Sommerstudenter i grønt bygg

Av Bettina Due, Ada Hagaseth og Vegard Bergheim

Sommeren 2023 har vi vært sommerstudenter og jobbet med arbeidsoppgaver knyttet til utviklingen av ZEB-laboratoriet for SINTEF Community.

Hovedfokuset for arbeidet har vært å dokumentere og visualisere aspekter av laboratoriet, både bygget i seg selv og hva som foregår innad i bygget. ZEB-laboratoriet er et forskningsprosjekt realisert i samarbeid mellom SINTEF og NTNU, hvor både hvordan bygget ble konstruert, energiløsninger i bygget og arbeidet som utføres innad i bygget, utgjør viktige forskningsområder.

Bettina og Ada om å ha jobbet sammen med arbeidsoppgaver knyttet til datainnhenting og -fremstilling i ZEB-laboratoriet: 

Lagde wiki-side

Vi begynte arbeidet vårt med å gjennomgå diverse vitenskapelige artikler, masteroppgaver, nyhetsartikler, datablader, nettsteder, etc., for å utvikle en dypere forståelse av hva ZEB-laboratoriet er, hva som gjøres og forskes på innad i bygget, og hvorfor og hvordan laboratoriet ble bygget. Deretter skrev vi en tekst om alle elementer av ZEB-laboratoriet som vi tenkte kunne være av interesse å lese om, som skulle gi en oversikt over blant annet byggeprosessen, funksjonalitet, og datamåling, -behandling og -analyse i bygget. Dette ble grunnlaget for en wiki-side for ZEB-laboratoriet, som i skrivende stund inneholder over 10,000 ord.

Målet med wikien er at man skal kunne finne nyttig informasjon om bygget på ett sted, uten å måtte lete gjennom alle artiklene og nettstedene som er relatert til ZEB-laboratoriet. Vi grupperte informasjonen vi fant inn i passende temaer og undertemaer for å gjøre wikien mer oversiktlig og systematisk, samt la til «tags» for å sammenkoble innholdet fra ulike sider. En utfordring ved denne delen av arbeidet var å vite hvilken informasjon som var rett å bruke, ettersom ulike kilder oppga ulike fakta om bygget. Det var også utfordrende til tider å oversette norske kilder til engelsk, da enkelte fagbegreper brukt i norsk industri ikke alltid har direkte engelske motparter. Mange av de nyttige sidene og artiklene vi fant som handler om ZEB-laboratoriet er linket til på wikien.

Besøk ZEB-wiki (siden oppdateres fortløpende)

Analyse og fremstilling av data

Ved siden av å dokumentere ZEB-laboratoriet i form av en wiki, har vi jobbet en del med dataanalyse og -fremstilling ved hjelp av dataverktøyene Grafana og InfluxDB. Alle måleinstrumenter installert i og på bygget skriver data i nåtid til en database, og føres inn i InfluxDB. Ved å spesifisere hvilke data en ønsker å få ut informasjon om, kan man opprette en spørring i InfluxDB som gir ut ønskelig resultat. Denne data-spørringen kan så kopieres over til Grafana, hvor vi har laget diverse dashbord hvor vi har visuelt framstilt dataen på en passelig måte. Datamålinger vi har hatt spesielt fokus på er blant annet værdata, effektiviteten av solcellepanelene, energiflyt og PCM-tanken.

Et eksempel på et Grafana panel, med data hentet fra diverse måleinstrumenter i ZEB-laboratoriet, som viser flyten av elektrisk energi i dag i sanntid:

Forenklet modell for «varmebatteri» av biovoks

PCM-tanken er en tank med biovoks, et faseendringsmateriale (Phase-Changing Material), i ZEB-laboratoriet. Tanken brukes for å lagre og distribuere varme over noen få dager, som et slags «varmebatteri». Det vil si at varme fra én dag eller kveld kan lagres over natten og slippes ut over de påfølgende par dagene. For å modellere hvordan en «opplading» av «batteriet» skjer, altså prosent oppladet som funksjon av temperatur, brukte vi Python, i tillegg til måledata fra PCM-tanken. Vi prøvde først å tilpasse en «kubisk spline» – en kurve – mellom to og to av målepunktene, vist som blå linjer på figuren.

Vi ønsket så å forenkle modellen ytterligere ved å bruke lineær interpolasjon i stedet, som enkelt sagt er å trekke en rett linje gjennom datapunktene slik at avstanden mellom linja og målepunktene i gjennomsnitt blir så liten som mulig. Vi definerte tre områder, ett for kalde temperaturer, ett for oppvarmingen, og ett for varme temperaturer, og deretter fant vi rette linjer tilpasset de tre områdene, vist med røde stiplede linjer på figuren. Økningen i prosent oppladet blir ganske kjapp når temperaturen stiger fra ca. 35.5 til 37°C, da biovoksen smelter på 36.5°C. Den stabiliserer seg deretter på rundt 40°C og ca. 100% oppladet. Selv om en lineær modell over tre definisjonsområder er veldig enkel, ser den ut til å fungere bra til vårt bruk, og vi tror at disse linjene kan bli brukt til å forutse hvordan en oppvarming av PCM-tanken vil arte seg.

Vegard om arbeid knyttet til grafisk design og visuell formidling:

Grafisk design

I løpet av de seks ukene jeg tilbrakte her i sommer, jobbet jeg med å lage grafiske fremstillinger av energiflyten i ZEB-laboratoriet. Bygget produserer sin egen strøm og har et utallige antall sensorer og målinger knyttet til dette.

De første tre ukene brukte jeg på et prosjekt for å visualisere strømproduksjonen fra solcellepanelene som er montert på utsiden. Strømmen som produseres, både selges og kjøpes etter eget behov. Det grafiske dahbordet jeg lagde viser hvordan strømenergien flyter inn og ut av bygget.

I de siste ukene arbeidet jeg med en tilsvarende visualisering, men denne gangen for PCM (Phase Change Material)-tanken. Dette er et varmebatteri som lagrer varme til senere bruk, avhengig av behov og tilgjengelighet. Det er koblet til byggets varmesystem og kan lades opp av både ZEB-laboratoriets egne varmepumper og NTNU sitt fjernvarmeanlegg. På samme måte som den første visualiseringen, viser denne grafikken hvordan varmeenergien flyter gjennom bygget.

Begge disse visualiseringene er tilgjengelige på Grafana-siden til ZEB-laboratoriet og vises på skjermen ved inngangen til bygget. Formålet til panelene er å gi innsikt i hva som skjer i denne maskinen som er ZEB-laboratoriet, og å visualisere både energiforbruket og -produksjonen.
I tillegg til disse større prosjektene har jeg også gjort diverse oppgaver på Grafana-siden, wikien og nettsiden til ZEB-laboratoriet (zeblab.no). Dette inkluderer blant annet å vise sanntids strømdata på hjemmesiden, samt litt rydding og fiksing av artikler, layout og bilder.

Takk for oss!

Dette sommerprosjektet har gitt oss verdifull erfaring som vi kan ta med oss videre i livet. Det har vært en lærerik sommer som har gitt oss muligheten til å kombinere våre interesser innen databehandling, grafisk design og bærekraftig teknologi. Vi er stolte over å ha fått lov til å bidra til å utvikle ZEB-laboratoriet, og håper bygget kan bli et forbilde for fremtidens industri. Vi har fått innblikk i hvor essensielle grønne bygg er for å nå bærekraftsmålene, og hvordan dataen innhentet av laboratoriet åpner dørene for innovativ forskning og senker risikoen for investorer villige til å støtte nullutslippsbygg. Vi takker for vår tid her, og gleder oss til å se hvordan ZEB-laboratoriet utvikler seg videre.

Se arbeidet vi har gjort:
wiki.zeblab.no
Grafana