enok/src/modell/lost.rs

//! Oppløsning av inndata: fyller manglende felter med normerte verdier eller verdier utledet
//! av byggeår, og fører logg over hva som er antatt. Loggen gjengis i rapporten slik at leseren
//! ser hvilke tall som er dokumentert og hvilke som er normerte.

use crate::data::{Datakilde, Materialer, Normerte};
use crate::modell::*;
use crate::Result;
use anyhow::{bail, Context};
use serde::Serialize;

/// Én forutsetning som ikke kom fra inndatafilen.
#[derive(Serialize, Clone, Debug)]
pub struct Forutsetning {
    pub felt: String,
    pub verdi: String,
    pub kilde: String,
}

#[derive(Serialize, Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq)]
#[serde(rename_all = "snake_case")]
pub enum Regulering {
    /// Settpunktet gjelder operativ temperatur (middel av luft- og strålingstemperatur).
    Operativ,
    /// Settpunktet gjelder lufttemperatur.
    Luft,
}

/// En ferdig oppløst flate klar for timesberegning.
#[derive(Serialize, Clone, Debug)]
pub struct LostFlate {
    pub navn: String,
    pub typ: FlateType,
    pub areal: f64,
    pub u_verdi: f64,
    pub helning: f64,
    pub orientering: f64,
    pub kappa: f64,
    pub masseplassering: Masseplassering,
    pub mot: Mot,
    pub b_faktor: f64,
    pub absorptans: f64,
    /// Sant for vinduer og dører (to noder, ingen masse, solinnstråling gjennom glasset).
    pub glass: bool,
    /// Effektiv solfaktor inkl. karmandel og skjerming (bare vinduer).
    pub g_effektiv: f64,
    /// Skjermingsfaktor når solskjerming er i bruk (1,0 = ingen skjerming).
    pub skjermingsfaktor: f64,
    pub automatisk_skjerming: bool,
    pub horisont: f64,
}

#[derive(Serialize, Clone, Debug)]
pub struct Lost {
    pub navn: String,
    pub kategori: Kategori,
    pub byggeaar: i32,
    pub bra: f64,
    pub volum: f64,
    pub antall_boenheter: u32,
    /// Areal som brukes i arealkorreksjonen på karakterskalaen.
    pub skala_areal: f64,
    pub flater: Vec<LostFlate>,
    /// W/K, summert transmisjonstap uten kuldebroer.
    pub kuldebro_w_per_k: f64,
    pub n50: f64,
    pub skjerming: Skjerming,
    pub ventilasjon: LostVentilasjon,
    pub laster: LostLaster,
    pub settpunkt_oppvarming: f64,
    pub settpunkt_natt: f64,
    pub settpunkt_kjoling: Option<f64>,
    /// Vinduslufting: (settpunkt °C, største luftmengde m³/(h·m²)).
    pub lufting: Option<(f64, f64)>,
    pub regulering: Regulering,
    pub innvendig_varmekapasitet: f64,
    pub maks_varmeeffekt: Option<f64>,
    pub maks_kjoleeffekt: Option<f64>,
    pub albedo: f64,
    pub forutsetninger: Vec<Forutsetning>,
}

#[derive(Serialize, Clone, Debug)]
pub struct LostVentilasjon {
    pub typ: VentilasjonType,
    /// m³/(h·m²) i driftstiden.
    pub luftmengde: f64,
    pub luftmengde_natt: f64,
    pub gjenvinning: f64,
    pub sfp: f64,
    pub varmebatteri: bool,
    pub tilluft_settpunkt: f64,
    pub driftstid: crate::data::Tidsrom,
}

/// Timesprofiler for interne laster, W/m² oppvarmet BRA.
#[derive(Serialize, Clone, Debug)]
pub struct LostLaster {
    pub belysning: [f64; 24],
    pub utstyr_effekt: [f64; 24],
    pub utstyr_varme: [f64; 24],
    pub personer: [f64; 24],
    pub varmtvann: [f64; 24],
    pub pumper: [f64; 24],
    pub oppvarming_driftstid: crate::data::Tidsrom,
}

const R_SI: f64 = 0.13;
const R_SE: f64 = 0.04;

impl Lost {
    pub fn fra(b: &Bygning, kilde: &Datakilde) -> Result<Self> {
        let mut f = Vec::new();
        let normerte = kilde.normerte(b.bygning.kategori)?;
        let materialer = kilde.materialer()?;
        let info = &b.bygning;

        if info.oppvarmet_bra <= 0.0 {
            bail!("oppvarmet_bra må være større enn null");
        }
        let volum = info.oppvarmet_volum.unwrap_or_else(|| {
            f.push(Forutsetning {
                felt: "bygning.oppvarmet_volum".into(),
                verdi: format!("{:.0} m³", info.oppvarmet_bra * 2.4),
                kilde: "antatt 2,4 m romhøyde".into(),
            });
            info.oppvarmet_bra * 2.4
        });

        let periode = materialer.periode_for(info.byggeaar);

        let mut flater = Vec::new();
        for fl in &b.flate {
            flater.push(los_flate(fl, &materialer, periode, &mut f)?);
        }
        for v in &b.vindu {
            flater.push(los_vindu(v, &mut f));
        }
        if flater.is_empty() {
            bail!("bygningen har ingen flater; legg inn minst én [[flate]]");
        }

        // Kuldebroer.
        let kuldebro_w_per_k = if !b.kuldebroer.liste.is_empty() {
            b.kuldebroer.liste.iter().map(|k| k.psi * k.lengde).sum()
        } else {
            let n = b.kuldebroer.normalisert.unwrap_or_else(|| {
                let v = periode
                    .map(|p| p.kuldebro)
                    .unwrap_or(normerte.termisk.kuldebroer_normalisert);
                f.push(Forutsetning {
                    felt: "kuldebroer.normalisert".into(),
                    verdi: format!("{v:.2} W/(m²K)"),
                    kilde: periode
                        .map(|p| format!("typisk for {}", p.navn))
                        .unwrap_or_else(|| "normert verdi".into()),
                });
                v
            });
            n * info.oppvarmet_bra
        };

        // Lekkasjetall.
        let n50 = b.infiltrasjon.n50.unwrap_or_else(|| {
            let v = periode.map(|p| p.n50).unwrap_or(3.0);
            f.push(Forutsetning {
                felt: "infiltrasjon.n50".into(),
                verdi: format!("{v:.1} h⁻¹"),
                kilde: periode
                    .map(|p| format!("typisk for {}", p.navn))
                    .unwrap_or_else(|| "antatt".into()),
            });
            v
        });

        let ventilasjon = los_ventilasjon(&b.ventilasjon, &normerte, &mut f);
        let laster = los_laster(b, &normerte, &mut f);

        let settpunkt_oppvarming = b
            .drift
            .settpunkt_oppvarming
            .unwrap_or(normerte.settpunkt.oppvarming);
        let settpunkt_natt = b
            .drift
            .nattsenking
            .unwrap_or(normerte.settpunkt.oppvarming_natt);
        let settpunkt_kjoling = if b.kjoling.ingen {
            None
        } else {
            Some(b.kjoling.settpunkt.unwrap_or(normerte.settpunkt.kjoling))
        };

        let innvendig_varmekapasitet = b.drift.innvendig_varmekapasitet.unwrap_or(10_000.0);

        // Vinduslufting brukes når bygningen ikke har kjøleanlegg.
        let lufting = if b.lufting.ingen || settpunkt_kjoling.is_some() {
            None
        } else {
            // Uten oppgitt grense brukes den normerte settpunkttemperaturen for kjøling.
            // NS 3031 setter denne også for bygninger uten kjøleanlegg; overskuddsvarmen
            // antas luftet ut, og energien telles ikke.
            let sett = b.lufting.settpunkt.unwrap_or_else(|| {
                f.push(Forutsetning {
                    felt: "lufting.settpunkt".into(),
                    verdi: format!("{:.0} °C", normerte.settpunkt.kjoling),
                    kilde:
                        "normert settpunkttemperatur for kjøling; bygningen har ikke kjøleanlegg"
                            .into(),
                });
                normerte.settpunkt.kjoling
            });
            let maks = b.lufting.maks_luftmengde.unwrap_or_else(|| {
                f.push(Forutsetning {
                    felt: "lufting.maks_luftmengde".into(),
                    verdi: "8 m³/(h·m²)".into(),
                    kilde: "antatt største luftmengde ved vinduslufting".into(),
                });
                8.0
            });
            Some((sett, maks))
        };

        let skala_areal = match info.kategori {
            Kategori::Smaahus => info.bygningens_oppvarmede_bra.unwrap_or(info.oppvarmet_bra),
            Kategori::Boligblokk => info
                .bygningens_oppvarmede_bra
                .map(|a| a / info.antall_boenheter.max(1) as f64)
                .unwrap_or_else(|| {
                    if info.antall_boenheter > 1 {
                        info.oppvarmet_bra / info.antall_boenheter as f64
                    } else {
                        info.oppvarmet_bra
                    }
                }),
            _ => info.oppvarmet_bra,
        };

        Ok(Lost {
            navn: info.navn.clone(),
            kategori: info.kategori,
            byggeaar: info.byggeaar,
            bra: info.oppvarmet_bra,
            volum,
            antall_boenheter: info.antall_boenheter.max(1),
            skala_areal,
            flater,
            kuldebro_w_per_k,
            n50,
            skjerming: b.infiltrasjon.skjerming,
            ventilasjon,
            laster,
            settpunkt_oppvarming,
            settpunkt_natt,
            settpunkt_kjoling,
            lufting,
            regulering: Regulering::Operativ,
            innvendig_varmekapasitet,
            maks_varmeeffekt: b.oppvarming.maks_effekt,
            maks_kjoleeffekt: b.kjoling.maks_effekt,
            albedo: b.klima.albedo.unwrap_or(0.2),
            forutsetninger: f,
        })
    }

    /// Samlet areal mot det fri og mot grunn/uoppvarmet (klimaskjermareal), m².
    pub fn klimaskjermareal(&self) -> f64 {
        self.flater.iter().map(|f| f.areal).sum()
    }

    pub fn formfaktor(&self) -> f64 {
        self.klimaskjermareal() / self.bra
    }

    pub fn vindusareal(&self) -> f64 {
        self.flater
            .iter()
            .filter(|f| f.glass)
            .map(|f| f.areal)
            .sum()
    }
}

fn los_flate(
    fl: &Flate,
    materialer: &Materialer,
    periode: Option<&crate::data::Periode>,
    logg: &mut Vec<Forutsetning>,
) -> Result<LostFlate> {
    if fl.areal <= 0.0 {
        bail!("flaten «{}» har areal {} m²", fl.navn, fl.areal);
    }
    // U-verdi: oppgitt, utledet av lag, eller typisk for byggeperioden.
    let (u, kappa_lag) = if let Some(u) = fl.u_verdi {
        (u, None)
    } else if let Some(lag) = &fl.lag {
        let mut r = R_SI + R_SE;
        let mut kappa = 0.0;
        for l in lag {
            let m = materialer.materiale(&l.materiale).with_context(|| {
                format!("ukjent materiale «{}» i flaten «{}»", l.materiale, fl.navn)
            })?;
            r += l.tykkelse / m.lambda;
            kappa += l.tykkelse * m.rho * m.c;
        }
        (1.0 / r, Some(kappa))
    } else {
        let v = periode
            .map(|p| match fl.typ {
                FlateType::Vegg => p.vegg,
                FlateType::Tak => p.tak,
                FlateType::Gulv => p.gulv,
            })
            .with_context(|| format!("flaten «{}» mangler u_verdi og lag", fl.navn))?;
        logg.push(Forutsetning {
            felt: format!("flate.{}.u_verdi", fl.navn),
            verdi: format!("{v:.2} W/(m²K)"),
            kilde: periode
                .map(|p| format!("typisk for {}", p.navn))
                .unwrap_or_default(),
        });
        (v, None)
    };

    let helning = fl.helning.unwrap_or(match fl.typ {
        FlateType::Vegg => 90.0,
        FlateType::Tak => 0.0,
        FlateType::Gulv => 180.0,
    });

    let kappa = match (kappa_lag, fl.masseklasse) {
        (_, Some(k)) => k.kappa(),
        (Some(k), None) => k,
        (None, None) => {
            let k = Masseklasse::Middels.kappa();
            logg.push(Forutsetning {
                felt: format!("flate.{}.masseklasse", fl.navn),
                verdi: "middels".into(),
                kilde: "ISO 52016-1 tabell B.14".into(),
            });
            k
        }
    };

    let b_faktor = match fl.mot {
        Mot::Ute => 1.0,
        Mot::Grunn => 1.0, // håndteres med egen bakketemperatur i timesberegningen
        Mot::Uoppvarmet => fl.b_faktor.unwrap_or_else(|| {
            logg.push(Forutsetning {
                felt: format!("flate.{}.b_faktor", fl.navn),
                verdi: "0,5".into(),
                kilde: "NS-EN ISO 13789, uoppvarmet rom".into(),
            });
            0.5
        }),
    };

    Ok(LostFlate {
        navn: fl.navn.clone(),
        typ: fl.typ,
        areal: fl.areal,
        u_verdi: u,
        helning,
        orientering: fl.orientering,
        kappa,
        masseplassering: fl.masseplassering,
        mot: fl.mot,
        b_faktor,
        absorptans: fl.absorptans.unwrap_or(0.6),
        glass: false,
        g_effektiv: 0.0,
        skjermingsfaktor: 1.0,
        automatisk_skjerming: false,
        horisont: 0.0,
    })
}

fn los_vindu(v: &Vindu, logg: &mut Vec<Forutsetning>) -> LostFlate {
    let areal = v.areal * v.antall;
    let karm = v.karmandel.unwrap_or_else(|| {
        logg.push(Forutsetning {
            felt: format!("vindu.{}.karmandel", v.navn),
            verdi: "0,20".into(),
            kilde: "normert karm- og rammeandel".into(),
        });
        0.20
    });
    let g = if v.dor {
        0.0
    } else {
        v.g_verdi.unwrap_or_else(|| {
            let antatt = if v.u_verdi <= 1.2 { 0.50 } else { 0.75 };
            logg.push(Forutsetning {
                felt: format!("vindu.{}.g_verdi", v.navn),
                verdi: format!("{antatt:.2}"),
                kilde: if v.u_verdi <= 1.2 {
                    "antatt 3-lags energiglass"
                } else {
                    "antatt 2-lags glass"
                }
                .into(),
            });
            antatt
        })
    };
    // ISO 52016-1: F_w = 0,9 korrigerer for ikke-vinkelrett innfall over året.
    let g_effektiv = g * (1.0 - karm) * 0.9;
    let (skjermingsfaktor, automatisk) = match &v.solskjerming {
        None => (1.0, false),
        Some(s) => match s.typ {
            SolskjermingType::Ingen => (1.0, false),
            SolskjermingType::Manuell => (s.faktor.unwrap_or(0.8), false),
            SolskjermingType::Automatisk => (s.faktor.unwrap_or(0.4), true),
        },
    };
    LostFlate {
        navn: v.navn.clone(),
        typ: FlateType::Vegg,
        areal,
        u_verdi: v.u_verdi,
        helning: v.helning,
        orientering: v.orientering,
        kappa: 0.0,
        masseplassering: Masseplassering::Fordelt,
        mot: Mot::Ute,
        b_faktor: 1.0,
        absorptans: 0.0,
        glass: true,
        g_effektiv,
        skjermingsfaktor,
        automatisk_skjerming: automatisk,
        horisont: v.horisont.unwrap_or(0.0),
    }
}

fn los_ventilasjon(v: &Ventilasjon, n: &Normerte, logg: &mut Vec<Forutsetning>) -> LostVentilasjon {
    let luftmengde = v.luftmengde.unwrap_or_else(|| {
        logg.push(Forutsetning {
            felt: "ventilasjon.luftmengde".into(),
            verdi: format!("{:.2} m³/(h·m²)", n.ventilasjon.luftmengde_driftstid),
            kilde: format!("normert verdi, {}", n.kilde),
        });
        n.ventilasjon.luftmengde_driftstid
    });
    let luftmengde_natt = v
        .luftmengde_natt
        .unwrap_or(n.ventilasjon.luftmengde_utenfor_driftstid);
    let gjenvinning = match v.typ {
        VentilasjonType::Balansert => v.gjenvinning.unwrap_or_else(|| {
            logg.push(Forutsetning {
                felt: "ventilasjon.gjenvinning".into(),
                verdi: format!("{:.0} %", n.ventilasjon.temperaturvirkningsgrad * 100.0),
                kilde: "normert temperaturvirkningsgrad".into(),
            });
            n.ventilasjon.temperaturvirkningsgrad
        }),
        _ => 0.0,
    };
    let sfp = v.sfp.unwrap_or(match v.typ {
        VentilasjonType::Balansert => n.ventilasjon.sfp,
        VentilasjonType::Avtrekk => 0.6,
        VentilasjonType::Naturlig => 0.0,
    });
    let varmebatteri = v
        .varmebatteri
        .unwrap_or(matches!(v.typ, VentilasjonType::Balansert));
    LostVentilasjon {
        typ: v.typ,
        luftmengde,
        luftmengde_natt,
        gjenvinning,
        sfp,
        varmebatteri,
        tilluft_settpunkt: n.settpunkt.ventilasjon_tilluft,
        driftstid: n.driftstid.ventilasjon,
    }
}

fn profil(effekt: f64, tid: crate::data::Tidsrom, egen: Option<[f64; 24]>) -> [f64; 24] {
    if let Some(p) = egen {
        return p;
    }
    let mut ut = [0.0; 24];
    for (h, v) in ut.iter_mut().enumerate() {
        if tid.aktiv(h) {
            *v = effekt;
        }
    }
    ut
}

fn los_laster(b: &Bygning, n: &Normerte, logg: &mut Vec<Forutsetning>) -> LostLaster {
    let bel = b.drift.belysning_effekt.unwrap_or_else(|| {
        logg.push(Forutsetning {
            felt: "belysning".into(),
            verdi: format!(
                "{:.2} W/m² i {:.0} h/døgn",
                n.belysning.effekt,
                n.driftstid.belysning.timer()
            ),
            kilde: format!("normert, {}", n.kilde),
        });
        n.belysning.effekt
    });
    let utstyr = b.drift.utstyr_effekt.unwrap_or(n.utstyr.effekt);
    // Oppgitt utstyrseffekt skalerer varmetilskuddet i samme forhold som den normerte verdien.
    let utstyr_varme = match b.drift.utstyr_effekt {
        Some(e) => e * (n.utstyr.varmetilskudd / n.utstyr.effekt.max(1e-9)),
        None => n.utstyr.varmetilskudd,
    };
    let personer = b
        .drift
        .personer_varmetilskudd
        .unwrap_or(n.personer.varmetilskudd);
    let tappevann = b.tappevann.energibehov.map(|kwh| {
        // kWh/(m²·år) → W/m² i driftstiden.
        kwh * 1000.0 / (365.0 * n.driftstid.varmtvann.timer())
    });
    let vv = tappevann.unwrap_or_else(|| {
        logg.push(Forutsetning {
            felt: "tappevann.energibehov".into(),
            verdi: format!(
                "{:.1} kWh/(m²·år)",
                n.varmtvann.effekt * n.driftstid.varmtvann.timer() * 365.0 / 1000.0
            ),
            kilde: format!("normert, {}", n.kilde),
        });
        n.varmtvann.effekt
    });
    let pumpeeffekt = match b.distribusjon.typ {
        DistribusjonType::Punkt => b.distribusjon.pumpe_effekt.unwrap_or(0.0),
        _ => b
            .distribusjon
            .pumpe_effekt
            .unwrap_or(n.pumper.effekt_vannbaaren),
    };
    LostLaster {
        belysning: profil(bel, n.driftstid.belysning, n.profil_belysning),
        utstyr_effekt: profil(utstyr, n.driftstid.utstyr, n.profil_utstyr),
        utstyr_varme: profil(utstyr_varme, n.driftstid.utstyr, None),
        personer: profil(personer, n.driftstid.personer, n.profil_personer),
        varmtvann: profil(vv, n.driftstid.varmtvann, n.profil_varmtvann),
        pumper: profil(pumpeeffekt, n.driftstid.oppvarming, None),
        oppvarming_driftstid: n.driftstid.oppvarming,
    }
}