Dynamisch vs. statisch modelleren van het eindenergiegebruik voor verwarming Hilde Breesch 20 oktober 2016 Antwerpen
Probleemstelling: EPB rekenmethode voor eindenergiegebruik voor verwarming interactie gebouw >< systeem? interactie systeemcomponenten? constante, jaargemiddelde systeemrendementen? Doelstelling: nauwkeurigheid methode evalueren dynamisch vs. statisch modelleren Focus: schoolgebouwen Overzicht
Probleemstelling Statisch energievraag één-zone model maandbasis dynamische effecten via correctiefactoren energiegebruik jaargemiddelde, vereenvoudigde rendementen geen interactie gebouw en systeem geen interactie verschillende subsystemen 3
Probleemstelling Dynamische, geïntegreerde HVAC en gebouwsimulaties energievraag multi-zone model tijdstap = 3 minuten niet stationaire, fysische fenomenen energiegebruik thermische traagheid systeemcomponenten impact deellastwerking systeem impact regeling en systeemconfiguratie wisselwerking gebouw >< systeem 4
Doelstelling Dynamisch vs. statisch modelleren dynamisch statisch e θ e 5 Nauwkeurigheid van de statische berekeningsmethode?
Doelstelling Dynamisch vs. statisch modelleren energiegebruik η gen gen η sys E H,p heat,prim Q H,final,use heat,final Q heat,gross H,gross Q i,heat Q s,heat Q heat,net Q T,heat Q V,heat traagheid systeemcomponenten deellastwerking systeem regeling en systeemconfiguratie interactie gebouw >< systeem 1 η sys = 1 + a heat + f annih fheat,net η gen = f Hi H s (η 30% + 0.003 (θ 30% θ boiler,mean )) Q heat,final = Q heat,net ηoverall 6
Probleemstelling: EPB rekenmethode voor eindenergiegebruik voor verwarming Doelstelling: nauwkeurigheid methode evalueren Focus: schoolgebouwen Overzicht
Case studie typisch schoolgebouw Lagere school 2 verdiepingen incl. klassen, refter + keukentje, leraarskamer, kantoor, turnzaal A vloer,net = 2057 m², V = 8147 m³, compactheid = 2.2 m 8
Case studie: HVAC verwarming traditioneel hydronisch systeem modulerende gascondensatieketel LT radiatoren thermostatische radiatorkranen primair + secundair verdeelcircuit θ supply ifv θ e aan/uit regeling ketel insteltemperatuur verwarming = 21 C, 17 C (gym) 9
Case studie: HVAC ventilatie mechanische (balans)ventilatie 3 luchtgroepen nachtventilatie 10
Methode dynamische simulaties Reeks 1 gebouw, ideale werking HVAC netto warmtebehoefte Q heat,net 11
Methode dynamische simulaties Reeks 2 gedetailleerde gebouw- en systeemsimulaties energiegebruik voor verwarming Q heat,final 12
Methode dynamische simulaties Reeks 1 Reeks 2 gebouw, ideale werking HVAC netto warmtebehoefte Q heat,net gedetailleerde gebouw- en systeemsimulaties energiegebruik voor verwarming Q heat,final (maandgemiddelde) rendementen ifv systeemwerking Systeemrendement η sys = Q heat,net Q heat,gross β = Q heat,net ɸ boiler.t op Opwekkingsrendement η gen = Q heat,gross Q heat,final 13
Methode verschillende gebouwvarianten oriëntatie = NZ en OW thermische capaciteit = zwaar (Z) en licht (L) WWR = 20 en 40% 5 varianten energieprestatie gebouwschil U wand, dak, vloer = 0.11 0.37 W/(m²K) g = 0.47 0.57 n 50 = 0.4 3 h -1 zonwering U wand W/(m²K) U dak W/(m²K) U vloer W/(m²K) U glas W/(m²K) g (-) n 50 (ACH) zonwering 1. 0.37 0.37 0.29 1.1 0.57 3 vast (Z) 2. 0.3 0.24 0.24 1.1 0.57 2.4 vast (Z) 3. 0.22 0.19 0.19 1.1 0.57 1 vast (Z), mobiel (O&W) 4. 0.15 0.15 0.15 0.78 0.55 0.6 vast (Z), mobiel (O&W) 5. 0.11 0.15 0.13 0.6 0.47 0.4 mobiel (O&W) 14
Probleemstelling: EPB rekenmethode voor eindenergiegebruik voor verwarming Doelstelling: nauwkeurigheid methode evalueren Focus: schoolgebouwen Resultaten Overzicht
Resultaten Systeemrendement β = Q heat,net ɸ boiler.t op impact WWR, thermische capaciteit, oriëntatie beperkt verwaarloosbaar voor distributierendement beperkt voor afgifterendement significante daling bij lage deellastwerking 16
Resultaten Opwekkingsrendement β = Q heat,net ɸ boiler.t op impact WWR, thermische capaciteit, oriëntatie beperkt verwaarloosbaar voor opwekkingsrendement significante daling bij lage deellastwerking 17
Resultaten Impact op energiegebruik? 18
Resultaten Vergelijking EPB <> dynamische simulaties systeemrendement opwekkingsrendement gesimuleerde rendementen << constante (jaar)waarden uit EPB 19
Resultaten Vergelijking EPB <> dynamische simulaties 20
Conclusie Impact gebouw op systeemrendement beperkt Impact (deellast)werking groter, maar vooral bij lage Q heat,net Verschil gesimuleerde en vereenvoudigde rendementen gebruik vereenvoudigde berekeningsmethode OK mits enkele verbeterpunten 21
Meer informatie? B. Wauman (2015) Evaluation of the quasi-steady-state method for the assessment of energy use in school buildings Phd. KU Leuven, België 32 (0)9 265 86 12 Hilde.breesch@kuleuven.be Gebroeders de Smetstraat 1, 9000 Gent