FI82545B - Foerfarande foer testning eller oevervakning av byggnaders vaederleksbeteende. - Google Patents

Description

Rakennusten sääkäyttaytyrnisen reaaliaikainen koetus- tai valvon tamenetelmä - Förfarande för testning eller Övervakning av bygg- naders väderleksbeteende 1 82545

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen rakennusten sääkäyttäyminen koetus- ja valvontamenetelmä.

Rakennuksista pyritään tekemään sisäilmastoltaan viihtyisiä ja enerigataloudellisia. Lähtökohta vaihtoehtojen suunnittelulle ja edelleen kehittämiselle on sisäilmaston ja energiavirtojen tarkka hallinta. Energiavirrat paikkakunnalle tyypillisenä vuotena tulisi kyetä laskemaan muutaman prosentin tarkkuudella. Jos halutaan päättää kustannus-/hyötyperusteella esim. massojen tai aurinkokerääjän käytöstä lämmön taltiointiin, tarvitaan tarkka tieto näiden vaikutuksista energiavirtoihin ja sisäilmastoon.

Energiavirtoihin ja sisäilmastoon vaikuttaa eniten säätila talon ulkopuolella. Säätilan oleellisimmat tekijät ovat lämpötila, tuuli ja auringon säteily. Säätilan ja rakennuksen sisäilmaston sekä energiavirtojen vuorovaikutusta kutsutaan rakennuksen sää-käyttäytymiseksi. Kyseiseen prosessiin vaikuttavat siis ulkoinen sää, rakennuksen sisäolosuhteet, rakennuksen vaippa, rakennuksen massat, rakennukset tekniset järjestelmät ja rakennuksen käyttäjien tottumukset.

Rakennusten sääkäyttäytymisen hallinta vertailukelpoisesti on tarpeen esim. suunnittelijoille, tutkijoille, kehittäjille, rakennustuotannon ohjaajille ja laadunvalvojille, tarkassa käyt-tövalvonnassa, jolloin voidaan hälyttää poikkeamista, ennustavassa säädössä, jolloin osastaan laskea oikeat ennakot viiveiden mukaan, jne.

Suoritetuissa kokeissa on päästy noin yhden prosentin tarkkuuteen energiavirtojen hallinnassa.

Nykyisin on usein jouduttu totemaan, että todellinen kulutus on 2 82545 ollut vain puolet lasketusta. Tavaksi on lisäksi muodostunut, että laskelmia puolustetaan väittämällä erojen johtuvan vain asumistottumuksista. Syy on kuitenkin virheellisissä laskentatavoissa ja käytettävissä olleiden lähtötietojen virheissä tai puutteissa.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada luotettava menetelmä rakennusten sääkäyttäytymisen mittaamiseen ja mallintamiseen reaaliaikaisesti tietokonetta käyttäen, jolle menetelmälle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan myös soveltaa rakennusten viihtyisyyden ja energiankäytön valvontaan ja ohjaukseen, tällöin rakennuksen energiankulutusta mitataan reaaliaikaisesti ja kulutusta valvotaan reaaliaikaisesti tai lyhyin käyttöjaksoin hyvän sääkäyttäytymismallin avulla.

Pientalojen vaipan energiatalouden parantuessa on ns. ilmais-lämpöjen osuus lämmöntarpeen tyydyttäjänä kasvanut. Asukkaiden tottumukset vaikuttavat oleellisesti rakennuksen energiankulutukseen mm. ilmaislämpöjen kautta. Tämän vuoksi kahden samanlaisen rakennuksen energiankulutus voi vaihdella käytännön olosuhteissa 1:3. Näin ollen luotettavien vertailutietojen saaminen rakennusten energiankulutuksesta on ollut vaikeaa. Keksinnön avulla on kehitetty menetelmä, jonka avulla lyhyen mittausjakson aikana saadaan luotettavat tiedot rakennuksen energiankulutuksesta. Rakennuksen energiankulutukselle on luotu yksinkertainen malli, jonka parametrit mitataan 1-2 vuorokauden mittaisen jakson aikana. Tämän jakson aikana rakennuksen käyttöä simuloidaan vakio-ohjelman avulla käyttäen apuna sähkövastuksia. Vuoden säätietojen avulla voidaan tämän jälkeen mallin avulla laskea entistä huomattavasti luotettavammin rakennuksen vuotuinen energiankulutus. Mallin avulla ennakoidut energiankulutukset vastaavat hyvin mittaustuloksia. Verrattuna käytössä olevaan astepäivä-lukumenetelmään mallin avulla laskettu lämmitysenergian kulutus

II

3 82545 on oleellisesti pienempi. Ilmaislämpöjen osuus on noin 30 % rakennuksen lämmitystarpeesta tyypillisesti mutta saattaa nousta edullisimmillaan yli puoleen.

Menetelmän avulla poistetaan häiritsevät ja vaikeasti mitattavat tekijät sään ja rakennuksen vuorovaikutusprosessista. Ilmanvaihto voidaan vakioida säätämällä se halutun suuruiseksi ennen koestusta. Vaikeimmin mitattava tekijä on pienissä rakennuksissa asujan vaikutus. Asukas korvataan kuvan 1 mukaan simulaattorilla (esim. yksinkertaisimmillaan lämminilmapuhallin), jonka sähkön kulutus vastaa asukkaan lämmön tuottoa. Samat simulaattorit kuvaavat koetuksessa myös TV:n, lieden, kiukaan, valojen ym. sähkölaitteiden vaikutusta. Kehittyneessä menetelmässä käskyt simulaattoreille välitetään talon sähköverkon kautta.

Eräässä edullisessa sovellutusmuodossa auringon säteily mitataan ikkunan sisäpuolelta ja lasien varjostus todetaan standardivalo-lähdettä väläyttämällä lasin ulkopuolella.

Kuva 1 esittää keksinnön mukaista koekohteen pohjapiirrosta,

Kuva 2 esittää rakennuksen energiavirtoja,

Kuva 3 esittää estimoituja ja mitattuja energiavirtoja (lämpötiloja),

Kuvat 4 ja 5 esittävät energian tarvetta ja sen kustannuksia.

Mittauksista huolehtii tiedonkeruulaite, johon on yhdistettynä tietokone. Tietokone koestaa rakennusta käyttäjän valitseman ohjelman mukaan. Ohjelmassa on em. lämminilmapuhaltimien käynnis-teleminen talon käyttöä vastaten sekä sisälämpötilan vaihtelu talon säädön ja massiivisuuden selvittämiseksi.

Yhtäaikaisesti tapahtumien edetessä eli reaaliaikaisesti koetuslaitteisto mittaa vuorovaikutuksen syitä ja seurauksia 4 82545 sekä tekee niistä matemaattisen mallin. Suuresti yksinkertaistettuna mallissa kuvataan rakennuksen energiavirrat kuvan 2 mukaisesti.

Tilastomatematiikan mukaan mallin edustavuus paranee lisättäessä näytteenottoja. Näytteiden nelinkertaistaminen parantaa aina tarkkuuden kaksinkertaiseksi. Näytteenä pidetään mittaus-väliä, joka voi olla noin sekunnista tuntiin. Käytännössä tunti lienee sopivin, koska rakennuksen sääkäyttäytyminen on erittäin hidas prosessi, viiveet ovat kymmeniäkin tunteja.

Kun mallin tarkkuus on riittävä eli seuraava näyte ei enää muuta mallin tavoitetta enempää, voi koetus loppua. Silloin koetuslaitteisto tuntee rakennuksen sääkäyttäytymisen. Koetusajalla tämä tarkoittaa sitä, että estimoidut energiavirrat tai lämpötilat vastaavat riittävän hyvin mitattuja, kuten kuvassa 3 tapahtuu.

Rakennuksesta saadut parametrit, jotka selittävät sääkäyttäytymisen koetusjaksolla, selittävät kulutuksen samalla tavalla millä tahansa säällä. Voidaan siis tulostaa esim. vuoden energiavirrat ko. kohteessa sekä myös halutulla paikkakunnalla : halutussa maassa tai suurimmat tehot tai sisälämpötilan ' minimit ja maksimit valitulla säällä. Mahdollisia tuloksia on :· kuvassa 3, 4 ja 5 energiana ja markkoina.

Suoritettujen kokeiden mukaan toistettavuus on yhtä hyvä tarkkuudeltaan kuin mallin tarkkuus yhdessä koetuksessa. Menetelmä antaa siis saman tuloksen riippumatta koetusajasta olettaen, että rakennuksen ominaisuudet ovat pysyneet samoina.

Sääkäyttäytymismallissa tarvittavat selittäjät riippuvat hieman : kohteesta. Tyypillisesti tarvitaan mm.

li 5 82545 - säätiedot - stationäärinen lämpökonduktanssi - transientti lämpökonduktanssi - rakennuksen lämpökapasiteetti - rakennuksen sisälämpötila - rakennuksen viive - lämmityslaitteiden säätimen toimintatapa - ilmaislämpöjen hyödyntämiskyky - ikkunoiden koko

Selittäjien arvot saadaan reaaliaikaisessa mallissa mittaustuloksista tilastomatematiikan keinoin. Suunnittelija voi käyttää samaa mallia sijoittaen siihen kokemusperäiset arvot selittäjille.

Uuden menetelmän avulla saadaan rakennuksen sääkäyttäytyminen hallintaan - reaaliaikaisesti eli nopeimmalla mahdollisella tavalla - täysin objektiivisesti, sillä menetelmä on automaattinen - halutulla tarkkuudella, sillä tarkkuuden lisääminen vaatii vain lisää mittausaikaa olettaen, että mittaukset ovat edustavia - nykyisiin energiatutkimuksiin verrattuna edullisesti. Verrattuna tyypillisiin energiatutkimuksiin tällä uudella menetelmällä uskotaan päästävän pienempiin kustannuksiin ja samalla luotettavuus on parempi kuin aikaisemmin - koettaja voidaan jättää rakennukseen ja saada jatkuva ennuste energiavirroille ja lämpötiloille. Ennustetta voidaan sitten käyttää käytön valvontaan tai säädön ennakointien laskemiseksi.

Claims (2)

6 82545 1. Rakennusten sääkäyttäytymisen, mukaan luettuna energian kulutuksen, koetus- tai valvontamenetelmä, jossa rakennuksen sääkäyttäytyminen mitataan ja mallinnetaan reaaliaikaisesti tietokonetta käyttäen tunnettu siitä, että lyhyen mittausjakson eli koetusjakson aikana mitattujen arvojen perusteella lasketaan tietokoneen avulla automaattisesti ja reaaliaikaisesti rakennuksen sääkäyttäytymistä, mukaan luettuna energian kulutusta kuvaavan mallin parametrit sekä osana koetusta ohjataan tietokoneen avulla asukkaita ja sähkölaitteita kuvaavia simulaattoreita. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valvontamenetelmä, tunnettu siitä, että rakennuksen energian kulutusta mitataan ja valvotaan reaaliaikaisesti tai lyhyin käyttöjaksoin vertaamalla mitattua kulutusta sääkäyttäytymismallin avulla saatavaan kulutusennusteeseen. Il 7 82545

1. Förfarande för testning och övervakning av byggnaders vä-derleksbeteende,medräknat energiförbrukning, där byggnadens vä-derleksbeteende mätes och mönstreras realtidsmässigt under användning av dator, kännetecknat därav, att pk basen av de under en kort mätperiod eller under testpe-rioden uppmätta värdena beräknas med hjälp av datorn automa-tiskt och realtidsmässigt byggnadens väder.leksbeteende, medräk-nat energiförbrukningen,beskrivande mönsterparametrar samt som en del av testningen styres med hjälp av datorn invänare och elektriska anordningar beskrivande simulatorer.

2. övervakningsförfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att byggnadens energiförbrukning mätes och övervakas realtidsmässigt eller under korta tidsperioder genom att jämföra den uppmätta förbrukningen med den genom väder-leksbeteendemönstret erhällna förbrukningsprognosen.