Analysis of the earth-sheltered buildings' heating and cooling energy demand depending on type of soil

• Autorzy: Staniec M. , Nowak H.

Warianty tytułu

PL

Analiza zużycia energii grzewczej i klimatyzacyjnej w budynkach częściowo zagłębionych w gruncie w zależności od rodzaju gruntu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The interest in the use of earth as an energy storage dates back to over 5000 years ago when in some cultures whole towns were built under the ground. Owing to its very high thermal capacity, the temperature of the ground is lower than that of the outdoor air in summer and higher in winter. Consequently, the heating and cooling energy of a building considerably sunk into ground is lower than that of a corresponding aboveground building. In aboveground buildings the type of soil on which they are founded may influence only slightly their annual energy balance since the floor is the only envelope being in direct contact with soil. In buildings partly sunk into ground (earth-sheltered buildings) not only the floor but also the walls and the flat roof are in contact with soil whereby the kind of soil may have a significant influence on the annual energy balance of the buildings. Separate analyses of an aboveground building and an earth-sheltered building with its south elevation exposed and glazed in 80% and a one meter thick layer of soil on its flat roof were carried out. Calculation simulations were run for several thermal insulation (polystyrene foam) thicknesses, i.e. 5 cm, 10 cm and 20 cm, and for a case without thermal insulation.

PL

Pierwotnie zainteresowanie wykorzystaniem gruntu jako magazynu ciepła datuje się na ponad 5000 lat temu, kiedy w niektórych kulturach budowano pod ziemią całe miasta. Bardzo duża pojemność cieplna gruntu powoduje, że latem temperatura gruntu jest niższa niż powietrza zewnętrznego, a zimą wyższa. Właściwość ta powoduje, że budynek zagłębiony w gruncie charakteryzuje się mniejszym zapotrzebowaniem na energię do ogrzewania i chłodzenia niż odpowiadający mu budynek naziemny. W budynkach naziemnych rodzaj gruntu, na którym są one posadowione może mieć znikomy wpływ na roczny bilans energetyczny, ponieważ podłoga jest jedyną przegrodą, która styka się bezpośrednio z gruntem. W analizowanych w tej pracy budynkach częściowo zagłębionych w gruncie liczba przegród stykających się z gruntem nie ogranicza się tylko do podłogi na gruncie, ale dotyczy również ścian i stropodachu, stąd rodzaj gruntu może znacząco wpływać na roczny bilans energetyczny tych budynków. W artykule przedstawiono wyniki analizy obliczeniowej, której poddano osobno budynek naziemny i podziemny z eksponowaną jedną elewacją, przy 80% stopniu przeszklenia elewacji południowej, z metrową warstwą gruntu, zalegającego na stropodachu budynku. Symulacje przeprowadzono dla kilku grubości termoizolacji, tj. 5 cm, 10 cm i 20 cm oraz przy jej braku.

Słowa kluczowe

EN

earth-sheltered buildings; building’s energy balance; heating; cooling; modelling

PL

energia grzewcza; pojemność cieplna gruntu; modelowanie; chłodzenie

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 11, no 1
• Strony: 221--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Staniec M.

autor

Nowak H.

• Wrocław University of Technology, Institute of Building Engineering, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Bibliografia

• [1] Al-Temeemi A.A., Harris D.J: A guideline for assessing the suitability of earth-sheltered mass-housing in hot-arid climates, Energy and Buildings, Vol. 36, 2004, pp. 251-260.
• [2] Ickiewicz I.: Heat conduction in building soils (in Polish), PhD Thesis, Białystok Polytechnic, Białystok, 1988.
• [3] Jacovides C.P., Mihalakakou G., Santamouris M., Lewis J.O.: On the ground temperature profile for passive cooling applications in buildings, Solar Energy, Vol. 3, 1996, pp. 167-175.
• [4] Janssen H.: The influence of soil moisture transfer on building heat loss via the ground, Ph.D. Thesis, Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, 2002.
• [5] Jędrzejuk H., Marks W.: Optimization of shape and functional structure of buildings as well as heat source utilization. Partial problems solution, Building and Environment, Vol. 37, 2002, pp. 1037-1043.
• [6] Nowak H.: External interaction of environmental thermal radiation on the building (In Polish), Scientific Papers of the Institute of Building Engineering at Wrocław University of Technology, WUT Publishing House, Wrocław, 1999.
• [7] Nowak H.: Modelling of the longwave radiation incident upon a building, Archives of Civil Engineering, XLVII, Vol. 2, 2001, pp. 243-267.
• [8] PN-EN-ISO:13370, Thermal performance of buildings - Heat transfer via ground - calculation methods (in Polish).
• [9] Sodha M.S.: Short communication: Simulation of dynamic heat transfer between grodnu and underground structures, International Journal of Energy Research, Vol. 25, 2001, pp. 1391-1394.
• [10] Staniec M., Nowak H.: Buildings partly or completely sunk in ground, as alternative to conventional aboveground buildings (in Polish), Xth Polish Scientific-Technical Conference on Physics of Buildings in Theory and Practice, Łódź, 2005, pp. 161-168.
• [11] Staniec M., Włodarczyk D., Nowak Ł.: Examples of earth-sheltered buildings in Great Britain (in Polish), Renewable Energy. Innovative ideas and technologies for construction, Scientific Papers of Rzeszów Polytechnic, Rzeszów Polytechnic Publishing House, Solina, 2006, pp. 465-476.
• [12] Staniszewski B.: Heat exchange. Theoretical basis (in Polish), 2nd Edition, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warsaw, 1980.
• [13] Thompson R.D.: Man's Impact on Climate with particular reference to energy balance changes at the earth's surface, Recourses and Planning, Pergamon Press, 1979.
• [14] Xianting L., Zhen Y., Bin Z., Ying L.: Numerical analysis of outdoor thermal environment around buildings, Building and Environment, Vol. 40, 2005, pp. 853-866.
• [15] Staniec M.: Analysis of the influence of earth-sheltering on the building's energy balance (in Polish), PhD Thesis, Series PRE No. 01/09, Wrocław University of Technology, 2009.