Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema Raumklima und dem Lüften in den Kirchenbauwerken der Diözese Linz. Die Arbeit soll dabei die Entwicklungen der letzten 20 Jahre aufzeigen. Der momentane Wissens- und Datenstand, speziell auf das Diözesangebiet bezogen soll dargestellt werden. Dabei wurden Aufzeichnungen zu 60 Kirchen statistisch ausgewertet und hinsichtlich des Raumklimas untersucht. Die Auswertung soll den einschlägigen Fachkreis um ein hilfreiches Schriftstück ergänzen. Dabei ist der Blick auf eine ganzheitliche Betrachtung aus Ursache und Auswirkung wichtig für das Ergebnis.:Kurzfassung 2 Abstract 2 Vorwort 3 Inhaltsverzeichnis 4 1 Einleitung 7 2 Problemstellung, Methodik und Zielsetzung 8 3 Angaben und Überblick zu den untersuchten Kirchen 9 4 Bauphysikalische Grundlagen 16 5 Klimatische Grundlagen 50 6 Besonderheiten bei Kirchenfenster 66 7 Schäden, deren Ursachen und Behebung 76 8 Statistische Ergebnisse 96 9 Vereinfachter Berechnungsansatz der Fensterlüftung 106 10 Weiterführende Betrachtungen und Literatur 115 11 Zusammenfassung und Ausblick 122 Anhang A: Deckblätter der Untersuchten Kirchen 123 Anhang B: Beispiel zu den Berechnungsblättern (Pfarrkirche Alkoven) 184 Anhang C: Datentabelle zu den Untersuchten Kirchen 191 Abkürzungsverzeichnis 192 Glossar 194 Literaturverzeichnis 197 Tabellenverzeichnis 198 Abbildungsverzeichnis 198 Erklärung 207 / This work deals with the topic of indoor climate and ventilation in the church buildings of the Diocese of Linz. The work is intended to show the developments of the last 20 years. The current state of knowledge and data, specifically related to the diocesan area, should be presented. Records from 60 churches were statistically evaluated and examined with regard to the indoor climate. The evaluation is intended to supplement the relevant expert group with a helpful document. The focus is on a holistic view of cause and effect, which is crucial for the result.:Kurzfassung 2 Abstract 2 Vorwort 3 Inhaltsverzeichnis 4 1 Einleitung 7 2 Problemstellung, Methodik und Zielsetzung 8 3 Angaben und Überblick zu den untersuchten Kirchen 9 4 Bauphysikalische Grundlagen 16 5 Klimatische Grundlagen 50 6 Besonderheiten bei Kirchenfenster 66 7 Schäden, deren Ursachen und Behebung 76 8 Statistische Ergebnisse 96 9 Vereinfachter Berechnungsansatz der Fensterlüftung 106 10 Weiterführende Betrachtungen und Literatur 115 11 Zusammenfassung und Ausblick 122 Anhang A: Deckblätter der Untersuchten Kirchen 123 Anhang B: Beispiel zu den Berechnungsblättern (Pfarrkirche Alkoven) 184 Anhang C: Datentabelle zu den Untersuchten Kirchen 191 Abkürzungsverzeichnis 192 Glossar 194 Literaturverzeichnis 197 Tabellenverzeichnis 198 Abbildungsverzeichnis 198 Erklärung 207

Att tillhandahålla termisk komfort är ett av de främsta kraven som ställs på byggnader i dagens samhälle. Stora delar av energianvändningen går därför åt till att styra inomhusklimatet för att upprätthålla en behaglig nivå. Det påstås att omkring 40 % av denna energi tillkommer på grund av energiförluster via öppningar och läckage genom byggnaders klimatskal. Med tanke på världens och Sveriges alltmer striktare energikrav där man bland annat vill bygga nära-nollenergibyggnader är detta någonting som bör förbättras. Det är därför viktigt att förstå hur men även varför denna luftinfiltration uppstår och vilka faktorer som har en påverkande effekt. Detta arbete innefattas av tre olika simuleringsstudier av en hög byggnad där inomhusluftens rörelsemönster samt yttre vindförhållanden har legat i fokus. En studie utfördes med hjälp av simuleringsverktyget IDA ICE där luftens infiltration undersöktes. De andra två utfördes med hjälp av CFD-programmet COMSOL Multiphysics v5.4. Den ena CFD-studien studerade termiska stigkrafter inuti byggnaden och den andra studerade vindens flödesmönster utanför byggnaden och varför infiltrationen beter sig som den gör. Resultatet av simuleringarna i IDA ICE visar att det är möjligt att minska infiltrationsmängden luft in i byggnaden från 1384 l/s till 804 l/s genom att ta hänsyn till ytterdörrens placering relativt den inkommande vinden riktning. De visar även att infiltrationens inflöde är som högst på bottenvåningen för att sedan minska och därefter övergå till ett utflöde på de högre våningsplanen.Resultatet från den första CFD-studien beskriver hur den varmare inomhusluftens rörelsemönster förändras då kallare luft tar sig in på byggnadens bottenvåning. Detta förändrade rörelsemönster resulterar i att den varmare luften stiger och därmed letar sig ut genom byggnadens högre våningsplan. Den andra CFD-studiens resultat beskriver hur den yttre vindens flödesmönster förändras då dess infallsvinkel mot byggnaden varierar. Flödesmönstrets förändring ger i sin tur upphov till en varierande tryckskillnader på utsidan samt inuti byggnaden. Detta är därför en av förklaringarna till varför infiltrationen är som högst då vinden blåser rakt mot byggnadens öppna dörr jämfört med när den kommer med en annan infallsvinkel. Slutsatsen är att ytterdörrens placering relativt den yttre vinden rörelsemönster bör tas i beaktning vid nybyggnation av höga byggnader eller renovering av redan befintliga byggnader. Detta för att minimera infiltrationen och därmed reducera den problematik som infiltrationen kan medföra. / One of the main requirements a building have is to provide thermal comfort inside it. Therefore, large parts of the energy consumptions is used to control the indoor climate in order to maintain a comfortable level in the building. It’s alleged that around 40 % of this energy is added due to energy losses through opening and leakages in the buildings enclosure. Considering the world’s increasing energy requirements, where among other things one future requirement is to build nearly-zero energy buildings, is this something that needs to be improved. It’s therefore important to understand how, and also why this air infiltration occurs and what’s affecting it. This master thesis contains of three different types of simulation studies where the air inside a high-rise building, and also the wind flow around it was analyzed. One of these three studies was performed with the simulation program IDA ICE, where the air infiltration was examined. The other two studies were performed with the CFD-software, COMSOL Multiphysics v5.4. One of these CFD-studies examined the thermal flow that occurs inside the building. The other one examined the wind’s flow pattern outside the building and why the air infiltration behavior is like it is. The results from the IDA ICE simulations shows that it’s possible to decrease the infiltration rate of air into the building from 1384 l/s to 804 l/s by taking the exterior door’s position relative the incoming wind’s direction into account. They also show that the infiltration inflow is highest on the ground floor before it starts to decrease and then change and becomes an outflow on the the higher floors. The results from the first CFD-study describes how the movements of the warmer air inside the building changes when colder air flows in on the ground floor. This changed air movement pattern makes the warmer air rise, and thus flow out through the enclosure on the higher parts of the building. The other CFD-study describes how the flow pattern of the outside wind changes around the building when the winds angle of incidence varies. The changed flow pattern causes varying pressure differences, both on the outside and the inside of the building. This is therefore the explanation to why the infiltration rate is greatest when the wind blows straight towards the opened door on the building instead of with other angles of incidence. The conclusion is that the placement of exterior doors on high-rise buildings relative to the outside wind should be taken into account when new buildings are built or when a renovation of an existing building should be made. This to minimize air infiltration through buildings and thereby reduce problems infiltration can cause.

Inneklimatet på Skoklosters slott är på vissa håll problematiskt. Mögelangrepp förekommer i somliga rum, främst sådana som är belägna i norrläge och därmed lite kallare än övriga rum. För att finna en lösning på mögelproblemen inleddes våren 2013 ett treårigt experiment vars syfte var att utröna om mögelproblemen skulle kunna undvikas med aktiv klimatstyrning, vilket inte funnits innan experimentet. Tre olika klimatstyrningsanläggningar installerades i tre rum på slottet, samtidigt som mätningar gjordes i referensrum utan aktiva åtgärder. De tre klimatstyrningsanläggningarna som valdes ut var avfuktning, skyddsvärme och fuktstyrd ventilation. I mars 2014 avslutades första året av experimentet.Ur mögelrisksynpunkt har inneklimatet i nästan alla rum, både försöks- och referensrum, varit relativt godartat. Sämst inneklimat uppmättes i skyddsvärmerummet, vilket förmodligen beror på rummets egna förutsättningar snarare än skyddsvärmen. Bäst inneklimat hade rummet med den fuktstyrda ventilationen, som gav ett oväntat bra resultat och dessutom var den av klimatstyrningsanläggningarna som var mest i bruk. Det är emellertid för tidigt att med säkerhet säga vilken av anläggningarna som vore bäst för slottet.Vid en diskussion om de antikvariska konsekvenserna av en genomgripande installation av en klimatstyrninganläggning blev slutsatsen att det för slottets kulturhistoriska värde vore gynnsamt att göra en genomgripande installation ifall detta skulle innebära att slottets samlingar kunde behållas på plats. Rummens olika fysiska och kulturhistoriska förutsättningar kräver dock att individuella utformningar undersöks, vilket innebär att det kan bli aktuellt med en kombination av olika klimatstyrningsanläggningar. / The indoor climate of Skokloster palace is not without problems. There have been mould growth in some rooms, mainly those who are facing north and therefore are colder than other rooms. To find a solution for the problems with mould growth, a three-year long experiment was initiated in the spring of 2013. Its purpose was to examine if mould growth could be avoided with active climate control, which had not been tested previously in the palace. Three different climate control systems were installed in three rooms, and meanwhile the indoor climate of three rooms without active climate control was logged. The three climate control systems chosen were dehumidification, conservation heating, and humidity controlled ventilation. The first year of the experiment ended in March 2014.The climate in nearly all rooms was acceptable in a mould risk perspective. The room with conservation heating had the least suitable climate, which probably is explained by the condition of the room itself rather than the effects of the conservation heating. The room with humidity controlled ventilation hade the best climate during the year, and the ventilation system had the most uptime of the climate control systems. It is however too early to tell which system might be the best after only one year.When discussing what consequences a thorough installation of a climate control system might have on the cultural heritage values of Skokloster palace, the conclusion was that it would be favourable to install active climate control – if that allowed the collections of Skokloster to remain in the building. Due to the different physical and cultural conditions of the palace’s rooms, it will be necessary to find tailored solutions for climate control systems. In order to do that, a combination of different climate control systems might be worth looking into. / Spara och bevara - Energimyndighetens forskningsprogram för energieffektivisering i kulturhistoriskt värdefulla byggnader

En fastighet med ett antal lägenheter lokaliserad i den lilla tätorten Otterbäcken i Gullspångs kommun har brunnit ner. Fastigheten kommer att byggas upp på nytt igen. Det kommer att ske i enlighet med Boverkets byggregel BBR och de krav som är aktuella för 2021. Examensarbetet har varit ett samarbete mellan Högskolan i Borås och konsultföretaget Energitriangeln AB i Göteborg. Examensarbetet omfattar en ny projektering av fastigheten med avseende på val av teknisk lösning för uppvärmningssystemet och ventilationen. Som hjälp i projekteringen användes simuleringsprogrammet ”MagiCad från företaget Autodesk. De energitekniska beräkningarna av uppvärmningsbehovet genomfördes i simuleringsprogrammet BV2, ”Byggnadens Värmebalans i Varaktighetsdiagrammet” som tillhandahålls av företaget CIT, Chalmers Industriteknik. Den tekniska lösningen för lägenhetshuset omfattar en förbättring från den ursprungliga ventilationen som var ett självdragssystem till att bli antingen ett till- och frånluftssystem med värmeåtervinning, (FTX) eller ett frånluftssystem där värmeåtervinning i frånluften erhålls med hjälp av en frånluftvärmepump. Båda alternativen för en förbättrad ventilation projekterades med MagiCad programmet. Examensarbetet omfattar även en analys och beräkning av fastighetens energiprestanda med hjälp av simuleringsprogrammet BV2. Genom användningen av BV2 beräknades två fall och resultatet uttrycktes i specifik energiförbrukning av både el och värme i kWh/m2, år. Dels för fastigheten som projekteras med ett FTX- system för ventilationen och för projektering av en frånluftvärmepump för värmeåtervinning ur frånluften. För att kunna utföra detta projekt behövdes det bland annat tillgång till byggnadsritningar på den fastighet som håller på att byggas och projekteras oberoende av detta examensarbete. Syftet och huvudmålet med rapporten är att ge färdigheter och kunskap inom användningen och konfigurering av simuleringsprogrammet BV2 för energieffektivisering och på det viset kunna göra en jämförelse mellan två olika lösningar ur en ekonomisk synpunkt. Det är också viktigt att visa om de två tekniska lösningarna för ventilationen ger en energi-prestanda som överensstämmer med de krav som ingår Boverkets byggregler, BBR 28 från år 2019. Som en fortsättning av kursen CAD för VVS installationer ingick i examensarbetet en projektering av värme sekundär VS, tappvarmvatten, tappkallvatten och spillvatten med hjälp av MagiCad. Metodiken för energiprestandaberäkningarna i detta projekt var att mäta arean på skalet i fasaden, fönster och dörrar på byggnaden och använda som indata i simuleringsprogrammet av BV2. Resultatet av examensarbetet konstaterar att valet av en bergvärmepump är det bästa alternativet ur en ekonomisk synvinkel. Detta eftersom man behöver köpa färre antal kilowattimmar elektricitet för att kunna täcka värmebehovet i huset. Väljer man en bergvärmepump med ett FTX aggregat sparas i köpt värme för att kunna tillfredsställa fastighetens energibehov cirka 12 527 kWh/el som ger med ett rörligt elpris cirka 14 907 kr om året i besparing av köpt el för värmeproduktion i jämförelse med alternativet där en frånluftsvärmepump användes för värmeåtervinning från frånluften och där den kalla tilluften värms med en utökad area på radiatorsystemet. / A property with several apartments located in the small village of Otterbäcken in Gullspång municipality has burned down. The property will be rebuilt in accordance with Boverket buildings rules BBR and the requirements that are relevant for 2021.The diploma project has been a collaboration between the University of Borås and the consulting company Energi Triangeln AB located in the city of Gothenburg. As part of the project a re-design of the heating and ventilation system of the property will be carried out using two different simulation programs used when designing buildings. The first program is MagiCad from the company Autodesk. In this program drawings are made of the building including the drawings of the heating and ventilation systems. The second program is more focused at energy balances and energy efficiency calculation of the property. You get the energy performance of the property. The translated name is “Heat balances in a duration diagram”. The program is developed by a consulting company connected to Chalmers University of Technology named “Chalmers Industrial Technology”, CIT. The original technical solution for the ventilation in the building before it burned down was a system not using any fans. When rebuilding the house, the design of the ventilation system includes the comparison of two modern system both using extraction fans for forcing spent air to leave the building. The first alternative uses both a supply fan and exhaust fan with a heat exchanger for heat recovery of the heat in the exhaust ventilation duct. This system is used together with a heat pump taking heat from the ground. The second technical solution of ventilation system uses an exhaust fan in connection to a heat pump. That is a system where the heat recovery of the heat in the exhaust duct is recovered in the heat pump instead of extracting heat from the ground as in alternative one. Alternative two has no centralized intake of ventilation air, instead fresh air is coming into the apartments below windows in the sleeping rooms and living room of the apartments through individual ducts. By using the program energy performance program “BV2”, two different cases were calculated and expressed in specific energy consumption of both electricity and heat using the unit kWh/m2, per year. This means that the property which was designed with both an exhaust and a supply fan (and heat exchanger) for ventilation of the building and for the design with an exhaust air fan only but using a heat pump for heat recovery from the exhaust air, these two cases can be compared. To be able to carry out this project, it was necessary, among other things there was a need to access proper building drawings of the property that is being built and projected. The purpose and main objectives of the project are fulfilled. Furthermore, as a continuation of the course called “Computed Aided Design, (CAD), for buildings, the design of secondary heating, domestic hot and cold water and sewage water was carried out using MagiCad. The method used to carry out this project was to use the drawings of the building, measure the area of the shell, windows, doors, roofs and floor of the building and by using the second simulation program BV2 to be able to calculate the energy required of the building. The result of the degree project states that the choice of a geothermal heat pump with a heat exchanger for heat recovery between the exhaust duct and the duct with incoming fresh air provides the best alternative from an energy performance perspective. You consume fewer kilowatt hours to be able to cover the heating demand in the building. If you choose a geothermal heat pump with a heat recovery using only a heat exchanger the saving in purchased electricity to be able to satisfy the property´s energy demand is approximately 12 527 kWh/ electricity annually. which with a common electricity price in Sweden, (of 1.19 crowns/kWh) provides approximately 14 900 Swedish crowns per year in savings of purchased electricity for heat production.

The first part of the final thesis is focused on the use of thermovision for diagnosing defects and failures in building industry. Documented history, physical principles and conditions for the measuring of thermographic camera are described in this part. Thermal images of the object described below were used for demonstrating the defects. The second part is dedicated to the elaborated energy assessment for a nine-storey slab block building. In total, there are five energy economic measures developed for the building. Three of those are of structural character and two of those are for building equipment. There are two variants designed based on the measures, one of which is recommended and evalu-ated. The final section is focused on the measurement of slab block building indoor environment (CO2, air temperature, relative humidity, dew point) and its assessment in concern with the current legislation.

En stor del av Sveriges energianvändning går till bostäder och lokaler. Ur en nationell synvinkel är energieffektiviseringar i befintliga byggnader därför en potentiellt viktig del för att kunna nå de satta klimatmålen till år 2020. I ett traditionellt styr- och reglersystem styrs framledningstemperaturen i ett vätskeburet värmesystem efter en kurva som beror på utomhustemperaturen. En del nya styr- och reglersystem tar även hänsyn till andra parametrar, såsom byggnaders värmetröghet och lokala väderprognoser. Ett exempel på ett sådant system är Ecopilot, utvecklat av Kabona. Nuvarande kunskap angående hur stor energibesparing som styr- och reglersystem med prognosstyrning och styrning som utnyttjar byggnadens värmetröghet ger upphov till består till största del av referensfall som jämför byggnaders energianvändning före och efter installationen. I detta examensarbete undersöktes hur energianvändning och inomhusklimat påverkades av prognosstyrning och styrning som utnyttjar byggnaders värmetröghet. Mätningar utfördes på två kontorsbyggnader vid namn Fräsaren 10 och Fräsaren 11. Båda byggnaderna är belägna i Sundbyberg och har Kabona Ecopilot installerat. Mätdata loggades genom redan utsatta givare och en enklare form av validering av dessa gjordes. I Fräsaren 10 och Fräsaren 11 jämfördes Ecopilot i normal drift med driftfallet då prognosstyrningsfunktionen stängdes av i Ecopilot. Även ett tredje driftfall undersöktes i Fräsaren 10. Under detta driftfall stängdes Ecopilot av och framledningstemperaturen styrdes med hjälp av reglerkurvor. I luftbehandlingsaggregaten sattes tilluftstemperaturens börvärde, till 19-20 °C. Varje driftfall hade en mätperiod på minst 14 dagar. Energisignaturer användes för att jämföra energianvändningen och en osäkerhetsanalys av de anpassade linjerna gjordes. En egen modell för att undersöka toppbelastningar i radiatorsystemet, VS1, i Fräsaren 10 togs fram. Även en modell för att undersöka hur temperaturen varierat inomhus mellan de olika mätperioderna togs fram. Energisignaturer för radiatorsystemen VS1 och VS2 i Fräsaren 10 visade på att likvärdiga energisignaturer kunde fås för samtliga av de undersökta driftfallen under det temperaturintervall som undersöktes. Energisignaturer för värmeanvändning i luftbehandlingsaggregatet, LB2601, visade på att en konstant tillufttemperatur på 19 °C som användes då Ecopilot var avstängd, kunde ge en högre värmeanvändning jämfört med fallen då Ecopilot var i normal drift och då Ecopilot hade sin prognosstyrning avstängd. Från jämförelse mellan fallen då Ecopilot var i normal drift och då Ecopilots prognosstyrning var avstängd kunde inga substantiella skillnader hittas mellan energisignaturerna. Det betyder dock inte att prognosstyrningen inte ger upphov till energibesparingar, utan att eventuella energibesparingarna var för små relativt mätningarnas osäkerhet vid en konfidensnivå på 65 % eller 95 %. Osäkerheten kan minskas om mätningar utförs över en längre tidsperiod än som var möjligt under detta examensarbete. Värmetoppbelastningar som undersöktes i radiatorsystemet i VS1 Fräsaren 10 visade inte på att några signifikanta skillnader mellan antalet uppmätta värmeeffekttoppar under de olika mätperioderna. Det förekom dock en viss indikation att det kan leda till fler värmeeffekttoppar om prognosstyrningen stängs av i Ecopilot. För att få ett mer tillförlitligt resultat behöver mätningar göras under en längre tidsperiod. Inomhustemperaturen undersöktes i Fräsaren 10 och Fräsaren 11. I Fräsaren 10 uppgick medeltemperatur till 21,5 °C för fallen då Ecopilot var i normal drift och då prognosstyrningen var avstängd. Då Ecopilot var avstängd var medeltemperaturen 22,1 °C. Under mätperioderna uppmättes en variation som understeg ± 1 °C från medelvärdet för respektive mätperiod. Baserat på resultaten presenterade i detta examensarbete antaganden angående hur stor besparing av värme som Ecopilot ger upphov till revideras. Att jämföra energianvändning före och efter installation av styrsystem såsom Ecopilot kan ge en dålig bild av hur stor del av energibesparingen som orsakats av Ecopilot, speciellt om reglerkurvorna i det gamla systemet var dåligt intrimmade.

In the context of electricity, arbitrage trading involves taking advantage of existing price variations within electricity markets. The report conducted financial modelling for energy storage systems and demand-side load management for electricity arbitrage trading in single-family homes. The analysis included two different energy storage systems: a thermal energy storage system and a battery energy storage system. Additionally, electricity spot cost reduction was compared between electricity arbitrage trading and traditional energy efficiency measures such as air-to-water and ground-source heat pumps. The report's findings indicated that air-to-water and ground-source heat pumps emerged as the most economically viable choices for reducing electricity spot costs, irrespective of the studied electricity price area. The thermal energy storage system, employing an insulated hot water storage tank, ranked the third most efficient in achieving cost savings. The battery energy storage system, represented by a lithium home battery system, demonstrated the lowest rate of cost saving among the analyzed energy efficiency measures.  The financial modelling highlighted the economic potential for thermal energy storage systems, particularly in southern Sweden's electricity price areas SE3 and SE4. On the other hand, no economically viable options for battery energy storage systems were identified, regardless of the studied electricity price area. As a results, the report recommends utilizing thermal energy storage systems and implementing demand-side load management as strategies to hedge against future electricity price volatility.

I samarbete med Norconsult och kund ska denna rapport undersöka inomhusklimatet i ett museum och resultera i ett förslag på ett kontrollsystem för Heating, Vetilation and Air conditioning (HVAC) som genererar stabil temperatur och relativ luftfuktighet (RF) inom rekommenderade gränsvärden för konstbevaring. Genom litteraturstudier, fältstudier, dataanalys och skapandet av en simulerad modell av utrymmet, ska ett förslag om lämplig kontrollmetod av HVAC framläggas. Vid test av olika kontrollmetoder, tog sig MPC-kontrollen sig bäst ut. Litteraturstudien innefattar flera studier och rapporter som använt sig av MPC-kontroll för liknande projekt med fördelaktiga resultat. Resultaten av dataanalysen visar att under stor del av loggnings-perioden avvek temperatur och/eller RF från gränsvärdena. I vissa utrymmen var uppemot 99% av de loggade värdena utanför gränsvärdet för antingen temperatur eller RF. Av samtliga sensorsamplingar på museet låg 48,53% av dessa utanför de satta rekommendationerna. Generellt var luften i museet för varm och torr till syftet konstförvaltning. Vid jämförelse av de tre utvecklade MPC-kontrollerna, visar alla varianterna till att generera stabila resultat. Det framarbetade förslaget indikerar på ett energieffektivare kontrollsystem gentemot befintligt. Om simuleringsmodellen av utrymmet visar skilja sig från verkliga förhållanden, förändras dynamiken i systemet, och inställningarna för MPC-kontrollen gäller ej längre utan behövs konfigureras om. Projektets primära mål om att generera ett optimerat systemförslag som kontrollerar parametrarna temperatur RF, anses ha uppnåtts - om än endast i simulerade resultat. Vidare arbete innefattar att verifiera modellen mot befintligt system, och därefter inkludera kostnadsfunktioner till MPC-kontrollen. Efter systemimplementering bör faktiska utfall jämföras med simulerade utfall för att utvärdera modellens precision. / In collaboration with Norconsult and the customer, this report will examine the indoor climate in the museum and result in a proposal for a control system for HVAC that generates stable temperature and RH within recommended values ​​for the preservation of art. A proposal for an appropriate control method of the HVAC shall be presented through literature studies, field studies, data analysis, and the creation of a simulated model of the environment. The MPC control performed best during the testing of different control methods. The literature study includes several studies and papers that use MPC control for similar projects with beneficial results. The results of the data analysis show that during a large part of the logging period, the temperature and/or RH deviated from the limit values. In some areas, up to 99% of the logged values ​​were outside recommendations. Of all sensor samplings at the museum, 48.53% of these were registered outside limit values. In general, the air in the museum was too hot and dry for art preservation. When comparing the three developed MPC controllers, all variants show to generate stable results. The elaborated proposal indicates a more energy-efficient control system compared to the existing one. If the simulation model of the environment turns out to differ from real conditions, the dynamics of the system change , and the settings for the MPC control no longer apply and need to be reconfigured. The project's primary goal of generating an optimized system proposal that controls the temperature and relative humidity is considered to have been achieved - albeit only in simulated results. Further work includes verifying the model against the existing system and including cost functions to the MPC control. After system implementation, actual outcomes should be compared with simulated outcomes to evaluate model precision.

Natural ventilation is the dominating ventilation process in ancient buildings like churches, and also in most domestic buildings in Sweden and in the rest of the world. These buildings are naturally ventilated via air infiltration and airing. Air infiltration is the airflow through adventitious leakages in the building envelope, while airing is the intentional air exchange through large openings like windows and doors. Airing can in turn be performed either as single-sided (one opening) or as cross flow ventilation (two or more openings located on different walls). The total air exchange affects heating energy and indoor air quality. In churches, deposition of airborne particles causes gradual soiling of indoor surfaces, including paintings and other pieces of art. Significant amounts of particles are emitted from visitors and from candles, incense, etc. Temporary airing is likely to reduce this problem, and it can also be used to adjust the indoor temperature. The present study investigates mechanisms and prediction models regarding air infiltration and open-door airing by means of field measurements, experiments in wind tunnel and computer modelling. In natural ventilation, both air infiltration and airing share the same driving forces, i.e. wind and buoyancy (indoor-outdoor temperature differences). Both forces turn out to be difficult to predict, especially wind induced flows and the combination of buoyancy and wind. In the first part of the present study, two of the most established models for predicting air infiltration rate in buildings were evaluated against measurements in three historical stone churches in Sweden. A correction factor of 0.8 is introduced to adjust one of the studied models (which yielded better predictions) for fitting the large single zones like churches. Based on field investigation and IR-thermography inspections, a detailed numerical model was developed for prediction of air infiltration, where input data included assessed level of the neutral pressure level (NPL). The model functionality was validated against measurements in one of the case studies, indicating reasonable prediction capability. It is suggested that this model is further developed by including a more systematic calibration system for more building types and with different weather conditions. Regarding airing, both single-sided and cross flow rates through the porches of various church buildings were measured with tracer gas method, as well as through direct measurements of the air velocity in a porch opening. Measurement results were compared with predictions attained from four previously developed models for single‑sided ventilation. Models that include terms for wind turbulence were found to yield somewhat better predictions. According to the performed measurements, the magnitude of one hour single-sided open-door airing in a church typically yields around 50% air exchange, indicating that this is a workable ventilation method, also for such large building volumes. A practical kind of diagram to facilitate estimation of suitable airing period is presented. The ability of the IDA Indoor Climate and Energy (IDA-ICE) computer program to predict airing rates was examined by comparing with field measurements in a church. The programs’ predictions of single-sided airflows through an open door of the church were of the same magnitude as the measured ones; however, the effect of wind direction was not well captured by the program, indicating a development potential. Finally, wind driven air flows through porch type openings of a church model were studied in a wind tunnel, where the airing rates were measured by tracer gas. At single-sided airing, a higher flow rate was observed at higher wind turbulence and when the opening was on the windward side of the building, in agreement with field measurements. Further, the airing rate was on the order of 15 times higher at cross flow than at single-sided airing. Realization of cross flow thus seems highly recommendable for enhanced airing. Calibration constants for a simple equation for wind driven flow through porches are presented. The measurements also indicate that advection through turbulence is a more important airing mechanism than pumping.   The present work adds knowledge particularly to the issues of air infiltration and airing through doors, in large single zones. The results can be applicable also to other kinds of large single-zone buildings, like industry halls, atriums and sports halls. / Naturlig ventilation är den dominerande ventilationsprocessen i äldre byggnader såsom kyrkor, och även i de flesta småhus i Sverige och övriga delar av världen. Luftinfiltration och vädring utgör viktiga komponenter i naturlig ventilation, där luftinfiltration är luftflöde genom oavsiktliga läckage i byggnadsskalet, medan vädring är avsiktligt luftutbyte genom stora öppningar såsom fönster och dörrar/portar. Vädring kan i sin tur ske ensidigt (genom en öppning) eller som tvärdrag (genom två eller flera öppningar belägna på olika ytterväggar). Det totala luftutbytet påverkar värmeförluster och inomhusluftens kvalité. I kyrkor orsakar avsättning av luftpartiklar en gradvis nedsmutsning av invändiga ytor, inklusive väggmålningar och andra konstföremål. Betydande mängder partiklar avges från besökare, tända ljus, rökelse, o.d. Tillfällig vädring kan minska detta problem, men även användas för att justera innetemperaturen. Föreliggande studie analyserar mekanismer och predikteringsmodeller gällande luftinfiltration och dörrvädring genom fältmätningar, vindtunnelförsök och datorsimuleringar. Luftinfiltration och vädring har samma drivkrafter, d.v.s. vind och termik (inne‑ute temperaturskillnader). Båda dessa drivkrafter är svåra att predicera, särskilt vindinducerade flöden och kombinationen av termik och vind. Två av de mest etablerade modellerna för luftinfiltrationsprediktering i byggnader har utvärderats via mätningar i tre kulturhistoriska stenkyrkor i Sverige. En korrigeringsfaktor av 0,8 föreslås för bättre prediktion av den ena modellen (som gav bäst resultat) gällande höga en-zonsbyggnader såsom kyrkor. En detaljerad numerisk modell är utvecklad för luftinfiltrationsprediktering, där indata baseras på fältundersökningar, inkl. IR-termografering och uppmätt av neutrala tryckplanet (NPL). Modellens funktionalitet har validerats via mätningar i en av fallstudierna och pekar på tämligen god prediktionsprestanda. Vidare utveckling av modellen föreslås, inkl. ett mer systematiskt kalibreringssystem, för olika typer av byggnader och väderförhållanden. Gällande vädring mättes både ensidigt flöde och tvärdrag genom portar i olika kyrkobyggnader med hjälp av spårgas samt direkta lufthastighetsmätningar i portöppning. Mätresultaten jämfördes med erhållna prediktioner från fyra tidigare utvecklade modeller för ensidig ventilation. De modeller som tog hänsyn till vindturbulens gav något bättre resultat. Enligt utförda mätningar medför en timmes ensidig portvädring i en kyrka cirka 50 % luftutbyte, vilket indikerar att detta är en tillämpbar ventilationsmetod, även för så pass stora byggnadsvolymer. Ett särskilt vädringsdiagram presenteras, som syftar till att underlätta uppskattning av erforderlig vädringsperiod. Vidare studerades predikteringsprestanda hos IDA Indoor Climate and Energy (IDA-ICE) simuleringsprogram avseende vädring, där simuleringsdata jämfördes med fältmätningar i en kyrka. Programmets prediktion av ensidigt luftflöde genom en öppen kyrkport var av samma storlekordning som det uppmäta; dock klarade programmet inte av att hantera inverkan av vindriktning så väl, vilket pekar på en utvecklingspotential. Avslutningsvis undersöktes vinddrivet flöde igenom portöppningar i en kyrkmodell i vindtunnel, där luftomsättningen mättes med hjälp av spårgasmetoden. Vid ensidig vädring observerades högre flöde vid högre vindturbulens och när öppningen var på vindsidan av byggnaden, i överensstämmelse med fältmätningarna. Dessutom var vädringsflödet vid tvärdrag i storleksordningen 15 högre än det vid ensidig vädring. Det verkar alltså som att man kan öka vädringstakten avsevärt om man kan åstadkomma tvärdrag. Kalibreringskonstanter presenteras också för en enkel ekvation för vinddrivet flöde genom portar. Vindtunnelstudien indikerar vidare att advektion genom turbulens är en viktigare vädringsmekanism än pumpning. Föreliggande arbete bidrar med kunskap speciellt kring luftinfiltration och vädring genom portar i höga en-zonsbyggnader. Resultaten kan även vara tillämpliga på andra typer av höga en-zonsbyggnader såsom industrihallar, atrier/ljusgårdar och idrottshallar. / Church project

One of the main priorities of our society is to constantly increase the quality of life. Part of the new trends and technology is to optimize all factors affecting each individual in buildings at home, and in the work environment. Modern technology increasingly find inspiration in traditional materials and principles of architectural design. We can greatly affect the microclimate of buildings by suitable selection of material surfaces, ventilation systems and selection of structures that can affect the natural electromagnetic field of the Earth during the architectural design of buildings. And particular choice of the place where the building is located. In this thesis I focus on Ionic microclimate, which may be an indicator of a healthy environment and has a major impact on humans health and psychological well-being. I would like to contribute to the healthy and harmonious living and designing buildings in consideraion of sustainable development by my thesis.