Use of thermal energy in office buildings connected to the Hafslund Varme district heating grid

Hafslund Varme AS produserer og leverer fjernvarme i Oslo. Forbruksmønsteret til kunden varierer mye i løpet av et døgn. Det resulterer i stadige endringer i effektbehov og enkelte effekttopper i fjernvarmenettet. Effektbehovet er særlig stort i morgentimene og utover dagen, mens det normalt er lavere om natten. Dette stiller krav til kapasitet i fjernvarmenettet, noe som medfører bruk av fleksible, men dyre produksjonsmetoder. En mulig metode for å jevne ut effekttoppene i et fjernvarmenett ble undersøkt i denne oppgaven. Hensikten er å redusere effektuttaket til enkelte bygg i perioder med stort effektbehov i fjernvarmenettet. Dette betyr at i en periode blir byggene tilført mindre varme enn det som er nødvendig for å opprettholde innetemperaturen. I denne oppgaven har det blitt undersøkt hvorvidt termisk lagret energi i en bygningskonstruksjon kan kompensere for deler av reduksjonen i effektuttak, og på den måten bidra til en akseptabel innetemperatur. Det har blitt beregnet reduksjon i effektuttak og varmekapasiteten til byggene. Det ble gjort forsøk på to kontorbygg som ligger på Skøyen i Oslo. Forsøkene ble gjort i helger uten aktivt ventilasjonsanlegg og ansatte som arbeidet i byggene. Regulatoren som styrer oppvarmingen av bygget ble endret slik at den opererte som om utetemperaturen var høyere enn den faktisk var. På denne måten fikk ikke byggene tilført nødvendig effekt for å opprettholde innetemperaturen. Det ble testet to tiltak med oppjustering av utetemperaturen, med henholdsvis +10 ºC og +20 ºC. Tiltakene førte til at regulatoren reduserte temperaturen på varmtvannet som sirkulerte i radiatorene i bygget. Oppjustering av utetemperatur foregikk over en periode på seks timer, og byggenes innetemperatur og effektuttak ble målt. Det ble utført tre forsøksserier for hvert tiltak. Resultatene viste at det var mulig å redusere varmetilførselen til et bygg betraktelig over en periode, og fremdeles ha akseptabel innetemperatur. Det tiltaket som ga størst reduksjon i effektuttak ga en gjennomsnittlig reduksjon over tre forsøksserier på 4,2 W/m2 for bygg 1 og 12 W/m2 for bygg 2. Tiltaket ga et gjennomsnittlig fall i innetemperatur på maksimalt 0,7 ºC for bygg 1 og maksimalt 2 ºC for bygg 2. Videre hadde bygg 2 størst varmekapasitet per bruksareal. Varmekapasiteten var 21 Wh/ºCm2 i bygg 1 og 32 Wh/ºCm2 i bygg 2.Hafslund Varme AS supplies the capital of Norway, Oslo, with district heating. The consumption of heat varies during a day. This results in repeated changes in the system’s heat load, which often accumulate to heat peaks. The need for heat is especially high in the morning and during the day, but descending in the evening and night time. This requires sufficient production capacity, which means having to use flexible but expensive production methods. In this thesis, a feasible method for peak shaving is examined. The purpose was to reduce the heat input to some buildings in periods with large heat demand in the district heating system. This implies that the buildings for a period was supplied with an insufficient amount of heat to maintain the indoor temperature. It has been assessed whether thermally stored energy in the building can compensate for the lack of supplied heat, and thus contribute to maintaining an acceptable indoor temperature. The possible scale of the input heat reduce has been examined, as well as the heat capacity in the buildings. The subject of the experiment were two office buildings, located at Skøyen in Oslo. The experiment was conducted during weekends, when the ventilation system was inactive and employees were not present. The regulator controlling the heating of the building, were adjusted to operate as if the outdoor temperature were greater than the actual temperature. This way, the buildings were insufficiently supplied with heat to maintain the indoor temperature. The outdoor temperature was manipulated to 10 ºC and 20 ºC higher than the actual outdoor temperature. The manipulation caused the regulator to reduce the temperature of the water circulating in the radiators in the building. The adjustment of the outdoor temperature took place during a six hour period, and the buildings indoor temperature and the buildings heat load were then measured. Every manipulation was tested three times. The results of the experiment showed that it was possible to reduce the heat supply to the buildings over a six hour period, and still maintain an acceptable indoor temperature. The procedure with the greatest impact, gave in average a heat load reduction of 4,2 W/m2 for building number one and 12 W/m2 for building number two. The procedure resulted in an average fall in indoor temperature, over a period of six hours, of no more than 0,7 ºC for building number one and no more than 2,0 ºC for building number two. The calculation of the heat capacity showed similar results, were building number two had the greatest heat capacity. Building number one had a heat capacity of 21 Wh/m2 and building number two had 32 Wh/m2.M-I