Simulator WIA SOOM

Hartanah — operasi bangunan pejabat Model langsung

Anda ialah pengurus kemudahan sebuah bangunan pejabat lima tingkat dengan struktur konkrit berat, loji penyejukan di atas bumbung, pam haba dan unit pengendali udara pusat. Setiap 15 minit model mengira haba yang mengalir antara udara luar, udara bilik, permukaan dan jisim bangunan (kaedah jam ISO 13790), apa yang mesti dibekalkan loji, elektrik yang diambilnya, berapa banyak CO₂ yang dihembus keluar penghuni dan betapa selesanya mereka (PMV/PPD, ISO 7730). Simulasi pendidikan sahaja — angka tarif dan bangunan hanyalah ilustrasi, bukan nasihat kejuruteraan atau kewangan.

Apa yang akan anda pelajari

Simulator

Masa 0 min
00:00 · Suhu udara bilik 21.9 °C · Sensasi terma (PMV) -0.84 · Ramalan tidak berpuas hati (PPD) 20% · CO₂ dalaman 450 ppm · Permintaan bangunan (15 min) 0 kW · Permintaan puncak pengebilan 0 kW · Orang dalam bangunan 0■Loji matiCOP 0.0 · ⏱ 00:001F↓2F↓3F↓4F↓5F↓Titik set penyejukan 24.0 °CTitik set pemanasan 21.0 °C · Masa mula loji 7.0 hUdara luar 0 L/s · Tetap (aliran reka bentuk)🌡 16.9 °C → 21.9 °C · Suhu permukaan 21.9 °CCO₂ 450 ppmPermintaan bangunan (15 min) 0 kW│ = Permintaan puncak pengebilan 0 kWElektrik digunakan 0 kWhSensasi terma (PMV) -0.84Ramalan tidak berpuas hati (PPD) 20%Orang dalam bangunan 0
  • Selesa (PMV −0.5…+0.5)
  • Terlalu sejuk (PMV di bawah −0.5)
  • Terlalu hangat (PMV +0.5…+1)
  • Panas (PMV melebihi +1)
  • Penyejukan
  • Pemanasan
  • Kira-kira 12 orang

Kawalan

Suhu udara bilik yang dituju loji semasa mod penghunian. Turunkan sebelum orang tiba untuk prapenyejukan struktur; naikkan semasa puncak tarif.

Suhu udara bilik yang dikekalkan pam haba dalam mod penghunian. Sentiasa sekurang-kurangnya 1 °C di bawah titik set penyejukan.

Jam apabila mod penghunian bermula (kakitangan tiba dari 07:30, pengudaraan dari 08:00, berhenti pada 18:00). Sebelum 08:00 damper udara luar kekal tertutup supaya loji hanya memanaskan atau menyejukkan bangunan. Di luar mod penghunian suhu bangunan berubah bebas antara 15 dan 30 °C. Arahan mula bersifat mengunci: apabila loji sudah bermula untuk hari itu, mengubah tetapan ini tiada kesan sehingga selepas 18:00.

Tetap = aliran reka bentuk untuk 250 orang (2,125 L/s). Dikawal permintaan = 2.5 L/s bagi setiap orang yang hadir + 0.3 L/s bagi setiap m². Bilas udara (purge) = 100 % udara luar (6,000 L/s) — CO₂ paling rendah, kos pemanasan atau penyejukan paling tinggi.

Apabila udara luar lebih sejuk daripada bilik dan penyejukan diperlukan, masukkan lebih banyak udara luar (sehingga 6,000 L/s) sebagai ganti menjalankan pemampat.

Menghadkan keluaran penyejukan dan pemanasan pada bahagian kapasiti ini. Mengurangkan puncak elektrik, tetapi suhu bilik terpesong jika bebannya lebih besar.

Penunjuk

Permintaan puncak pengebilan
0kW
normal
Ramalan tidak berpuas hati (PPD)
20%
amaran
CO₂ dalaman
450ppm
normal
Permintaan bangunan (15 min)
0kW
normal
Sensasi terma (PMV)-0.84
Suhu udara bilik21.9 °C
Suhu operatif21.9 °C
Suhu permukaan21.9 °C
Suhu struktur22.0 °C
Suhu luar16.9 °C
Elektrik digunakan0 kWh
Orang dalam bangunan0
Udara luar0 L/s
Penyejukan dibekalkan0 kW
Pemanasan dibekalkan0 kW
COP loji0.00
Titik set tidak dicapai sebanyak0.0 K

Aliran

Permintaan puncak pengebilan: — kW4000

Senario krisis

Tahap 1 · Orang ramai seminar pada hari sejuk

Hari musim bunga yang sejuk (sekitar 0–6 °C). Pada 13:00 kira-kira 400 tetamu tiba untuk seminar di bangunan itu dan pulang pada 17:00 — bangunan akan menampung sekitar 600 orang dan bukannya 210. Kekalkan CO₂ dalaman pada atau di bawah 1,000 ppm sepanjang hari bekerja, tanpa membazir tenaga atau menaikkan puncak permintaan. Pengudaraan berada pada aliran reka bentuk tetap.

  • CO₂ dalaman ≤ 1,000 ppm sepanjang hari bekerja
  • Elektrik digunakan ≤ 1,110 kWh
  • Permintaan tidak pernah melebihi 120 kW

Tahap 2 · Pagi Isnin selepas hujung minggu yang sejuk

Isnin, tengah malam, purata −7 °C. Sepanjang hujung minggu bangunan dikekalkan pada setback 15 °C, maka struktur konkrit berada pada kira-kira 14 °C. Kakitangan tiba dari 07:30. Loji dijadualkan bermula pada 07:00 seperti biasa. Jadikan bangunan selesa dari 08:00 (PPD ≤ 10 %) sambil mengawal puncak permintaan pagi dan bil tenaga.

  • PPD ≤ 10 % dari 08:00 hingga 12:00
  • Permintaan tidak pernah melebihi 195 kW
  • Elektrik digunakan ≤ 1,760 kWh menjelang 14:00

Tahap 3 · Puncak musim panas dan caj permintaan

Hari gelombang haba: 24 °C pada waktu subuh, 36 °C pada petang, matahari terik. Caj permintaan tarif ditetapkan oleh permintaan 15 minit tertinggi antara 13:00 dan 17:00. Kekalkan puncak itu pada atau di bawah 148 kW sementara penghuni kekal selesa (PPD purata ≤ 9.5 %, tidak pernah melebihi 15 %) dan elektrik hari itu kekal hampir dengan apa yang anda akan gunakan juga. Loji bermula pada 07:00 dengan titik set 24 °C.

  • Permintaan ≤ 148 kW semasa 13:00–17:00
  • PPD purata ≤ 9.5 % dalam waktu bekerja
  • PPD tidak pernah melebihi 15 %
  • Elektrik digunakan ≤ 1,920 kWh

Asas — model di sebalik angka

Setiap hubungan yang digunakan simulator, beserta sumbernya. Pemalar yang ditandakan sebagai andaian ialah penentukuran ilustrasi.

Bangunan sebagai rangkaian haba kecil: udara bilik dan permukaan dalam tidak mempunyai storan, struktur konkrit ada. Haba mengalir melalui setiap pautan berkadar dengan perbezaan suhu.
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]
Nilai piawai untuk bangunan berat: struktur menyimpan 260 kJ bagi setiap kelvin untuk setiap m² lantai dan terganding rapat dengan permukaan bilik. Separuh haba dalaman terus masuk ke udara, selebihnya dan cahaya matahari jatuh pada permukaan dan jisim.
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]
Setiap meter padu sesaat udara luar membawa 1.2 kW bagi setiap kelvin perbezaan antara dalam dan luar.
H_ve = ρc·(Q_oa + Q_inf), ρc = 1200 J/(m³K)[1]
Model keselesaan Fanger mengimbangkan haba yang dihasilkan seseorang dengan yang hilang melalui perolakan, sinaran, peluh dan pernafasan. PMV 0 ialah neutral; ±0.5 ialah jalur keselesaan lazim, di mana kira-kira 10 % masih tidak berpuas hati.
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]
Prosedur kadar pengudaraan untuk pejabat: satu bahagian bagi setiap orang, satu bahagian bagi setiap luas lantai. Kawalan permintaan mengikut orang yang benar-benar hadir.
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 dalam bangunan yang bercampur baik: penghuni menambahnya, udara luar mencairkannya. Paras menuju C_out + N·G/Q dengan pemalar masa V/Q — kira-kira sejam setengah pada aliran reka bentuk.
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]
Haba dalaman: orang, lampu dan peralatan pejabat; cahaya matahari melalui tingkap memuncak pada awal petang.
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]Andaian: saiz bangunan, sampul, kapasiti loji, ketumpatan perolehan haba, pecahan Carnot, kuasa kipas, jadual dan cuaca ialah nilai ilustrasi untuk pejabat generik; hubungan imbangan haba, keselesaan, pengudaraan dan CO₂ ialah yang diterbitkan.
Chiller bekerja lebih keras apabila di luar lebih panas, pam haba apabila lebih sejuk — kedua-duanya dimodelkan sebagai pecahan tetap kecekapan unggul (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]Andaian: saiz bangunan, sampul, kapasiti loji, ketumpatan perolehan haba, pecahan Carnot, kuasa kipas, jadual dan cuaca ialah nilai ilustrasi untuk pejabat generik; hubungan imbangan haba, keselesaan, pengudaraan dan CO₂ ialah yang diterbitkan.
Meter merekod kuasa purata setiap 15 minit; caj permintaan mengebil yang tertinggi, jadi satu suku jam yang buruk menetapkan caj itu.
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]Andaian: saiz bangunan, sampul, kapasiti loji, ketumpatan perolehan haba, pecahan Carnot, kuasa kipas, jadual dan cuaca ialah nilai ilustrasi untuk pejabat generik; hubungan imbangan haba, keselesaan, pengudaraan dan CO₂ ialah yang diterbitkan.
Prapenyejukan menyimpan “kedinginan” dalam konkrit pada waktu malam, apabila chiller cekap dan permintaan rendah; pada waktu petang struktur yang sejuk menyerap haba yang sebaliknya perlu dikeluarkan loji.
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]
Permulaan optimum: semakin sejuk struktur dan cuaca, semakin lama pemulihan daripada setback, jadi loji mesti bermula lebih awal sebanyak itu.
recovery time after setback grows with (θ_set − θm) and with colder weather; plant start = occupancy − recovery time[12][1]
Pemalar operasi lain yang digunakan oleh 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 metAndaian: saiz bangunan, sampul, kapasiti loji, ketumpatan perolehan haba, pecahan Carnot, kuasa kipas, jadual dan cuaca ialah nilai ilustrasi untuk pejabat generik; hubungan imbangan haba, keselesaan, pengudaraan dan CO₂ ialah yang diterbitkan.

Keberawakan: penjana mulberry32 berbenih; taburan yang digunakan — seragam, eksponen (CDF songsang), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Benih dipaparkan dan boleh dikongsi.

Sumber

  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

Siapa yang melakukan ini sebagai kerjaya

Model pendidikan — bukan untuk keputusan operasi. Tapak sebenar menentukur setiap pemalar mengikut peralatan dan data mereka sendiri.