I denne oppgåva er det sett nærare på lekkasjar i stempelpumper. I starten presenterast den nødvendige teorien for CFD, pumper og spalter. Ein definerer ”deformasjons-lekkasje/trykk-lekkasje” som eit forhold. Berekningar blir gjort på bakgrunn av teorien slik at ein konkret kan talfesta dette forholdet. Etter dette blir simuleringane som er utført presangtert og diskutert. Den første simuleringa er for ein enkel sylinder utan veggar. Det er med andre ord berre veskevolumet som er med. Denne modellen er brukt til å lære teknikken for ”deforming mesh”. Dette er ein teknikk som er nødvendig for å kunne ha forandring av veskevolumet sin geometri i løpet av simuleringa. Den neste simuleringa er eigentlig ein vidareføring av den første. Hovudskilnaden er at her er det tatt med ein vegg som representerer spalta mellom stempelet og sylinderveggen. Spalta i modellen er mykje større ein kva den er i røynda. I modellen ser den meir ut som ein sylinder enn ei spalte. Innerveggen av spalta er ein open vegg frå sylinderen sitt veskevolum og inn i spalta, medan ytterveggen er ein tett vegg. Dette gjer at veska har høve til å lekke gjennom spalta og ut på endane. Det er lagt inn porøsitet i spalta som skapar strøymingsmotstand som om det var ei lita spalte. Denne modellen blei kjørt fleire gongar for å få den rette verdien på strøymingsmotstanden. Då verdien for porøsitet var på plass, blei det laga ein modell med sju sylindrar. Toppen av sylindrane ligg inn mot ei spalte. Denne spalta er mellom sylinderblokka og ventilplata. Sidan det er sju stempel i denne modellen og ikkje eit som i dei føregåande, er det brukt UDFer (User-Defined Function) for å styre stempela sin aksialrørsle som er faseforskyvd i forhold til kvarandre. Også denne modellen blir kjørt fleire gongar og det blir utvikla spissar på avslutningane av opningane i ventilplata. Resultata for kjøringar med og utan spiss blir samanlikna og diskutert. I denne modellen er det ikkje med noko inn- og utløpsprofil, så endå ein modell er utvikla der det er med ein geometri også for inn- og utløp. Denne modellen får dermed ein 3d form på avslutninga av opningane i ventilplata. I tillegg er den modellen forsøkt gjort meir korrekt i overgang mellom sylindrane og ventilplate. Sjølv i desse enkle modellane med forenkla spalter finn ein at celletalet i spaltene utgjer ein signifikant del av cellene i modellen.

Hydroenergi er en norsk produsent av vannturbiner med godt etablert kunnskap innen Kaplan og Francis turbiner. Selskapet har designet flere Pelton skovler med det mål å redusere kavitasjon. Selskapet ønsket å finne et fullstendig Hill-diagram for en av skovlene på en 5 jets Pelton turbin. Andre design skulle bli testet i beste punktet og sammenlignet med nevnte design. I tillegg ønsket de å undersøke optimal design av ringledningen for turbinen. Tester ble utført ved Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Grunnet flere havari i løpet av testperioden ble antall forsøk redusert til kun å finne Hill-diagram som et av designene. Det designet som skulle testes fullt ut ble ødelagt i et av havariene etter at tester med 1 dyse åpen var fullført. De ble erstattet med skovler med samme geometri men med en 2◦ høyere pitch vinkel. Effekten av den økte pitch vinkelen kunne ikke tallfestes. Sammenligning av tester gjort med 1 og 2 dyser indikerer derimot en mulig innvirkning på plasseringen av beste punkter med hensyn til rotasjonshastighet. Et sett av kriterier for optimal design av ringledningen ble funnet og den opprinnelige ringledningen ble redesignet for å møte disse. De redesignede ringledningene gjennomgikk simuleringer i Computational Fluid Dynamics (CFD) basert på tidligere simulering av den opprinnelige ringledningen som er verifisert med eksperimenter. Simuleringene viste en forbedring av falltap ringledningen. I utløpet til dysene ble det observert ugunstig strømning, men dette er antatt å være grunnet feil i modellen. Den hydrauliske virkningsgraden til de testede skovlene ble funnet å være lavere enn på de beste Peltonturbinene på markedet.

Målene med oppgaven var meget sprikende, men alt ledet frem til en endelig design for en kontraroterende aksialturbin som i samarbeid med Lycro A/S skulle bunne ut i en mekanisk design. For å kartlegge de endelige designkriteriene for turbinen skulle det gjennomføres målinger i Førde, hvor falltap og vannføring skulle måles. Disse resultatene skulle brukes for å ferdiggjøre det hydrauliske designverktøyet som var påbegynt under prosjektoppgaven. Videre skulle en akselpakning montert i en tetningsrigg tenkt brukt i turbinen testes, hvor kjølebehovet var av interesse, samt at det skulle foreslås en løsning for kjøling gjennom akselen. I tillegg til dette skulle det ses på en løsning for drenasje av eventuelt lekkasjevann gjennom akselen. Det ble etter hvert klart at deler av oppgaven ville falle bort. Ved en tidligere testkjøring av tetningsriggen gikk denne varm og ble ødelagt, og det var ikke ønske om å gå videre med denne. Samtidig ble feltmålingene utsatt og til slutt droppet på grunn av utsettelser i arbeidet som måtte gjøres i Førde før målingene kunne finne sted. Dette betød at en rekke antakelser måtte gjøres i forhold til designkriteriene for turbinen. Falltapet ble estimert, og for rørgaten som allerede eksisterer i Førde ble det konkludert med at rørdiameteren er alt for liten slik at alt trykket gikk bort i tap, og det ble etter hvert bestemt at et nytt rør må legges. En hydrologisk oversikt ble gjennomført under prosjektoppgaven høsten 2009 for å finne estimert vannføring. Designverktøyet baserer seg på et regneark av Torbjørn Nielsen linket opp mot AutoDesk Inventor. Det ble under prosjektoppgaven lagt vekk på ledeskovldesign, mens det nå er mulig å få et visuelt inntrykk av hele turbinen ut fra designparametere. Mengden kjølevann og behovet for drenering av lekkasjevann ble funnet å være veldig lite, men over tid kan dette bli et stort problem og slite unødig på turbinen. Ved å lage et hull gjennom akselen kan begge problemene løses uten alt for store inngrep i turbindesignet.

Ny Krohnborg skole er vurdert som verneverdig av byantikvaren i Bergen. Skolen har i de siste årene hatt behov for rehabilitering. Rehabilitering av verneverdige bygninger gir spesielle krav til hvilke tiltak som kan utføres. Målet med rehabiliteringen er å redusere bygningen energibehov og bedre inneklimaet, uten at det skal gå på bekostning av skolens kulturhistoriske verdi. Dagens tilstand for skolen presenteres og det blir sett på utfordringer og muligheter ved rehabilitering av eldre skolebygninger, med spesielt fokus på Ny Krohnborg skole. Energiberegningene og vurdering av inneklima utføres i energiberegningsprogrammet SIMIEN. Fordelt på 4 case er det 13 scenario som simuleres. Hvert scenario blir simulert for flere ulike lekkasjetall, da det virkelige lekkasjetallet til bygningen er ukjent. Flere nødvendige verdier for simuleringene er ukjent, og disse blir bestemt ut i fra nasjonale kilder og undertegnedes vurdering. De resulterende verdiene fra simuleringene vil være påvirket av bygningens lekkasjetall før og etter tiltaket. Virkningen av enkelttiltakene vil også variere i forhold til bygningens opprinnelige tetthet. Det anbefales å trykkteste bygningen før og etter utførelse av tiltakene, samt termofotografere bygningskroppen for å lokaliseres lekkasjepunktene. I masteroppgaven er det, i tillegg til å se på virkningen av tiltakene, sett på sammenhengen mellom netto oppvarmingsbehov og bygningens varmetapstall, for ulike lekkasjetall. Det er en lineær sammenheng mellom netto oppvarmingsbehov og bygningens varmetapstall. Stigningstallet til de lineære grafene øker med tettheten til bygningskroppen. Dette vil si at tiltakenes virkning øker desto tettere bygningen er. For en tett til en meget utett bygning dobles oppvarmingsbehovet for en middels god bygningskropp, mens det kun øker med 4 % for en bygning med dårlige U-verdier. Å montere varevindu antas å gi en liten reduksjon av lekkasjetallet, og reduserer dermed oppvarmingsbehovet med omkring 11 %. Dersom varevinduene bedres fra 2,2 til 1,5 W/m2K gir det minimal virkning på netto oppvarmingsbehov. Etterisolering av loftet reduserer netto oppvarmingsbehov med 20-25 % betinget at lekkasjetallet reduseres betraktelig ved at loftet isoleres og samtidig tettes. Det er også blitt sett på virkning av å etterisolere enkelte fasader ved skolen, til tross for at dette går på bekostning av byantikvarens krav. Dette tiltaket gir stor reduksjon i oppvarmingsbehovet. Det oppfordres til å diskutere muligheten for total rehabilitering av enkelte fasader som er mindre synlige for allmennheten, hvis dette reduserer energibehovet betraktelig. Inneklimaet i skolen bedres med mekanisk balansert ventilasjon. CO2-nivået i rommen er tilfredsstillende med de angitte luftmengdene. Ved vinterforhold er operativ temperatur tilfredsstillende, mens for sommerforhold er temperaturen høy. Den høye temperaturen kan reduseres ved bruk av utvendig solskjerming for å hindre at varmen transmitteres inn. Ved utilstrekkelig og unøyaktig bakgrunnsmateriale vil ikke en økonomisk lønnsomhetsanalyse være pålitelig. Dette kan forårsake økonomiske feilvurderinger og mulighet for å velge feil løsninger og tiltak på bygningen. Fokuset på å redusere bygningers energibehov må ikke ha som mål å kun redusere behovet til et minimum, men samtidig ta i betraktning at energiens rolle er å tjene brukerne og prosessene i bygningen på en tilfredsstillende måte, og oppnå et tilfredsstillende inneklima. Samtidig skal Norges kulturarv ivaretas, og dette innebærer at bygninger blir vernet og betegnet som verneverdige. Kravene om lavere energibehov og bevaring av eldre bygninger må møtes for å finne løsninger alle partene kan godta. Verneverdige bygninger med begrensninger til hvilke tiltak som kan utføres vil ikke kunne tilfredsstille ønsket om svært lave energibehov. Men mange mindre omfattende tiltak vil sammen utgjøre en stor reduksjon i bygningsmassens energibehov.

I ”Undersøkelse av varmetap ved Grong barneskole” er fasadene termografert utvendig og innvendig for å avdekke kuldebroer og infiltrasjon. Termograferingen ble foretatt uten å trykksette bygget. Årsaken til at termografering ble valgt som metode, er at det gir en rask oversikt over temperaturforskjeller på fasadene. Ut fra temperaturmålinger og en antatt endimensjonal varmestrøm gjennom fasadene, ble varmegjennomgangskoeffisienten til ulike bygningskomponenter beregnet. I en tidligere undersøkelse var det beregnet at avgitt effekt gjennom ytterveggene og dørene på Grong barneskole var 2-3 ganger høyere enn det som var planlagt under dimensjoneringen. Det ble mistenkt at årsaken var kuldebroer, stor overflateareal, lite isolasjon i gulvene og et høyt energiforbruk til pumper. Skolen ble planlagt med tanke på å oppnå et lavt energiforbruk. Elektrisitetsforbruket ble redusert gjennom lavt trykkfall i luftveiene. I tillegg er energibruken til vifter redusert ved at ventilasjonen i stor grad drives av oppdriftskrefter. Termograferingen tyder på at rammene i ytterdørene er betydelige kuldebroer. Beregninger viser at den installerte effekten for oppvarming av toalettene trolig ville vært tilstrekkelig dersom toalettene hadde vært uten kuldebroer og infiltrasjonen ikke hadde vært større enn normalt. På grunn av at varmetapet ble større enn beregnet, er det maksimale effektbehovet for oppvarming dobbelt så stort som installert effekt. En del av den tilførte effekten tapes til grunnen, på grunn av mangelfull isolering av gulv mot grunn. Når effektbehovet i tillegg økes på grunn av kuldebroer i hjørnene, blir toalettene ubehagelig kalde. Det anbefales at det bygges en svalgang rundt toalett-utbyggene for å redusere varmetapet fra ytterdørene i garderoben og toalettveggene. På avtrekksloftet ble det oppdaget infiltrasjon flere steder. Ved oppføring av lignende bygninger må man være mer nøye mer utførelsen av vindtettingen på avtrekksloftet. I tillegg må man prøve å unngå å få like mange hjørner. I hjørner vil det alltid bli økt fare for infiltrasjon. Siden kjelleren er oppvarmet, burde gulvet vært bedre isolert. Kjellergulvets effekttap til grunnen er høyt. Mulighetene for å etterisolere kjellergulvet innvendig bør undersøkes. Gulvene mot grunn på resten av skolen er også dårlig isolert, men det er vanskelig å utbedre etter at bygget er bygget. Klasserommene oppleves å være kalde deler av året. Særlig gjelder det klasserommene i enden av fløyene som har to yttervegger. Det foreslås at det gjøres en vurdering på muligheten for innvendig etterisolering av treveggene som er forblendt med tegl. Etterisolering bør vurderes opp mot muligheten for å installere ekstra radiatorer eller elektriske varmeovner. Målinger av det elektriske effektforbruket tyder på at pumpene til gulvvarmen og radiatorene går på tilnærmet maksimal effekt hele året. Derfor anbefales det å undersøke hvordan pumpene til radiatorene og gulvvarmen kan reguleres bedre, slik at det ikke brukes energi til drift av pumper i perioder med lavt oppvarmingsbehov.

The following paper presents HVAC system commissioning activities, highlighting the most critical techniques and features to consider when commissioning the underfloor air distribution (UFAD) system. UFAD systems are non-standard and unique and therefore a special attention is needed to some issues and situations specific only for UFAD installations, e.g. coordination of the raised access floor, carpet and furnishings, temperature stratification etc. Some of the most important tests to be performed during commissioning of UFAD systems, are the air leakage, air stratification and thermal decay testing. In order to achieve successful operation of UFAD, the active participation of all involved parties, e.g. architects, interior designers, HVAC designers, contractors etc. is needed since the very beginning of the project. Commissioning of UFAD just requires a discipline, structured approach and commitment from all participants involved. The practical study involved assessment of expected UFAD performance at the Sparebank kvartalet office building complex in Trondheim, Norway. The underfloor plenum was not properly sealed, creating a significant risk of future energy waste. The openings in the raised access floor construction also lead to the dust and dirt accumulation in the plenum. This in its turn would not only impair indoor air quality, but could also lead to the malfunction of mechanical equipment installed in the plenum. Trying to seal the plenum after laying down the carpet was found to be difficult, costly and time consuming. Even though relatively good air distribution in the entire floor was achieved, some diffusers (automatically controlled) are located too close to the workstations and it will be probably needed to rearrange their layout in order to avoid draught complaints by occupants. The easier commissioning and better performance of UFAD in Sparebank Kvartalet could actually be achieved in a less time consuming and costly way if the commissioning would start early in the pre-design phase, with a well established commissioning plan.

Denne masteroppgaven er todelt. Den første delen er et litteraturstudie hvor fokuset har vært olje/vann-blandinger, og deres oppførsel med tanke på varmeovergang og trykktap. Det ble funnet lite informasjon i litteraturen angående varmeovergang i olje/vann-blandinger, så fokuset har ligget på varmeovergang i ikke-Newtonske medier. Trykktap i olje/vann-emulsjoner er et felt hvor det er gjennomført en del forskning. Det er i hovedsak to strømningsmønster som er presentert med tanke på trykktap. Dette er trykktap i lagdelt og spredt strømning. Emulsjoner forekommer ved at den ene fasen blir den kontinuerlige, mens den andre fordeler seg som dråper i den kontinuerlige fasen. Det er derfor konkludert med at trykktapsmodellen for spredt strømning er den som mest sannsynlig kan benyttes ved beregning på olje/vann-emulsjoner. Ved beregninger på olje/vann-strømninger må det også tas høyde for inversjonspunktet som inntreffer ved en viss fraksjon vann. Metoder for bestemmelse av viskositeten til olje/vann-blandinger er også funnet. Både beregningsmodeller og målemetoder for bestemmelse av viskositeten til ikke-Newtonske fluider er diskutert. Det er gjennomført et litteraturstudie vedrørende koking i laminære strømninger. De fleste modellene for beregning av varmeovergang som ble funnet, er utviklet med tanke på strømninger med relativt høye Reynoldstall. Det ble allikevel funnet en studie av en korrelasjon som kan benyttes ved lave Reynoldstall, men denne modellen er utviklet for rør med veldig liten diameter. Hvorvidt denne også kan benyttes på rør med større diameter, ble ikke studert. Zeotrope blandingers innvirkning på kokeprosessen er også diskutert. Den andre delen av oppgaven har bestått av å prosjektere en forsøksrigg for måling av varmeovergang og trykktap i rørsatser med og uten finnede rør. Riggen baserer seg på luft som strømningsmedium, med en vann/glykol-blanding på rørsiden. Det er i samråd med instituttet utarbeidet kravspesifikasjoner for oppsettet. Det er foreslått instrumentering for forsøksriggen, samt gjennomført dimensjonering av hovedkomponenter. Samtlige komponenter som skal inngå i forsøkriggen er gjennomgått og presentert. Det er også utarbeidet et grovt kostnadsestimat for riggen. Det er utarbeidet en datareduksjonsprosedyre for konvertering av måledata til varmeovergangstall og trykktapskoeffisienter. En komplett usikkerhetsanalyse er utarbeidet for å avdekke usikkerhet i målt varmeovergangstall og trykktap på luftsiden.

Elektrifisering av petroleumsinstallasjoner i Sørlige Nordsjø med integrasjon av offshore vindproduksjon Student: Eirik Veirød Øyslebø Veileder: Olav Bjarte Fosso Kontaktpersoner: Vegard Willumsen og Anne Sofie Ravndal Risnes, NVE Denne rapporten er skrevet som en del av min masteroppgave våren 2010, og er basert på de resultater som ble presentert i prosjektrapporten høsten 2009. Første del av oppgaven går ut på å opprette en modell av en elektrifiseringsløsning for fire petroleumsfelter i Sørlige Nordsjø; Ekofisk, Eldfisk, Gyda og Ula. I prosjektoppgaven ble forskjellige løsninger for en slik elektrifiseringsløsning diskutert, og det ble konkludert med at VSC HVDC-konseptet er det mest hensiktsmessige i en slik sammenheng, både med tanke på tapsprosent, men også i forhold til systemkontroll. Modellen er utarbeidet i simuleringsverktøyet PowerFactory fra DIgSILENT GmbH. Fra sentralnettskoblingen på Lista sørvest i Norge, transformeres spenningen ned til det spenningsnivå omformeren er dimensjonert for. Deretter gjøres spenningen om til DC i omformeren, før den passerer gjennom de 280 kilometer lange bipolare HVDC-kablene, med et spenningsnivå på ±150 kV. Ute på Ekofiskfeltet opprettes det en omformerplattform, som inkluderer offshore omformer, filtre, transformator, SVC-anlegg, samt forgreininger til petroleumslastene. SVC-anlegget installeres på omformerplattformen for å holde spenningen ytterst i systemet på et tilfredsstillende nivå. Omformeren transformerer DC-spenningen om til 132 kV AC-spenning. Deretter blir denne transformert ned til 52 kV, som er valgt som systemspenning offshore. Videre går det 52 kV-kabler ut til hver enkelt plattform. Ute på feltene transformeres spenningen ned til allerede gjeldende systemspenning på hvert enkelt felt. For Ekofisk betyr det 13.8 kV, mens de tre andre benytter seg av 6.6 kV. Omformeren onshore kontrolleres med tanke på å holde spenningen på HVDC-kablene stabile. Måten dette er gjort på er ved bruk av et kontrollsystem som bruker strøm- og spenningsmålinger til å regulere og styre PWM-styringen av transistorene i omformeren. Offshore omformer har som oppgave å opprettholde AC-spenningen offshore på et stabilt nivå, samtidig som frekvensen må styres etter hvert som implementering av vindparker blir aktuelt. Det er også utarbeidet vindkraftmodeller i PowerFactory. Disse er laget med tanke på å simulere vindkraftens påvirkning på HVDC-systemet og plattformlastene, og er av den grunn en del forenklet. I tillegg er det benyttet en universitetsversjon av PowerFactory, noe som betyr at modellen har en begrensning på 50 samleskinner. Det er derfor valgt å samle vindturbinene i store turbinmodeller framfor å modellere turbinene hver for seg. Disse vindparkmodulene er koblet til samleskinne OF52kV i figuren over. Videre simuleringer er gjort på tre forskjellige topologier. Den første topologien inneholder kun HVDC-linken med de fire petroleumsfeltene. Her er det undersøkt hvordan HVDC-systemet oppfører seg ved feil og andre hendelser som induserer transienter, i tillegg til om hvorvidt spenning og frekvens på de fire petroleumsfeltene holder seg innenfor akseptable grenser ved de samme transiente hendelsene. Videre er basistopologien utvidet med en vindparkmodul som ved normale tilstander produserer om lag 120 MW. Her har det vært fokus på hvordan feil og hendelser på vindparken påvirker resten av systemet. I tillegg er det gjort simuleringer på en kortslutning på omformerplattformen for å få direkte sammenliknbare resultater med samme hendelse for basistopologien. Til slutt er vindparken utvidet ytterligere med nok en vindparkmodul på 120 MW. I normal tilstand her er det eksport fra vindparkene og inn mot land. Videre er de samme hendelsene undersøkt, som var tilfellet for den lille vindparken, for lettere å kunne sammenlikne de transiente forløpende. Konklusjonen er at HVDC-systemet klarer å styre systemet tilbake til stabil tilstand etter de forstyrrelser som er simulert her. De største problemene kommer av at hendelser rundt om i AC-systemet offshore fører til uakseptable transiente hendelser på plattformlastene, noe HVDC-systemet ikke kan forhindre. Verst er dette for feil på omformerplattformen, og hovedmønsteret er at større AC-system offshore, gir større oscillasjoner med lengre varighet. Det vil si at kortslutning på omformerplattform med stor vindpark innkoblet, er worst case i denne oppgaven. Ved de andre typene forstyrrelser som det her er undersøkt, viser det seg å være gunstigere med to vindparkmoduler enn bare en.

En teststasjon for aksialvifter har blitt etablert på strømningsteknisk laboratorium ved Institutt for Energi og Prosessteknikk på NTNU. Teststasjonen er satt opp med utstyr og programvare for testing av skyvkraft, tilført effekt, hastighetsmålinger, turtall og støy. Gjennom disse parametrene kan blant annet viftens virkningsgrad beregnes. En innløpskon har blitt konstruert for å bedre viftehusets innløpsbetingelser og testing av innløpskonen er gjennomført. Instituttet disponerer to propeller med ulik design som har blitt nøye testet. Det er samtidig utviklet egne propelldesign med utgangspunkt i vingeteori og prinsipper for godt propelldesign. Det egne designet brukes som et sammenlikningsgrunnlag for de to propellene som allerede eksister ved instituttet. Det er også foreslått endringer for å bedre virkningsgraden til de to eksisterende propellene.

En teststasjon for aksialvifter har blitt etablert på strømningsteknisk laboratorium ved Institutt for Energi og Prosessteknikk på NTNU. Teststasjonen er satt opp med utstyr og programvare for testing av skyvkraft, tilført effekt, hastighetsmålinger, turtall og støy. Gjennom disse parametrene kan blant annet viftens virkningsgrad beregnes. En innløpskon har blitt konstruert for å bedre viftehusets innløpsbetingelser og testing av innløpskonen er gjennomført. Instituttet disponerer to propeller med ulik design som har blitt nøye testet. Det er samtidig utviklet egne propelldesign med utgangspunkt i vingeteori og prinsipper for godt propelldesign. Det egne designet brukes som et sammenlikningsgrunnlag for de to propellene som allerede eksister ved instituttet. Det er også foreslått endringer for å bedre virkningsgraden til de to eksisterende propellene.