Simuleringsmodell

Den modell som används vid simuleringsarbetet har tillhandahållits från Tyréns och är baserad på två moderna kontorsbyggnader belägna i Stockholm. Modellen av byggnaderna kan ses i Figur 15 tillsammans med väderstreck. Byggnaderna är sammankopplade i grunden samt med en gångbro emellan dem.

Byggnaderna har ett gemensamt värme- och kylsystem i form av en bergvärmepump i den givna modellen från Tyréns. I det här arbetet har värme- och kylsystemet förenklats till ett fjärrvärme- och kylsystem för att få en enklare simuleringsmodell i IDA ICE. I sitt grundutförande täcker ventilationssystemet hela byggnadens kylbehov. Det kommer även gälla i det här arbetet förutom vid de simuleringar då kylapparater testas.

Figur 15. Modell med väderstreck från IDA ICE av byggnad 1(till höger) och byggnad 2(till vänster). Grå avskärmningsyta representerar fasaden av en tredje byggnad belägen intill byggnad 1 och 2.

Båda byggnaderna består mestadels av kontors- och konferensrum men innehåller också exempelvis restauranger, omklädningsrum och caféer. Byggnaderna innefattar cirka 22 000 kvadratmeter kontorsgolvarea, fördelat på cirka 12 000 kvadratmeter för byggnad 1 och 10 000 kvadratmeter för byggnad 2, enligt modell. Fasaden består av 20,5- och 17,2 procent fönsterarea respektive för byggnad 1 och 2. Det totala U-värdet är 0,3624 W/m²K samt 0,3531 W/m²K för byggnad 1 och 2. Material och U-värde för de olika byggnadsdelarna för byggnad 1 och 2 kan ses i Tabell 6.

Tabell 6. Typ av byggnadsdel med tillhörande material och värmeöverföringskoefficient för byggnad 1 och 2.

Byggnadsdel Material U-värde [W/m²K]

Yttervägg Gips, trä, puts 0,2013

Innervägg Gips 3,459

Innergolv Betong 2,693

-25-

Yttertak Betong 0,1199

Yttergolv Betong 0,2231

Fönster Glas 0.8

Byggnaderna använder VAV med temperatur- och CO2-sensorer i de vistelsezoner där människor befinner sig under en längre tid. Tilluftsflödet för kontorsplanen förvärms till 15 grader Celsius och varierar mellan 0,4 och 3 l/s·m². I vistelsezoner där människor enbart befinner sig en kort tid eller inte alls används constant air volume, CAV. Ventilationssystemet för byggnaden är påslaget dygnet runt för alla dagar under året. Lufttätheten för byggnaderna är 0,3 l/s·m² för de yttre ytorna vid en tryckskillnad på 50 Pa. Temperaturinställningen för byggnaden är att kyla vid temperaturer överstigande 24,5 grader Celsius och att värma vid temperaturer understigande 22 grader Celsius.

Vid simuleringsarbetet har varsitt plan från byggnad 1 och 2 valts ut för att spara simuleringstid. Dessa plan har sedan använts för alla simuleringar där termisk komfort har utvärderats. I Figur 16 kan de utvalda planens placering i byggnaden ses. Klimatfilen som används för byggnaden har hämtats via simuleringsprogrammet IDA ICE och är klimatdata för Bromma med placering Stockholm-Bromma flygplats.

Figur 16. Röd markering visar de plan som valts ut för utvärdering av termisk komfort och energianvändning för de olika slutapparaterna för byggnad 1(till höger) och byggnad 2(till vänster).

I de utvalda planen finns enbart kontorslokaler utan extern solavskärmning och fönstrens solfaktor, g, ligger på 0,27 och 0,51 beroende på typ av fönster för båda planen i byggnad 1 och byggnad 2. De interna värmelaster som finns i rummet på planen är utrustning, belysning och människor. Värmelasten är på 5,6 W/m² och 3,5 W/m² respektive för utrustningen och belysningen. Människorna som befinner sig på planen har en metabolisk ekvivalent på 1,0 MET och har en isolerande klädesfaktor på 0,85 ± 0,25 clo.

Vistelsetid och driftschema för kontorslokalerna varierar under dagen och när det är semestervecka.

Mänsklig närvaro, operation av den utrustning som finns i kontorslokalerna och belysningsgraden för vardagar går att se i Figur 17 och Figur 18.

-26-

Figur 17. Kontors- och utrustningsschema för när människor vistas i kontoren och när kontorsutrustningen är påslagen. Blå linje gäller närvaro för ordinarie arbetsveckor och röd linje gäller närvaro vid semesterveckor.

Figur 17 visar att närvaro av kontorspersonal och operation av kontorsutrustning sker mellan klockan 8:00 till 17:00 varje vardag för ordinarie arbetsvecka. För tidpunkt 8:00 till 9:00 och 16:00 till 17:00 är det 50 procent närvaro och operation. När det är semestervecka är belastningen gällande närvaro och operation av kontorsutrustning halverad jämfört med en ordinarie arbetsvecka.

Figur 18. Belysningsschema för när belysningen i kontoren för båda byggnaderna är tända. Blå linje gäller belysningsgrad för ordinarie arbetsvecka och röd linje gäller belysningsgrad vid semesterveckor.

Figur 18 visar att belysningen i byggnaderna är påslagen mellan klockan 07:00 och 19:00 varje vardag vid ordinarie arbetsvecka samt semestervecka. Vid semestervecka är dock belysningsgraden halverad jämfört med en ordinarie arbetsvecka.

Planen som har valts ut för byggnaderna med tillhörande zoner visas i Figur 19. Originalritningen av samma plan går att se i Figur 120, i Bilaga 3. Figur 19 visar hur zonerna ser ut i den modell som har använts i det här arbetet. De förändringar som har gjorts är bland annat att båda planen har gjorts om till enbart öppna kontorslandskap och slutna kontor. Zonerna har även gjorts om till att vara rektangulära vilket beror på att zon-modellen ”Climate” i IDA ICE använts vid simuleringar. Eftersom rektangulära zoner var tvungna att användas har geometrin av byggnaden förändrats. Införskjutningar i fasaden i Figur 120, Bilaga 3, samt den sneda väggen på östra delen av byggnad 1 togs bort för att förenkla geometrin och ge möjligheten till rektangulära zoner. Den slutgiltiga zonindelningen som visas i Figur 19 visar att båda planen för de två byggnaderna består av fem öppna kontorslandskap och två slutna kontor var. För att simulera att de öppna landskapen är öppna mot varandra lades det in stora öppningar mellan zonerna vilket representeras av blåa linjer i Figur 19.

-27-

Figur 19. Indelning av zoner för byggnad 1(nedre) och 2(övre) för båda planen i den simuleringsmodell som har använts i arbetet. Siffra [1] står för öppet kontorslandskap och [2] för slutet kontor. Bokstäver A till K är benämning av zonerna. Blå linjer i figuren representerar att det är öppet mellan zonerna.

Utplacering av fönster på fasaden för planet i byggnad 2 går att se i Figur 20 med tillhörande väderstreck.

Fönster mot sydlig riktning har ett solfaktorvärde på 0,27 medan resterande fönster har ett värde på 0,51.

Den totala golvarean för planet i byggnad 2 är 2353 m² med ett totalt U-värde på 0,5303 W/(m²·K).

-28-

Figur 20. Utplacering av fönster på fasaden av planet för byggnad 2 med tillhörande väderstreck.

Utplacering av fönster på fasaden för planet i byggnad 1 går att se i Figur 21 med tillhörande väderstreck.

Fönster mot sydlig riktning har ett solfaktorvärde på 0,27 medan resterande fönster har ett värde på 0,51.

Den totala golvarean för planet i byggnad 1 är 2336 m² med ett totalt U-värde på 0,5288 W/(m²·K).

Figur 21. Utplacering av fönster på fasaden av planet för byggnad 1 med tillhörande väderstreck.

För att utvärdera den termiska komforten fullständigt och hur den varierar beroende på positioneringen i rummet kommer personerna att vara utplacerade runt om i hela kontorslandskapet. Positioneringen av personerna i de olika zoner går att se i Figur 22. Positioneringen av personerna i kontorslandskapet är baserat på vad som kan anses som en rimlig arbetsplats samt vad som ger en heltäckande bild av den

-29-

termiska komforten i kontorslandskapet. För att kunna analysera den termiska komforten för de olika positioneringarna i rummet används zon-modellen ”Climate” i IDA ICE istället för den förinställda inställningen ”Energy”. Skillnaden mellan de två olika modellerna är bland annat att ”Climate” bygger upp en noggrannare modell av byggnaden samt beräknar den vertikala temperaturgradienten i rummet och den riktade operativa temperaturen. ”Energy” bygger upp en enklare modell med lägre noggrannhet och beräknar istället medelstrålningstemperaturen, MRT. I IDA ICE innebär det att det enbart är möjligt att använda sig av ”Climate”-modellen ifall den termiska komforten ska analyseras för olika positioneringar i rummet. Som tidigare nämnts kan ”Climate”-modellen enbart beräkna rektangulära zoner vilket innebär att zonerna i simuleringsmodellen måste modelleras rektangulära.

Figur 22. Positionering av personer i varje zon där p visar positioneringen av personerna. Sifferindex efter p:et står för namnet av personen.

Värmesystemet i byggnaden har som tidigare nämnts förenklats till att bestå av fjärrvärme och fjärrkyla.

Det systemet visualiseras i IDA ICE genom att bestå av en värmepanna och en kylmaskin. Styrsystemet för framledningstemperaturen till zonerna för värmepannan är beroende av utomhustemperaturen medan framledningstemperaturen till zonerna för kylmaskinen är satt till ett konstant värde. Hur värme- och kylsystemet ser ut i IDA ICE visas i Figur 23.

-30-

Figur 23. Hur värme- och kylsystemet ser ut i IDA ICE.

Figur 23 visar värmepannan (röd panna) samt kylmaskinen (blå panna) i IDA ICE tillsammans med styrsystemet. Ledningar som slutar i högre delen av figuren går till zonerna medan ledningarna som slutar i övre del av figuren går till ventilationssystemet. Det är i den här delen i programmet som framledningstemperaturen ändras för värme och kyla ut till zonerna.

Figur 24 visar ett exempel på hur inställningen för framledningstemperaturen ut till zonerna kan se ut i IDA ICE. I det här fallet är framledningstemperaturen för värme satt till maximalt 40 C° för utomhustemperatur -18 C° samt lägre och följer sedan utomhustemperaturen linjärt ned till 20 C° för att sedan vara konstant 20 °C. Framledningstemperaturen för kyla via kylmaskinen ut till zonerna är istället konstant 15 °C och är inte beroende av utomhustemperaturen.

Figur 24. Inställning av framledningstemperatur beroende på utomhustemperatur för värmepannan(till vänster) samt inställning av konstant framledningstemperatur för kylmaskinen (till höger), ut till zonerna.

Den parameter som kommer att analyseras för att utvärdera den termiska komforten är PPD vilken bland annat bygger på PMV, operativ temperatur, och temperaturgradient. Vid simulering i IDA ICE går det att välja vilka parametrar som ska beräknas i simuleringen, Figur 25 visar ett exempel på hur man väljer parametrarna i IDA ICE.

-31-

Figur 25. Exempel i IDA ICE på de parametrar som ska beräknas i simuleringen.

Beräkning av temperaturgradienten i IDA ICE är beroende av inställningen för om ventilationen i zonerna är av karaktären omblandande ventilation eller deplacerande ventilation. I IDA ICE styrs det i form av ett in-värde av 0 för omblandande ventilation och 1 för deplacerande ventilation. Default-värdet i IDA ICE är 0 vilket innebär fullt omblandande ventilation vilket resulterar i att temperaturgradienten blir densamma från golv till tak i zonen. Eftersom omblandad ventilation är den vanligaste typen av ventilation för lokaler [67] har värdet för typ av ventilation inte ändrats. Omblandande ventilation ger en jämn temperaturfördelning i rummet men i verkligheten kommer en viss temperaturgradient ändå att finnas.

4.3.1. Simulering av värme- och kylbehov

Vid utvärdering av hur väl slutapparaterna hanterar värme- och kylbehovet i zonerna har simuleringarna gjorts mot extremfall av utomhustemperaturen för vinter- och sommarfall. Det innebär att vid simulering av värme- och kylbehovet simuleras en dag med konstant utomhustemperatur under 24 timmar. För vinterfallet används en utomhustemperatur på -18°C för att representera en ovanligt kall vinterdag i Stockholm. För sommarfallet används en utomhustemperatur på 29°C för att representera en ovanligt varm högsommardag i Stockholm. Valet av utomhustemperatur för extremfallen grundar sig på att den dimensionerande vinterutetemperaturen för Stockholm är cirka -16°C [68] och dimensionerande sommartemperaturen är cirka 27°C [69]. I simuleringsarbetet har ytterligare 2°C lagts till för både sommar- och vinterfallet i syfte att utvärdera slutapparaterna för ovanliga utomhustemperaturer.