Avanceret analyse af luft- og energistrømme i store rum

Institut for Bygningsteknik

Der er udviklet et værktøj til en bedre og mere detaljeret analyse af luft- og energistrømme i store bygningskonstruktoner. To tilgængelige værktøjer til avanceret beregning er behandlet detaljeret, nemlig termiske bygningssimuleringsprogrammer (fx tsbi3) og Computational Fluid Dynamics (CFD).

Projektbeskrivelse
I store rum vil ventilationssystemet kun dominere luftstrømningsforholdene lokalt, medens de termiske drivkræfter vil være afgørende for forholdene i resten af rummet. Ved dimensioneringen af varme- og ventilationssystemet er det derfor vigtigt at kunne fastlægge luftstrømningsforholdene for at få et velfungerende og effektivt system med mindst muligt energiforbrug. Detaljerede analyser af luft- og energistrømningsforhold i store rum kan kun gennemføres med CFD programmer (Computional Fluid Dynamics), hvor der også tages hensyn til de termiske forhold ved rummets begrænsningsflader ved samtidig anvendelse af et dynamisk energisimuleringssystem. Et CFD-program kan ikke kobles til de energisimuleringsprogrammer, der anvendes i praksis i dag (f.eks. tsbi3), men det vil kunne kobles til det af SBI nyudviklede integrerede system på grund af dette systems modulære opbygning. Formålet med projektet er således at udvikle et værktøj til en bedre og mere detaljeret analyse end hidtil af luft- og energistrømme i store bygningskonstruktioner, som eksempelvis atrier, industrihaller, auditorier, sportshaller, butikscentre etc. Målet nås ved at koble et CFD-program (Computational Fluid Dynamics), der detaljeret analyserer luftstrømnings- og lufttemperaturforhold, sammen med SBI's integrerede system til energi- og indeklimaberegninger, som under hensyntagen til udeklimatiske forhold, interne varmebelastninger etc. analyserer bygningens dynamiske temperaturforhold. Herved vil resultaterne kunne få stor udbredelse i praktisk projekteringsarbejde blandt danske rådgivende ingeniører og arkitekter. I projektets gennemførelse indgår fastlæggelse af hvilke klima- og bygningsparametre samt beregningsmodeller og -rutiner, der skal medtages og udveksles mellem programmerne, herunder mængden af data og eksempelvis detaljeringsgraden af indvendige flader m.m. Fastlæggelse af hvordan dataudvekslingen skal finde sted og udvikling af analytiske modeller til modificering af data, der udveksles mellem programmerne, således at dataene udnyttes mest effektivt. Herunder også metoder til valg af de situationer, der skal simuleres
Resultater

Deres styrker og svagheder i relation til projektets formål er beskrevet. Herunder er der i særdeleshed fokuseret på koblingen mellem de to beregningsværktøjer, hvilket er identificeret som den væsentligste nøgle til gensidig forbedring og synergi. Der er defineret og udført enkle simuleringer på en atrium-lignende beregningscase, som vil være kompliceret at regne på med de traditionelle værktøjer. Formålet med denne case er både at kunne regne på den i nærværende projekt samt på sigt at anvende den som en 'CFD tutorial' i SBIs bygningssimuleringsprogram BSim 2000. Koblingen mellem de to værktøjer sker via den såkaldte 'kappa-model'. Den semiempiriske Kappa-model er bevidst udviklet til at være enkel og robust med det formål for øje, at den skulle implementeres i BSim 2000 og kunne anvendes i daglig projektering. Kappa-modellen beregner den vertikale temperaturgradient baseret på erfaringer, målinger eller vejledende værdier opgivet i en tabel. En væsentlig del af arbejdet i projeket har således været at implementere modellen i BSim 2000. Selve koblingen mellem programmerne sker ved antagelse af et vertikalt temperaturforløb som regnes igennem med det termiske bygningssimuleringsprogram. Resultaterne herfra anvendes som randbetingelse i CFD-programmet, hvor temperaturforløbet kan beregnes mere detalejeret og igen anvendes til at korrigere det første gæt, osv. Kappa-modellen kan desuden anvendes som standalone applikation i tilfælde af bygninger, hvor der forventes væsentlige vertikale temperaturgradienter, hvilket ofte er tilfældet i store bygningskonstruktioern. Denne anvendelse forventes at blive den hyppigste. Hovedresultatet af nærværende EFP-projekt er en mulighed for at give en forbedret vurdering dels af komfortforhold og dels af varme- og ventilationssystemets effektivitet og dermed en bedre mulighed for korrekt dimensionering af anlæg samt minimering af energiforbruget. Det faktum at det nye værktøj igennem projektet er implementert og på markedet i dag, sikrer en høj grad af nyttiggørelse af projektets resultater

Key figures

Periode:
1997 - 2000
Bevillingsår:
1997
Egen finansiering:
0,27 mio.
Støttebeløb:
0,88 mio.
Støtteprocent:
77 %
Projektbudget:
1,15 mio.

Kategori

Oprindelig title
Avanceret analyse af luft- og energistrømme i store rum
Program
EFP
Fælles overordnet teknologiområde
Energieffektivitet
Projekttype
Udvikling
Journalnummer
1213/97-0016

Deltagere

Aalborg Universitet (Fredrik Bajers Vej) (Main Responsible)
Partner og Økonomi
Partner Tilskud Eget bidrag
By og Byg

Kontakt

Kontakperson
Heiselberg, Per
Adresse
Aalborg Universitet. Institut for Bygningsteknik
Sohngårdsholmsvej 57
DK-9000 Aalborg, Denmark
Heiselberg, Per (lektor), 96358080, Indoor.Environmental.Group@civil.auc.dk
Øvr. Partnere: By og Byg (Statens Byggeforskningsinstitut)