🏢 ሪል እስቴት — የቢሮ ሕንፃ አሠራር ቀጥታ ሞዴል

መሠረት — ከቁጥሮቹ በስተጀርባ ያለው ሞዴል

ሲሙሌተሩ የሚጠቀምበት እያንዳንዱ ግንኙነት ከምንጩ ጋር። በግምት የተመለከቱ ቋሚዎች ማሳያ ማስተካከያዎች ናቸው።

ሕንፃው እንደ ትንሽ የሙቀት መረብ፦ የክፍል አየርና የውስጥ ገጽታዎች ማከማቻ የላቸውም፣ የኮንክሪት መዋቅሩ አለው። ሙቀት በእያንዳንዱ ግንኙነት ከሙቀት ልዩነት ጋር በተመጣጣኝ ይፈሳል።

air: H_ve(θo − θa) + H_is(θs − θa) + Φ_ia + Φ_HC = 0; surface: H_is(θa − θs) + H_w(θo − θs) + H_ms(θm − θs) + Φ_st = 0; mass: C_m·dθm/dt = H_ms(θs − θm) + H_em(θo − θm) + Φ_m[1][2]

ለከባድ ሕንፃ መደበኛ እሴቶች፦ መዋቅሩ ለእያንዳንዱ የወለል m² በአንድ ኬልቪን 260 kJ ያከማቻል እና ከክፍሉ ገጽታዎች ጋር በጥብቅ ተያይዟል። የውስጥ ሙቀት ግማሹ በቀጥታ ወደ አየር ይገባል፣ የቀረው እና ፀሐይ በገጽታዎችና በጅምላ ላይ ያርፋሉ።

C_m = 260 000·A_f J/K, A_m = 3.0·A_f, A_tot = 4.5·A_f, H_is = 3.45·A_tot, H_ms = 9.1·A_m (W/K); Φ_ia = 0.5·Φ_int, Φ_m = (A_m/A_tot)(0.5·Φ_int + Φ_sol)[1][2]

በሰከንድ እያንዳንዱ ኪዩቢክ ሜትር የውጭ አየር በውስጥና በውጭ መካከል ለእያንዳንዱ ኬልቪን ልዩነት 1.2 kW ይሸከማል።

H_ve = ρc·(Q_oa + Q_inf), ρc = 1200 J/(m³K)[1]

የፋንገር የምቾት ሞዴል ሰው የሚያመነጨውን ሙቀት በኮንቬክሽን፣ በጨረር፣ በላብ እና በትንፋሽ ከሚያጣው ጋር ያመዛዝናል። PMV 0 ገለልተኛ ነው፤ ±0.5 የተለመደው የምቾት ባንድ ነው፣ እዚያም ወደ 10 % አሁንም ደስተኛ አይደሉም።

PMV = (0.303·e^(−0.036M) + 0.028)·[(M − W) − heat losses(θa, θ_r, v, p_a, I_cl)], θ_r ≈ θs; PPD = 100 − 95·exp(−0.03353·PMV⁴ − 0.2179·PMV²)[3][4]

ለቢሮዎች የአየር ማናፈሻ መጠን ሂደት፦ አንድ ክፍል ለአንድ ሰው፣ አንድ ክፍል ለወለል ስፋት። የፍላጎት ቁጥጥር በእውነት የሚገኙ ሰዎችን ይከተላል።

V_bz = R_p·N + R_a·A = 2.5 L/s·N + 0.3 L/s·m²·A; fixed = V_bz(design 250 people) = 2,125 L/s; DCV = V_bz(N present); purge = 100 % outdoor air (6 m³/s, the AHU limit)[5]

በደንብ በተደባለቀ ሕንፃ ውስጥ CO₂፦ ነዋሪዎች ይጨምሩታል፣ የውጭ አየር ያቀልለዋል። ደረጃው ወደ C_out + N·G/Q ያመራል፣ በV/Q የጊዜ ቋሚ — በንድፍ ፍሰት ወደ አንድ ሰዓት ተኩል።

V·dC/dt = Q(C_out − C) + N·G, G = 0.0048 L/s; C_ss = C_out + N·G/Q, τ = V/Q[6][5][7]

የውስጥ ሙቀት፦ ሰዎች፣ መብራቶች እና የቢሮ መሣሪያዎች፤ በመስኮቶች የሚገባ ፀሐይ ከሰዓት በኋላ ቀድሞ ጫፍ ላይ ይደርሳል።

Φ_int = 75 W·N + lights 7 W/m² + plugs 10 W/m²·(0.25 + 0.75·N/250); Φ_sol = 100 kW·sin(π(h − 6)/13)·cloud[8]ግምት፦ የሕንፃው መጠን፣ ሽፋን፣ የጣቢያ አቅሞች፣ የሙቀት ጭማሪ ጥግግቶች፣ የካርኖ ክፍል፣ የማራገቢያ ኃይል፣ መርሐ ግብሮች እና የአየር ሁኔታ ለአጠቃላይ ቢሮ የሚሆኑ ማሳያ እሴቶች ናቸው፤ የሙቀት ሚዛን፣ የምቾት፣ የአየር ማናፈሻ እና የCO₂ ግንኙነቶች የታተሙት ናቸው።

ቺለር ውጭ ሲሞቅ የበለጠ ይሠራል፣ የሙቀት ፓምፕ ሲቀዘቅዝ — ሁለቱም እንደ ተስማሚው (ካርኖ) ቅልጥፍና ቋሚ ክፍል ተመስለዋል።

COP_cool = 0.45·T_e/(T_c − T_e), T_e = 5 °C, T_c = θo + 12 K; COP_heat = 0.45·T_c/(T_c − T_e), T_c = 45 °C, T_e = θo − 8 K[9]ግምት፦ የሕንፃው መጠን፣ ሽፋን፣ የጣቢያ አቅሞች፣ የሙቀት ጭማሪ ጥግግቶች፣ የካርኖ ክፍል፣ የማራገቢያ ኃይል፣ መርሐ ግብሮች እና የአየር ሁኔታ ለአጠቃላይ ቢሮ የሚሆኑ ማሳያ እሴቶች ናቸው፤ የሙቀት ሚዛን፣ የምቾት፣ የአየር ማናፈሻ እና የCO₂ ግንኙነቶች የታተሙት ናቸው።

ሜትሩ የእያንዳንዱን 15 ደቂቃ አማካይ ኃይል ይመዘግባል፤ የፍላጎት ክፍያ ከፍተኛውን ያስከፍላል፣ ስለዚህ አንድ መጥፎ ሩብ ሰዓት ክፍያውን ይወስናል።

P = Q_cool/COP_cool + Q_heat/COP_heat + fans (6 kW + 1.5 kW per m³/s outdoor air) + lights + plugs; billing demand = max over 15-min intervals of P[11]ግምት፦ የሕንፃው መጠን፣ ሽፋን፣ የጣቢያ አቅሞች፣ የሙቀት ጭማሪ ጥግግቶች፣ የካርኖ ክፍል፣ የማራገቢያ ኃይል፣ መርሐ ግብሮች እና የአየር ሁኔታ ለአጠቃላይ ቢሮ የሚሆኑ ማሳያ እሴቶች ናቸው፤ የሙቀት ሚዛን፣ የምቾት፣ የአየር ማናፈሻ እና የCO₂ ግንኙነቶች የታተሙት ናቸው።

አስቀድሞ ማቀዝቀዝ ‘ቅዝቃዜን’ በሌሊት በኮንክሪት ውስጥ ያከማቻል፣ ቺለሩ ቀልጣፋ እና ፍላጎት ዝቅተኛ ሲሆን፤ ከሰዓት በኋላ የቀዘቀዘው መዋቅር ጣቢያው ሊያስወግደው የነበረውን ሙቀት ይወስዳል።

cool the mass before the peak (θm ↓), then raise the setpoint: H_ms(θs − θm) absorbs part of the afternoon gain instead of the plant[10]

ምርጥ ጅምር፦ መዋቅሩና የአየር ሁኔታው በቀዘቀዙ መጠን ከዝቅ ማድረግ ማገገሙ ይረዝማል፣ ስለዚህ ጣቢያው በዚያው መጠን ቀድሞ መጀመር አለበት።

recovery time after setback grows with (θ_set − θm) and with colder weather; plant start = occupancy − recovery time[12][1]

ሞዴሉ የሚጠቀምባቸው ሌሎች የአሠራር ቋሚዎች።

5,000 m² office, 3 m storeys · windows 800 m² at U 1.8 (H_w 1,440 W/K), opaque envelope 1,000 W/K, infiltration 0.1 ACH · cooling capacity 350 kW, heat pump 300 kW (thermal) · unoccupied limits 15/30 °C · occupancy 07:30–18:30, attendance ~ N(85 %, 5 %) · outdoor temperature cosine + N(0, 0.8 K) hourly · RH 50 %, 0.1 m/s, 1.2 metግምት፦ የሕንፃው መጠን፣ ሽፋን፣ የጣቢያ አቅሞች፣ የሙቀት ጭማሪ ጥግግቶች፣ የካርኖ ክፍል፣ የማራገቢያ ኃይል፣ መርሐ ግብሮች እና የአየር ሁኔታ ለአጠቃላይ ቢሮ የሚሆኑ ማሳያ እሴቶች ናቸው፤ የሙቀት ሚዛን፣ የምቾት፣ የአየር ማናፈሻ እና የCO₂ ግንኙነቶች የታተሙት ናቸው።

አጋጣሚነት፦ ዘር ያለው የ mulberry32 አመንጪ፤ ጥቅም ላይ የዋሉ ስርጭቶች — ወጥ፣ ገላጭ (የተገላቢጦሽ CDF)፣ መደበኛ (ቦክስ–ሙለር)፣ ፖይሰን (ክኑት)። ዘሩ ይታያል፤ ሊጋራም ይችላል።

ምንጮች

1. ISO 13790:2008 — Energy performance of buildings — Calculation of energy use for space heating and cooling (simple hourly method, 5R1C network, Annex C; Table 12 mass classes) — International Organization for Standardization, 2008
2. Modelica Buildings Library — Buildings.ThermalZones.ISO13790 (Zone5R1C: h_is = 3.45, h_ms = 9.1 W/m²K, gain split; mass classes, e.g. Data.Heavy: 260 000 J/(K·m²), mass area factor 3.0) — Lawrence Berkeley National Laboratory
3. ISO 7730:2005 — Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices (Annex D program, Table D.1 check values) — International Organization for Standardization, 2005
4. ANSI/ASHRAE Standard 55 — Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy (PMV −0.5…+0.5 comfort zone, PPD < 10 %) — ASHRAE, 2020
5. ANSI/ASHRAE Standard 62.1 — Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality (Table 6-1, office space: R_p = 5 cfm (2.5 L/s) per person, R_a = 0.06 cfm/ft² (0.3 L/s·m²), 5 people / 1000 ft²; demand-controlled ventilation) — ASHRAE, 2022
6. A. Persily, L. de Jonge — Carbon dioxide generation rates for building occupants (office occupants ≈ 0.0048 L/s per person; steady-state ΔC = G/Q) — Indoor Air 27(5):868–879, 2017
7. 실내공기질 관리법 시행규칙 별표 2 — 실내공기질 유지기준 (이산화탄소 1,000 ppm 이하) — 대한민국 환경부 (국가법령정보센터)
8. ASHRAE Handbook — Fundamentals, Chapter 18 Nonresidential Cooling and Heating Load Calculations (Table 1: moderately active office work, sensible ≈ 75 W per person) — ASHRAE, 2021
9. Y. A. Çengel, M. A. Boles — Thermodynamics: An Engineering Approach (reversed Carnot cycle: COP_R = T_L/(T_H − T_L), COP_HP = T_H/(T_H − T_L)) — McGraw-Hill, 9th ed., 2019
10. J. E. Braun — Load Control Using Building Thermal Mass (pre-cooling and setpoint adjustment to shift and reduce peak cooling demand) — ASME Journal of Solar Energy Engineering 125(3):292–301, 2003
11. J. McLaren, S. Mullendore — Identifying Potential Markets for Behind-the-Meter Battery Energy Storage: A Survey of U.S. Demand Charges (demand charge on the highest metered interval demand, kW) — NREL / Clean Energy Group, NREL/BR-6A20-68963, 2017
12. J. E. Seem, P. R. Armstrong, C. E. Hancock — Algorithms for predicting recovery time from night setback (optimal start) — ASHRAE Transactions 95(2), 1989