HOME holistic monitoring of indoor environment

HOME, mot lavest mulig energiforbruk og best mulig innemiljø Byggesektoren er den største forbrukeren av energi for tiden, både i Norge og i de fleste andre land. Energiforbruket i bygninger må avta for å skape en bærekraftig fremtid for nye generasjoner, spørsmålet er HVORDAN gjør vi det? Hovedmålet med prosjektet var å utvikle nye teknologiske løsninger for å redusere energibehovet i fremtidens bygninger, samt å skape komfortabelt termisk og visuelt innemiljø. Delmålene var å utvikle hydrogen-basert smart vindu teknologi (Institutt for Energiteknikk, IFE), en smart «skodde» for termisk isolering av vinduer (NTNU/arkitekt), et styringssystem som sikrer full komfort for brukere (NTNU/elektronikk), og arkitektoniske løsninger for best mulig samspill mellom bygningssystemer (NTNU/arkitekt). I tillegg, den iboende fuktighetsbalansen mellom luft og materialer var tiltenkt å skape termisk komfort raskt og effektivt (Treteknisk Institutt). Et godt samarbeidet mellom partnere fremskyndet utviklingen av nye teknologiske løsninger. Prosjektet resulterte med flere banebrytende resultater. Den første er knyttet til opplevelse av komfort i bygninger. Vår forskning ved NTNU (Arkitekt og Elektronikk) viser at mangel på én type komfort, for eksempel bråket fra et ventilasjonssystem, har innflytelse på opplevelse av andre typer komfort, dvs. termisk eller visuell komfort. I tillegg, at de negative opplevelsene blir summert når vi evaluerer komfort i rommet totalt sett. Vi kan tåle en moderat grad av ukomfortabelt tilstand om det er begrenset til én komforttype, men hvis vi blir i tillegg utsatt for en annet type av ubehag blir det ikke å holde ut. Eksperimentet var unikt internasjonalt, siden det er meget få studier som har vært gjennomført i kald klima og med lavt dagslysnivå ute. Disse er viktige funn som må brukes i utviklingen av styringssystemer for rom med flere brukere, der systemet må ta hensyn til motstridene individuelle behov. Tidsmessige justeringer av et styringssystem er avhengig av følsomheten av overflatematerialer og anvendte tekniske systemer. Eksperimenter gjennomført av Treteknisk Institutt viser at «sauna effekten» kan, til en vis grad, brukes som energisparingsstrategi siden den gjennomsnittlige temperaturen i rommet kan holdes noe lavere over tid. Forutsetningen er at store deler av rommer er belagt med ubehandlede tre-paneler og at man tilfører fuktighet som absorberes aller avgis av paneler avhengig av termo-hygrisk tilstand. Eksperimenter med fotokromisk glass ved IFE har hovedsakelig vært knyttet til å forstå den fotokrome effekten av tynne filmer som legges på vindusglass med oksygenholdige yttriumhydrid. Fotokromisk glass har evnen til å justere mengde av lys som kommer gjennom glasset i takt med styrken på solstrålingen, helt automatisk, uten noen som helst styring. På den måten har fotokromisk glass en fordel over elektrokromisk glass som må styres elektronisk. Fotokromisk glass har en nedre grense for lystransmisjon på mellom 30 og 40% som gjør at i lukket tilstand vil fortsatt betydelig mengde av solstråling passere til interiøret. En eventuell blending fra sola må bli kontrollert på en annen måte, e.g. av interne gardiner eller persienner. Beleggets tykkelse er avgjørende for lystransmisjonen i åpen tilstand. Utviklingen av denne teknologien resulterte med to patenter! Detaljprosjekteringen, byggingen og uttestingen av bevegelige varmeisolasjonspaneler som er festet på utsiden av vinduet (skodder) var gjennomført ved NTNU/arkitektur og testet i et termisk måleinstrument for bygningselementer «Hot-boks» i SINTEF med meget lovende resultater. Skodden fungerer som et ekstra lag av termisk isolasjon plassert på utsiden av vindu. Hvor stor effekt den har i form av energisparing er avhengig av skoddetykkelsen og termiske kvaliteter av alle brukte materialer (spesielt vakuumisolasjon), tekniske detaljeringen og presisjonen av utførelsen. Systemet er spesielt følsom for luftlekkasje mellom skodden og veggen. Også isolasjons-egenskapene av vinduet er viktig, effekten av tilleggs isolasjon i form av skodde er størst for vinduer med lav termisk standard, dvs. høy U-verdi. Enda ett lovende resultat, som ikke var planlagt fra starten, er blitt skapt ved NTNU/arkitekt. Dette er laser skjæret akryl plate med en smart design som kan brukes på vinduets overflate og som i tillegg til å reflektere sollys opp mot himling, slik som de tidligere patenterte plater gjør, sprer lyset til sidene (mot sideveggene). Sterke solflekker, som ellers kan virke forstyrende og til dels blendene i interiører, eksisterer ikke lenger siden sollyset er jevnt fordelt i rommet. Det gjør at man kan bruke sollys direkte som belysning uten å risikere visuelt ubehag. Både fotokromisk vindusglass, termisk isolerende skodder og laser skjærte akryl plater er blitt til prototyper som har stor potensialet for full-skala anvendelse i flere bygningstyper.

In this project, we propose to develop and test advanced technology for energy saving through smart control of the indoor environment. The objective is to enable a localized indoor climate control, by utilizing rapidly responsive materials and technologie s in combination with holistic control system. The intelligent control system will enable much more conscious use of energy in buildings; it will use energy to create the desired indoor comfort only at places where people are and during the time when pe ople occupy the space. The idea of rapidly responsive materials will be realized by the usage of hygric building materials (here wooden panels), this will enable rapid changes of temperature in line with the user presence. This means that the overall tem perature of the building can be kept lower. Another rapidly responsive technology is the switchable glazing that can adjust the solar and light transmittance intact with the solar radiation during the day and, additionally, that can significantly increa se the thermal insulation of the glazing during the night by reflecting long-wave radiation back to the interior. An interesting possibility in this project is the interaction of smart windows with the wooden panels. The heat transmitted by the glazing may be charged or discharged locally in the wooden panels contributing to the stable indoor climate. In the project we will combine strong competence in biotechnology (wood science), nanotechnology (hygric surface physics), ICT (sensor and control system ) and architecture. The pilot-building will become an especially powerful way of demonstration of all the systems as well as a method for integration of the systems in a piece of architecture. It will also enable testing of the user interaction with the control system and acceptance of the solution.