P.A. (2008) 43 (2) ISSN

Transcript

1 Strachan, P.A. (2008) Simulation support for performance assessment of building components. Building and Environment, 43 (2). pp ISSN , This version is available at Strathprints is designed to allow users to access the research output of the University of Strathclyde. Unless otherwise explicitly stated on the manuscript, Copyright and Moral Rights for the papers on this site are retained by the individual authors and/or other copyright owners. Please check the manuscript for details of any other licences that may have been applied. You may not engage in further distribution of the material for any profitmaking activities or any commercial gain. You may freely distribute both the url ( and the content of this paper for research or private study, educational, or not-for-profit purposes without prior permission or charge. Any correspondence concerning this service should be sent to the Strathprints administrator: The Strathprints institutional repository ( is a digital archive of University of Strathclyde research outputs. It has been developed to disseminate open access research outputs, expose data about those outputs, and enable the management and persistent access to Strathclyde's intellectual output.

2 SIMULATION SUPPORT FOR PERFORMANCE ASSESSMENT OF BUILDING COMPONENTS Π Α Στραχηαν ΕΣΡΥ, Υνιϖερσιτψ οφ Στρατηχλψδε, Γλασγοω, Σχοτλανδ Χονταχτ: Παυλ Στραχηαν, Ενεργψ Σψστεmσ Ρεσεαρχη Υνιτ, Υνιϖερσιτψ οφ Στρατηχλψδε, 75 Μοντροσε Στρεετ, Γλασγοω, Σχοτλανδ, ΥΚ παυλ εσρυ.στρατη.αχ.υκ Abstract Τηε δετερmινατιον οφ περφορmανχε mετριχσ φορ νοϖελ βυιλδινγ χοmπονεντσ ρεθυιρεσ τηατ τηε τεστσ αρε χονδυχτεδ ιν τηε ουτδοορ ενϖιρονmεντ. Ιτ ισ υσυαλλψ διφφιχυλτ το δο τηισ ωηεν τηε χοmπονεντσ αρε λοχατεδ ιν α φυλλ σχαλε βυιλδινγ βεχαυσε οφ τηε διφφιχυλτψ ιν χοντρολλινγ τηε εξπεριmεντσ. Τεστ χελλσ αλλοω τηε χοmπονεντσ το βε τεστεδ ιν ρεαλιστιχ, βυτ χοντρολλεδ, χονδιτιονσ. Ηιγη θυαλιτψ ουτδοορ εξπεριmεντσ ανδ ιδεντιφιχατιον αναλψσισ mετηοδσ χαν βε υσεδ το δετερmινε κεψ παραmετερσ τηατ θυαντιφψ περφορmανχε. Τηισ ισ ιmπορταντ φορ αχηιεϖινγ στανδαρδισεδ mετριχσ τηατ χηαραχτερισε τηε βυιλδινγ χοmπονεντ οφ ιντερεστ, ωηετηερ ιτ ισ α πασσιϖε σολαρ χοmπονεντ συχη ασ α ϖεντιλατεδ ωινδοω, ορ αν αχτιϖε χοmπονεντ συχη ασ α ηψβριδ πηοτοϖολταιχ mοδυλε. Ηοωεϖερ, συχη τεστινγ ανδ αναλψσισ δοεσ νοτ δετερmινε ηοω τηε βυιλδινγ χοmπονεντ ωιλλ περφορm ωηεν πλαχεδ ιν α ρεαλ βυιλδινγ ιν α παρτιχυλαρ λοχατιον ανδ χλιmατε. Φορ τηισ, ιτ ισ νεχεσσαρψ το mοδελ τηε ωηολε βυιλδινγ ωιτη ανδ ωιτηουτ τηε βυιλδινγ χοmπονεντ οφ ιντερεστ. Α προχεδυρε ηασ βεεν δεϖελοπεδ, ανδ αππλιεδ ωιτηιν σεϖεραλ mαϕορ Ευροπεαν προϕεχτσ, τηατ χονσιστσ οφ χαλιβρατινγ α σιmυλατιον mοδελ ωιτη ηιγη θυαλιτψ δατα φροm τηε ουτδοορ τεστσ ανδ τηεν αππλψινγ σχαλινγ ανδ ρεπλιχατιον το ονε ορ mορε βυιλδινγσ ανδ λοχατιονσ το δετερmινε περφορmανχε ιν πραχτιχε οφ βυιλδινγ χοmπονεντσ. Τηισ παπερ σετσ ουτ τηε mετηοδολογψ τηατ ηασ βεεν δεϖελοπεδ ανδ αππλιεδ ιν τηεσε Ευροπεαν προϕεχτσ. Α χασε στυδψ ισ ινχλυδεδ δεmονστρατινγ ιτσ αππλιχατιον το τηε περφορmανχε εϖαλυατιον οφ ηψβριδ πηοτοϖολταιχ mοδυλεσ. Κεψωορδσ: Τεστ Χελλσ, Σχαλινγ, Μοδελλινγ ανδ σιmυλατιον. 1. Introduction Ονε υσε οφ βυιλδινγ χοmπονεντ τεστινγ ιν τηε ουτδοορ ενϖιρονmεντ ισ το εξτραχτ περφορmανχε χηαραχτεριστιχσ, ε.γ. βψ ιδεντιφιχατιον τεχηνιθυεσ [1], ανδ χοmπαρε τηεm ωιτη σιmιλαρ χοmπονεντσ φροm οτηερ mανυφαχτυρερσ ορ, αφτερ νορmαλισατιον το στανδαρδ χονδιτιονσ, το χοmπαρε τηεm ωιτη βενχηmαρκσ. Ηοωεϖερ, το ασσεσσ ηοω τηε χοmπονεντ ωιλλ περφορm ωηεν ιντεγρατεδ ιντο α φυλλ σχαλε βυιλδινγ, τηισ ινφορmατιον ισ νοτ ενουγη. Φορ εξαmπλε, ιτ χουλδ βε σηοων τηατ α χερταιν ηεατ ρεχοϖερψ ισ ποσσιβλε φορ α ϖεντιλατεδ ωινδοω χοmπονεντ υνδερ φιξεδ ιντερναλ χονδιτιονσ ινσιδε αν ουτδοορ τεστ χελλ. Ηοωεϖερ, τηισ ωουλδ νοτ τακε ιντο αχχουντ ηοω τηισ ηεατ χαν βε υτιλισεδ ιν α παρτιχυλαρ βυιλδινγ: τηε ισσυε οφ υτιλισατιον ωιλλ δεπενδ ον βυιλδινγ τψπε, τηε οπερατιοναλ ρεγιmε, τηε εξτερναλ χλιmατε, οτηερ ηεατ σουρχεσ ετχ. Τηε τεmποραλ mατχηινγ οφ λοω γραδε ηεατ συππλψ ωιτη βυιλδινγ δεmανδσ ρεθυιρεσ δεταιλεδ κνοωλεδγε οφ τηε βυιλδινγ ιντο ωηιχη τηε χοmπονεντ ωιλλ βε ινσερτεδ. Φορ εξαmπλε, ιτ ωασ σηοων τηατ πρε ηεατινγ οφ αιρ φροm ατταχηεδ συνσπαχεσ [2] mαψ ηαϖε ονλψ λιmιτεδ αππλιχατιονσ. Ανοτηερ εξαmπλε ισ τηε οπερατιον οφ σηαδινγ σψστεmσ. Τεστ χελλ εξπεριmεντσ χαν βε υσεδ το 1

3 δετερmινε τηε περφορmανχε οφ χοντρολλαβλε γλαζινγ/σηαδινγ ελεmεντσ, βυτ κνοωλεδγε οφ τηειρ αππλιχατιον ατ τηε φυλλ σχαλε ισ νεεδεδ το στυδψ χοντρολ οπτιονσ ανδ τηε εφφεχτ οφ ηιγη/λοω τρανσmισσιον στατεσ ετχ. Συχη ιντεραχτιον ανδ υτιλισατιον ισσυεσ χαν ονλψ βε στυδιεδ ιν φυλλ σχαλε δεmονστρατιονσ, ωηιχη αρε ϖερψ εξπενσιϖε, ορ βψ υσινγ ωηολε βυιλδινγ ιντεγρατεδ σιmυλατιον προγραmσ. Σιmυλατιον τηεν οφφερσ τηε βριδγε βετωεεν τηε ουτδοορ τεστσ ανδ φυλλ σχαλε βυιλδινγ περφορmανχε πρεδιχτιον. Το εναβλε περφορmανχε ασσεσσmεντσ οφ βυιλδινγ χοmπονεντσ ατ τηε φυλλ σχαλε, α mετηοδολογψ ωασ δεϖελοπεδ ωιτηιν τηε ΕΧ ΠΑΣΣΨΣ προϕεχτ [3], ανδ υσεδ ιν σεϖεραλ λατερ Ευροπεαν προϕεχτσ ινϖολϖινγ ουτδοορ τεστινγ οφ χοmπονεντσ (ε.γ. τηε ΙΜΑΓΕ προϕεχτ ον αδϖανχεδ γλαζινγσ [4] ανδ τηε Πς Ηψβριδ ΠΑΣ προϕεχτ ον ηεατ ρεχοϖερψ ανδ ελεχτριχαλ ποωερ φροm Πς mοδυλεσ [5]). Τηε φοχυσ ωασ ον ιντεγρατιον ηοω τηε τεστ χοmπονεντσ περφορm ιν α ρεαλ βυιλδινγ χοντεξτ ωηεν συβϕεχτ το ρεαλιστιχ οχχυπανχψ ανδ υσε, οϖερ τηε φυλλ ψεαρ. Τηε mετηοδολογψ ηασ τηρεε ελεmεντσ: Calibration. Τηισ ινϖολϖεσ χρεατινγ α σιmυλατιον mοδελ οφ τηε τεστ χοmπονεντ ανδ τηε τεστ ενϖιρονmεντ, υνδερτακινγ σιmυλατιονσ υσινγ τηε mεασυρεδ χλιmατιχ δατα, ανδ τηεν χοmπαρινγ πρεδιχτεδ περφορmανχε ωιτη mεασυρεδ περφορmανχε (τεmπερατυρεσ, ηεατ φλυξεσ ετχ.). Ιφ συχχεσσφυλ, ιτ γιϖεσ χονφιδενχε τηατ τηε σιmυλατιον προγραm χαν χορρεχτλψ mοδελ τηε χοmπονεντ χηαραχτεριστιχσ ωηεν τηατ χοmπονεντ ισ συβϕεχτ το δψναmιχαλλψ ϖαρψινγ ουτδοορ χονδιτιονσ. Τηισ προχεσσ χαν βε ιmπροϖεδ βψ υσινγ σιmυλατιον φορ τηε δεσιγν οφ εξπεριmεντσ, το ενσυρε τηατ αλλ τηε mαιν ινφλυενχινγ φαχτορσ αρε mεασυρεδ. Scaling. Τηισ στεπ ρεθυιρεσ τηε mοδελλινγ οφ σελεχτεδ φυλλ σχαλε βυιλδινγσ φορ δεπλοψmεντ οφ τηε βυιλδινγ χοmπονεντ υνδερ τεστ. Σιmυλατιονσ αρε υνδερτακεν οφ α βασε χασε οφ τηε βυιλδινγ ωιτηουτ τηε χοmπονεντ, ανδ τηεν ωιτη τηε χοmπονεντ ινχλυδεδ. Χοmπαρισονσ αρε mαδε οϖερ α ρανγε οφ αππροπριατε περφορmανχε mετριχσ συχη ασ ενεργψ χονσυmπτιον, τηερmαλ χοmφορτ ανδ ϖισυαλ χοmφορτ. Τηε τεχηνιθυε αλλοωσ α mορε ρεαλιστιχ εστιmατε οφ ηοω τηε χοmπονεντ ωιλλ περφορm ωηεν ιτ ισ φυλλψ ιντεγρατεδ ιντο α βυιλδινγ, τακινγ αχχουντ οφ, φορ εξαmπλε, τηε υτιλισατιον οφ πασσιϖε σολαρ ηεατινγ. Ιν εσσενχε, ιτ υσεσ χαλιβρατεδ σιmυλατιον mοδελσ το εξτραπολατε τηε τεστ χοmπονεντ mεασυρεδ περφορmανχε, οβταινεδ φροm ουτδοορ τεστ χελλ εξπεριmεντσ, το τηε φυλλ σχαλε. Replication. Τηισ (οπτιοναλ) στεπ ινϖολϖεσ ρεπεατινγ τηε σιmυλατιονσ ωιτη διφφερεντ χλιmατε δατασετσ ανδ, περηαπσ, διφφερεντ λοχαλ οπερατιοναλ ρεγιmεσ το δετερmινε περφορmανχε ιν διφφερεντ λοχατιονσ. 2. Calibration versus Validation Wιτη ρεγαρδ το σιmυλατιον, τηερε αρε τωο ωαψσ ιν ωηιχη εξπεριmεντσ ιν ουτδοορ τεστ ενϖιρονmεντσ χαν βε υσεδ: φορ εmπιριχαλ ϖαλιδατιον ανδ φορ χαλιβρατιον. Ιτ ισ ωορτη χλαριφψινγ τηε διστινχτιον βετωεεν τηε τωο ασ ιτ ηασ οφτεν λεδ το χονφυσιον, αλτηουγη τηισ παπερ ισ φοχυσσεδ πριmαριλψ ον χαλιβρατιον. Ταβλε 1 σηοωσ τηε εσσεντιαλλψ διφφερεντ ρολεσ οφ τηε τωο τεχηνιθυεσ. 2

4 <Ταβλε 1: Χοmπαρισον οφ Χαλιβρατιον ανδ ςαλιδατιον> Calibration Χαλιβρατιον ινϖολϖεσ υσινγ εξπεριmενταλ δατα το ενσυρε τηατ τηε mοδελ πρεδιχτιονσ αλιγν ωιτη τηε mεασυρεδ δατα οϖερ α ρεαλιστιχ ρανγε οφ οπερατινγ χονδιτιονσ. Τηε χαλιβρατεδ mοδελ mαψ τηεν βε υσεδ, ωιτη χαυτιον, το εξτραπολατε το οτηερ χοντεξτσ βψ mεανσ οφ σχαλινγ ανδ ρεπλιχατιον προχεδυρεσ. Χαλιβρατιον ισ α χριτιχαλ ελεmεντ ιν τηε οϖεραλλ προχεδυρε φιρστλψ, ιτ σηουλδ βε χοmπρεηενσιϖε ενουγη το ενσυρε τηατ αλλ τηε mαιν χηαραχτεριστιχσ οφ τηε χοmπονεντ αρε ηανδλεδ χορρεχτλψ (τηερmαλ, λιγητινγ, ελεχτριχαλ ετχ.); βυτ ιτ mυστ αλσο βε υνδερτακεν πραγmατιχαλλψ το ενσυρε τηατ τηε περφορmανχε οφ τηε χοmπονεντ ατ τηε φυλλ σχαλε ρεmαινσ τηε πριmαρψ οβϕεχτιϖε. Ασ ηασ βεεν νοτεδ βψ mανψ ωορκερσ, ε.γ. [6], χαλιβρατινγ α mοδελ χαν βε προβλεmατιχ ιν τηατ τηε υσερ ηασ το δεχιδε ωηιχη οφ τηε ινπυτσ mυστ βε χηανγεδ ιν ορδερ το ρεχονχιλε mεασυρεmεντσ ανδ πρεδιχτιονσ. Τηερε αρε τωο ασπεχτσ το τηισ προβλεm. Φιρστλψ, τηε ινπυτ παραmετερ(σ) τηατ mαψ βε ιν ερρορ mυστ βε σελεχτεδ, ορ α δεφιχιενχψ ιν τηε σιmυλατιον προγραm mυστ βε ισολατεδ. Σεχονδλψ, τηε mοδιφιχατιον(σ) ρεθυιρεδ το αχηιεϖε α γοοδ φιτ mυστ βε χαλχυλατεδ. Τηε εξπερτισε οφ τηε υσερ ισ α λαργε φαχτορ ιν βοτη χασεσ. Τηισ προβλεm ηασ βεεν ταχκλεδ ιν α νυmβερ οφ ωαψσ: φροm mανυαλ, ιτερατιϖε, πραγmατιχ ιντερϖεντιον [7], [8], [9], [10]; τηρουγη τηε προδυχτιον οφ α συιτε οφ ινφορmατιϖε γραπηιχαλ χοmπαρατιϖε δισπλαψσ [6] ανδ τηε υσε οφ σπεχιαλ τεστσ ανδ αναλψσισ προχεδυρεσ το ισολατε ανδ χοmπαρε ινδιϖιδυαλ ενεργψ φλοωσ [11], [12], [13], [14]; το α τεχηνιθυε φορ αυτοmατιχαλλψ αδϕυστινγ υσερ σελεχτεδ ινπυτ παραmετερσ το ρεδυχε τηε δισχρεπανχψ βετωεεν mεασυρεδ ανδ πρεδιχτεδ δατα [15], [16]. Α ρεχεντ παπερ [17] σετ ουτ α χοmπρεηενσιϖε αναλψτιχ φραmεωορκ φορ χαλιβρατινγ βυιλδινγ ενεργψ σψστεmσ. Τηε mετηοδ χοmπρισεσ α χοαρσε γριδ σεαρχη το ιδεντιφψ κεψ παραmετερσ, φολλοωεδ βψ σενσιτιϖιτψ αναλψσισ το ιδεντιφψ α συβσετ οφ τηε παραmετερσ ηαϖινγ γρεατεστ ινφλυενχε ον πρεδιχτιονσ, ιδεντιφιαβιλιτψ αναλψσισ το σελεχτ παραmετερσ φορ τυνινγ, οπτιmιζατιον το δετερmινε τηε βεστ φιτ οφ τηε ιδεντιφιεδ παραmετερσ, ανδ λαστλψ υνχερταιντψ αναλψσισ το ρεδυχε τηε ρανγε οφ ϖαριατιον οφ τηεσε παραmετερσ. Τηεσε αππροαχηεσ αρε λαργελψ χονχερνεδ ωιτη γενεριχ στυδιεσ βασεδ ον δατα φροm φυλλ σχαλε βυιλδινγσ. Α διφφερεντ προχεδυρε ωασ δεϖελοπεδ ιν τηε ΠΑΣΣΨΣ προϕεχτ [3] ανδ ρεπορτεδ ιν [18]. Τηισ ινϖολϖεσ α mυλτι σταγε προχεδυρε υσινγ σενσιτιϖιτψ αναλψσισ ον σελεχτεδ παραmετερσ τογετηερ ωιτη δεταιλεδ αναλψσισ οφ τηοσε παραmετερσ ιδεντιφιεδ ασ βεινγ τηε mοστ ινφλυεντιαλ ιν τερmσ οφ ενεργψ χονσυmπτιον. Ιν τηισ χασε, τηε χαλιβρατιον προχεδυρε φορ χοmπονεντ τεστσ υσεδ δεταιλεδ ρεσυλτσ οβταινεδ φροm τηε τεστ χελλσ το χοmπαρε ωιτη τηε πρεδιχτεδ δατα, ιν ορδερ το ϕυστιφψ mοδελ mοδιφιχατιονσ. Το ινϖεστιγατε ωηιχη mοδιφιχατιονσ χουλδ βε mαδε, σεϖεραλ τεχηνιθυεσ ωερε αϖαιλαβλε, ναmελψ τηε υσε οφ αδδιτιοναλ σενσορσ, σενσιτιϖιτψ στυδιεσ, ρεσιδυαλσ αναλψσισ ανδ τηε υσε οφ λυmπεδ mοδελ παραmετερσ οβταινεδ φροm ιδεντιφιχατιον τεχηνιθυεσ. Ιν τηε ασσεσσmεντ οφ νοϖελ βυιλδινγ χοmπονεντσ ιν φυλλ σχαλε ιmπλεmεντατιον, α πραγmατιχ αππροαχη το χαλιβρατιον ωασ αδοπτεδ (ε.γ. [4], [5]) ωηιχη ινϖολϖεδ χοmπαρινγ mεασυρεmεντσ ιν ουτδοορ τεστ χελλσ ωιτη mοδελ πρεδιχτιονσ, mοδιφψινγ ορ τυνινγ τηε mοδελ ιφ νεχεσσαρψ, ανδ ονλψ ρεσορτινγ το δεταιλεδ ινϖεστιγατιον ανδ ϖαλιδατιον ιφ τιmε ανδ ρεσουρχεσ περmιτ. Τηισ ισ δισχυσσεδ ιν Σεχτιον 3. 3

5 Validation Wιτηιν τηε χαλιβρατιον, σχαλινγ ανδ ρεπλιχατιον προχεδυρε ουτλινεδ ιν τηε φολλοωινγ σεχτιον, ιτ ισ ασσυmεδ τηατ τηε σιmυλατιον προγραm ισ χαπαβλε οφ mοδελλινγ αλλ ασπεχτσ οφ τηε βυιλδινγ: ονλψ ιτσ αβιλιτψ το mοδελ τηε τεστ χοmπονεντ ισ ινϖεστιγατεδ. ςαλιδατιον ισ αιmεδ ατ ενσυρινγ τηατ τηισ ασσυmπτιον ισ τρυε. Εmπιριχαλ ϖαλιδατιον, ασ ονε παρτ οφ τηε οϖεραλλ προχεδυρε δεσχριβεδ ιν Ταβλε 1, ισ χοmπλεξ ανδ τιmε χονσυmινγ, ωιτη α νεεδ φορ χοmπρεηενσιϖε ηιγη θυαλιτψ δατασετσ. Α ωηολε mοδελ εmπιριχαλ ϖαλιδατιον mετηοδολογψ ωασ δεϖελοπεδ ωιτηιν τηε ΠΑΣΣΨΣ προϕεχτ [19], [20], ανδ τηερε ηαϖε βεεν σιγνιφιχαντ στυδιεσ υνδερτακεν ωιτηιν ΙΕΑ προγραmmεσ (ε.γ. ΙΕΑ Αννεξ 21/ Τασκ 12 [21]) ανδ ανοτηερ ισ χυρρεντλψ υνδερωαψ ιν ΙΕΑ Τασκ 34/ Αννεξ 43 ωιτη α σεριεσ οφ δεταιλεδ ωελλ δεφινεδ εξπεριmεντσ ον ουτδοορ τεστ χελλσ [22]. Τηε mαιν ελεmεντσ οφ εmπιριχαλ ϖαλιδατιον αρε: Υσε οφ mοδελλινγ το ηελπ δεσιγν τηε εξπεριmεντ τηε αχχυραχψ ρεθυιρεδ φορ τηε διφφερεντ mεασυρεmεντσ, τηε λικελψ ρανγε οφ ηεατ φλυξεσ ανδ τεmπερατυρεσ ετχ. Υσε οφ λαβορατορψ mεασυρεmεντσ φορ ιmπορταντ τηερmοπηψσιχαλ ανδ οπτιχαλ προπερτιεσ. Dεταιλεδ δοχυmεντατιον οφ τηε εξπεριmεντ. Προδυχτιον οφ ηιγη θυαλιτψ δατασετσ ιν ωηιχη τηε δατα ηαϖε βεεν χηεχκεδ φορ χονσιστενχψ ανδ χοmπλετενεσσ. Υνδερτακινγ α βλινδ σιmυλατιον χοmπαρινγ mεασυρεmεντσ ωιτη πρεδιχτιονσ σο τηατ τηε mοδελλερ ισ νοτ ινφλυενχεδ βψ τηε ρεσυλτσ οφ τηε εξπεριmεντ. Στατιστιχαλ αναλψσισ οφ διφφερενχεσ βετωεεν mεασυρεmεντσ ανδ πρεδιχτιονσ, ανδ στυδψ οφ αδδιτιοναλ σενσορ δατα, το δετερmινε τηε χαυσε οφ ανψ δισχρεπανχψ φορ εξαmπλε, α mοδελλινγ βυγ ορ αν ινχορρεχτ mοδελλινγ ασσυmπτιον. Ρεφινινγ τηε mοδελ ιφ ϕυστιφιεδ. 3. Building Component Calibration, Scaling And Replication Procedure Εσσεντιαλλψ, χαλιβρατιον ισ τηε προχεδυρε βψ ωηιχη α σιmυλατιον mοδελ ισ χηεχκεδ, ανδ ιφ νεχεσσαρψ τυνεδ, το βε φιτ φορ πυρποσε. Ιν τηε χοντεξτ οφ βυιλδινγ χοmπονεντ mοδελ χαλιβρατιον, ιτ ινϖολϖεσ υσινγ δεταιλεδ χοmπονεντ λεϖελ mεασυρεmεντσ το χονφιρm τηατ τηε σιmυλατιον mοδελ χαν αδεθυατελψ mοδελ τηε χοmπονεντ. Χαλιβρατιον ινϖολϖεσ χρεατινγ α σιmυλατιον mοδελ οφ τηε τεστ χοmπονεντ ανδ τηε τεστ ενϖιρονmεντ, υνδερτακινγ σιmυλατιονσ υσινγ τηε mεασυρεδ χλιmατιχ δατα, ανδ τηεν χοmπαρινγ πρεδιχτεδ περφορmανχε ωιτη mεασυρεδ περφορmανχε (τεmπερατυρεσ, ηεατ φλυξεσ ετχ.). Ιφ συχχεσσφυλ, ιτ γιϖεσ χονφιδενχε τηατ τηε σιmυλατιον προγραm χαν χορρεχτλψ mοδελ τηε χοmπονεντ χηαραχτεριστιχσ. Το υνδερτακε α χαλιβρατιον, τηε φολλοωινγ ινφορmατιον ισ ρεθυιρεδ: τεστ σετ υπ (τεστ χελλ τψπε; ινφιλτρατιον δατα; τεστ οπερατιον ανδ χονδιτιονσ; δατεσ οφ τεστ ετχ.) τεστ χοmπονεντ (δεταιλσ οφ τηε χοmπονεντ; τηερmοπηψσιχαλ προπερτιεσ; διmενσιονσ, ετχ.) τεστ δατα (χλιmατε διρεχτ ανδ διφφυσε σολαρ ραδιατιον, ωινδ σπεεδ ανδ διρεχτιον, αmβιεντ τεmπερατυρε; ιντερναλ τεmπερατυρεσ; ηεατ φλυξεσ; σαmπλε περιοδ ανδ ιντερϖαλσ ετχ.) Ιτ σηουλδ βε ενσυρεδ τηατ α ρεπρεσεντατιϖε ρανγε οφ τεστ χονδιτιονσ αρε χοϖερεδ ιν τερmσ οφ τηε ιντερναλ τεmπερατυρε ρανγε ανδ εξτερναλ βουνδαρψ χονδιτιονσ πλυσ οπερατιοναλ οπτιονσ. Οτηερ ιmπορταντ ρεθυιρεmεντσ αρε: Dατασετσ σηουλδ βε φυλλψ δοχυmεντεδ, ωιτη νοτεσ οφ σενσορσ, προβλεmσ ωιτη ινστρυmεντατιον, ανδ α δεσχριπτιον οφ ανψ προχεσσινγ χαρριεδ ουτ ον δατα. 4

6 Dατα γαπσ σηουλδ βε φιλλεδ ωιτη ρεαλιστιχ δατα (ανδ νοτεδ ιν δοχυmεντατιον). Ανψ δατα σπικεσ ορ mισσινγ δατα χαν χαυσε διφφιχυλτιεσ ωιτη τηε mοδελλινγ ωορκ. Αν ιmπορταντ στεπ ιν τηε χαλιβρατιον ισ τηε τυνινγ οφ τηε mοδελ. Τηε αδϖανταγε οφ υσινγ τηε ουτδοορ τεστ χελλσ ισ τηατ τηε εξπεριmεντσ αρε ωελλ χοντρολλεδ, σο τηε νυmβερ οφ υνκνοων παραmετερσ ισ σιγνιφιχαντλψ λεσσ τηαν φορ ωηολε βυιλδινγσ ωηιχη ηαϖε βεεν τηε φοχυσ οφ mοστ οφ τηε χαλιβρατιον στυδιεσ ρεφερενχεδ ιν τηε πρεϖιουσ σεχτιον. Τηε προχεδυρε ιν τηισ χασε ισ τηερεφορε ρελατιϖελψ στραιγητφορωαρδ. Ιδεντιφψ τηε mοδελλινγ υνχερταιντιεσ ωηεν χονστρυχτινγ τηε χοmπονεντ mοδελ. Τηεσε υνχερταιντιεσ αρε σπεχιφιχ το τηε χοmπονεντ υνδερ τεστ, βυτ εξπεριενχε φροm πρεϖιουσ προϕεχτσ ηασ βεεν τηατ ιντερναλ χονϖεχτιον χοεφφιχιεντσ αρε α mαϕορ σουρχε οφ υνχερταιντψ φορ χοmπονεντσ ωιτη α ϖεντιλατιον φυνχτιον. Υνδερτακε σενσιτιϖιτψ αναλψσεσ οϖερ τηε λικελψ παραmετερ ρανγεσ φορ τηεσε υνχερταιν παραmετερσ. Σελεχτ αππροπριατε ϖαλυεσ οφ τηεσε παραmετερσ το γιϖε αχχεπταβλε αγρεεmεντ βετωεεν τηε mεασυρεmεντσ ανδ πρεδιχτιονσ οϖερ τηε ρανγε οφ τεστ χονδιτιονσ. Τηερε ισ α ρισκ οφ ινχορρεχτ σελεχτιον οφ παραmετερσ ρεσυλτινγ ιν χοmπενσατινγ ερρορσ, βυτ βεχαυσε τηε mοδελσ αρε ρελατιϖελψ σιmπλε χοmπαρεδ το τηοσε οφ φυλλ σχαλε βυιλδινγσ, τηερε ισ mυχη λεσσ οϖερ παραmετερισατιον. Σχαλινγ ρεθυιρεσ τηε σελεχτιον οφ α ονε ορ mορε βασε χασε βυιλδινγσ, τηεν υνδερτακινγ α χοmπαρισον οφ τηεσε βασε χασε βυιλδινγσ ωιτη ανδ ωιτηουτ τηε τεστ χοmπονεντ. Wιτηιν πρεϖιουσ ΕΧ προϕεχτσ (ε.γ. [4]), α περφορmανχε ασσεσσmεντ mετηοδ ωασ δεϖελοπεδ ωιτη τηε φολλοωινγ mαιν ελεmεντσ: Χρεατε α mοδελ οφ τηε βασε χασε βυιλδινγ (ασ βυιλτ, ορ ασ δεσιγνεδ, ωιτηουτ τηε νεω βυιλδινγ χοmπονεντ τηατ ισ βεινγ στυδιεδ). Εσταβλιση ρεπρεσεντατιϖε βουνδαρψ χονδιτιονσ (ε.γ. χλιmατε). Υνδερτακε ιντεγρατεδ σιmυλατιονσ υσινγ συιταβλε σιmυλατιον προγραmσ. Εξπρεσσ mυλτι ϖαριατε περφορmανχε ιν τερmσ οφ συιταβλε δεσιγν χριτερια. Ιδεντιφψ ποτεντιαλ χονφιγυρατιονσ οφ τηε τεχηνολογψ υνδερ στυδψ ασ α φυνχτιον οφ βυιλδινγ τψπε ανδ λοχατιον. Μακινγ υσε οφ τηε mοδελσ τυνεδ ιν τηε χαλιβρατιον στυδψ, χρεατε α σεριεσ οφ mοδελσ οφ τηε ιδεντιφιεδ δεσιγν χασεσ. Χαρε mυστ βε εξερχισεδ το ενσυρε τηατ τηε χοmπονεντ mοδελσ αρε νοτ υσεδ ουτσιδε τηε ρανγε φορ ωηιχη τηεψ ηαϖε βεεν χαλιβρατεδ. Χοmπαρε τηε βασε χασε ανδ δεσιγν χασεσ αγαινστ τηε σελεχτεδ χριτερια. Χονσιδερ φυρτηερ δεσιγν χασεσ το ιmπροϖε περφορmανχε. Ρεπεατ τηε προχεδυρε φορ οτηερ χλιmατε ζονεσ το δετερmινε τηε σενσιτιϖιτψ οφ α δεσιγν το ιτσ λοχατιον (τηισ ισ τερmεδ ρεπλιχατιον). 4. Case Study Σεϖεραλ εξπεριmεντσ ανδ mοδελλινγ στυδιεσ ωερε χονδυχτεδ ον ϖεντιλατεδ Πς χοmπονεντσ ωιτηιν τηε Πς Ηψβριδ ΠΑΣ προϕεχτ [5] ανδ ωιτηιν φυρτηερ εξπεριmεντσ ον τηε Τεστ Ρεφερενχε Ενϖιρονmεντ (ΤΡΕ) ατ τηε Ευροπεαν ϑοιντ Ρεσεαρχη Χεντρε (ϑρχ) ιν Ισπρα, Ιταλψ. Τηε ΤΡΕ εξπεριmεντ δεσχριβεδ ιν τηισ σεχτιον ωασ σελεχτεδ το δεmονστρατε τηε ιδεασ οφ χαλιβρατιον ανδ σχαλινγ. Τηε Πς mοδυλε υνδερ τεστ ηαδ αιρ φλοωινγ βεηινδ τηε mοδυλε το χοολ τηε χελλσ ανδ αχτ ασ α ηεατ ρεχοϖερψ σψστεm. Τηε εξπεριmεντ ωασ τηερεφορε α γοοδ εξαmπλε οφ α χοmπλεξ χοmπονεντ, ωιτη α νεεδ το υνδερστανδ τηε τηερmαλ, αιρφλοω ανδ ελεχτριχαλ ποωερ ασπεχτσ οφ τηε mοδυλε περφορmανχε. Τηε Πς mοδυλε υνδερ τεστ ωασ α 120χm ξ 120χm γλασσ γλασσ πολψχρψσταλλινε (χ Σι) σιλιχον mοδυλε χοmποσεδ οφ 121 χελλσ αρρανγεδ ιν 3 στρινγσ οφ 36 χελλσ (πλυσ αν αδδιτιοναλ 13 χελλσ). 5

7 Τωο οφ τηεσε στρινγσ ωερε χοννεχτεδ ιν σεριεσ το αν ινϖερτερ ανδ τηε ϖολταγε ανδ χυρρεντ mεασυρεδ ατ τηε mαξιmυm ποωερ ποιντ. Dεταιλσ οφ τηε mοδυλεσ ασ προϖιδεδ βψ ϑρχ αρε γιϖεν ιν Ταβλε 2. <Ταβλε 2: Χονστρυχτιον ανδ Ελεχτριχαλ Dεταιλσ οφ τηε Πς Χοmπονεντ (ΣΤΧ αρε Στανδαρδ Τεστ Χονδιτιονσ οφ 1000W/m 2 ανδ 25 Χ)> Πρεϖιουσ εξπεριmεντσ ηαδ σηοων τηατ τηε λαργεστ διφφερενχεσ βετωεεν mεασυρεδ ανδ πρεδιχτεδ δατα οχχυρρεδ υνδερ χονδιτιονσ οφ ηιγη σολαρ ραδιατιον ανδ ηιγη φλοω ρατεσ. Τηε δατα χηοσεν φορ τηε αναλψσισ πρεσεντεδ ηερε ωερε φορ 3 συννψ δαψσ, Αυγυστ 2002, ωηεν τηε ϖεντιλατεδ αιρ φλοω ιν τηε γαπ βεηινδ τηε mοδυλε ωασ mεασυρεδ ασ 78.2 λ/σ. Τηε mοδυλε ανδ α σχηεmατιχ χροσσ σεχτιον σηοωινγ τεmπερατυρε σενσορ λοχατιονσ αρε σηοων ιν Φιγυρεσ 1 ανδ 2. <Φιγυρε 1: Πς Μοδυλε mουντεδ ον Τεστ Ρεφερενχε Ενϖιρονmεντ> <Φιγυρε 2: ςερτιχαλ χροσσ σεχτιον σχηεmατιχ οφ εξπεριmενταλ χονφιγυρατιον> Τηε mοδυλε ωασ σιmυλατεδ ωιτη τηε ΕΣΠ ρ προγραm [23], ωηιχη ισ χαπαβλε οφ mοδελλινγ τηε ιντεγρατεδ τηερmαλ, αιρφλοω ανδ ελεχτριχαλ ποωερ φλοω ιντεραχτιονσ. Τηε mοδελ χρεατεδ χοmπρισεδ φουρ σταχκεδ ζονεσ ρεπρεσεντινγ τηε αιρ γαπ βεηινδ τηε Πς mοδυλε, το τακε ιντο αχχουντ στρατιφιχατιον. Α πρεϖιουσ στυδψ ηαδ σηοων τηατ ατ λεαστ 3 σταχκεδ ζονεσ ωερε νεχεσσαρψ το αδεθυατελψ πρεδιχτ τεmπερατυρε γραδιεντσ βεηινδ τηε mοδυλεσ οϖερ α ρανγε οφ φλοω ρατεσ. Ιν εαρλιερ ωορκ υνδερτακεν το ασσιστ ιν τηε δεσιγν οφ τηε ουτδοορ τεστ φαχιλιτψ, α δεταιλεδ σενσιτιϖιτψ αναλψσισ ωασ υνδερτακεν το δετερmινε τηε φαχτορσ τηατ mοστ ινφλυενχε τηε ελεχτριχαλ ανδ τηερmαλ περφορmανχε οφ Πς mοδυλεσ. Τηε παραmετερσ στυδιεδ ωερε γρουπεδ ασ φολλοωσ: Πς φα αδε (φροντ πανελ) τηερmοπηψσιχαλ προπερτιεσ Πς φα αδε (ρεαρ πανελ) τηερmοπηψσιχαλ προπερτιεσ Οπτιχαλ προπερτιεσ οφ τηε Πς mοδυλε Ελεχτριχαλ προπερτιεσ οφ τηε Πς mοδυλε Χλιmατε Σιτε χονδιτιονσ Τηε φολλοωινγ ωερε ιδεντιφιεδ ασ τηε mοστ σιγνιφιχαντ παραmετερσ: Πς χελλ ενχαπσυλατινγ ρεσιν τηιχκνεσσ ανδ χονδυχτιϖιτψ εmισσιϖιτψ οφ συρφαχεσ ιν τηε αιρ γαπ τηερmαλ χαπαχιτψ οφ τηε ρεαρ πανελ διρεχτ ανδ διφφυσε σολαρ ραδιατιον σολαρ τρανσmισσιϖιτψ (φορ σεmι τρανσπαρεντ mοδυλεσ) ανδ αβσορπτιϖιτψ οφ τηε ρεσιν λαψερ ιντερναλ ανδ εξτερναλ χονϖεχτιον χοεφφιχιεντσ γρουνδ ρεφλεχτιϖιτψ Ιν τηε εξπεριmεντ δεσχριβεδ ηερε, τηε δεταιλσ οφ τηε mοδυλε ανδ ρεαρ πανελ χονστρυχτιονσ ωερε κνοων ιν δεταιλ, ανδ τηε ϖερτιχαλ σολαρ ραδιατιον ιν φροντ οφ τηε mοδυλεσ ωασ αλσο mεασυρεδ. Φιγυρεσ 3, 4 ανδ 5 ινδιχατε τηε αγρεεmεντ αχηιεϖεδ (αφτερ τυνινγ) βετωεεν τηε mεασυρεδ ανδ πρεδιχτεδ δατα φορ τηε ελεχτριχαλ ποωερ ουτπυτ φροm τηε 72 χελλσ οπερατεδ ατ mαξιmυm ποωερ ποιντ (ΜΠΠ), φορ τηε τεmπερατυρε ινχρεασε φροm βοττοm το τοπ ιν τηε αιρ γαπ, ανδ τηε Πς χελλ τεmπερατυρε. 6

8 <Φιγυρε 3: Χοmπαρισον οφ πρεδιχτεδ ανδ mεασυρεδ ποωερ ουτπυτ φροm 72 χελλσ ατ ΜΠΠ> <Φιγυρε 4: Χοmπαρισον οφ πρεδιχτεδ ανδ mεασυρεδ τεmπερατυρε ινχρεασε ιν τηε αιρ γαπ> <Φιγυρε 5: Χοmπαρισον οφ πρεδιχτεδ ανδ mεασυρεδ Πς χελλ τεmπερατυρε> Ρεγαρδινγ Φιγυρεσ 3, 4 ανδ 5: Τηε πρεδιχτιον φορ ελεχτριχαλ ποωερ ουτπυτ φορ τωο στρινγσ οφ 72 χελλσ ισ ιν γοοδ αγρεεmεντ ωιτη mεασυρεmεντσ. Τηισ ισ ενχουραγινγ: ιτ ινδιχατεσ τηατ ΕΣΠ ρ σ σολαρ χαλχυλατιονσ οφ ινχιδεντ ραδιατιον ον τηε σουτη φαχε (φροm τηε mεασυρεδ γλοβαλ ανδ διφφυσε ηοριζονταλ ιρραδιατιον) ανδ τηε Πς χελλ αλγοριτηm γιϖε αχχεπταβλε πρεδιχτιονσ. Α νυmβερ οφ σενσιτιϖιτψ στυδιεσ ωερε χαρριεδ ουτ, αλτερινγ τηε mοδυλε οπτιχαλ προπερτιεσ, χονϖεχτιϖε ηεατ τρανσφερ χοεφφιχιεντσ ιν τηε αιρ γαπ ανδ εmισσιϖιτψ ιν τηε αιρ γαπ. Οφ τηεσε, υνχερταιντψ ιν οπτιχαλ προπερτιεσ ανδ χονϖεχτιϖε ηεατ τρανσφερ χοεφφιχιεντσ ωερε τηε mοστ ιmπορταντ. Τηε αγρεεmεντ σηοων ιν Φιγυρεσ 3, 4 ανδ 5 ρεσυλτ φροm αδϕυστινγ τηεσε παραmετερσ τηρουγη α σενσιβλε ρανγε οφ ϖαλυεσ. Τηισ ηιγηλιγητσ τηε εσσεντιαλ διφφερενχε βετωεεν χαλιβρατιον ανδ ϖαλιδατιον: ωιτη τηεσε παραmετερσ προϖιδινγ αν αχχεπταβλε αγρεεmεντ, ιτ ωασ χονσιδερεδ τηατ τηε χαλιβρατεδ mοδελ ωασ συφφιχιεντλψ αχχυρατε το αλλοω ιτ το βε υσεδ ιν σχαλινγ ανδ ρεπλιχατιον στυδιεσ. Τηε δατα ωερε νοτ οφ συφφιχιεντ θυαλιτψ φορ ϖαλιδατιον. Νο οπτιχαλ ινφορmατιον ωασ αϖαιλαβλε, ανδ ιτ ισ ρεχοmmενδεδ τηατ τηισ δατα σηουλδ βε ρουτινελψ mεασυρεδ φορ τηισ τψπε οφ χοmπονεντ, ασ τηερmαλ περφορmανχε ισ ηιγηλψ σενσιτιϖε το σολαρ αβσορπτιϖιτψ ανδ ρεφλεχτιϖιτψ. Στανδαρδ χορρελατιονσ ωερε υσεδ φορ εστιmατινγ τηε χονϖεχτιον χοεφφιχιεντσ ιν τηε mοδυλε αιρ γαπ [24]. Τηε βεστ αγρεεmεντ ωασ φουνδ υσινγ τηε ασσυmπτιον οφ λαmιναρ φλοω ωιτη α χορρεσπονδινγ χονϖεχτιϖε ηεατ τρανσφερ χοεφφιχιεντ οφ 2.16 W/m 2 Κ. Ηοωεϖερ, τηε mοδελλινγ υνδερτακεν ασσυmεσ υνιφορm φλοω: ιν πραχτιχε τηισ ισ υνλικελψ. Μορε δεταιλεδ mεασυρεmεντσ, τογετηερ ωιτη ΧΦD mοδελλινγ, χουλδ βε υσεδ το ινϖεστιγατε τηισ φυρτηερ [25]. Ηοωεϖερ, ιτ ισ ρε ιτερατεδ τηατ τηε λεϖελ οφ αγρεεmεντ ρεαχηεδ ισ χονσιδερεδ αχχεπταβλε φορ σχαλινγ ανδ ρεπλιχατιον στυδιεσ. Αλτηουγη τηε δατασετ πρεσεντεδ ηερε ισ λιmιτεδ, ωιτη ονλψ ονε φλοω ρατε, οτηερ σιmιλαρ στυδιεσ υνδερτακεν ωιτηιν τηε Πς Ηψβριδ ΠΑΣ προϕεχτ [5] γιϖε σοmε χονφιδενχε ιν τηε ρεσυλτσ οφ τηε χαλιβρατιον, αλτηουγη τηερε αρε στιλλ υνχερταιντιεσ ρεγαρδινγ αππροπριατε χονϖεχτιϖε ηεατ τρανσφερ χοεφφιχιεντσ. Φολλοωινγ χαλιβρατιον, α δεταιλεδ σχαλινγ στυδψ ωασ υνδερτακεν βασεδ ον α mοδελ οφ τηε ΕΛΣΑ βυιλδινγ ιν Ισπρα δεϖελοπεδ ωιτηιν τηε Πς Ηψβριδ ΠΑΣ προϕεχτ [26]. Τηε βασε χασε στυδιεδ ωασ τηε ΕΛΣΑ βυιλδινγ, α λαργε ωορκσηοπ σιτυατεδ ιν τηε ΕΧ ϑοιντ Ρεσεαρχη Χεντρε ατ Ισπρα ιν τηε νορτη οφ Ιταλψ, λατιτυδε Ν, ασ σηοων ιν Φιγυρε 6. <Φιγυρε 6: Φοχυσ οφ σχαλινγ εξαmπλε: τηε ΕΛΣΑ βυιλδινγ, Ισπρα.> <Φιγυρε 7: Μονταγε σηοωινγ ϖαριουσ χοmπονεντσ οφ τηε ΕΛΣΑ βυιλδινγ mοδελ.> Τηε mοδελ ινχλυδεσ τηε χονδιτιονεδ οπεν πλαν ωορκσηοπ φλοορ λεϖελ σπαχε (ηεατεδ φλοορ αρεα ισ 1236 m 2 ), τηε ρεστ οφ τηε φαχτορψ σπαχε ανδ α δεταιλεδ mοδελ οφ τηε Πς φαχαδε υσινγ υνϖεντιλατεδ σουτη φαχινγ αmορπηουσ σιλιχον Πς mοδυλεσ (420 ιν τοταλ ωιτη αν αρεα οφ αρεα 604 m 2 ), ασ βυιλτ. Σοmε ασπεχτσ οφ τηε mοδελ αρε σηοων ιν Φιγυρε 7. 7

9 Τηε ιντεντιον οφ τηε φολλοωινγ συmmαρψ ισ το ινδιχατε ηοω α χαλιβρατεδ mοδελ χαν βε υσεδ το στυδψ χοmπονεντ περφορmανχε ωηεν ιντεγρατεδ ιντο α φυλλ σχαλε βυιλδινγ. Τηε παρτιχυλαρ ιντερεστ ιν τηε χασε οφ τηε ϖεντιλατεδ Πς mοδυλεσ ωασ ιν ηοω τηε ηεατ ρεχοϖερεδ χουλδ βε υτιλισεδ, ανδ σο τηε οβϕεχτιϖεσ οφ τηισ χασε στυδψ ωερε το: ινϖεστιγατε σηορτ τερm στοραγε οπτιονσ φορ τηε ηεατ ρεχοϖερεδ; ινϖεστιγατε οπτιmαλ χοmβινατιον οφ διρεχτ ανδ σηορτ τερm στοραγε οπτιονσ φορ τηε ηεατ ρεχοϖερεδ; στυδψ συmmερ σταχκ ϖεντιλατιον χοολινγ; χοντραστ οπαθυε χρψσταλλινε (χ Σι) ανδ αmορπηουσ σιλιχον (α Σι) Πς mοδυλεσ. Τηε φαχτορψ οχχυπιεδ ζονεσ ωερε ασσυmεδ το βε χονϖεχτιϖελψ ηεατεδ ανδ χοολεδ ωηιλε τηε οτηερ σπαχεσ αρε ονλψ ινδιρεχτλψ χονδιτιονεδ. Τηε ηεατινγ σετ ποιντ ωασ 20 Χ ανδ τηε χοολινγ σετ ποιντ ωασ 27 Χ ωηεν τηε φαχτορψ ωασ οχχυπιεδ (ι.ε. φροm 7:00 18:00 ηουρσ). Τηε φαχτορψ ωασ ασσυmεδ το βε mεχηανιχαλλψ ϖεντιλατεδ ωιτηουτ α ηεατ ρεχοϖερψ σψστεm, ωιτη 8.7 m 3 /σ ορ 7 λ/σ.m 2 οφ φρεση αιρ συππλιεδ το τηε φαχτορψ οχχυπιεδ ζονε. Τηισ ρελατιϖελψ ηιγη ϖεντιλατιον ρατε ωασ αππλιεδ το βε ρεπρεσεντατιϖε οφ α λαργε ωορκσηοπ σπαχε ωηερε ιτ ωασ νεχεσσαρψ το ρεmοϖε προχεσσ χονταmιναντσ ασ ωελλ ασ το ινϖεστιγατε τηε mαξιmυm ποσσιβλε εφφεχτ οφ τηε Πς ηψβριδ χοmπονεντ. Τηε βασε χασε mοδελ χονταινεδ α Πς φαχαδε ωιτη νο ηεατ υτιλισατιον (ι.ε. α νον ηψβριδ σψστεm). Ιν ορδερ το θυαντιφψ τηε ποσσιβιλιτψ οφ α ηψβριδ σχηεmε, δεσιγν χηανγεσ το τηε βασε χασε ωερε ινϖεστιγατεδ. Dεσιγν Χασε 1: Dιρεχτ υσε οφ τηερmαλ ηεατ ρεχοϖερψ ϖια α ηεατ εξχηανγερ, ινϖεστιγατινγ τηε ποτεντιαλ φορ τηε διρεχτ υσε οφ τηερmαλ ενεργψ ρεχοϖερεδ φροm τηε φαχαδε ιν τηε ωορκσηοπ σπαχε ϖια α ηεατ εξχηανγερ. Dεσιγν Χασε 2: Σηορτ τερm στοραγε, ωιτη α mεχηανιχαλ ϖεντιλατιον σψστεm χοννεχτινγ τηε Πς φαχαδε αιρ χαϖιτψ ανδ τηε ωορκσηοπ χονχρετε φλοορ mασσ. Dεσιγν Χασε 3: Νατυραλ ϖεντιλατιον χοολινγ οφ τηε φαχτορψ οχχυπιεδ ζονε υσινγ τηε σταχκ εφφεχτ ασσοχιατεδ ωιτη τηε Πς φαχαδε χαϖιτψ. Dεσιγν Χασε 4: Σηορτ τερm στοραγε ωιτη πολψχρψσταλλινε Σι mοδυλεσ συχη ασ mοδελλεδ ιν τηε χαλιβρατιον στυδψ. Dεσιγν Χασε 5: Χονϖεντιοναλ ηεατ ρεχοϖερψ το ινϖεστιγατε ηοω Πς ηψβριδ τεχηνολογιεσ χοmπαρε ωιτη α χονϖεντιοναλ ηεατ ρεχοϖερψ σψστεm ιντροδυχεδ το τηε βασε χασε mοδελ. Dεσιγν Χασε 6: Dιρεχτ υσε οφ τηερmαλ ενεργψ ιν τηε ωορκσηοπ σπαχε ωιτηουτ α ηεατ εξχηανγερ. Dεσιγν Χασε 7: Χοmβινεδ διρεχτ ανδ σηορτ τερm στοραγε. Dεσιγν Χασε 8: Dιρεχτ υσε πλυσ ηεατ ρεχοϖερψ, ωιτη εξτερναλ αιρ πρε ηεατεδ ιν α ηεατ εξχηανγερ ανδ τηεν δραων τηρουγη τηε Πς φαχαδε το φυρτηερ ινχρεασε ιτσ τεmπερατυρε. Φυλλ δεταιλσ οφ τηε mοδελσ αρε ρεπορτεδ ιν [26]. Α φεω φινδινγσ αρε πρεσεντεδ ηερε το ινδιχατε τηε βενεφιτσ οφ τηισ τψπε οφ στυδψ. Χοmπαρεδ το τηε βασε χασε: Αλλ Dεσιγν Χασεσ εξχεπτ Dεσιγν Χασε 3 (νατυραλ ϖεντιλατιον χοολινγ) ανδ Dεσιγν Χασε 6 (διρεχτ υσε ωιτηουτ ηεατ εξχηανγερ) ρεσυλτ ιν α σιγνιφιχαντ φαν mαξιmυm χαπαχιτψ ινχρεασε (βετωεεν 70% ανδ 80%). Αππλιχατιον οφ χ Σι Πς mοδυλεσ σιγνιφιχαντλψ ινχρεασεσ τηε mαξιmυm ελεχτριχ ποωερ γενερατιον χαπαχιτψ ασ ωελλ ασ τηε αννυαλ ελεχτριχ ποωερ γενερατιον (ιν τηε ορδερ οφ 3 τιmεσ). Ιν τερmσ οφ τοταλ αννυαλ ενεργψ χονσυmπτιον, Dεσιγν Χασε 8 (διρεχτ υσε πλυσ ηεατ ρεχοϖερψ) ωιλλ δελιϖερ α 25% ρεδυχτιον, ανδ Dεσιγν Χασεσ 5 (χονϖεντιοναλ ηεατ ρεχοϖερψ), 6 (διρεχτ υσε ωιτηουτ ηεατ εξχηανγερ) ανδ 7 (χοmβινεδ διρεχτ ανδ σηορτ τερm στοραγε) ωιλλ εαχη δελιϖερ αβουτ α 20% ρεδυχτιον. 8

10 Τηε βεστ περφορmινγ οπτιον ιν τερmσ οφ ενεργψ χονσυmπτιον, Dεσιγν Χασε 8 (διρεχτ υσε πλυσ ηεατ ρεχοϖερψ), χουλδ δελιϖερ τοταλ αννυαλ ενεργψ σαϖινγσ ιν τηε ορδερ οφ 68 κwη/m 2 νορmαλισεδ ωιτη ρεσπεχτ το φλοορ αρεα ανδ 141 κwη/m 2 νορmαλισεδ ωιτη ρεσπεχτ το Πς φαχαδε αρεα. Dεσιγν Χασε 3 (νατυραλ ϖεντιλατιον χοολινγ) ωιλλ φαιλ το δελιϖερ ηιγη ϖεντιλατιον ρατεσ, βυτ mαψ βε α φεασιβλε σολυτιον ιφ λοωερ ϖεντιλατιον ρατεσ αρε αχχεπταβλε. Τηισ σχηεmε αλσο σλιγητλψ δεχρεασεσ τηε συmmερ ρεσυλταντ τεmπερατυρεσ. Ασ α φαχτορψ σπαχε, ιτ mαψ βε ποσσιβλε το υσε τηε ηεατ διρεχτλψ ασ προχεσσ ηεατ φορ σοmε αππλιχατιονσ. Τηε Πς φαχαδε (Dεσιγν Χασε 4) χαν γενερατε υπ το α mαξιmυm οφ 30 κw οφ ποωερ, ιν τηε ορδερ οφ 50 ΜWη ιν α ψεαρ (83 κwη/m 2 οφ φα αδε αρεα), ανδ α mαξιmυm οφ 241 κw οφ ηεατ (ρελατεδ το αmβιεντ τεmπερατυρε), ιν τηε ορδερ οφ 240 ΜWη (397 κwη/m 2 οφ φα αδε αρεα) ιν α ψεαρ. Τηερε mαψ βε σοmε ινδυστριαλ προχεσσεσ ωηερε τηισ ενεργψ γενερατιον ποτεντιαλ χουλδ mακε α υσεφυλ χοντριβυτιον. Τηε τεmπερατυρεσ οφ τηε αϖαιλαβλε ηεατ ωιλλ ρανγε φροm αmβιεντ υνδερ λοω σολαρ χονδιτιονσ υπ το α mαξιmυm οφ 20 Χ αβοϖε αmβιεντ. Ιτ ισ στραιγητφορωαρδ το ρεπεατ σιmυλατιονσ ωιτη οτηερ χλιmατε φιλεσ το δετερmινε ηοω τηε βυιλδινγ χοmπονεντ περφορmσ ιν οτηερ λοχατιονσ. 5. Conclusions Σιmυλατιον ισ αν ιmπορταντ παρτ οφ τηε οϖεραλλ mετηοδολογψ φορ ασσεσσινγ τηε αππλιχαβιλιτψ οφ νοϖελ βυιλδινγ χοmπονεντσ. Ιτ χαν βε υσεδ το δετερmινε ηοω τηε χοmπονεντσ ωιλλ περφορm, αγαινστ mυλτι ϖαριατε χριτερια, ωηεν ιντεγρατεδ ιντο α φυλλ σχαλε βυιλδινγ. Τηισ παπερ ηασ ρεπορτεδ ον τηε χαλιβρατιον, σχαλινγ ανδ ρεπλιχατιον προχεδυρεσ τηατ ηαϖε νοω βεεν αππλιεδ, ιν mανψ ΕΧ προϕεχτσ ανδ ελσεωηερε, το υνδερστανδ τηε περφορmανχε οφ νεω τεχηνολογιεσ. Εξαmπλεσ αρε ηψβριδ Πς χοmπονεντσ, αδϖανχεδ γλαζινγσ, αδδ ον συνσπαχεσ, ανδ ϖεντιλατεδ φαχαδε χοmπονεντσ. Τηε φιρστ στεπ ισ το υσε δατα φροm ουτδοορ τεστ χελλσ το χαλιβρατε τηε χοmπυτερ mοδελ οφ τηε χοmπονεντ. Τηε αδϖανταγε οφ υσινγ ωελλ χοντρολλεδ ουτδοορ εξπεριmεντσ ον νοϖελ βυιλδινγ χοmπονεντσ ισ τηατ mοστ οφ τηε παραmετερσ ρεθυιρεδ βψ τηε σιmυλατιον mοδελ αρε κνοων. Τηερεφορε τηε νυmβερ οφ παραmετερσ τηατ νεεδ το βε χονσιδερεδ ιν τυνινγ το ιmπροϖε τηε mατχη βετωεεν mεασυρεδ ανδ πρεδιχτεδ δατα ισ ρεδυχεδ. Χαλιβρατεδ χοmπονεντ mοδελσ χαν τηεν βε υσεδ το στυδψ τηε ποτεντιαλ ιmπαχτ οφ νοϖελ βυιλδινγ χοmπονεντσ ωιτηιν φυλλ σχαλε βυιλδινγσ. References [1] ϑιmενεζ Μ ϑ ανδ Μαδσεν Η, Μοδελσ φορ Dεσχριβινγ τηε Τηερmαλ Χηαραχτεριστιχσ οφ Βυιλδινγ Χοmπονεντσ, Βυιλδινγ ανδ Ενϖιρονmεντ, τηισ ισσυε. [2] Στραχηαν Π ανδ Βακερ Π, Χοmπαρισον οφ Μεασυρεδ ανδ Πρεδιχτεδ Περφορmανχε οφ α Χονσερϖατορψ, Προχ. Νορτη Συν 92, Τρονδηειm, Νορωαψ, ππ , ϑυνε [3] Wουτερσ Π ανδ ςανδαελε Λ, Τηε ΠΑΣΣΨΣ Σερϖιχεσ: Συmmαρψ Ρεπορτ, Ευροπεαν Χοmmισσιον Πυβλιχατιον Νο ΕΥΡ ΕΝ, [4] Χλαρκε ϑ Α ανδ ϑανακ Μ, Ασσεσσινγ τηε Οϖεραλλ Περφορmανχε οφ Αδϖανχεδ Γλαζινγ Σψστεmσ, Σολαρ Ενεργψ, ςολ 63 (4), ππ231 41, [5] ςανδαελε Λ, Wουτερσ Π ανδ Βλοεm Η, Ηψβριδ Πηοτοϖολταιχ Βυιλδινγ Χοmπονεντσ: Οϖεραλλ Περφορmανχε Ασσεσσmεντ βψ Τεστινγ ανδ Σιmυλατιον, 14τη Ευροπεαν Πηοτοϖολταιχ Σολαρ Ενεργψ Χονφερενχε, Βαρχελονα, ππ , [6] Βρονσον D, Ηινχηεψ Σ Β, Ηαβερλ ϑ Σ, ανδ Ο Νεαλ D Λ, Α Προχεδυρε φορ Χαλιβρατινγ τηε DΟΕ 2 Σιmυλατιον Προγραm το Νον Wεατηερ Dεπενδεντ Μεασυρεδ Λοαδσ, ΑΣΗΡΑΕ Τρανσαχτιονσ, Παπερ ΑΝ , ππ ,

11 [7] Χαραβοττ Μ, Βυιλδινγ Σιmυλατιον Ρεχονχιλιατιον υσινγ Εmπιριχαλ Dατα, Προχεεδινγσ οφ Βυιλδινγ Σιmυλατιον 89, ςανχουϖερ, Χαναδα, [8] Καπλαν Μ Β, ΜχΦερραν ϑ, ϑανσεν ϑ ανδ Πραττ Ρ, Ρεχονχιλιατιον οφ α DΟΕ2.1Χ Μοδελ ωιτη Μονιτορεδ Ενδ Υσε Dατα φορ α Σmαλλ Οφφιχε Βυιλδινγ, ΑΣΗΡΑΕ Τρανσαχτιονσ, Παπερ ΑΝ , ςολ. 96, Παρτ 1, ππ , [9] Πεδρινι Α, Wεστπηαλ Φ Σ ανδ Λαmβερτσ Ρ, Α Μετηοδολογψ φορ Βυιλδινγ Μοδελινγ ανδ Χαλιβρατιον ιν Wαρm Χλιmατεσ, Βυιλδινγ ανδ Ενϖιρονmεντ, ςολ 37 (8 9), ππ , [10] Ταmβυρρινι Μ, Παλmερ D ανδ Μαχδοναλδ Ι Α, Χαλιβρατινγ Μοδελσ φορ Σιmυλατιον Υσε ιν Dεσιγν Πραχτιχεσ, Βυιλδινγ Σιmυλατιον 03, ππ , Εινδηοϖεν, Νετηερλανδσ, Αυγ [11] Συββαραο Κ, Βυρχη ϑ D ανδ Ηανχοχκ Χ Ε, Βυιλδινγ Ενεργψ Σιmυλατιονσ φορ Dεσιγν, Εϖαλυατιον, Χοmmισσιονινγ, Χοντρολ ανδ Dιαγνοστιχσ, Βυιλδινγ Σιmυλατιον 89, ςανχουϖερ, Χαναδα, [12] Βαλχοmβ ϑ D, Βυρχη ϑ D ανδ Συββαραο Κ, Σηορτ Τερm Ενεργψ Μονιτορινγ οφ Ρεσιδενχεσ, ΑΣΗΡΑΕ Τρανσαχτιονσ 99(2), [13] Σοεβαρτο ς Ι, Χαλιβρατιον οφ Ηουρλψ Ενεργψ Σιmυλατιονσ υσινγ Ηουρλψ Μονιτορεδ Dατα ανδ Μοντηλψ Υτιλιτψ Ρεχορδσ φορ Τωο Χασε Στυδψ Βυιλδινγσ, Προχεεδινγσ οφ Βυιλδινγ Σιmυλατιον 97, Πραγυε, ππ , Σεπτ [14] Λιυ Σ ανδ Ηενζε Γ Π Χαλιβρατιον οφ Βυιλδινγ Μοδελσ φορ Συπερϖισορψ Χοντρολ οφ Χοmmερχιαλ Βυιλδινγσ, Βυιλδινγ Σιmυλατιον 05, Μοντρεαλ, Χαναδα, ππ , Αυγ [15] Χαρρολλ W Λ, Βιρδσαλλ Β Ε, Ηιτχηχοχκ Ρ ϑ ανδ Καmmερυδ Ρ Χ, ΡΕΣΕΜ: Αν Εϖαλυατιον Τοολ φορ Ενεργψ Ρετροφιτσ ιν Ινστιτυτιοναλ Βυιλδινγσ, Προχεεδινγσ οφ Βυιλδινγ Σιmυλατιον 89, ςανχουϖερ, Χαναδα, [16] Χαρρολλ W Λ ανδ Ηιτχηχοχκ Ρ ϑ, Τυνινγ Σιmυλατεδ Βυιλδινγ Dεσχριπτιονσ το Ματχη Αχτυαλ Υτιλιτψ Dατα: Μετηοδσ ανδ Ιmπλεmεντατιον, ΑΣΗΡΑΕ Τρανσαχτιονσ 99(2), [17] Συν ϑ ανδ Ρεδδψ Τ Α, Χαλιβρατιον οφ Βυιλδινγ Ενεργψ Σιmυλατιον Προγραmσ υσινγ τηε Αναλψτιχ Οπτιmιζατιον Αππροαχη (ΡΠ 1051), ΗςΑΧ&Ρ Ρεσεαρχη, ςολ 12 (1), ππ , [18] Χλαρκε ϑ Α, Περνοτ Χ ανδ Στραχηαν Π, Αν Αππροαχη το τηε Χαλιβρατιον οφ Βυιλδινγ Ενεργψ Σιmυλατιον Μοδελσ, ΑΣΗΡΑΕ Τρανσαχτιονσ, ςολ 99 (2), ππ , [19] ϑενσεν Σ Ο (Εδ), Τηε ΠΑΣΣΨΣ Προϕεχτ. Συβγρουπ Μοδελ ςαλιδατιον ανδ Dεϖελοπmεντ Φιναλ Ρεπορτ, Παρτσ Ι ανδ ΙΙ, Χοmmισσιον οφ τηε Ευροπεαν Χοmmυνιτιεσ, DΓΞΙΙ, [20] Στραχηαν Π, Μοδελ ςαλιδατιον υσινγ τηε ΠΑΣΣΨΣ Τεστ Χελλσ, Βυιλδινγ ανδ Ενϖιρονmεντ, ςολ 28 (2), ππ , [21] Λοmασ Κ ϑ, Εππελ Η, Μαρτιν Χ ανδ Βλοοmφιελδ D, Εmπιριχαλ ςαλιδατιον οφ Τηερmαλ Βυιλδινγ Σιmυλατιον Προγραmσ υσινγ Τεστ Ροοm Dατα, ΙΕΑ Αννεξ 21/Τασκ 12 Χο οπερατιϖε Προϕεχτ, Φιναλ Ρεπορτ, ςολσ 1,2 ανδ 3, [22] Μανζ Η, Λουτζενηισερ Π, Φρανκ Τ, Στραχηαν Π, Βυνδι Ρ ανδ Μαξωελλ Γ, Σεριεσ οφ Εξπεριmεντσ φορ Εmπιριχαλ ςαλιδατιον οφ Σολαρ Γαιν Μοδελινγ ιν Βυιλδινγ Ενεργψ Σιmυλατιον Χοδεσ Εξπεριmενταλ Σετυπ, Τεστ Χελλ Χηαραχτεριζατιον, Σπεχιφιχατιονσ ανδ Υνχερταιντψ Αναλψσισ, ιν Πρεσσ, Βυιλδινγ ανδ Ενϖιρονmεντ, [23] ΕΣΡΥ, ΕΣΠ ρ προγραm, ηττπ://ωωω.εσρυ.στρατη.αχ.υκ, [24] Ινχροπερα Φ Π ανδ DεWιττ D Π, Φυνδαmενταλσ οφ Ηεατ ανδ Μασσ Τρανσφερ, ϑοην Wιλεψ ανδ Σονσ, Νεω Ψορκ, [25] Μοσηφεγη Β ανδ Σανδβεργ Μ, Φλοω ανδ Ηεατ τρανσφερ ιν τηε Αιρ Γαπ Βεηινδ Πηοτοϖολταιχ Πανελσ, Ρενεωαβλε ανδ Συσταιναβλε Ενεργψ Ρεϖιεωσ, ςολ 2, Ισσυε 3, ππ , [26] Χλαρκε ϑ Α, Ηανδ ϑ, ϑανακ Μ, ϑοηνστονε Χ Μ ανδ Στραχηαν Π Α, Πς Ηψβριδ ΠΑΣ Σιmυλατιον Χασε Στυδψ: ΕΛΣΑ βυιλδινγ, Ισπρα, Ιταλψ, Πς Ηψβριδ ΠΑΣ Φιναλ Ρεπορτ,

12 11

13 Οβϕεχτιϖε Εmπηασισ Ταβλε 1: Χοmπαρισον οφ Χαλιβρατιον ανδ ςαλιδατιον Calibration, scaling and replication Validation Ενεργψ ανδ ενϖιρονmενταλ περφορmανχε ασσεσσmεντ οφ νεω ορ εξιστινγ τεχηνολογιεσ ιν βυιλδινγσ Θυαντιτατιϖε ασσεσσmεντ οφ building περφορmανχε Αππλιχατιονσ Περφορmανχε οφ τψπιχαλ βυιλδινγσ οϖερ α ρανγε οφ χλιmατεσ φορ οϖεραλλ ασσεσσmεντ οφ τηε παρτιχυλαρ τεχηνολογψ Σπεχιφιχ περφορmανχε οφ δεσιγν εξεmπλαρσ Ελεmεντσ Μοδελ δεϖελοπmεντ Χαλιβρατιον Χοmπονεντ Περφορmανχε Σχαλινγ Οπτιmισατιον ανδ Ρεπλιχατιον Εσταβλισηινγ χονφιδενχε ιν πρεδιχτιονσ οφ σιmυλατιον προγραmσ Θυαντιτατιϖε ασσεσσmεντ οφ program περφορmανχε Αχχρεδιτατιον Προγραm δεϖελοπmεντ Τηεορψ Ρεϖιεω Σουρχε χοδε χηεχκινγ Ιντερ προγραm χοmπαρισονσ Αναλψτιχαλ ϖαλιδατιον Εmπιριχαλ ϖαλιδατιον (προχεσσ λεϖελ, χοmπονεντ λεϖελ, ωηολε mοδελ λεϖελ) Ταβλε 2: Χονστρυχτιον ανδ Ελεχτριχαλ Dεταιλσ οφ τηε Πς Χοmπονεντ (ΣΤΧ αρε Στανδαρδ Τεστ Χονδιτιονσ οφ 1000W/m 2 ανδ 25 Χ) Μοδυλε Αρεα 120χm ξ 120χm Χονστρυχτιον Γλασσ (4mm), Πς χελλσ ιν ΕςΑ (2mm), Γλασσ (4mm) Οπεν χιρχυιτ ϖολταγε οφ 36 χελλ στρινγ 16.4 ςολτσ ατ ΣΤΧ Σηορτ χιρχυιτ χυρρεντ οφ 36 χελλ στρινγ 2.24 Αmπσ ατ ΣΤΧ ςολταγε ατ mαξιmυm ποωερ ποιντ οφ 21.3 ςολτσ ατ ΣΤΧ 36 χελλ στρινγ Χυρρεντ ατ mαξιmυm ποωερ ποιντ οφ 2.58 Αmπσ ατ ΣΤΧ 36 χελλ στρινγ Χελλ εφφιχιενχψ ατ ΣΤΧ 10.00% 12

14 Φιγυρε 1: Πς Μοδυλε mουντεδ ον Τεστ Ρεφερενχε Ενϖιρονmεντ 13

15 Τ τοπ,ινσιδε Τ ωοοδ Τ τοπ,βαχκ Τ mοδυλε Τ Τ ιν Τ αιρ ς οχ Ι ϖερτ ς ωινδ ςωινδ,αϖγ Φιγυρε 2: ςερτιχαλ χροσσ σεχτιον σχηεmατιχ οφ εξπεριmενταλ χονφιγυρατιον 14

16 Φιγυρε 3: Χοmπαρισον οφ πρεδιχτεδ ανδ mεασυρεδ ποωερ ουτπυτ φροm 72 χελλσ ατ ΜΠΠ Φιγυρε 4: Χοmπαρισον οφ πρεδιχτεδ ανδ mεασυρεδ τεmπερατυρε ινχρεασε ιν τηε αιρ γαπ 15

17 Φιγυρε 5: Χοmπαρισον οφ πρεδιχτεδ ανδ mεασυρεδ Πς χελλ τεmπερατυρε 16

18 Φιγυρε 6: Φοχυσ οφ σχαλινγ εξαmπλε: τηε ΕΛΣΑ βυιλδινγ, Ισπρα 17

19 Φιγυρε 7: Μονταγε σηοωινγ ϖαριουσ χοmπονεντσ οφ τηε ΕΛΣΑ βυιλδινγ mοδελ. 18