استفاده از برنامه Energy Plus براي شبيه‌سازي ساعتي انرژي
بدون دیدگاه
استفاده از برنامه Energy Plus براي شبيه‌سازي ساعتي انرژي مصرفي در ساختمانها
1- مقدمه
نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي برنامه‌هاي كامپيوتري هستند كه براي محاسبه ميزان مصرف انرژي در ساختمانها استفاده مي‌شود. در حال حاضر تعداد اين برنامه‌ها زياد مي‌باشد كه هر كدام از آنها داراي مدل و روش حل و فرضيات مخصوص به خود مي‌باشند. اين برنامه‌ها به صورت مداوم در حال توسعه مي‌باشند. در اين تحقيق به معرفي و نحوه استفاده از برنامهEnergy Pluss خواهيم پرداخت.
2- كليات
مصرف انرژي براي برقرار كردن شرايط آسايش در ساختمانها مخصوصآ در اقليم هاي گرم و مرطوب خيلي زياد مي باشد. بنابراين استفاده از راههاي كاهش مصرف انرژي و يا ذخيره آن ضروري مي باشد. از برنامه هاي شبيه سازي مصرف انرژي در مرحله ساخت ساختمان ميتوان استفاده نمود و ميزان مصرف انرژي را برآورد نمود. همچنين ميتوان ديد كه تغييرات انجام شده در ساختمان چه تاثيري بر مصرف انرژي ساختمان داشته است. با استفاده از اين برنامه ها ميتوان طراحي هاي مختلف و همچنين مواد مختلفي را براي جدارهاي ساختمان قبل از ساخت مورد بررسي قرار داد تا بهترين حالت از لحاظ ذخيره و مصرف انرژي بدست آيد.
امروزه علاوه بر محاسبه بارها، ضروري است كه در مرحله طراحي آناليز انرژي نيز در ساختمان مورد توجه قرار گيرد. به عبارت ديگر، براي كاهش مصرف انرژي، ضروري است كه مقادير پارامترهاي مؤثر در مصرف انرژي ساختمان محاسبه شوند. استفاده از برنامه‌هاي كامپيوتري براي محاسبه بارها و انرژي مصرفي در ساختمان، يك قسمت مهم در طراحي ساختمان و بهينه‌سازي مصرف انرژي مي‌باشد.
روشهاي ساده برآورد انرژي اغلب روشهاي پايدار مي باشند و اين روشها براي بررسي تغييرات لحظه‌اي انرژي به كار نمي روند. در سالهاي اخير برنامه هاي كامپيوتري پيچيده‌اي براي شبيه سازي انرژي ارائه شده اند اين برنامه ها به طور كلي دو نوع مي باشند:
برنامه و كدهاي باز – برنامه هاي اختصاصي
برنامه هاي باز به برنامه هايي گفته مي شود كه مي توان با اندك تغييراتي در داده هاي ورودي، آنها را براي انواع مختلف ساختمان ها با جدارهاي مختلف و اقليم هاي متفاوت به كار برد.
بيشتر برنامه هاي شناخته شده از نوع كدهاي باز هستند ( مانندBLAST – DOE 2 – TRANSYS–Energy Plus ) در اين برنامه ها محل ساختمان، فرم و مشخصات كالبدي آن، داده هاي اقليمي و سيستم هاي حرارتي و تهويه وغيره بايد به عنوان ورودي به برنامه داده شوند تا محاسبات انرژي انجام پذيرد. البته اگر هزينه هاي برگشت سرمايه‌گزاري در ساختمان نيز خواسته شود بايد داده هاي اقتصادي و مدت زمان استفاده از ساختمان نيز به برنامه داده شود.
3- برنامه Energy Plus
|
شكل 1 : برنامهENERGY PLUS
|
يك برنامه جديد براي شبيه‌سازي انرژي ساختمان مي‌باشد كه بر اساس تركيبي از برنامه‌هاي BLAST و DOEمي‌باشد. اين برنامه آناليز را در زمانهاي كوتاهتر از يك ساعت انجام مي‌دهد و بر اساس يك تعادل حرارتي از كل ناحيه شبيه‌سازي استوار است.
ساختار اصلي برنامه و مراحل طراحي را نشان مي‌دهد. در اين شكل ديده مي‌شود كه اين برنامه براي آناليز شبيه‌سازي از برنامه‌هاي زير استفاده مي‌كند:
|
GROUND HEAT TRANSFER
|
COMIS
|
WINDOWS5
|
|
SPARK
|
TRNSYS
|
POLIUTION MODELS
|
اين برنامه‌ها به دو قسمت شبيه‌ساز حرارتي و شبيه‌ساز سيستم‌هاي به كار رفته در ساختمان تقسيم‌بندي شده‌اند.
برنامه ENERGY PLUS مدل سازي را به صورت ريز و دقيق انجام مي‌دهد. ضعف اين برنامه اين است كه از سيستم گرافيكي آساني براي داده‌هاي ورودي استفاده نمي‌كند و احتياج به برنامه‌هاي دارد كه بتوان ساختمان را در آن طراحي نمود و يا نتايج را مورد بررسي قرار داد.
3-1- قسمتهاي اصلي
اين برنامه از سه قسمت اصلي EP-Launch و IDFEditor و Weather Converter تشكيل شده است كه به ترتيب توضيح داده مي‌شوند:
3-1-1-Weather Converter :
از برنامه Energy Plus ميتوان به دو صورت زير استفاده نمود:
ميتوان آناليز را براي گامهاي مشخص زماني از يك ساعت تا يك سال انجام داد كه در اين صورت فقط لازم است كه داده‌هاي هوايي (دما،فشار،سرعت وجهت باد و شدت تابش) برنامه داده شوند.
در برنامه Energy Plus داده‌هاي ساعتي را ميتوان به صورت يكي از پسوند‌هاي زير مورد استفاده قرار داد:
|
EPW(*.epw)
|
TMY2 (*.tm2)
|
IWEC(*.iwc)
|
|
WYEC2(*.wy2)
|
SAMSON (*.dat)
|
PROCESS LIST (*.lst)
|
برنامهWeather Converter
پس از تهيه داده‌هاي هوايي به صورت يكي از پسوندها بايد اين داده‌ها را با استفاده از قسمت Weather Converter به پسوند قابل قبول برنامه تبديل نمود. در ادامه به توضيح برنامه Weather Converter خواهيم پرداخت.شكل 2 اين قسمت را نشان مي‌دهد.
با توجه به اين شكل ديده مي‌شود كه ابتدا فايل داده‌هاي هوايي بايد به وسيله منوهاي موجود انتخاب و سپس به پسوند قابل قبول برنامه (EPW ) تبديل شود. همچنين اين برنامه شامل يك قسمت مخصوص مي‌باشد كه ميتوان داده‌هاي هوايي مورد نظر را به صورت نمودار براي هر مورد دلخواه (دما، فشار، سرعت باد و غيره) مشاهده نمود. اين موارد در شكل 3 نشان داده شده‌اند.
برنامهWeather Converter –نمايش گرافيكي دما براي شهر مسكو ماه ژانويه
برنامهIDFEditor
3-1-2- IDFEditor
قسمت اصلي Energy Plus مي‌باشد كه در آن داده‌هاي مربوط به طراحي و شبيه‌سازي به برنامه داده مي‌شوند. اين قسمت در شكل 4 نشان داده شده است.
قسمت IDFEditor خود به چند قسمت زير تقسيم شده كه موارد اصلي و مهم در ادامه توضيح داده مي‌شوند.
· قسمت Location – Climate – Weather file access
قسمت تعيين اقليم و داده‌هاي هوايي
در اين قسمت داده‌هاي مربوط به محل و اقليم ساختمان و همچنين داده‌هاي هوايي به برنامه داده مي‌شوند و نيز تعيين مي‌شود كه برنامه براي يك دوره زماني (يك ماه يا كل سال) و يا براي يك روز طراحي اجرا شود. در صورت انتخاب يك روز طراحي بايد داده‌هاي هوايي مربوط به آن روز در اين قسمت به برنامه داده شود. در اين قسمت همچنين ميتوان دماي ميانگين زمين را به صورت ماهيانه را وارد كرد. (شكل5 )
· قسمت Simulation Parameters
در اين قسمت ، مشخصات كلي ساختمان ، تعداد گامهاي زماني در يك ساعت، الگوريتم‌هاي مورد نظر براي حل همرفتي داخل يا خارج ساختمان (به صورت حالت ساده يا جزئي) ، الگوريتم شبيه‌سازي (CTF, MTF, EMPD) ، مدل جريان هواي مورد نظر و همچنين تعيين موارد مورد نظر براي حل را وارد نمود. (شكل 6 )
قسمت پارامترهاي طراحي
· قسمت Surface Construction Elements
اين قسمت براي تعيين مواد جدارهاي مختلف ساختماني ، پنجره‌ها ، فيلم هواي سطوح داخلي يا خارجي، خصوصيات رطوبتي ساختمان، گاز موجود در داخل پنجره‌ها و غيره مي‌باشد. در اين قسمت ميتوان جدارهاي را با 10 لايه مختلف تعيين نمود. (شكل 7 )
قسمت تعيين مواد و ساختار جدارهاي ساختمان
· قسمت Thermal Zone Diion\Geometery
اين قسمت براي تعيين نواحي مختلف ساختمان، اتاقها و هندسه ساختمان تهيه شده است. نيز ميتوان موارد مختلف مربوط به انتقال حرارت جدارهاي ساختماني، سايه‌بان‌ها، عايق‌هاي حرارتي و چهارچوب پنجره‌ها و غيره را وارد برنامه نمود.
قسمت مشخص‌كردن فضاهاي ساختمان
· قسمت Space Gain
حرارتهاي اكتسابي از داخل ساختمان( افراد، روشنايي‌ها، وسايل الكتريكي، وسايل گازي) در اين قسمت به برنامه داده مي‌شود.
قسمت حرارت هاي اكتسابي
· قسمت Advanced Surface Concepts
قسمت تعيين ضرايب همرفتي
در اين قسمت به دلخواه ميتوان ضرايب همرفتي و همچنين عايق حرارتي متحرك را وارد نمود.
· قسمت Schedules
در اين قسمت موارد مربوط به كنترل ساختمان به برنامه داده مي‌شوند به اين صورت كه كنترل را ميتوان به صورت ساعتي و در كل سال تعيين نمود.
قسمت تعيين نحوه كنترل ساختمان
· قسمت Air Flow
در اين قسمت موارد مربوط به جريان هوا در داخل ساختمان وارد برنامه مي‌شوند. (شكل 12)
قسمت جريان هوا در فضا
· قسمت Plant – condenser loops
در اين قسمت گزينه‌هاي مربوط به ميزان و نحوه استفاده از تجهيزات سرمايش و گرمايش در هر يك از نواحي مشخص مي‌شود.
قسمت تعيين كندانسور‌ها
· ساير قسمت‌ها
در ادامه ساير داده‌هايي كه برنامه براي طراحي داده مي‌شوند به ترتيب آورده مي‌شوند. اين قسمت‌ها شامل طراحي تجهيزات، دستگاهها و نحوه كنترل فضا‌ها، نحوه تهويه هوا و تجهيزات آن و ساير وسايل طراحي تاسيسات ساختمان و همچنين چگونگي خروجي برنامه معرفي مي‌شوند.
قسمت مربوط به تعيين سايز تجهيزات
قسمتهاي تعيين جريان در تجهيزات و همچنين جريان هوايي
قسمتهاي مربوط به مديريت سيستم‌هاي طراحي
قسمتهاي مربوط به نحوه كنترل فضا و همچنين نحوه جريان هوا
قسمت مربوط به تجهيزات سرمايش و گرمايش
قسمت هاي تعيين تجهيزات سرمايشي و گرمايشي
ادامه قسمتهاي تعيين تجهيزات سرمايشي و گرمايشي
قسمتهاي نحوه ارئه خروجي‌ها و همچنين سيال مورد نظر در طراحي تاسيساتي
3-1-3- قسمت EP-Lanch
پس از تهيه داده‌هاي ورودي در قسمت IDFEditor با استفاده از اين برنامه شبيه‌سازي انجام مي‌شود. اين قسمت درشكل زير نشان داده شده است.
برنامه EP-Lanch
با توجه به شكل پس از وارد كردن فايل IDF تهيه شده در قسمت قبلي و فايل داده‌هاي هوايي مورد نظر ( در صورت اجراي پريوديك ) بايد براي مشاهده نتايج، برنامه‌هاي متناسب با فرمت خروجي مورد نظر به اين برنامه (EP-Lanch ) معرفي شوند تا نتايج در اين برنامه‌ها قابل مشاهده شوند به طور مثال اين برنامه‌ها به صورت زير تعريف مي‌شوند.
3-1-4- Output Files
خروجي اين قسمت به صورت فايلهاي با پسوند TXT مي‌باشند، كه ميتوان آنها را با استفاده از برنامه WordPad ويندوز مشاهده نمود.(شكل 23)
· Drawing File
براي مشاهده خروجي اين قسمت ميتوان از برنامه Acad(2000) استفاده نمود.(شكل 24)
· Spread Sheet File
براي مشاهده خروجي اين قسمت ميتوان از برنامه EXEL استفاده نمود.(شكل 25)
مربوط به خروجي قسمت Output Files
پس از تعيين برنامه‌هاي بالا ميتوان آناليز شبيه‌سازي را اجرا نمود. در شكل‌هاي زير نمونه نتايج نشان داده شده است.
مربوط به خروجي قسمت Drawing File
|
شكل مربوط به خروجي قسمت Spread Sheet File
|
· ليست داده‌هاي خروجي
در اين قسمت ليست داده‌هاي كه برنامه مي‌تواند محاسبه و ارائه دهد، آورده مي‌شوند.
Zone,Average,Outdoor Dry Bulb [C]
Zone,Average,Outdoor Barometric Pressure [Pa]
Zone,Average,Outdoor Wet Bulb [C]
Zone,Average,Outdoor Humidity Ratio [kgWater/kgAir]
Zone,Average,Wind Speed [m/s]
Zone,Average,Wind Direction [degree]
Zone,Average,Sky Temperature [C]
Zone,Average,Diffuse Solar [W/m2]
Zone,Average,Direct Solar [W/m2]
Zone,Average,Ground Reflected Solar [W/m2]
Zone,Average,Ground Temperature [C]
Zone,Average,Outdoor Dew Point [C]
Zone,Average,Outdoor Enthalpy [J/kg]
Zone,Average,Outdoor Relative Humidity [%]
Zone,Average,Outdoor Air Density [kg/m3]
Zone,Average,Solar Azimuth Angle [degree]
Zone,Average,Solar Altitude Angle [degree]
Zone,Average,Solar Hour Angle [degree]
Zone,Sum,Raining
Zone,Sum,Snow On Ground
Zone,Average,Zone Transmitted Solar[W]
Zone,Average,Zone Window Heat Gain[W]
Zone,Average,Zone Window Heat Loss[W]
Zone,Average,Zone Opaque Surface Inside Face Conduction Gain[W]
Zone,Average,Zone Opaque Surface Inside Face Conduction Loss[W]
Zone,Average,Surface Ext Sunlit Area [m2]
Zone,Average,Surface Ext Sunlit Fraction []
Zone,Average,Surface Ext Solar Incident[W/m2]
Zone,Average,Surface Ext Solar Beam Incident[W/m2]
Zone,Average,Surface Ext Solar Sky Diffuse Incident[W/m2]
Zone,Average,Surface Ext Solar Ground Diffuse Incident[W/m2]
Zone,Average,Surface Ext Solar Beam Cosine Of Incidence Angle[]
Zone,Average,Surface Inside Temperature[C]
Zone,Average,Surface Outside Temperature[C]
Zone,Average,Surface Int Convection Coeff[W/m2-K]
Zone,Average,Surface Ext Convection Coeff[W/m2-K]
Zone,Average,Opaque Surface Inside Face Conduction[W]
Zone,Average,Opaque Surface Inside Face Conduction Gain[W]
Zone,Average,Opaque Surface Inside Face Conduction Loss[W]
Zone,Average,Opaque Surface Inside Face Beam Solar Absorbed[W]
Zone,Average,SUMHAT[J]
Zone,Average,Mean Radiant Temperature[C]
Zone,Sum,Zone-Total Internal Latent Gain[J]
Zone,Sum,Zone-Total Internal Radiant Heat Gain[J]
Zone,Sum,Zone-Total Internal Convective Heat Gain[J]
Zone,Sum,Zone-Total Internal Lost Heat Gain[J]
Zone,Sum,Zone-Total Internal Visible Heat Gain[J]
Zone,Average,Mean Air Temperature[C]
Zone,Meter,EnergyTransfer:Facility [J]
Zone,Meter,EnergyTransfer:Building [J]
Zone,Meter,EnergyTransfer:Zone:ZONE ONE [J]
Zone,Meter,Heating:EnergyTransfer [J]
HVAC,Sum,Zone/Sys Sensible Heating Energy[J]
Zone,Meter,Cooling:EnergyTransfer [J]
HVAC,Sum,Zone/Sys Sensible Cooling Energy[J]
HVAC,Average,Zone/Sys Sensible Heating Rate[W]
HVAC,Average,Zone/Sys Sensible Cooling Rate[W]
HVAC,Average,Zone/Sys Air Temp[C]
HVAC,Average,Zone Air Humidity Ratio[]
HVAC,Average,Zone Air Relative Humidity[%]
HVAC,Average,Zone/Sys Sensible Load Predicted[W]
HVAC,Average,Zone/Sys Moisture Load Rate Predicted[kgWater/sec]
HVAC,Sum,HVACManage Iterations
HVAC,Sum,Max SimAir Iterations