Ověření dynamické simulace tepelného chování budovy podle ASHRAE 140-2017

Kategorie » téma: Energie » Obecně

25.09.2022 14.19 | Zbyněk Svoboda | Komentáře: 0 komentářů | Přečteno: 12965x

Nestacionární výpočetní model tepelného chování budovy s hodinovým krokem zpracovaný pro program Energie 2023 byl detailně ověřen podle americké normy ASHRAE 140-2017, která se mezi specialisty na dynamické simulace budov používá jako mezinárodní standard pro verifikaci dynamických simulačních programů. 

Pro testování byly použity příklady z kategorie Class I, které jsou určeny pro ověřování programů s výpočetním krokem 1 h a kratším. Konkrétně byly zpracovány úlohy 600, 600FF, 610, 620, 630, 640, 650, 650FF, 900, 900FF, 910, 920, 930, 940, 950, 950FF, 960, 195, 200, 210, 215, 220, 230, 240, 250, 270, 290, 300, 310, 320, 395, 400, 410, 420, 430 a 800.

Ověřuje se celkem 157 samostatných výsledků od maximálních a minimálních teplot po potřeby energie na vytápění a chlazení. Vedle toho se pak ještě vyhodnocují různé odvozené výsledky (mapř. rozdíly výsledků dvou různých testů) a průběhy teplot a potřeb energie.


Při výpočtu verifikačních příkladů se používá několik typů modelových místností (jednozónových budov) s různě uspořádanými okny a s různým stíněním, např.:

MOdelová místnost pro příklady 600FF, 650FF, 900FF a 950FF
Modelová místnost pro úlohu 600 a navazující případy
Modelová místnost pro úlohu 620 a navazující
Modelová místnost pro úlohu 620 a navazující případy
Modelová místnost pro úlohu 630 a navazující
Modelová místnost pro úlohu 630 a navazující případy
MOdelová budova se zimní zahradou
Modelová budova se zimní zahradou pro úlohu 960 a navazující případy

Pro obalové konstrukce modelových místností jsou v ASHRAE 140 předepsány konkrétní skladby. Při výpočtech se uvažují různé kombinace lehkých a hmotných konstrukcí, které slouží k ověření citlivosti programu na tepelnou akumulaci místnosti. Režim větrání místností se uvažuje také ve více variantách, stejně tak i velikost vnitřních zisků.

Sledovanými a dále porovnávanými výsledky výpočtu jsou podle situace:

  • minimální, maximální a průměrné roční teploty v místnosti
  • průběhy teplot v místnosti ve vybraných dnech
  • potřeby energie na vytápění a chlazení za rok
  • průběhy potřeb energie na vytápění a chlazení ve vybraný den
  • nejvyšší potřebné topné či chladící výkony během roku
  • množství slunečního záření dopadajícího na určitou plochu a/nebo procházejícího skrz okna.

Kromě výše popsaného zadání uvádí ASHRAE 140 i výsledky verifikačních příkladů zpracované osmi různými zahraničními simulačními programy (ESP, BLAST, DOE-2, SRES, SRES-SUN, S3PAS, TASE a TRNSYS), z nichž lze odvodit, v jakém rozmezí se mohou výsledky pohybovat. Protože většinou nelze úplně jednoznačně určit, který výsledek je ten nejpřesnější, norma nespecifikuje, jaká je maximální přípustná odchylka výsledků testovaného programu od publikovaných rozmezí.


Následující grafy ukazují postupně výsledky jednotlivých verifikačních příkladů vypočtených v programu Energie 2023 a v simulačních programech uvedených v ASHRAE 140.

Roční množství dopadající sluneční energie
Roční množství dopadající sluneční energie
Roční množství sluneční energie procházející nestíněným oknem
Roční množství sluneční energie procházející nestíněným oknem
Roční množství sluneční energie procházející stíněným oknem
Roční množství sluneční energie procházející stíněným oknem
Průměrná roční propustnost slunečního záření okna
Průměrná roční propustnost slunečního záření okna
Roční stínící součinitel pro pevné stínící překážky u okna
Roční stínící součinitel pro pevné stínící překážky u okna
Roční potřeba tepla na vytápění pro místnost s lehkými konstrukcemi
Roční potřeba tepla na vytápění pro místnost s lehkými konstrukcemi
Roční potřeba energie na chlazení pro místnost s lehkými konstrukcemi
Roční potřeba energie na chlazení pro místnost s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje tepla na vytápění
Potřebný výkon zdroje tepla na vytápění pro místnost s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu na chlazení pro místnost s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu na chlazení pro místnost s lehkými konstrukcemi
Roční potřeba tepla na vytápění pro místnost s hmotnými konstrukcemi
Roční potřeba tepla na vytápění pro místnost s hmotnými konstrukcemi
Roční potřeba energie na chlazení pro místnost s hmotnými konstrukcemi
Roční potřeba energie na chlazení pro místnost s hmotnými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje tepla na vytápění v místnosti s hmotnými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje tepla na vytápění pro místnost s hmotnými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu na chlazení pro místnost s hmotnými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu na chlazení pro místnost s hmotnými konstrukcemi
Nejvyšší teplota vnitřního vzduchu během roku - režim free-float (bez TZB)
Nejvyšší teplota vnitřního vzduchu během roku - režim free-float (bez TZB)
Nejnižší teplota vnitřního vzduchu během roku - režim free-float (bez TZB)
Nejnižší teplota vnitřního vzduchu během roku - režim free-float (bez TZB)
Průměrná roční teplota vnitřního vzduchu - režim free-float (bez TZB)
Průměrná roční teplota vnitřního vzduchu - režim free-float (bez TZB)
Vliv stínění jižního okna (rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení pro stíněné a nestíněné okno)
Vliv stínění jižního okna - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení pro stíněné a nestíněné okno
Vliv stínění jižního okna - rozdíl potřebného výkonu zdroje tepla/chladu pro stíněné a nestíněné okno
Vliv stínění jižního okna - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu pro stíněné a nestíněné okno
Vliv změny orientace oken - roční potřeby energie na vytápění a chlazení
Vliv změny orientace oken - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení pro orientaci oken J a V+Z
Vliv změny orientace oken - potřebný výkon zdroje tepla/chladu
Vliv změny orientace oken - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu pro orientaci oken J a V+Z
Vliv stínění západního a východního okna - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení pro stíněná a nestíněná okna
Vliv stínění západního a východního okna - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení se stíněním a bez něj
Vliv stínění západního a východního okna - rozdíl potřebného výkonu zdroje tepla/chladu pro stínění a bez něj
Vliv stínění západního a východního okna - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu se stíněním a bez něj
Vliv tlumeného vytápění - roční potřeba tepla na vytápění
Vliv tlumeného vytápění - rozdíl potřeb tepla na vytápění s útlumem a bez něj
Vliv tlumeného vytápění - rozdíl výkonu zdroje tepla s útlumem a bez něj
Vliv tlumeného vytápění - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla s útlumem a bez něj
Vliv nočního větrání - rozdíl potřeby energie na chlazení s nočním větráním a bez něj
Vliv nočního větrání - rozdíl potřeb energie na chlazení s nočním větráním a bez něj
Vliv nočního větrání - rozdíl potřebného výkonu zdroje chladu s nočním větráním a bez něj
Vliv nočního větrání - rozdíl potřebných výkonů zdroje chladu s nočním větráním a bez něj
Vliv zimní zahrady - rozdíl potřeby energie na vytápění a chlazení se zimní zahradou a bez ní
Vliv zimní zahrady - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení se zimní zahradou a bez ní
Vliv zimní zahrady - rozdíl poyžebného výkonu zdroje tepla/chladu se zimní zahradou a bez ní
Vliv zimní zahrady - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu se zimní zahradou a bez ní
Vliv tepelné setrvačnosti - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení pro lehké a hmotné konstrukce
Vliv tepelné setrvačnosti - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení pro lehké a hmotné konstrukce
Vliv tepelné setrvačnosti - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu pro lehké a hmotné konstrukce
Vliv tepelné setrvačnosti - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu pro lehké a hmotné konstrukce
Vliv solární propustnosti jižního okna - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení s průsvitným a neprůsvitným oknem
Vliv jižního okna - rozdíl potřeb energie na vytápění a chlazení s průsvitným a neprůsvitným oknem
Vliv jižního okna - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu s průsvitným a neprůsvitným oknem
Vliv jižního okna - rozdíl potřebných výkonů zdroje tepla/chladu s průsvitným a neprůsvitným oknem
Potřeba tepla na vytápění pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřeba tepla na vytápění pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřeba energie na chlazení pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřeba energie na chlazení pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje tepla pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje tepla pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřeba tepla na vytápění pro různé varianty místnosti s hmotnými konstrukcemi
Potřeba tepla na vytápění pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřeba energie na chlazení pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřeba energie na chlazení pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje tepla pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje tepla pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Potřebný výkon zdroje chladu pro různé varianty místnosti s lehkými konstrukcemi
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů tepla/chladu pro různé kombinace
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů tepla/chladu pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů tepla/chladu pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů tepla/chladu pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů tepla/chladu pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů chladu pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění pro různé kombinace dvou stavů
Potřeby tepla na vytápění pro různé varianty hodnocené místnosti
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na chlazení pro různé kombinace dvou stavů Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění pro různé kombinace dvou stavů
Potřeby energie na chlazení pro různé varianty hodnocené místnosti
Potřebné výkony zdroje tepla na vytápění pro různé varianty hodnocené místnosti
Potřebné výkony zdroje tepla na vytápění pro různé varianty hodnocené místnosti
Potřebné výkony zdroje chladu na chlazení pro různé varianty hodnocené místnosti
Potřebné výkony zdroje chladu na chlazení pro různé varianty hodnocené místnosti
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřeb energie na vytápění a chlazení pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů tepla/chladu pro různé kombinace dvou stavů
Vliv různých faktorů - rozdíly potřebných výkonů zdrojů tepla/chladu pro různé kombinace dvou stavů
Četnost výskytu teplot vnitřního vzduchu během roku
Četnost výskytu teplot vnitřního vzduchu během roku
Energie slunečního záření dopadající na jižní stěnu - jasná a zatažená obloha
Energie slunečního záření dopadající na jižní stěnu - jasná a zatažená obloha
Energie slunečního záření dopadající na západní stěnu - jasná a zatažená obloha
Energie slunečního záření dopadající na západní stěnu - jasná a zatažená obloha
Průběh teploty vnitřního vzduchu během jasného chladného dne - režeim free-float (bez TZB)
Průběh teploty vnitřního vzduchu během jasného chladného dne - režim free-float (bez TZB)
Průběh teploty vnitřního vzduchu během jasného horkého dne - režim free-float (bez TZB)
Průběh teploty vnitřního vzduchu během jasného horkého dne - režim free-float (bez TZB)
Průběh potřeby energie na vytápění a chlazení během chladného jasného dne
Potřeba energie na vytápění a chlazení během chladného jasného dne - místnost s lehkými konstrukcemi
Průběh potřeby energie na vytápění a chlazení během chladného jasného dne
Potřeba energie na vytápění a chlazení během chladného jasného dne - místnost s hmotnými konstrukcemi

Výsledky programu Energie 2023 se v základních 157 sledovaných parametrech pohybují ve 131 případech (83 %) v mezích uvedených normou ASHRAE 140. Ve 26 základních sledovaných parametrech vykazují odchylku od obvyklého intervalu v rozmezí 0,2 až 23 %. Odchylky nad 10 % byly přitom zjištěny pro případy, kdy byl výsledek publikovaný v ASHRAE 140 vypočten jen jedním dalším programem, nikoli všemi osmi porovnávanými SW.

Zbyněk Svoboda

Komentáře:

Tento článek zatím neobsahuje žádné komentáře.

Přidat komentář

 *
 *
 
 *

*) Povinné položky jsou označeny hvězdičkou.