Моделирование энергоэффективных инженерных систем. Монография

Для составления наиболее точного представления о затратах энергии инженерными системами зданий и комплексов в процессе эксплуатации предлагается в рамках каждых моделируемых суток последовательно моделировать все сценарии с долей времени, пропорционально равной вероятности развития событий по каждому из сценариев.

Таким образом, при составлении плана сценариев рассматриваются следующие величины:

•p(b1) — вероятность отдыха людей;

•p(b2) — вероятность занятия людей легкой работой;

•p(b3) — вероятность занятия людей работой средней тяжести;

•p(b4) — вероятность занятия людей тяжелой работой;

•p(n1) — вероятность пребывания в рассматриваемом помещении n1 людей;

•p(n2) — вероятность пребывания в рассматриваемом помещении n2 людей;

•p(n3) — вероятность пребывания в рассматриваемом помещении n3 людей;

•p(s11) — вероятность развития событий по сценарию s11;

•p(s12) — вероятность развития событий по сценарию s12;

•p(s13) — вероятность развития событий по сценарию s13;

•p(s21) — вероятность развития событий по сценарию s21;

•p(s22) — вероятность развития событий по сценарию s22;

•p(s23) — вероятность развития событий по сценарию s23;

•p(s31) — вероятность развития событий по сценарию s31;

•p(s32) — вероятность развития событий по сценарию s32;

•p(s33) — вероятность развития событий по сценарию s33;

•p(s41) — вероятность развития событий по сценарию s41;

•p(s42) — вероятность развития событий по сценарию s42;

•p(s43) — вероятность развития событий по сценарию s43. Вероятности типов деятельности людей, как и вероятности ко-

личества людей для помещений каждого типа, определяются путем экспертных оценок. При этом важно учитывать, что, поскольку оба набора событий (b1 – b4 и n1 – n3) представляют собой полные группы (т.е. описывают все вероятные события), то суммы их вероятностей будут равны единице, как показано в выражениях (2.1), (2.2):

i=1

21

Вероятности развития событий по каждому из сценариев определяются по формуле (2.3)

Как сказано выше, время моделирования каждого из сценариев в рамках одних суток определяется с учетом времени пребывания людей в здании в течение суток и вероятности развития событий по каждому из сценариев. Это время вычисляется по формуле (2.4)

где T — время пребывания людей в здании в течение одних суток. Таким образом, каждому сценарию действий людей на инженерные системы зданий и комплексов соответствует время его моделирования, непосредственно зависящее от вероятности его во-

площения.

Второй группой влияющих на инженерные системы зданий и комплексов факторов, подлежащих сценарному описанию, являются погодные условия. В рамках предлагаемого метода рассматриваются следующие параметры погодных условий:

•tнв — температура наружного воздуха, °C;

•φнв — относительная влажность наружного воздуха, %;

•qn — поверхностная плотность теплового потока через остекленный световой проем от прямой солнечной радиации, Вт/м2;

•qp — поверхностная плотность теплового потока через остекленный световой проем от рассеянной солнечной радиации, Вт/м2.

Вметоде сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов предлагается два варианта формирования климатического сценария. По первому варианту пользователь произвольно задает значения описанных выше параметров погодных условий, в которых он считает целесообразным проводить моделирование; по второму — климатический сценарий формируется на основе архивных значений перечисленных параметров погодных

22

условий в зависимости от выбранного пользователем интервала моделирования.

При выборе первого варианта на соответствующем шаге алгоритма метода сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов пользователь произвольно задает значения четырех параметров погодных условий: температуры наружного воздуха; относительной влажности наружного воздуха; поверхностной плотности теплового потока через остекленный световой проем от прямой солнечной радиации; поверхностной плотности теплового потока через остекленный световой проем от рассеянной солнечной радиации.

При выборе второго варианта климатический сценарий формируется на основе заданных пользователем значений момента начала и момента окончания моделирования. На основе этих значений из баз данных автоматически выбираются соответствующие моментам времени параметры погодных условий: температура наружного воздуха; относительная влажность наружного воздуха; поверхностная плотность теплового потока через остекленный световой проем от прямой солнечной радиации; поверхностная плотность теплового потока через остекленный световой проем от рассеянной солнечной радиации

2.3. Метод сценарной верификации энергетического баланса в системах автоматизированного проектирования

Предлагаемый метод сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов позволяет проводить прогнозирование потребления тепловой и электрической энергии зданиями и комплексами различного назначения и с различным составом инженерных систем. Прогнозирование осуществляется путем компьютерного моделирования различных сценариев эксплуатации инженерных систем зданий и комплексов на математической модели энергопотребления инженерных систем зданий и комплексов. Модель включает в себя 15 модулей, каждый из которых соответствует какой-либо инженерной системе: радиаторного отопления, естественной вытяжной вентиляции и т.д. Данный набор модулей позволяет рассматривать 92 комбинации инженерных систем зданий и комплексов.

23

Метод сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов позволяет при прогнозировании учитывать факторы, оказывающие в разной степени влияние на расход энергии:

1.Погодные условия:

—температура наружного воздуха;

—относительная влажность наружного воздуха;

—поверхностная плотность теплового потока через остекленный световой проем от прямой солнечной радиации;

—поверхностная плотность теплового потока через остекленный световой проем от рассеянной солнечной радиации.

2.Влияние деятельности человека в здании:

—число людей в помещении;

—тепло- и влаговыделения от людей (зависят от характера деятельности);

—число и мощность работающих персональных компьютеров;

—число и мощность работающих печатающих устройств (принтеров);

—число и мощность работающих единиц специального оборудования;

—число и мощность работающих осветительных приборов.

3.Требования к параметрам микроклимата:

—поддерживаемая температура внутреннего воздуха;

—поддерживаемая относительная влажность внутреннего воздуха.

4.Характеристики ограждающих конструкций:

—площадь и приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен (за исключением проемов);

—площадь и приведенное сопротивление теплопередаче наружных дверей и ворот;

—площадь и приведенное сопротивление теплопередаче совмещенных покрытий (в том числе над эркерами);

—площадь и приведенное сопротивление теплопередаче чердачных перекрытий;

—площадь и приведенное сопротивление теплопередаче цокольных перекрытий;

—площадь и приведенное сопротивление теплопередаче перекрытий над проездами и под эркерами;

—площадь светопрозрачных конструкций;

24

—приведенное сопротивление теплопередаче остекления светового проема;

—коэффициент теплопропускания остеклением световых проемов.

5.Параметры инженерных систем:

—часовой объем приточного воздуха при использовании приточной вентиляции;

—часовой объем удаляемого воздуха при использовании вытяжной вентиляции;

—температура теплоносителей;

—напоры в гидравлических системах;

—характеристики рекуператоров при использовании рекуперации;

—процент свежего воздуха при использовании рециркуляции в вентиляции и воздушном отоплении;

—характеристики оборудования: КПД двигателей, холодильные коэффициенты холодильных машин и т.д.

Исходными данными для моделирования служат:

1)состав используемых инженерных систем исследуемого зда-

ния;

2)период моделирования;

3)постоянные характеристики здания и инженерных систем;

4)переменные факторы погодных условий и влияния человека, имеющие те или иные значения, соответствующие различным сценариям.

Итогом моделирования являются значения тепловой и электрической энергии, потребленной данным зданием за определенный период под воздействием факторов, предусмотренных сценариями. Таким образом, цель метода — с высокой достоверностью определить необходимое количество тепловой и электрической энергии, затрачиваемой инженерными системами здания за произвольно заданный период времени, на поддержание установленных параметров микроклимата (температуры и относительной влажности воздуха) при нестационарных нагрузках.

Рассмотрим алгоритм метода сценарной верификации энергетического баланса в системах автоматизированного проектирования, представленный на рис. 2.3.

Шаг 1. Необходимо определить число типов помещений исследуемого здания. Типы помещений различаются по ряду показателей, сведенных в табл. 2.3.

25

27

Рис. 2.3. Алгоритм метода сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов

Каждое здание имеет столько типов помещений, сколько наборов перечисленных показателей можно выделить.

Шаг 2. Производится ввод в САПР числа типов помещений исследуемого здания, полученного на шаге 1.

Шаг 3. Для каждого типа помещений в системе автоматизированного проектирования пользователь выбирает из списка используемые в данном типе помещений инженерные системы (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Список рассматриваемых САПР инженерных систем

Инженерная система

Радиаторного отопления

Естественной вытяжной вентиляции

Приточной вентиляции

Приточно-вытяжной вентиляции

28

Окончание табл. 2.4

Инженерная система

Воздушного отопления

Рекуперации энергии удаляемого воздуха

Пароувлажнения воздуха

Увлажнения приточного воздуха в оросительной камере

Рециркуляции воздуха

Кондиционирования воздуха (охлаждение в летний период)

Шаг 4. В целях учета при моделировании только необходимых модулей модели энергопотребления САПР автоматически формирует коэффициенты участия модулей. Число коэффициентов участия равно числу модулей. Каждая выходная величина каждого модуля умножается на коэффициент участия соответствующего модуля. Коэффициент участия равен 1, если инженерная система, соответствующая данному модулю, используется в исследуемом здании, и равен 0, если такая система в исследуемом здании не используется.

Автоматически рассчитываемые на данном шаге параметры сведены в табл. 2.5.

29

Окончание табл. 2.5

В табл. 2.6 приведены правила определения коэффициентов участия.

30