AKTIV BRUK AV PASSIV MASSE Rasmus Z. Høseggen, Ph.D. Førsteamanuensis II, NTNU / Seniorrådgiver, Evotek EvoTek AS EvoTek AS ble etablert 1. april 24 Rådgivingsfirma som tilbyr komplette tjenester innen Energirådgivning Miljørådgivning / BREEAM (AP) Byggherrerådgiving (teknisk byggherreombud) Tverrfaglig teknisk rådgivning Vi er i dag 12 ansatte og holder til på Lysaker Sjekk www.evotek.no
EvoTek AS Kjell Petter Småge Energikultivator og daglig leder Espen Schaug Styreformann Stein Undhjem Seniorrådgiver Peder Økseter Seniorrådgiver Øyvind Sandstad Seniorrådgiver Rasmus Z. Høseggen Seniorrådgiver Tom Erik Sundsbø Seniorrådgiver Martha Cecilie Nerberg Nilsen Rådgiver Nils Ivar Nilsen Seniorrådgiver Skryt 1 Energispareprisen Nytt hovedkontor for Sparebank1 SMN Byggherreombud: EvoTek AS Energibruk 211: Totalt 147 kwh/m 2 per år Kontorene 66 kwh/m 2 per år
Skryt 2 Årets bygg Lambertseter senter OBOS Forretningsbygg Byggherreombud: EvoTek AS Norges mest energieffektive kjøpesenter < 83 kwh/m 2 for fellesanlegg Hva er termisk masse? Alt som omgir oss har termisk masse all masse har termisk masse, dvs. evne til å ta opp varme ved å øke temperaturen Med termisk masse menes i denne sammenhengen bygningsmaterialer med stor varmekapasitet (c p ), stor massetetthet (ρ) og høy termisk konduktivitet (λ) Eksempler på bygningsmaterialer med høy termisk masse: Metaller Stein Betong Mur Massivt tre Glass
Hvordan virker termisk masse? 28 Romtemperatur ( C) 26 24 22 2 18 Lett rom Tungt rom 8 12 16 2 4 Klokkeslett 8 Termisk masse utnyttet i årtusener
Hvor mye kan termisk masse utgjøre? Fra litteraturen Hovedfunn om effektiviteten til termisk masse: Termisk masse kombinert med nattventilasjon Kan redusere maksimumstemperaturen dagtid med 2 6 K Kan redusere energibehovet for kjøling med 5 36 % Kan være tilstrekkelig for å dekke hele kjølebehovet i moderate klima Viktige forutsetninger: Tilstrekkelig nattventilasjon Døgnvariasjonene i utetemperaturen er stor (minst 5 1 K) Minimumstemperaturen om natten bør være under 2 C Termisk masse bidrar til å redusere behovet for oppvarming Opp mot 15 % for boliger Opp mot 2 % for kontorbygninger
Parameterstudium Ikke avklart i litteraturstudien om det gjelder for nordiske forhold Annet klima Høyere krav til isolasjon Strengere krav til inneklima (spesielt luftmengder) om det gjelder for moderne bygg med avanserte styringssystemer for lys og ventilasjon om det er mulig å gjennomføre kravet i TEK7 lokal kjøling skal unngås Enkel modell (geometri) av et standard cellekontor I 3 utgaver: Lett (lette konstruksjoner for alle flater) Halvtung (eksponert betong i tak, betonggulv) Tung (tunge vegger, tungt tak og gulv) Behovsstyrt ventilasjon (temperatur og tilstedeværelse) Ingen mekanisk romkjøling 1.6 2.4 2. 4.2 2.75 N Parameterstudium sentrale funn Om operativ temperatur Reduserer antall timer med høye temperaturer i arbeidstiden Om oppvarmingsbehov Termisk masse bare marginal innvirkning på oppvarmingsbehovet Om nattventilasjon Tunge rom kan tåle betydelig høyere internlaster dagtid om det ventileres utenom arbeidstid Om settpunkt og kontrollbånd Bør ha minst 1 K dødbånd og 2 K kontrollbånd NB! Liten forskjell på medium og tungt kontor Viser også hvor følsom energibruken er for valg av sett punkter og styringsstrategi Number of hours 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Heat load (W/m 2 ) 6 55 5 45 4 35 3 Heating energy demand (kwh/m 2 ) Net energy demand (kwh/m 2 ) 522 45 2 18 4 16 35 14 3 12 1 2 8 space ventilation 15 6 2 1 4 15 2 5 1 5 l m h l m h l m h l m h l m h l m h l m h l m h 1 2 3 4 Oslo dead control Bergen Andøya l m h band l range m h l m h No night ventilation Conditioned air Free cooling l m 1 % h l m h l m h Oslo Bergen Andøya 1 2 3 4 2 21 22 23 24 26 o Heating Cooling C fan net cooling Typisk max belastning > i 26 o C møterom -26 o C 24- o C 23-24 o C Typisk 22-23 belastning o C < 22 i kontorcelle o C
Flott, men i praksis? Feltstudium Røstad, Levanger
Feltstudium Ikke avklart i litteraturstudien eller parameterstudien Flere studier med målinger i litteraturen, men alle på testceller ingen på bygg i normal drift Om påstanden i parameterstudien om at eksponert betong i taket er tilstrekkelig mengde termisk masse også i praksis Mål: Ved målinger i et moderne kontorbygg, i normal drift med behovsstyring av lys og ventilasjon, avdekke potensielle energibesparelser og bedring av termisk miljø ved å eksponere betong i himling Metode: Fjerne opprinnelig nedforet himling for å eksponere betong i taket i et kontor og sammenligne med et tilsvarende kontor med nedforet himling To identiske kontorceller Rom med nedforet himling (SC2) Rom med eksponert betong (EC2)
Måleresultater Kriterier for sammenligning: Rimelig lik belastning i minst tre påfølgende dager Av målingene utført over ett år kokte det ned til 1 perioder Hva påvirker romtemperaturen? Utetemperatur Solstråling (diffus og direkte) Vind (infiltrasjon) Tilluftstemperatur ventilasjon Ventilasjonsluftmengde Radiatorpådrag Internlast (pers., lys, utstyr) Svært vanskelig å kvantifisere gevinsten direkte ut fra målingene Likt for begge rom Avhengig av tilstedeværelse og/eller romtemperatur ( o C) (%) (%) (%) Air temperature 26 24 23 Nedforet himling (SC2) Eksponert betong (EC2) 22 May 7th May 8th May 9th Damper position 1 75 5 May 7th May 8th May 9th Occupancy 1 75 5 May 7th May 8th May 9th Recorded occupancy + 2 min delay 1 75 5 May 7th May 8th May 9th Måleresultater 7.-9. mai 26 Kalibrering av simuleringsmodell Måling av uteklimaparametere som input til ESP r Temperatur Stråling (diffus og direkte) Vind (styrke og retning) Relativ fuktighet Hele kontorfløyen modellert de 6 rommene av spesiell interesse i detalj Bygningsdata fra tegninger og spesifikasjoner sammen med målinger av tilstedeværelse implementert Utfordringen i kalibreringen var å finne rett tilluftsmengde [ o C] [%] [%] Air temperature - SC2 measured 24 simulated 23 22 21 Sep 4th Sep 5th Sep 6th Occupancy 1 75 5 Sep 4th Sep 5th Sep 6th Occupancy + 2 min delay 1 75 5 Sep 4th Sep 5th Sep 6th Air temperature - EC2 measured 24 simulated 23 22 21 Sep 4th Sep 5th Sep 6th 1 Occupancy 75 5 Sep 4th Sep 5th Sep 6th 1 Occupancy + 2 min delay 75 5 Sep 4th Sep 5th Sep 6th
Viktigste resultater fra kalibrert modell Ved å eksponere betong i taket kan: Maksimum operativ temperatur på dagtid reduseres med mer enn 1 K. Temperaturvariasjonen over arbeidsdagen reduseres med mer enn 2 K. Med tilstrekkelig nattventilasjon kan et rom med eksponert betong i taket tåle 3 4 % høyere intern varmelast enn et tilsvarende rom med nedforet himling. NB1: Nattventilasjon over 7 1 luftskifter per time gir ingen vesentlig bedring i resultatet NB2: Dersom det ventileres med mindre enn 2 luftskifter per time utenom driftstid kommer rommet med eksponert betong dårligere ut! Eksponert betong i taket ga bare mindre utslag på romoppvarmingsbehovet. Avhengig av rombelastningen er besparelsen 2 6 % for gjennomsnittlig tilstedeværelse på 3 1 % av tiden mellom kl. 8 og 16. Internlast (W/m 2 ) Operative temperature [ C] 3 29 SC2 EC2 Ute 28 27 26 4.9K 3.K 24 23 22 21 2 Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun 65 6 55 5 45 4 35 3 2 15 NB2 1 EC2-3.5 h -1 mek. ventilasjon dagtid 5 SC2-3.5 h -1 mek. ventilasjon dagtid 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 Luftskifter nattestid (h -1 ) 42 38 34 3 26 22 18 14 1 Utetemperatur [ C] NB1 Høres bra ut, men i det virkelige liv?
Fasade og plan Ref: Agraff Arkitekter Fastfelt: Klimaskjerm Bygningsdel U verdi (W/m 2 K) Kommentar Vegg Blokk A F (3 mm mineralull),15 Vegg auditorium (35 mm mineralull),12 Tak Blokk A F (45 mm kompakttak),9 snitt for hele takflaten Gulv og tak auditorium mot fri (4 mm min.ull),1 Glassfelt: Bygningsdel U verdi (W/m 2 K) g verdi ( ) Vinduer (3 lags, argon, trekarm) 1,,45 Vinduer mot bankplass (3 lags, argon, trekarm) 1,,33 Vinduer forretninger (3 lags, argon, alukarm),95,45 Vertikale glassfasader spalt (3 lags, argon, alukarm) 1,2,46 Glasstak spalter (3 lags, krypton, alukarm),73,47 Tetthetsprøving utført av 3.parts i henhold til NS EN 13829. Testene viste at bygget har et lekkasjetall på,9 luftskifter per time v/ Pa 5. Alle lokalene har eksponert betong i himling.
Tekniske anlegg Ventilasjon Behovsstyrt i alle rom (CO 2 /temp/tilstedeværelse) Belysning Behovsstyrt i alle rom (dagslys/tilstedeværelse) Oppvarming Vannbåren varme via en blanding av høy og lavtemperatur radiatorer Kjøling Kun små kom.rom. og Vinmonopolet har lokal mekanisk kjøling Ventilasjonskjøling besørges av luftkjølte isvannsmaskiner Snitt av bygget Glasspalter Snitt Ref: Agraff Arkitekter
Ventilasjonsprinsippet Utnyttes termisk masse?
Mild vårdag 23. mai 211 Temperatur uteluft ( C) Takluke Ventilation air flow rate Total luftmengde ut fra aggregat (l/s) Temperatur uteluft ( C) Takluke
Tilført effekt til teknisk rom Total luftmengde ut fra aggregat (l/s) Temp. ut fra aggregat ( C) Temperatur uteluft ( C) Drift på kompressorer Effekt tilført teknisk rom (kw) Takluke Potensiell besparelse Effekt tilført teknisk rom (kw) Pumper og standbyenergi til kjølemaskin (1) (2) Termisk masse i hulrom ikke utnyttet, fordi (t tilluft < t betong ) Sparepotensial: (1) (2) : ~ 3 kw
Hva med det termiske inneklimaet? Svært varm dag: 9. juni 211 Inntakstemperatur
Kjølemaskinen bryter sammen Kjølegjenvinning Ventilasjonsluftmengde Tilluftsmengde (l/s) Inntakstemperatur Tilluftstemperatur Høy nattemperatur Inntakstemperatur Tilluftstemperatur
Temperatur i kontorlandskap Lufttemperatur plan 2 5 Reddet av betongen Max lufttemp < 26 C Betongtemperatur plan 5
Hva med energibruken? Kvartalet første driftsår 35 3 Total energibruk 1.2.211 31.1.212 6 4 2 2 (kwh) 2 15 1 5 4 6 8 1 12 14 16 18 (ºC) Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Des Jan Elektrisitet 18 532 198 141 182 862 29 341 29 732 22 1 232 222 223 839 213 7 229 446 226 812 228 649 Fjernvarme 85 94 7 46 29 82 19 12 4 9 34 11 44 14 49 28 1 36 24 77 7 13 82 Midl.mnd.temp 2,5 1,1 7 9,7 13,3 14,8 14,4 11,7 7,2 5,1,4 1,9 2 Hovedmåler fjernvarme (kwh) Hovedmåler el (kwh) Totalt (kwh) Totalt (kwh/m 2 ) Årsmiddeltemp. 498 28 2 555 286 3 53 566 147 6,9 C
Blokk C Kontordel Energipost Kontordel Blokk C (kwh/m 2 ) Kontorbygg TEK 1 (kwh/m 2 ) Romoppvarming 4,9 34 Ventilasjonsvarme 3,9 22 Varmt forbruksvann 5,3 i 5 Vifter, pumper og vent.kjøling 7,1 29 ii Teknisk utstyr og belysning 44,7 iii 59 Romkjøling Totalt 65,9 144 i Beregnet ut fra fjernvarmeforbruk når det ikke er oppvarmingsbehov i bygget. ii Beregnet med årsvirkningsgrad på 2, for ventilasjonskjøling iii Medregnet reservekraft = 1, kwh/m 2 for kontordel (målte verdier fra Blokk E) Til sammenligning 55 5 45 4 35 kwh/m 2 3 2 15 1 5 Kvartalet 27 Snitt kontorbygg Norge Totalt for Kvartalet TEK '1 for kontorbygg Blokk C kontordel Hva med de "andre"?
Takk for oppmerksomheten!