2011-09-20 ETAP 15 Opracowanie, na bazie istniejących kodów symulacji energetycznej budynków, algorytmu programu komputerowego do oceny wpływu struktury.

Prezentacja na temat: "2011-09-20 ETAP 15 Opracowanie, na bazie istniejących kodów symulacji energetycznej budynków, algorytmu programu komputerowego do oceny wpływu struktury."— Zapis prezentacji:

1 ETAP 15 Opracowanie, na bazie istniejących kodów symulacji energetycznej budynków, algorytmu programu komputerowego do oceny wpływu struktury budynku na zapotrzebowanie energii, możliwość wykorzystania OŹE oraz efektów energetycznych i ekologicznych, wynikających z przyjętej postaci rozwiązania technologicznego źródła Janusz Skorek, Jacek Kalina, Krzysztof Górny Instytut Techniki Cieplnej Politechnika Śląska w Gliwicach

2 Wprowadzenie Liczba zmiennych decyzyjnych w procesie projektowania budynku jest duża. Ustalenie postaci rozwiązania końcowego (optymalnego) konstrukcji budowlanej wymaga wielokrotnych obliczeń bilansowych godzina po godzinie w okresie typowego roku meteorologicznego. Jest to zadanie czasochłonne i praktycznie niewykonalne bez specjalistycznego oprogramowania komputerowego.

3 Symulacja energetyczna
Symulacja energetyczna budynku jest to szacunkowe określenie chwilowych strumieni energii doprowadzonych, wyprowadzonych i generowanych w poszczególnych elementach jego struktury. Podstawową operacją symulacji jest bilans energii skończonej objętości powietrza (strefy cieplnej), wykonywany z zadanym krokiem czasu . Koncepcja strefy obejmuje skonczoną objetość powietrza o tej samej temperaturze, zawierającą przegrody zewnętrzne i masy wewnętrzne. Strefa może obejmować jedno lub kilka pomieszczeń, jedną lub kilka przegród zewnętrznych.

4 doprowadzona/wyprowadzona
Bilans energii strefy Strefa Zadane w kroku czasu: Tw, dane pogodowe, dane o aktywności ludzkiej i procesach wewnętrznych Zyski Energia źródła doprowadzona/wyprowadzona Akumulacja Straty Masa wewnętrzna

5 Architektura programu
Koncepcja narzędzia zakłada wykonanie całej analizy w arkuszu kalkulacyjnym Simulation engine Analiza i wizualizacja wyników Opis lokalizacji i struktury budynku Dane pogodowe Dane materiałowe Opis technologii źródła

6 Etapy symulacji energetycznej
Określenie lokalizacji (w tym ukształtowania terenu) Określenie materiałów i konstrukcji przegród budowlanych Określenie geometrii budynku i stref cieplnych Określenie wymagań klimatu wewnętrznego i parametrów sterujących symulacją Określenie wewnętrznych zysków ciepła Określenie harmonogramów zmienności poszczególnych parametrów Wprowadzenie zbioru danych pogodowych Określenie zakresu czasu i kroku dla symulacji Przeprowadzenie obliczeń Analiza i wizualizacja wyników

7 Okno główne programu

8 Baza danych materiałowych
Definicja budynku Budynek GEOMETRIA Strefa Strefa Strefa Powierzchnia Powierzchnia Powierzchnia Powierzchnia Konstrukcja Baza danych materiałowych Materiał Materiał Materiał Materiał

9 Okno główne bazy danych materiałowych

10 Definiowanie materiału

11 Definicja przegród budowlanych

12 Przypisanie konstrukcji do przegród

13 Dane pogodowe Wykorzystanie dopstępnych danych pogodowych w formatach
TMY2 (Typical Meteorological Year 2) IWEC (International Weather for Energy Calculations) Zakres danych (uklad godzinowy): temperatura gruntu temperatura termometru suchego temperatura termometru mokrego wilgotność wzgledna ciśninie predkość i kierunek wiatru promieniowanie naświetlenie zachmurzenie opady deszczu opady śniegu grubość warstwy śniegu

14 Stan zaawansowania prac
Zadania zrealizowane Opracowanie koncepcji narzędzia Zakup licencji deweloperskiej kodu EnergyPlus (pliki źródłowe w języku FORTRAN) Analiza kodu pakietu EnergyPlus pod kątem selekcji procedur obliczeniowych Określenie zbioru danych wejściowych i założeń o sposobie ich definiowania Opracowanie bazy danych materiałowych (plik *.xls)

15 Stan zaawansowania prac
Zadania w trakcie realizacji Opracowanie interface’u komunikacyjnego Opracowanie procedur przygotowania danych Opracowanie głównego modułu obliczeniowego (*.exe) Opracowanie procedur komunikacyjnych pomiędzy pakietami Excel - *. exe. - Excel Opracowanie procedur i arkuszy wizualizacji wyników obliczeń Opracowanie dokumentacji programu

16 Przykładowe obliczenia
Lokalizacja: Kraków. Budynek biurowy  Powierzchnia użytkowa: 1425 m2 Kubatura ogrzewana: 5415 m3 Nominalna liczba użytkowników: 10 osób/100 m2 Konstrukcja ścian zewnętrznych: cegła fasadowa (10 cm), żelbet (20 cm), płyta izolacyjna (5 cm), szczelina powietrzna (2,5 cm), płyta gipsowa (2 cm) Konstrukcja podłogi na gruncie: płyta betonowa (20 cm), izolacja podłogowa, Konstrukcja stropów wewnętrznych: żelbet 10 cm, szczelina powietrzna, żelbet (10 cm), izolacja akustyczna podłogowa, Konstrukcja dachu: membrana dachowa, izolacja termiczna (20 cm), poszycie z blachy stalowej. Okna: współczynnik przewodzenia ciepła szyby: W/mK, transmisyjność światła widzialnego: 0.51, transmisyjność promieniowania słonecznego: 0.4, Nominalne natężenie oświetlenia: 20 W/m2, Projektowe zyski ciepła od urządzeń: 20 W/m2, Współczynnik infiltracji powietrza zewnętrznego: m3/sm2 Projektowa godzinowa liczba wymian powietrza: 5. .

17 Przykładowe obliczenia
Warianty symulacji Budynek 3 kondygnacyjny, wnętrze typu "open office", dłuższa ściana w osi wschód - zachód. Jak wariant 1 lecz dłuższa ściana w osi północ - południe. Budynek 6 kondygnacyjny o wymiarach zewnętrznych pow. zabudowy 16 x 16 m. Jak w wariancie 1 + ściany działowe + zmniejszona całkowitą powierzchnia przeszklenia + zacienienia na ścianie południowej. Zmienny harmonogram pracy systemu wentylacji, zmienna temperatura wewnętrzna (w nocy oraz w dniach wolnych temperatura dyżurna 15ºC).

18 Przykładowe obliczenia
Wariant konstrukcji: 1 Wariant konstrukcji: 3 Wariant konstrukcji: 4

19 Przykładowe wyniki Godzinowy wykres poboru mocy cieplnej w symulacji nr 1

20 Przykładowe wyniki Godzinowy wykres poboru mocy cieplnej w symulacji nr 5

21 Przykładowe wyniki Godzinowy wykres poboru mocy cieplnej w symulacji nr 5

22 Przykładowe wyniki Roczne zużycie ciepła i chłodu wyznaczone w poszczególnych symulacjach

23 Podsumowanie Uzyskane wyniki pokazały, że przy określonej powierzchni, kubaturze i materia-łach przegród, na zużycie energii oraz jego rozkład w czasie mają wpływ struktura budynku oraz określony przez użytkownika sposób jego eksploatacji. Odpowiednio wykorzystane, symulacje energetyczne mogą mieć istotny wpływ na wybór końcowej postaci konstrukcji budowlanej w aspekcie minimalizacji zużycia energii i rocznych kosztów eksploatacji. Uzyskane w obliczeniach, prognozowane wykresy zmienności poboru mocy po-szczególnych nośników energii stanowią doskonały zbiór danych wejściowych do projektowania układów technologicznych zaopatrzenia budynku, w tym zwymiarowania poszczególnych urządzeń wytwórczych i akumulacyjnych. Symulacja na etapie projektowania pozwala zminimalizować straty energii oraz szkodliwe oddziaływanie na środowisko, związane z nieefektywnym wykorzystaniem urządzeń.