Obsah Úvod do problému energie a budova Základy Termodynamika Solárn rní procesy Psychrometrie Vnitřní prostřed edí Principy modelování energetického chování budov Přehled simulačních metod a nástrojn strojů Úvod do ESP-r Metoda Klimadata Materiály a konstrukce Optické vlastnosti zasklení Zátěžové profily ESP-r ukázkový příklad p 1 ESP-r ukázkový příklad p 2 Případová studie - Nízkoenergetické chlazení haly NárodnN rodní knihovny Případová studie - Nízkoenergetická administrativní budova Zadání úlohy č. 1 Zadání úlohy č.. 2 1 Modelování energetických systémů budov Přednáška 1. Základy 2
Obsah Úvod do problému energie a budova Přehled základnz kladních pojmů Přenos tepla Solárn rní procesy 3 Provoz budovy a okolní prostřed edí Do budovy Voda (pití,, hygiena, nádobn dobí, úklid, květiny, technologie, déšť ) Energie: Plyn, uhlí,, dřevo, d elektřina.. (vytápění,, chlazení,, vařen ení,, osvětlen tlení, pohon ) Vzduch (větrání,, chlazení,, spalování) Model toku agencií Z budovy Spaliny SO 2, CO 2, NON x (komín) Odpadní vzduch (větrání budovy) Odpadní voda (kanalizace) Přenos tepla (obálka budovy) 4
Roční potřeba energie v hotelu (322 lůžek) GJ/měsíc 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 hostů/měsíc - 0 III.01 IV.01 V.01 VI.01 VII.01 VIII.01 IX.01 X.01 XI.01 XII.01 I.02 II.02 Guests Vytápění 25 Average month temperatures in 2001 Odběr TUV Vzt ohřev 20 Pára Prádelna Ostatní technologie Kuchyně Strojní chlazení Osvětlení Te.month average C 15 10 5 Výtahy 0 Mar-01 Apr-01 May-01 Jun-01 Jul-01 Aug-01 Sep-01 Oct-01 Nov-01 Dec-01 Jan-02 Feb-02-5 5 Co budeme počítat tat? Hodnota U Tepelné ztráty/zisky ty/zisky Energie na vytápění/chlazen /chlazení Dodaná energie Souhrnná potřeba energie Emise CO 2 CO 2 6
Energetická bilance budovy ČSN EN ISO 13790 7 Teplo Základy termodynamiky Teplo je energie sdílen lená mezi soustavou a jejím m okolím výhradně díky teplotnímu rozdílu mezi soustavou a částí jejího okolí. Teplota Stavová proměnn nná popisující kinetickou energii částic systému Thermodynamická /Kelvin/ T [K] Celsius t [ C] t= T-273,15T Fahrenheit [ F] 1 F=5/9 C ( F-32).5/9= 32).5/9= C 8
Termodynamické zákony Nultý termodynamický zákonz Existuje stavová veličina ina TEPLOTA.. Dvě soustavy v termodynamické rovnováze mají stejnou teplotu. Jsou li dvě termodynamické soustavy v tepelné rovnováze s třett etí soustavou, jsou v tepelné rovnováze navzájem. 9 Termodynamické zákony První termodynamický zákonz Změna vnitřní energie termodynamické soustavy se rovná součtu tepla dodaného soustavě a práce vykonané na soustavě. Energie světa je neměnn nná. Clausius [1865] U = Q W Změna vnitřní energie soustavy je rovna teplu dodanému do soustavy zmenšen enému o práci systémem vykonanou. 10
Termodynamické zákony Druhý termodynamický zákonz Druhý zákon z souvisí s entropií (S), která je mírou m neuspořádanosti. Entropie světa se zvětšuje. uje.-> Teplo nemůž ůže e samovolně přecházet z tělesa t chladnější šího na teplejší ší. Haynie[2001] 11 Termodynamické zákony Třetí termodynamický zákonz Pokud se teplota soustavy blíží absolutní nuly, všechny procesy ustávají a entropie systému se blíží minimu. Žádným konečným ným pochodem nelze dosáhnout absolutní nuly. Nernst [1912] 12
Sdílen lení tepla v prostoru Vedení (kondukce) Sdílení uvnitř pevných těles, Biot-Fourierův zákon T q = λ. gradt = λ. x [W/m 2 ] T teplota [K] x normála Q k izotermické = k T ds t S ploše [m] λ součinitel tepelné vodivosti [W/m.K] t čas Q T = λ A t x 13 B Proudění (konvekce) Sdílení tepla makropohybem molekul a jejich shluků Pohybem tekutiny a přenos z povrchu pevného tělesa do tekutiny a naopak Newton-Richman, Fourier-Kirchhof, Grashofovo, Peckletovo číslo δ δ δ t δ x δ y δ z x y z T 2 2 2 + v T x + v T y + v T z = a. T + T + T 2 2 2 Q = α. S. T [W] Q tepelný tok přenášený mezi povrchem a proudící tekutinou [W] α T součinitel přestupu tepla [W/m 2 K] rozdíl teplot mezi tekutinou a obtékaným tělesem [K] 14
Přenos tepla Sálání (Radiace) Elektromagnetické vlny Stefan-Boltzmann Boltzmannův zákon Wienův zákon E = I d = T 0 0 σ = 5, 67.10 λb λ σ 0, 0028978213 λ max = [W/(m 2 K 4 )] T 4 4 Qɺ = ε σ S T T ( ) 1,2 1,2 1 2 8 4 Stefan-Boltzmanova konstanta [W/(m 2 K 4 )] S vzájemná zářivá plocha [m 2 ] T 1,T 2 teploty vzájemně osálaných těles EO ER 1 E + E + E = E A R T E1 ε1 T1 E T EA > Q1,2= E1- E2 E2 ε2 T2 0 2 15 Solárn rní procesy Sluneční konstanta 1360 W/m 2 Difúzn zní a přímép záření Reáln lné záření max 1000 W/m 2 Výška slunce (Solar ( altitude (Alt)) (β) svislý úhel mezi lokáln lním m horizontem a sluncem. sin β = cos( LAT ) cosδ cos H + sin( LAT) sinδ Solárn rní azimut (Solar ( azimuth (Az)) (Φ),( horizontáln lní úhel mezi jihem a vertikáln lním m průmětem pozice slunce na horizont. cos δ sin H sin Φ = cos β 16 16
Solárn rní procesy Stanovení úhlu dopadu slunečních paprsků na obecnou plochu cosθ = cosβ cosγ sinσ + sin β cosσ θ β γ Σ úhel dopadu slunečních paprsků na obecnou plochu výška slunce rozdíl mezi azimutem slunce φ a azimutem obecné plochy ψ. sklon obecné plochy 17 17 Psychrometrie Psychrometrie je pojem používaný pro popis jevů ve vlhkém m vzduchu Teplota suchého ho teploměru Teplota mokrého teploměru Relativní vlhkost Absolutní vlhkost Rosný bod Entalpie Teplota suchého ho teploměru Teplota mokrého teploměru Sušen ení,, vlhčen ení vzduchu Mokrá punčoška Air 18
TEPLOTA Relativní vlhkost Teplota suchého teploměru Teplota mokrého teploměru Rosný bod Entalpie Absolutní vlhkost g/kg prof.karel Kabele 19 Psychrometric chart Enthalpy ENTHALPY kj/kg Relative humidity % HUMIDITY RATIO g/kg Absolute humidity TEMPERATURE Dew point Wet bulb temperature Dry bulb temperature 20
Teorie vnitřního prostřed edí Vnitřní prostřed edí Mikroklima Tepelně-vlhkostn vlhkostní Akustické Psychické Světeln telné Elektrostatické T a T p Tepelně-vlhkostn vlhkostní mikroklima Stav vnitřního prostřed edí z pohledu tepelných a vlhkostních toků mezi lidským tělem t a jeho okolím 21 Tepelná výměna mezi lidským tělem a jeho okolím Metabolické teplo M Stupeň svalové aktivity Podmínky prostřed edí Velikost tělat Tepelná ztráta ta Q Dýchání Konvekce Radiace Vedení Vypařov ování Rovnice tepelné rovnováhy M=Q komfort M>Q horko M<Q zima 22 22
Člověk Faktory tepelné pohody Metabolické teplo Izolace oblečen ení Prostor Teplota vzduchu (Dry( Dry-Bulb) Relativní vlhkost Rychlost vzduchu Sálání (středn ední radiační teplota) 23 Operativní teplota kde tg Faktory prostřed edí = hcta h c ht r r + + h r t g = operativní teplota t a = teplota okolního vzduchu t r = středn ední radiační teplota h c = koeficient přestupu p tepla konvekcí h r = středn ední radiační koeficient přestupu p tepla 24
Faktory prostřed edí Středn ední radiační teplota kde t 4 4 4 r = ϕrr1.t +... + ϕrn.t 1 n 273 tr = středn ední radiační teplota Ti = teplota okolního povrchu i, i=1,2,...,n φ rn = úhlový faktor mezi osobou a plochou i, i=1,2,...n 25 Hodnocení tepelné pohody PMV index (Predicted mean vote) PPD index (Predicted percentage of dissatisfied) 26
Měř ěřic icí přístroje 27 ČSN EN ISO 7730 Činnost Energetické výdeje W/m 2 Klidné ležení 46 0,8 Sezení uvolněné 58 1,0 Práce v sedě (úřady, byty, školy, laboratoře) 70 1,2 Stání, střední práce (prodavač, práce v domácnosti, práce na strojích) I cl Denní běžné oblečení 0,3 Kalhotky, tričko, lehké ponožky, sandály 0,4 5 Kalhotky, spodnička, punčochy, lehké šaty s rukávy, sandály met 93 1,6 0,5 Spodky, košile s krátkými rukávy, lehké kalhoty, lehké ponožky, boty 0,6 Spodky, košile, lehčí kalhoty, ponožky, boty 0,7 Spodní prádlo, košile, kalhoty, ponožky, boty (Kalhotky, spodnička, punčochy, šaty, boty) 28
Výpočet PMV a PPD dle ČSN EN ISO 7730 0,036M 5 PMV = (0, 303e + 0,028) M W 58,15 1,7 10 M 5867 pa 0,0014M 34 t 8 4 4 3,96 10 f cl ( tcl 273) ( tr 273) + + fclhc ( tcl t a ) 3 ( M W ) 3,05 10 5733 6, 99( M W ) pa 0, 42 ( ) ( ) ( ) a 4 2 (0.03353 PMV 0.2179 PMV ) PPD = 100 95 e + PMV předpověď středního tepelného pocitu PPD předpokládané procento nespokojených M energetický výdej W/m 2 W užitečný mechanický výkon W/m 2 (u většiny prací se rovná nule) fcl poměr povrchu oblečeného člověka k povrchu nahého člověka t cl teplota povrchu oděvu C t a teplota vzduchu C t r střední radiační teplota C pa hc parciální tlak vodní páry Pa součinitel přestupu tepla konvekcí W/m 2 K 29 Choose "Tools-Macro-Security-Mean". This version is scanned with Symantec Antivirus Definition File 2005-09-15 rev. 23 Parameter Input Clothing (clo) 1.10 [0 to 2clo] Air temp. ( C) 23.0 [10 to 30 C] Mean radiant temp. ( C) 28.0 [10 to 40 C] Activity (met) 1.0 [0.8 to 4met] Air speed (m/s) 0.15 [0 to 1m/s] Relative humidity (%) 50.0 [30 to 70%] Parameter Results Operative temp. ( C) 25.5 PMV 0.6-3 PPD 12.5 12.50 0.6 0.6 0.00 Number of iterations: 7 Modified by Håkan Nilsson Department of Technology and Built Environment Laboratory of Ventilation and Air Quality University of Gävle http://www.innova.dk/pmv-calculation.thermal_comfort11.0.html 100 80 60 P P D 40 20 0-3 -2.5-2 -1.5-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 30
Modelování energetických systémů budov Přednáška 2 Úvod do modelování a simulace energetického chování budov prof.karel Kabele 31 31 Virtual models Reality Fig. 3. ESP-r model of the building Fig. 3. ESP-r model of the building Real size models? Scaled models 32 32
Základn kladní princip modelování a simulace Analýza problému určen ení zón, systémů,, zařízen zení a jejich závislostí Definice zadání Definice okrajových podmínek Definice podrobnosti a rozsahu Výběr r nástrojen Citlivostní analýza Ověř ěření výsledků Virtuální laboratoř není nástroj pro projektování 33 Nástroje a metody pro modelování a simulaci energetického chování budov 34
Klasifikace nástroj n strojů modelování a simulace Ustálený stav Jednotlivé systémy Rozsah Integrovaný model Explicitní Metoda Simulace a modelování chování budovy Data Dynamické chování Prostředí Účel Udržitelnost Regresní metody Energie Komfort 35 Ustálený stav Explicitní Denostupňov ová metoda Založena na fixní referenční teplotě. Modifikovaná denostupňov ová metoda Proměnn nná referenční teplota Regresní metody Zjednodušen ená lineárn rní regrese Jedna závislz vislá,, jedna nezávisl vislá proměnn nná Násobná lineárn rní regrese Jedna závislz vislá,, více v nezávislých proměnných Change-point models Z denních nebo měsíčních m měření odebrané energie a venkovních teplot se 36
Dynamick cké metody Explicitní metody Zjednodušen ené dynamické metody Zjednodušen ené dynamické modely vycházej zejí převážně z regresní analýzy výsledků vícenásobného běhu b statických modelů za různých r okrajových podmínek. Tyto modely nejsou schopny postihnout charakteristiku přechodových p dějů, d, jsou však v schopny zohlednit chování budovy(systému) za různých r podmínek. Vážený faktor V této t to metodě prostorové tepelné zisky při p i konstantní prostorové teplotě jsou určeny z fyzikáln lního popisu budovy, vnější ších podmínek počas así,, a profilů vnitřních zátěžz ěží. Faktor odezvy Pro jednodušší systémy lze stanovit na základz kladě okrajových podmínek matematickou funkci,simli popisující dynamickou odezvu systému. Existují dvě hlavní větve této t to metody - časov asová a frekvenční odezva. Metody tepelné bilance Soubor rovnic popisující energetické toky mezi body (objemy), řešený ený numerickými metodami metoda konečných ných diferencí,, metoda konečných ných prvků. Regresní metoda Neuronové sítě. 37 Metoda tepelné rovnováhy Stěna Absorbce dopadajícího slunečního záření Konvekce do venkovního vzduchu Tepelná rovnováha Vnějšího povrchu Dlouhovlnná radiace SW radiace z osvětlení Předané sluneční záření Vedení stěnou Tepelná rovnováha vnitřního povrchu Konvekce do vzduchu zóny Dlouhovlnná radiace z vnitřních zdrojů Dlouhovlnná radiace s ostatními povrchy 38
Stěna s oknem Okno Odražené slunečn Metoda tepelné rovnováhy (heat balance method) Konvekce do venkovního vzduchu Absorbce dopadajícího slunečního záření Tepelná rovnováha vnějšího povrchu LW radiace Zasklení SW radiace z osvětlení Vedení stěnou Tepelná rovnováha vnitřního povrchu LW radiace z vnitřních zdrojů Předané sluneční záření Konvekce do vzduchu zóny LW radiace s ostatními povrchy 39 Metoda tepelné rovnováhy Vzduch v zóněz Konvekce od stěny 1 Konvekce od stěny 2 Konvekce od stěny Infiltrace Tepelná rovnováha vnitřního vzduchu Konvekce od vnitřních zdrojů Větrání (HVAC) 40
Building Simulation Klasifikace nástroj n strojů Analýza celé budovy ESP-r ENERGY+ IES ECOTEC Energetick etická simulace Výpočet zátěží Obnovitelná energie Retrofit Analysis Udržiteln itelná výstavba Součásti TRNSYS PVSol Systémy obálky HVAC Osvětlen tlení Jiné aplikace CFD Znečištění atmosféry Energetika a ekonomie Kvalita vnitř. prostřed edí Proudění vzduchu 41 Přehled nástroj n strojů http://www.eere.energy.gov/buildings/tools_directory www.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/ http://www. www.ibpsa.org 42
Modelování energetických systémů budov Přednáška 3 Od reáln lné budovy k matematickému mu modelu 43 Kdy použít t nástrojn strojů pro modelování a simulaci energetických systémů budov? Koncepční rozhodování na úrovni architektonické studie Modelování nestandardních řešení obvodových prvků budov a technických zařízení Optimalizace nastavení provozní regulace vytápění a větrání budov Analýza vlivu úsporných opatření na energetickou bilanci v rámci energetických auditů Modelování vnitřního prostředí prostor - obrazy proudění, rozložení výsledné teploty Výpočet rozúčtování provozních nákladů složitých provozních celků 44
Modelování energetických systémů budov Přednáška 4 Úvod do ESP-r Případová studie Okrajové podmínky 45 Úvod do ESP-r 46
ESP-r 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/ 47 ESP-r r architecture Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 48
Okrajové podmínky 49 Klimadata pro energetické výpočty Skutečně naměř ěřen ená data Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 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 50
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. 51 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. 52
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 kumulativníčetnost rozdělení s dlouhodobou četností. Klimadata jsou vážena svým relativním významem od 1/24 do 12/24 Nejčast astěji používaným TMY je International I weather for energy calculations (IWEC IWEC) and the Canadian weather year for energy calculations (CWEC) 53 Weather Year for Energy Calculations The basic method used to select the weather year for energy calculations (WYEC) is to determine the individual month with the average DBT, closest to the long-term monthly average; there are no abnormalities and the DBT is within 0.1 C of the long-term monthly average. If the chosen month is outside the 0.1 C limit, then a month from another year, close to the mean but below it, is chosen and days from this month are substituted into the chosen month until its average DBT is within 0.1 C of the long-term average. The WYEC data contain months from a number of different years. The selected month may include climatic data from month of another year. The WYEC data set format was reorganized and the WYEC2 data format was developed by Stoffel and Rymes. 54
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 manager 55 Zdroje klimatických dat Energy Plus web page ESP-r zabudovaná data ASHRAE 56
Materiály a konstrukce 57 Materials & constructions Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 58
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 [-] 59 Databáze konstrukcí Construction database Single or multilayer building constructions tructions,, 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 direction? 60
Prostup tepla U-hodnota Q = U A ( T T ) e i T e T i 1 d 1 d U = + + a λ a e i Convection + Conduction + Convection 61 Optické vlastnosti Optical properties 62
Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 63 Optical properties The Solar Heat Gain Coefficient (SHGC) or g-factor g consists of two components: Solar radiation passed through the window (solar optical transmittance) ttance) Solar radiation absorbed within the glazing system and redirected d 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 direction ion of the sun (bi-directional 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. 64
Glazing Clear float 76/71, 6mm, no blind id: DCF7671_06nb Clear float 76/71, 6mm, internal blnd id: DCF7671_06i 65 Optical properties ESP-r Documentation Visible transmittance Solar absorptivity and reflectivity U-value Calculation Incident angle (0-80( 80 ) related values Direct transmittance Reflectivity Heat gain Absorptivity 66
Windows 5.2 http://windows.lbl.gov/ 67 Vnitřní zátěž ěže Load profiles 68
Zátěž ěžov ové profily Citelné a vázané teplo od osob Citelné teplo od osvětlení Citelné teplo od elektrických spotřebičů Citelné teplo od strojů Vázané teplo vypařováním z volné hladiny Vypařování tekutin Ostatní zátěže ---------------------------------------------------------------------------- Infiltrace Větrání 69 Citelné a vázan zané teplo od osob Počet osob? Návrhové hodnoty Modely statistika, stochastika Teplo CO 2 produkce REF: J. Page, D. Robinson, N. Morel, J.-L. Scartezzini, A generalised stochastic model for the simulation of occupant presence Energy and Buildings (2007) 70
Metabolické teplo Jednotka Met - produkce tepla v klidu sedící osobou 1 Met = 58 W/m 2 Povrch lidského těla stanovil Du-Bois BSA = (W 0.425 x H 0.725 ) x 0.007184 W hmotnost v kg, H výška v cm v průměru 1.8 m 2. 58 W/m 2 x 1.8 m 2 = 104 W 71 Activity Reclining Seated relaxed Standing relaxed Sedentary activity (office, dwelling, school, laboratory) Graphic profession - Book Binder Standing, light activity (shopping, laboratory, light industry) Teacher Domestic work - shaving, washing and dressing Standing, medium activity (shop assistant, domestic work) Washing dishes standing Domestic work - washing by hand and ironing (120-220 W) Volleyball Gymnastics Aerobic Dancing, Basketball, Swimming Sports - Ice skating, 18 km/h Skiing on level, good snow, 9 km/h, Backpacking, Skating ice or roller, Tennis W/m 2 46 58 70 70 85 93 95 100 116 145 170 232 319 348 360 405 72
Citelné x vázan zané teplo Entalpie vlhkého ho vzduchu h = ha + x hw Entalpie suchého vzduchu = citelné teplo Radiace ha = cpa. t Konvekce Entalpie vodní páry = vázané teplo hw = cpw. t + hwe kde h = Entalpie vlhkého vzduchu (kj/kg) ha = Entalpie suchého vzduchu (kj/kg) x = měrná vlhkost (kg/kg) hw = Entalpie vodní páry (kj/kg) t = teplota vzduchu = teplota vodní páry ( o C) cpa = měrné teplo suchého vzduhu (kj/kg. o C, kws/kg.k) =1.006 (kj/kg o C) cpw = měrné teplo vodní páry (kj/kg. o C, kws/kg.k) =1.84 (kj/kg. o C hwe = skupenské teplo vypařování vody při 0 o C (kj/kg) = 2,502 (kj/kg) 73 Heat load by persons 350 300 W 250 200 150 100 50 0 Latent heat Radiation Convection 74
Cold water use in residential building 7.00 Cold water (w/o DHW) l/pers/hr 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday Mean 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 hod 75 Citelné teplo od osvětlen tlení Tepelný výkon je roven příkonu Installed effect W/m 2 H l = P inst K 1 K 2 kde H l = teplo vydané osvětlením (W) P inst = instalovaný příkon (W) K 1 = součinitel současnosti K 2 = korekční součinitel vlivu odsávání svítidel vzduchotechnikou (= 1 pro nevětrané, = 0.3-0.6 odvětrané) 76
H eq = P eq K 1 K 2 kde Citelné teplo od elektrospotřebi ebičů H eq = teplo vydávané elektrickými spotřebiči (W) P eq = elektricvký příkon (W) K 1 = účinnost K 2 = současnost 77 Citelné teplo od motorů a strojů When machines runs heat can be transferred to the room from the motor and/or the machine. If the motor is in the room and the machine is outside H m = P m / h m - P m If the motor is belt driven and the motor and belt is in the room and the machine is outside H m = P m / h m - P m h b If the motor and the machine is in the room H m = P m / h m In this situation the total power is transferred as heat to the room. Note! If the machine is a pump or a fan, most of the power is transferred as energy to the medium and may be transported out of the room. If the motor is outside and the machine is in the room H m = P m where H m = heat transferred from the machine If the motor is belt driven and the motor and belt is to the room (W) outside and the machine is in the room P H m = P m h m = electrical motor power consumption b (W) h m = motor efficiency h b = belt efficiency 78
Vázan zané teplo odparem z vodní hladiny q m = A (x 1 - x 2 ) a e Konstanta odparu a e = (25 + 19v)/3600 Teplota na povrchu hladiny bude nižší než teplota pod hladinou. t 1 = t 2 - (t 2 - t 3 ) / 8 Teplo odebrané odparem H e = q m / (x 1 - x 2 ) (h 1 - h 2 ) kde q m = množstv ství odpařovan ované vody (kg/s) A = plocha hladiny (m 2 ) x 1 = obsah vody v nasyceném m vzduchu při p teplotě hladiny (kg/kg) x 2 = obsah vody ve vzduchu (kg/kg) a e = konstanta odparu (kg/m 2 s) v = rychlost proudění vzduchu při p i hladině (m/s) t 1 = teplota hladiny ( o C) t 2 = teplota vody pod hladinou ( o C) t 3 = teplota mokrého teploměru vzduchu ( o C) h 1 = entalpie nasyceného vzduchu (J/kg) h 2 = entalpie vzduchu (J/kg) 79 Oxid uhličitý itý - CO 2 Oxid uhličitý(co 2 ) koncentrace čistého" vzduchu je 575 mg/m 3. Při koncentraci nad 9000 mg/m 3 nebezpečný 80
Zadání zátěž ěží v ESP-r 81 Zadání zátěž ěží v ESP-r Operation Scheduled air flows Casual gains Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Model editor Zones Networks Plant Vent /Hydro Electrical Contaminants Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ Electrical CFD Sensitivity IPV Optical properties Controls 82
Zadání zátěž ěží v ESP-r Scheduled air flows Infitration from outside Ventilation given temperature ACH, m 3 /s Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Project manager Model editor Simulat ion controler Zones Timestep Save level Networks From - To Plant Results file Vent /Hydro dir Electrical Monitor Contaminants Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ Electrical CFD Sensitivity IPV Optical properties Controls 83 Q sens,pers [W] Q sens, lights [W] Q sens,equip [W] Vnitřní zisky 3 10 5 540 1800 900 1 540 0 900 2 540 0 900 3 Mo 540 0 900 4 Mo 540 0 900 5 Mo 540 0 900 6 Mo 540 0 900 7 Mo 540 1800 900 8 Mo 0 0 900 9 Mo 0 0 900 10 Mo 0 0 900 11 Mo 0 0 900 12 Mo 0 0 900 13 Mo 0 0 900 14 Mo 0 0 900 15 Mo 0 0 900 16 Mo 0 0 900 17 Mo 0 0 900 18 Mo 540 0 900 19 Mo 540 0 900 20 Mo 540 1800 900 21 Mo 540 1800 900 22 Mo 540 1800 900 23 Mo 540 1800 900 24 Mo 540 0 900 Total internal load [W ] 5000 4000 3000 2000 1000 0 Tue Wed Thurs Fri Sat Sun Mo Qsens,pers [W] Qsens,lights [W] Q sens,equip [W] 84
Casual gains Occupants Lights Equipment Zadání zátěž ěží v ESP-r check/remove overlaps Databases maintenace Project manager Climate Model editor Simulat ion Results analysis Material Construction Plant components Event profiles Zones Networks Plant Vent /Hydro Electrical Contaminants controler Timestep Save level From - To Results file dir Monitor Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ Electrical CFD Sensitivity IPV Optical properties Controls 85 ESP-r příklad 1 86
Cíl příkladu Naučit se spustit ESP-r Přiřadit klimatickou databázi Prohlédnout si existující model Spustit simulaci Spustit analýzu výsledků energie a teploty Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 87 Spuštění ESP-r Click on: C:/Esru/Models/BS5801_A2/cfg/BS5801_A2.cfg Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 88
Přiřazen azení klimatických dat Click on: database maintenance Click on : annual climate Click on: select another file Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 89 Přiřazen azení klimatických dat Click on: database maintenance Click on : annual climate Click on: select another file Select: Prague-CZE Confirm, ok, exit. Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 90
Prohlédnut dnutí modelu Click on: Browse, edit, simulate Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 91 Prohlédnut dnutí modelu Click on: Browse, edit, simulate Click on: Zones - Composition, Controls zones and browse model.!!!neklikat na nic pod položkou NETWORKS!!! Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 92
Spuštění simulace Click on: Browse, edit, simulate Click on: Zones - Composition, Controls zones and browse model. Click on: Simulation Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 93 Spuštění simulace Click on: Browse, edit, simulate Click on: Zones - Composition, Controls zones and browse model. Click on: Simulation Check: zone ts/hr=1, from-to, result save level (4),results file dir Click on: Integrated simulation Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 94
Spuštění simulace Click on: Integrated simulation Select: Run interactively Confirm cfg file selection Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 95 Spuštění simulace Click on: Integrated simulation Select: Run interactively Confirm cfg file selection Click on: Initiate simulation Confirm results file name Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 96
Spuštění simulace Click on: Initiate simulation Confirm results file name Click on: Monitor state variable Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 97 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 Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 98
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 Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 99 Spuštění simulace Click on: Invoke simulation Confirm all View monitor results - interesting, isn t it? Exit to main menu, quit window close Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 100
Spuštění analýzy výsledků Click on: result analysis Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 101 Spuštění analýzy výsledků Click on: result analysis? Energy use? Click on: Enquire about, Energy delivered Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 102
Spuštění analýzy výsledků? Energy use? Click on: Enquire about, Energy delivered Read results in text feedback window Click on:exit Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 103 Spuštění analýzy výsledků?energy use? Click on: Enquire about, Energy delivered Read results in text feedback window Click on: exit Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 104
Spuštění analýzy výsledků? Temperature graph? Click on: Graphs, TimeVar,Temperatures,Zone db T Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 105 Spuštění analýzy výsledků? Temperature graph? Click on: Temperatures,Zone db T Click on: Draw graph Enjoy graph feedback Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 106
Příklad 2 107 Cíle příkladu 2 start ESP-r Změna konstrukcí simulace Analýza výsledků Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV Optical properties Controls 108
ESP-r construction set-up 109 ESP-r construction set-up Click on: Browse, edit, simulate Click on: Zones Composition - Construction!!!DO NOT CLICK TO ANY ITEMS BELOW NETWORKS!!! Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 110
ESP-r construction set-up Click on: Browse, edit, simulate Click on: Zones Composition Constructions For each surface assign construction from constr db Databases maintenace Climate Material Construction Plant components Event profiles Optical properties Model editor Zones Networks Plant Vent/Hydro Contaminants Controls Project manager Simulation controler Timestep Save level From -To Results file dir Monitor Results analysis Graphs Timestep rep. Enquire about Plant results IEQ CFD Sensitivity IPV 111 Případov padová studie e 1 Nízkoenergetick zkoenergetické chlazení haly národn n rodní knihovny 112
Hala služeb Tepelné zisky cca 140 kw Přísné požadavky na vnitřní prostřed edí Bez klimatizace Přehřívání Historická budova Omezený prostor Popis problému 113 Krok 1: Snížen ení tepelné zátěž ěže Heat load 140000 120000 125845 100000 W 80000 60000 55931 40000 20000 0 13000 1425 6500 3000 1000 2249 2329 People Lighting Computers Fans Transparent No-transparent Solar structures Radiation structures - conduction conduction Initial After shading skylight stínění s=0,9 0,4: 140kW 70 kw (běž ěžný návrhový výpočet) 114
Krok 2: Eliminace tepelné zátěže Vzduch nebo voda? Prostorové omezení, Provozní náklady Lokáln lní chlazení chlazené stropní panely 115 Model CFD Flovent Cíl: předpovp edpověď vnitřního pracovního prostřed edí s chlazenými stropy 2 alternativy polohy chlazených panelů Alternative 0 initial situation Alternative 1 2 sides Alternative 2 3 sides 116
Výsledky Teplota vzduchu v monitorovaných bodech Teploty vzduchu ve sledovaných bodech 34 32 30 28 ti 26 24 22 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 pracoviště Pracovní pozice výchozí chlaz. strop na 2 stranách chlaz. stropy na 3 stranách Původní 2 strany 3 strany Pracovní místa 117 Operativní teplota Původní stav Chlazené stropy na 2 stranách Chlazené stropy na 3 stranách Legend <20 C 22,4 C 24,8 C 27,2 C 29,6 C >32 C 118
Závěr Technické řešení Chlazené stropy jsou vhodné pro lokáln lní chlazení Umožní snížit výkon chlazení z 70 kw na 6 kw Není vyřešeno eno vnitřní prostřed edí ve zbytku haly Modelování a simulace Základní výpočet tepelné zátěže CFD pro předpovp edpověď rozložen ení teplot Problém m s okrajovými podmínkami - model turbulence 119 Případová studie 2 Aplikace dynamického modelu v analýze akumulačního prvku nízkoenergetického domu 120
Nízkoenergetický bytový dům d úvod do navrhování,, koncepce Architektonický návrhn Zónování podle světových stran Zasklené lodžie, zimní zahrada Kvalitní tepelná izolace Těsnost budovy Koncepce energetického systému Řízené větrání Pružné vytápění - teplovzdušné Využit ití solárn rní energie 121 Aktivní solárn rní kolektory pro ohřev TUV Pasivní zisky z lodžií přímé zisky do vytápění místností, regulace individuáln lní Zisky ze zimní zahrady středn ednědobá akumulace tepla do štěrkového akumulátoru umíst stěného po budovou Principy využit ití solárn rní energie 122
Využit ití solárn rních zisků ze zimní zahrady Ohřev vzduchu v zimní zahradě Nabíjení akumulátoru vzduchem ze zimní zahrady Vybíjení akumulátoru =předeh edehřev ev venkovního větracv tracího vzduchu Doplňkový zdroj energie 123 Formulace problému Vstupní parametry Geometrické rozměry ry Klimatické údaje Množstv ství čerstvého vzduchu Požadovaný výkon zařízen zení Proměnn nné Množstv ství nabíjec jecího vzduchu Akumulační hmota zásobnz sobníku tepla Teplosměnn nná plocha trubního výměníku Kritéria ria optimalizace Roční potřeba energie na dohřev vzduchu Příkon zdroje na dohřev vzduchu 124
Modelování energetického chování Volba nástroje n pro modelování Požadavky na nástroj? n dynamický model, možnost zadání souč.p.přestupu tepla, radiace, vedení proudění, klimadata splňuje ESP-r, TRNSYS Model v ESP-r Zónový model popisující systém m a budovu proč 2 modely? Energetický systém Budova + prof.karel Kabele 125 125 Model budovy Zadání: 10 zón, popis konstrukcí a oken, stínící prvky, provozní režim prof.karel Kabele 126
Model systému Zadání: 4 zóny, popis konstrukcí a otvorů, objemy větracího vzduchu, provozní režim, kontrolní funkce 127 Simulace Klimatická databáze: Test reference year Sledované období 1 rok Časový krok výstupu 1 hodina Časový krok výpočtu 1 minuta Budova: Co? Průběh okamžité potřeby tepla na pokrytí tepelných ztrát Jak? 1x běh výpočtu Výstup: Výkon vytápění Energetický systém Co? Roční potřeba energie na vytápění Jak? Virtuáln lní experimenty změnou množství nabíjec jecího vzduchu akumulační hmoty štěrku Výstup? Podklad pro návrh n prvků MOEB prof.karel Kabele 128 128
Výsledky simulace systému Spotřeba tepla na vytápění vliv štěrkového výměníku 100% = 11,4MWh =12312 Kč/rok 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 100% 56% 52% 53% 47% 47% 0 1 2 3 4 5 6 Číslo virtuálního experimentu 44% Virtuální experiment 0 bez předehřevu 1-3 změna množství nabíjecího vzduchu 100 až 2000 m 3 /hod 4-6 změna akumulační hmoty 50 až 180 t Energetický systém Roční potřeba tepla na vytápění Průběh teploty v zásobníku 129 129 Závěry Předeh edehřev ev větrac v tracího vzduchu má m významný vliv na roční energetickou bilanci - cca 50% úspora. Nepotvrdil se předpokl p edpokládaný daný přínos p využit ití solárn rních zisků ze zimní zahrady V konečném m návrhu n bylo použito zemního kolektoru s pasivním m ohřevem/chlazen evem/chlazením m přiv p iváděného vzduchu 130
Case study 3 Low - energy office building 131 Case Study Description Architect s s request: low-energy sustainable office building comfort indoor environment office rooms for 1-31 3 persons, oriented south-north Architect s s question: What is the best U-value for building envelope??? 132
Case Study Description Czech building regulations Building envelope requirements Alternative U wall [W/m 2 K] U window [W/m 2 K] 1 DEM (Demanded) 0,38 1,7 2 REC (Recommended) 0,25 1,2 3 LE (Low-energy) 0,15 0,8 Indoor environment requirements Indoor resultant temperature winter 18-24 C summer 20-28 C Relative humidity 30-70% What is the best tool to handle the question? 133 Computer modelling ESP-r 3 zones model 2 office rooms 4 x 6 x 3 m Corridor 2 x 6 x 3 m Heating and cooling system heating 0-500W, cooling 0-2500W mix of 75 % convection, 25% radiation pre-heat and pre-cool controller sensing mix of zone db temperature and MRT set points: heating 20 C; cooling 26 C Ventilation system working hours 1 ac/hr non-working hours 0,2 ac/hr Casual gains (working time 8-17) Occupancy 140 W/per Equipment 200W/comp Lighting (500 lx): 35 W / m 2 Fig. 3. ESP-r model of the building Fig. 3. ESP-r model of the building 134
1 1 Simulation Alternative U wall [W/m 2 K] U window [W/m 2 K] 1 DEM (Demanded) 0,38 1,7 2 REC (Recommended) 0,25 1,2 3 LE (Low-energy) 0,15 0,8 Annual simulation in Czech climate conditions Building energy and environmental performance 40 40 30 30 Te [ C] Te [ C] 20 20 10 10 0 0-10 -10 408 408 815 815 1222 1222 1629 1629 2036 2036 2443 2443 2850 2850 3257 3257 3664 3664 4071 4071 4478 4478 4885 4885 5292 5292 5699 5699 6106 6106 6513 6513 6920 6920 7327 7327 7734 7734 8141 8141 8548 8548-20 -20 135 Results Annual energy consumption kw h/a Potřeba energie na vytápění 100 90 85,72 79,89 80 69,45 70 60 50 40 32,24 32,12 30 22,41 20 10 0 Jih Sever Office HEATING SOUTH NORTH Nízkoenergetická Doporučená Požadovaná kwh/a 0-1000 -2000-3000 -4000-5000 -6000-7000 -8000-9000 Potřeba energie na chlazení COOLING Jih -7078-7733 -8261 SOUTH Sever -4457-5005 -5479 NORTH Nízkoenergetická Doporučená Požadovaná DEManded RECommended Low-Energy 136
Total energy Results energy consumption Roční potřeba energie na vytápění a chlazení ANNUAL ENERGY CONSUMPTION kwh/a 14500 14000 13500 13000 12500 12000 11500 11000 10500 10000 LE REC DEM Nízkoenergetická Doporučená Požadovaná Cooling Heating 137 Indoor temperature Tair max Results Alternative Room 1 Corridor Room 2 LE 27,52 30,84 29,08 DEM 27,54 30,78 29,08 REC 27,76 30,79 29,05 Tair min Alternative Room 1 Corridor Room 2 LE 19,07 18,92 19,11 DEM 19,07 18,66 19,19 REC 19,01 18,81 19,12 40 30 20 10 0-10 -20 00h30 06h30 12h30 18h30 00h30 06h30 12h30 18h30 00h30 06h30 12h30 18h30 00h30 06h30 12h30 18h30 00h30 06h30 12h30 Tair Room 1 Tair Room2 Te 138
IEQ analysis Results 100% 90% 80% Annual distribution of PMV during working time 70% according to ČSN EN ISO 60% 7730 50% 40% Comfort -0,5<PMV<0,5 30% Acceptable -1<PMV<1 20% Discomfort PMV<-1 1 or 10% PMV>1 0% LE DEM REC Comfort 9,7% 16,9% 15,6% Acceptable 44,3% 40,5% 41,3% Discomfort 46% 43% 43% 139 Conclusion Presented case study has shown a possible utilization of integrated simulation supporting the early conceptual design phase The recommendation based on this approach is to continue in designing alternative DEM - demanded U- U values The reason, why the results of the thermal comfort evaluation are so unsatisfactory (more than 40% of working time is PMV>1) is due to the relatively high summer temperature set point (+26 C) in connection with settled clothing value and activity of the occupants. 140
Úloha 1: Analýza potřeby energie v různých klimatických podmínk nkách ch. Otevřete BS5801_A2 model 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 zónách room 1 room 2, Roční potřebu energie pro vytápění a chlazení pro zóny room 1 a room 2. Porovnejte výsledky a udělejte krátkou vysvětlující zprávu s grafem v excellu. Zprávu převeďte do pdf formátu. Odešlete emailem na adresu vyučujícího s MOEB_1 v předmětu zprávy. 141 Úloha 2: Analýza vlivu žaluzi aluzií na celoroční bilanci objektu Otevřete výchozí model BS5801_A2 model v ESP-r. Proveďte celoroční simulaci pro dvě varianty zasklení dvojité zasklení bez žaluzií (dbl_glaz) a dvojité zasklení s vnitřními žaluziemi (dbl_glaz_ib) v klimatických podmínkách Prahy. Analyzujte: Vnitřní db a výslednou teplotu.vytvořte týdenní průběh teploty a stručně komentujte rozdíl mezi teplotou vzduchu a výslednou teplotou. Solární procesy solar entering from outside týdenní graf Max a min db teploty v tabulkovém výstupu. Celoroční potřebu energie na vytápění a chlazení. Zpracujte stručnou zprávu o výsledcích a závěr; odešlete v pdf na email vyučujícího. 142