지속 가능한 구조 설계에 에너지 시뮬레이션 소프트웨어의 역할

소개: 왜 건물 에너지 가장 중요한 매트업자는 지금 Ever 보다는 더 많은 것

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Energy Simulation 소프트웨어를 구축하는 것은 무엇입니까?

이 소프트웨어는 건물 에너지 성능이 한 번에 모델이 있는 컴퓨터 기반 도구입니다. 그것은 벽, 창 및 지붕을 통해 열전달을 나타내는 수학 알고리즘을 사용합니다. 환기 시스템을 통해 공기 이동; 점유, 조명 및 장비로부터 이득; 냉각기, 보일러 및 열 펌프와 같은 기계 시스템의 동작. 이 소프트웨어는 지역 기후 데이터 (온도, 습도, 태양 방사선, 바람)을 가져다 세부적인 건물 기하학, 재료 특성, 및 에너지 일정 및 에너지 절약을 예측하는 데 필요한 에너지 절약을 제공합니다.

Energy Simulation Tools의 유형

전체 구축 시뮬레이션 엔진 (예: EnergyPlus, DOE-2) 단일 모델에 모든 에너지 흐름을 분석합니다.
컴퓨팅 유체 동적(CFD) 도구(예: OpenFOAM, ANSYS Fluent) 모델의 공기 흐름과 온도 분포를 상세히 설명합니다.
특별화 일광 및 조명 시뮬레이션 (예: Radiance, DAYSIM) 자연광 수준과 전기 조명 에너지를 예측합니다.
Parametric and Optim platform (예: Ladybug Tools, DesignBuilder)는 수천 가지 디자인 변형을 자동화한 비교를 허용합니다.

도구의 선택은 프로젝트 단계, 필요한 정확도 및 요청되는 특정 질문에 따라 달라집니다. 초기 단계의 대량 및 오리엔테이션 연구는 단순 엔진을 사용할 수 있으며, 상세한 HVAC 설계는 종종 EnergyPlus와 같은 엔진을 필요로하며, 이는 미국 에너지 부서와 실제 건물 데이터에 대한 검증됩니다.

지속 가능한 디자인의 Simulation 활용의 핵심 이점

1. 에너지 효율 최적화

시뮬레이션은 재료에 투입하기 전에 대안 봉투 어셈블리, 빙 유형, 셰이딩 장치 및 단열 두께를 테스트 할 수 있습니다. 예를 들어, 패기 측정 연구는 외부 쉐이딩을 남파 창에 추가하는 것이 3 배의 빙하에 30% 더 향상을 감소시킨다는 것을 밝혀 줄 수 있습니다. 이 종류의 증거 기반 결정 제작은 효율성에 지출 한 모든 달러가 최대의 영향을 제공합니다.

2. 실내 안락 및 건강 강화

에너지 저쪽에, 가장 모형은 예측된 평균 표 (PMV) 및 작용 온도와 같은 열 안락 미터를 예측합니다. 그들은 또한 환기 효과, 실내 공기 질 및 과열 위험을 평가합니다. 1개의 학문에서는, 자연적인 환기 전략을 위해 가장된 건물은 부호 최소한도 디자인과 비교된 28°C를 초과하는 시간에 있는 40% 감소를 보여주었습니다. 이 직접 열파 도중 더 나은 점유 만족 및 생산력에, 뿐 아니라 탄력을 번역합니다.

3. Lifecycle 비용 감소

가장 큰 장점은 시간과 소프트웨어 라이센스에 대한 전방 투자를 필요로하지만, 과량 장비, 불필요한 빙 지역 및 지난 분 시스템 변경을 피함으로써 지속적으로 비용을 지불합니다. National Renewable Energy Laboratory의 2020 분석은 설계의 통합 시뮬레이션이 60 상업 프로젝트의 샘플에서 평균 23%의 총 건물 에너지 비용을 절감한다는 것을 발견했습니다. 낮은 에너지 요금제 및 감소 유지 보수가 필요하든, 건물 수명에 투자를 개선합니다.

4. 녹색 건물 인증 취득

LEED, BREEAM 및 WELL Building Standard와 같은 프로그램은 종종 에너지 모델링을 요구하거나 보상합니다. 시뮬레이션은 LEED Optimize Energy Performance 크레딧과 같은 필요한 문서들을 제공하며 ASHRAE Standard 90.1 또는 International Energy Conservation Code와 준수를 보여줄 수 있습니다. 많은 소프트웨어 패키지는 이제 규정 준수 보고서를 자동으로 생성하고 수동 용지 작업을 저장합니다. 예를 들어, U.S. Green Building Council]는 LEED 4.1과 직접 통합된 결과를 제공합니다.

현대 빌딩 에너지 시뮬레이션 도구의 주요 특징

오늘날의 소프트웨어는 기본 에너지 균형보다 훨씬 뛰어납니다. 다음 기능은 간단한 계산기에서 고급 도구를 구별합니다.

Climate data integration: Tools는 세계적 지역, 전형적인 기상 년, 기후 탄력 분석을위한 미래 기후 시나리오를 포함하는 EnergyPlus Weather (EPW)와 같은 데이터베이스에서 적시 날씨 파일을 끌어냅니다.
세부된 재료 라이브러리:] 열전도율, 태양 열전도 계수, 가시 투과율, 과도한 전자크롬 유리에 에어로젤 단열재의 모든 정확한 모델링을 허용한다.
HVAC 시스템 모델링: 사용자는 기존 시스템(팬 코일 유닛, VRF, 냉장 빔)을 시뮬레이션할 수 있으며, 레이디언 슬래브, 지상 자원 열 펌프 및 에너지 회수 통풍기와 같은 소설 접근법도 가능합니다.
재생 에너지 시뮬레이션: 통합 PV 태양, 풍력 터빈, 태양 열 시스템은 같은 모델 내에서 크기와 최적화 될 수 있습니다.
Parametric and 감도 분석: DesignBuilder] 또는 Ladybug Tools automate는 수백 가지 변형을 실행하여 에너지 사용에 영향을 미치는 매개 변수를 강조합니다.
Visualization and reporting: 3D 열 지도, 에너지 흐름의 샌키 다이어그램, 그리고 대화형 대쉬보드는 비선형 및 클라이언트에 접근할 수 있는 결과를 만듭니다.

지속 가능한 빌딩 설계에 미치는 영향: Real-World 예제

WSP는 에너지 절약 및 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 설계되었습니다. 에너지 절약은 에너지 절약과 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 제공합니다. 에너지 절약은 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 제공합니다. 에너지 절약은 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 위해 에너지 절약을 가능하게합니다.

시뮬레이션은 기존 건물을 개조하는 데 중요한 역할을합니다. 보스턴의 1970년대 콘크리트 사무실의 2022 사례 연구는 창 필름, 지붕 단열 및 HVAC 업그레이드를 포함하여 15 개조 패키지를 평가하기 위해 시뮬레이션을 사용했습니다. 가장 큰 실행의 수천을 통해 가장 효과적인 조합은 6.2 년의 페이백으로 38%로 에너지 사용을 감소시켰습니다. 시뮬레이션없이, 소유자는 더 적은 효과적인 창 전용 업그레이드를 선택했습니다.

Passive House와 같은 인증을위한 디자이너를 위해 시뮬레이션은 필수입니다. Passive House Institute는 PHPP (Passive House Planning Package) 도구를 사용하여 필수 단순 시뮬레이션 인 월간 에너지 균형 계산에 의존합니다. 전체 동적 시뮬레이션을 수용하는 건축가는 PHPP 혼자보다 더 나은 결과를 달성하는 복잡한 지오메트리 또는 혁신적인 HVAC 전략을 제공합니다.

에너지 시뮬레이션의 도전과 한계

입증 된 가치에도 불구하고, 시뮬레이션은 실버 탄알이 아닙니다. 일반적인 도전은 다음과 같습니다.

데이터 품질: 쓰레기를 씻어내고 있습니다. Inaccurate 소재 특성, 누락된 숙박 일정, 또는 가난한 날씨 파일이 잘못된 결과를 가져올 수 있습니다.
User 전문성: EnergyPlus와 같은 운영 고급 엔진은 열전사, 열전사, 소프트웨어 구문에서 훈련을 요구합니다. 가파른 학습 곡선 제한 채택.
컴포지트 리소스: 대형 건물의 상세한 CFD 또는 연간 시간 시뮬레이션은 시간, 느린 이더러티브 디자인이 될 수 있습니다.
모델링 oversights: 발코니 침투 또는 인접한 건물에서 셰이딩과 같은 작은 세부 사항은 종종 최적화 예측을 선도합니다.

이러한 문제를 완화하기 위해 많은 회사는 지금 전문화 된 에너지 모델링기를 고용하거나 실행을 병렬화하는 클라우드 기반 시뮬레이션 서비스를 사용합니다. ]EnergyPlus 같은 오픈 소스 도구는 무료이지만 상당한 설치가 필요하며 상업용 플랫폼은 더 높은 비용으로 사용자 친화적 인 인터페이스를 제공합니다.

미래 트렌드: AI, 디지털 트윈, 실시간 시뮬레이션

Autodesk Forma 또는 cove.tool과 같은 생성 된 디자인 도구 - AI와 결합 된 시뮬레이션은 지속 가능성과 비용을위한 최고 공연자에 선정하여 수천 분의 준수 디자인 옵션을 제안합니다. 이 극적으로 초기 디자인 단계가 단축됩니다. 또한 전체 생활 탄소 시뮬레이션은 재료와 함께 작동 에너지로 구현 된 탄소를 계산하는 것은 선도적 인 소프트웨어 패키지에서 표준이됩니다.