ENERGETIKAI- ÉS KOMFORTSZIMULÁCIÓ

ENERGETIKAI- ÉS KOMFORTSZIMULÁCIÓ Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

TARTALOM Komfortelmélet alapjai Termikus komfort - Fanger modell Esettanulmány Multi-zónás modellezés és adatbevitel Szimuláció futtatása Eredmények elemzése

ÉPÜLETENERGETIKA SZIMULÁCIÓ ENERGETIKAI MODELLEZÉS ÉPÜLETFIZIKA KOMFORT

KOMFORTELMÉLET A HUMÁN BIOKLIMATOLÓGIA nem pusztán egy elméleti tudományág, ESZKÖZ is egyben, hiszen eredményeinek felhasználásával aktívan hozzájárulhat közérzetünk és egészségi állapotunk javításához ill. fenntartásához. A szervezet energiaforgalmához köthető definíció szerint: A KOMFORTOS ÁLLAPOT elégedettséget jelent, amely akkor lehetséges, amikor az emberi szervezetbe érkező és távozó hőáramlások egyensúlyban vannak. (Fanger P.O. 1972) A TERMIKUS KOMFORT állapota olyan tudatállapotként határozható meg, amely a hőmérsékleti környezettel való elégedettséget tükrözi. (Nikolopoulou M. and Lykoudis S. 2006)

HUMÁN KOMFORT A humán komfort témakörei: Termikus komfort Levegő minősége Vizuális komfort (Természetes és mesterséges megvilágítás) Akusztikai komfort

TERMIKUS KOMFORT A testen belül a közel állandó hőmérsékletű TESTMAG és a szervezet perifériás részeit tartalmazó, változó hőmérsékleti tartományon belül mozgó TESTKÖPENY különböztethető meg.

TERMIKUS KOMFORT Környezetünk fizikai állapota több olyan paraméterrel is jellemezhető, amelyek befolyásolják az ember komfortérzetét. A hőérzetet befolyásoló tényezők: Levegő hőmérséklete, annak térbeli, időbeli eloszlása, változása Környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete Levegő relatív páratartalma Légáramlás Anyagcsere: emberi test hőtermelése, hőleadása, hőszabályzása Ruházat hőszigetelő képessége, párolgást befolyásoló hatása

HUMÁN KOMFORT ELEMZÉSE Termikus műember (mérések)

CFD SZIMULÁCIÓ + KOMFORT Computational Fluid Dynamics (CFD) szimuláció Épületszerkezet és humán komfort szimuláció

CFD SZIMULÁCIÓ + KOMFORT Computational Fluid Dynamics (CFD) szimuláció Épületszerkezet, gépészet és humán komfort szimuláció

TERMIKUS KOMFORT FANGER MODELL PMV és PPD index PMV érték várható hőérzeti érték A PMV index (Predicted Mean Vote) megmutatja, hogy átlagosan milyen érték várható egy 7-fokozatú (-3-tól +3-ig terjedő) hőérzet skálán. Kifejezi a szubjektív komfortérzet középértékét egy adott környezetben. Sok személy szubjektív hőérzeti adatát összegezve feltételezzük, hogy a 0 átlagérték annak az esetnek felel meg, amikor a hőegyensúlyi egyenlet eredménye 0, tehát a hőtermelés és a külső hőleadás egyensúlyban van.

TERMIKUS KOMFORT FANGER MODELL PMV index

TERMIKUS KOMFORT PMV index

TERMIKUS KOMFORT PPD index PPD érték kedvezőtlen hőérzet várható százalékos valószínűsége A PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) előrejelzi a termikus komforttal elégedetlen emberek százalékos valószínűségét. PPD index PPD min 5%

TERMIKUS KOMFORT FANGER MODELL Komfortparaméter szimuláció Dinamikus EnergyPlus szimuláció Levegő hőmérséklete: annak térbeli, időbeli eloszlása, változása Környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete Levegő relatív páratartalma Légáramlás Anyagcsere: emberi test hőtermelése, hőleadása, hőszabályzása Ruházat hőszigetelő képessége

KOMFORTSZIMULÁCIÓ Léghőmérséklet ingadozás órai bontásban Relatív páratartalom ingadozás órai bontásban

KOMFORTSZIMULÁCIÓ Léghőmérséklet ingadozás órai bontásban Téli időszak Nyári időszak

ESETTANULMÁNY DINAMIKUS ENERGETIKAI- ÉS KOMFORTSZIMULÁCIÓ

ÉPÜLETMODELL DINAMIKUS ENERGIA- SZIMULÁCIÓJA CÉL: Felmérni egy 10 szintes irodaépület éves energiahatékonyságát és javaslatokat adni az energetikai javításához. DINAMIKUS ENERGIASZIMULÁCIÓ 8760 óra, 1 óra intervallumban MODELLEZÉS: 1. Szerkezet 2. Termikus zónák 3. Anyagok és belső terhelések 4. Éghajlati adatok és szimuláció beállítása 5. Futtatás és elemzés

ENERGIAMODELL SZERKESZTÉSÉNEK FÁZISAI Geometriai modell szerkesztése BIM technológiával Többzónás termikus modell szerkesztése és a termikus zónák definiálása Többzónás termikus modell exportálása az OpenStudio programba Adatbevitel: épületszerkezet, anyagok, paraméterek, belső energiaterhelések, elektromos berendezések, felhasználók OS modell konvertálása EnergyPlus numerikus adatokká (IDF) Éghajlati adatok, algoritmusok és számítási módszerek, szimulálási időintervallumok bevitele Futtatás, dinamikus energetikai szimuláció eredményeinek a grafikus ábrázolása és értékelése Paraméterek befolyásának az értékelése az energiaterhelésekre

ENERGIAMODELL SZERKESZTÉSE Irodaépület geometriai modell szerkezete Külső falak és válaszfalak Vízszintes szerkezetek Burkolat, üvegezés

ENERGIAMODELL SZERKESZTÉSE Termikus zónák beosztása

INPUT ADATOK - MONITORING Ny 9. emelet D 5. emelet K Földszint

INPUT ADATOK - MONITORING Léghőmérséklet és relatív páratartalom

INPUT ADATOK - MONITORING Léghőmérséklet, relatív páratartalom és fényerősség

Heating energy [MWh] BME INPUT ADATOK MONITORING 2012 no. Month Electricity [kwh] Heating [kwh] 1 January 19158 115993 2 February 14544 63473 3 March 21141 42323 4 April 15870 1415 5 May 16411 / 6 June 19203 / 7 July 20164 / 8 August 18402 / 9 September 17014 / 10 October 18883 9551 11 November 18922 45003 12 December 20111 61030 Annual Sum 219823 338788 2013 no. Month Electricity [kwh] Heating [kwh] 1 January 19214 81610 2 February 17478 76527 3 March 18519 55891 4 April 16918 52467 5 May 14375 / 6 June 16706 / 7 July 17078 / 8 August 16652 / 9 September 14113 / 10 October 17245 21980 11 November 15282 30005 12 December 16854 40 005 Annual Sum 203580 318480 Fűtés és villamosenergia 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Hőmennyiségmérő, fűtési energia mérése Fűtési energia 24h időintervallum 24h energy [MWh] 3 MWh felett

ÉPÜLETSZERKEZET, ÉPÍTŐANYAGOK, ÜVEGEZÉS EXTERIOR WALL PROPERTIES WINDOWS PROPERTIES 120 mm Fired Clay Brick 100 mm Insulation 250 mm Fired Clay Brick 19 mm wall air space resistance 19 mm gypsum board d = 0,1016m λ = 0,89 W/mK ρ = 1920kg/m 3 Q = 790 J/kgK d = 0,1016m λ = 0,03 W/mK ρ = 43 kg/m 3 Q = 1210 J/kgK d = 0,1016m λ = 0,89 W/mK ρ = 1920kg/m 3 Q = 790 J/kgK D = 0,019 m R = 0,15 m 2 K/W d = 0,19m λ = 0,16 W/mK ρ = 800kg/m 3 Q = 1090 J/kgK 6 mm Glass panel 12 mm Argon d = 0,0127m 4 mm Glass panel Solar transmittance 0.4296 Solar reflectance 0.5204 Visible transmittance 0.4503 Conductivity 0.0089 W/mK Solar transmittance 0.4296 Solar reflectance 0.5204 Visible transmittance 0.4503 Conductivity 0.0089 W/mK

ÉPÜLETSZERKEZET, ÉPÍTŐANYAGOK, ÜVEGEZÉS Hőszigetelés Falak Ablakok

METEOROLÓGIAI ADATBÁZIS IDŐINTERVALLUMOKBAN VALÓ BONTÁS Szoláris sugárzás 30 éves átlag

BELSŐ ENERGIAFORRÁSOK, HŐFORRÁSOK ÉS HŐVESZTESÉGEK

MENETRENDEK FOGLALTSÁG ÉS INTENZITÁS FELHASZNÁLÓK Intenzitás Foglaltság Időintervallumok ELEKTROMOS BERENDEZÉSEK ELEKTROMOS BERENDEZÉSEK MENETRENDJE Menetrendek Intenzitás Időintervallumok

EREDMÉNYEK Energiafogyasztás és a szimuláció eredményeinek összehasonlító elemzése Referencia irodaépület (2011, 2012, 2013 - energiafogyasztás) Optimális burkolatú W10-es termikus modell Hónap Fűtési energia Villamos energia Fűtési energiaigény Hűtési energiaigény Világítási és el. berendezések energiaigényei Összesített [kwh/év] 442192 (2011) 338788 (2012) 378784 (2013) 217719 (2011) 219823 (2012) 203810 (2013) 27773 104191 EN 15251; Anex B, légcsere + 37325 (fűtés) (37 MWh) + 7330 (hűtés) (7 MWh) Szenzorhálózattal üzemeltető világítás (32 %) 21153 Elektromos berendezések (100 %) 84626 Fajlagos [kwh/m 2 /év] 129 (2011) 99 (2012) 110 (2013) 64 (2011) 64 (2012) 59 (2013) 19 32 31

KOMFORT KATEGÓRIÁK - EN ISO 7730 KATEGÓRIA TERMIKUS ÁLLAPOT PPD [%] PMV I < 6-0.2 < PMV < +0.2 II < 10-0.5 < PMV < +0.5 III < 15-0.7 < PMV < +0.7 IV > 15 PMV < -0.7 or +0.7 < PMV Léghőmérséklet ingadozás Relatív páratartalom ingadozás

SZUBJEKTÍV KOMFORTÉRZET ÉS HŐKOMFORTTAL ELÉGEDETLENEK SZÁZALÉKA

ÖSSZEFOGLALÁS ENERGETIKAI- ÉS KOMFORTSZIMULÁCIÓ Energiahatékonyság elemzése, energiamegtakarítás előrejelzése Komfortparaméterek időbeli elemzése Elemezhető a hőkomfortal elégedetlen személyek százalékos valószínűsége (PPD) Kimutathatók a komfortkategóriák EN ISO 7730 szerint