EraSME project GEOTABS

Transcriptie

1 EraSME project GEOTABS DYNAMISCH SIMULEREN VAN GEOTABS- SYSTEMEN 4 JUNI, 2012 GEÏNTEGREERD SIMULATIEMODEL Wout Parys Building Physics Section Department of Civil Engineering, KU Leuven wout.parys@bwk.kuleuven.be 1

2 Inhoud Overzicht simulatiemodel Calibratie van submodellen Validatie model Robuustheid GEOTABS-gebouw Benodigde modelresolutie Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 2

3 Overzicht simulatiemodel Doel: Creëren van gevalideerd model van gebouw en installaties dat in staat is het thermisch comfort en het energiegebruik te voorspellen onder wisselende randvoorwaarden en voor alternatieve geïmplementeerde controlestragieën. Aanpak: TRNSYS 17 Alle installaties in detail gemodelleerd Zeer kleine tijdstap (90 s) voor controle warmtepomp Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 3

4 Overzicht simulatiemodel Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 4

5 Calibratie van submodellen Gebouwmodel Databronnen: Plannen (geometrie, wandopbouw) Producenten (materiaaleigenschappen) Normen (materiaaleigenschappen) Ervaring TRNBUILD: Multi-zonaal thermisch knoopmodel 1D warmtetransport in componenten Stralingsverdeling niet geometrisch maar oppervlaktegewogen Enkele aandachtspunten Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 5

6 Calibratie van submodellen Gebouwmodel Beschaduwing ramen ± 0.35 cm teruggetrokken Te streng (reflectie!) Zonnewering: lamelsysteem Kan op en neer (~ straling op gevel) Inclinatiehoek variabel (~ zonpositie) Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 6

9 Calibratie van submodellen Gebouwmodel TABS in TRNSYS? Vloer opsplitsen via dummy thermische zone ΔT max = C ΔT avg = C Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 9

10 Calibratie van submodellen Gebouwmodel Zonering model: per regelzone TABS rekentijd = exp(# zones) Wat met verschillend gebouwgebruik binnen 1 zone? Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 10

11 Calibratie van submodellen Gebouwmodel vs. Stochastisch model voor: bezetting interne winsten verlichting zonwering Maandelijks gemiddeld profiel Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 11

12 Calibratie van submodellen Gebouwmodel vs. Stochastisch model voor: bezetting interne winsten verlichting zonwering Maandelijks gemiddeld profiel Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 12

13 Calibratie van submodellen Gebouwmodel vs. Energie TABS/dag: MBE < 6% Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 13

14 Calibratie van submodellen Gebouwmodel Verificatie gebouwmodel (tijdsconstante) Behoorlijke overeenkomst cooling down test traditionele simulatieaannames OK Intrazonale thermische capaciteit = luchtcapaciteit x 5 Luchtdichtheid = n50/20 Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 14

15 Calibratie van submodellen Grondmodel Grondtemperatuur belangrijk voor performantie warmtepomp Relatief onontwikkeld gebied TRNSYS type 557 ( DST-model ) Enkel voor uniform boorveld Sommige parameters moeilijk in te schatten: Thermische geleidbaarheid grond (thermal response test) Thermische geleidbaarheid grout Thermische capaciteit grond (vochtgehalte!) Verwaarlozing bepaalde effecten: Grondwaterstroming Inhomogeniteiten Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 15

16 Calibratie van submodellen Grondmodel Grondtemperatuur belangrijk voor performantie warmtepomp Relatief onontwikkeld gebied TRNSYS type 557 ( DST-model ) Enkel voor uniform boorveld Sommige parameters moeilijk in te schatten: Thermische geleidbaarheid grond (thermal response test) Thermische geleidbaarheid grout Thermische capaciteit grond (vochtgehalte!) Verwaarlozing bepaalde effecten: Grondwaterstroming Inhomogeniteiten Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 16

17 Calibratie van submodellen Grondmodel Grondtemperatuur belangrijk voor performantie warmtepomp Relatief onontwikkeld gebied TRNSYS type 557 ( DST-model ) Enkel voor uniform boorveld Sommige parameters moeilijk in te schatten: Thermische geleidbaarheid grond (thermal response test) Thermische geleidbaarheid grout Thermische capaciteit grond (vochtgehalte!) Verwaarlozing bepaalde effecten: Grondwaterstroming Inhomogeniteiten Calibratie Hollandsch Huys: λ = 3.9 W/mK c = 4000 kj/m 3 K Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 17

18 Calibratie van submodellen Grondmodel Grondtemperatuur belangrijk voor performantie warmtepomp Relatief onontwikkeld gebied TRNSYS type 557 ( DST-model ) Enkel voor uniform boorveld Sommige parameters moeilijk in te schatten: Thermische geleidbaarheid grond (thermal response test) Thermische geleidbaarheid grout Thermische capaciteit grond (vochtgehalte!) Verwaarlozing bepaalde effecten: Grondwaterstroming Inhomogeniteiten Calibratie Hollandsch Huys: λ = 3.9 W/mK c = 4000 kj/m 3 K Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 18

19 Calibratie van submodellen AHU model Inbegrepen: Warmteterugwinning (met bypass) ε NTU model met UA waarde uit 1 puntsgegevens producent Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 19

20 Calibratie van submodellen AHU model Inbegrepen: Warmteterugwinning (met bypass) ε NTU model met UA waarde uit 1 puntsgegevens producent Verwarmings/koeling batterij ε NTU model met UA waarde uit 1 puntsgegevens producent Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 20

21 Calibratie van submodellen AHU model Inbegrepen: Warmteterugwinning (met bypass) ε NTU model met UA waarde uit 1 puntsgegevens producent Verwarmings/koeling batterij ε NTU model met UA waarde uit 1 puntsgegevens producent Recirculatie Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 21

22 Calibratie van submodellen Productie Warmtepomp: Equation fitting op basis van data producenten: Q h, Q c, E in functie van T con,in en T evap,in 2 de graadspolynoom Betrouwbaar, maar geen extrapolatie! Warmtewisselaars: ε-ntu model met UA-waarde uit 1-puntsgegevens producent Betrouwbaar Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 22

23 Validatie model Vergelijking volledig jaar (2010) meetgegevens - simulatie Criteria: MBE < 10% en C v (RMSE) < 30% voor Electrisch energiegebruik productie unit Energie input grond Energie output grond Zonetemperaturen vergelijkbaar Randvoorwaarden: Weerdata Vliet gebouwgebruik: schatting op basis van bezoeken Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 23

24 Validatie model Vergelijking volledig jaar (2010) meetgegevens - simulatie Criteria: MBE < 10% en C v (RMSE) < 30% voor Electrisch energiegebruik productie unit Energie input grond Energie output grond Zonetemperaturen vergelijkbaar Randvoorwaarden: Weerdata Vliet gebouwgebruik: schatting op basis van bezoeken Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 24

25 Validatie model Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 25

28 Validatie model AHU (typical heating week) Set temperature After heating coil After recirculation mixing Supply air flow Recirculated After HR air flow Outside temperature Fresh air flow GEOTABS EraSME Copenhagen Meeting 28

29 Validatie model Cold storage tank (cooling week) Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 29

30 Robuustheid GEOTABS-gebouw 1. Robuustheid voor wijziging in klimaat standaard gebouwgebruik : 17 W/m 2 op piekmomenten 3 weerdatasets: typisch en 1-in-10-jaar probabiliteit Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 30

31 Robuustheid GEOTABS-gebouw 1. Robuustheid voor wijziging in klimaat: Thermisch comfort (21 C < T c < 26 C): geen probleem Energieverbruik production unit Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 31

32 Robuustheid GEOTABS-gebouw 1. Robuustheid voor wijziging in klimaat: Thermisch comfort (21 C < T c < 26 C): geen probleem Energieverbruik production unit Energieverbruik back-up ketel AHU Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 32

33 Robuustheid GEOTABS-gebouw 1. Robuustheid voor wijziging in klimaat: Thermisch comfort (21 C < T c < 26 C): geen probleem Energieverbruik production unit Energieverbruik back-up ketel AHU COP3 koeling en verwarming Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 33

34 Robuustheid GEOTABS-gebouw 1. Robuustheid voor wijziging in klimaat: Thermisch comfort (21 C < T c < 26 C): geen probleem Energieverbruik production unit Energieverbruik back-up ketel AHU COP3 koeling en verwarming Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 34

35 Robuustheid GEOTABS-gebouw 2. Robuustheid voor worst case scenario extreem warm en zonnig weer, hoge bezetting (21.7 W/m 2 ), zonwering niet gebruikt extreem koud en grijs weer, lage bezetting (10.3 W/m 2 ) Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 35

36 Robuustheid GEOTABS-gebouw 2. Robuustheid voor worst case scenario Thermisch comfort: aanpassing controlesetpunten nodig COP: verschillen meer uitgesproken Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 36

37 Robuustheid GEOTABS-gebouw Extra: wat wordt aangenomen in ontwerp grondopslag? Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 37

38 Benodigde modelresolutie Zeer gedetailleerd model Zeer hoge graad van detail in output, niet altijd nodig. Is vereenvoudiging mogelijk? Wat is precisie dan nog? Q fin = Q netto / η sys *η stor *η prod = Q netto / η tot Q netto Q fin = Q bruto / η stor *η prod η em η dis η stor η prod η sys = η em *η dis Q bruto Q fin Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 38

39 Benodigde modelresolutie Voorbeeld Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 39

40 Benodigde modelresolutie Voorbeeld Q fin = Q netto / η tot Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 40

41 Benodigde modelresolutie GEOTABS: Q fin = Q netto /η tot? Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 41

42 Benodigde modelresolutie GEOTABS: Q fin = Q bruto /(η prod *η stor )? Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 42

43 Benodigde modelresolutie GEOTABS: Q fin = Q bruto /(η prod *η stor )? y=0.3625x y= x Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 43

44 Benodigde modelresolutie GEOTABS: Q fin = Q bruto /(η prod *η stor )? y=0.3625x y= x Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 44

45 Benodigde modelresolutie GEOTABS: Om energiegebruik in te schatten volstaat het - Het gebouwmodel met geïntegreerde TABS te simuleren Maandelijks bruto energiegebruik - Dit maandelijks bruto energiegebruik te vermenigvuldigen met een maandelijkse waarde voor η stor *η prod (afhankelijk van verhouding warmtewinsten/warmteverliezen gebouw) Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 45

46 Discussie Workshop Dynamisch simuleren van GEOTABS-systemen 46