🏢 Real estate — operasyon ng gusaling opisina Live na modelo

Batayan — ang modelo sa likod ng mga numero

Bawat ugnayang ginagamit ng simulator, kasama ang pinagmulan nito. Ang mga constant na minarkahang palagay ay mga halimbawang calibration.

Ang gusali bilang maliit na heat network: ang hangin sa kuwarto at mga panloob na ibabaw ay walang imbakan, ang kongkretong istruktura ay mayroon. Dumadaloy ang init sa bawat ugnayan nang proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura.

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]

Mga karaniwang halaga para sa mabigat na gusali: nag-iimbak ang istruktura ng 260 kJ kada kelvin sa bawat m² ng sahig at mahigpit na nakakabit sa mga ibabaw ng kuwarto. Kalahati ng panloob na init ay diretso sa hangin, ang iba pa at ang sikat ng araw ay napupunta sa mga ibabaw at mass.

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]

Bawat cubic meter kada segundo ng hangin sa labas ay may dalang 1.2 kW sa bawat kelvin ng pagkakaiba sa loob at labas.

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

Binabalanse ng comfort model ni Fanger ang init na nililikha ng isang tao laban sa nawawala sa kanya sa convection, radiation, pawis at hininga. Ang PMV 0 ay neutral; ang ±0.5 ang karaniwang comfort band, kung saan mga 10 % ay hindi pa rin nasisiyahan.

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]

Ventilation rate procedure para sa mga opisina: isang bahagi kada tao, isang bahagi kada lawak ng sahig. Sinusunod ng demand control ang mga taong talagang naroroon.

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 sa isang mahusay na magkahalong gusali: dinaragdagan ito ng mga taong naroroon, pinalalabnaw ito ng hangin sa labas. Papunta ang antas sa C_out + N·G/Q na may time constant na V/Q — mga isa't kalahating oras sa design flow.

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]

Panloob na init: mga tao, ilaw at kagamitan sa opisina; ang sikat ng araw sa mga bintana ay pinakamataas sa maagang hapon.

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]Palagay: ang laki ng gusali, envelope, kapasidad ng plant, densidad ng heat gain, ang Carnot fraction, lakas ng fan, mga iskedyul at panahon ay mga halimbawang halaga para sa pangkaraniwang opisina; ang mga ugnayan ng heat balance, ginhawa, ventilation at CO₂ ay yaong mga nailathala.

Mas nagtatrabaho ang chiller kapag mas mainit sa labas, ang heat pump naman kapag mas malamig — parehong imomodelo bilang nakapirming bahagi ng ideyal (Carnot) na efficiency.

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]Palagay: ang laki ng gusali, envelope, kapasidad ng plant, densidad ng heat gain, ang Carnot fraction, lakas ng fan, mga iskedyul at panahon ay mga halimbawang halaga para sa pangkaraniwang opisina; ang mga ugnayan ng heat balance, ginhawa, ventilation at CO₂ ay yaong mga nailathala.

Itinatala ng meter ang average na lakas sa bawat 15 minuto; sinisingil ng demand charge ang pinakamataas, kaya isang masamang quarter-hour ang nagtatakda ng singil.

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]Palagay: ang laki ng gusali, envelope, kapasidad ng plant, densidad ng heat gain, ang Carnot fraction, lakas ng fan, mga iskedyul at panahon ay mga halimbawang halaga para sa pangkaraniwang opisina; ang mga ugnayan ng heat balance, ginhawa, ventilation at CO₂ ay yaong mga nailathala.

Nag-iimbak ang pre-cooling ng ‘lamig’ sa kongkreto sa gabi, kapag episyente ang chiller at mababa ang demand; sa hapon, sinisipsip ng malamig na istruktura ang init na kung hindi ay kailangang alisin ng plant.

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]

Optimal start: habang mas malamig ang istruktura at panahon, mas mahaba ang pagbawi mula sa setback, kaya mas maaga dapat magsimula ang plant.

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

Iba pang operating constant na ginagamit ng modelo.

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 metPalagay: ang laki ng gusali, envelope, kapasidad ng plant, densidad ng heat gain, ang Carnot fraction, lakas ng fan, mga iskedyul at panahon ay mga halimbawang halaga para sa pangkaraniwang opisina; ang mga ugnayan ng heat balance, ginhawa, ventilation at CO₂ ay yaong mga nailathala.

Randomness: isang seeded na mulberry32 generator; mga distribusyong ginamit — uniform, exponential (inverse CDF), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Ipinapakita at maibabahagi ang seed.

Mga pinagmulan

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