Program BEST_RE. Pakiet zawiera następujące skoroszyty: BEST_RE.xls główny skoroszyt symulacji RES_VIEW.xls skoroszyt wizualizacji wyników obliczeń

Transkrypt

1 Program BEST_RE jest wynikiem prac prowadzonych w ramach Etapu nr 15 strategicznego programu badawczego pt. Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków. Zakres prac obejmował opracowanie algorytmu programu komputerowego do modelowania struktury budynków i ich cech architektoniczno-budowlanych w aspekcie zmniejszenia energochłonności oraz maksymalnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Opracowano narzędzie umożliwiające przeprowadzenie obliczeń symulacyjnych dla budynków, dla których znane są dane geometryczne oraz cechy materiałowo- konstrukcyjne. Obliczenia uwzględniają następujące czynniki mające wpływ na charakterystykę zużycia energii, w tym odnawialnej, przez budynek: materiały i konstrukcje przegród budowlanych liczba, funkcje, wielkość i usytuowanie pomieszczeń kształt bryły budynku wielkość i rozmieszczenie przeszkleń rozwiązanie architektoniczne fasady i zadaszenia, w tym obecność elementów specjalnych, takich jak zacienienia, masy wewnętrzne, roślinność itp. bezpośrednie otoczenie budynku położenie względem elementów otoczenia urządzenia i instalacje wewnętrzne technologie i struktura systemu zaopatrzenia w nośniki energii równoczesność występowania obciążeń (ciepło, chłód, energia elektryczna) zmienność obciążeń w czasie zmienność w czasie warunków pogodowych zmienność w czasie sposobu użytkowania obiektu zdolność akumulacyjna budynku Symulacja energetyczna budynku oznacza określenie chwilowych strumieni ciepła doprowadzonych, wyprowadzonych bądź generowanych w poszczególnych elementach jego struktury. W symulacji wykorzystuje się koncepcję strefy cieplnej, stanowiącej podstawową jednostkę bilansową budynku. Strefa cieplna jest jednostką objętościową o tej samej, zdefiniowanej, temperaturze, zawierającą przegrody zewnętrzne i masy wewnętrzne, obejmującą jedno lub więcej pomieszczeń. Głównym rezultatem prac jest pakiet arkuszy kalkulacyjnych oraz aplikacji obliczeniowych, któremu nadano nazwę BEST_RE (Building Energy Simulation Tool Renewable Energy), współpracujący z programem MS Excel. Pakiet zawiera następujące skoroszyty: BEST_RE.xls główny skoroszyt symulacji RES_VIEW.xls skoroszyt wizualizacji wyników obliczeń 1

2 SCE_DBS.xls skoroszyt bazy danych Ponadto w pakiecie znajduje się główny moduł obliczeniowy ep.exe, który zawiera procedury obliczeniowe pakietu symulacyjnego EnergyPlus. W tym celu dokonano zakupu licencji developerskiej kodu EnergyPlus (pliki źródłowe w języku FORTRAN). Przeprowadzenie symulacji energetycznej budynku wymaga zdefiniowania przez użytkownika danych wejściowych, które zgodnie z układem kontrolek arkusza (przycisków) obejmują: opis ogólny symulacji (tekst) dane dotyczące lokalizacji i klimatu w miejscu lokalizacji główne parametry symulacji zestawienie danych materiałowych i konstrukcyjnych geometrię budynku określenie wewnętrznych zysków ciepła określenie przepływów powietrza wentylacyjnego i infiltrującego zadanie wartości parametrów kontrolowanych w trakcie obliczeń (temperatury wewnętrznej w strefach) określenie harmonogramów zmienności poszczególnych danych (np. liczba osób w budynku w poszczególnych godzinach doby) określenie zakresu wyników symulacji do raportu końcowego. Na rysunku 1. przedstawiono widok głównego okna programu. Rysunek 2. przedstawia widok arkusza wizualizacji wyników, a rysunek 3. główne okno bazy materiałów i konstrukcji. 2

3 Rys. 1. Główne okno programu (plik BEST_RE.xls). Rys. 2. Główne okno arkusza wizualizacji wyników (plik RES_VIEW.xls). 3

4 Rys. 3. Baza danych materiały i konstrukcje (plik SCE_DBS.xls). Prowadzenie obliczeń symulacyjnych wymaga sekwencyjnego wypełnienia poszczególnych arkuszy danych, wygenerowania plików tekstowych z danymi do obliczeń, uruchomienia głównego modułu obliczeniowego i wczytania wyników symulacji. Zarządzanie symulacją odbywa się z poziomu głównego okna komunikacyjnego, przedstawionego na rys. 1. W wyniku wyboru odpowiedniej opcji (przycisku) w oknie głównym następuje przekierowanie do odpowiedniego arkusza danych. Przykładowy arkusz danych przedstawiono na rys. 4. Podstawowym elementem struktury konstrukcyjnej budynku jest obiekt. Przykładowe obiekty to: strefa cieplna, przegroda, materiał, źródło ciepła itp. Obiekt jest definiowany przez zbiór niezależnych zmiennych. W arkuszu definiowania danych wydzielono sekcje dedykowane poszczególnym obiektom, opisanym przez zestaw zmiennych. W stosunku do każdego obiektu możliwe są następujące operacje: dodawanie obiektu (przez definiowanie zbioru danych) usuwanie obiektu (usuwanie zbioru danych) edycja obiektu (podgląd lub zmiana wprowadzonych danych). Wprowadzanie danych do arkusza odbywa się przez okienka edycyjne zdefiniowane dla poszczególnych obiektów. Sposób wprowadzania danych zilustrowano na rys. 5 na przykładzie definiowania strefy cieplnej budynku. Rysunki 6,1 oraz 8 przedstawiają procedurę realizacji 4

5 obliczeń symulacyjnych i wizualizacji wyników. Na rysunku 9. przedstawiono przykładowy model budynku jednorodzinnego. Przykładowy zestaw wyników obliczeń dla tego budynku przedstawiono na rysunku 10. oraz 11. Wyniki obejmują wartości liczbowe wygenerowane z zadanym krokiem czasu obliczeń symulacyjnych. Rys. 4. Przykładowy formularz arkusza definiowanie geometrii budynku. 5

6 Rys. 5. Sposób wprowadzania danych do arkusza. Rys. 6. Tworzenie pliku tekstowego z danymi do obliczeń symulacyjnych. 6

7 Rys. 7. Uruchomienie symulacji. Rys. 8. Uruchomienie skoroszytu wizualizacji wyników. W wyniku działania programu symulacji energetycznej budynku generowane są dla poszczególnych stref cieplnych budynku wartości następujących zmiennych: Temperatura zewnętrzna termometru suchego [ C] Temperatura zewnętrzna termometru mokrego [ C] Wilgotność względna powietrza otoczenia [%] Ciśnienie barometryczne [Pa] Prędkość wiatru [m/s] Kierunek wiatru [st.] Temperatura nieba [ C] 7

8 Promieniowanie słoneczne rozproszone [W/m 2 ] Promieniowanie słoneczne bezpośrednie [W/m 2 ] Opad [mm] Promieniowanie słoneczne odbite od gruntu [W/m 2 ] Temperatura gruntu [ C] Temperatura powierzchni gruntu [ C] Temperatura gruntu (głęboka) [ C] Azymut słońca [st] Wysokość słońca [st] Udział czasu zalegania śniegu [-] Całkowite wewnętrzne zyski ciepła w strefie [J] Zyski ciepła w strefie od ludzi [J] Zyski ciepła w strefie od oświetlenia [J] Zużycie energii elektrycznej w strefie na oświetlenie [J] Zyski ciepła w strefie od sprzętu elektrycznego [J] Zużycie energii elektrycznej w strefie przez sprzęt [J] Całkowite zyski ciepła w strefie przez okna [W] Całkowita strata ciepła w strefie przez okna [W] Średnia temperatura powietrza w strefie [ C] Średnia wilgotność względna powietrza w strefie [-] Bilans w strefie - wewnętrzne zyski ciepła przez konwekcję [W] Bilans w strefie - powierzchniowy konwekcyjny strumień ciepła [W] Bilans w strefie - wymiana powietrza miedzy strefami [W] Bilans w strefie - wymiana powietrza z otoczeniem [W] Bilans w strefie - strumień powietrza przez system technologiczny [W] Bilans w strefie - wewnętrzne zyski ciepła przez konwekcję [W] Strata ciepła jawnego przez infiltrację do strefy [J] Zyski ciepła jawnego przez infiltrację do strefy [J] Strata ciepła ukrytego przez infiltrację do strefy [J] Zyski ciepła ukrytego przez infiltrację do strefy [J] Całkowita strata ciepła przez infiltrację do strefy [J] Całkowity zysk ciepła przez infiltrację do strefy [J] Strata ciepła jawnego przez wentylację do strefy [J] Zyski ciepła jawnego przez wentylację do strefy [J] Strata ciepła ukrytego przez wentylację do strefy [J] Zyski ciepła ukrytego przez wentylację do strefy [J] Całkowita strata ciepła przez wentylację do strefy [J] Całkowity zysk ciepła przez wentylację do strefy [J] Masa powierza wentylacyjnego do strefy [kg] Masa powietrza infiltrującego do strefy [kg] Ciepło jawne przekazywane przez system do strefy (grzanie) [J] Ciepło jawne wyprowadzane przez system ze strefy (chłodzenie) [J] 8

9 Moc cieplna systemu w strefie [W] Moc chłodnicza systemu w strefie [W] Temperatura powietrza w strefie [ C] Zadana temperatura powietrza w strefie (termostat) [ C] Wilgotność powietrza w strefie [%] Przewidywane obciążenie systemu [W] Przewidywany strumień wody do strefy [kg/s] Przewidywane obciążenie systemu dla osiągnięcia zadanej temperatury grzania [W] Przewidywane obciążenie systemu dla osiągnięcia zadanej temperatury chłodzenia [W] Przewidywany strumień wody do osiągnięcia zadanej wilgotności (nawilżanie) [kg/s] Przewidywany strumień wody do osiągnięcia zadanej wilgotności (osuszanie) [kg/s] Typ termostatu [-] Nastawa termostatu: grzanie [ C] Nastawa termostatu: chłodzenie [ C] Energia elektryczna zakupiona [W] Całkowity strumień energii elektrycznej wymagany przez budynek [W] Czas, w którym nastawa termostatu nie została osiągnięta (grzanie) [h] Czas, w którym nastawa termostatu nie została osiągnięta (chłodzenie) [h] Czas, w którym nastawa termostatu nie została osiągnięta w jakiejkolwiek strefie (grzanie) [h] Czas, w którym nastawa termostatu nie została osiągnięta w jakiejkolwiek strefie (chłodzenie) [h]. Rys. 9. Struktura symulowanego budynku. 9

10 Rys. 10. Sposób prezentacji wyników symulacji. Rys. 11. Wizualizacja wyników dla przykładowego dnia symulacji (24 godziny, symulacja z krokiem 15 minut). 10