Efficient interaction between energy demand, surplus heat/cool and thermal storage in building complexes

Lett tilgjengelig pålitelig lavkost energi har vært viktig parametere i utviklingen av høy levestandard i de industrielle landene. Dette har resultert i en voldsom økning i energibruken verden over. Økt energieffektivisering er en av de viktigste redskapene for å bremse klimagassutslipp og sikre fremtidig energiforsyning. Økt fokus på forbedring av energiytelsen for bygg og redusert primærenergiforbruk oppnås gjennom ny lovgiving. Dette medfører helt nye randbetingelser for design og energisamspill i bygninger. INTERACT er et kompetanseprosjekt med bevilgning fra Forskningsrådet i 2013. Prosjektet co-finansieres med midler fra Aspelin Ramm, COWI AS, Rema1000 Norge, Sweco AS og Statkraft Varme. Prosjektet avsluttes sommeren 2017. Hovedmålet er å utvikle metoder, modeller og verktøy for effektiv energisamspill mellom energi etterspørsel, overskuddsvarme/-kulde, termisk lagring og tredjeparts levering til fjernvarme/-kulde anlegg. Varme og kuldebehov i bygninger opptrer på forskjellig tidspunkter og er forskjellig fra time til time og over sesonger. Selv om den årlige energibalansen kan være oppveiet betyr det fortsatt at varierende energistrøm resulterer i høyt energiforbruk. Arbeid med kartlegging av forskjellige konsepter hvordan dags- og års variasjoner kan kompenseres, med spesiell fokus på muligheter for termisk samspill mellom bygninger og termisk lagring i energibrønner og tanker er gjennomført. Dynamisk termisk lagring av er en av fire hovedtema i prosjektet. Termisk lagring vil være nøkkeltema, da energiproduksjon og forbruk sjelden oppstår til samme tid. Deltakere fra flere ulike akademia (NTNU IGB, Universitetet i Dalarna, Universidad de Vigo, SINTEF) er involvert i dette arbeidet og gir god faglig tynge. I perioden er rapporten "Software for modelling and simulation of ground source heating and cooling systems" ferdigstilt og godkjent av Styret. Rapporten ser på ulike software som brukes til design av grunnvarme system. Modeller for å simulere borehulls lagring, varmepumper og systemkomponenter som vann lagring, hydraulikk og bygningsbelastning er tatt med. Software fokus er EED, TRNSYS, Polysun, Modelica, IDA ICE, og Matlab/Simulink+Carnot, og begrensinger og modeller er evaluert og fordeler og ulemper ved bruk av de ulike software er adressert. Resultatet er at brukervennlighet er veldig knyttet til nivå av fleksibilitet i modellene. Høyere fleksibilitet betyr ofte mindre brukervennlig og omvendt, og EED, Polysun og IDA ICE antas mer brukervennlige softwares mens Modelica, TRNSYS og Matlab/Simulink+Carnot er mer fleksible. Modellen som dekker mesteparten av borehulls simuleringer er TRNSBM-modellen i TRNSYS og INTERACT 2016 modellen for Modelica. Et hovedmål i prosjektet er å utarbeide en metode som kan benyttes til beslutningsstøtte og lønnsomhetsvurdering i tidlig fase når man planlegger effektive energisentraler som skal støtte energisamspill mellom flere parter. Denne metoden vil inneholde modeller for generering og gjenvinning av varme og kjøling, akkumulering og utveksling med 3. parter (inklusive fjernvarme og kjøling). Verktøyutviklingen støttes av en PhD-oppgave, som vil utvikle underliggende modeller og styringsstrategi for forutsigbar og optimal energiflyt mellom kilder, laster og mellomlagring. Status er at en dynamisk modell har blitt valgt som simuleringsverktøy, og en enkel energi system analyse er utviklet for å vise potensialet. Det jobbes parallelt på system nivå med kontrollsystem og strategi for et tenkt verktøy, samtidig med komponent- og sub-systemene og numerisk effektivitet av disse. Prosjektet har allerede vært med å utdanne 11 master- og prosjektstudenter innenfor tema "Energieffektive bygningskomplekser" i tillegg til to sommerforskere ved SINTEF. Etterspørselen etter oppgaver innen dette temaet er formidabel og viser viktigheten med å videreutvikle studenter sammen med aktører som er partnere i prosjektet. Prosjektet publiserer bra og det er levert 10 journalartikler og 27 'andre' publikasjoner (konferansebidrag, nyhetsbrev etc.) i tillegg til 4 tekniske rapporter. Det har vært arrangert 6 åpne workshops med inviterte gjester i prosjektperioden.

Easy access to reliable low cost energy has been an important parameter in developing the high living standard in industrialised countries. Increased energy efficiency is one of the most important measures to curb greenhouse gas emissions and secure futur e energy supply to maintain and improve the living standard globally. Focus on energy performance of buildings and reduction of primary energy creates a potential for energy interaction. Energy efficiency can also be seen as a major energy source and an o pportunity for value creation. Increased utilization of surplus heat/cold has been pinpointed by the Norwegian Energy21-report as an important strategic research area. INTERACT will contribute to release the potential for energy efficiency by fostering kn owledge, technology and development of tools that can be a game changer in utilization of surplus heat. Efficient interaction between energy demand, surplus heat/cool and thermal storage and third party deliverance to the district heating/cooling DHC grid in building complexes is the key to obtain global energy saving goals. Enablers, barriers and frame conditions for decision-making consequences of realizing such systems will be studied. Key work is to develop bridging models and merging tools to connect several branches. This requires multi-disciplinary skills and close cooperation with the partners. The traditional gap between different technical divisions with their own vendors and appurtenant controlling and management systems has to be linked. INTER ACT results will improve energy efficiency since there is a mismatch between simulation and operation of most current systems. Zero Emission Buildings and plus-houses will need to balance uneven supply and demand. INTERACT will develop robust methods and tools for optimal energy interaction between energy demand, surplus heat/cool, thermal storage and third party deliverances. This fundamental knowledge is required for successful installation in the future.