| Summary: | I tråd med elektrifisering av industri- og transportsektoren samt økt behov for elektrisitet til kjøling, applikasjoner og tilkoblede enheter, kreves et robust og fleksibelt kraftnett. Samtidig er det ønskelig å minimere energibruk med intensjon om å redusere CO2-utslipp. En potensiell løsning til et slikt komplekst problem er anvendelse av termisk energilagring. Termoaktive dekker (TABS) utnytter betongmassen i bygninger til å forskyve tidpunktet for effektbehov til oppvarming. De termiske egenskapene til betongmassen muliggjør absorpsjon av varme i perioder med overskudd, for å deretter frigi denne varmen i perioder med underskudd. I betongen er det innstøpte rør der vann med temperatur nært romtemperatur sirkulerer. Å disponere varmepumper som energiforsyningssystem i kombinasjon med TABS som varmeavgiversystem vil øke varmepumpens effektfaktor. Fordelen med dette oppvarmingssystemet vil være lave energikostnader ettersom tariffprisene for elektrisitet er lavere om nettene, som en konsekvens av lavere etterspørsel. Målet med denne oppgaven var å analysere et kontorbygg i Tromsø som ønsker å benytte seg av TABS og bergvarmepumpe med energibrønner av overnevnte grunner. Dette kontorbygget vil da være et av de nordligste byggene som disponerer en slik teknologi. Det har blitt utviklet en bygningsmodell av kontorbygget i simuleringsprogrammet IDA ICE. Bygningsmodellen har blitt verifisert, og konstruert slik at det skulle være klart hvilke resultater som skyldes tilsiktede parameterendringer. Først ble valg av dimensjonerende utetemperatur undersøkt. Formålet var å finne en temperatur som er representativ for Tromsø de siste tredve årene og som potensielt kunne redusere størrelsen på varmepumpen. Det ble funnet en ny DUT_vinter for den nyeste referanseperioden, men grunnet noe eldre klimafil i simuleringsprogrammet var ikke den representativ. Det ble utført en litteraturstudie i forkant av modelleringen for tilegne seg kunnskap om arbeidsmåten til TABS. Med bakgrunn i litteraturstudien ble det bestemt å analysere fire forskjellige reguleringsmetoder: 1. temperaturregulering, 2. temperaturregulering med sommer- og vinterdrift og 3. mengderegulering med sommer- og vinterdrift. Metodene ble vurdert med hensyn på maksimale effekttopper. Alle tre metodene ble regulert med lufttemperatur som kontrollerende tilstand. Temperaturregulering med sommer -og vinterdrift ble valgt å videreføre i oppgaven, da de beste resultatene på det tidspunktet. Deretter ble den fjerde reguleringsmetoden analysert: 4. temperaturregulering med sommer -og vinterdrift der overflatetemperatur på betongdekket var den kontrollerte tilstanden. Denne reguleringsmetoden resulterte i ingen avgitt romkjøling, og dermed lavest energibruk av de fire metodene. Den reversible bergvarmepumpen ble modellert som en varmepumpe og en kjølemaskin i bygningsmodellen. Varmepumpen oppnåde en netto årsvirkningsgrad på 2,9. COP på varmepumpen varierte mellom 2-4, og COP på kjølemaskinen varierte mellom 4-7. Totalt netto energibehov for modellen ble simulert til å være 60,9 kWh/m2 hvilket er innenfor rammen til den tekniske byggeforskrift. Last-forskyvningeffekten ble oppnådd, men maksimal effektopp som inntraff var på 58 W/m2 i forbindelse med oppvarming. Dette er en noe høy effekttopp, og var primært avgitt som ventilasjonsvarme. Det foreslås derfor som videre arbeid å optimalisere modellen, med vekt på regulering av TABS. In line with the electrification of the industrial and transport sector as well as the increased electricity demand for cooling, applications and connected units, a robust and flexible power grid is required. At the same time, it is desirable to minimize energy consumption with the intention of reducing CO2 emissions. A possible solution to such a complex problem is employment of thermal energy storage. Thermo active building surfaces (TABS) utilize the concrete mass in buildings to shift the time for heating power demand in buildings. The thermal properties of the concrete mass enable absorption of heat during periods with surplus heat, and then release this stored heat during periods of deficit. Embedded in the concrete there are pipes with circulating water with a temperature close to room temperature. Allocation of heat pumps as an energy supply solution in combination with TABS as a heat emitting system will increase the heat pump efficiency. The total benefit of this heating system will be low energy costs due to the fact that tariff prices for electricity are lower at night, as a consequence of lower demand. This thesis has analyzed an office building in Tromsø that desire to utilize TABS and geothermal heat pump with energy wells for the above-metioned reasons. Tromsø, which has a subarctic climate, will mainly use TABS for heating purposes. This office building will then be one of the nothernmost buildings with this technology. A building model of the office building has been developed in the simulation program IDA ICE. The building model has been verified, and constructed with simplifications with the purpose of knowing which results are caused by intended parameter changes. First, the choice of design outdoor temperature was examined. The purpose was to find a temperature that is representative of Tromsø during the last thirty years and that could potentially reduce the size of the heat pump. A new DOT_winter was found for the most recent reference period, but due to a slightly older climate file in the simulation program it was not representative. Based on a literature study, which is repeated briefly in this thesis, four different control strategies were analyzed. Temperature control and mass flow control with and without summer/winter operation were assessed with regard to maximum power peaks. Temperature control with summer/winter operation was determined to proceed with in this task. Air temperature in the zone was the controlling condition at first, before the sufrace temperature of the slab was considered. The latter resulted in no need for space cooling. The reversible ground source heat pump was modeled as one heat pump and one chiller in the building model. The heat pump achieved a seasonal performance fator of 2.9. The COP of the heat pump varied between 2-4, and the COP of the chiller varied between 4-7. The total net energy requirement for the model was simulated to be 60.9 kWh/m2 which is within the framework of the technical building regulations. The peak shifting effect was achieved, but the maximum heating power peak that occurred was 58 W/m2. The biggest part of this load was caused by ventilation heating and indicates that the model is still not optimized with regard to the regulation of TABS, and will be necessary further work.
|
|---|