🏢 റിയൽ എസ്റ്റേറ്റ് — ഓഫീസ് കെട്ടിട പ്രവർത്തനം ലൈവ് മോഡൽ

അടിസ്ഥാനം — സംഖ്യകൾക്ക് പിന്നിലെ മോഡൽ

സിമുലേറ്റർ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഓരോ ബന്ധവും അതിന്റെ ഉറവിടം സഹിതം. അനുമാനങ്ങളായി അടയാളപ്പെടുത്തിയ സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ ഉദാഹരണത്തിനുള്ള കാലിബ്രേഷനുകളാണ്.

കെട്ടിടം ഒരു ചെറിയ താപ ശൃംഖലയായി: മുറിയിലെ വായുവിനും ആന്തരിക പ്രതലങ്ങൾക്കും സംഭരണമില്ല, കോൺക്രീറ്റ് ഘടനയ്ക്കുണ്ട്. താപനില വ്യത്യാസത്തിന് ആനുപാതികമായി താപം ഓരോ കണ്ണിയിലൂടെയും ഒഴുകുന്നു.

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]

ഭാരമുള്ള കെട്ടിടത്തിനുള്ള സാധാരണ മൂല്യങ്ങൾ: ഘടന തറയുടെ ഓരോ m²-നും ഓരോ കെൽവിനിനും 260 kJ സംഭരിക്കുകയും മുറിയിലെ പ്രതലങ്ങളുമായി ശക്തമായി ബന്ധിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ആന്തരിക താപത്തിന്റെ പകുതി നേരിട്ട് വായുവിലേക്ക് പോകുന്നു, ബാക്കിയും സൂര്യപ്രകാശവും പ്രതലങ്ങളിലും പിണ്ഡത്തിലും വീഴുന്നു.

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]

സെക്കൻഡിൽ ഓരോ ക്യുബിക് മീറ്റർ പുറംവായുവും അകത്തും പുറത്തും തമ്മിലുള്ള ഓരോ കെൽവിൻ വ്യത്യാസത്തിനും 1.2 kW വഹിക്കുന്നു.

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

ഫാംഗറുടെ സുഖ മോഡൽ ഒരു വ്യക്തി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന താപത്തെ സംവഹനം, വികിരണം, വിയർപ്പ്, ശ്വാസം എന്നിവയിലൂടെ നഷ്ടപ്പെടുന്നതുമായി സന്തുലിതമാക്കുന്നു. PMV 0 നിഷ്പക്ഷമാണ്; ±0.5 ആണ് സാധാരണ സുഖ ബാൻഡ്, അവിടെ ഏകദേശം 10 % പേർ ഇപ്പോഴും അസംതൃപ്തരാണ്.

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]

ഓഫീസുകൾക്കുള്ള വെന്റിലേഷൻ നിരക്ക് നടപടിക്രമം: ഒരു ഭാഗം ഓരോ വ്യക്തിക്കും, ഒരു ഭാഗം തറവിസ്തീർണ്ണത്തിനും. ഡിമാൻഡ് നിയന്ത്രണം യഥാർത്ഥത്തിൽ ഉള്ള ആളുകളെ പിന്തുടരുന്നു.

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]

നന്നായി കലർന്ന കെട്ടിടത്തിലെ CO₂: താമസക്കാർ അത് ചേർക്കുന്നു, പുറംവായു അതിനെ നേർപ്പിക്കുന്നു. നില C_out + N·G/Q-ലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, സമയ സ്ഥിരാങ്കം V/Q — ഡിസൈൻ ഫ്ലോയിൽ ഏകദേശം ഒന്നര മണിക്കൂർ.

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]

ആന്തരിക താപം: ആളുകൾ, ലൈറ്റുകൾ, ഓഫീസ് ഉപകരണങ്ങൾ; ജനലുകളിലൂടെയുള്ള സൂര്യപ്രകാശം ഉച്ചകഴിഞ്ഞ് തുടക്കത്തിൽ ഉച്ചസ്ഥായിയിലെത്തുന്നു.

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]അനുമാനം: കെട്ടിടത്തിന്റെ വലിപ്പം, ആവരണം, പ്ലാന്റ് ശേഷികൾ, താപ നേട്ട സാന്ദ്രതകൾ, കാർനോ അംശം, ഫാൻ പവർ, ഷെഡ്യൂളുകൾ, കാലാവസ്ഥ എന്നിവ ഒരു സാധാരണ ഓഫീസിനുള്ള ഉദാഹരണ മൂല്യങ്ങളാണ്; താപ സന്തുലനം, സുഖം, വെന്റിലേഷൻ, CO₂ ബന്ധങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ടവയാണ്.

പുറത്ത് ചൂട് കൂടുന്തോറും ചില്ലറും തണുപ്പ് കൂടുന്തോറും ഹീറ്റ് പമ്പും കൂടുതൽ അധ്വാനിക്കണം — രണ്ടും ആദർശ (കാർനോ) കാര്യക്ഷമതയുടെ സ്ഥിര അംശമായി മോഡൽ ചെയ്തിരിക്കുന്നു.

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]അനുമാനം: കെട്ടിടത്തിന്റെ വലിപ്പം, ആവരണം, പ്ലാന്റ് ശേഷികൾ, താപ നേട്ട സാന്ദ്രതകൾ, കാർനോ അംശം, ഫാൻ പവർ, ഷെഡ്യൂളുകൾ, കാലാവസ്ഥ എന്നിവ ഒരു സാധാരണ ഓഫീസിനുള്ള ഉദാഹരണ മൂല്യങ്ങളാണ്; താപ സന്തുലനം, സുഖം, വെന്റിലേഷൻ, CO₂ ബന്ധങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ടവയാണ്.

മീറ്റർ ഓരോ 15 മിനിറ്റിലെയും ശരാശരി പവർ രേഖപ്പെടുത്തുന്നു; ഡിമാൻഡ് ചാർജ് ഏറ്റവും ഉയർന്നതിന് ബിൽ ചെയ്യുന്നു, അതിനാൽ ഒരൊറ്റ മോശം കാൽ മണിക്കൂർ ചാർജ് നിശ്ചയിക്കുന്നു.

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]അനുമാനം: കെട്ടിടത്തിന്റെ വലിപ്പം, ആവരണം, പ്ലാന്റ് ശേഷികൾ, താപ നേട്ട സാന്ദ്രതകൾ, കാർനോ അംശം, ഫാൻ പവർ, ഷെഡ്യൂളുകൾ, കാലാവസ്ഥ എന്നിവ ഒരു സാധാരണ ഓഫീസിനുള്ള ഉദാഹരണ മൂല്യങ്ങളാണ്; താപ സന്തുലനം, സുഖം, വെന്റിലേഷൻ, CO₂ ബന്ധങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ടവയാണ്.

പ്രീ-കൂളിംഗ് രാത്രിയിൽ, ചില്ലർ കാര്യക്ഷമവും ഡിമാൻഡ് കുറവുമായിരിക്കുമ്പോൾ, കോൺക്രീറ്റിൽ ‘തണുപ്പ്’ സംഭരിക്കുന്നു; ഉച്ചകഴിഞ്ഞ് തണുത്ത ഘടന, അല്ലാത്തപക്ഷം പ്ലാന്റ് നീക്കം ചെയ്യേണ്ടിവരുമായിരുന്ന താപം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു.

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]

ഒപ്റ്റിമൽ സ്റ്റാർട്ട്: ഘടനയും കാലാവസ്ഥയും എത്ര തണുത്തതാണോ, സെറ്റ്ബാക്കിൽ നിന്നുള്ള വീണ്ടെടുപ്പ് അത്രയും നീളും, അതിനാൽ പ്ലാന്റ് അത്രയും നേരത്തെ ആരംഭിക്കണം.

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

മോഡൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മറ്റ് പ്രവർത്തന സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ.

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 metഅനുമാനം: കെട്ടിടത്തിന്റെ വലിപ്പം, ആവരണം, പ്ലാന്റ് ശേഷികൾ, താപ നേട്ട സാന്ദ്രതകൾ, കാർനോ അംശം, ഫാൻ പവർ, ഷെഡ്യൂളുകൾ, കാലാവസ്ഥ എന്നിവ ഒരു സാധാരണ ഓഫീസിനുള്ള ഉദാഹരണ മൂല്യങ്ങളാണ്; താപ സന്തുലനം, സുഖം, വെന്റിലേഷൻ, CO₂ ബന്ധങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ടവയാണ്.

ക്രമരാഹിത്യം: സീഡ് ഉള്ള mulberry32 ജനറേറ്റർ; ഉപയോഗിക്കുന്ന വിതരണങ്ങൾ — യൂണിഫോം, എക്സ്പോണൻഷ്യൽ (ഇൻവേഴ്സ് CDF), നോർമൽ (Box–Muller), പോയിസൺ (Knuth). സീഡ് കാണിക്കുകയും പങ്കിടാൻ കഴിയുകയും ചെയ്യും.

ഉറവിടങ്ങൾ

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