εργαλεία σχεδιασµού κτιρίων υψηλής ενεργειακής απόδοσης

εργαλεία σχεδιασµού κτιρίων υψηλής ενεργειακής απόδοσης τεχνική εκδήλωση 14/5/2015 Λάσκος Κωνσταντίνος, πολιτικός µηχανικός Α.Π.Θ., σύµβουλος ενεργειακού σχεδιασµού και εξοικονόµησης ενέργειας, Building Energy Modeling Professional (BEMP) Energy And Building, Σύµβουλοι Μηχανικοί www.energyandbuilding.gr

κτίρια υψηλής ενεργειακής απόδοσης

ενεργειακός σχεδιασµός κτιρίων καθορισµός ενός κτιρίου βάσης-αναφοράς µε το οποίο συγκρίνεται το υπό µελέτη κτίριο ASHRAE 90.1, K.Eν.A.K., εθνικές νομοθεσίες κρατών μελών Ε.Ε. οικονοµοτεχνική ανάλυση εναλλακτικών σεναρίων σχεδιασµού και επιλογή µε βάση καθορισµένα κριτήρια επενδύσεις ενεργειακής αναβάθμισης, βελτιστοποίηση σχεδιασμού

οικονοµική ανάλυση κύκλου ζωής κτιρίου το συνολικό κόστος στο κύκλο ζωής ενός κτιρίου αποτελείται από το: κόστος κατασκευής (συμπεριλαμβάνεται το κόστος χρήματος) κόστος μελέτης κόστος λειτουργίας (κόστος ενέργειας και νερού) κόστος συντήρησης (εγκαταστάσεων και αναλώσιμα) κόστος αντικατάστασης εξοπλισμού κόστος αποκομιδής

οικονοµική αξιολόγηση σχεδιασµού η βελτιστοποίηση του σχεδιασµού στοχεύει στην ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους η βελτίωση του σχεδιασµού πλέον του ελάχιστα αποδεκτού από το εθνικό κανονισµό όπως και η ενεργειακή αναβάθµιση πρέπει να αντιµετωπίζονται ως επένδυση δεν απαιτείται η γνώση του κόστους αλλά της διαφοράς κόστους από το κτίριο βάσης (ελάχιστα αποδεκτό για νέα, υφιστάµενο για ανακαινιζόµενα) γενικά αποδεκτό µέτρο αξιολόγησης της επένδυσης είναι η καθαρή παρούσα αξία (Net Present Value) µπορούν να τεθούν και περιορισµοί, π.χ. µέγιστο ποσό επένδυσης

µέτρα οικονοµικής αξιολόγησης - PB απλός χρόνος απόσβεσης PB [έτη] PV= V cost / S en,an = V cost / V en,cost,init V en,cost,prop όπου: V cost η αξία της επένδυσης S en,an η ετήσια εξοικονόµηση χρηµάτων λόγω της επέµβασης V en,cost,init το ετήσιο κόστος ενέργειας πριν τις επεµβάσεις V en,cost,prop το ετήσιο κόστος ενέργειας µετά τις επεµβάσεις

µέτρα οικονοµικής αξιολόγησης - NPV καθαρή παρούσα αξία NPV [euros] NPV= PV COSTS + PV BENEFITS = =- t=0 n Rcost/ (1+i) t Rbenefit/ (1+i) t + t=0 n όπου: PV costs η παρούσα αξία της επένδυσης PV benefits η παρούσα αξία της εξοικονόµησης R cost το κόστος επένδυσης στο έτος t R benefit η εξοικονόµηση στο έτος t i= το προεξοφλητικό επιτόκιο n= τα έτη υπολογισµού

µέτρα οικονοµικής αξιολόγησης - NPV 300000 250000 NPV vs Time 0% 5% 10% 15% 20% 25% 200000 150000 NPV [ euros] 100000 50000 0-50000 -100000 0 5 10 15 20 25 30 έτη

µέτρα οικονοµικής αξιολόγησης - IIR εσωτερικός βαθμός απόδοσης [%] IRR = i όταν τεθεί NPV=0 o= - t=0 n Rcost/ (1+i) t Rbenefit/ (1+i) t + t=0 n όπου: R cost το κόστος επένδυσης στο έτος t R benefit η εξοικονόµηση στο έτος t n= τα έτη υπολογισµού

µέτρα οικονοµικής αξιολόγησης - IIR IRR vs Time 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% -25% -30% -35% -40% -45% -50% -55% -60% -65% -70% -75% -80% -85% -90% -95% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

µέτρα οικονοµικής αξιολόγησης - TLCC συνολικό κόστος κύκλου ζωής TLCC [euros] TLCC=INV +PV COSTS = INV + t=0 n Rcost/ (1+i) t όπου: ΙNV η αξία της επένδυσης R cost το κόστος λειτουργίας στο έτος t i= το προεξοφλητικό επιτόκιο n= τα έτη υπολογισµού

δυσκολίες στην οικονοµική αξιολόγηση µεγάλη σηµασία έχει η επιλογή της χρονικής διάρκειας υπολογισµών και του επιτοκίου το κόστος λειτουργίας εξαρτάται από τις καταναλώσεις ενέργειας (?) και το κόστος ενέργειας (?) το κόστος αντικατάστασης εξοπλισµού εξαρτάται την χρονική διάρκεια υπολογισµών

case study : αξιολόγηση ενεργειακής αναβάθµισης σχολικού συγκροτήµατος ενεργειακή προσοµοίωση υφιστάµενης κατάστασης καθορισµός σεναρίων επεµβάσεων και κοστολογήσεις ενεργειακή προσοµοίωση επεµβάσεων καθορισµός περιόδου υπολογισµών και επιτοκίων επένδυσης υπολογισµός καθαρής παρούσας αξίας κάθε σεναρίου και εντοπισµός της πλέον συµφέρουσας επέµβασης

case study : αξιολόγηση ενεργειακής αναβάθµισης σχολικού συγκροτήµατος 350 300 250 200 150 100 50 0 50% 46% 45% 44% 43% 43% 325 45% 38% 42% 41% 40% 7000 6736 40% 6540 Energy (GJ) needed for heating 6195 6039 5856 35% 6000 % Reduction on base case 5523 30% 200 5000 4786 195 4612 189 192 184 184 25% 179 180 4284 175 4000 3590 20% 3271 2845 15% 3000 2608 2298 10% 1881 2000 1232 5% 1055 928 1000 636 0% 515 Base Case Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4 Scenario 5 Scenario 6 Scenario 7 Scenario 8 Scenario 9 147 0 Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4 Scenario 5 Scenario 6 Scenario 7 Scenario 8 Scenario 9-1000 -157-569 -1053-2000 -1632-2041 Net present Value 3% Net present Value 5% Net present Value 8% -3000-2523

τι είναι ενεργειακή προσοµοίωση?

τι είναι ενεργειακή προσοµοίωση? Είναι η µαθηµατική αναπαράσταση (µοντελοποίηση) των αλληλεπιδράσεων µεταξύ του κτιριακού κελύφους, του εξωτερικού περιβάλλοντος, του χρήστη, των συστηµάτων θέρµανσης-ψύξηςαερισµού-φωτισµού κατά την λειτουργία ενός κτιρίου και σχετίζονται µε τις εσωτερικές συνθήκες που επιτυγχάνονται και την κατανάλωση ενέργειας.

ανάλυση συστήµατος εξωτερικό περιβάλλον κέλυφος εσωκλιµατικές συνθήκες HVAC σύστηµα ελέγχου αυτοµατισµοί χρήστες

ενεργειακή προσοµοίωση κτιρίου δυναµική ανάλυση µε δυνατότητα υπολογισµών σε επίπεδο πολύ µικρού χρονικού βήµατος λαµβάνοντας υπόψη: Τη θερμοχωρητικότητα των δομικών στοιχείων υπολογίζοντας την θερμότητα που αποθηκεύεται και αποδίδεται από αυτά στο εσωτερικό και εξωτερικό περιβάλλον Τη πραγματική θέση του ήλιου σε σχέση με τα δομικά στοιχεία που επηρεάζει τα ηλιακά κέρδη είτε λόγο σκιασμών είτε λόγο μειωμένης διαπερατότητας Τα επίπεδα φυσικού φωτισμού και την ανάγκη ή μη χρήσης τεχνητού φωτισμού λαμβάνοντας υπόψη και τον χρήστη. Το φυσικό δροσισμό με χρήση των ανοιγμάτων όταν υπάρχει υπερθέρμανση στο εσωτερικό των χώρων λαμβάνοντας υπόψη και τον χρήστη.

ενεργειακή προσοµοίωση κτιρίου δυναµική ανάλυση µε δυνατότητα υπολογισµών σε επίπεδο πολύ µικρού χρονικού βήµατος λαµβάνοντας υπόψη: Την αλληλεπίδραση του χρήστη με τις ηλεκτρομηχανολογικές εγκαταστάσεις για την επίτευξη συνθηκών θερμικής άνεσης, οπτικής άνεσης και υγιεινής. Την χρονική υστέρηση τους συστήματος θέρμανσης/ ψύξης και του εύρους ανταπόκρισης των αυτοματισμών. Την διαφορετική απόδοση των συστημάτων σε πλήρη και μερικά φορτία. Τις διαφορετικές χρεώσεις ενέργειας ανάλογα με την χρονική στιγμή κατανάλωσης και την ισχύ αιχμής.

πραγµατική συµπεριφορά δοµικά στοιχεία Πηγή: Modeling Methods for Energy in Buildings

πραγµατική συµπεριφορά -σκιασµοί

πραγµατική λειτουργία αυτοµατισµών Πηγή: Fundamentals of HVAC Control Systems, ASHRAE elearning

πραγµατική λειτουργία συστήµατος καυστήρα - λέβητα Πηγή: CIBSE Guide B - Hea ng Ven la on Air Condi oning

πραγµατική λειτουργία συστήµατος καυστήρα - λέβητα Πηγή: Modern Hydronic Hea ng For Residen al and Light Commercial Buildings

πραγµατική λειτουργία αντλίας θερµότητας 5.5 5.0 4.5 EER 4.0 3.5 3.0 2.5 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 θερμοκρασία περιβάλλοντος [ o C]

που χρησιµοποιείται η προσοµοίωση σύγκριση εναλλακτικών σχεδιασµών και διαφορετικών τεχνολογιών πιστοποίηση [ASHRAE Standard 90.1 appendix G à LEED 19 points] ESCOs [ASHRAE Guideline 14: 5.1.3 Whole building calibrated simulation approach] βελτιστοποίηση σχεδιασµού

δυσκολίες στην χρήση τους απαιτούνται ωριαίες τιµές θερµοκρασίας εξωτερικού αέρα, σχετικής υγρασίας, άµεσης και διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας, ταχύτητας και διεύθυνσης ανέµου χρήση αρχείων ΤΜΥ (ΤΜΥ2, ΤΜΥ3), IWEC etc. Έλλειψη επίσημων δεδομένων για την Ελλάδα. Λύση η δημιουργία αρχείων με χρήση Weather Generators. απαιτούνται ωριαίες τιµές προφίλ χρήσης (κατοίκηση, συσκευές) αλλά και ένδυσης, δραστηριότητας κ.α. σε περιπτώσεις αξιολόγησης θερµικής άνεσης έλλειψη επίσημων δεδομένων για την Ελλάδα. Επιλογή δεδομένων ανάλογα με τον στόχο της προσομοίωσης και τις επιθυμίες του πελάτη.

δυσκολίες στην χρήση τους απαιτείται καθορισµός συµπεριφοράς του χρήστη όπως για παράδειγµα ρύθµιση θερµοστάτη, διαχείρισης συστήµατος φωτισµού, χρήση κινητής σκίασης, χρήση νυχτερινής µόνωσης, χρήση δυνατοτήτων φυσικού δροσισµού επιλογή δεδομένων ανάλογα με τον στόχο της προσομοίωσης. Συνίσταται η χρήση τιμών ή καμπυλών από διεθνή πρότυπα όπως ΕΝ 15251, ASHRAE 55

δυσκολίες στην χρήση τους απαιτείται καλή γνώση δοµικής φυσικής και των συστηµάτων που µοντελοποιούνται η καλή αντίληψη της λειτουργίας του µοντέλου είναι απαραίτητη για την απλοποίηση των υπολογισµών τα όµορφα γραφικά περιβάλλοντα εισαγωγής δεδοµένων δεν επιτρέπουν στον νέο modeler να αντιληφθεί το τι µοντελοποιεί garbage in, garbage out i.e. results only as good as inputs

προσοµοιωτικά εργαλεία* * Τα προσομοιωτικά εργαλεία που θα παρουσιαστούν είναι επιλογής του ομιλητή και δεν αντανακλούν τις θέσεις του παραρτήματος της ASHRAE

προσοµοιωτικά εργαλεία* ESP-r * Τα προσομοιωτικά εργαλεία που θα παρουσιαστούν είναι επιλογής του ομιλητή και δεν αντανακλούν τις θέσεις του παραρτήματος της ASHRAE

προσοµοιωτικά εργαλεία: EnergyPlus

προσοµοιωτικά εργαλεία: OpenStudio

προσοµοιωτικά εργαλεία: Simergy

προσοµοιωτικά εργαλεία: DesignBuilder

προσοµοιωτικά εργαλεία: jeplus

προσοµοιωτικά εργαλεία: equest

προσοµοιωτικά εργαλεία: TRNSYS

προσοµοιωτικά εργαλεία: ECOTECT

εξελίξεις που ήδη συµβαίνουν... BIM: ολοκληρωµένος σχεδιασµός µέσα από µια σουίτα λογισµικών που θα συνεργάζονται µεταξύ τους ανταλλάσοντας πληροφορίες Cloud Computing: χρήση του αποµακρυσµένων υπολογιστικών συστηµάτων για βελτιστοποίηση του σχεδιασµού CFD integration: ενσωµάτωση λογισµικών υπολογιστικής ρευστοµηχανικής για ακριβέστερους υπολογισµούς Microclimate : σύζευξη µε λογισµικά υπολογισµού µικροκλιµατικών συνθηκών Stochastic Analysis: πιθανοκρατική ανάλυση ενεργειακής συµπεριφοράς µε θεώρηση όχι σταθερών παραµέτρων αλλά κατανοµών πιθανοτήτων

προσοµοιωτικά εργαλεία µικροκλίµατος: ENVIMET

πόσο βέβαιοι ήµαστε για τα αποτελέσµατα?

πιθανοκρατική ανάλυση vs ντετερµινιστική κάθε τι που χαρακτηρίζεται από έλλειψη γνώσης ορίζεται όχι ως µια σταθερή τιµή αλλά ως µεταβλητή που εµφανίζει µια πυκνότητα πιθανότητας το αποτέλεσµα που προκύπτει από την ανάλυση δεν είναι µια τιµή αλλά παίρνει τη µορφή κατανοµής.

πιθανοκρατική ανάλυση vs ντετερµινιστικής

χρήσιµες πηγές Ιστοσελίδες: http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/ http://www.ibpsa.org/ http://onebuilding.org/ βιβλία: Energy Simulation in Building Design Building Performance Simulation for Design and Operation Advanced Building Simulation Design Energy Simulation for Architects

ερωτήσεις