Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden

Publikation: Bog/antologi/afhandling/rapportPh.d.-afhandlingForskning

Resumé

De seneste årtiers fokusering på energieffektivitet og indeklima har betydet en genopfindelse af naturlig ventilation. Dagens byggeskik og fremkomsten af computeren har betydet at der har været og stadig er et stort behov for beregningsmodeller der hurtigt og præcist kan beregne konsekvenserne ved brug af naturlig og hybrid ventilation. I dag går mere end en tredjedel af det primære energiforbrug i de industrialiserede lande til opvarmning, køling og ventilation af bygninger (ECBCS 2000). For at fremme naturlig ventilation og derigennem mindske energiforbruget er to vigtige barrierer identificeret: • Mangel på tilgængelige ikke ekspert programmer til beregning af naturlig ventilation ved realistiske forhold • Usikkerhed i forhold til effekten af natkølingen På baggrund heraf er følgende to problemer opstillet • Udvikle let anvendelig computermodel til beregning af naturlig ventilation og samspillet med bygningens termiske forhold • Udvikle model til beregning af effekten ved natkøling med naturlig ventilation 1.1 Beregning af naturlig ventilation Da dette arbejde startede og stadig i dag er der kun ganske få bygningssimuleringsprogrammer der kan tage hensyn til både naturlig ventilation og bygningen termiske egenskaber. I Danmark benyttes det termiske simuleringsprogram BSim, udviklet af Statens Byggeforskningsinstitut (SBi) ved de fleste større byggesager. Programmet er udbredt og udgør dermed en de facto standard i Danmark. På den baggrund er det valgt at udvide BSim med en multizonemodel til beregning af naturlig ventilation. 1.2 Multizone model En gennemgang af litteraturen for beregning af naturlig ventilation blev gennemført med henblik på at opstille en multizone model. To forskellige måder til opstilling af ligningssystemet blev identificeret, Knudemetoden og Ringmetoden. Det viste sig at reguleringsmetoder for multizone modeller, så det er muligt at opfylde behovene i de enkelte zoner i bygningen var meget begrænsede. Behovet for en robust og fleksibel regulering førte til udarbejdelsen af en reguleringsstrategi for åbningerne. På denne baggrund blev en multizone model baseret på ringmetoden [Loop Equation Method] med tilhørende regulering blev implementeret i det termiske simuleringsprogram BSim. 1.3 Beregning af natkøling Ved beregning af effekten af natkøling benyttes primært simple overslagsmodeller eller termiske simuleringsprogrammer. Hvor de simple modeller er gode til at give et overslag i starten af byggefasen mangler de nøjagtighed til at kunne anvendes i designfasen. Her benyttes ofte termiske simuleringsprogrammer, men disse lider som ofte af at de bruger standard konvektive varmeovergangstal for fri konvektion og dermed ikke kan tage hensyn til strømningsbilledet eller en lokal temperatur ved fladerne. På den baggrund er det valgt at udvide BSim med en model til beregning af natkøling der kan tage hensyn til lokal hastighed og temperatur ved loftet. En omfattende litteraturgennemgang af målinger af konvektive varmeovergangstal for bygninger viste at de fleste udtryk byggede på forsøg med små plader. De få fuldskala forsøg der er blevet gennemført viste at resultater fra små plader skal benyttes med forsigtighed i bygninger, da strømningsforholdene er ganske forskellige. En gennemgang af de ganske få modeller til bestemmelse af et konvektive varmeovergangstal ved termisk bygningssimulering viste to forskellige tilgange. Ved den ene blev der benyttet viden fra strømningsteknikken, herunder strømningselementer til at beregne strømningsbilledet i rummet og bestemme det konvektive varmeovergangstal på den baggrund. Denne tilgang udnyttede den store viden der er om strømningsforhold i bygninger. Den anden tilgang bestod i at samle så mange udtryk for konvektive varmeovergangstal for forskellige strømningsmønstre som muligt og lave rutiner til at vælge det bedst egnede. Denne tilgang baseredes på tilstedeværelsen af tilstrækkeligt mange og nøjagtige udtryk for konvektive varmeovergangstal. På baggrund af ovenstående blev der udarbejdet en simpel model baseret på strømningselementer. Princippet i modellen var at bestemme, for hvor stor en del af loftet strømningen var tvungen (udeluft) og for hvor stor en del (resten) strømningen kunne anses for at være fri (rumluft). På baggrund af opdelingen af loftet blev energiudvekslingen mellem luften og loftet beregnet på baggrund af den lokale temperatur og et konvektive varmeovergangstal for den pågældende strømningstype. Endeligt blev der beregnet et fiktivt konvektive varmeovergangstal til brug i det termiske simuleringsprogram der medførte samme energiudveksling som beregnet for de to delflader. Modellen blev implementeret i BSim.
OriginalsprogDansk
Udgivelses stedAalborg
ForlagInstitut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet
Antal sider262
StatusUdgivet - 2005

Fingerprint

Ventilation
Cooling
Heat transfer coefficients
Ceilings
Flow patterns
Natural convection
Energy utilization
Air
Forced convection
Hot Temperature
Structural design
Temperature
Energy efficiency
Thermodynamic properties
Experiments
Heating

Emneord

  • Multizone airflow model
  • Loop equations
  • Multizone thermal model
  • Convective heat transfer coefficient
  • Natural ventilation
  • Night cooling
  • Full-scale mesurements

Citer dette

Jensen, R. L. (2005). Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden. Aalborg: Institut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet.
Jensen, Rasmus Lund. / Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden. Aalborg : Institut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet, 2005. 262 s.
@phdthesis{63333130a86a11da8341000ea68e967b,
title = "Modellering af naturlig ventilation og natk{\o}ling- ved hj{\ae}lp af ringmetoden",
abstract = "De seneste {\aa}rtiers fokusering p{\aa} energieffektivitet og indeklima har betydet en genopfindelse af naturlig ventilation. Dagens byggeskik og fremkomsten af computeren har betydet at der har v{\ae}ret og stadig er et stort behov for beregningsmodeller der hurtigt og pr{\ae}cist kan beregne konsekvenserne ved brug af naturlig og hybrid ventilation. I dag g{\aa}r mere end en tredjedel af det prim{\ae}re energiforbrug i de industrialiserede lande til opvarmning, k{\o}ling og ventilation af bygninger (ECBCS 2000). For at fremme naturlig ventilation og derigennem mindske energiforbruget er to vigtige barrierer identificeret: • Mangel p{\aa} tilg{\ae}ngelige ikke ekspert programmer til beregning af naturlig ventilation ved realistiske forhold • Usikkerhed i forhold til effekten af natk{\o}lingen P{\aa} baggrund heraf er f{\o}lgende to problemer opstillet • Udvikle let anvendelig computermodel til beregning af naturlig ventilation og samspillet med bygningens termiske forhold • Udvikle model til beregning af effekten ved natk{\o}ling med naturlig ventilation 1.1 Beregning af naturlig ventilation Da dette arbejde startede og stadig i dag er der kun ganske f{\aa} bygningssimuleringsprogrammer der kan tage hensyn til b{\aa}de naturlig ventilation og bygningen termiske egenskaber. I Danmark benyttes det termiske simuleringsprogram BSim, udviklet af Statens Byggeforskningsinstitut (SBi) ved de fleste st{\o}rre byggesager. Programmet er udbredt og udg{\o}r dermed en de facto standard i Danmark. P{\aa} den baggrund er det valgt at udvide BSim med en multizonemodel til beregning af naturlig ventilation. 1.2 Multizone model En gennemgang af litteraturen for beregning af naturlig ventilation blev gennemf{\o}rt med henblik p{\aa} at opstille en multizone model. To forskellige m{\aa}der til opstilling af ligningssystemet blev identificeret, Knudemetoden og Ringmetoden. Det viste sig at reguleringsmetoder for multizone modeller, s{\aa} det er muligt at opfylde behovene i de enkelte zoner i bygningen var meget begr{\ae}nsede. Behovet for en robust og fleksibel regulering f{\o}rte til udarbejdelsen af en reguleringsstrategi for {\aa}bningerne. P{\aa} denne baggrund blev en multizone model baseret p{\aa} ringmetoden [Loop Equation Method] med tilh{\o}rende regulering blev implementeret i det termiske simuleringsprogram BSim. 1.3 Beregning af natk{\o}ling Ved beregning af effekten af natk{\o}ling benyttes prim{\ae}rt simple overslagsmodeller eller termiske simuleringsprogrammer. Hvor de simple modeller er gode til at give et overslag i starten af byggefasen mangler de n{\o}jagtighed til at kunne anvendes i designfasen. Her benyttes ofte termiske simuleringsprogrammer, men disse lider som ofte af at de bruger standard konvektive varmeovergangstal for fri konvektion og dermed ikke kan tage hensyn til str{\o}mningsbilledet eller en lokal temperatur ved fladerne. P{\aa} den baggrund er det valgt at udvide BSim med en model til beregning af natk{\o}ling der kan tage hensyn til lokal hastighed og temperatur ved loftet. En omfattende litteraturgennemgang af m{\aa}linger af konvektive varmeovergangstal for bygninger viste at de fleste udtryk byggede p{\aa} fors{\o}g med sm{\aa} plader. De f{\aa} fuldskala fors{\o}g der er blevet gennemf{\o}rt viste at resultater fra sm{\aa} plader skal benyttes med forsigtighed i bygninger, da str{\o}mningsforholdene er ganske forskellige. En gennemgang af de ganske f{\aa} modeller til bestemmelse af et konvektive varmeovergangstal ved termisk bygningssimulering viste to forskellige tilgange. Ved den ene blev der benyttet viden fra str{\o}mningsteknikken, herunder str{\o}mningselementer til at beregne str{\o}mningsbilledet i rummet og bestemme det konvektive varmeovergangstal p{\aa} den baggrund. Denne tilgang udnyttede den store viden der er om str{\o}mningsforhold i bygninger. Den anden tilgang bestod i at samle s{\aa} mange udtryk for konvektive varmeovergangstal for forskellige str{\o}mningsm{\o}nstre som muligt og lave rutiner til at v{\ae}lge det bedst egnede. Denne tilgang baseredes p{\aa} tilstedev{\ae}relsen af tilstr{\ae}kkeligt mange og n{\o}jagtige udtryk for konvektive varmeovergangstal. P{\aa} baggrund af ovenst{\aa}ende blev der udarbejdet en simpel model baseret p{\aa} str{\o}mningselementer. Princippet i modellen var at bestemme, for hvor stor en del af loftet str{\o}mningen var tvungen (udeluft) og for hvor stor en del (resten) str{\o}mningen kunne anses for at v{\ae}re fri (rumluft). P{\aa} baggrund af opdelingen af loftet blev energiudvekslingen mellem luften og loftet beregnet p{\aa} baggrund af den lokale temperatur og et konvektive varmeovergangstal for den p{\aa}g{\ae}ldende str{\o}mningstype. Endeligt blev der beregnet et fiktivt konvektive varmeovergangstal til brug i det termiske simuleringsprogram der medf{\o}rte samme energiudveksling som beregnet for de to delflader. Modellen blev implementeret i BSim.",
keywords = "Multizone airflow model, Loop equations, Multizone thermal model, Convective heat transfer coefficient, Natural ventilation, Night cooling, Full-scale mesurements, Multizone airflow model, Loop equations, Multizone thermal model, Convective heat transfer coefficient, Natural ventilation, Night cooling, Full-scale mesurements",
author = "Jensen, {Rasmus Lund}",
year = "2005",
language = "Dansk",
publisher = "Institut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet",

}

Jensen, RL 2005, Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden. Institut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet, Aalborg.

Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden. / Jensen, Rasmus Lund.

Aalborg : Institut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet, 2005. 262 s.

Publikation: Bog/antologi/afhandling/rapportPh.d.-afhandlingForskning

TY - BOOK

T1 - Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden

AU - Jensen, Rasmus Lund

PY - 2005

Y1 - 2005

N2 - De seneste årtiers fokusering på energieffektivitet og indeklima har betydet en genopfindelse af naturlig ventilation. Dagens byggeskik og fremkomsten af computeren har betydet at der har været og stadig er et stort behov for beregningsmodeller der hurtigt og præcist kan beregne konsekvenserne ved brug af naturlig og hybrid ventilation. I dag går mere end en tredjedel af det primære energiforbrug i de industrialiserede lande til opvarmning, køling og ventilation af bygninger (ECBCS 2000). For at fremme naturlig ventilation og derigennem mindske energiforbruget er to vigtige barrierer identificeret: • Mangel på tilgængelige ikke ekspert programmer til beregning af naturlig ventilation ved realistiske forhold • Usikkerhed i forhold til effekten af natkølingen På baggrund heraf er følgende to problemer opstillet • Udvikle let anvendelig computermodel til beregning af naturlig ventilation og samspillet med bygningens termiske forhold • Udvikle model til beregning af effekten ved natkøling med naturlig ventilation 1.1 Beregning af naturlig ventilation Da dette arbejde startede og stadig i dag er der kun ganske få bygningssimuleringsprogrammer der kan tage hensyn til både naturlig ventilation og bygningen termiske egenskaber. I Danmark benyttes det termiske simuleringsprogram BSim, udviklet af Statens Byggeforskningsinstitut (SBi) ved de fleste større byggesager. Programmet er udbredt og udgør dermed en de facto standard i Danmark. På den baggrund er det valgt at udvide BSim med en multizonemodel til beregning af naturlig ventilation. 1.2 Multizone model En gennemgang af litteraturen for beregning af naturlig ventilation blev gennemført med henblik på at opstille en multizone model. To forskellige måder til opstilling af ligningssystemet blev identificeret, Knudemetoden og Ringmetoden. Det viste sig at reguleringsmetoder for multizone modeller, så det er muligt at opfylde behovene i de enkelte zoner i bygningen var meget begrænsede. Behovet for en robust og fleksibel regulering førte til udarbejdelsen af en reguleringsstrategi for åbningerne. På denne baggrund blev en multizone model baseret på ringmetoden [Loop Equation Method] med tilhørende regulering blev implementeret i det termiske simuleringsprogram BSim. 1.3 Beregning af natkøling Ved beregning af effekten af natkøling benyttes primært simple overslagsmodeller eller termiske simuleringsprogrammer. Hvor de simple modeller er gode til at give et overslag i starten af byggefasen mangler de nøjagtighed til at kunne anvendes i designfasen. Her benyttes ofte termiske simuleringsprogrammer, men disse lider som ofte af at de bruger standard konvektive varmeovergangstal for fri konvektion og dermed ikke kan tage hensyn til strømningsbilledet eller en lokal temperatur ved fladerne. På den baggrund er det valgt at udvide BSim med en model til beregning af natkøling der kan tage hensyn til lokal hastighed og temperatur ved loftet. En omfattende litteraturgennemgang af målinger af konvektive varmeovergangstal for bygninger viste at de fleste udtryk byggede på forsøg med små plader. De få fuldskala forsøg der er blevet gennemført viste at resultater fra små plader skal benyttes med forsigtighed i bygninger, da strømningsforholdene er ganske forskellige. En gennemgang af de ganske få modeller til bestemmelse af et konvektive varmeovergangstal ved termisk bygningssimulering viste to forskellige tilgange. Ved den ene blev der benyttet viden fra strømningsteknikken, herunder strømningselementer til at beregne strømningsbilledet i rummet og bestemme det konvektive varmeovergangstal på den baggrund. Denne tilgang udnyttede den store viden der er om strømningsforhold i bygninger. Den anden tilgang bestod i at samle så mange udtryk for konvektive varmeovergangstal for forskellige strømningsmønstre som muligt og lave rutiner til at vælge det bedst egnede. Denne tilgang baseredes på tilstedeværelsen af tilstrækkeligt mange og nøjagtige udtryk for konvektive varmeovergangstal. På baggrund af ovenstående blev der udarbejdet en simpel model baseret på strømningselementer. Princippet i modellen var at bestemme, for hvor stor en del af loftet strømningen var tvungen (udeluft) og for hvor stor en del (resten) strømningen kunne anses for at være fri (rumluft). På baggrund af opdelingen af loftet blev energiudvekslingen mellem luften og loftet beregnet på baggrund af den lokale temperatur og et konvektive varmeovergangstal for den pågældende strømningstype. Endeligt blev der beregnet et fiktivt konvektive varmeovergangstal til brug i det termiske simuleringsprogram der medførte samme energiudveksling som beregnet for de to delflader. Modellen blev implementeret i BSim.

AB - De seneste årtiers fokusering på energieffektivitet og indeklima har betydet en genopfindelse af naturlig ventilation. Dagens byggeskik og fremkomsten af computeren har betydet at der har været og stadig er et stort behov for beregningsmodeller der hurtigt og præcist kan beregne konsekvenserne ved brug af naturlig og hybrid ventilation. I dag går mere end en tredjedel af det primære energiforbrug i de industrialiserede lande til opvarmning, køling og ventilation af bygninger (ECBCS 2000). For at fremme naturlig ventilation og derigennem mindske energiforbruget er to vigtige barrierer identificeret: • Mangel på tilgængelige ikke ekspert programmer til beregning af naturlig ventilation ved realistiske forhold • Usikkerhed i forhold til effekten af natkølingen På baggrund heraf er følgende to problemer opstillet • Udvikle let anvendelig computermodel til beregning af naturlig ventilation og samspillet med bygningens termiske forhold • Udvikle model til beregning af effekten ved natkøling med naturlig ventilation 1.1 Beregning af naturlig ventilation Da dette arbejde startede og stadig i dag er der kun ganske få bygningssimuleringsprogrammer der kan tage hensyn til både naturlig ventilation og bygningen termiske egenskaber. I Danmark benyttes det termiske simuleringsprogram BSim, udviklet af Statens Byggeforskningsinstitut (SBi) ved de fleste større byggesager. Programmet er udbredt og udgør dermed en de facto standard i Danmark. På den baggrund er det valgt at udvide BSim med en multizonemodel til beregning af naturlig ventilation. 1.2 Multizone model En gennemgang af litteraturen for beregning af naturlig ventilation blev gennemført med henblik på at opstille en multizone model. To forskellige måder til opstilling af ligningssystemet blev identificeret, Knudemetoden og Ringmetoden. Det viste sig at reguleringsmetoder for multizone modeller, så det er muligt at opfylde behovene i de enkelte zoner i bygningen var meget begrænsede. Behovet for en robust og fleksibel regulering førte til udarbejdelsen af en reguleringsstrategi for åbningerne. På denne baggrund blev en multizone model baseret på ringmetoden [Loop Equation Method] med tilhørende regulering blev implementeret i det termiske simuleringsprogram BSim. 1.3 Beregning af natkøling Ved beregning af effekten af natkøling benyttes primært simple overslagsmodeller eller termiske simuleringsprogrammer. Hvor de simple modeller er gode til at give et overslag i starten af byggefasen mangler de nøjagtighed til at kunne anvendes i designfasen. Her benyttes ofte termiske simuleringsprogrammer, men disse lider som ofte af at de bruger standard konvektive varmeovergangstal for fri konvektion og dermed ikke kan tage hensyn til strømningsbilledet eller en lokal temperatur ved fladerne. På den baggrund er det valgt at udvide BSim med en model til beregning af natkøling der kan tage hensyn til lokal hastighed og temperatur ved loftet. En omfattende litteraturgennemgang af målinger af konvektive varmeovergangstal for bygninger viste at de fleste udtryk byggede på forsøg med små plader. De få fuldskala forsøg der er blevet gennemført viste at resultater fra små plader skal benyttes med forsigtighed i bygninger, da strømningsforholdene er ganske forskellige. En gennemgang af de ganske få modeller til bestemmelse af et konvektive varmeovergangstal ved termisk bygningssimulering viste to forskellige tilgange. Ved den ene blev der benyttet viden fra strømningsteknikken, herunder strømningselementer til at beregne strømningsbilledet i rummet og bestemme det konvektive varmeovergangstal på den baggrund. Denne tilgang udnyttede den store viden der er om strømningsforhold i bygninger. Den anden tilgang bestod i at samle så mange udtryk for konvektive varmeovergangstal for forskellige strømningsmønstre som muligt og lave rutiner til at vælge det bedst egnede. Denne tilgang baseredes på tilstedeværelsen af tilstrækkeligt mange og nøjagtige udtryk for konvektive varmeovergangstal. På baggrund af ovenstående blev der udarbejdet en simpel model baseret på strømningselementer. Princippet i modellen var at bestemme, for hvor stor en del af loftet strømningen var tvungen (udeluft) og for hvor stor en del (resten) strømningen kunne anses for at være fri (rumluft). På baggrund af opdelingen af loftet blev energiudvekslingen mellem luften og loftet beregnet på baggrund af den lokale temperatur og et konvektive varmeovergangstal for den pågældende strømningstype. Endeligt blev der beregnet et fiktivt konvektive varmeovergangstal til brug i det termiske simuleringsprogram der medførte samme energiudveksling som beregnet for de to delflader. Modellen blev implementeret i BSim.

KW - Multizone airflow model

KW - Loop equations

KW - Multizone thermal model

KW - Convective heat transfer coefficient

KW - Natural ventilation

KW - Night cooling

KW - Full-scale mesurements

KW - Multizone airflow model

KW - Loop equations

KW - Multizone thermal model

KW - Convective heat transfer coefficient

KW - Natural ventilation

KW - Night cooling

KW - Full-scale mesurements

M3 - Ph.d.-afhandling

BT - Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden

PB - Institut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet

CY - Aalborg

ER -

Jensen RL. Modellering af naturlig ventilation og natkøling- ved hjælp af ringmetoden. Aalborg: Institut for Bygningsteknik, Aalborg Universitet, 2005. 262 s.