🏢 Mali isiyohamishika — uendeshaji wa jengo la ofisi Modeli hai
Wewe ni meneja wa kituo cha jengo la ofisi la ghorofa tano lenye muundo mzito wa zege, mtambo wa kupoza juu ya paa, pampu ya joto na kitengo cha kati cha kushughulikia hewa. Kila dakika 15 modeli hukokotoa joto linalotiririka kati ya hewa ya nje, hewa ya chumba, nyuso na uzito wa jengo (mbinu ya saa ya ISO 13790), kile ambacho mtambo lazima utoe, umeme unaotumia, kiasi cha CO₂ ambacho watu hutoa kwa kupumua na jinsi wanavyostarehe (PMV/PPD, ISO 7730). Ni uigaji wa kielimu tu — takwimu za bei na za jengo ni za kielelezo, si ushauri wa uhandisi wala wa kifedha.
Utakachojifunza
Kwa nini jengo zito hujibu polepole: muundo wake huhifadhi joto, kwa hiyo kupasha joto, kupoa na kupoza mapema huchukua saa, si dakika.
Jinsi uingizaji hewa unavyoamua CO₂ ya ndani — na kwa nini chumba hubaki nyuma ya umati kwa takriban saa moja.
Jinsi ada ya mahitaji inavyofanya kazi na jinsi viwango vilivyowekwa, nyakati za kuanza na uhifadhi wa joto vinavyopunguza kilele bila kuwafanya watu wasistarehe.
Kiigaji
Muda 0 min
✓Starehe (PMV −0.5…+0.5)
↓Baridi mno (PMV chini ya −0.5)
!Joto mno (PMV +0.5…+1)
‼Joto (PMV juu ya +1)
❄Inapoza
♨Inapasha joto
•Takriban watu 12
Vidhibiti
Halijoto ya hewa ya chumba ambayo mtambo hupoza hadi nayo wakati wa hali ya matumizi. Ishushe kabla watu hawajafika ili kupoza jengo mapema; ipandishe wakati wa kilele cha bei.
Halijoto ya hewa ya chumba ambayo pampu ya joto huidumisha wakati wa hali ya matumizi. Huwekwa angalau 1 °C chini ya kiwango cha kupoza.
Saa ambayo hali ya matumizi huanza (wafanyakazi huwasili kuanzia 07:30, uingizaji hewa kuanzia 08:00, huzimwa saa 18:00). Kabla ya 08:00 vizibo vya hewa ya nje hubaki vimefungwa, kwa hiyo mtambo hupasha joto au hupoza jengo tu. Nje ya hali ya matumizi jengo hubadilika kati ya 15 na 30 °C. Amri ya kuanza hujifunga: mtambo ukishaanza kwa siku hiyo, kubadilisha hiki hakuna athari hadi baada ya 18:00.
Thabiti = mtiririko wa usanifu kwa watu 250 (2,125 L/s). Kulingana na mahitaji = 2.5 L/s kwa kila mtu aliyepo + 0.3 L/s kwa kila m². Kusafisha kwa wingi (purge) = hewa ya nje 100 % (6,000 L/s) — CO₂ ya chini kabisa, lakini gharama ya juu kabisa ya kupasha joto au kupoza.
Hewa ya nje ikiwa baridi kuliko ya chumba na upoezaji unahitajika, ingiza zaidi yake (hadi 6,000 L/s) badala ya kuendesha kikandamizaji.
Hupunguza upoezaji na upashaji joto hadi asilimia hii ya uwezo. Hupunguza kilele cha umeme, lakini halijoto ya chumba hupotea mzigo ukiwa mkubwa zaidi.
Viashiria
Kilele cha mahitaji kinachotozwa
0kW
kawaida
Asilimia inayotabiriwa kutoridhika (PPD)
20%
tahadhari
CO₂ ya ndani
450ppm
kawaida
Mahitaji ya jengo (dakika 15)
0kW
kawaida
Hisia ya joto (PMV)
-0.84
Halijoto ya hewa ya chumba
21.9 °C
Halijoto ya uendeshaji
21.9 °C
Halijoto ya uso
21.9 °C
Halijoto ya muundo
22.0 °C
Halijoto ya nje
16.9 °C
Umeme uliotumika
0 kWh
Watu ndani ya jengo
0
Hewa ya nje
0 L/s
Upoezaji uliotolewa
0 kW
Upashaji joto uliotolewa
0 kW
COP ya mtambo
0.00
Kiwango kilichowekwa hakijafikiwa kwa
0.0 K
Mwelekeo
Matukio ya mgogoro
Kiwango 1 · Umati wa semina siku ya baridi
Ni siku ya baridi ya majira ya kuchipua (karibu 0–6 °C). Saa 13:00 wageni wapatao 400 wanawasili kwa semina ndani ya jengo na kuondoka saa 17:00 — jengo litakuwa na watu wapatao 600 badala ya 210. Weka CO₂ ya ndani kwa 1,000 ppm au chini siku nzima ya kazi, bila kupoteza nishati wala kupandisha kilele cha mahitaji. Uingizaji hewa uko kwenye mtiririko thabiti wa usanifu.
CO₂ ya ndani ≤ 1,000 ppm siku nzima ya kazi
Umeme uliotumika ≤ kWh 1,110
Mahitaji kamwe yasizidi kW 120
Kiwango 2 · Asubuhi ya Jumatatu baada ya wikendi ya baridi
Jumatatu, usiku wa manane, −7 °C kwa wastani. Wikendi nzima jengo lilishikiliwa kwenye setback yake ya 15 °C, kwa hiyo muundo wa zege uko karibu 14 °C. Wafanyakazi huwasili kuanzia 07:30. Mtambo umepangwa kuanza saa 07:00 kama kawaida. Fanya jengo liwe na starehe kuanzia 08:00 (PPD ≤ 10 %) huku ukidhibiti kilele cha mahitaji cha asubuhi na bili ya nishati.
PPD ≤ 10 % kuanzia 08:00 hadi 12:00
Mahitaji kamwe yasizidi kW 195
Umeme uliotumika ≤ kWh 1,760 ifikapo 14:00
Kiwango 3 · Kilele cha kiangazi na ada ya mahitaji
Siku ya wimbi la joto: 24 °C alfajiri, 36 °C alasiri, jua kali. Ada ya mahitaji ya bei hupangwa na mahitaji ya juu zaidi ya dakika 15 kati ya 13:00 na 17:00. Weka kilele hicho kwa kW 148 au chini huku wakazi wakibaki na starehe (wastani wa PPD ≤ 9.5 %, kamwe zaidi ya 15 %) na umeme wa siku ubaki karibu na ule ambao ungetumia hata hivyo. Mtambo huanza saa 07:00 kwa kiwango kilichowekwa cha 24 °C.
Mahitaji ≤ kW 148 kati ya 13:00–17:00
Wastani wa PPD ≤ 9.5 % katika saa za kazi
PPD kamwe isizidi 15 %
Umeme uliotumika ≤ kWh 1,920
Msingi — modeli iliyo nyuma ya namba
Kila uhusiano ambao kiigaji kinatumia, pamoja na chanzo chake. Viwango vilivyowekwa alama kama dhana ni urekebishaji wa mfano.
Jengo kama mtandao mdogo wa joto: hewa ya chumba na nyuso za ndani hazihifadhi joto, muundo wa zege huhifadhi. Joto hutiririka kupitia kila kiungo kulingana na tofauti ya halijoto.
Thamani za kawaida za jengo zito: muundo huhifadhi kJ 260 kwa kila kelvin kwa kila m² ya sakafu na umeunganishwa kwa karibu na nyuso za chumba. Nusu ya joto la ndani huenda moja kwa moja kwenye hewa; iliyobaki na jua hutua kwenye nyuso na uzito wa jengo.
Modeli ya starehe ya Fanger husawazisha joto analozalisha mtu dhidi ya analopoteza kwa mnyororo wa joto, mionzi, jasho na kupumua. PMV 0 ni ya kati; ±0.5 ni kiwango cha kawaida cha starehe, ambapo takriban 10 % bado hawaridhiki.
Utaratibu wa kiwango cha uingizaji hewa kwa ofisi: sehemu moja kwa kila mtu, sehemu moja kwa kila eneo la sakafu. Udhibiti wa mahitaji hufuata watu waliopo kweli.
CO₂ katika jengo lenye hewa iliyochanganyika vizuri: watu huiongeza, hewa ya nje huipunguza. Kiwango huelekea C_out + N·G/Q kwa kigezo cha wakati V/Q — takriban saa moja na nusu kwenye mtiririko wa usanifu.
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]
Joto la ndani: watu, taa na vifaa vya ofisi; jua kupitia madirisha hufikia kilele mapema alasiri.
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]Dhana: ukubwa wa jengo, bahasha, uwezo wa mitambo, msongamano wa ongezeko la joto, sehemu ya Carnot, nguvu ya feni, ratiba na hali ya hewa ni thamani za kielelezo za ofisi ya kawaida; uhusiano wa urari wa joto, starehe, uingizaji hewa na CO₂ ni ule uliochapishwa.
Chiller hufanya kazi zaidi kadiri nje inavyokuwa na joto, pampu ya joto kadiri nje inavyokuwa baridi — zote zimeigwa kama sehemu isiyobadilika ya ufanisi bora kabisa (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]Dhana: ukubwa wa jengo, bahasha, uwezo wa mitambo, msongamano wa ongezeko la joto, sehemu ya Carnot, nguvu ya feni, ratiba na hali ya hewa ni thamani za kielelezo za ofisi ya kawaida; uhusiano wa urari wa joto, starehe, uingizaji hewa na CO₂ ni ule uliochapishwa.
Mita hurekodi nguvu ya wastani ya kila dakika 15; ada ya mahitaji hutoza ile ya juu kuliko zote, kwa hiyo robo saa moja mbaya hupanga ada.
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]Dhana: ukubwa wa jengo, bahasha, uwezo wa mitambo, msongamano wa ongezeko la joto, sehemu ya Carnot, nguvu ya feni, ratiba na hali ya hewa ni thamani za kielelezo za ofisi ya kawaida; uhusiano wa urari wa joto, starehe, uingizaji hewa na CO₂ ni ule uliochapishwa.
Kupoza mapema huhifadhi “baridi” kwenye zege usiku, wakati chiller ina ufanisi na mahitaji ni ya chini; alasiri, muundo uliopoa hufyonza joto ambalo mtambo ungelazimika kuliondoa.
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]
Kuanza kwa ubora: kadiri muundo na hali ya hewa vinavyokuwa baridi zaidi, ndivyo urejeshaji kutoka kwenye setback unavyochukua muda mrefu, kwa hiyo mtambo lazima uanze mapema zaidi kwa kiasi hicho.
recovery time after setback grows with (θ_set − θm) and with colder weather; plant start = occupancy − recovery time[12][1]
Viambajengo vingine vya uendeshaji vinavyotumiwa na modeli.
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 metDhana: ukubwa wa jengo, bahasha, uwezo wa mitambo, msongamano wa ongezeko la joto, sehemu ya Carnot, nguvu ya feni, ratiba na hali ya hewa ni thamani za kielelezo za ofisi ya kawaida; uhusiano wa urari wa joto, starehe, uingizaji hewa na CO₂ ni ule uliochapishwa.
Nasibu: jenereta ya mulberry32 yenye mbegu; mgawanyo unaotumika — sawa, kielelezo (CDF kinyume), kawaida (Box–Muller), Poisson (Knuth). Mbegu inaonyeshwa na inaweza kushirikiwa.
J. E. Seem, P. R. Armstrong, C. E. Hancock — Algorithms for predicting recovery time from night setback (optimal start) — ASHRAE Transactions 95(2), 1989