Varmer huset med matematikk

Illustrasjonsbilde - radiator, hånd, termostat, hus.  iStock/morisfoto
Illustrasjonsbilde. iStock/morisfoto

HSN-forsker har utviklet matematiske modeller, som gjør at varmen i hus bedre kan tilpasses bruken av huset og forholdene i hvert enkelt rom.


Sivilingeniør D.Wathsala Upamali Perera har nettopp tatt doktorgraden ved HSN, og i avhandlingen sin viser hun til matematiske modeller som gjør at smarte hus kan bli enda litt smartere. 

De matematiske modellene tar hensyn til måten huset er bygget på, og gjør det mulig å tilpasse temperaturen på en bedre måte enn før. 

40 prosent av energiforbruket

Byggsektoren står for nesten 40 prosent av det totale globale energiforbruket i verden. I de nord-europeiske landene som Norge, bidrar energibruken til romoppvarming enda mer til det totale energiforbruket. Nye hus bygges for å være mer energioptimale, men hva med eldre hus?

- Regulering av temperaturen bør brukes i bygninger for å få et lavere energiforbruk. Klassisk regulering vil være lite hensiktsmessig på grunn av kompleks, ikke-lineær og multivariabel bygningsfysikk.  En bedre reguleringsmetode er å inkludere en matematisk modell av bygningen, for å beregne oppvarmings- og nedkjølingstider, sier førsteamanuensis Nils-Olav Skeie.  Han har vært hovedveileder i doktorgradsarbeidet. 

Skeie sier formålet har vært å utvikle en matematisk modell, basert på fysiske prinsipper, for å kunne beregne oppvarmings- og nedkjølingstider raskt nok til at det kan benyttes til regulering av temperaturen. 

Komfort-temperatur

Sivilingeniør D.Wathsala Upamali Perera har nettopp tatt doktorgraden ved HSN.  Foto- Med modellen ønsker vi å ha komfort-temperatur når bygningen er i bruk, og senke temperaturen så lavt som mulig når bygningen ikke er i bruk, sier D. Watshala Upmali Perera. 

- Men dette krever at vi med god nøyaktighet kan estimere når oppvarmingen skal starte. Modellen kan også enkelt tilpasses forskjellig type bygninger, forteller hun.

Slik fungerer modellene:

Modellene kan beregne oppvarmingstiden til ønsket temperatur for bygningene slik at energiforbruket kan minimaliseres når bygningene ikke er i bruk.

Modellene er basert på informasjon om temperaturen inne og ute, relativ fuktighet ute og inne, oppvarmingsenheter, og solinnstråling.

Modellene ble først utviklet som en en-sone modell der hele bygningen sees på som en sone.  Deretter ble det laget en multi-etasje modell der hver etasje er betraktet som en sone, og til slutt en multi-rom modell der hvert rom er forsøkt modellert. 

Tre forskjellige bygninger er brukt for verifisering av modellene.

Multi-etasje modellen, for en bygning med tre etasjer, er den som har vist seg å gi de beste resultatene.

Fakta:

Sivilingeniør D.Wathsala Upamali Perera disputerte ved Høgskolen i Sørøst-Norge, Fakultet for teknologiske fag  30. juni.   

Perera er tilknyttet Telemark Modeling and Control Centre ved HSN.

Hennes avhandling har tittelen:

“Mathematical models for real-time estimation of space heating in buildings”

Opponenter:

  • Professor David M. Auslander, University of California at Berkeley, Berkeley, USA
     
  • Førsteamanuensis Natasa Nord, NTNU, Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi, Trondheim
     
  • Førsteamanuensis Knut Vågsæther, Høgskolen i Sørøst-Norge, Fakultet for teknologiske fag, Porsgrunn

Hovedveileder for doktorgradsarbeidet har vært førsteamanuensis Nils-Olav Skeie og biveiledere har vært professor Carlos Pfeiffer og førsteamanuensis Maths Halstensen, alle ansatt ved Høgskolen i Sørøst-Norge