heating and ventilation heating, and air flows through the entrances. It turns out that sealing the roof will increase the pressure in the building and reduce the energy requirement. It is concluded that S4 is the best alternative for energy saving, which will result in an annual reduced energy demand of 939374.1 kWh.
Norsk sammendrag: Denne masteroppgaven er utført i samarbeid med Olav Thon gruppen og Erichsen og Horgen, og ser p°a energibehov i forbindelse med lekkasjer og trykkforhold p°a Strømmen Storsenter. I forbindelse med oppgaven er det gitt tilgang p°a m°aledata fra en ekstern bedrift, Airtight, som kontinuerlig m°aler bl.a. trykkforskjeller i bygget. Det er blitt satt opp en forenklet modell i IDA ICE, som tar for seg fellesomr°adene i bygget. Deretter er det blitt gjort fire forskjellige simuleringer:
S1: Dagens situasjon. S2: Dagens bygg, men med balansert ventilasjon. S3: Tiltak med tett tak, med ventilasjon som i dag. S4: Tiltak med tett tak og balansert ventilasjon.
Resultatene fra S1 ble sammenlignet med m°alingene fra Airtight for °a verifisere modellen til bruk i de videre simuleringene. Resultatene fra de forskjellige simuleringene tar for seg trykkforskjeller, energibehov for romoppvarming og ventilasjonsoppvarming, og luftstrømmer gjennom inngangene. Det viser seg at tetting av tak vil øke trykket i bygget og redusere energibehovet. Det konkluderes med at S4 er det beste alternativet for energibesparelse, som vil gi et °arlig redusert energibehov p°a 939374,1 kWh.
Supervisor(s): Ida BRYN (OsloMet, Multiconsult).
Acknowledgements: Erichsen & Horgen; Olav Thon Gruppen; Airtight AS.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8631

Summary: [Confidential thesis].
Norsk sammendrag: [Taushetsbelagt oppgave].
Research project: : SvalVent (Sval og behagelig behovsstyrt ventilasjon for individuell kjøling i yrkesbygg).
Supervisor(s): Kari THUNSHELLE (SINTEF Community);Peter G. SCHILD (OsloMet).
Acknowledgements: SINTEF Byggforsk.

Summary: [Confidential thesis].
Norsk sammendrag: [Taushetsbelagt oppgave].
Supervisor(s): Peter G. SCHILD (OsloMet).

Summary: In an average Norwegian residential house, heating accounts for approximately 80% of the total energy consumption. In newer housings, this is considerably reduced by means of good insulation and heat recovery. But even with the use of passive measures, energy requirements for heating will be considerable. This applies in particular to energy use for heating of domestic hot water, which is not reduced through passive measures. This master thesis analyzes an alternative for reducing the energy consumption for heating in Norwegian passive houses by using a solar assisted heat pump. The studies are based on a residential house modulated in the simulation program IDA ICE. The home represents an average sized Norwegian detached house that meets the requirements given by Norwegian standard for passive house. Furthermore, a heating system with solar assisted heat pump is modeled with ESBO, a function in IDA ICE. A heating system that uses exclusively electricity, as well as a traditional solar heating system is modulated as comparisons. There have been done simulations of the house with climate data from Oslo, Kristiansand and Trondheim. Initial studies about energy savings with solar assisted heat pump in comparison to a heating system based on exclusively electricity showed that the use of solar-assisted heat pump will reduce the energy consumption for heating by up to 58%. Coverage of various energy sources in the heating systems is also considered thoroughly, where the solar assisted heat pump is able to cover more than 90% of all required heating required for the house. The heating system is optimized with the use of GenOpt, a program that can be used with IDA ICE. There has been done optimization of the various parameters in the heating system, such as the size of the solar collector, the volume of the storage tank, the mass flows, etc.,. This has been done both regarding economy and energy profitability. With regard to energy, the results showed that a large solar collector is optimal. In terms of economy, the solar area is set to 6, 8 and 12 m², where 12m2 is found to yield the highest return. The difference between LCC heating exclusively based on electricity and with heating with a solar assisted heat pump is found to 78.362 NOK, where the plant has a payback period of 20 years. With the use of 12 m² solar collector, SAHP can cover 84% of all home heating needs and reduce purchased energy for heating by 63.4%.
Norsk sammendrag: I en gjennomsnittlig norsk enebolig utgjør oppvarming omtrent 80% av den totale energibruken. Ved utbygning av nye boliger blir dette betraktelig redusert ved hjelp av god isolasjon, varmegjenvinning og tetting av bolig. Men selv med bruk av passive tiltak vil energibehov til oppvarming være betydelig. Særlig gjelder dette energibruk til oppvarming av varmt tappevann, som ikke blir redusert gjennom passive tiltak. Denne masteroppgaven analyserer et alternativ for å redusere energibruken til oppvarming i norske passivhus eneboliger gjennom å ta i bruk en solassistert varmepumpe. Undersøkelsene tar utgangspunkt i en bolig modulert i simuleringsprogrammet IDA ICE. Boligen representerer en gjennomsnittlig stor norsk enebolig hvor passivhuskrav blir ivaretatt. Videre er det modellert et varmeanlegg med solassistert varmepumpe i IDA ICE gjennom ESBO, en funksjon i det samme programmet. Det er også satt opp varmeanlegg basert utelukkende på elektrisitet, samt et tradisjonelt solvarmeanlegg for sammenligninger. Det er gjennomført simuleringer av boligen med klimadata fra Oslo, Kristiansand og Trondheim. Det er lagt spesielt vekt på mulig spart energi i forhold til et varmesystem basert på utelukkende elektrisitet. Resultater viser at bruk av solassistert varmepumpe med 9 m² solfanger vil redusere energibruken til oppvarming med opp til 58% sammenlignet med oppvarming basert på utelukkende elektrisite.. Dekningsgrader i varmeanlegg er også vurdert grundig, hvor solassistert varmepumpe er funnet til å kunne dekke over 90% av alt nødvendig varmebehov. Varmeanlegget er optimalisert med bruk av GenOpt, et program som kan brukes sammen med IDA ICE. Det er gjort optimalisering av fysiske parametere i varmeanlegget, som størrelse på solfanger, volum av akkumulatortank, massestrømmer mm. Dette er gjort både med hensyn til økonomi og lønnsomhet. Med hensyn til økonomi er solfangerarealet satt til 6, 8 og 12 m², hvor 12m2 er funnet til å gi høyest avkastning. Differanse mellom LCC med utelukkende elektrisitet til oppvarming og bruk av solassistert varmepumpe er funnet til 78.362,- nok, hvor anlegget har en tilbakebetalingstid på 20 år. Med bruk av 12 m² solfanger kan SAHP dekke 84% av all varmebehovet til boligen, og reduserer kjøpt energi til oppvarming med 63,4%.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA & Merhdad RABANI (OsloMet).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8623

Summary: Powerhouse Kjørbo is a rehabilitated office building, a zero emission building. At Powerhouse Kjørbo there are two energy wells, one south-east of the five blocks and one north-west. It is the energy well located north-west of the blocks at Powerhouse Kjørbo, which is central to this task, together with blocks 1, 2 and 3. The energy well is used to validate an extra pack in IDA-ICE, while retrieving data from this energy well to use in IDA-ICE. The validation of the extra package is done to show how good the IDA-ICE is as software, in relation to real data. The validation of IDA-ICE is used further in the task of analyzing a energy well connected to an office building. The office building will be a reference building, building to meet the requirements of the passive house standard for non-residential buildings. In the analyzes of the energy well, it is seen, among other things, what the energy collected from the ground, has to say for the energy consumption of the heat pump and the top load. The analyzes that are carried out in this task are sensitive analyzes, manual analyzes and optimization. It is seen the change of: the depth of the wellbore, the number of boreholes, ΔT through the energy well, the minimum mass ow in the energy well, the maximum mass ow in the energy well, the heat resistance of the sealant, the heat resistance of the ground, the orientation of the building and the location of the boreholes. The result of the sensitive analyzes, the manual calculations and the optimization shows that the energy extracted from the ground will have an impact from the energy consumption from the heat pump and the top load. It is shown that the change in the depth of the boreholes and the change in the number of boreholes, which give the greatest change to the energy obtained from the ground and thus the energy consumption from the top load and the heat pump. In addition, the two last mentioned parameters give the most increase in energy used for cooling. Optimization shows that it is best to have, among other things, the greatest minimum mass ow, the longest depth of borehole and the lowest ΔT through the energy well, in order to achieve the most energy consumption from the heat pumps and least possible from the top load.
Norsk sammendrag: Powerhouse Kjørbo er et rehablitert kontorbygg, et nullutslippbygg. Ved Powerhouse Kjørbo er det to brønnparken, en sør-øst for de fem blokkene og en nord-vest. Det er brønnparken som ligger nord-vest for blokkene ved Powerhouse Kjørbo som er sentralt i denne oppgaven, sammen med blokk 1, 2 og 3. Brønnparken blir brukt til validere en ekstrapakke i IDA-ICE, samtidig som det blir hentet data fra denne brønnparken for å bruke i IDA-ICE. Valideringen av ekstrapakken blir gjort for å vise hvor god IDA-ICE er som programvare, i forhold til virkelig data. Valideringen av IDA-ICE blir brukt videre i oppgaven for å analysere en brønnpark tilkoblet et kontorbygg. Kontorbygget vil være et referanse bygg, bygg til å nå kravene til passivhus-standerden for yrkesbygg. I analysene av brønnparken blir det sett på blant annet hva energien hentet opp fra bakken, har å si for energibruken til varmepumpen og topplasten. Analysene som blir gjennomført i denne oppgaven er sensitive analyser, manuelle analyser og optimalisering. Det blir sett på endring av: dybden i borehullene, antall borehull, dimensjonerende ΔT gjennom brønnparken, minimum massestrøm i brønnparken, maksimum massestrøm i brønnparken, varmemotstanden til tetningsmassen, varmemotstanden til bakken, orientering av bygget og plassering av borehullene. Resultatet fra de sensitive analysene, de manuelle beregningene og optimaliseringen, viser at energien hentet opp fra bakken vil har betydning fra energibruken fra varmepumpen og topplasten. Det blir vist at endringen av dybden på borehullene og endringen av antall borehull, som gir størst endring på energien hentet fra bakken og dermed energibruken fra topplasten og varmepumpen. I tillegg gir to sist nevnte parameterne mest økning i energi brukt til kjøling. Optimalisering viser at det er besteå ha blant annet størst minimum massestrøm, lengst dybde på borehulle og lavest ΔT gjennom brønnparken, for å oppnå mest mulig energibruk fra varmepumpene og minst mulig fra topplasten.
Supervisor(s): Habtamu B. MADESSA & Merhdad RABANI (OsloMet).
Acknowledgements: Asplan Viak AS; Johnson Controls; Entra Eiendom.
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8624

Summary: It is important to have control over the impact an energy-saving measure has on the energy use. Both to ensure optimal management through a better decision basis, in addition to increased awareness of the economic savings, and the actual environmental impact. In order to ensure that Norway and the rest of the world will reach their environmental goal by 2030, it is essential to examine if the measures that we take in reality contribute toward reducing the greenhouse gas emissions. The existing building mass has a great potential to reduce the energy consumption through the economizing of energy (ENØK), but it is important to quantify what reductions we in practice achieve by such measures. Some voices maintain through critical studies that there is a performance gap between the sup- posed and actual energy use. Moreover, the Office of the Auditor General of Norway (the OAG) is critical concerning the real performance of reducing the energy consumption. The goal of the task before us was to develop our knowledge about the methods that could better document the effect of energy-economizing measures in order to strengthen the decisions of a property manager and calculate the correct energy economy. The simulation of measures and checking of energy consumption is not practised in today’s case study, and the routines linked to the evaluation of the measures are based on an insufficient de- scription. Much of this may be due to the fact that modelling is time-consuming and expensive, in addition to the reality that the building information of certain older premises is not readily available. It was therefore interesting to examine if a simulation model could calculate the eco- nomy actually achieved. The case study described in this task is the Architecture and Design College, and the assessed measures were carried out in 2017. One of the models is based on the in-data from NS 3031:2014, while the other model is calibrated in such a way that it conforms to the measurement data based on the calibration of a model. The reason for the establishment of two models is to identify how much an NS 3031 model where the in-data are easily accessible deviates from a calibrated model. The energy-economizing measures were then simulated in SIMIEN with the Oslo climate, and that economy was calculated. The results show that the supposed economy between Statsbygg’s assumptions and the models deviates considerably from what they were in reality. The deviation between the theoretical and the actual economy corresponded to the gap between the calibrated model and the NS 3031 model. This means that the NS 3031 model for this case study may be a good alternative to the simulation of economy based on uncertain data. The economic analysis of the assumed economy produced a positive present value, and was therefore considered profitable. In reality, the actual economy resulted in a negative present value, and does not meet the profit requirement of 4.5 percent. In order to reduce this gap in the future, a detailed description of the ENØK measures are essential, in addition to measurements before and after they have been carried out. The results of this case study indicate that there is a performance gap between the assumed and the actual economy.
Norsk sammendrag: Det er viktigå ha god kontroll på virkningen et ENØK-tiltak har på energibesparelsen. Både forå sikre optimal forvaltning gjennom et bedre beslutningsgrunnlag, i tillegg til økt bevissthet om den økonomiske besparelsen og faktiske miljøeffekten. For at Norge og verden skal nå sine klimamål er det viktig å undersøke om de grepene vi tar faktisk bidrar til å redusere klimagassutslippene. I den eksisterende bygningsmassen er det et stort potensiale for å redusere energiforbruket med ENØK-tiltak, men det er viktig at vi å har informasjon om hvilken besparelse vi i realiteten oppnår. Det er påstått et ytelsesgap mellom antatt og faktisk energiforbruk gjennom litteraturstudie, samt stiller Riksrevisjonen seg kritiske til om den planlagte besparelsen blir etterlevd. Ved etter- prøving av energiforbruket kan man undersøke om den forspeilede besparelsen samsvarer med det faktiske energiforbruket. Gjennom utvikling av kunnskap om metoder som bedre kan dokumente- re virkningen av ENØK-tiltak vil man kunne styrke beslutningsgrunnlaget til eiendomsforvalter til å beregne riktig energibesparelse. Simuleringen av tiltak og etterprøving av energiforbruk praktiseres ikke på case-studiet i dag, og rutinene knyttet til evalueringen av tiltakene baseres på mangelfull beskrivelse av tiltakene. Mye kan skyldes at det er tidskrevende og kostbart å modellere, samt at at bygningsinformasjonen til enkelte av de eldre eiendommene ikke er lett tilgjengelig. Det er derfor valgt å etablere en modell som kan brukes av eiendomsforvaltere og driftssjefer til å undersøke besparelser. For å beregne besparelsene ble det utarbeidet to modeller for simulering av besparelse ved utføring av tiltakene som ble påbegynt og ferdigstilt i 2017. Den ene modellen baserer seg på inndata fra NS 3031:2014, mens den andre modellen er kalibrert slik at den samsvarer med måledataene basert på kriterier for kalibrering av en modell. Grunnen til etableringen av to modeller er å identifisere hvor mye en NS 3031 modell hvor inndata er lett tilgjengelig avviker fra en kalibrert modell. ENØK-tiltakene ble deretter simulert i SIMIEN med Oslo-klima, og den besparelsen ble beregnet. Resultatene viste at den den planlagte besparelsen fra Statsbygg sine antagelser og fra SIMIEN modellene avviker betydelig fra den virkeligheten. Avvikene mellom antatt og faktisk besparelse samsvarte mellom den kalibrerte modellen og NS 3031 modellen, som betyr at NS 3031 model- len kan være et nokså godt alternativ for simulering av bygg med usikre inndata. Den antatte besparelsen gav en positiv nåverdi, og anses som lønnsomme. I motsetning til den faktiske be- sparelsen som gir en negativ nåverdi, og ikke i møtekommer avkastningskravet på 4,5 prosent. For å redusere dette gapet i fremtiden er det viktig med detaljerte beskrivelser av tiltakene og målinger både før og etter ENØK-tiltakene er utført.
Supervisor(s): Tor Arvik VIK (OsloMet).
Acknowledgements: Statsbygg (Kristi Nyblin).

Summary: The importance of satisfactory air quality and thermal comfort are continuous scientific research regarding energy efficiency and health in swimming pool. This study aims to improve the ventilation efficiency in passive house swimming pools with respect to the air quality for swimmers and thermal comfort. Numerical simulations are performed with computational fluid dynamics CFD methodology for this. The CFD model in this work is based on the swimming pool under construction (Åfjord swimming pool) located in centeral Norway. Multi-component compressible Navier-Stokes system of equations together with turbulence models are solved for this. The evaporation of water from the pool surface are modelled based on the ASHRAE Shah phenomenological model. The multi-component gas mixture consists of water vapour, chlorine and air. Surface to surface radiation models are also considered to include the effects of radiation inside the swimming pool. Five different ventilation strategies are investigated e.g., mixing ventilation (MV), mixing ventilation-displacement ventilation (MV-DV), and three more displacement ventilation (DV4, DV5 and DV7) cases with different air change per hour (ACH). These three cases are considered as conventional DV strategies in swimming pool. The results confirm that the MV case can be a highly recommended option to use in Åfjord swimming pool. For this case, due to the indicator for air quality with local mean age of air (LMA) there are no stagnant air regions inside the swimming pool. Also, due to the air exchange efficiency indicator (ACE) this system exchange the air similar to “piston mode” ventilation. Furthermore, the air quality in the swimming pool is clearly improved and there is no sign observed for condensation risk. The thermal comfort is considered as accepted. Worthy reduction in operation expenses is strongly expected for this system. The analysis of MV-DV case reveals that, it is highly recommended to use especially during the winter time when the heat demand is high. This system shows the best performance in order to reduce the chlorine concentration near and above the water bath. This system exchange the air with intermediate efficiency similar to “fully mixing” ventilation according to the ACE measurements. It also shows good thermal comfort due to stable air temperature, low air velocity and good air humidity level. In case of DV, we found a poor performance to reduce the chlorine concentration swimming breathing zone. Furthermore, It can also be concluded that, the chlorine concentration reduction is negligible with the increase in ACH for DV cases with conventional strategies.
Norsk sammendrag: Betydningen av tilfredsstillende luftkvalitet og termisk komfort er kontinuerlig vitenskapelig forskning angående energieffektivitet og helse i svømmebasseng. Denne studien tar sikte på å forbedre ventilasjonseffektiviteten i passivhusbassenger med hensyn til luftkvalitet for svømmere og termisk komfort. Numeriske simuleringer utføres med CFD-metodikk for beregningsmessig fluiddynamikk for dette. CFD-modellen i dette arbeidet er basert på svømmebassenget under bygging (Åfjord svømmebasseng) som ligger i Midt-Norge. Flerkomponents kompressibelt Navier-Stokes-ligningssystem sammen med turbulensmodeller er løst for dette. Fordampning av vann fra bassengoverflaten modelleres basert på ASHRAE Shahs fenomenologiske modell. Flerkomponents gassblandingen består av vanndamp, klor og luft. Overflate-til-overflate-strålingsmodeller vurderes også for å inkludere effektene av stråling inne i svømmebassenget. Fem forskjellige ventilasjonsstrategier undersøkes, f.eks. blandeventilasjon (MV), blandeventilasjon-forskyvningsventilasjon (MV-DV), og tre ytterligere forskyvningsventilasjonstilfeller (DV4, DV5 og DV7) med ulik luftskifte per time (ACH). Disse tre tilfellene anses som konvensjonelle DV-strategier i svømmebasseng. Resultatene bekrefter at MV-tilfellet kan være et sterkt anbefalt alternativ å bruke i Åfjord svømmebasseng. I dette tilfellet, på grunn av indikatoren for luftkvalitet med lokal gjennomsnittsalder for luft (LMA), er det ingen stillestående luftområder inne i svømmebassenget. På grunn av luftutvekslingseffektivitetsindikatoren (ACE) utveksler dette systemet luften på samme måte som “stempelmodus”-ventilasjon. Videre er luftkvaliteten i svømmebassenget tydelig forbedret, og det er ingen tegn til kondensrisiko observert. Den termiske komforten anses som akseptert. Det forventes en betydelig reduksjon i driftskostnader for dette systemet. Analysen av MV-DV-tilfellet viser at det anbefales sterkt å bruke det, spesielt om vinteren når varmebehovet er høyt. Dette systemet viser best ytelse for å redusere klorkonsentrasjonen nær og over vannbadet. Dette systemet utveksler luften med middels effektivitet, tilsvarende “fullblandende” ventilasjon i henhold til ACE-målingene. Det viser også god termisk komfort på grunn av stabil lufttemperatur, lav lufthastighet og godt luftfuktighetsnivå. Når det gjelder DV, fant vi dårlig ytelse for å redusere klorkonsentrasjonen i svømmepustesonen. Videre kan det også konkluderes med at reduksjonen i klorkonsentrasjon er ubetydelig med økningen i akutt luftveisutskiftning (ACH) for DV-tilfeller med konvensjonelle strategier.
Supervisor(s): Arnab CHAUDHURI (OsloMet); Wolfgang KAMPEL (Multiconsult).
Acknowledgements: OsloMet (Dimitrios Kraniotis, Peter G. Schild, Habtamu Bayera Madessa).
Full text permalink: https://hdl.handle.net/10642/8626