🏢 Eiddo — gweithrediadau adeilad swyddfa Model byw

Sail — y model y tu ôl i'r rhifau

Pob perthynas a ddefnyddir gan yr efelychydd, gyda'i ffynhonnell. Mae cysonion a farciwyd fel rhagdybiaethau yn galibriadau darluniadol.

Yr adeilad fel rhwydwaith gwres bach: nid oes gan aer yr ystafell a'r arwynebau mewnol unrhyw storfa, ond mae gan y strwythur concrit. Mae gwres yn llifo drwy bob cyswllt yn gymesur â'r gwahaniaeth tymheredd.

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]

Gwerthoedd safonol ar gyfer adeilad trwm: mae'r strwythur yn storio 260 kJ y kelvin am bob m² o lawr ac wedi'i gysylltu'n dynn ag arwynebau'r ystafell. Mae hanner y gwres mewnol yn mynd yn syth i'r aer, a'r gweddill a'r heulwen yn glanio ar arwynebau a màs.

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]

Mae pob metr ciwbig yr eiliad o aer o'r tu allan yn cario 1.2 kW am bob kelvin o wahaniaeth rhwng y tu mewn a'r tu allan.

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

Mae model cysur Fanger yn cydbwyso'r gwres y mae person yn ei gynhyrchu â'r hyn y mae'n ei golli trwy ddarfudiad, ymbelydredd, chwys ac anadl. Mae PMV 0 yn niwtral; ±0.5 yw'r band cysur arferol, lle mae tua 10 % yn dal yn anfodlon.

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]

Gweithdrefn cyfradd awyru ar gyfer swyddfeydd: un rhan i bob person, un rhan i arwynebedd y llawr. Mae rheoli yn ôl y galw yn dilyn y bobl sy'n bresennol mewn gwirionedd.

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]

CO₂ mewn adeilad wedi'i gymysgu'n dda: mae preswylwyr yn ei ychwanegu, mae aer o'r tu allan yn ei wanhau. Mae'r lefel yn anelu at C_out + N·G/Q gydag amser cyson V/Q — tua awr a hanner ar y llif dylunio.

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]

Gwres mewnol: pobl, goleuadau ac offer swyddfa; mae heulwen drwy'r ffenestri yn cyrraedd ei brig yn gynnar yn y prynhawn.

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]Tybiaeth: mae maint yr adeilad, y gragen, capasiti'r offer, dwyseddau enillion gwres, ffracsiwn Carnot, pŵer y ffaniau, yr amserlenni a'r tywydd yn werthoedd darluniadol ar gyfer swyddfa gyffredinol; y perthnasoedd cydbwysedd gwres, cysur, awyru a CO₂ yw'r rhai a gyhoeddwyd.

Mae oerydd yn gweithio'n galetach po boethaf yw hi y tu allan, pwmp gwres po oeraf yw hi — mae'r ddau wedi'u modelu fel ffracsiwn sefydlog o'r effeithlonrwydd delfrydol (Carnot).

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]Tybiaeth: mae maint yr adeilad, y gragen, capasiti'r offer, dwyseddau enillion gwres, ffracsiwn Carnot, pŵer y ffaniau, yr amserlenni a'r tywydd yn werthoedd darluniadol ar gyfer swyddfa gyffredinol; y perthnasoedd cydbwysedd gwres, cysur, awyru a CO₂ yw'r rhai a gyhoeddwyd.

Mae'r mesurydd yn cofnodi pŵer cyfartalog pob 15 munud; mae tâl galw yn bilio'r uchaf, felly un chwarter awr gwael sy'n pennu'r tâl.

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]Tybiaeth: mae maint yr adeilad, y gragen, capasiti'r offer, dwyseddau enillion gwres, ffracsiwn Carnot, pŵer y ffaniau, yr amserlenni a'r tywydd yn werthoedd darluniadol ar gyfer swyddfa gyffredinol; y perthnasoedd cydbwysedd gwres, cysur, awyru a CO₂ yw'r rhai a gyhoeddwyd.

Mae cyn-oeri yn storio 'oerfel' yn y concrit dros nos, pan fo'r oerydd yn effeithlon a'r galw'n isel; yn y prynhawn mae'r strwythur oer yn amsugno gwres y byddai'n rhaid i'r offer ei dynnu fel arall.

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]

Cychwyn gorau posibl: po oeraf yw'r strwythur a'r tywydd, hiraf i gyd yw'r adferiad o'r setback, felly mae'n rhaid i'r offer gychwyn yn gynt o gymaint.

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

Cysonion gweithredu eraill a ddefnyddir gan y model.

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 metTybiaeth: mae maint yr adeilad, y gragen, capasiti'r offer, dwyseddau enillion gwres, ffracsiwn Carnot, pŵer y ffaniau, yr amserlenni a'r tywydd yn werthoedd darluniadol ar gyfer swyddfa gyffredinol; y perthnasoedd cydbwysedd gwres, cysur, awyru a CO₂ yw'r rhai a gyhoeddwyd.

Ar hap: cynhyrchydd mulberry32 â hedyn; dosbarthiadau a ddefnyddir — unffurf, esbonyddol (CDF gwrthdro), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Dangosir yr hedyn a gellir ei rannu.

Ffynonellau

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