Towards optimal design of energy efficient buildings

• Autorzy: Gajewski R. R. , Kułakowski T.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0067

Warianty tytułu

PL

W kierunku projektowania budynków efektywnych energetycznie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Buildings consume half of all energy use and are also responsible for a similar proportion of carbon dioxide emission. The heat transfer across the building envelope - the shell of a house that separates the inside and outside - should generally be minimized. In the paper validation and verification based on Building Energy Simulation Test (BESTEST) of Energy3D computer code is presented. Next, computations performed by means of Energy 3D and Energy Plus for BESTEST building are compared. In the last part of the paper results for computations for real building are presented. Program Energy 3D proved to be an excellent tool for qualitative and quantitative analysis of buildings with respect to energy consumption.

PL

W związku ze znaczącym udziałem budynków w globalnym zapotrzebowaniu na energię ich projektowanie staje się coraz bardziej ukierunkowane na efektywne wykorzystanie nieodnawialnych zasobów takich jak np. paliwa kopalne. Celem niniejszej publikacji jest prezentacja możliwości jakie daje wykorzystanie oprogramowania do symulacji energetycznych budynków przy ich projektowaniu. We współpracy z firmą Wienerberger, która udostępniła dane dotyczące ich budynku modelowego oraz wyniki symulacji przeprowadzonych przez Narodową Agencję Poszanowania Energii S.A. w ramach optymalizacji jego projektu, autorzy porównali możliwości przykładowych, dostępnych komercyjnie narzędzi symulacyjnych – Energy3D oraz EnergyPlus (Design Builder) oraz porównali z wynikami benchmarkowymi na przykładzie budynku BESTEST. Poza omówieniem założeń obliczeniowych, a także dostępnych funkcjonalności programów, niniejszy artykuł zawiera streszczenie zagadnień wymagających rozwiązania przy symulacjach dynamicznej wymiany ciepła w budynkach oraz wybrane metody obliczeniowe stosowane w komercyjnych programach komputerowych.

Słowa kluczowe

EN

energy efficient building; simulation; verification; validation; FEM; FVM; FDM

PL

budynek efektywny energetycznie; symulacja; weryfikacja; walidacja; MES; MRS

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 4/II
• Strony: 135--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Gajewski R. R.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Kułakowski T.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. M. Baratieri, F. Patuzzi, A. Gasparella, V. Corrado, eds., Building Simulation Applications BSA 2015, Bozen-Bolzno University Press, 2015.
• 2. J. Clarke, Energy Simulation in Building Design, Second Edition, 2 edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, 2001.
• 3. D. Coakley, P. Raftery, M. Keane, “A review of methods to match building energy simulation models to measured data” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 37: 123-141 (2014).
• 4. B. Delcroix, M. Kummert, A. Daoud, M. Hiller, “Improved Conduction Transfer Function Coefficients Generation in TRNSYS Multizone Building Model” in: Proceedings of BS2013, Chambéry, France, 2013: pp. 2667-2674.
• 5. N. Fumo, “A review on the basics of building energy estimation” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 31: 53-60 (2014).
• 6. R. Gajewski, P. Pieniążek, “Building energy modelling and simulations: qualitative and quantitative analysis” MATEC Web of Conferences. 117: 00051 (2017).
• 7. R.R. Gajewski, T. Kułakowski, P. Pieniążek, “Building energy software: comparison of Energy 3D and Energy Plus computations” in: S. Jemioło, A. Al Sabouni-Zawadzka (Eds.), Theoretical Foundation of Civil Engineering. Mechanics of Structures, Warsaw University of Technology, 2018: pp. 65-76.
• 8. M.H. Goldstein, Ş. Purzer, R.S. Adams, J. Chao, C. Xie, “The relationship between design reflectivity and conceptions of informed design among high school students” European Journal of Engineering Education. 0: 1-14 (2018).
• 9. V.S.K.V. Harish, A. Kumar, “A review on modeling and simulation of building energy systems” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 56: 1272-1292 (2016).
• 10. R. Henninger, M. Witte, EnergyPlus Testing with ANSI/ASHRAE Standard 140-2001 (BESTEST) EnergyPlus Version 1.2. 1.012, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California, 2004.
• 11. J.L.M. Hensen, R. Lamberts, eds., Building Performance Simulation for Design and Operation, Routledge, London ; New York, 2011.
• 12. R. Judkoff, J. Neymark, International Energy Agency building energy simulation test (BESTEST) and diagnostic method, National Renewable Energy Laboratory, Golden, Coloradu, US, 1995.
• 13. R. Judkoff, J. Neymark, “Twenty years on!: updating the IEA BESTEST building thermal fabric test cases for ASHRAE standard 140” in: Proceedings of BS2013, Chambery, France, 2013: pp. 63-70.
• 14. R. Judkoff, B. Polly, M. Bianchi, J. Neymark, “Building Energy Simulation Test for Existing Homes (BESTEST-EX) Methodology” in: Proceedings of Building Simulation 2011, 185-192, Sydney, Australia, 2011.
• 15. D. Kuzmin, J. Hamalainen, Finite Element Methods for Computational Fluid Dynamics: A Practical Guide, SIAM, 2014.
• 16. T. Maile, Comparing Measured and Simulated Building Energy Performance Data, Doctor of Philosophy Thesis, Stanford University, 2010.
• 17. T. Maile, V. Bazjanac, M. Fischer, “A method to compare simulated and measured data to assess building energy performance” Building and Environment. Complete: 241-251 (2012).
• 18. P. Narowski, M. Mijakowski, J. Sowa, “Integrated calculations of thermal behavior of both buildings and ventilation and air conditioning systems” in: S. Santanam, E.A. Bogucz, C. Peters, T. Benson (Eds.), Proceedings of the 9th International Healthy Buildings Conference and Exhibition, International Society of Indoor Air Quality and Climate, Syracuse, NY, USA, 2009: pp. 1683-1686.
• 19. P. Nithiarasu, R.W. Lewis, K.N. Seetharamu, Fundamentals of the Finite Element Method for Heat and Mass Transfer, 2 edition, Wiley, Chichester, West Sussex, 2016.
• 20. P. Pieniążek, Computer Simulation of Building Energy, B.Sc. Thesis, Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, 2016.
• 21. T.A. Reddy, “Literature Review on Calibration of Building Energy Simulation Programs: Uses, Problems, Procedures, Uncertainty, and Tools” ASHRAE Transactions; Atlanta. 112: 226-240 (2006).
• 22. A.F. Robertson, D. Gross, “An Electrical-Analog Method for Transient Heat-Flow Analysis” Journal of Research of the National Bureau of Standards. 61: 105-115 (1958).
• 23. C. Rode, R. Peuhkuri, M. Woloszyn, “Simulation tests in whole building heat and moisture transfer” in: Research in Building Physics and Building Engineering, Taylor & Francis Group, Montreal, Canada, 2006: pp. 527-534.
• 24. T. Soubdhan, T.A. Mara, H. Boyer, A. Younès, “Use of BESTEST procedure to improve a building thermal simulation program” in: Renewable Energy. Renewables: The Energy for the 21st Century, Elsevier, Brighton, GB, 2000: pp. 1800-1803.
• 25. D.G. Stephenson, G.P. Mitalas, “Calculation of heat conduction transfer functions for multi-layer slabs” ASHRAE Transactions. 77: 117-126 (1971).
• 26. J. Tu, G. Heng, C. Liu, Computational Fluid Dynamics: A Practical Approach, 2 edition, Butterworth-Heinemann, Amsterdam, 2012.
• 27. C. Underwood, F. Yik, Modelling Methods for Energy in Buildings, 1 edition, Wiley-Blackwell, Oxford; Malden, MA, 2004.
• 28. H. Versteeg, W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, 2 edition, Pearson, Harlow, England ; New York, 2007.
• 29. M. Woloszyn, C. Rode, Modelling principles and common exercises - final report, International Energy Agency, 2007.
• 30. C. Xie, C. Schimpf, J. Chao, S. Nourian, J. Massicotte, “Learning and teaching engineering design through modeling and simulation on a CAD platform” Computer Applications in Engineering Education. 26: 824-840 (2018).
• 31. H.Z. Zhang, C. Xie, S. Nourian, “Are their designs iterative or fixated? Investigating design patterns from student digital footprints in computer-aided design software” International Journal of Technology and Design Education. 28: 819-841 (2018).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).