Search

Energibruk i bygninger har vært et viktig tema for å redusere det totale energiforbruk. For både boliger og industribygg er 50 \% av energien i Norge brukt til å oppnå termisk komfort ved romoppvarming eller –kjøling. Nye bygninger har sett forbedringer ved å benytte denne energien mer effektivt ved å anvende den termiske energien kun der den er nødvendig, men utviklingen må fortsette. I Norge, sammen med mange andre land, tar sikte på å redusere energiforbruket, og målet i bransjen er å finne en effektiv måte å utnytte energi på for å opprettholde den termisk komforten. Menneskelig termisk oppfattelse og komfort er et emne av økt interesse og relevans for folk som tilbringer sin tid i et innemiljø. Brukeroppførsel er et betydelig element i termisk oppfatning. Det er direkte forbundet med personlig bekledning og aktivitetsnivå og kan være vanskelig å bestemme. Omgivende parametere, for eksempel temperatur og lufthastighet, er andre faktorer som kan vurderes sammen med det psykologiske elementet. Termisk komfort blir et komplekst studieområde hvor mange aspekter kan vurderes, og bør i tillegg gjøres med hensyn til energiforbruket. Denne studien tar sikte på å øke kunnskapen om adferd i en kontorcelle under visse gitt termiske forhold. Et eksperiment ble gjennomført, som fant sted i Trondheim på våren når klimaforholdene regnes som varme. Korte undersøkelser av det relevant emneet ble gjennomført og interessante funn fra andre studier er presentert. Ved utviklingen av en termisk modell, inspirert av "Fanger's modell" og den "adaptive modellen", ble det utarbeidet et evalueringsskjema for forsøkspersonen. Oppfattelse av termiske forhold ble rapportert med hensyn på psykologiske og personlige parametere. Utnyttelse av et dybderegistreringskamera (Microsoft Kinect) registrerte deltakerens oppførsel under forsøket. Innsamling av kvalitative data produserte en sky av informasjon om oppfatningen av enkelte termiske miljøer. For å skaffe seg informasjon om det termiske miljøet ble en CFD-modell utarbeidet til å være en representasjon av virkeligheten. Modellen ble først tegnet i SolidWorks CAD-program, og overført videre til simuleringsprogrammet, ANSYS. Det ble bygget to geometriske modeller, en ventilasjonsmodell og en modell for kammeret, som representerer eksperimentet. Geometriene måtte «meshes» ved å anvende forskjellige metoder for å sikre kvaliteten. Ved å simulere forholdene i ANSYS Fluent ble fire forskjellige turbulensmodeller testet og evaluert. K - $ \ epsilon $ RNG ble etter å ha justert modellegenskapene funnet egnet til å representere virkeligheten. For å begrense antall omgivende parametre å undersøke, ble bare 'temperatur' og 'lufthastighet' undersøkt i denne studien. Fire forskjellige luftstrømmer ble indusert i kammeret. Det ble også undersøkt virkningen av en radiator, som ga temperaturer opp til 30 $^{\circ}$C ved å bruke forskjellige effekter. Dataene fra simuleringen ble koblet direkte til de registrerte bevegelsene utført av instrumentet Kinect. Hvert punkt på forsøkspersonens kropp, hadde en viss verdi av temperatur og lufthastighet. Eksponering av temperatur og hastighet, for 25 steder, gjennom en periode på en full arbeidsdag, kunne nå analyseres grundig. Disse kvantitative dataene gjør det mulig å fastslå årsaker til evalueringene under forsøkene. Deltakeren tilpasset seg det som kunne betraktes som ubehagelige forhold. To like scenarioer ble gjennomført med noen dagers mellomrom, og evalueringen var forskjellig i de to. De kvantitative dataene er like for de to scenarioene, men de kvalitative dataene var forskjellige. Forsøkspersonen rapporterte også en fysisk endring. Den personlige parameteren; "svette", hadde blitt redusert. Tilpasning til innemiljø var i dette tilfellet tilstede under svært varme innendørsforhold. Energy use in buildings has been a major substance of reducing total energy consumption. Concerning both residential and non-residential buildings, 50 \% of the energy in Norway is used to achieve thermal comfort by space heating or cooling. New buildings have seen improvement by utilising this energy more effectively by appointing this thermal energy where it is needed but the development must continue. As Norway, along with many other countries, aiming to reduce energy consumption, finding an efficient way to utilise energy for maintaining thermal comfort is the target in the industry. Human thermal sensation and comfort is a subject of increased interest and relevance for people who spend their time in an indoor environment. Occupant behaviour is a substantial element in thermal perception. It is directly connected to persons clothing and activity level and can be difficult to predict. Ambient parameters, such as temperature and air velocity, are other parameters to consider along with the psychological element. Thermal comfort becomes a complex field of study where many aspects could be considered, and should, in addition, be done with caution to energy consumption. This study aims to cultivate more knowledge about occupant behaviour inside an office cell under certain given thermal conditions. An experiment was carried out, which took place in Trondheim during spring when the climate conditions are considered warm. Brief investigations of the relevant subject were conducted and interesting findings from other studies are presented. By obtaining a thermal model, inspired by the 'Fanger's model' and the 'adaptive model', an evaluation form was prepared for the participant. Sensation about indoor thermal conditions was reported among psychological and personal parameters. The utilisation of a depth registration camera (Microsoft Kinect) recorded the participant's behaviour during the experiment. Collection of qualitative data by the subject produced a cloud of information about the perception of certain thermal environments. To procure information about the thermal environment, a CFD model was carried out to be a representation of reality. The model was first drawn in SolidWorks CAD program and transferred further to the simulation program, ANSYS. There were build two geometries, a pipe model and a chamber model, to represent the experiment. The geometries had to be meshed by applying different mesh methods to ensure the quality. By simulating the conditions in ANSYS Fluent, four different turbulence models were tested and evaluated. The k-$\epsilon$ RNG was, after tuning the model characteristics, found to present the reality to an acceptable level. To narrow the number of ambient parameters to examine, only 'temperature' and 'air velocity' was examined in this study. Four different air flows were induced in to the chamber. There was also investigated the impact of a radiator, which rendered temperatures up to 30 $^{\circ}$C by applying different effects. The data from the simulation was directly appointed to the registered joint locations conducted by the Kinect. Each joint location, for every time step during the experiment, had a certain value of temperature and air velocity attached. Exposure of temperature and velocity, for 25 location points, through a period of a full working day, could now be thoroughly analysed. This quantitative data makes it possible to pinpoint reasons for the subject's evaluations during the experiments. The participant adapted to what could be considered as unpleasant conditions. Two equal scenarios were run with some days in between and the evaluation was different in those two. The quantitative data are equal for those two scenarios but the qualitative data were different. The subject also reported a physical change. The personal parameter; 'sweat rate', had been reduced. Adaption towards the indoor environment was, in this case, present during very warm indoor conditions.

Den overordnede målsettingen for oppgaven er å finne avvikskilder og dens størrelse, som utgjør et totalt avvik for energiforbruket til valgte bygninger. I tillegg er det et mål å øke bevisstheten rundt energiavvik. Oppgaven evaluerer energiforbruket til to skolebygninger i Trondheim og sammenligner energiforbruket mot prosjektert levert energi. Skolene som evalueres er Byåsen barneskole og Lade barne- og ungdomsskole. Totallavviket i 2021 for Lade og Byåsen skole varierer. Lade skole er simulert etter passivhuskrav NS 3701, og energiforbruket er 12,14% mindre enn prosjektert levert energi. Byåsen skole brukte 46,4 % mer energi enn prosjektert levert energi etter NS 3031. Det ligger forskjellig grad av avvik i energikildene for begge skolene; fastkraft og fjernvarme. Byåsen skole brukte 63,4% mer på fastkraft og 36,1% mer på fjernvarme, enn prosjekterte verdier. Lade skole brukte derimot 12,32% mindre på fastkraft og 11,97% mindre på fjernvarme enn prosjektert levert energi. Nærmere analyse av energibudsjettet viser skjevfordeling i forbruket av ulike energiposter. Fordelingen gjort etter prosjektert energibudsjett viser en underdimensjonering av romoppvarming på 155% for Lade skole. Samtidig er tappevann og varmebatteriet overdimensjonert med 91% og 57%. En del avvikene kan forklares ved å se på bruksmønsteret på skolene. Veiledende verdier etter NS 3031 samsvarer ikke alltid like bra med det reelle forbruket. Skolene blir brukt for ulike arrangement i løpet av helgene og sommeren, noe som øker energiforbruket. Dette tar ikke prosjekterte simuleringer hensyn til. For Lade skole var forbruket på varmtvann i idrettshallen 43 ganger mindre enn veiledende verdier i NS 3031. Gjennom forbruksanalyser av systemet på Byåsen skole viser at skolen har et sirkulasjonstap på 10 til 20 kWh. Dette tilsvarer omtrent 11% av energiforbruket for fjernvarme i løpet av år. Skolen klarer heller ikke å utnytte nattkjøling og man ser et jevnt pådrag av fjernvarme i perioder hvor det ikke skal være noe forbruk. For å avdekke avvik for en energipost til en annen så må målere lagt til i en EOS-programvare korrespondere med verdiene til energipostene gjort i energiberegningene. Det er generelt et større behov for bedre og mer presise målere i bygg. Mangel på spesifikke målingspunkter for begge skolene gjør at energianalyser opp mot energiberegningene blir svært begrenset, lite presise og utfordrende. The overall objective of the project is to find sources of energy performance gap, which make up a total deviation for the energy consumption of selected buildings. In addition, it is a goal to raise awareness about energy performance gaps. The thesis evaluates the energy consumption of two school buildings in Trondheim and compares the energy consumption against the designed delivered energy. The schools that are being evaluated are Byåsen primary school and Lade primary and lower secondary school. The total energy performance gap in 2021 for Lade and Byåsen school varies. Lade school is simulated according to passive house requirement NS 3701, and its energy consumption is 12.14% less than designed delivered energy. Byåsen School used 46.4% more energy than designed delivered energy according to NS 3031 simulations. There are different degrees of gap in the energy sources for both schools, electricity and district heating. Byåsen School used 63.4% more on electricity and 36.1% more on district heating than designed values. Lade skole, on the other hand, used 12.32% less on electricity and 11.97% less on district heating than design delivered energy. A closer analysis of the energy budget shows an uneven distribution in the consumption of various energy post. The distribution made according to the design energy budget shows the consumption of room heating is 155% higher than designed value for Lade School. At the same time, tap water and the ventilation heating use 91% and 57% less energy. Some energy performance gaps can be explained by looking at the usage pattern in the schools. Given values according to NS 3031 do not always correspond as well with the actual consumption. The schools are used for various events during the weekends and summer, which increases energy consumption. This is not considered in designed simulations. For Lade School, the consumption of tap in the sports complex was 43 times less than the guideline values in NS 3031. Through consumption analysis of the technical system at Byåsen school show that the school has a circulation loss of 10 to 20 kWh. This corresponds to approximately 11% of the energy consumption for district heating for 2021. The school is also unable to utilize night cooling and we see a steady supply of district heating in periods where there should be no consumption. To detect energy performance gaps for one energy post to another, submeters added to an EMS software must correspond to the values of the energy post given in the energy calculations. There is generally a greater need for better and more precise measurements in buildings. The lack of specific measure points for both schools means that energy analyzes against the energy calculations are very limited, inaccurate, and challenging.