Högskolan Dalarnas logga och länk till högskolans webbplats

The high operating temperatures in today’s district heating networks combined with the low energy demand of new buildings lead to high relative network heat losses. New networks featuring lower operating temperatures have reduced relative heat losses while enabling an increase in the use of solar heat. The primary aim of this study was to determine if a particular district heating system can be made more effective with respect to heat losses and useful solar energy, by considering different distribution concepts and load densities. A small solar assisted district heating system with a novel hybrid distribution system has been modelled based on a real case study. This model serves as a basis for two other models where the distribution system and heating network operating temperature is changed. A secondary aim of the study was to determine the economic implications of making these changes, by using costs estimates to calculate the contribution of essential system components to total system cost. Results indicate that a novel distribution concept with lower network temperatures and central domestic hot water preparation is most energy efficient in a sparse network with a heat density of 0.2 MWh/m∙a and a performance ratio of 66%, while a conventional district heating system performs worst and has a performance ratio of less than 58% at the same heat density. In an extremely sparse network with heat density of 0.05 MWh/m∙a, the performance ratio is 41% and 30% for these systems, respectively. A simple economic analysis indicates that the novel distribution concept is also best from an economic point of view, reducing the initial investment cost by 1/3 compared to the conventional concept, which is the most costly. However, more detailed calculations are needed to conclude on this.

Nyproduktion förväntas i framtiden endast leda till marginella tillskott till bostadsbeståndet. Därför kommer mer kunskap att behövas om tidigare byggteknik samt vilka åtgärder, som kan vara lämpliga vid ombyggnationer. Syfte. Denna studie undersöker ett regelbjälklag av trä i ett äldre flerbostadshus från 1903, för att utvärdera konstruktionen med avseende på stegljud och nedböjning. Metod. Insamling av data har skett genom enkätundersökning samt nedböjnings- och stegljudsmätningar. Enkäter har använts för att utvärdera de boendes subjektiva upplevelse av stegljud och nedböjning. Stegljudsnivåer har uppmätts med hammarapparat i enlighet med Svensk Standard och nedböjning har uppmätts med avvägningsintrument Leica NA2 med precisionstillsatts GFS1. Resultat. Enkätresultatet visar att den subjektiva upplevelsen av stegljud och nedböjning inte anses vara ett problem. Stegljudsnivån, L’nT,w+CI,50-2500, uppmättes till 55 dB och den genomsnittliga nedböjning till 0.320 mm/kN. Slutsats. Stegljuds- och nedböjningsnivåer uppfyller dagens krav enligt Svensk Standard, vilket gör att åtgärder inte anses vara motiverade.

Sveriges kommuner har under lång tid rapporterat om en ökande bostadsbrist ilandet. För att motverka bristen behöver en nybyggnation av 60 000–70 000bostäder genomföras årligen fram till 2029. På 60-70 talet stod Sverige även dåinför stora utmaningar som följd av urbaniseringsvågen från Sveriges landsbygdtill städerna. Resultatet blev att bygga storskaligt på ett industriliknandetillvägagångsätt och konsekvenserna till detta blev att stora grönområden runtstäderna exploaterades för att ge plats för nya bostadsområden. För att inte upprepahistorien igen kan ett alternativ istället vara att förtäta en redan befintlig stadsmiljömed exempelvis påbyggnader.I en redan befintlig stadskärna finns många olika typer av byggnader, detta betyderockså att det finns lika många olika typer av påbyggnader. Syftet med detta arbeteär: för ett referenshus beläget i centrala Falun, titta på ett alternativ för påbyggnad iträ där stommen på det befintliga huset inte belastas ytterligare. Ett syfte medarbetet är därför också att bidra till en kunskapsökning kring ämnet påbyggnader iträ.Byggnaden som arbetet har utgått ifrån är beläget i centrala Falun och är uppförtunder slutet av 60-talet. Påbyggnaden som tagits fram för projektet är av”lättbyggnadsteknik” medan förstärkningsstommen bygger på enmassivträkonstruktion i form av pelare och balkar. Anledningen till att använda sigav ett referensobjekt är för att ge arbetet en verklighetsförankring och enkonstruktion att förhålla sig till vid analys av pelarplaceringar. Dimensionering avpåbyggnad samt förstärkningsstommen är utförd med handberäkningar somgrundar sig i de gällande konstruktionsregler som finns i Sverige, Eurokod ochEKS. Byggnaden har även modellerats i Revit för att ge en illustration överpåbyggnaden med förstärkningstomme ser ut men även byggnaden i sin helhetefter påbyggnaden.Resultatet för förstärkningsstommen liknar i mycket ett “trä8” system. Pelare ochbalkar tar upp dom vertikala lasterna medan den befintliga stommens bjälklag,väggar och trapphus i betong bidrar till stomstabiliteten. Genom ritningsanalysenav den befintliga byggnaden har pelarnas placering i konstruktionen valts utefterolika parametrar. Balkarna som placeras på pelartopparna har sedan kontrolleratsför de aktuella spännvidderna med den gällande lasten från påbyggnadenshandberäkningar. Resultatet och slutsatsen som har kunnat dragits från arbetet äratt den kritiska delen för en sådan påbyggnad är balkarna placerade påpelartopparna och inte pelarna i sig själv. Dimensionerna på dessa balkar blirdirekt styrande för hur många våningar som är möjliga att bygga på de placeradepelarna. Även hur mycket påbyggnaden väger har en inverkan på antal pelare ochdärför också spännvidder för balkarna placerade på pelarna.

The building and construction sector is transitioning from a linear to circular economy to meet the global climate goals set by the Paris Agreement. Historically, most GHG emissions from buildings occurred during the user phase. In Sweden, heating emissions have decreased over the past 20 years, but construction and renovation emissions remained consistent. As operational energy efficiency improves, embodied GHG emissions now play a larger role in a building’s total life cycle emissions. A majority of the emissions occurs in the production of structural elements in addition to waste generation. One way to lowers both waste and production emissions is using reused materials. The purpose of the study is to assess the climate impact of a rowhouse in Drottninghög, by comparing the global warming potential (GWP) of three structural options: 1. Reused concrete 2. Traditional concrete 3. Light timber construction. The goal is to determine the most climate friendly option and provide valuable insights for future projects within the industry. This is a case study which focuses on comparing the GWP that is given by the Life cycle analysis (LCA) of each case. The results from the LCA shows that reused concrete has the lowest GWP, followed by the option with timber construction. Exchanging the new concrete structure to a reused concrete structure can reduce the GWP by 77%, and by 52% for the timber construction. This suggests that reused concrete can even be considered a competitive alternative to the traditional timber construction for this type of buildings. The construction sector must become more sustainable to reach climate goals. Reusing concrete structural elements is shown in this study to be a good solution to decrease the GHG in the production phase in comparison to timber construction and new concrete structure.

Inom byggbranschen har man börjat sett fördelar med att titta mer på logistiken iolika byggprojekt. Många olika studier har utförts kring vilka lösningar som finnsoch hur man kan använda dem.Denna studie utförs i samarbete med Skanska Sverige AB. Studien syftar till att påolika sätt undersöka vilka fördelar och nackdelar man kan se med att använda sigav logistiktjänsterna terminalisering och inbärning till ett byggprojekt i Dalarna.Byggprojektet som utgör det specifika fallet i studien är ett ombyggnadsprojekt aven grundskola. Elever vistas i detta skolområde samtidigt som ombyggnationenutförs etappvis inom det stängda arbetsområdet. Studien innefattar även tredje mandär trygghetsupplevelse kring arbetsplatsen undersöks. Inbärningens användbarhetdiskuteras därefter utifrån trygghetsupplevelsen kring och inom arbetsplatsen samtutifrån ekonomiskt och ekologiskt perspektiv.Metoder som används i studien är intervjuer med somliga från projektets ledning,en logistiker på Skanska, rektor för årskurs F-6, yrkesarbetare samt tredje man.Utöver dessa intervjuer utförs även en fältstudie som involverar observationer ochmätningar. Som avslut utförs överslagsberäkningar för att se om användning av ettexternt företag kan leda till ekonomisk lönsamhet.Studiens resultat visar hur man inom företaget ser på logistiklösningarnaterminalisering och inbärning idag. Här visas även vilka fördelar och nackdelarolika parter ser med tjänsterna. Fältstudiens mätningar visar hur många av tredjeman som rör sig kring arbetsområdet i anslutning till att skoldagen börjar.Överslagsberäkningar visar på att man kan se en besparing ifall man använder sigav ett inbärningsföretag som arbetar under kvällstid och detta sker i samband medatt man använder sig av terminalisering.Studiens slutsatser är att det inte finns en allmän lösning till hur logistikfrågan skalösas på olika projekt. Om det finns möjlighet för terminalisering i området ärdetta samt inbärning ett alternativ för projektet.

Det här examensarbetet syftar till att upprätta ett funktionsprogram för ett kretsloppshus där stadens

invånare kan nås med kunskap om hållbar utveckling. Bakgrunden till detta är att Borlänge kommun 2017

godkände ett planprogram med visionen att skapa en ny, klimatneutral stadsdel och därmed bli en

föregångare för hållbar stadsutveckling i regionen. Arbetet med programhandlingen innebar bland annat att

undersöka den bakgrund och de förutsättningar som fanns för ett uppförande av byggnaden.

I kommunens planprogram beskrivs byggnaden ha en pedagogisk funktion i stadsdelen och i Borlänge; en

plats med fokus på praktisk demonstration och utbildning av elever och boende i kretsloppsfrågor för energi,

vatten och avfall/material i en fattbar och intresseväckande skala. Kretsloppshuset planeras att uppföras i

anslutning till en ny skola årkurs 6-9 för samverkan i detta syfte.

Kommunens tanke är att kretsloppshuset ska fungera som ett nav i stadsdelen, men också att byggnaden ska

bli ett besöksmål och sätta Borlänge på kartan vad gäller hållbart byggande. Ett hållbart byggande innefattar

bland annat resurshushållning, minimerad energianvändning och förnybara energikällor, men också att

resurser som energi, avfall och vatten cirkulerar i kretslopp. Teori har inhämtats ur litteratur som fokuserat

på hur vi ska bygga våra hus och städer om vi vill vara med och skapa ett hållbart samhälle.

En del av syftet med detta examensarbete var att undersöka hur man på ett pedagogiskt vis kan sprida

information om miljö- och kretsloppsfrågor. Examensarbetet teoretiska del fokuserar därför delvis på

utvalda delar av pedagogik som inhämtats från tidigare forskning inom barn och ungdomars lärande för

hållbar utveckling, eftersom att studier visar att det är viktigt att barn lär sig tidigt om dessa frågor.

Utbildning för hållbar utveckling är en viktig förutsättning för att nå de hållbarhetsmål som FN tagit fram till

2030.

Kommande generationer måste lära sig ett hållbart levnadssätt redan från start samtidigt som den

befintliga befolkningen drastiskt måste förändra sin livsstil.

För att samla empiri gjordes intervjuer med personer som är eller har varit inblandade i planeringsarbetet

med den nya stadsdelen. Det visade sig att det funnits eldsjälar som tidigt introducerat idén om

kretsloppshuset, men att det i nuläget inte får någon större prioritet bland det pågående arbetet med ny skola

och bostäder.

Att involvera brukarna i ett tidigt skede ger bättre förutsättningar för att nå ett resultat som är effektivt och

tillfredställande för alla parter. Teori gällande designdialoger har därför studerats, för att visa på vikten av en

god dialog för att snabbt identifiera behov och utveckla idéer i designarbetet.

Resultatet av examensarbetet, funktionsprogrammet, kan ses som ett förslag på konceptuell nivå med

funktioner och uttryck som kan tillämpas på en byggnad av detta slag, och en inspiration till fortsatt arbete.

I funktionsprogrammet gestaltar våra tolkningar hur kretsloppshuset skulle uppfylla de önskemål och

funktioner som efterfrågas i planprogrammet, för att i största möjliga mån kunna vara till nytta i kommunens

kommande arbete med byggnaden.

Slutsatser som togs är att rena föregångare till Jakobsgårdarnas Kretsloppshus som koncept saknas. Trots ett

stort antal inspirationskällor ur olika aspekter hittades inget exempel som förenar alla de aspekter som vi har

ambitionen att utveckla i den aktuella byggnaden.

Kretsloppshuset som koncept kan bli en viktig pusselbit

för att hantera hållbarhetsfrågor i en stadsdel eller en hel stad. Ett vidare arbete krävs dock för att undersöka

hur byggnaden ska komma att drivas och förvaltas, och en mer omfattande undersökning av vilka tekniska

lösningar som ska appliceras. Vidare arbete krävs också för att optimera byggnaden för den framtida platsen,

och hur stora ytor som är lämpliga.

Det finns ett stort intresse för byggnaden från diverse aktörer i Borlänge, men för att idén om

kretsloppshuset ska kunna förverkligas krävs en eller flera personer axlar det engagemang för projektet som

fanns när planprogrammet upprättades.

Denna studie fokuserar på tänkbara takstolslösningar hos garage med inredd vind. Där textförfattarna på uppdrag av AB Karl Hedin vars kunders önskemål ibland varit svåra att uppnå. Detta för att stora spännvidder efterfrågas för att skapa en så stor yta på vinden som möjligt. Kunderna efterfrågar även att garageytan skall vara helt öppen, alltså utan bärhjälp av till exempel pelare eller mellanvägg.Det finns många olika sätt att uppföra tänkbara takstolar för garage med inredd vind, problem tillkommer när spännvidderna blir för stora. Problemen grundar sig både i materialanvändning, konstruktionslösningar och dimensioner. För att konstruera en takstol i dagsläget styrs byggandet av byggkonstruktionskrav, laster och beräkningsmodeller beroende på önskad spännvidd hos takstolen, samt vilket användningsområde vindsutrymmet ska ha.Med hjälp av bland annat litteraturstudie, beräkningar och analyser har förslag diskuterats fram på konstruktionsdelar, material och utvecklingsmöjligheter för takstolarna i fråga. Utifrån vald spännvidd har olika lösningar granskats för att uppnå ett så gott resultat som möjligt. Beräkningarna har visat att en samverkande stödbensvägg är en bra metod som förlänger spännvidden upp till 2m på en byggnad. Bärlina i stål har även visat sig vara en bra konstruktionslösning som förlänger golvbjälkarnas spännvidd. Med vald dimension på stålbalk i denna studie måste djupet på byggnaden beaktas för att uppfylla konstruktionsskarven gällande momentkraft och nedböjning.Materialens egenskaper samt tilltänkta metoder för att lösa problemet med stora spännvidder har sedan jämförts mot varandra för att komma fram till vilken metod som är bäst lämpad för tilltänkt ändamål. Materialen som valts till jämförelsen är de material som takstolstillverkaren idag har tillgång till i sin produktion vilket gör att textförfattarna anser att materialen är väsentliga för studien.

the work towards increased energy efficiency. In order to plan and perform effective energy renovation of the buildings, it is necessary to have adequate information on the current status of the buildings in terms of architectural features and energy needs. Unfortunately, the official statistics do not include all of the needed information for the whole building stock.

This paper aims to fill the gaps in the statistics by gathering data from studies, projects and national energy agencies, and by calibrating TRNSYS models against the existing data to complete missing energy demand data, for countries with similar climate, through simulation. The survey was limited to residential and office buildings in the EU member states (before July 2013). This work was carried out as part of the EU FP7 project iNSPiRe.

The building stock survey revealed over 70% of the residential and office floor area is concentrated in the six most populated countries. The total energy consumption in the residential sector is 14 times that of the office sector. In the residential sector, single family houses represent 60% of the heated floor area, albeit with different share in the different countries, indicating that retrofit solutions cannot be focused only on multi-family houses.

The simulation results indicate that residential buildings in central and southern European countries are not always heated to 20 °C, but are kept at a lower temperature during at least part of the day. Improving the energy performance of these houses through renovation could allow the occupants to increase the room temperature and improve their thermal comfort, even though the potential for energy savings would then be reduced.

Idag ställs det specifika krav på en byggnads energianvändning vid nybyggnation. Dessa krav kommer enligt direktiv från EU att skärpas ordentligt till år 2020. Syftet med arbetet var att utifrån en tolkning av kommande energikrav, 2020-kraven, utforma en ny energieffektiv ytterväggskonstruktion. Detta har utförts tillsammans med Fiskarhedenvillan och konstruktionen har värderats med avseende på materialkostnad, montering och kvadratmeterpris.

Genom beräkningar och faktainsamling påvisades hur energianvändningen i ett småhus kunde sänkas genom att byta ut isoleringsmaterialet till ett material med lägre värmeledningsförmåga. Metoden bestod i att tolka de kommande energikraven, samt analysera Fiskarhedenvillans nuvarande väggkonstruktion. Därefter söka information och fakta om olika isoleringsmaterial för att sedan utforma ett nytt förslag på ytterväggskonstruktion.

Ytterväggskonstruktionen utgör en avgörande faktor för klimatskalets energieffektivitet. Då Fiskarhedenvillan valt att fokusera endast på ytterväggen avgränsas arbetet till just den delen av klimatskalet.

En viktig slutsats av arbetet är att 2020-kraven kan uppfyllas genom en förbättring av ytterväggskonstruktionen och att det går att göra en konstruktion som uppfyller kraven i hela Sverige.

En studie har gjorts för att undersöka lufttätheten hos timmerhus tillverkade under senare tid och deras möjlighet att klara de nya kraven om U-värde och energianvändning med primärenergifaktor som grund, vilka kommer tas i bruk under 2017. Föreningen Svenska timmerhus har beställt studien. I studien har två hus i Dalarna undersökts. Båda husen var byggda med 200 mm blockat timmer efter de kvalitetsnormer som Föreningen Svenska Timmerhus rekommenderar. Båda husen har bergvärme som värmekälla. Studien kom fram till att de nya kraven kommer påverka timmerhuskonstruktioner negativt, förutsatt att uppvärmningssystemen är baserade på antingen bergvärme eller el, då en primärenergi tal på 1,6 kommer multipliceras med den totala energiförbrukningen vid uppvärmning med hjälp av el.

Net-zero energy building (NZEB) is widely considered as a promising solution to the current energy problem. The existing NZEBs are designed using the historical weather data (e.g. typical meteorological year-TMY). Nevertheless, due to climate change, the actual weather data during a NZEB’s lifecycle may differ considerably from the historical weather data. Consequently, the designed NZEBs using the historical weather data may not achieve the desired performances in their lifecycles. Therefore, this study investigates the climate change impacts on NZEB lifecycle performance (i.e., energy balance, thermal comfort and grid interaction) in different climate regions, and also evaluates different measures' effectiveness in mitigating the associated impacts of climate change. In the study, the multi-year future weather data in different Chinese climate regions are firstly generated using the morphing method. Then, using the generated future weather data, the lifecycle performances of the NZEBs, designed using the TMY data, are assessed. Next, to mitigate the climate change impacts, different measures are adopted and their effectiveness is evaluated. The study results can improve understanding of the climate change impacts on NZEB lifecycle performance in different climate regions. They can also help select proper measures to mitigate the climate change impacts in the associated climate regions.

Sizing the nZEB systems properly is crucial for nZEBs to achieve the desired performances. The energy demand prediction uncertainties and the components’ degradation are two major factors affecting the nZEB systems sizing. The energy demand prediction has been studied by many researchers, but the impacts of degradation are still neglected in most studies. Neglecting degradation may lead to a system design that can perform as expected only in the beginning several years. This paper, therefore, proposes an uncertainty-based life-cycle performance analysis (LCPA) method to study the impacts of degradation on the nZEBs longitudinal performance. Based on the LCPA method, this study also proposes a two-stage method to enhance the nZEB system sizing. The study can enhance the designers’ understanding of the components’ degradation impacts. Case studies show that an nZEB might not achieve zero energy targets after years due to degradation. The proposed two-stage design method can effectively mitigate this problem.

Det är vanligt att villaägare blir rekommenderade att tilläggsisolera vinden för att sänka energikostnaden för uppvärmning men många inser inte problematiken med att komplettera med för tjock isolering. Om det därför saknas kunskap inom området kan husägare av misstag fylla de längsgående ventilationsspalterna på kallvinden som finns där för att bibehålla den naturliga ventilationen och istället förhindra luft från att torka ur eventuell fukt.

Syftet besvaras utifrån följande frågeställningar:

 Hur mycket kunskap har villaägare om risken för fuktproblem på kallvind och hur man förebygger framtida fuktskador på bästa sätt beroende på takkonstruktion?

 Finns det risk för fuktproblem för de objekten som undersökts, baserat på fuktmätningar med förhöjd fuktkvot?

Den valda metoden för undersökningen var halvstrukturerade intervjuer, innehållande sexton frågor, med villaägare och mätningar av relativ fuktighet i luft och trä samt fuktkvot i trä. Studien begränsades till våren 2016 och till fyra villaägare.

Det visade sig skilja lite bland de intervjuade om hur mycket kunskap de hade om fukt på kallvind och hur mycket kunskap de besitter idag. Vissa hade tillräckligt med kunskap för att själva kunna förhindra fuktskador medan andra ville ha mer information. Flera kände att försäkringbolaget är där de vill ha mer information ifrån, gärna i form av ett informationsblad med korta frågeställningar, som skickas ut årligen.

Mätningarna visade sig ge bra resultat med liten risk för fuktskador på kallvindarna. Det var med andra ord inga förhöjda fuktkvoter i vare sig takstolar eller yttertakets insida.

Allt hårdare lagkrav gör att det är svårt att energieffektivisera befintliga byggnader utan att förändra deras utseende.

Syftet med examensarbetet är att utreda hur stor energieffektivisering, för tre befintliga småhus uppförda under 1900-talet, som är möjlig att uppnå genom förbättring av byggnadernas klimatskal, det vill säga tak, väggar, golv, fönster och dörrar, utan att förvanska byggnadernas utseende och samtidigt bevara deras kulturhistoriska värden.

Arbetet bestod av en förstudie där tre byggnader identifierades, ett undersökningsskede där information om byggnaderna togs fram och ett slutsatsskede där energibesparande åtgärdsförslag togs fram och utvärderades. Byggnader som var goda representanter för sin tid och stil söktes. Byggnader från 1910-talet, 1930-talet och 1970-talet, lokaliserades. Sedan gjordes det fallstudier med intervjuer och inventeringar. För att utreda byggnadens klimatskal utfördes u-värdesberäkningar och energiberäkningar av befintliga byggander och byggnader baserade på föreslagna åtgärdsförslag.

Ingen av byggnaderna nådde efter föreslagna åtgärder ner till passivhuskravet 59 kWh/år/m2 Atemp eller BBR-kravet 110 kWh/år/m2 Atemp för en byggnads specifika energianvändning. Den största möjliga energieffektivisering för de tre byggnaderna uppförda under 1900-talet, som är möjlig att uppnå utan att förvanska byggnadernas utseende och samtidigt bevara deras kulturhistoriska värden är 13,0 kWh/år/m2 Atemp, 49,7 kWh/år/m2 Atemp respektive 64,8 kWh/år/m2 Atemp.

Slutsatser från arbetet är att byggnader från 1910-tal kan åtgärdas genom att isolera fönstren, sätta dit en extra dörr på insidan av ytterdörren samt tilläggsisolera snedtaket. Byggnader från 1930-tal kan åtgärdas genom att isolera fönstren med en isolerruta på insidan av fönstret och dörrarna med en extra dörr på insidan av ytterdörren. Byggnader från 1970-tal kan åtgärda fönstren genom att byta ut dem till energifönster, ingen åtgärd för golvet men fasaden isoleras utvändigt med vakuumisolering. Byggnaden från 1970-talet klarade sig bäst i jämförelsen eftersom den var i autentiskt skick från början vilket gjorde att förbättringen blev större än för till exempel byggnaden från 1910-talet som redan var ombyggd innan åtgärder föreslogs.

Majoriteten av de ca 400 000 småhus i Sverige som är byggda innan 1931 har en mullbänk eller torpargrund som grundkonstruktion, ofta helt eller delvis oisolerad med låg energiprestanda som följd. I detta arbete utreds genom en fallstudie vilka best-practice lösningar det finns att energieffektivisera en äldre torpargrund på och hur en Hasopor/skumglasgrund står sig mot dessa lösningar.

Resultatet visar att Hasopor/skumglasgrunden står sig väl mot de jämförda grundkonstruktionerna; två uteluftsventilerade grunder som är modifierade på olika sätt. Konstruktion 2 motsvarar den konventionella standardlösningen och konstruktion 3 en alternativ tolkning av denna. Hasopor/skumglasgrunden är likvärdig med konstruktion 2 ifråga om energiprestanda för en torpargrund med liknande förutsättningar som fallstudien då ytan på grunden är större än 50m². Utifrån dessa förutsättningar ligger U-värdet i linje med de målvärden som BBR anger för renovering av befintliga grundkonstruktioner/golv. Dessa målvärden ska dock alltid ställas mot varsamhetskravet och förvanskningsförbudet som också anges i BBR. Samtliga av de undersökta konstruktionerna går att införa med hänsyn till dessa krav.

Köldbryggornas inverkan på Hasopor/skumglasgrunden är en osäker faktor som behöver utredas vidare. Likaså har tjockleken på Hasoporskiktet en markant påverkan på U-värdet. Vidare visar arbetet att en övergång från en oisolerad grund till någon av de jämförda grundkonstruktionerna kan leda till en energibesparing i storleksordning 80–90% av nuvarande energiförlust för grunden. 

Net-zero energy buildings (NZEBs) are considered as a promising method to mitigating the energy problems. Due to the intermittent characteristics of renewable energy (e.g., solar energy), NZEBs need to frequently exchange energy with the grid, which imposes severe negative impacts on the grid especially the overvoltage risk. Both planning and design are essential for reducing NZEB connected grid overvoltage, but most existing studies isolated the efforts from planning to design, thereby failing to achieve the best cumulative result. More importantly, existing studies oversimplified overvoltage quantification by using aggregated power interactions to represent overvoltage risk, which cannot consider the complex voltage influences among grid nodes. Due to the isolated efforts and the quantification oversimplification, existing studies can hardly achieve overvoltage risk minimization. Therefore, this study proposes a novel GA (genetic algorithm)-based method in which the key planning and design parameters are optimized sequentially for mitigating the overvoltage risk. Meanwhile, distribution network model has been adopted to precisely quantify the grid overvoltage. The study results show that the proposed method is highly effective in reducing NZEB cluster connected grid overvoltage risk. The proposed method can be used in practice for improving NZEB cluster planning and system design as grid interaction is considered. © 2021 Elsevier Ltd

A convertible, zoned ventilation system was field-tested in a modern, airtight Swedish home when occupied either by an experimental team or by a family. Indoor air quality in the master bedroom was monitored under four ventilation strategies. Relative to constant air volume strategies (CAV), demand-controlled ventilation (DCV) that was responding to CO2 concentration extracted more air when people were present, but less in total over 24 h. This elevated the indoor air humidity, beneficial in climates with dry winter air. Multiple monitors within the bedroom indicated that vertical CO2 stratification occurred routinely, presumably due to low mixing of supply air from a wall-mounted diffuse vent, spreading the air radially over the wall. This seemingly improved air quality in the breathing zone under local (ceiling) extract ventilation but worsened it during more typical, centralised extract ventilation, where air escapes the room via an inner doorway. The local extract arrangement thus seemed to yield both improved ventilation efficiency and reduced contaminant spread to other rooms. The noted air quality variations within the room highlight the importance of sensor placement in demand-control ventilated spaces, even in small rooms such as bedrooms.

A field study conducted in a modern Nordic single-family house with high airtightness and insulation levels, attempted to control summer indoor overheating using night-time cooling strategies. Exhaust air flow rates were manually scheduled by the researchers (based on weather forecasts), analogous to what an engaged occupant - or a predictive system - might do. Air temperatures at a nearby meteorological station peaked at 30 °C during 6 days in June that saw only 44 hours below 18 °C. Temperatures recorded indoors at the test house reached 32 °C, due also to very large solar gains, and never fell below 26 °C over 8 continuous days. It appears that under extended heat conditions that are exceptional now, but foreseen to become more frequent, some modern Nordic homes cannot be temperature controlled by ambient ventilation alone. © 2022 17th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, INDOOR AIR 2022. All rights reserved.

Alla människor använder någon form av energi för att leva. En baksida av detta

är att det medför en klimatpåverkan eftersom energianvändningen är större än

vad jorden klarar av. Sverige har satt ett mål att energianvändningen skall bli

20% effektivare år 2020. Boverkets byggregler har flera styrmedel där

energianvändningen påverkas i hög grad. Bland annat mäts energiprestandan i

primärenergital. I BBR finns riktlinjer för luftomsättning och flöden av ventilation.

Dessa påverkar uppvärmningen i en byggnad. Samtidigt finns möjligheten att

reducera flödet och omsättningen när inget behov finns. För att påverka

energianvändningen i en byggnad kan behovsstyrning av energisystemen

användas. Inomhusklimatet kan då påverkas beroende på ifall människor

befinner sig i utrymmet. Studiens syfte är bland annat att redogöra skillnader i

köpt energi mellan behovsstyrt och icke behovsstyrt inomhusklimat.

För att utgå från ett enhetligt småhus valdes i studien att utgå från Dalarnas villa.

Det är ett modernt tvåplanssmåhus med stora fönsterpartier. Huset uppförs

mellan Borlänge och Falun. Behovsstyrning i ett småhus är relativt outforskat

område. RISE utför i skrivande stund en studie. Där undersöks möjligheten till att

behovsstyra ventilation i bostäder. För att möjliggöra effektiv behovsstyrning

behövs flera sensorer och börvärden definieras samt ett styrsystem som

möjliggör kommunikation mellan sensorerna. Testobjektet användes för att

beräkna energianvändningen med olika grad av behovsstyrning. Beräkningarna

utfördes på tre olika sätt för att verifiera resultatet. Dessa tre var: handberäkning,

TMF energi 7.11 samt IDA ICE. De olika sätten väger in olika många parametrar

och data. Med IDA ICE byggdes en teoretisk modell upp och flera simuleringar

utfördes. Resultatet av beräkningarna skiljer sig relativt lite åt mellan de olika

utförandena. Det som samtliga beräkningarna visar på är att möjligheten finns

för att minska energianvändningen med behovsstyrning.

Vid behovsstyrning av belysning, värme och ventilation kan en minskning av

energianvändningen bli 26 % exklusive hushållsel och varmvatten . Detta beror

på att värmeförlusterna minskas effektivt med mindre luftflöde och lägre

inomhustemperatur när ingen människa vistas i utrymmet. Möjligheten av

behovsstyrning i detta småhus ses som goda, men för att optimera

behovsstyrningen krävs ett väl injusterat styrsystem.

Medvetenheten om hur viktigt det är att värna om miljön är idag stor och ökar ständigt. Den ökande kunskapen har lett till en stigande efterfrågan av miljövänliga material och intresset av att bygga och bo på ett sätt som inte är skadligt för hälsan och miljön har vuxit. En ökad efterfrågan har därefter skett hos hustillverkaren Fiskarhedenvillan och därför har denna undersökning utförts.

Syftet med studien är att undersöka vilka möjligheter det finns att byta ut något eller några material ur Fiskarhedenvillans konstruktion till material som uppfyller högre krav på hälso- och miljövänlighet. De framtagna konstruktionernas U-värde ska förbli likvärdiga eller förbättras. Den viktigaste aspekten i övrigt är att undersöka hur väl de nya konstruktionsförslagen klarar fuktpåverkan. De material som gavs förslag till ändring är vindskyddsskiva, isolering, tätskikt, tejp och invändig beklädnad.

Studien utfördes genom att ingående undersöka material som kunde vara tänkbara och aktuella för förslagen som skulle tas fram. Detta gjordes genom att söka relevant information via databaser, rapporter, tillverkares hemsidor och från andra byggrelaterade webbsidor och böcker. Fuktsimuleringarna och U-värdesberäkningarna utfördes i simuleringsprogrammet WUFI pro 5.3. En enkät skickades även ut till Fiskarhedenvillans agenter för att undersöka bostadsmarknadens intresse av att byta till miljövänliga material i villakonstruktioner.

Undersökningen resulterade i fyra funktionella ytterväggsförslag med vindsbjälklag, som har tagits fram utifrån syftets områden. Resultatet visar att alla konstruktioner klarar fuktpåverkan, utom Förslag 3 med returpappersbaserade isolerskivor i ytterväggskonstruktionerna, där relativa fuktigheten under hela året ligger på så höga nivåer att risk för mögel- och fuktskador finns. Resultatet av U-värdesberäkningarna visar att ytterväggs- och vindsbjälklagsförslagen har snarlika u-värden som Fiskarhedenvillans nuvarande konstruktion, förutom Förslag 4 med hampaisolering som för ytterväggskonstruktionen behövdes utökas med 10cm isolering för att uppnå samma U-värde. I vindsbjälklaget behölls samma tjocklek och u-värdet fick förbli lite sämre jämtemot de andra. Resultatet från enkäten visar att över hälften av agenterna upplevt en efterfrågan från potentiella kunder att byta ut material till mer miljövänliga.

Den viktigaste slutsatsen är att det går att byta ut material i en vanlig villakonstruktion samtidigt som man behåller konstruktionens kapacitet och klarar fuktpåverkan lika bra. Eftersom att enkäten visar att kunder är villiga att betala mer för att få ändra på konstruktionen tror vi inte att det kommer vara några större problem för Fiskarhedenvillan att etablera en konstruktionsmöjlighet med miljövänliga material.

Byggnadssektorn står för omkring 40 % av den totala energianvändningen i EU. Den höga energianvändningen i Europeiska byggnader kan till stor del tillskrivas den stora andelen gamla byggnader med dålig energiprestanda. Energirenovering av byggnader, eller energieffektivisering genom renovering, kan därför anses utgöra en central del i arbetet mot EU:s klimat- och energimål för år 2030. Trots detta är det ännu inte helt klarlagt vilka strategier som ska tillämpas för att uppnå detta och hur det påverkar energisystemet, och i nuläget är renoveringstakten fortfarande väldigt låg.

Målet med denna avhandling är att undersöka ekonomiska och miljömässiga aspekter av strategier för energirenovering, såväl byggnadsskalsåtgärder som aktiva system, för typiska bostads- och kontorsbyggnader i Sverige och i andra Europeiska regioner. Mer specifikt har arbetet följande två inriktningar:

• Renovering av svenska, fjärrvärmevärmda flerfamiljshus, inklusive livscykelkostnadsanalys och livscykelmiljöanalys samt påverkan på det lokala energisystemet;

• Renovering av Europeiska bostads- och kontorsbyggnader, inklusive livscykelkostnadsanalys och livscykelmiljöanalys samt påverkan av klimatförutsättningar.

Byggnader typiska för respektive region och byggnadsperioden 1945-1970 modellerades och användes i simuleringar för att fastställa den övergripande möjligheten och energibesparingspotentialen för olika renoveringsåtgärder i Europeiska klimat. En rad system för värme, kyla och ventilation studeras, samt solenergisystem, med fokus på värmepumpar, fjärrvärme, lågtemperaturvärmesystem och värmeåtervinning ur frånluft.

Jämfört med renovering av byggnader utan energieffektiviseringsåtgärder kan energirenovering i många fall minska såväl livscykelkostnaden som miljöpåverkan. Vid renovering av typiska Europeiska kontorsbyggnader lönar det sig mer att renovera ner till ett uppvärmningsbehov på 25 kWh/(m²∙år) än 45 kWh/(m²∙år), då den minskade kostnaden för köpt energi väger upp den ökade kostnaden för isolering. För flerfamiljshus i södra Europa kan mer ambitiösa mål gällande värmebehov också vara lönsamma, medan en mer måttlig nivå är lämplig för småhus.

Solvärme- eller solelsystem kan användas för att minska byggnaders miljöpåverkan. Utan subventioner eller inmatningstariff för överskottsel kan det bli svårt att få lönsamhet i dessa system för kontorsbyggnader i Nord- och Centraleuropa samt för småhus. För flerfamiljshus kan solenergisystem dock sänka den totala livscykelkostnaden, såväl i södra som i norra Europa.

Värmeåtervinning och lågtemperaturvärmesystem visade sig båda ha större inverkan i kallare klimat. Lågtemperaturvärmesystem förbättrar värmefaktorn för värmepumpar, i synnerhet när uppvärmningsbehovet är stort i förhållande till varmvattenbehovet. Vid renovering av byggnader med vattenburna radiatorer kan konvertering till tilluftsradiatorer sänka framledningstemperaturen i värmesystemet.

I svenska flerfamiljshus kan frånluftsvärmepump vara ett kostnadseffektivt komplement till fjärrvärme, medan från- och tilluftsventilation med värmeåtervinning är dyrare men mer sannolikt att ge en minskad primärenergianvändning. I ett systemperspektiv kan frånluftsventilation utan värmeåtervinning minska primärenergianvändningen i fjärrvärmeverket lika mycket som en frånluftsvärmepump, tack vare den lägre elanvändningen.

Denna studie presenterar en jämförelse mellan KL-trä och olika former av betong (armerad/oarmerad och platsgjuten/prefabricerad) som väggmaterial i byggnadskonstruktioner. Syftet är att analysera deras respektive miljöpåverkan och kostnadseffektivitet. Trots en initialt högre kostnad per kvadratmeter, har KL-trä en betydligt lägre miljöpåverkan, vilket medför en nettovinst för miljön jämfört med betongväggarna. Bland betongalternativen uppvisar oarmerad platsgjuten betong en balans mellan lägre kostnader och mindre CO2-utsläpp. Studien lyfter fram behovet av standardiserade, pålitliga data om miljöpåverkan inom byggindustrin för att stödja hållbara beslut. Den pekar på potentialen i ytterligare forskning som syftar till att reducera både kostnader och miljöpåverkan för KL-trä, för att främja dess bredare användning i byggsektorn. Studien erbjuder därmed viktiga insikter för att driva en mer hållbar och ekonomiskt lönsam byggindustri.

An occupant's window opening and closing behaviour can significantly influence the level of comfort in the indoor environment. Such behaviour is, however, complex to predict and control conventionally. This paper, therefore, proposes a novel reinforcement learning (RL) method for the advanced control of window opening and closing. The RL control aims at optimising the time point for window opening/closing through observing and learning from the environment. The theory of model-free RL control is developed with the objective of improving occupant comfort, which is applied to historical field measurement data taken from an office building in Beijing. Preliminary testing of RL control is conducted by evaluating the control method’s actions. The results show that the RL control strategy improves thermal and indoor air quality by more than 90 % when compared with the actual historically observed occupant data. This methodology establishes a prototype for optimally controlling window opening and closing behaviour. It can be further extended by including more environmental parameters and more objectives such as energy consumption. The model-free characteristic of RL avoids the disadvantage of implementing inaccurate or complex models for the environment, thereby enabling a great potential in the application of intelligent control for buildings.

Korslimmat trä är sammansättning av virke som limmats ihop med varandra åt olika håll för att öka hållfastheten. KL-trä används vid tillverkning av småhus, flerfamiljshus, ridhus och andra större lokaler. Att arbeta med trä är idag ett aktuellt ämne då det är ett miljövänligare val än att till exempel använda sig utav betong. Syftet med studien är att undersöka om producenterna kan använda sig av återbrukat material vid tillverkningen av KL-träelement. Utifrån intervjuer samt litteraturstudier kunde följande slutsatser utläsas:

• Produktion av KL-trä med återbrukat material inte stödjs på grund avföljande saker:

o Nya standarder behöver arbetas fram

o Producenter måste kunna lämna garanti på produkt

o Slutkundens säkerhet måste beaktas

• Återbrukat material kan användas i de lager som ej utgör huvudbärriktning med nästan lika gott resultat som jungfrulig råvara.

• Potential finns att minska användningen av jungfrulig råvara med upp till 30% genom att använda återbrukat material i de lager som ej utgör huvudbärriktning.

At a global level, the need for energy efficiency and an increased share of renewable energy sources is evident, as is the crucial role of cities due to the rapid urbanization rate. As a consequence of this, the research work related to Positive Energy Districts (PED) has accelerated in recent years. A common shared definition, as well as technological approaches or methodological issues related to PEDs are still unclear in this development and a global scientific discussion is needed. The International Energy Agency’s Energy in Buildings and Communities Programme (IEA EBC) Annex 83 is the main platform for this international scientific debate and research. This paper describes the challenges of PEDs and the issues that are open for discussions and how the Annex 83 is planned and organized to facilitate this and to actively steer the development of PEDs major leaps forward. The main topics of discussion in the PED context are the role and importance of definitions of PEDs, virtual and geographical boundaries in PEDs, the role of different stakeholders, evaluation approaches, and the learnings of realized PED projects.

High efficacy LED lamps combined with adaptive lighting control and greenhouse integrated photovoltaics (PV) could enable the concept of year-round cultivation. This concept can be especially useful for increasing the production in the Nordic countries of crops like herbaceous perennials, forest seedlings, and other potted plants not native of the region, which are grown more than one season in this harsh climate. Meteorological satellite data of this region was analyzed in a parametric study to evaluate the potential of these technologies. The generated maps showed monthly average temperatures fluctuating from −20 °C to 20 °C throughout the year. The natural photoperiod and light intensity also changed drastically, resulting in monthly average daily light integral (DLI) levels ranging from 45–50 mol·m⁻²·d⁻¹ in summer and contrasting with 0–5 mol·m⁻²·d⁻¹ during winter. To compensate, growth room cultivation that is independent of outdoor conditions could be used in winter. Depending on the efficacy of the lamps, the electricity required for sole-source lighting at an intensity of 300 µmol·m⁻²·s⁻¹ for 16 h would be between 1.4 and 2.4 kWh·m⁻²·d⁻¹. Greenhouses with supplementary lighting could help start the cultivation earlier in spring and extend it further into autumn. The energy required for lighting highly depends on several factors such as the natural light transmittance, the light threshold settings, and the lighting control protocol, resulting in electric demands between 0.6 and 2.4 kWh·m⁻²·d⁻¹. Integrating PV on the roof or wall structures of the greenhouse could offset some of this electricity, with specific energy yields ranging from 400 to 1120 kWh·kW⁻¹·yr⁻¹ depending on the region and system design.

Idag används flera 3D-Cad program baserat på BIM-tillämpning där detaljerade konstruktioner kan modelleras för att ta fram bygghandlingar och tillverkningsritningar på ingenjörskontor runt om i Sverige. Många av dessa program är dock inte kompatibla med 3D design-och analysprogramvaror utan ofta krävs ett onödigt arbete att rita upp en modell flera gånger för att göra nödvändiga beräkningar. Syftet med detta examensarbete var att fokuserar på kompabiliteten mellan Tekla Structural Designer som är ett 3D analys-och beräkningsprogram och Tekla Structures ett modelleringsprogram där även användarvänligheten för Tekla Structural Designer undersöks. Genomförandet delades upp i två fallstudier där den första fokuserade på kompabiliteten av dels en färdig projekterad modell skapad i Tekla Structures samt en egen modell gjord i Tekla Structural Designer. I den andra fallstudien undersöktes användarvänligheten av programmet där rapporten beskriver hur användaren kan utnyttja de vanligaste funktionerna inom programmet. Utifrån fallstudiernas genomförande blev resultatet att kompabiliteten mellan Tekla Structures och Tekla Structural Designer fungerar åt båda hållen även om det finns en del begränsningar. En viktig slutsats från arbetet är att en modell bör vara projekterad, med hänsyn till att vara analytisk korrekt, innan den exporteras från Tekla Structures. Detta för att minska handpåläggning i ett senare skede när konstruktionen ska analyseras. Tillämpningen av Tekla Structural designer skulle kunna medföra en effektivare arbetsmetodik inom projekten. Det skulle även kunna medföra ett tätare samarbete mellan projektörer och de som beräknar då de som projekterar också måste tänkta på att modellen ska vara analytisk korrekt, samt kunna bestämma hur element ska fästas in dvs. ledade eller fast inspända. Vidare anses programmet vara användarvänligt vid både modellering och analys av en konstruktion. Integration med flera BIM-programvaror som Autodesk Revit innebär att programmet kan tillämpas i flera olika typer av projekt.

In this chapter, the authors introduce current building energy management system (BEMS) from its development, current structure and main components, communications and standards, main functions and benefits, as well as future development trends. The information in this chapter can guide the readers in the direction of understanding, operation, and design of BEMS

Heating, Ventilation, and air-conditioning (HVAC) systems have been widely equipped in modern buildings to provide thermal comfort and acceptable indoor air quality, and always represent the largest primary energy end-use. As reported by many researchers, the cooling loss is prevalent in HVAC systems during cooling transmission from cooling sources (chillers) to cooling end-users (conditioning zones), and in some cases, it may even account for as high as 55% of the system total heat flow. At the design stage of an HVAC system, incomplete understanding of the cooling loss may lead to improper sizing of the HVAC system, which may result in additional energy consumption/economic cost (if oversized) or cause insufficient thermal comfort problems (if undersized). Therefore, the cooling loss in a typical HVAC system is significant, and it should be considered in the HVAC system sizing. For HVAC system sizing or retrofit, although there are many studies in the uncertainty in predicting the building peak cooling load, the uncertainty associated with the maximum cooling loss of the HVAC systems are still neglected. Therefore, this study proposes a study to investigate the uncertainty associated with the key parameters in predicting the maximum cooling loss in the HVAC systems using the Bayesian Markov Chain Monte Carlo method. The prior information of the uncertainty together with the available in-situ data is integrated to infer more informative posterior description of the uncertainty. The studied uncertain parameters can either be used for retrofit analysis or be used for prediction of the HVAC system performance. Details of the proposed methodology are illustrated by applying it to a real HVAC system.

Configuring the number and size of chillers in a multiple-chiller plant properly is an efficient way to improve the plant energy efficiency. At the design stage, the optimal configuration can be achieved through matching the capacity to load as closely as possible across the full-load profile. However, in spite of the fact that current literature offers practical recommendations, a systematic method to optimize the configuration of multiple-chiller plants is lacking. Due to the lack of accurate information at the design stage and only limited knowledge of the eventual realization it is hard to predict the building’s cooling load. Moreover, there is no operational data to predict the system performance. Both explain the existence of uncertainty in the HVAC plant design process. This paper, therefore, proposes a strategy to optimize the configuration of multiple-chiller plants, which takes account of the load side uncertainty as well as the COP uncertainty and selects the optimal configuration through a life-cycle analysis. Both the load side uncertainty and the COP uncertainty are quantified using statistical distributions. To facilitate applications, the distributions of the cooling load profile of different types of buildings under different weather conditions are investigated and are classified into four categories, and the optimal configuration schemes under each type of cooling load distribution are analyzed and summarized in a tabulated form.

Nearly zero energy buildings (nZEBs) are considered as a promising solution to mitigate the energy and environmental problems. A proper sizing of the nZEB systems (e.g. HVAC systems, PV panels, wind turbines and batteries) is essential for achieving the desirable level of thermal comfort, energy balance and grid dependence. Parameter uncertainty, component degradation and maintenance are three crucial factors affecting the nZEB system performances and should be systematically considered in system sizing. Until now, there are some uncertainty-based design methods been developed, but most of the existing studies neglect component degradation and maintenance. Due to the complex impacts of degradation and maintenance, proper sizing of nZEB systems considering multiple criteria (i.e. thermal comfort, energy balance and grid dependence) is still a great challenge. This paper, therefore, proposes a robust design method of nZEB systems using genetic algorithm (GA) which takes into account the parameter uncertainty, component degradation and maintenance. The nZEB life-cycle cost is used as the fitness function, and the user’ performance requirements on thermal comfort, energy balance and grid dependence are defined as three constraints. This study can help improve the designers’ understanding of the impacts of uncertainty, degradation, and maintenance on the nZEB life-cycle performances. The proposed method is effective in minimizing the nZEB life-cycle cost through designing the robust optimal nZEB systems sizes and planning the optimal maintenance scheme, meanwhile satisfying the user specified constraints on thermal comfort, energy balance, and grid dependence during the whole service life.

Near-zero energy buildings (nZEBs) are considered as an effective solution to mitigating CO2 emissions and reducing the energy usage in the building sector. A proper sizing of the nZEB systems (e.g. HVAC systems, energy supply systems, energy storage systems, etc.) is essential for achieving the desired annual energy balance, thermal comfort, and grid independence. Two significant factors affecting the sizing of nZEB systems are the uncertainties confronted by the building usage condition and weather condition, and the degradation effects in nZEB system components. The former factor has been studied by many researchers; however, the impact of degradation is still neglected in most studies. Degradation is prevalent in energy components of nZEB and inevitably leads to the deterioration of nZEB life-cycle performance. As a result, neglecting the degradation effects may lead to a system design which can only achieve the desired performance at the beginning several years. This paper, therefore, proposes a life-cycle performance analysis (LCPA) method for investigating the impact of degradation on the longitudinal performance of the nZEBs. The method not only integrates the uncertainties in predicting building thermal load and weather condition, but also considers the degradation in the nZEB systems. Based on the proposed LCPA method, a two-stage method is proposed to improve the sizing of the nZEB systems. The study can improve the designers’ understanding of the components’ degradation impacts and the proposed method is effective in the life-cycle performance analysis and improvements of nZEBs. It is the first time that the impacts of degradation and uncertainties on nZEB LCP are analysed. Case studies show that an nZEB might not fulfil its definition at all after some years due to component degradation, while the proposed two-stage design method can effectively alleviate this problem.

Heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) systems are widely equipped in modern buildings to provide indoor thermal comfort and guarantee indoor air quality. In a conventional design, the components of an HVAC system are sized according to a deterministic peak load, predicted according to typical weather condition, building physics and internal load. It has been shown by many studies that this prediction is associated with uncertainties since building physical parameters cannot be accurately set and the weather and the internal load used in the design may be different from the real situation after use. Therefore, uncertainty cannot be neglected in order to properly size a HVAC system. In this paper, a prototype of HVAC system design under uncertainty is proposed, which is able to take uncertainty directly in the design, and most importantly it can assess the performance of a design at the design stage in term of multiple performance indices and the customers’ requirements and preferences, i.e. the new design method falls in the framework of multiple criteria decision making. Case studies are used to illustrate the design procedure, and the result is compared with that of a conventional design method.

Collaborations among nearly zero energy buildings (nZEBs) (e.g. renewable energy sharing) can improve nZEBs’ performance at the community level. To enable such collaborations, the nZEBs need to be properly grouped. Grouping nZEBs with similar energy characteristics merely brings limited benefits due to limited collaboration existed, while grouping nZEBs with diverse energy characteristics can bring more benefits. In the planning of nZEB communities, due to the large diversity of energy characteristics and computation complexity, proper grouping that maximizes the collaboration benefits is difficult, and such a grouping method is still lacking. Therefore, this paper proposes a clustering based grouping method to improve nZEB performance. Using the field data, the grouping method first identifies the representative energy characteristics by advanced clustering algorithms. Then, it searches the optimal grouping alternative of these representative profiles that has the optimal performance. For validation, the proposed grouping method is compared with two cases (the nZEBs are either not grouped or randomly grouped) in aspects of economic costs and grid interaction. The study results demonstrate that the proposed method can effectively improve nZEBs’ performances at the community level. The propose method can provide the decision makers a means to group nZEBs, which maximize the collaboration benefits and thus assists the planning of nZEB communities.

Collaborations (e.g. renewable energy sharing) among nearly zero energy buildings can improve performances at cluster level. Demand response control is helpful to enable such collaborations. Existing studies have developed some dynamic pricing demand response control methods to reduce the nearly zero energy building cluster’ electricity bills and eliminate the power grid's undesirable peaks. However, in these controls the collaborations among buildings are not allowed/enabled, since each building interacts with the grid and there is no direct interaction among buildings. Meanwhile, for performance optimizations at building cluster level, the computation costs of these non-collaborative controls are excessively high especially as a number of buildings considered. Therefore, this study proposes a collaborative demand response of nearly zero energy buildings in response to dynamic pricing for cluster-level performance improvements. Considering the building cluster as one ‘lumped’ building, in which the renewable generations, energy demands and battery capacities of individual buildings are aggregated, the collaborative control first identifies the optimal performance at cluster level in response to the dynamic pricing. Then, based on the identified optimal performance, the proposed control coordinates individual buildings' operations using non-linear programming, thereby realizing the collaborations. For validation, the proposed collaborative demand response control is compared with a game-theory based non-collaborative demand response control. The developed control effectively reduces the cluster-level peak energy exchanges and electricity bills by 18% and 45.2%, respectively, with significant computational load reduction. This study will provide the decision makers a computation-efficient demand response control of nearly zero energy buildings which enables full collaborations and thus helps improve the performances.

Collaborations among nZEBs (e.g. renewable energy sharing and battery sharing) can improve the nZEBs' performance at the cluster level. To enable such collaborations, existing studies have developed many demand response control methods to control the operation of nZEB systems. Unfortunately, due to lack of consideration of demand prediction uncertainty, most of the demand response control methods fail to achieve the desired performance. A few methods have considered the impacts of uncertainty, but they merely perform simple and limited collaborations among nZEBs, and thus they cannot achieve the optimal performance at the cluster level. This paper, therefore, proposes a nZEB control method that enables full collaborations among nZEBs and takes account of the demand prediction uncertainty. The proposed robust control method first analyzes the demand prediction uncertainty, next optimizes the nZEB cluster operation under uncertainty, and then coordinates single nZEB's operation using the cluster operational parameters. The performance of the robust control has been studied and compared with a deterministic control. Case studies show that the robust control can effectively increase the cluster load matching and reduce the grid interaction with the demand prediction uncertainty existed. The proposed method can achieve robust performance improvements for the nZEB cluster in practice particularly as uncertainty exists.

Nearly zero energy buildings (NZEBs) are considered as a promising solution to the mitigation of the energy problems. A proper control of the energy system operation of the nZEB cluster is essential for improving load matching, reducing grid interaction and reducing energy bills. Existing studies have developed many demand response control methods to adjust the operation of energy systems to improve performances. Most of these studies focus on optimizing performances at individual-nZEB-level while neglecting collaborations (e.g. energy sharing and battery sharing) between nZEBs. Only a few studies consider the collaborations and optimize the system operation at nZEB-cluster-level, yet they cannot take full advantage of nZEB collaborations as optimization is conducted in a bottom-up manner lacking global coordination. This paper, therefore, proposes a top-down control method of nZEBs for optimizing performances at the cluster level. The top-down control method first considers the nZEB cluster as ‘one’ and optimizes its energy system operation using the genetic algorithm (GA), and then it coordinates the operation of every single nZEB inside the cluster using non-linear programming (NLP). The top-down control enables collaborations among nZEBs by coordinating single nZEB's operations. Such collaborations can bring significant performance improvements in different aspects. For instance, in aspect of economic cost, the collaborations can reduce the high-priced energy imports from the grid by sharing the surplus renewable energy with nZEBs which have insufficient energy generations. The proposed top-down control has been compared with a traditional non-collaborative control. The study results show that the top-down control is effective in improving performances at cluster level.

Model-based real-time optimization (MRTO) is proven as an effective tool that can capture the complex dynamics of heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems and improve its energy performance. Despite the energy benefits offered by MRTO, these approaches are rarely implemented in actual buildings. This is due to the reason that these approaches are very difficult to implement because they require the synthesis of a reliable and accurate performance model of the system. The reliability of decision-making with MRTO is directly related to the accuracy of these performance models. In addition, the model has to be computationally efficient for practical implementation. The development of such a model requires the most effort and is a major challenge in the implementation of MRTO. Several HVAC performance models are already available in the literature, and these can be classified as semiphysical models and data-driven models. The semiphysical models are generalized models with simplification assumptions that can provide consistent performance, however, with reduced accuracy. Contrastingly, the data-driven models can offer better accuracy; however, they lack robustness in terms of operational ranges. These factors affect the energy performance of MRTO, and an improper parametrized model could result in performance that is even worse than the conventional fixed setpoint or rule-based approaches. A dissimilarity-driven ensemble model-based real-time optimization (DEMRTO) approach is presented in this study that incorporates a dissimilarity-driven ensemble model in the framework of real-time optimization. The dissimilarity-driven ensemble model combines semiphysical models and data-driven models in a systematic manner to use one's strengths to address others' weaknesses, rather than developing a new form of a model. The performance of the proposed integrated approach was examined using case studies over three weather seasons in Hong Kong. The results showed as compared to the fixed setpoint approach the DEMRTO approach can provide significant energy savings up to 11.085% setpoint, and around 2.785% reduction in energy use as compared with the conventional MRTO approach. It was demonstrated that the proposed approach can capture diversity in load conditions and provide consistency in model prediction to improve reliability in decision-making with real-time optimization.

This study compared the Global Warming Potential (GWP) impact of two single-family dwellings situated in Halmstad and Norrköping. The aim of this thesis work is to investigate how building materials types, material quantities, and geographical boundaries affect the Life Cycle Assessment (LCA) results. This study focuses on climate declaration (A1-A5) LCA stages and was conducted in collaboration with Fiskarhedenvillan.

The study uses a comparative LCA of various building components and materials. One Click LCA student license was used to calculate the CO₂e emissions from the GWP impact category.

The study found that the building in Halmstad generated 6,3% lower CO₂e emissions compared to the building in Norrköping. The reason mainly was affected by the use of roofing materials. The building in Halmstad used reinforced bitumen while the building in Norrköping used concrete tile roofing. The study investigates that reinforced bitumen generates lower emissions in A1-A4 stages compared to concrete.

The geographical boundaries affect the A4 stage. The building in Halmstad generated higher CO₂e emissions compared to the building in Norrköping as it has long distances to the building materials suppliers. The research verifies that the A1-A3 stages considerably generate most of the emissions (70-80%) compared to A4 and A5. The A5 stage results remain the same per meter square of both dwellings considering the use of generic data from One Click LCA.

Byggsektorn slukar årligen ca 40 % av Sveriges totala energiförbrukning. Nya normer kräver energieffektivare bostäder. Normerna idag fokuserar enbart på driftkostnader och tar inte alls hänsyn till energiförbrukningen och koldioxidavtrycket som själva byggprocessen alstrar. Med höga driftvärden blir energiförbrukningen i byggskedet en liten procent men för passivhus, och ännu högre grad för plusenergihus, som förbrukar ytterst lite energi, blir tillverkningsenergin den avgörande miljöbelastningen. Ny teknik för att uppnå de nya kraven finns i viss utsträckning, men kännedom och kunskap om dem saknas då de fått otillräcklig spridning. En del tekniska lösningar befinner sig fortfarande i en utvecklingsprocess och är inte färdigutvecklade för en större produktion. Ambitionen med denna nulägesanalys och därtill lika inventeringsarbete har varit att fånga in de lösningar och tester som gjorts och ta del av utvärderingarna så att vi kan dra nytta utav dessa i vårt arbete. Denna sammanställning grundar sig på muntlig information vi tagit del av under studiebesöken, ritningar, beskrivningar, protokoll samt rapporter vi samlat in.

Syfte

Syftet med vår resa till nedanstående objekt var att ta reda på hur flerfamiljshus med passivhus standard är byggda. Vilka stomval har gjorts och av vilken anledning. Vi ville också ta reda på hur man klarat av täthetskraven i de olika projekten samt hur detta mätts. I många fall verkar det som om utformning och arkitektur glöms bort när man ska bygga passivhus som om passivhuskravet vore så betungande att god utformning inte är förening med det. Därför ville vi också bedöma byggnaderna från arkitektoniska aspekter då dessa är av stor vikt för en bra miljö.