Podejście zintegrowane w projektowaniu budynków współczesnych
Transkrypt
Podejście zintegrowane w projektowaniu budynków współczesnych
Prof. Edward Szczechowiak Politechnika Poznań Poznańska, WBiIŚ WBiIŚ Podejście zintegrowane w projektowaniu budynków współczesnych Projektowanie systemów WKiCh (1) Inżynieria Środowiska 2009 E. Szczechowiak 2009 Zakres • • • • • • Cechy budynków współczesnych Oszczędność energii i rozwój zrównoważony Wpływ nowych rozwiązań na projektowanie Integracja działań projektowych Wykorzystanie nowych narzędzi w projektowaniu Przykład podejścia zintegrowanego E. Szczechowiak 2009 1 Budynek • środowisko • energia • • Zasoby środowiska i zużycie energii Zasoby budowlane i zużycie energii (UE25 – 2005) • • Kryzysy energetyczne – zmiana polityki energetycznej Budownictwo – największe zużycie i największy potencjał redukcyjny – – – – – Budynki – 41% (700 mln Mg oleju eq.) Transport – 31% Przemysł – 28% Łącznie 1700 mln Mg oleju eq. (w tym Rolnictwo – 3%) Zużycie energii przez budynki (30-50% zużycia energii danego kraju) Epizod ropy naftowej w historii ludzkości 1870 … 2130 Energia promieniowania słonecznego – kąt życia 0,005 deg E. Szczechowiak 2009 Zmiany cen ropy naftowej surowej lata 1860-2007 E. Szczechowiak 2009 2 Strategia przyszłościowa zużycia energii E. Szczechowiak 2009 Budynek • środowisko • energia • Wymóg współczesności: – Efektywniejsze gospodarowanie zasobami środowiska, w tym paliwami pierwotnymi – Optymalny komfort cieplny i jakość powietrza (IAQ) – Wzrost efektywności w budownictwie (unikanie strat i optymalizacja zysków a nie nadmierne zużycie energii dla uzupełnienia strat) – Synergia między jakością energetyczną i ekologiczną budynku a efektywnością jego technicznego wyposażenia • Ewolucje w budownictwie (nowe koncepcje projektowe, nowe materiały i technologie, technologie realizacji, profesjonalna eksploatacja) – pozwalają na nową rewolucję • Rozwój zrównoważony (Sustainable development) • Standard BUDYNKU PASYWNEGO • Buildings Science E. Szczechowiak 2009 3 Rozwój zrównoważony Zasady rozwoju zrównoważonego E. Szczechowiak 2009 Elementy zrównoważenia w budownictwie Budynki zrównoważone • Sustainable building, green building; • Cechy budynków zrównoważonych: – Zmniejszenie (reduce) – materiały budowlane, zasoby energii, – Ponowne użycie (reuse) – ponowne użycie materiałów, – Recykling (recycle) – użycie materiałów z recyklingu i takie projektowanie, aby materiały mogły być odzyskane, – Odnawialny (renewable) – energia odnawialna i komponenty budowlane z materiałów odnawialnych • Program GBC (Green Building Challenge) – system kryteriów oceny oddziaływania na środowisko. • Ocena w cyklu życia (LCA) – E-Audyt GBC: – – – – Zużycie zasobów, Zdrowie człowieka, Konsekwencje ekologiczne, Trwałość i jakość obiektu. E. Szczechowiak 2009 4 Rozwój zrównoważony Oddziaływanie budynków na środowisko – efekt roczny [%] (USA) E. Szczechowiak 2009 Cechy budynków współczesnych • Wymagania dotyczące budynków współczesnych: – Forma i struktura budynku, funkcja – Bezpieczeństwo (konstrukcji, pożarowe, użytkowania), – Komfort klimatyczny (komfort cieplny, jakość powietrza i komfort użytkowania - hałas, oświetlenie), – Energia i obciążenie środowiska, – Ekonomia – LCC, • Rozwój technologii w budownictwie i technice instalacyjnej, • Rozwój metod projektowania, budowy i eksploatacji budynków (Facility Management). • Sprostanie tym wymogom – podejście systemowe (zintegrowane) w projektowaniu, realizacji i eksploatacji E. Szczechowiak 2009 5 Efektywność energetyczna budynków • Poziom zużycia energii – Etap wznoszenia budynku – Etap eksploatacji budynku • Szerokie znaczenie – Budynek i jego charakterystyka energetyczna* – Techniczne wyposażenie (Building services) – Sterowanie i zarządzanie (BEMS) • • • • • Całkowite zużycie energii i energii pierwotnej Wzorce zużycia energii (benchmanking) Efektywne zużycie energii pierwotnej Wzrost znaczenia energii odnawialnej Certyfikaty energetyczne (od 1.01.2009) * Directive 2002/91/EC on the energy performance of buildings (16 December 2002) Klasa energetyczna budynku E. Szczechowiak 2009 Cechy współczesnych budynków • Wymagania dotyczące budynków współczesnych: – Forma i struktura budynku, – Bezpieczeństwo (konstrukcji, pożarowe, użytkowania), – Komfort klimatyczny (komfort cieplny, jakość powietrza i komfort użytkowania - hałas, oświetlenie), – Energia i obciążenie środowiska, – Ekonomia – LCC, • Rozwój technologii w budownictwie i technice instalacyjnej, • Rozwój metod projektowania, budowy i eksploatacji budynków (Facility Management). • Sprostanie tym wymogom – podejście systemowe (zintegrowane) w projektowaniu, realizacji i eksploatacji E. Szczechowiak 2009 6 Cechy budynków współczesnych Uczestnicy procesu inwestycyjnego i eksploatacji budynku • Właściciele i inwestorzy, banki • Architekci i projektanci budynku i TWB • Managerowie budynków (facility management) • Producenci materiałów, wyposażenia i urządzeń • Agendy rządowe i samorządowe (prawo budowlane, przepisy, normy, nadzór budowlany) E. Szczechowiak 2009 Energooszczędność i zrównoważony rozwój w projektowaniu budynków Właściwości budynku: • Energochłonność i ekologiczność materiałów konstrukcyjnych i wykończeniowych • Energochłonność wznoszenia budynku • Ochrona termiczna obiektu w zimie i w lecie • Szczelność powietrzna budynku • Zdolność konstrukcji budynku do wykorzystania EPS • Zdolność konstrukcji do akumulacji energii • Zdolność konstrukcji i struktury do wentylacji i chłodzenia naturalnego E. Szczechowiak 2009 7 Energooszczędność i zrównoważony rozwój w projektowaniu budynków Właściwości systemów technicznego wyposażenia • Energochłonność i ekologiczność użytych materiałów i urządzeń TWB • Wysoka sprawność użytkowa • Niskie koszty obsługi i eksploatacji • Niezawodność i trwałość • Niski poziom hałasu i drgań • Optymalne sterowanie i eksploatacja • Wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii Zaawansowane metody projektowania, wykonawstwa i eksploatacji E. Szczechowiak 2009 Rozwój procesu projektowania budynków E. Szczechowiak 2009 8 Schemat ideowy powiązań przy projektowaniu budynków wg optymalizacji częściowej Architektura i konstrukcja budynku TWB (w tym klimatyzacja z ogrzewaniem, chłodzeniem, wentylacją) Fizyka budowli Funkcja celu: Budynek - Forma - Komfort klimatyczny - Komfort użytkowania - Niezawodność i bezpieczeństwo - Funkcjonalność - Ekonomia - Ekologia TWB – Techniczne wyposażenie budynków E. Szczechowiak 2009 Schemat ideowy powiązań przy projektowaniu budynków wg optymalizacji pełnej (projektowanie zintegrowane) Architektura i konstrukcja budynku TWB (w tym klimatyzacja) Teoria systemów technicznych Fizyka budowli Techniki optymalizacji Strategia zrównoważonego rozwoju Funkcja celu: Budynek - Forma - Komfort klimatyczny - Komfort użytkowania - Niezawodność i bezpieczeństwo - Funkcjonalność - Ekonomia - Ekologia E. Szczechowiak 2009 9 Budynki energooszczędne Zużycie energii [% 100 100 75 4 50 50 25 25 5 0 1974 1 2 3 Trendy w konsumpcji energii w architekturze budynków niemieszkalnych: 1-projektowanie konwencjonalne, 2-projektowanie zaawansowane, 3-potencjał projektowania selektywnego, 4-zastosowanie zasad projektowania selektywnego E. Szczechowiak 2009 Budynki energooszczędne Pierwsze realizacje – Korsgaard – Kopenhaga 1977 Wskaźnik sezonowego zużycia ciepła [kWh/(m2 a)] 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Budynek 1970 WschVO'84 WschVO'95 EnEV'02 NEH'95 NEH'02 Budynek pasywny Rozwój standardów energooszczędności budynków mieszkalnych jednorodzinnych E. Szczechowiak 2009 10 Zmiany standardów energetycznych budynków PL’99 – standard polski z 1999, NEH – budynek niskoenergetyczny, PH – budynek pasywny E. Szczechowiak 2009 Sezonowe zapotrzebowanie na ciepło dla celów grzewczych wg rozp. Min. infrastruktury – 2002 (Dz.U. Nr 75, poz. 690) • Eo = 29 kWh/m3a • Eo = 37,4 kWh/m3a dla A/V ≤ 0,20 dla A/V ≥ 0,90 Dla budynków o wysokości kondygnacji 2,8 m dla A/V ≤ 0,20 • Eo = 80 kWh/m2a 2 • Eo = 100 kWh/m a dla A/V ≥ 0,90 Dyrektywa 2002/91/EC: Charakterystyka energetyczna budynków E. Szczechowiak 2009 11 Kierunki zmian - warunki techniczne WT2008 (4) Maksymalne zużycie energii dla ogrzewania i wentylacji budynków: EP – energia pierwotna, Eo – energia użytkowa, Eu – energia użytkowa; Eu = EP/(1,1 · 1,25) WT2008 – wymagania polskie wg warunków technicznych 2008 EnEV’02 – wymagania niemieckie o ochronie energii z 2002 E. Szczechowiak 2009 Droga do budynku pasywnego Udział budynków budowanych w różnych okresach - Niemcy E. Szczechowiak 2009 12 Budynki przyszłości Zasady projektowania budynków przyszłości Każdy budynek spełniający kryteria zrównoważonego rozwoju musi być budynkiem energooszczędnym E. Szczechowiak 2009 Zmiany standardów energetycznych domów mieszkalnych (A/V = 1) WSVO’95 – standard z 1995, EnEV’02 – standard z 2002, NEH – dom niskoenergetyczny, PH – dom pasywny E. Szczechowiak 2009 13 Efekty nowych rozwiązań - ewolucje w standardach zużycia energii budynków biurowych [kWh/m2a] Ogrzewanie A Chłodzenie Wieża chłodnicza Nawilżanie B Ciepła woda Wentylatory Pompy C Oświetlenie Urządzenia Windy D Odzysk ciepła 0 50 100 150 200 250 300 350 kWh/m2a A - Budynek przed kryzysem energetycznym (1970) – 328 B - Budynek po kryzysie energetycznym (1980) – 230 C - Istniejące budynki o wysokiej efektywności energetycznej (1990) – 200 D - Współczesne budynki o niskim zużyciu energii (2000) – 90 D1 - Współczesne budynki pasywne – 66 Budynek biurowy (warunki klimatyczne – Nowy Jork) Rozwój standardów energooszczędności budynków biurowych (Europa) E. Szczechowiak 2009 Efekty nowych rozwiązań - ewolucje w standardach zużycia energii budynków biurowych [kWh/m2a] Podstawowe parametry budynków energooszczędnych Stropodach Ściana zewnętrzna Strop piwnicy Okna Zapotrzebowanie ciepła Szczelność powietrzna n50 Wentylacja Zużycie energii pierwotnej Dom energooszczędny U (W/m2/K) 0,20 0,30 0,35 1,50 70 kWh/m2a < 2,0 / h mechaniczna lub hybrydowa < 200 kWh/m2a Energooszczędny dom aktywny U (W/m2/K) 0,15 0,25 0,30 1,5-0,8 30 – 40 kWh/m2a < 1,0 / h Mechaniczna z odzyskiem ciepła < 120 kWh/m2a Dom pasywny U (W/m2/K) 0,10 0,15 0,15 0,80 15 kWh/m2a < 0,6 / h mechaniczna z odzyskiem > 75% < 120 kWh/m2a E. Szczechowiak 2009 14 Nowe rozwiązania budynków efektywnych energetycznie Podstawowe parametry budynków energooszczędnych E. Szczechowiak 2009 Budynki mieszkalne o niskim zużyciu energii • Zwartość struktury budynku – A/V; • Bardzo dobra izolacja termiczna: dach ≤0,15 W/(m2K), ściany zewnętrzne ≤0,25 W/(m2K), strop piwnicy (posadzka) ≤0,30 W/(m2K), • okna ≤1,50 W/(m2K); • • • • • • • • Redukcja mostków cieplnych; Szczelność obudowy budynku – n50 ≤1,0 h-1; Bierne wykorzystanie energii słonecznej; Kontrolowana wentylacja bez- lub z odzyskiem ciepła; System grzewczy dopasowany do potrzeb budynku; Wysokosprawne wytwarzanie ciepłej wody; Optymalne wykorzystanie energii elektrycznej; Racjonalna eksploatacja budynku i urządzeń TWB E. Szczechowiak 2009 15 Budynki mieszkalne pasywne • • • Zwartość struktury budynku – A/V; Sezonowe zapotrzebowanie ciepła – ogrzewanie i wentylacja 15 kWh/ (m2a) Bardzo dobra izolacja termiczna: dach ≤0,15 W/(m2K), ściany zewnętrzne ≤0,15 W/(m2K), strop piwnicy (posadzka) ≤0,15 W/(m2K), okna ≤0,80 W/(m2K); • • • • • • • • Budynek bez mostków cieplnych; Szczelność obudowy budynku – n50 ≤0,6 h-1; Bierne wykorzystanie energii słonecznej; Kontrolowana wentylacja z odzyskiem ciepła 75%; System grzewczy zintegrowany (c.o., wentylacja, woda); Optymalne wykorzystanie energii elektrycznej; Racjonalna eksploatacja budynku i urządzeń TWB; Standard zużycia energii pierwotnej 120 kWh/ (m2a). ciepła E. Szczechowiak 2009 Integracja działań w budownictwie Podstawowe elementy zintegrowanego podejścia do oceny budynków w cyklu życia (LCA) E. Szczechowiak 2009 16 Etapy cyklu życia budynku i ich wpływ na projektowanie Cztery kluczowe etapy LCC: Design, Construction, Commissioning, Operation E. Szczechowiak 2009 Potencjał oszczędności energii na różnych etapach procesu inwestycyjnego Projekt wstępny – – – – – Projekt – – – Postawienie celu Program przestrzenny Klimat lokalny Koncepcje energetyczne Powiązanie z energiami odnawialnymi Zarys planowania Wybór strategii energooszczędnych Sformułowanie celów Zatwierdzenie – – Realizacja strategii Dokładne uzgodnienie z branżami Realizacja – Nadzór nad realizacją planów energetycznych Zabezpieczenie jakości niski Stopień szczegółowości Potencjał oszczędności energii wysoki niski wysoki – wysoki E. Szczechowiak 2009 17 Złożoność procesu projektowania budynków współczesnych E. Szczechowiak 2009 Kluczowe elementy procesu projektowania budynku i TWB Podejście zintegrowane w projektowaniu budynków • • • Projektowanie zintegrowane – ważne ogniwo procesu inwestycyjnego Rola głównego projektanta (architekta) i specjalistów branżowych w etapach planowania i projektowania Rola projektantów w czasie realizacji inwestycji Cel 1 – realizacja funkcji celu (ludzie, technologia) Cel 2 – oszczędność energii i zasobów naturalnych Ocena energetyczno-ekologiczna i ekonomiczna: • • • • Projektowanie budynków Realizacja inwestycji Eksploatacja budynku Likwidacja (rewitalizacja, przebudowa) E. Szczechowiak 2009 18 Kluczowe cele projektowania nowych budynków • Komfort klimatyczny osiągnięty przy minimalnym oddziaływaniu na środowisko na etapie wznoszenia i eksploatacji; • Cztery kluczowe zasady: – Redukcja energii wbudowanej i zużycia zasobów naturalnych, – Redukcja energii w czasie eksploatacji, – Minimalizacja obciążenia i degradacji środowiska zewnętrznego, – Minimalizacja obciążenia środowiska wewnętrznego i zdrowia E. Szczechowiak 2009 Budynek współczesny energooszczędny Integracja działań projektowych Położenie: - Lokalizacja i pogoda Mikroklimat Położenie w terenie Orientacja Forma budynku: - Kształt Właściwości termiczne Izolacja Okna / przeszklenie Strategia wentylacji ogrzewania i chłodzenia Strategia oświetlenia naturalnego Strategia serwisu: - Kontrola instalacji i urządzeń - Paliwa i energia - Monitoring działań Podstawowe elementy projektowania zintegrowanego budynków E. Szczechowiak 2009 19 Efektywność decyzji i jej wpływ na koszty i charakterystykę budynku E. Szczechowiak 2009 Integracja działań w projektowaniu budynków współczesnych Niskie straty ciepła przez obudowę: Obudowa zoptymalizowana do wykorzystania energii słońca: Technologie efektywnie energetycznie: Układy ogrzewania niskotemperaturowego Zwarta architektura Architektura słoneczna Udoskonalona izolacja termiczna (izolacja transparentna) Okna zoptymalizowane energetycznie Energooszczędna wentylacja Szczelność powietrzna budynku Powierzchnie aktywne słonecznie Udoskonalone systemy akumulacji energii Przemysłowa konstrukcja i dokładność wykonania Struktury ułatwiające akumulację energii Kolektory słoneczne termiczne i fotowoltaiczne Technologie odzysku ciepła (słońce, Chłodzenie solarne źródła wewnętrzne) Zoptymalizowane układy hydrauliczne i sterowania E. Szczechowiak 2009 20 Kryteria istotne w projektowaniu zintegrowanym – zmiana podejścia E. Szczechowiak 2009 Zmiana podejścia do budynku energooszczędnego w porównaniu z tradycyjnym E. Szczechowiak 2009 21 Zintegrowane podejście – wymóg EnEV’02 E. Szczechowiak 2009 Elementy wpływające na właściwości energetyczne budynku E. Szczechowiak 2009 22 Proces projektowania zintegrowanego (1) E. Szczechowiak 2009 Proces projektowania zintegrowanego (2) E. Szczechowiak 2009 23 Analiza energetyczna budynków • Ważna dla programowania, projektowania, wyboru i oprogramowania BEMS, optymalnej eksploatacji • Komponenty budynku i cały system – Analizy statyczne – Analizy dynamiczne E. Szczechowiak 2009 Analiza energetyczna budynków • Oddziaływanie użytkowników – – – – Wymagania komfortu Zasady użytkowania Aktywność użytkowników Zarządzanie i obsługa kontrola dostępu • Środowisko zewnętrzne – Standardowe rodzaje klimatów (gorący suchy, gorący wilgotny, umiarkowany i zimny) – Parametry obliczeniowe – Stopniogodziny lub stopniodni ogrzewania (chłodzenia) – Rok testowy (referencyjny) – Symulatory klimatu E. Szczechowiak 2009 24 Analiza energetyczna budynków Przepływ energii w systemie budynek E. Szczechowiak 2009 Elementy wpływające na właściwości energetyczne budynku E. Szczechowiak 2009 25 Analiza energetyczna budynków – budynek jako zintegrowany system dynamiczny Przepływ energii w systemie budynek E. Szczechowiak 2009 Analiza energetyczna budynków Kluczowe elementy: • • • • Obudowa (envelope) Techniczne wyposażenie (building services) Oddziaływanie użytkowników (human factors) Środowisko zewnętrzne (outdoor environment) Kluczowe elementy wpływające na zużycie energii E. Szczechowiak 2009 26 Analiza energetyczna budynków • Obudowa budynku – – – – – – – Lokalizacja Orientacja Wymiary Forma budynku Kształt/rozplanowanie Otwory i szczelność dyfuzyjna i powietrzna Izolacyjność termiczna E. Szczechowiak 2009 Analiza energetyczna budynków 1 – standard ochrony z roku 2000, 2 – budynek o niskim zużyciu energii, 3 – budynek pasywny, 4 – mur nośny (0,7 W/mK), 5 – izolacja termiczna (0,04 W/mK) Współczynnik przenikania ciepła U UF = 1,5 ... 0,5 W/(m2K) W/(m2K) UFeq = 1,2 ... -0,5 Optymalne gF = 0,1 ... 0,2 Właściwości termiczne przeszklenia E. Szczechowiak 2009 27 Analiza energetyczna budynków • Energochłonność komponentów oraz materiałów konstrukcyjnych i wykończeniowych • Energochłonność wznoszenia budynku • Ochrona termiczna obiektu w zimie i w lecie • Szczelność powietrzna i dyfuzyjna budynku • Zdolność konstrukcji budynku do wykorzystania EPS • Zdolność konstrukcji do akumulacji energii • Zdolność konstrukcji i struktury do wentylacji i chłodzenia naturalnego E. Szczechowiak 2009 Analiza energetyczna budynków • Techniczne wyposażenie – – – – – – – Typ systemów Wielkość systemów Rodzaj energii Efektywność energetyczna instalacji Kontrola i sterowanie instalacji Parametry operacyjne Niezawodność E. Szczechowiak 2009 28 Techniki analizy energetycznej budynków • Statyczne (pseudoustalone) bilansowanie komponentów budowlanych i całych budynków • Modele dynamiczne • Narzędzia symulacyjne E. Szczechowiak 2009 Pojęcie efektywności energetycznej budynków • Poziom zużycia energii – Etap wznoszenia budynku – Etap eksploatacji budynku • Szerokie znaczenie – Budynek i jego charakterystyka energetyczna – Techniczne wyposażenie (Building services) – Sterowanie i zarządzanie (BEMS) • • • • Całkowite zużycie energii i energii pierwotnej Wzorce zużycia energii (benchmanking) Efektywne zużycie energii pierwotnej Wzrost znaczenia energii odnawialnej E. Szczechowiak 2009 29 Wskaźniki określające efektywność energetyczną • Budynek jako system energetyczny – – – – – Energia wbudowana (embodied energy) Energia w czasie eksploatacji (operational energy) - EOP Zużycie energii pierwotnej - EP Wskaźniki zużycia energii pierwotnej, odnawialnej i słonecznej Wskaźniki emisji zanieczyszczeń E. Szczechowiak 2009 Zmiana energii wbudowanej i w czasie eksploatacji jako funkcja czasu (przykład) Techniki analizy energetycznej budynków • Rozwój metod analizy energetycznej (intensywny po 1973) – 1930-1973 - Metody stopniodni – 1973-1980 - Metody komórkowe (Bin) – 1980- Symulacje dynamiczne z krokiem godzinowym • Modele jednowęzłowe • Zintegrowane wielostrefowe modele symulacyjne budynków (m. analityczne, funkcja przejścia, m. bilansów elementarnych, m. różnic skończonych, m. elementów skończonych) – 1980- modelowanie odwrotne z wykorzystaniem sieci neuronowych (Neural Networks) i logiki rozmytej (Fuzzy Logic) – 1990- połączenie symulacji przepływu powietrza i energii (wykorzystanie CFD) E. Szczechowiak 2009 30 Techniki analizy energetycznej budynków • Typy symulacji – Metody jednowymiarowe (stopniodni, stopniodni o zmiennej podstawie, dynamiczne) – Uproszczone metody wielowymiarowe (Bin Methods) – Metody symulacyjne szczegółowe (m. sieciowe, szeregi Fouriera, metody odpowiedzi termicznej, bilanse cieplne, CFD) – Metody odwrotne (regresja liniowa, regresja liniowa wielowymiarowa, sieci neuronowe, Fuzzy Logic) • Zastosowanie narzędzi symulacyjnych – Programowanie i projektowanie budynków – Projektowanie systemu budynek (obudowa, HVAC, oświetlenie) – Programowanie pracy systemów i systemów zarządzania (BEMS) – Diagnoza błędów w czasie eksploatacji, ocena oszczędności energii budynków nowoprojektowanych i istniejących E. Szczechowiak 2009 Techniki analizy energetycznej budynków Wybrane programy symulacyjne budynków i techniki instalacyjnej Program BLAST COMIS DOE-2 ENERGY PLUS TRNSYS DEROB-LTH Autor/ dystrybutor University of Illinois Lawrence Berkeley NLab Lawrence Berkeley NLab Lawrence Berkeley NLab Solar EnLab University of Wisconsin Lund Institute of Technology Zastosowania Zapotrzebowanie energii, planowanie, badania, analizy LCC, LCA Przepływy wielostrefowe w budynku Zapotrzebowanie energii, planowanie, Badania Połączenie z BLAST i DOE-2, integ. COMIS Planowanie, modernizacja, zapotrzebowanie energii, systemy kompleksowe, połączenie z COMIS Zapotrzebowanie energii, ogrzewanie, chłodzenie, komfort cieplny Planowanie/ projektowanie Badania/ kształcenie Tak Tak Tak Tak Tak Tak Tak Tak Tak E. Szczechowiak 2009 31 Planowanie i projektowanie zintegrowane Programy symulacyjne: • ALLSOL, EnergyPlus, BSim2000, TRNSYS, APACHE, Energy Analysis, IDA Indoor Climate and Energy Podstawowe moduły programów: • Bazy danych o klimacie, materiałach konstrukcyjnych, wykończeniowych, instalacjach i urządzeniach • Modelowanie geometrii budynku • Symulacja oświetlenia i zacienienia • Symulacja stanów termicznych • Symulacja przepływów powietrza • Symulacja działania HVAC • Ocena zużycia energii i obciążenia środowiska, kosztów E. Szczechowiak 2009 Planowanie i projektowanie zintegrowane Budynki biurowe, hotelowe, handlowe: • Utrzymanie komfortu cieplnego i jakości powietrza przy umiarkowanym zużyciu energii • Ochrona cieplna budynku i redukcja obciążeń cieplnych • Obciążenia chłodnicze i pasywne metody chłodzenia – Masa akumulacyjna (wewnętrzne i zewnętrzne obciążenie chłodnicze) – Pasywne systemy chłodzenia • Koncepcje energetyczne i rozdział energii E. Szczechowiak 2009 32 Zmiana podejścia do budynku energooszczędnego w porównaniu z tradycyjnym E. Szczechowiak 2009 Podejście zintegrowane do projektowania TWB (Otto Meyer Hamburg – ROM) Projekt koncepcyjny budynku i układów technicznego wyposażenia Symulacja zachowań cieplnych ........ Pole z danymi o systemach technicznego wyposażenia Ocena Ekologiczna i Energetyczna Symulacja oświetlenia naturalnego i sztucznego Symulacja pracy układów technicznego wyposażenia Sterowanie budynkiem Obliczenia techniczne Symulacja przepływów powietrza E. Szczechowiak 2009 33 Podejście zintegrowane do projektowania budynku w fazie wstępnej za pomocą ALLSOL E. Szczechowiak 2009 Podstawy modelowania za pomocą ALLSOL Podstawy matematyczne – model dynamiczny: Ti – temperatura wewnętrzna, Tm – temperatura ściany, dachu, podłogi E. Szczechowiak 2009 34 Podstawy modelowania za pomocą ALLSOL E. Szczechowiak 2009 Podstawy matematyczne – model dynamiczny: dt – krok czasowy, dx – grubość warstwy Struktura programu ALLSOL E. Szczechowiak 2009 35 Wykorzystanie ALLSOL – wspomaganie projektowania Główne wskaźniki oceny: • • • Ocena jakości energetycznej budynku (bilanse roczne) Oddziaływanie na środowisko (LCA, CO₂, SO₂, energia pierwotna) Ekonomia (struktura kosztów, LCA kosztów energii i mediów) • • • • Bilanse energii systemu (miesięczne, dobowe) Bilanse termiczne budynku (miesięczne, dobowe) Bilanse energii elektryczne (miesięczne, dobowe) Zimowe i letnie dni charakterystyczne – bilanse godzinowe • Moduł graficzny on-line, charakterystyki dzienne lub godzinowe (temperatura – T, energia, moc) Właściwości budynku/systemu TWB: Dynamika systemu: E. Szczechowiak 2009 Projektowanie wstępne – ALLSOL (przykład) Budynek mieszkalny – 120 m2, klimat umiarkowany: • Budynek referencyjny (Ref) – Współczynniki U: ściany – 0,3 W/ m2K, okna – 2 W/m2K – Zużycie wody ciepłej – 180 dm3 /d, urz. el. – 3 MWh/rok + oświetlenie, wentylacja naturalna • Budynek o niskim zużyciu energii (Low) – Współczynniki U: ściany – 0,2 W/m2K, okna – 1,2 W/m2K – Zużycie wody ciepłej – 180 dm3/d, urz. el. – 2,5 MWh/rok + oświetlenie energooszczędne, wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła 60% • Budynek pasywny (Fut) – Współczynniki U: ściany – 0,15 W/m2K, okna – 0,9 W/m2K – Zużycie wody ciepłej – 120 dm3/d, urz. el. – 2,0 MWh/rok + oświetlenie energooszczędne + kolektor słoneczny – 10 m2 + kolektor PV – 2 kW, wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła 70% E. Szczechowiak 2009 36 Zużycie energii i oddziaływanie na środowisko różnych rozwiązań domów jednorodzinnych (elec – energia elektryczna, ww – ciepła woda, space – ogrzewania, LCA – ocena w cyklu życia) 2 kWh/(m ⋅rok) [Mg] [Mg] [MWh] E. Szczechowiak 2009 Uwagi końcowe – podejście zintegrowane • Projektowanie budynków spełniających standardy oszczędności energii (ochrona cieplna dla lata i zimy) • Stosowanie filozofii zrównoważonego rozwoju • Energooszczędne techniki instalacyjne • Określenie rzeczywistych strumieni powietrza i ich zmienności w czasie - zależnie od potrzeb • Osuszanie i chłodzenie rozdzielone • Nawilżanie tylko w przypadkach uzasadnionych • Wybór systemów dostosowanych do funkcji użytkowej pomieszczeń • Regulacja i sterowanie wg kryteriów oszczędności energii i uzasadnionego zużycia • Optymalne planowanie zaopatrzenia w ciepło, energię chłodniczą i elektryczną • Analiza ekonomiczna w cyklu życia (koszty inwestycyjne, eksploatacyjne, likwidacji/przebudowy) E. Szczechowiak 2009 37 Uwagi końcowe • Fascynacja – pragmatyka – analityka – kontrola środowiska wewnętrznego • Wysokie wymagania (oszczędność energii, obciążenie środowiska, koszty całkowite) • Zaawansowane technologie budowlane i technicznego wyposażenia • Zmiana podejścia do projektowania, realizacji i eksploatacji budynków • Rozwój projektowania zintegrowanego wspomaganego programami symulacyjnymi i diagnostycznymi • Cel: zaplanowanie i wybudowanie budynku zoptymalizowanego pod względem zużycia energii, obciążenia środowiska i kosztów w cyklu życia E. Szczechowiak 2009 Dziękuję za uwagę E. Szczechowiak 2009 38
Podobne dokumenty
prof. dr hab. inż. Edward Szczechowiak
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 21 stycznia 2008 r. w sprawie przeprowadzania szkolenia oraz egzaminu dla
Bardziej szczegółowo