Modelowanie zużycia ciepła w budynku
Mirosław Żukowski
rok wydania: 2012
stron: 186
format: B5
oprawa: miękka
wydawnictwo: Politechnika Białostocka
Projektowanie budynków, które ma cechować jak najniższe zużycie energii wymaga zastosowania najnowszych metod i narzędzi komputerowych. Z tej przyczyny coraz większą popularnością cieszy się symulacja zjawisk wymiany ciepła i transportu masy.
W książce zaprezentowano zagadnienia teoretyczne związane z modelowaniem stanów termicznych budynków oraz przedstawiono przykłady zastosowania technik komputerowych do określania ich charakterystyk energetycznych.
W rozdziale pierwszym zamieszczono opis podstawowych praw rządzących wymianą ciepła na drodze przewodzenia, konwekcji i radiacji. Omówiono przede wszystkim te zagadnienia, które mogą mieć praktyczne zastosowanie w modelowaniu transportu ciepła w budynku.
Problematyka związana z wentylacją pomieszczeń pod kątem bilansów energetycznych stanowi treść drugiego rozdziału. Zaprezentowano podstawowe zależności opisujące zjawiska przepływu powietrza przez nieszczelności i otwory wywołane siłami wyporu, ciśnieniem dynamicznym wiatru oraz pracą systemu wentylacyjnego. Scharakteryzowano modele matematyczne stosowane do obliczania wartości strumieni przepływających przez pomieszczenia.
Sposób sporządzania bilansu ciepła, będącego podstawowym elementem określania charakterystyki energetycznej budynku, został opisany w rozdziale trzecim. Przedstawiono poszczególne składniki bilansowe oraz zależności analityczne powalające na obliczenie ich wartości. Zdefiniowano warunki brzegowe na granicach zewnętrznych i wewnątrz stref izotermicznych. Poza tym zamieszczono najczęściej stosowane wzory służące do określenia współczynników przejmowania ciepła.
W książce najwięcej miejsca poświęcono zagadnieniom związanym z oszacowaniem zużycia ciepła w budynku. W rozdziale czwartym przedstawiono proste metody analityczne oraz zaawansowane modele numeryczne, które mogą być wykorzystywane do określania charakterystyk energetycznych obiektów budowlanych. Omówiono najczęściej stosowane oprogramowanie służące do symulacji komputerowych oraz najnowsze trendy w tworzeniu algorytmów obliczeniowych.
Rozdział piąty, kończący książkę, zawiera wiele przykładów, które demonstrują praktyczne zastosowanie wiedzy teoretycznej zaprezentowanej wcześniej. Zamieszczono przykładowe obliczenia zużycia energii przez zaprojektowane przez autora budynki - jeden jednorodzinny i drugi biurowy o średniej wielkości. Przedstawiono też wyniki kilku analiz wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych na charakterystykę cieplną rozpatrywanych obiektów.
Monografię opracowano w ramach prac naukowo-badawczych realizowanych przez autora na Politechnice Białostockiej.
SPIS TREŚCI:
WYKAZ OZNACZEŃ 7
WSTĘP 13
1. PRZEPŁYW CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY BUDOWLANE 15
1.1. Wymiana ciepła przez przewodzenie 15
1.2. Wymiana ciepła na drodze konwekcji 19
1.3. Wymiana ciepła przez promieniowanie 24
2. PRZEPŁYW POWIETRZA W BUDYNKU 30
2.1. Rozkład ciśnienia w budynku 30
2.2. Określenie strumienia powietrza infiltrującego do budynku 32
2.3. Modelowanie przepływów powietrza wewnątrz budynku 35
3. BILANS CIEPŁA DLA BUDYNKU 39
3.1. Bilans energii dla strefy izotermicznej 39
3.2. Bilans energii na powierzchniach zewnętrznych budynku 41
3.3. Bilans energii na powierzchniach wewnętrznych budynku 47
3.4. Przepływ ciepła przez przegrody transparentne 50
3.5. Przepływ ciepła przez przegrody sąsiadujące z gruntem 55
3.5.1. Metoda obliczeń wymiany ciepła przez grunt - ASHRAE 55
3.5.2. Metoda obliczeń wymiany ciepła przez grunt - ISO[zasłonięte]13370
4. METODY MODELOWANIA ZUŻYCIA CIEPŁA W BUDYNKU 64
4.1. Metody stanu ustalonego 64
4.1.1. Metoda stopniodni (DD) 65
4.1.2. Metoda stopniodni o zmiennej podstawie (VBDD) 67
4.1.3. Metoda BIN oraz zmodyfikowana metoda BIN 68
4.1.4. Metody graficzne 70
4.1.5. Metody odwrotne 70
4.2. Metody dynamiczne 75
4.2.1. Metoda funkcji przewodzenia CTF 76
4.2.2. Metoda oporów cieplnych 78
4.2.3. Metody numeryczne 89
4.2.4. Sztuczne Sieci Neuronowe - SSN 104
4.3. Narzędzia komputerowe służące do analizy energetycznej budynków 109
5. PRZYKŁADY MODELOWANIA ZUŻYCIA ENERGII W BUDYNKU 113
5.1. Opis budynku pod kątem obliczeń symulacyjnych 113
5.1.1. Lokalizacja budynku i charakterystyka klimatu 113
5.1.2. Opis konstrukcji budynku 115
5.1.3. Określenie wewnętrznych zysków ciepła i stopnia infiltracji 127
5.1.4. Charakterystyka systemu grzewczo-wentylacyjnego i źródła ciepła 131
5.1.5. Harmonogramy i sposoby kontroli parametrów powietrza 136
5.2. Zakres obliczeń symulacyjnych 138
5.3. Raporty z obliczeń symulacyjnych 139
5.4. Przykład modelowania zużycia energii w budynku jednorodzinnym 139
5.4.1. Opis budynku jednorodzinnego i danych przyjętych do obliczeń 140
5.4.2. Wybrane wyniki obliczeń symulacyjnych dla budynku jednorodzinnego 144
5.4.3. Analiza wpływu poziomu izolacyjności przegród zewnętrznych na zużycie energii 147
5.4.4. Analiza wpływu ustawienia budynku względem stron świata na zużycie energii 150
5.4.5. Modelowanie pracy systemu ciepłej wody użytkowej wspomaganej kolektorami słonecznymi 151
5.5. Przykład modelowania zużycia energii w budynku biurowym 157
5.5.1. Opis budynku biurowego i danych przyjętych do obliczeń 157
5.5.2. Wybrane wyniki obliczeń symulacyjnych dla budynku biurowego 163
5.5.3. Analiza wpływu stopnia przeszklenia na charakterystykę energetyczną budynku 164
5.5.4. Analiza wpływu długości osłon przeciwsłonecznych na zużycie energii 166
LITERATURA 168
STRESZCZENIE 179
ABSTRACT 180
Poprzednio wydane tomy w serii 181
