Aplikace ESP-r pro inženýrské úlohy Materiál pro samostudium ESP-r historie ESP-r (Environmental Systems Performance; r for "research ) Nástroj pro dynamickou simulaci budovy metodou konečných objemů a konečných diferencí založený na metodě, heat balance method. Academic, research / non commercial Vyvíjen v ESRU, Dept.of Mech. Eng. University of Strathclyde, Glasgow, UK by prof. Joseph Clarke and his team since 1974 ESP-r je šířen jako GNU General Public License. UNIX, Cygwin, Windows http://www.esru.strath.ac.uk/ prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 1

ESP-r architecture rep. results ESP-r příklad 1 prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 2

Instalace programu Z odkazu http://tzb.fsv.cvut.cz/files/esp-r_w_v11.6.3648.exe stáhněte instalační soubor programu ESP-r v.11.6 ( 54 MB) Kliknutím na instalační soubor program nainstalujte do svého počítače na disk C Z odkazu http://tzb.fsv.cvut.cz/files/officectu_test.zip (13 MB) stáhněte soubor s příkladem. Rozbalte obsah tohoto zazipovaného soubory včetně struktury podadresářů do adresáře c://esru/models/officectu_test, kde se vytvoří podadresáře cfg,ctl,dbs,doc,images,nets,rad,temp,zones Cíl příkladu Naučit se spustit ESP-r Přiřadit klimatickou databázi Prohlédnout si existující model Spustit simulaci Spustit analýzu výsledků energie a teploty rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 3

Spuštění ESP-r Otevřete Průzkumník Windows a najděte adresář C:\Esru\Models\OfficeCTU_test\cfg Klikněte na soubor office_test.cfg - měl by se otevřít program ESP-r s příkladem rep. results Přiřazení klimatických dat Click on: database maintenance Click on : annual climate Click on: select another file rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 4

Přiřazení klimatických dat Click on: database maintenance Click on : annual climate Click on: select another file Select: Prague-CZE Confirm, ok, exit. rep. results Prohlédnutí modelu Click on: Browse, edit, simulate rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 5

Prohlédnutí modelu Click on: Browse, edit, simulate Click on: - Composition, zones and browse model.!!!neklikat na nic pod položkou NETWORKS!!! rep. results Spuštění simulace Click on: Browse, edit, simulate Click on: - Composition, zones and browse model. Click on: rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 6

Spuštění simulace Click on: Browse, edit, simulate Click on: - Composition, zones and browse model. Click on: Check: zone ts/hr=1, from-to, result save level (4),results file Click on: Integrated simulation rep. results Spuštění simulace Click on: Integrated simulation Select: Run interactively Confirm cfg file selection rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 7

Spuštění simulace Click on: Integrated simulation Select: Run interactively Confirm cfg file selection Click on: Initiate simulation Confirm results file name rep. results Spuštění simulace Click on: Initiate simulation Confirm results file name Click on: Monitor state variable rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 8

Spuštění simulace Click on: Initiate simulation Confirm results file name Click on: Monitor state variable Select: All items, exit, State variable temperature, Min Max values 0 30 rep. results Spuštění simulace Click on: Monitor state variable Select: All items, exit, State variable temperature, Min Max values 0 30 Click on: Invoke simulation Confirm all rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 9

Spuštění simulace Click on: Invoke simulation Confirm all View monitor results - interesting, isn t it? Exit to main menu, quit window close rep. results Spuštění analýzy výsledků Click on: result rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 10

Spuštění analýzy výsledků Click on: result? Energy use? Click on: Enquire about, Energy delivered rep. results Spuštění analýzy výsledků? Energy use? Click on: Enquire about, Energy delivered Read results in text feedback window Click on:exit rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 11

Spuštění analýzy výsledků?energy use? Click on: Enquire about, Energy delivered Read results in text feedback window Click on: exit rep. results Spuštění analýzy výsledků? Temperature graph? Click on: Graphs, TimeVar,Temperatures,Zone db T rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 12

Spuštění analýzy výsledků? Temperature graph? Click on: Temperatures,Zone db T Click on: Draw graph Enjoy graph feedback rep. results ESP-r příklad 2 prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 13

Příklad 2: Analýza potřeby energie v různých klimatických podmínkách Otevřete model office_test.cfg v ESP-r. Nechte proběhnout celoroční simulaci v podmínkách Prahy a Vámi zvoleného jiného města uvedeného v klimatické databázi. Nalezněte: max a min teplotu vzduchu v zonách room 1 room 2, Roční potřebu energie pro vytápění a chlazení pro zony room 1 a room 2. Porovnejte výsledky a udělejte krátkou vysvětlující zprávu s grafem v excellu. Zprávu převeďte do pdf formátu. Odešlete vyučujícímu. Příklad 2 prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 14

Cíle příkladu 2 start ESP-r Změna konstrukcí simulace Analýza výsledků rep. results ESP-r construction set-up Click on: Browse, edit, simulate Click on: Composition -!!!DO NOT CLICK TO ANY ITEMS BELOW NETWORKS!!! rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 15

ESP-r construction set-up Click on: Browse, edit, simulate Click on: Composition s For each surface assign construction from constr db rep. results Příklad 3 prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 16

Příklad 3 Analýza vlivu žaluzií na celoroční bilanci objektu Otevřete office_test.cfg model v ESP-r. Spusťte celoroční simulaci pro dvě varianty zasklení double glazing (dbl_glaz) and double glazing with internal blinds (dbl_glaz_ib) Analyzujte: Vnitřní db a výslednou teplotu.vytvořte týdení průběh teploty a stručně komentujte rozdíl mezi teplotou vzduchu a výslednou teplotou. Solar processes solar entering from outside týdenní graf Max a min db temperatures v tabulkovém výstupu. Energie na vytápění a chlazeni. Zpracujte stručnou zprávu o výsledcích a závěr. DOPLŇUJÍCÍ INFORMACE K PŘÍKLADŮM prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 17

Klimatické údaje Klimadata pro energetické výpočty Skutečně naměřená data rep. results Typický rok (Typical years) statisticky zpracované klimatické údaje do souboru hodinových údajů Reprezentativní dny (Representative days) hodinová data vybraných dnů pro zjednodušené simulace a navrhování prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 18

Klimadata pro energetické výpočty Referenční rok (Reference year RY) Odpovídá středním hodnotám klimatických dat dlouhodobých měření. Požadavky na RY Pravdivé četnosti výskytu extrémních hodnot v průběhu celé periody. Pravdivé sekvence délka a trendy vývoje musí odpovídat skutečným datům v dané oblasti. Pravdivá korelace mezi jednotlivými parametry teplota, solární radiace, oblačnost a rychlost větru. ASHRAE Test Reference Year (TRY) Testovací rok vytvořený z naměřených dat. Postup tvorby ASHRAE TRY: měsíce jsou seřazeny podle teplot a důležitosti vzhledem k energetickým výpočtům nejteplejší červen a nejchladnější leden jsou nejdůležitější, nejchladnější říjen a nejteplejší duben jsou nejméně důležité. V prvním kroku se vybere 24 měsíců, a extrémy se eliminují tak, až vznikne jeden rok. ASHRAE TRY je vytvořen z naměřených hodnot pro danou oblast. prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 19

Typical Meteorological Year TMY Z víceletého souboru klimatických dat je vybráno 12 typických měsíců na základě statistické analýzy parametrů počasí: Globální denní solární radiace (GSR), Teplota vzduchu DBT - denní maximum, minimum, střední Rosný bod (DPT) denní max, min,střední Rychlost větru (WSP) - daily maximum, daily mean Data jsou vytvořena metodou Finkelstein Schafer (FS) statistické analýzy, kde se porovnává roční kumulativní četnost rozdělení s dlouhodobou četností. Klimadata jsou vážena svým relativním významem od 1/24 do 12/24 Nejčastěji používaným TMY je International weather for energy calculations (IWEC) and the Canadian weather year for energy calculations (CWEC) Formáty klimatických dat *.epw EnergyPlus weather files *.wea - Weather Data File *.dat - plain text file Možnost konverze formátů - Weather Tool (Square One) - Esp-r - Weather prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 20

Zdroje klimatických dat Energy Plus web page ESP-r zabudovaná data ASHRAE Materiály a konstrukce prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 21

s & constructions rep. results Primitive materials Databáze materiálu Database of primitive build materials Data: Conductivity λ [W/(m.K)] Density ρ [kg/m ] Specific heat c [J/(kg K)] Longwave emissivity (IR) ε [-] Shortwave surface absorptivity (Sol) α [-] Moisture diffusion resistance μ n [-] prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 22

Databáze konstrukcí database Single or multilayer building constructions, assembled from primitive materials The last layer is inside rule Non-symetric construction!!! Result: U-value [W/m 2 K] for horizontal, up and down heat transfer ection? Prostup tepla U-hodnota Q U A ( T T ) e i T e 1 d 1 U a a e i Convection + Conduction + Convection prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 23

Optické vlastnosti rep. results prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 24

The Solar Heat Gain Coefficient (SHGC) or g-factor consists of two : Solar radiation passed through the window (solar optical transmittance) Solar radiation absorbed within the glazing system and reected to the indoor space by heat transfer (inward flowing fraction) The solar optical transmittance is a wavelength-dependent spatial distribution function. It is associated with the incident ection of the sun (bi-ectional function) and depends on the type (material, coating, thickness) and geometry of the fenestration system. The considered solar spectrum is mainly visible and near infrared. The inward flowing fraction depends in addition on the inside/outside air temperatures and film coefficients and on the room characteristics, and relies on the combination of convection, conduction and radiation effects. It is mainly based on the far infrared spectrum. Glazing Clear float 76/71, 6mm, no blind id: DCF7671_06nb Clear float 76/71, 6mm, internal blnd id: DCF7671_06i prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 25

ESP-r Documentation Visible transmittance Solar absorptivity and reflectivity U-value Calculation Incident angle (0-80 ) related values Direct transmittance Reflectivity Heat gain Absorptivity prof. Karel Kabele, Katedra TZB FSV CVUT v Praze 26