Verzija 4 Za Kgh-poslato

8/8/2019 Verzija 4 Za Kgh-poslato

1/8

Poreenje grejanja stambenih zgrada razliite spratnosti

pomou softvera EnergyPlus

Spec. Jovan Maleevi, student doktorskih studija, Ivan Milanovi, student doktorskih studija,Marko Mileti, student doktorskih studija, Dr Milorad Boji, dipl.ing.Mainski fakultet u Kragujevcu, Sestre Janji 6, 34000 Kragujevac

ABSTRACT

Ovaj rad se bavi izuavanjem grejanja zgrada koje su po svemu indentine osim spratnosti.Jedna zgrada ima 5 spratova (sa 25 stanova), a druga zgrada ima 6 spratova (sa 30 stanova) imoe da predstavlja nadogradnju jednog dodatnog sprata na petospratnicu. U zgradi sa 5spratova greju se 124 prostorije, a u zgradi sa 6 spratova 149 prostorija. Ove zgrade i grejanje

u njima se modeliraju pomou softvera EnergyPlus. Obe zgrade se greju pomou daljinskoggrejanja uz korienje tople vode u radijatorima konvektorskog tipa. Radi utede energije nasvakom radijatoru su primenjeni termostatski ventili. Grejanje se simulira tokom celoggrejnog perioda od 15 oktobra do 15 aprila za Kragujevac. Pri tome se vodi rauna o stepenuostvarene termike ugodnosti u prostorijama obe zgrade. Za obe zgrade kao i za indentinestanove i prostorije u njima poredi se specifini utroak energije kao i maksimalnaangaovana snaga u pojedinanim radijatorima.

Kljune rei: specifini utroak energije; maksimalna angaovana snaga; termikaugodnost.

Comparison of heating in residential buildings with different number ofstorey by using software EnergyPlus

Abstract: In this work heating of similar buildings with different number of stories isinvestigated. The first building has 5 stories (25 apartments). The second building has 6storeys (30 apartments) and it may present the 5-storey building with additional storey addedon top of it. In the 5-stories building, there is 124 rooms to be heated, while the 6-story

building has 149 rooms to be heated. These buildings and its rooms (zones) are modeled andsimulated by using EnergyPlus software. The both buildings are heated from the districtheating system using hot water in convection-type radiators. To save energy, thermostatic

valves are installed on each radiator. The heating process is simulated during a heating periodfrom October 15 to April 15 in Kragujevac. While doing that the degree of thermal comfort istaken into account. Specific energy consumption and specific maximum used power inindividual radiators for both buildings in similar rooms (zones) are compared.

Keywords: unit energy consumption; maximum used power; thermal comfort.

1.Uvod

Nadogradnja postojeih stambenih zgrada na zgradama sa ravnim krovovima veoma jeizraena u poslednjoj deceniji. Namena nadogradnji je tenja za dobijanjem vrlo jeftinog

stambenog prostora na atraktivnim i skupim lokacijma. Deficit stambenog prostora i visokecene stanova u novogradnji, doveli su do pojave masovne nadogradnje stambenih zgrada.


2/8

Potencijalne investitore rukovode isto ekonomski razlozi da ulau sredstva u nadogradnjuve postojeih stambenih objekata: znatno nia cena gradnje od one na slobodnom prostoru, ivisoke cene lokacija gde se vri nadogradnja[1]. Medjutim, nadogradnja dovodi do promeneobjekta u arhitekto-nskom, gradjevinskom i termikom smislu.

Energetika veeg broja viespratnih zgrada je ve istraivana pomou kopjuterskogprograma EnergyPlus (vidi reference [2] i [3]), medjutim u raspoloivoj literaturi nisupublikovana istraivanja energetike grejanja kod nadogradnje dodatnog sprata na zgradu savie spratova.

Stambeni prostor moe da se greje na razliite naine kao to je grejanje pomouelektroenergije, toplotnih pumpi, prirodnog gasa ili daljinskim grejanjem. U ovom sluajuizuavamo zgrade koje se greju pomou daljinskog grejanja. Danas daljinsko grejanjeKragujevca, tehniki i organizaciono vri Energetika. U ovom sluaju Energetski grejnifluid u primarnoj mrei je vrela voda 140/800C. U izvorima toplote kao vrste goriva se koristeugalj oko 70%, mazut oko 10%, i prirodni gas oko 20%[4]. Vidi se da zbog velikog procenta

uglja u meavini goriva koju koristi Energetika grejanje prostora daljinskim grejanjemdovodi do znaajnih emisija ugljendioksida u atmosferu. To potencira znaaj istraivanja

potronje energije u viespratnicima koje energetika opsluuje jer je uvek mogue doi doreenja za smanjenje potronje energije u njima.

Da bi se videlo kako se menja grejanje zgrada u termikom smislu u sluajunadogradnje, ovaj rad se bavi izuavanjem grejanja zgrada koje su po svemu indentine osimspratnosti. Jedna zgrada ima 5 spratova (sa 25 stanova), a druga zgrada ima 6 spratova (sa 30stanova) i moe da predstavlja nadogradnju jednog dodatnog sprata na petospratnicu. Obezgrade se greju pomou daljinskog grejanja uz korienje tople vode u radijatorimakonvektorskog tipa. Radi utede energije na svakom radijatoru su primenjeni termostatskiventili. Grejanje se simulira tokom celog grejnog perioda od 15 oktobra do 15 aprila zaKragujevac. Pri tome se vodi rauna o stepenu ostvarene termike ugodnosti u prostorijamaobe zgrade. Ove zgrade i grejanje u njima se modeliraju pomou softvera EnergyPlus. Za obezgrade kao i za indentine stanove i prostorije u njima poredi se specifini utroak energijekao i maksimalna angaovana snaga u pojedinanim radijatorima.

2. Softver EnergyPlus

Da bi se simuliralo grejanje, hlaenje, osvetljenje, ventilacija, vodena mrea i drugi energetski

tokovi u stambenoj zgradi korien je softver EnergyPlus verzija 5.0.0 [5]. Jednostavnijereeno ovaj softver modelira korienje energije u stambenoj zgradi. EnergyPlus uzima uobzir sve faktore koji utiu na termiko optereenje zgrade, kao to su elektrini ureaji,osvetljenje, prisutnost ljudi u zgradi, uticaj sunevog zraenja, uticaj vetra, infiltracija,osenenost otvorenih prostorija [6]. Ovaj softver nam omoguava da izvrimo simulacijuenergetskog ponaanja stambene zgrade za definisani vremenski period.

3. Termiki i geometrijski opis zgrade

Modelirane su dve stambene zgrade, jedna petospratnica (slika 1) i druga estospratnica (slika2). Na slikama 1 i 2 modeli ovih zgrada su dati u Google SketchUp-u [7]. Google SkethUp je

program za 3D modeliranje. Obe zgrade su u sistemu daljinskog grejanja sa korienjem toplevode u radijatorima konvektorskog tipa na kojima se nalaze termostati radi utede energije.


3/8

Slika 1:MODEL 5T

Petospratnica je oznaena kao osnovni model ili MODEL 5T, a estospratnica kaomodel sa nadogradnjom sprata ili MODEL 6T. Kod oba modela raspored prostorija i stanova

je indentian po vertikalama. To znai da je raspored stanova i odgovarajuih prostorija unjima na svakom spratu isti. Izuzetak je samo prvi sprat i na njemu stan broj 5 zbog ulaza uzgradu. Na svakom spratu nalaze se dva jednosobna stana, jedan jednoiposobni, jedandvosobni i jedan dvoiposobni. Ovo ne vai samo za prvi sprat gde je umesto dvosobnog stana

jednosoban, zbog ulaza. Taj jednosoban stan na prvom spratu se razlikuje od ostalih na istoj

vertikali i po tome to nema lodju i ostavu.

Slika 2:MODEL 6T Slika 3: Popreni presek kroz zgradu

Na slici 3 granice izmeu stanova su prikazane crvenom linijom, a granice izmeuprostorija u stanovima, crnom linijom.

Jedan od naina za definisanje geometrije zgrade je uz pomo nekog tekstualnogeditora. Meutim, geometriju je veoma teko definisati na ovaj nain, zahteva dosta vremena,


4/8

posebno kod viespratnica. Pri tome se moraju koristiti relativne koordinate zbog utede uvremenu. Ono to posebno karakterie modeliranje ovih zgrada ( i viespratnica uopte) igrejanja u njima, pomou softvera EnergyPlus, je [3]:1. Veliki boj zona (prostorija) kod MODELA 5T ima 154 zona, 25 stanova ili 124 prostorijekoje se greju, a kod MODELA 6T ima 185 zona, 30 stanova, ili 149 prostorija koje se greju,

2. Veliki broj povrina (BuildingSurface), pod, plafon, zidovi kod MODELA 5T ih ima1338, a kod MODELA 6T 1607,3. Veliki broj vrata i prozora (FenestrationSurface) kod MODELA 5T ih ima 427, a kodMODELA 6T 515,4. Veliki broj cevnih grana (branch) - kod MODELA 5T ih ima 131, a kod MODELA 6T 156,5. Osenene povrine (Shading:Site) kod MODELA 5T ih ima 86, a kod MODELA 6T 101.

Softver EnergyPlus omoguava modeliranje grejanja stambene zgrade uzimajui uobzir sve faktore koji utiu na termiko optereenje zgrade kao i sve faktore koji utiu nadobitke energije. Ovaj softver nam daje mogunosti modeliranja razliitih scenarija grejanjazgrade. U ovom radu smo analizirali scenarijo bez dobitaka energije od strane elekrinihureaja, elektrinih sijalica kao i prisustva ljudi u prostorijama.

4. Rezultati i diskusijaSimulacija je izvrena za grejnu sezonu u Kragujevcu od 15. oktobra do 15. aprila sledeekalendarske godine. Rezultati su prikazani u HTML fajlu tabelarno i korienjem

programskog paketa Microsoft Excel-a. Rezultati simulacije su dobijeni i prikazani na svakih10 minuta.

4.1 Specifina potronja toplote za ceo grejni periodZa jednogodinji grejni period, simulacija softverom EnergyPlus ja dala da je specifina

potronja toplote za grejni period za petospratnicu i estospratnicu priblino jednaka. Zapetospratnicu iznosi 237.6 MJ/m2, a za estospratnicu 239,1 MJ/m2. Razlika je 0.6%.

Slika 4: Temperture vazduha za najhladniji dan


5/8

4.2 Najhladniji dan meterolokog fajla

Slika 4 prikazuje temperature vazduha u prostorijama stana broj 31 za 12. januar koji je najhladniji dan meterolokog fajla za Kragujevac. Takoe prikazana je i spoljanjatemperatura. Stan broj 31 se nalazi na estom spratu estospratnice i predstavlja nadograen

stan na petospratnicu.Na ovoj slici se vidi da temperature po prostorijama dostiu konstantnu vrednost kadaje grejanje ukljueno. Te vrednosti su zadate na termostatima [8] i [9] i to za kupatilo 220C, zadnevnu sobu, spavau sobu i kuhinju po 200C i za hodnik i WC po 150C.

Po prekidu grejanja, temperature u prostorijama opadaju u zavisnosti od konstrukcijenjihovog omotaa, tj. od koeficijenta prolaza toplote tako da e srednje vrednosti temperature

biti nie od zadanih.Pored temperatura mogu se analizirati snage grejnih tela u prostorijama za ekstremno

niske temperature, tj. za 12. januar. Za ovu analizu je koriena slika 5. Ova slika prikazujesnagu grejnih tela po prostorijama. Jasno se vidi da grejna tela poinju sa radom u 6 sati i radedo 22 sata. U prvom satu svog rada grejno telo ima najveu snagu da bi postiglo traenu

temperaturu u odreenoj prostoriji posle hlaenja tokom noi. Tokom daljeg rada grejnog telazapaaju se oscilacije u njegovoj snazi. Posle iskljuenja grejnih tela, snaga naglo opada.

Dalje slika 5 daje uporedne snage grejnih tela po odgovarajuim prostorijama za obaMODELA 5T i 6T za stan 26. Stan 26 kod MODELA 5T nalazi se na zadnjem spratu, a kodMODELA 6T iznad njega je jo jedan sprat. Zapaamo da je potrebna snaga grejnih tela uodgovarajuim prostorijama vea kod MODELA 5T zato to je plafon tih prostorija udirektnoj vezi sa spoljnom sredinom.

Slika 5:Snaga grejnih tela u stanu 26 za MODEL 5T i MODEL 6T

4.3 Verikale

Na slikama 6, 7 i 8 uporedjivana je specifina potronja energije za grejnu sezonu oba modela

stambene zgrade po vertikalama. Vertikalu ine svi stanovi koji se nalaze na istoj strani sveta.


6/8

Slika 6:Specifina potronja energije u stanovima na vertikali 4

Vertikala 3 je na severozapadnom delu zgrade (NW), vertikala 4 na sevroistonomdelu zgrade (NE), vertikala 5 na jugoistonom delu zgrade (SE), vertikala 6 na jugozapadnomdelu zgrade (SW) i vertikala 7 na zapadnom delu zgrade (W) slika 3.


Na slikama 6, i 8 zapaamo sline promene potronje energije po spratnosti. Naime,na prvom spratu potronja energije opada od prvog do drugog sprata, a zatim blago raste do 5sprata (MODEL 5T), tj. do 6.sprata (MODEL 6T). Neto veu potronju energije na prvom uodnosu na drugi sprat objanjavamo direktnim uticajem zemljita na prvi sprat. Taj uticaj jesve manji to je spratnost vea. Sa slike 9 zapaa se da je izuzetak vertikala 5 kod kojespecifina potronja energije raste do drugog sprata, opada do treeg i raste do zadnjeg sprata.Objanjenje sledi iz injenice da je na vertikali 5 na prvom spratu umesto dnevne sobe ulaz u


7/8

zgradu, kako je navedeno u geometrijskom opisu zgrade. Znai da su na vertikali 5 izmenjeniuslovi grejanja u odnosu na druge vertikale.


Slike 6 i 7 nam pokazuju da je specifina potronja energije oba modela stambenezgrade po vertikalama na odgovarajuim spratovima priblino jednaka. Slika 8 pokazuje da jeizuzetak je samo vertikala 6 (SW) kod koje je specifina potronja energije na zadnjemspratu estospratnice (MODEL 6T) manja od specifine potronje energije na zadnjem spratu

petospratnice (MODEL 5T).

Slika 9:Specifina potronja energije u dnevnim sobama po spratnosti


8/8

4.4 Dnevne sobe u razliitim vertikalamaSlika 9 daje promenu specifine potronje energije po spratnosti za dnevne sobe. Zapaamoda se dnevne sobe na vertikali 5 greju od drugog sprata. Najvea speifina potronja energije

je u dnevnim sobama na vertikali 6, a najmanja u dnevnim sobama na vertikali 7. Objanjenjejeu broju spoljnih zidova.

5. Zakljuak

U ovom radu su prikazani rezultati simuliranja rada daljinskog grejanja toplom vodom kaogrejnim fluidom u radijatorima konvektorskog tipa na kojima se nalaze termostati radiregulisanja temperature u prostorijama i utede energije. Pri tome je modelirano grejanje dvestambene zgrade koje su po svemu indentine, osim spratnosti. Zakljuujemo da se specificna

potronja energije i maksimalno angaovana snaga za grejni period praktino ne menja akopoveamo spratnost. U ovom sluaju radi se o nadogradnji jednog sprata na petospratnicu. Naosnovu promene temperature u prostorijama zakljuuje se da one vrlo brzo, po ukljuenjugrejanja, dostiu zadanu vrednost. Ta vrednost temperature je konstantna dok je grejanje

ukljueno. Konano se moe konstatovati da nadogradnja ne utie nepovoljno na osnovneparametre grejanja.

6. Literatura

[1] Website http://phidac.mongeometrija.org/radovi/Kuzmanov_Lazar.pdf. RetrievedMart 18, 2009.[2] ZSW Xiaoxia, The simulation and application of thermal environment of some multi-storey buildings in Beijing - Industrial Construction, 2008, DOI: CNKI:SUN:GYJZ.0.2008-S1-011[3] P.G. Ellis and P.A. Torcellini, Simulating Tall Buildings Using EnergyPlus, the NinthInternational Building Performance Simulation Association (IBPSA) Conference andExhibition (Building Simulation 2005) Montreal, Quebec, August 1518, 2005.[4] Republika Srbija grad Kragujevac STRATEGIJA DUGORONOG RAZVOJAENERGETIKE GRADA KRAGUJEVCA, Beograd, decembar 2004.[5] Website http://www1.eere.energy.gov/buildings/energyplus_redirect.html. RetrievedMart 18, 2009.[6] Crawley, D., Lawrie, L., Winkelmann, F., Buhl, W., Joe Huang, Y., Pedersen, C.,Strand, R., Liesen, R., Fisher, D., Witte, M., Glazer, J., EnergyPlus: creating a new-generation

building energy simulation program. Energy and Buildings. 33 (2001) 319-331.

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/SketchUp. Retrieved Mart 18, 2009.[8] S. Zrni, . ulum: Grejanje i klimatizacija sa primenom solarne energije, osmo izdanje,Beograd, 1988.[9] B. Todorovi: Projektovanje postrojenja za centralno grejanje, Mainski fakultetBeograd, 2005.

Documents

Verzija 4 Za Kgh-poslato