Avdeling for ingeniørutdanning i Bygninger Fag: Energi Gruppe(r): 3BK Eksamensoppgaven består av: Tillatte hjelpemidler: Fagnr: LV 233 B Antall sider 4 An tall 0ppgaver: 3 Faglig veileder: Jan O. From Dato: 18.12.2001 Eksarnenstid, fra - til: 9.00--12.00 Antall vedlegg 3 Alt skriftlig materiale som er brukt i dette faget + egne notater Skrive- og tegnesaker. Enkel kalkulator uten tekstminne Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Ved evalueringen teller denne eksamen 75% av karakteren (Oppgave 1: 33,3%, Oppgave 2: 25% og Oppgave 3: 16,7%). De tidligere utførte innleveringsoppgavene i faget Energi i Bygninger (3 stk) teller til sammen 25%. Oppgave 1 - ENØK-tiJtak i et borettslag Et borettslag i Trondheim består av 12 boligblokker, alle i fire etasjer -- og med fire leiligheter i hver etasje. Innvendig, oppvarmet bruksareal (BRA) er 400 m2 i hver etasje, inklusive trappeoppgangene. Benytt også følgende grunnlagsdata: - Netto innvendig takhøyde i leilighetene er 2,5 meter. - Veggareal (netto) i hver av de 12 boligblokkene: 800 m2, (kjellerveggen mot grunnen med regnes ikke). - Areal til vinduer og dører: 300 m2. - Areal for etasjeskiller mot loft og etasjeskiller mot kjeller er begge på 400 m2. Det er installert enkel avtrekksventilasjon i boligblokkene. Undersøkelser har vist at avtrekket gir 0,75 luftutskiftinger per time. I tillegg kommer infiltrasjonen (antatt: vanlig skjermet beliggenhet med innlandsforhold). Boligblokkene har kaldt, luftet loft og uoppvarmet kjeller. De 12 boligblokkene har vannbåren sentralvarme -- med vanlige, enkle radiatorer under vinduene. Boligblokkene er bygget i 1970 -- med U-verdier, etc i henhold til Byggeforskriften fra 1967 Se tabell i Vedlegg 1. Disse verdier skal benyttes i oppgave 1.01. For beregning av det årlige energiforbruket benyttes urelukkende qram- formelen fra Byggeforskrift 1997 (Veiledningen), korrigert for temperaturdata som gjelder for Trondheim. Vi skal altså ~ bruke NS 3031 i denne eksamensoppgaven..
-2-1.01: Beregn det spesifikke energiforbruk i kwh per m2 oppvannet areal per dr i boligblokkene - og deretter drsforbruket av energi til ~ borettslaget (kwh per dr) Oppvanningen skjer fra en felles oljefyrt varntesentral som benytter lett fyringsolje (se data i Vedlegg 2). Driftsdata for varmesentralen viser at varmevirkningsgraden for oljefyrkjelen er på 90%. Vi kan se bort fra varmetap for tur- og returledningene til de enkelte boligblokkene. 1.02 Beregn det årlige oljeforbruket til borettslaget i m3 olje pr dr. I forbindelse med et større rehabiliterings- og utbedringsprosjekt for hele borettsalget blir det gjennomført følgende arbeider (a-e), som har betydning for å oppnå et redusert energiforbruk: a): Etterisolering.3Y,ytterveggene: De opprinnelige veggene var av 250 mm tykke vegger av " Lettklinker" med PUsslag på innside og utside. Veggene skal etterisoleres med 100 mm mineralull og en 1/1 mursteins forblendingsvegg - med 20 mm luftspalte i mellom. Benytt U-verdi~ta fra Tabell 2 i Byggdetaljblad 723.312. b): Vinduer: Det settes inn nye vinduer som tilfredsstiller Byggeforskriftene fra 1997. c): Etterisolering.3Y loft og kjeller: Etasjeskifler mellom loft og 4. etg. etterisoleres for å tilfredsstille Byggeforskriftene fra 1997. Den opprinnelige U-verdien for etasjeskiller mot kjeller blir halvert d): Ventilas~ion: Ventilasjonen styres til - dvs. 0,5 luftutskiftinger per time (Byggeforskriftene fra 1997). Infiltrasjonen blir uendret. e): Nytt automatikksystem i ener~isentralen, Nattsenkning av temperaturen. Alle radiatorer i rom med passiv solvarme og soverom får tennostatventiler. Gjør et kvalifisert anslag for hvor mange prosent energisparing man totalt kan oppnå med dette - bruk evt. Byggdetaljblad 701.266. 1.03: Beregn boligblokkenes spesifikke energiforbruk (i kwh per m2 per dr) J1eI. gjennoniføring av liltakene a-e (fremdeles skal vi ~ bruke qram-fonnelen for tiltakene a-d). Bestem også hvor stor %-vis reduksjon vi har oppnådd med ENØK-tiltakene. Oppgave 2 - Bruk av fornybar energi Et nytt sykehjem på Lillehammer i Oppland blir bygget ut med 2000 m2 oppvarmet flate (innvendig målt BRA). Energiforbruket for bygningen er beregnet til 450000 kwh per år (normalår). Største effcktbehov er ca. 150 kw (kaldeste vinterdag i et normalår). Se oversikt i Vedlegg l med data for fordeling av energiforbruk og effektbehov -- beregnet med "ENØK Normtall". I det nye sykehjemmet skal det være lavtemperarurs guivvarme. Dessuten blir ventilasjonsluften og varrntvannetforvarmet fra det vann bårne energisystemet: Energiforsyningen skal i hovedsak dekkes av tre typer fornybar energi:. Grunnvanne/varmepumpe skal dekke 50% av årsforbruket av energi,. Solvanne skal dekke 30% - og. Biobrensel 20% av sykehjemmets energiforbruk i et normalår. Nærmere opplysninger for dimensjoneringen
-3- Grunnvarme (borebrønner i fjell) i kombinasjon med varmepumpe. Varrnepumpen har virkningsgrad 1:3 (dvs. at 1 kwh elektrisk energi gir totalt 3 kwh nyttbar varmeenergi) De borede brønnene har 100 meter netto (våt) dybde og fra disse kan det maksimalt hentes inn en effekt på 40 W per løpemeter netto (våt) dybde (netto). Vannbåren solvarme fra varmepaneier på taket (med 30 helning, i retning sør (180 ). Det kan regnes at solvarmepanelene har en årsvirkningsgrad på 25 % i forhold til innfallende solenergi (bruk Byggforskblad 472.411, se i Tabe1l4a). Anta at varmelagertanken (inklusive en innertank for forvarming av varmtvannet) utgjør 1 m3 per 10m2 solfangerareal på taket, når det også er tatt hensyn til samkjøring med varmepumpeanlegget og biobrenselanlegget (se neste avsnitt). Biobrensel (tørket og pelletisert treflis -- benytt data for Ved i Vedlegg 2) som brennes i en biobrenselkjele med automatisk, termostatstyrt innmating. Vi kan anta at biobrenselkjelen har en varmevirkningsgrad på 90%. Du skal dimensjonere anlegget og beregne følgende:. 2.DI.Beregn antall borede rørbrønner med 100 meter våt dybde, når halyranen av det maksimale effektbehovet skal dekkes av grunnvarme (inkl. el-energi til vannepumpen). Beregn antall m2 solfangerareal på taket og m3 våtvolum i vannelagertanken Beregn de årlige forbruk av elektrisk energi (i kwh/år) for varmepwnpen Finn også årsforbruket energipeilets i antall tonn - og antall m3, tørket biobrensel per år Oppgave 3 - Alternative energivurderinger 3.01: Gasskraftverk i Norge kontra kullkraftverk i Danmark Du skal gjøre en energi- og miljømessig sammenlikning mellom to alternative, nye elkrafiproduserende anlegg. I begge tilfeller skal det produseres netto l1wh elektrisk kraft per år ved anleggene. A: Et nytt gasskraftverk på Vestlandet i Norge. Dette greier å omsette 50% av naturgassens energiinnhold til elektrisitet. De resterende 50% av energien går ut som kjølevann til havet. B: Et nytt kraftvarmeverk i Danmark som benytter kull. I dette verket blir 40% av kullets energiinnhold omsatt til elektrisitet. Men i Danmark blir ytterligere 40% av kullets energiinnh~ld utnyttet som.demvanne i de nærliggende bysamfunn. Bare 20% av energiinnholdet går ut til havet som kjølevann. Spørsmål: Benytt data i Vedlegg 3, og bestem hvor stort utslipp av drivhusgasser vi får - regnet som antall tonn karbondioksid (CO2) per år for de to alternative energiverkene. 3.02: Primært energiforbruk til personbiler med ulike typer motorer og drivmidler Du skal gjøre en sammenlikning mellom tre typer biler (A, B og C). Bilene anses å være like tunge, og krever den samme netto energi mengde til fremdriften (regnet i Ml, eller kwh per 100 km -- denne fmner du ved å bruke data fra alternativ A) Du er blitt bedt om å vurdere hvilken type bil som har lavest energiforbruk per 100 km utkjørt distanse (blandet kjøring, både i by og på landeveien).
-./j- A: En bil med vanlig bensinmotor -- som bruker 5 kilogram bensin per 100 km utkjørt distanse utnytter bare 20% av brenselets energiinnhold til fremdrift av bilen. For energiinnhold i bensin, benytt Vedlegg 2. B: En elektrisk bil med batterier som lades opp fra el-nettet med norsk vannkraft. El-bilen greier å utnytte 50% av el-energien som blir målt inn tilladestasjonen, til fremdrift. Regn også at energitapet fra kraftverket og helt fram til den lokale ladestasjonen er 20%. C: En bil med el-produserende brenselceller, som greier å utnytte 50% av energien i driv midlet - (her: metanol), til fremdrift. Ta hensyn til at 15 % av primærenergien i naturgassen går tapt i produksjonen av metanol. Spørsmål Hvilken biltype (A, B eller C) kommer gunstigst ut, og hvilken kommer dårligst ut i ~sammenheng? Blir rangeringen en annen dersom el-kraften til el-bilen i alternativ B først var produsert i et gasskraftverk (med 50% virkningsgrad på naturgassens energiinnhold)? 3.03: Fremtidig vindkraftutbygging i Norge Gå ut fra at Norge i år 2015 skal produsere 5 TWh elektrisk energi ved hjelp av vindkraftverk Spørsmål: Hvor mange store vindmøller med 80 m diameter på propellene måtte vi da bygge? Regn at med aksen er ca. 80 m over terrengnivå, og at middels vindhastighet er 10 meter per sekund. Benytt den utdelte informasjon om vindkraftverk. Jan From, W, 18.12.2001
~ ri Fra Tabell l. Ojt:'P'? Q tl< nr.i!? ~ 7) ~ ~..s I~ ri fk i1..e -fy&\., Høyeste tillatte varmegjennomgadgbkoeffllient i -5- VEJ;tE'G.1., kcal/ml h 0 (W/ml 0)1). -;-) Tall i parentes i W 1m' C. -= U -.v-c' v-d i -e 11 e. s.:oi1.e.zr. u"t, nr.2 a- C' :(~~~~~~ Energibudsjett Fyringssesong: 15.8-15.6 ~ Budsjettpost i jj.', :s.~ h!:.~l : : kwh/ni) Effektbudsjett I [kwh) i : "1~K.s-tljlkt!, [WJm2]! [kw] I ụ o. æ, 1. Oppvarming 37 77.700 25 53 2. Ventilasjon 65 136.500 21 44 "tv ~ - S!. 3. Varmtvann JO 63.000 12 25 4. Vifter & pumper 28 58.800 7 3 5. Belysning 20 42.000 7 4 6. Diverse 34 71.400 7 15 7. Kjøling o o o o I- :> c Totalt 214! 449.400 Firma: Høgskolen i Oslo Beregnet av: Dato: janf 10/12/2001
..... "... o ;IV 77 unllt~'s;:ursc I' U(I mil'" l Y U(J
VE/JL-G"6G 3 Utslipp ved bruk av petroleumsprodukter Utslipp av CO2 ved bruk av ulike petroleumsprodukter il I /klrt I ~te d't::t f~ Kilde: SSB, NP..?" olaf j{ Gjennomsnittlig svovelinnhold j masse../., ulike produkter Utslipp i Norge fra bruk av petroleum sprodukter 1980'1990119951 Fyringsparafin 0,01 0.021 O.O~ 502 (1000 tonn) Mellomdestillater I 0.33 ~ 0.161 0.071 Tungdestillat 0.751 0.301 0.231 i Tungolje, LS 0.951 0.85 ~ 0.59: I Tungolje. NS 2.30~ 1.97~ 2.17 Bly (tonn) CO2 (mill. tonn) - 5tasjonære kilder - Mobile kilder 198011990~1995! 87.2 19.9 9.81 580.0 J 233.01 10.01 21.61-10.31 17..6118.0' 4.:- 4.0j 11 13.3. 14.01 Kilde: SSB. NP