Modellering af den termiske masse i bygninger med det formål at bestemme bygningers evne til at flytte energiforbruget i tiden

Bachelor thesis by Frederik Lynge Holvorsen, June 2015 (Danish)

(English: Modelling of thermal mass of buildings, aiming at flexibility, demand shifting of energy demand for heating and cooling.)

Introduktion (Danish): Den øgede anvendelse af vedvarende energi medfører store udfordringer med at holde
energisystemerne stabile. Da det før kun var forbrugssiden, der svingede, er det med vedvarende
energikilder, også produktionssiden der viser udsving. Dette kan medføre uhensigtsmæssige
ekstremsituationer, som kan være ”spidser” (peaks) eller ”huller”. Derfor
arbejdes der på teknologier, der er i stand til at flytte energiforbrug i tiden, for eksempel
ved at lagre energi. I bygninger er det oplagt at udnytte bygningens masse hertil. Der er
dog ret stor usikkerhed omkring den mængde energi, der kan lagres, når for eksempel
overskydende elektricitet fra vindmøller kun er til rådighed i korte perioder. Nærværende
projekt vil, gennem modellering undersøge, hvordan varmetransporten og varmelagring
foregår i typiske konstruktioner og materialer. Dermed er der mulighed for at estimere potentialet
for fleksibilitet som bygninger kan tilbyde det omgivende energisystem.

Produktionen af bæredygtig energi og energibehov er ikke nødvendigvis sammenfaldende
rent tidsmæssigt. Dette gør sig gældende med hensyn til udnyttelse af vindenergi, som bidrager
til en større og større del af Danmarks energiproduktion. Vindmøller kan f.eks. producerer
strøm om natten hvor behovet for energi i boliger og kontorer er lavt.
Det er derfor relevant at afdække mulighederne for at kunne lagre overskydende energi til
senere brug.

1.2 Formål
Formålet med dette bachelorprojekt er at undersøge bygningers evne til at flytte varmeforbruget
i tiden gennem termisk lagring i bygningsmassen. Denne undersøgelse sker ved
hjælp af matematisk modellering af den termiske masse.

1.3 Fremgangsmåde
Projektforløbet blev delt op i tre faser. I den første fase opstilles og analyseres de nødvendige
teorier, som danner grundlag for at undersøge muligheden for at forskyde energiforbruget
i bygninger.

Abstract (English):

Background: Huge challenges occur with an increasing use of sustainable energy. Some
of these challenges are associated with securing the stability of the energy systems and to
continuously meet consumer energy demand.

Objective: The objective of this project is to provide knowledge regarding the ability to
store thermal energy in buildings and increase the load shift potential, by implementing
mathematical models to support analytics and decision-making. This project will examine
how heat transfer and heat storage is done in typical structures and materials to help estimate
the potential for flexibility which buildings can offer the surrounding energy systems.

Method: This paper is based on a combination of a recognised theoretical foundation,
which forms the basis for exploring the possibility of shifting energy consumption in buildings.
The theory is used to prepare two models in Ida Ice and Comsol in order to verify the
accuracy of Ida Ice. The theoretical foundation and the setup of the models are revisited
and adjusted in an iterative process, in order to obtain the same performance in Ida Ice as
in Comsol and verify the use of Ida Ice.

A range of experiments have been designed in order to simulate different thermal situations
in order to demonstrate the flexibility potential of buildings.

Results: The verification of the building simulation program Ida Ice shows a discrepancy
when comparing to the theoretical foundation and formulas implemented in Comsol. It will
require further investigations to identify the underlying reason of these observations.

The results of the experiments show that it is possible to store energy in order to make use
of this at a later time. However this requires a longer preheating period and the time period
where the energy demand can be shifted is limited.

Bachelorprojekt, Frederik Halvorsen s123095 (final).

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s