Optimal combination of natural and mechanical ventilation in ZEB Laboratory

Bygningssektoren er en energiintensiv sektor, med et forbruk på over 40% av det totale energiforbruket i Norge. Energien forbrukes blant annet til oppvarming og nedkjøling av bygninger. Et stort energiforbruk skyldes derfor ventilasjon. Energieffektivisering av bygningssektoren er avgjørende for å oppfylle de norske forpliktelsene til FN. Nullutslippsbygninger, ZEB, blir konstruert med et mål om å kunne produsere nok fornybar energi på stedet til å kompensere for eventuelle klimagassutslipp som dannes under byggets levetid. ZEB Laboratory er et 2000 kvadratmeters kontor- og utdannelsesbygg i Trondheim, Norge, som per dags dato er under konstruksjon. Målet med ZEB Laboratory er å fungere som rollemodell for fremtidige kontor- og utdannelsesbygg som ønsker å oppnå et nivå av ZEB. Formålet med denne masteroppgaven er å finne den optimale bruken av mekanisk og naturlig ventilasjon i ZEB Laboratory i henhold til energibehov, uten å gå på kompromiss med innemiljøet i bygningen. Et omfattende litteraturstudie har blitt utført. Definisjoner, anbefalinger og krav til et godt innemiljø har blitt gjennomgått. Videre ble ulike metoder og strategier for ventilasjon vurdert, i tillegg til en gjennomgang av toppmoderne og energieffektive ventilasjonsstrategier. Det er mangel på litteratur som omhandler hvor velfungerende kontorer og utdanningsbygninger som kun suppleres med naturlig ventilasjon er i kalde klima. Derfor ble studier gjennomført i sydligere regioner analysert. Informasjon om ZEB Laboratory har blitt gjennomgått. Dette inkluderer blant annet bygningsstrukturen, soneinndelingen, utvendige åpninger og planlagt mekanisk ventilasjon. Denne informasjonen ga grunnlag for sammensettingen av en simuleringsmodell av ZEB Laboratory. En grunnleggende modell av ZEB Laboratory med ulike regulatorer av det naturlige og mekaniske ventilasjonssystemet har blitt konstruert. Modellen ble simulert i tre ulike ventilasjonsmoduser: A) Ren naturlig modus, B) Ren mekanisk modus og C) Hybrid modus, og for tre ulike årstider: 1) Vinter, 2) Overgang og 3) Sommer. Noen korrigeringer av de ulike modusene ble gjort for å minimere energibehovet uten å forringe innemiljøet. Simuleringsresultatene viser at det største energibehovet skyldes oppvarmingen av kald, omgivende luft som suppleres til bygningen. Derfor er den mest energieffektive ventilasjonsmodusen om vinteren en ren mekanisk modus. I overgangssesongen vil en hybrid ventilasjonsmodus være energi effektiv på grunn av det lave energibruket til vifter. Bygningen bør implementeres med passiv nedkjøling om sommeren. Dette vil føre til et tilfredsstillende innemiljø når bygningen suppleres med naturlig ventilasjon. Videre viser simuleringene at en ren naturlig ventilasjonsmodus kan sikre et godt innemiljø gjennom hele året. Det er i midlertidig viktig å merke seg at simuleringene ikke tar hensyn til interne varmetilskudd, varme- overføring eller den resulterende temperaturendringen. Dermed vil simuleringsresultatene avvike fra det reelle energibehovet og innemiljøet