KORIŠĆENJE ENERGETSKIH SIMULACIJA PRILIKOM … · Primer obračunabruto...

KORIŠĆENJE ENERGETSKIH SIMULACIJA PRILIKOM ANALIZE

OBJEKATA SA DVOSTRUKIM VENTILISANIM FASADAMA

Doc. dr Aleksandar Anđelković,Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka,Departman za energetiku i procesnu tehniku

46. Međunarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 2–4. decembar 2015

46th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 2–4 December 2015



IZMERENI

METEOROLOŠKI

PARAMETRI NA OBJEKTU

- Temperatura vazduha

- Relativna vlažnost vazduha

- Atmosferski pritisak vazduha

- Globalno sunčevo zračenje

- Brzina i smer strujanja vetra

PREGLED POSTOJEĆIH MOGUĆNOSTI MODELIRANJA

OBJEKATA SA DVF

IZBOR NAČINA MODELIRANJA OBJEKTA SA DVF

PROGRAM ZA ENERGETSKU SIMULACIJU ENERGY PLUS

U KOMBINACIJI SA MREŽNIM MODELOM STRUJANJA

VAZDUHA AIRFOW NETWORK ALGORITHM

ULAZNI PARAMETRI SIMULACIJE

PODACI O OBJEKTU

- Analiza okoline objekta

- Geometrija objekta

- Postojeći KGH sistemi

- Unutrašnji dobici toplote

- Tip ventilacije u fasadi

KARAKTERISTIKE

MATERIJALA FASADE

- Emisivnost

- Propustljivost

- Provodljivost

- Refleksija

- g - vrednost

TROSTRUKO POTVRĐIVANJE MODELA (TRI REŽIMA) SA SLEDEĆIM

IZABRANIM PARAMETRIMA:

- Izmerene vrednosti temperature površina stakla i parapeta

- Izmerene vrednosti temperature i brzine strujanja vazduha u međuprostoru fasade

VALIDACIJA (POTVRĐIVANJE) MODELA –

ODLUKA O KRITERIJUMIMA

PRIHVATLJIVOSTI

- MBE

- RMSE

- R2

- DMIN

-DMAX

ENERGY PLUS + AIRFOW NETWORK REFERENTNI MODEL

OCENA PREDLOŽENIH

SEZONSKIH OPERATIVNIH

STRATEGIJA

UPOREDNA ANALIZA SA

MODELIMA OBJEKATA SA

TRADICIONALNOM

FASADOM I OCENA

OPRAVDANOSTI PRIMENE

KONCEPTA DVF



Istorijat

Jan-Batist Jobard, 1849. godina

Steiff Factory, 1903. godina

Le Corbusier period između 1926. i 1947. godine

The Ghekin, 2003. godina

The Sydney Tower - 1 Bligh Street, 2011. godina

One Angle Squere 2013. godina



Definicija koncepta DVF



Klasifikacija koncepta DVF

BOX

Prozor

Koridorna

fasada

Šahtno -

kasetna

fasada

Višespratna

fasada

Višespratna

fasada sa

žaluzinama

Sa

kombinovanom

ventilacijom

KONSTRUKCIJA

DVF

Integracija sa

biljnom

vegetacijom,

fazno

promenljivim

materijalima

i OIE

Visina ograničena na jedan sprat Višespratna visina

PRIRODNA MEHANIČKA HIBRIDNATIP

VENTILACIJE

Svežim

vazduhom

Otpadnim

vazduhomReverzibilna

Unutrašnja

zavesa

Spoljašnja

zavesaNAČIN

VENTILACIJEBafer zona

Srbija i DVF

Mali broj izrađenih objekata

Nepostojanje standarda i pravilnika o izgradnji

Iskustvo i znanje domaćih firmi i inženjera na veoma niskom nivou

Projektanti vrše proračune koji ne uključuju uticaj DVF

Primer obračuna bruto građevinske površine (JUS_U.C2.100.2002 & EE PRAVILNIK)





Opis posmatranog objektaKlimatski podaci Beograda

Beograd ima odlike umereno kontinentalne klime, sa postepenim prelazom izmeđugodišnjih doba (zima, proleće, leto i jesen). Međutim, kako globalno zagrevanje Zemljeuzima sve veći uticaj na klimu, u poslednjih nekoliko godina ovaj prelaz izmeđugodišnjih doba se izgubio. Leta postaju sve toplija sa temperaturama preko 35°C, dok utoku zime, koje su inače snežne, temperature padaju ispod -18°C.



Zaključci sprovedene analize i merenja

Rezultati su pokazali da postojeće stanje DVF daju mogućnost za uštedu, nekada u većoj, a nekada umanjoj meri. Takođe treba napomenuti, da u toku kraćih ekstremnih sezonskih perioda (visokespoljašnje temperature, intenzivno sunčevo zračenje i snažni vetar), postoji opravdana sumnja, koja jepotkrepljena eksperimentalnom analizom, da se potrošnja energije može i povećati.

Neophodnost regulacije otvorenosti fasade i tehnike prirodne ventilacije u mnogome mogu doprinetismanjenju gubitaka odnosno rizika od pregrevanja vazduha u DVF.

Treba naglasiti da postoji značajna energetska razlika između zona u DVF zbog prisutnog vertikalnogtermičkog gradijenta.

Kao zaključak, raznolikost dobijenih rezultata ukazuje da inženjeri moraju prepoznati da prisustvoDVF ne rezultuje uvek smanjenju energetske potrošnje, iako to predstavlja samo jednu, možda inajvažniju, od mnogih projektnih zahteva buduće zgrade.



Algoritam toka programa za energetske simulacije

OPIS ZGRADE

Lokacija

Projektni podaci

Podaci o konstrukciji

Termičke zone

Unutrašnji dobici

Profili korišćenja objekta

Infiltracija

OPIS SISTEMA

Tip sistema i dimenzije

Opis ventilatorskog sistema

Opis automatike i kontrole

Opis zahteva spoljšnjeg vazduha

OPIS OPREME

Tipovi i dimenzije opreme

Karakteristike performansi (krive)

Opis dodatne opreme

Opis pojedinačnih opterećenja

Tipovi goriva

EKONOMSKI PODACI

Ekonomski faktori

Životni vek projekta

Visina investicije

Troškovi održavanja i amortizacije

METEOROLOŠKI PODACI

Temperatura po suvom termometru

Temperatura po vlažnom termometru

Faktor oblačnosti

Uticaj vetra

Uticaj sunčevog zračenja

Pritisak

Ostalo

ANALIZA

TOPLOTNOG

OPTEREĆENJA

ANALIZA

SISTEMA

ANALIZA

OPREME

EKONOMSKA

ANALIZA

Časovne vrednosti

toplotnog opterećenjaPikovi toplotnog

opterećenja

Časovne vrednosti

toplotnog opterećenja

vezanih za sistem

Zahtevi i potrošnja goriva

Analiza troškova u

životnom veku



Pregled literature vezanih za modeliranje DVF

analitički i parametarski modeli

modeli zasnovani na bez-dimenzionoj analizi

modeli kontrolne zapremine

zonski modeli

modeli računarske dinamike fluida – CFD modeli

integrisani modeli – kombinacija više pristupa modeliranju

mrežni modeli protoka vazduha + energetska simulacija

Prilikom izbora modela, pažnju treba pre svega obratiti na rezultat koji želimo da

dobijemo. To se odnosi na očekivani nivo tačnosti rezultata, vreme potrebno zaizvršenje simulacije, složenost i kompleksnost modela, kao i nivo znanjabudućeg korisnika.



POSTUPAK FORMIRANJA MODELA OBJEKTA SA DVF



FINO PODEŠAVANJNE MODELA

Za postizanje što bolje tačnosti, u procesu potvrđivanja modela, korišćeni su sledeći podaci:

-tačne konstruktivne dimenzije omotača i drugih delova objekta;

-termo-fizičke karakteristike korišćenih materijala omotača i drugih delova objekta;

-postojeći KGH sistemi;

-projektne i radne unutrašnje temperature u objektu;

-broj ljudi po prostorijama, tačne karakteristike unutrašnjih uređaja i sistema za osvetljenje;

-realni podaci o nivoima zasenčenja i količini infiltracije;

-postojeći načini korišćenja objekta;

-podaci o koeficijentima pritiska vetra (cp), koji su dobijeni putem ''Gp-generator''-a, za realnu

konfiguraciju posmatranog dela omotača objekta sa DVF;

-generisana meteorološka datoteka na časovnom nivou, formirana na osnovu izvršenih merenja.



FINO PODEŠAVANJNE MODELA



Sam proces potvrđivanja treba da kvantifikuje tačnost rezultata dobijenih simulacijom, u poređenju

sa rezultatima dobijenim merenjem.

Preporuke za validaciju:

ASHRAE Guideline 14-2002, International Performance Measurement and Verification Protocol i

M&V Guidelines for Measurement and Verification for Federal Energy Projects

Preporuke su date za energetsku analizu celog objekta (misli se na potrošnju energije).

Za slučaj predikcije temperature do danas nisu napisane preporuke.

Potvrđivanje modela



Statistički indikatori korišćeni prilikom potvrđivanja modela

Kada je model potvrđen –

KRITERIJUMI PRIHVATLJIVOSTI

1.R2≥75%

2.Ostali na osnovu lične procene bazirane na

nivou tačnosti i podudaranja sa rezultatima

dobijenih merenjem



REZULTATI POTVRĐIVANJA MODELA

1. temperature površina unutrašnjeg dela stakla pridodatog sloja DVF;

2. temperature površina spoljašnjeg dela prozora osnovnog sloja DVF;

3. temperature površina spoljašnjeg dela parapeta osnovnog sloja DVF;

4. temperature vazduha u DVF;

5. brzine strujanja vazduha u DVF.



REZULTATI POTVRĐIVANJA MODELAtemperatura i brzina vazduha u međuprostoru fasade

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0016.2

12 0017.2

12 0018.2

12 0019.2

12 0020.2

12 0020.4

12 0021.4

12 0022.4

12 0023.4

12 0024.4

12 005.7

12 006.7

12 007.7

12 008.7

12 009.7

12 0010.7

Globano sunčevo zračenje, W/m2 Spoljašnja temperatura vazduha, C

Zimski režim Prelazni režim Letnji režim

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Druga

zona

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Prva

zona

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0016.2

12 0017.2

12 0018.2

12 0019.2

12 0020.2

12 0020.4

12 0021.4

12 0022.4

12 0023.4

12 0024.4

12 005.7

12 006.7

12 007.7

12 008.7

12 009.7

12 0010.7

Simulacija, C Merenje, C

Treća

zona

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0012.2

12 0013.2

12 0014.2

12 009.4

12 0010.4

12 0011.4

Globalno sunčevo zračenje, W/m2 Spoljašnja temperatura vazduha, C Brzina vetra / 10, m/s Smer vetra,

Otvorena fasada Zatvorena fasada

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

Prva

zona

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

Druga

zona

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

Merenje MIN Merenje MAX Merenje Simulacija

Treća

zona



REZULTATI POTVRĐIVANJA MODELAtemperatura i brzina vazduha u međuprostoru fasade



Zaključci potvrđivanja modela

Kombinacija softverskog alata EnergyPlus i Airflow Network mrežnog algoritma strujanja,pokazala se kao dobar i opravdan izbor kada je u pitanju odnos tačnosti i vremena potrebnog zasimulaciju. Simulacije su u proseku trajale oko 10 minuta, što se može smatrati relativno kratkimvremenom za dobijanje rezultata.

Svi korišćeni statistički indikatori pokazali su visok nivo tačnosti i poklapanja rezultata dobijenihsimulacijom i rezultata dobijenih merenjem. Vrednosti odstupaju u zavisnosti od posmatranogrežima i zone i zaključak je, da se bolje vrednosti poklapanja rezultata dobijaju u prelaznom iletnjem režimu, pogotovo kada se analizira najuticajniji parametar - temperatura vazduha u DVF.Takođe, zaključak je da se veća odstupanja pojavljuju u toku dana, što kao razlog može imatisloženo termičko ponašanje DVF koje se reflektuje na nepreciznost i nesigurnost konvektivnogkoeficijenta prelaza toplote.

Kada je u pitanju vrednost brzine vazduha, zaključak je da se ovaj parametar mora analiziratizasebno u mnogo kraćem vremenskom intervalu (interval od nekoliko sekundi). Dobijeni rezultativezani za brzinu vazduha ukazuju, da se vrednosti bolje poklapaju u slučaju kada su klapnespuštene, odnosno kada je posmatrani slučaj bolje kontrolisan.



ZAKLJUČCI

1. efikasnost DVF u najvećoj meri zavisi od trenutnih meteorološkihuslova i načina operativnog korišćenja;

2. eksperimentalno je potvrđeno da DVF štite i u najvećoj meri eliminišunegativne efekte snažnog vetra i intenzivnog sunčevog zračenja;

3. eksperimentalno i numerički potvrđeno je da koncept DVF omogućavavisok stepen dobro regulisanog prirodnog provetravanja, pogotovu uprelaznom i noćnom periodu;

4. međuprostor DVF se može efikasno koristiti kao bezbedan prostor zapredgrevanje vazduha (zimski režim), ili kao prostor za prirodnoprovetravanje (prelazni i letnji režim);

5. numerički modeli objekta sa DVF u procesu potvrđivanja, daju veomadobre statističke indikatore - verifikovan model.



HVALA NA PAŽNJI!!!

PITANJA???

KORIŠĆENJE ENERGETSKIH SIMULACIJA PRILIKOM … · Primer obračunabruto...

Documents

Transcript of KORIŠĆENJE ENERGETSKIH SIMULACIJA PRILIKOM … · Primer obračunabruto...