Simulace 2018: zcela nový výpočetní model podle EN ISO 52016-1
Kategorie » téma: Simulace
16.08.2018 16.20 | | Komentáře: 0 komentářů | Přečteno: 95850x
Dalším programem z naší nabídky, který musel být v souvislosti s vydáním nových evropských norem kompletně přepracován, je program Simulace. Právě dokončená verze 2018 prochází testováním uživatelského rozhraní a brzy bude uvolněna na trh.
Změny v programu jsou poměrně zásadní. Dosavadní normy EN ISO 13791 a EN ISO 13792, podle kterých program prováděl výpočet odezvy místnosti na tepelnou zátěž v letním období, byly totiž zrušeny a nahrazeny novou normou EN ISO 52016-1. Ta již neuvádí žádnou zjednodušenou metodu pro výpočet dynamického chování místnosti (jako byla RC metoda či metoda tepelné jímavosti), ale jen mnohem složitější obecnou hodinovou výpočetní metodu. Výhodou nového postupu je kromě zpřesnění výsledků také zásadní rozšíření možností modelování průsvitných konstrukcí a jejich stínění pohyblivými i nepohyblivými stínícími prostředky...
Výpočetní část programu pro hodnocení tepelné stability v letním období byla kompletně revidována kvůli zrušení dosavadních norem EN ISO 13791 a 13792 a jejich nahrazení normami EN ISO 52016-1 a EN ISO 52017-1.
Pro výpočet dynamické odezvy místnosti na tepelnou zátěž v letním období je v programu nově použit obecný hodinový výpočetní model podle čl. 6.5.6 až 6.5.13 v EN ISO 52016-1. Tento model je založený na opakovaném sestavování a řešení soustavy bilančních rovnic v jednotlivých časových okamžicích, přičemž se zohledňuje energetická bilance jednak na úrovni zóny (místnosti) a jednak na úrovni dílčích konstrukcí. Pro každou neprůsvitnou konstrukci se sestavuje v závislosti na její skladbě minimálně pět bilančních rovnic odpovídajících počtu uzlů v modelu konstrukce (od 5 do 30). Pro průsvitné konstrukce se používá model se dvěma uzly.
Výpočet probíhá standardně v tzv. "free float" režimu, tj. bez vlivu vytápění či chlazení (teplota vnitřního vzduchu tedy závisí jen na působících okrajových podmínkách). Do výpočtu lze nicméně zavést i časově proměnný výkon chlazení či vytápění, pokud je k tomu důvod.
Nově vytvořený hodinový výpočetní model byl verifikován podle normy ASHRAE 140-2017 "Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Computer Programs". Jedná se o široce mezinárodně používaný soubor verifikačních příkladů zaměřených na různé dílčí i komplexní úlohy spojené s výpočtem energetické náročnosti budov s hodinovým krokem. Norma uvádí kromě zadání i výsledky příkladů zpracované osmi různými mezinárodními simulačními programy (např. ESP, DOE-2 či TRNSYS), z nichž lze odvodit, v jakém rozmezí se mohou výsledky pohybovat. Norma nicméně nespecifikuje, jaká je maximální přípustná odchylka výsledků testovaného programu od publikovaných rozmezí.
Pro testování programu Simulace byly použity příklady BESTEST 600FF, 900FF, 650FF a 950FF - tedy všechny, které se týkají "free float" režimu. Pro ověření výpočtu sluneční radiace a vlivu stínění markýzami a bočními stěnami byly k tomu navíc částečně zpracovány i příklady BESTEST 610 a 630.
 |
| Průměrná roční teplota v modelové místnosti - srovnání výsledků Simulace 2018 a dalších SW |
Výsledky programu Simulace se pohybují v normou uvedených rozmezích ve 20 případech z celkových 25 provedených testů s jednočíselným výsledkem. Pět výsledků, které leží mimo maxima či minima vypočtená ostatními programy, vykazují nicméně jen minimální vybočení ze standardního intervalu (odchylka 0,2 až 3,1%).
Detailní výsledky verifikace programu jsou uvedeny v samostatném článku.
Stínění pohyblivými zařízeními (žaluzie, rolety) lze nově zadat v souladu s EN ISO 52016-1 dvěma způsoby: zjednodušeně s pomocí redukčního činitele propustnosti slunečního záření a přesněji s pomocí konkrétních parametrů stínícího zařízení (poloha, solární propustnost a odrazivost).
 |
| Zadání pohyblivých stínících zařízení |
V druhém případě se zadaná data použijí pro výpočet solárních vlastností sestavy okno+stínící zařízení v souladu s EN ISO 52022-1. Dat potřebných pro tento výpočet je ale méně, než tomu bylo dosud, protože hodinový model podle EN ISO 52016-1 nevyžaduje tolik solárních vlastností výplní otvorů jako dosavadní model podle EN ISO 13792.
Kromě zjednodušení zadávání žaluzií a rolet umožňuje program také zvolit maximální podíl zakrytí okna příslušným stínícím zařízením (0-100%) a způsob jeho ovládání. Podle toho, jak jsou žaluzie či rolety ovládány, program automaticky uvažuje jejich stažení a vytažení v závislosti na aktuální intenzitě slunečního záření. Program zde vychází z implicitního nastavení podle EN ISO 52016-1, ale umožňuje i zvolit trvalé stažení či vytažení stínícího zařízení.
Program umožňuje detailně vyhodnotit, jakým způsobem se změní prostup slunečního záření zasklením při změně úhlu dopadu slunečních paprsků na okno. Automaticky je tak korigována propustnost slunečního záření pro velké odchylky od kolmého dopadu na zasklení (a naopak), čímž se podstatně zpřesňuje výpočet tepelné zátěže okny.
 |
| Zadání potřebných údajů pro výpočet vlivu úhlu dopadu na zasklení |
Aby bylo možné novou funkci použít, je třeba zvolit typ pokovení skel a jejich počet. Pokud nejsou tyto informace k dispozici, lze výpočet provést i zjednodušeně s pomocí průměrné standardní redukce propustnosti slunečního záření podle EN ISO 52016-1.
Výpočet korekčního činitele stínění byl upraven podle přílohy F v EN ISO 52016-1. Oproti dosavadnímu postupu podle EN ISO 13792 byl výrazně zpřesněn především výpočet stínění okolní zástavbou, jejíž poloha vůči stíněné konstrukci se už nadále nezjednodušuje, ale zadává přesně s pomocí azimutů. Program zohledňuje i mírné zpřesňující změny, které zavedla norma EN ISO 52016-1 u výpočtu stínění markýzami a bočními stěnami.
 |
| Zadání pevných stínících překážek |
Program umožňuje hodnotit tepelnou stabilitu místnosti v libovolné lokalitě na zemském povrchu, pokud je pro ni známa zeměpisná šířka a délka a časové pásmo.
Do programu byl přidán nový formulář pro zadání předpokládaného denního průběhu výkonu zdroje chladu. Hodnotit tak lze reakci na tepelnou zátěž nejen u místností bez strojního chlazení (kvůli ověření normového požadavku), ale i u místností s chlazením.
Pro všechny obalové konstrukce lze zadat nejen dosavadní orientaci vůči světovým stranám, ale i přesnou hodnotu azimutu, je-li to potřebné. Navíc lze zohlednit i sklon konstrukce od vodorovné roviny.
Do výpočtu je možné zahrnout až 5 různých průběhů intenzit větrání s obecně různými teplotami vzduchu přiváděného do místnosti. Umožňuje se tím hodnocení místností větraných částečně vzduchem z exteriéru a částečně z jiných prostorů či zařízení (např. ze zemního výměníku).
Program Simulace 2018 používá kvůli zásadním změnám v počtu zadávaných parametrů formát vstupních dat odlišný od formátu předchozích verzí. Do programu lze nicméně starší data načíst a snadno je transformovat do nové verze.
V programu byly aktualizovány odkazy na tabulky, články a vztahy tak, aby odpovídaly novému vydání norem EN ISO 6946, EN ISO 13370 a EN ISO 13789 z roku 2017.
Na všechny formuláře pro zadání denních průběhů veličin (teplota, intenzita slunečního záření atd.) byly přidány grafické náhledy zadávaných hodnot.
Program výrazněji upozorňuje na nutnost pomocného výpočtu virtuální teploty v zemině u konstrukcí v kontaktu se zeminou. Současně také kontroluje, zda byla pro tento typ konstrukcí zadána fiktivní vrstva nahrazující zeminu.
 |
| Zadání podlahy na zemině |
Při výpočtu tepelné stability v zimním období je možné zohlednit přirážku na vliv tepelných vazeb mezi vnějšími konstrukcemi.
Při upozornění na novou verzi programu se rozlišuje, zda je k dispozici bezplatný update či placený upgrade. V závislosti na tom se vpravo dole na spodní liště programu objeví příslušná textová informace zvýrazněná odlišnou barvou (červená=upgrade, zelená=update).
Program ukládá poslední použité nastavení způsobu výpočtu a automaticky ho nabídne jako výchozí nastavení při opakování výpočtu.
Program otevírá okénko úlohy buď v normálním režimu nebo v režimu roztažení do celé plochy programu podle toho, jaký režim byl použit u poslední uzavřené úlohy. Implicitně se přitom používá režim roztažení do celé plochy programu.
Závěrem doplňuji ještě informaci, která bude určitě zajímat všechny specialisty, kteří někdy hodnotili riziko přehřívání místnosti v letním období. Při použití nového výpočetního postupu vycházejí ve většině případů nižší teploty vnitřního vzduchu než při použití dosavadních zjednodušených metodik. Rozdíly obvykle činí 0 až 2 °C.
V žádném námi provedeném kontrolním výpočtu nevyšla novým postupem teplota vnitřního vzduchu vyšší než teplota stanovená starší verzí programu. Zjednodušené metodiky používané v Simulaci 2009 až 2017 dávají tedy podle všeho ve srovnání s přesnější obecnou hodinovou metodou ze Simulace 2018 výsledky na straně bezpečnosti.
Zbyněk Svoboda
Komentáře:
Tento článek zatím neobsahuje žádné komentáře.