DOI: https://doi.org/10.32347/2310-0516.2018.11.7-21

Моделювання теплообміну енергоефективної будівлі

Natalja Bolgarova, Vitalii Ploskyi, Volodymyr Skochko

Анотація


В процесі проектування енергоефективних будинків особливої уваги потребує дослідження балансу енергонадходжень та енерговтрат. Це пояснюється тим, що потреба у забезпеченні будинку енергетичними ресурсами може стати ключовим питанням у визначенні його сумарної площі приміщень та вплинути на результуючі об’ємно-планувальні рішення. Окрім того, вкрай важливо мати можливість точно оцінювати величини енерговитрат, що відбуватимуться в огороджувальних конструкція та інженерних системах майбутнього будинку, з метою їх мінімізації ще на етапі виконання проектних робіт. Для вирішення цієї задачі необхідно мати гнучкий та наочний апарат моделювання процесів теплообміну та відповідну математичну інструментальну базу, що дозволятимуть враховувати вплив режимів роботи усіх інженерних систем (включаючи системи опалення, вентиляції та кондиціонування) у різні пори року, а також даватимуть змогу легко змінювати початкові та крайові умови розрахунків, а саме: конфігурації зовнішніх і внутрішніх стін, перекриттів та покриттів, кількість та місця розміщення світлопрозорих конструкцій, а також можливі дефекти та нещільності огороджувальних конструкцій, в результаті яких виникатимуть інфільтраційні процеси, що впливатимуть на кратність повітрообміну приміщень та тепловтрати будівлі у цілому.

В даній роботі розглядається математичний апарат моделювання стаціонарного температурного режиму будівлі, що базується на комплексному системному розрахунку температур на поверхнях та у повітрі внутрішніх приміщень, із урахуванням теплофізичних параметрів

матеріалів стінових конструкцій, вікон та дверей, теплонадходжень від системи опалення та інших джерел енергії, а також параметрів роботи системи вентиляції.

Продемонстровано приклад складання системи теплового балансу приміщень енергоефективного житлового будинку котеджного типу. Показано принципи врахування усіх видів теплообміну між поверхнями та повітряним середовищем кімнат, а також прогнозовані зниження опорів теплопередачі огороджувальних конструкцій, пов’язане з формою будівлі.


Ключові слова


Енергоефективність; Системні розрахунки; Тепловий баланс; Огороджувальні конструкції;

Повний текст:

PDF

Посилання


REFERENCES

Khosla Shristi, Singh S. K. (2014). Energy Efficient Buildings. International Journal of Civil Engineering Research. Delhi : Research India publications, 5(4), 361–366.

Psomas Theofanis (2016). Overheating assessment of energy renovations. The REHVA European HVAC Journal Brussels. 53(1).

Wong H. Y. (1977). Handbook of Essential and Data on Heat Transfer for Engineers. London – New York: Longman Group, 216.

Bogoslavskij V. N. (1982). Stroitel'naja tep-lofizika (teplofizicheskie osnovy otoplenija, ventiljacii i kondicioniro-vanija vozduha) [Construction thermophysics (thermophysical basis of heating, ventilation and air conditioning)]. Moskva : Vysshaja shkola, 415 (in Russian).

Bolharova N. M., Ploskyi V. O., Skochko V. I. (2018). Praktychni aspekty pobudovy fizychnoi dyskretnoi modeli teploobminu enerhoefektyvnoi budivli [Practical Aspects of Constructing a Physical Discrete Heat Exchange Model of an Energy Efficient Building]. Tekhnichna estetihka i dyzain. Kyiv : KNUBA, 13, 9-20 (in Ukrainian).

Lykov A. V. (1978). Teplomasoobmen. Mos-kva : Jenergija, 480 (in Russian).

Pehovich A. I., Zhidkih V. M. (1976). Raschjoty teplovogo rezhima tvjordyh tel [Calculations of the thermal regime of solids]. Leningrad: «Jenergija», 352 (in Russian).

Ploskyi V. O., Skochko V. I. (2012). Heome-trychne modeliuvannia deiakykh protsesiv teplomasoobminu [Geometrical modeling of some processes of heat and mass transfer]. Prykladna heometriia ta inzhenerna hrafika. Kyiv : KNUBA, 89. 285-295 (in Ukrainian).

Samarskij A. A., Vabishhevich P. N. (2003). Vychislitel'naja teploperedacha [Computational heat transfer]. Moskva : Editorial URSS, 784 (in Russian).

Serheichuk O. V. (2008). Heometrychne modeliuvannia fizychnykh protsesiv pry op-tymizatsii formy enerhoefektyvnykh budynkiv [Geometrical modeling of physical processes in optimizing the form of energy-efficient houses]. Dys. doktora tekhn. nauk: 05.01.01. Kyiv : KNUBA, 425 (in Ukrainian).

Fokin K. F. (1973). Stroitel'naja teplotehnika ograzhdajushhih chastej zdanij [Building heat engineering of enclosing parts of buildings]. Moskva : Strojizdat, 287 (in Russian).

Natephra Worawan, Yabuki Nobuyoshi, Fukuda Tomohiro (2018). Optimizing the evaluation of building envelope design for thermal performance using a BIM-based overall thermal transfer value calculation. Building and Environment. Elsevier, 136, 128–145. doi: 10.1016/j.buildenv.2018.03.032

Koestera S., Falkenberga M., Logemanna M., Wesslingab M. (2017). Modeling heat and mass transfer in cross-counterflow en-thalpy exchangers. Journal of Membrane Science. Elsevier, 525, 68–76. doi: 10.1016/j.memsci.2016.10.030

Alarcon-Rodriguez Arturo, Ault Graham, Stuart Galloway (2010). Multi-objective planning of distributed energy resources: A review of the state-of-the-art. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(5), 1353–1366. doi:10.1016/j.rser.2010.01.006

Riedera Andreas, Christidisb Andreas, Tsatsaronisb George (2014). Multi criteria dynamic design optimization of a small scale distributed energy system. Energy, 74, 230–239. doi: 10.1016/j.energy.2014.06.007

Omun Akomeno, Choudhary Ruchi, Boies Adam (2013). Distributed energy resource system optimisation using mixed integer linear programming. Energy Policy, 61, 249–266.

Söderman Jarmo, Pettersson Frank (2006). Structural and operational optimisa-tion of distributed energy systems. Applied Thermal Engineering, 26(13), 1400–1408. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2005.05.034

Morvajab Boran, Evinsab Ralph, Carmelietab Jan (2016). Optimising urban energy systems: Simultaneous system sizing, operation and district heating network layout. Energy. 116(1), 619–636. doi: 10.1016/j.energy.2016.09.139

Yang Y, Zhang S, Xiao Y. (2015). Optimal design of distributed energy resource systems coupled with energy distribution networks. Energy. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2015. 03.101. doi: 10.2298/TSCI170718199Y

Szokolay S. V. (2004). Introduction to Architectural Science: The Basis of Sustainable Design. Oxford : Architectural Press, doi: 10.1007/978-3-642-00716-3.




Copyright (c) 2018 Наталя Болгарова, Віталій Плоский, Володимир Скочко

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.