Jak probíhá tvorba modelu - Katedra technických zařízení budov

České vysoké učení technické v Praze
Fakulta stavební
MTHJ
Trnsys
Ing. Daniel Adamovský
Adamovský,, Ph.D.
Ph.D.
Katedra technických zařízení budov
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Obsah prezentace
•
•
•
•
Představení programu TRNSYS
Popis prostředí
Jak probíhá tvorba modelu
Práce na jednoduchém modelu
• Program TRNSYS – čti transys
• a TRaNsient SYstem Simulation program
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Představení programu
• Tvůrci programu TRNSYS
• Základní tvůrčí tým:
–
–
–
–
Solar Energy Laboratory, Univ
University
ersity of WisconsinWisconsin-Madison
http://sel.me.wisc.edu
http://sel.me.wisc.edu//trnsys
TESS – Thermal Energy Systems Specialists
http://www.tess
http://www.tess--inc.com
• Spolutvůrci:
–
–
–
–
CSTB – Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
http://software.cstb.fr
http://software.cstb.fr
TRANSSOLAR Energietechnik GmbH
http://www.transsolar.com
http://www.transsolar.com
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Představení programu
• Základní popis
• komplexní simulační nástroj vhodný pro modelování
energetických systémů
• Modulární struktura – model skládáte z jednotlivých
komponent
• Otevřený „source
„source code“
code“ – možnost vlastních úprav a tvorby
vlastních modelů (základ psán v jazyce Fortran)
• Možnost propojení modelu s jinými programy – Excel, Matlab
Matlab,,
Fluent aj.
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Představení programu
• Na co je použitelný
• Modelování energetických systémů budov
– Solární systémy
– Systémy s jinými obnovitelnými zdroji – fotovoltaické články, palivové
články, kogenerace,
kogenerace, …
– Systémy akumulace tepla i chladu
– Vzduchotechnické systémy
– Vazby na jedno i více zónové prostory
– Využití klimatických dat, zatěžových profilů provozu v zónách,
• Modelování systémů řízení
• Analýza systémů
• Optimalizace
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Představení programu
• Na co není vhodný
• Složitější modely vnitřního prostředí (proudění vzduchu,
teplotní pole, aj.)
• Přesnější popis chování budovy jako stavby (prostup tepla,
tepelné mosty, aj.)
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Popis prostředí
• Základní terminologie
• component model, model
model,, - název pro dílčí modul představující
například ohřívač, výměník, nebo prvek pro generaci výstupů
• project
project,, assembly – soustava modulů (komponentů) vzájemně
logicky propojených do celého modelu
• deck file – Trnsys input file (*.dck
(*.dck)) – soubor generovaný před
výpočtem obsahující vazby mezi komponenty a vstupy do výpočtu
• soubor modelu (*.tpf
(*.tpf)) – soubor obsahující informace projektu
(modelu)
• protokol výpočtu (*.lst
(*.lst)) – soubor komentující průběh výpočtu a
hlavně chyby
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Popis prostředí
Klasické menu pro práci se soubory
Pracovní
okno
Příkazy pro
nastavení a
průběh
simulace
Výběr komponent
Pracovní okno modelu
Simulation Studio – uživatelské
rozhraní pro tvorbu modelu
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Popis prostředí
Okno
grafického
výstupu
výsledků
Veličiny na levé ose
Trnexe
Veličiny na pravé ose
Časová osa průběhu simulace
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Popis prostředí
• Pomocné aplikace
• TRNbuild – pomocný nástroj
pro definici vícezónových
objektů
• TRNedit – editor dck souborů
se vstupy do výpočtu – ruční
editace
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Popis prostředí
• Přehled modulů
• Controllers – regulátory,
• Electrical – moduly batérií
batérií,, fotovoltaických článků,
větrných turbín, aj.
• Heat exchangers – modely výměníků rozdělených
podle uspořádání proudů média – souproud,
protiproud, křížoproud,
křížoproud,
• HVAC – moduly ohřívačů, chladičů, chladících věží,
tepelných čerpadel – obecně zařízení pro ohřev a
chlazení média,
• Hydrogen systems – palivové články, kompresory,
tlakové nádoby,
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Popis prostředí
• Přehled modulů
• Hydronics – ventilátory, čerpadla, rozdělovače
průtoku
• Load and Structure – jednozónové,
jednozónové, vícezónové
modely (Type 56), akumulační stěny, okna
• Obsolete – staré moduly z dřívějších verzí
• Output – moduly pro výstup na obrazovku, do
souborů
• Physical phenomena – moduly pro výpočty
termodynamických veličin z klimatických dat a
stínění pro kolektrory
• Solar thermal collectors – různé modely
kapalinových slunečních kolektorů
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Popis prostředí
• Přehled modulů
• Thermal storage – moduly pro akumulaci tepla
příp. chladu v různých kombinacích,
• Utility – integrátory, načítání externích dat,
propojení s externími programy
• Weather data reading – načítání souborů
klimatických dat
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Jak probíhá tvorba modelu
1.
2.
3.
4.
Máte jasnou představu o problému
Víte jak jej chcete ztvárnit
Víte jaké potřebujete výsledky
Volíte vhodné moduly, kterým zadáte požadované
parametry
Proforma
- Popis vlastností modelu
- Popis zjednodušení
- Odkaz na formulaci algoritmu
a výpočtu v manuálu
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Jak probíhá tvorba modelu
1.
2.
3.
4.
Máte jasnou představu o problému
Víte jak jej chcete ztvárnit
Víte jaké potřebujete výsledky
Volíte vhodné moduly, kterým zadáte požadované
parametry
Output
- Zjistit jaké výsledky modul
umožní
Do modulu zadat:
- Parametry (parameter)
- Vstupy (input)
- Odkaz na jiný soubor
(External file)
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Jak probíhá tvorba modelu
4. Volíte vhodné moduly, kterým zadáte požadované
parametry
5. Definujeme logické vazby mezi moduly
Definujeme propojení
modulů
Zadáme propojení výstupu
předchozího a vstupu
následujícího modulu
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Jak probíhá tvorba modelu
5. Definujeme logické vazby mezi moduly
6. Určíme základní meze a vlastnosti výpočtu
Control cards
- Definujeme začátek simulace
- Konec simulace
- Časový krok simulace
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Jak probíhá tvorba modelu
6. Určíme základní meze a vlastnosti výpočtu
7. Vytvoříme deck soubor a spustíme výpočet
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Jak probíhá tvorba modelu
7. Vytvoříme deck soubor a spustíme výpočet
8. Provádíme úpravy modelu až obdržíme požadované
výsledky
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Jak probíhá tvorba modelu
Zadání:
Na přívodu vzduchu do prostoru máme k dispozici ohřívač o výkonu 20 kW a
potřebujeme vědět, jestli je schopen ohřát 1 kg/s přiváděného vzduchu na teplotu
30 °C.
°C.Parametry
Parametryexteriéru
exteriérubereme
beremezzklimatických
klimatickýchddat
at v souboru US
US--WIWI-Madison
Madison-14837.tm2
Moduly:
- Klimadata – Type 109-TMY2
- Ohřívač – Type 6
Parameter
Input
1- Max. heating rate
20 kW
2- Fluid mass flow rate
1 kg/s
2- Spec. Heat of fluid
1,01 kJ/kg.K
4- Set point temp.
30 °C
- Výstup výsledků – Type 65a
Parameter
Left axis maximum
30 °C
Input
Right axis maximum
100 000 kJ/h
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Práce na jednoduchém modelu
klimadata
Pro práci využijeme
vytvořeného modelu
výstup
čerpadlo
solární
kolektory
směšování
výstupu ze
zásobníku
regulátor
zásobník TV
denní profil
odběru TV
součty za 24 h
výstup
dělení SV
výstup
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Práce na jednoduchém modelu
Zadání:
a)
Na vytvořeném modelu SDHW změňte dva parametry podle zadání a určete jak
ovlivníme výsledky výpočtu.
Změňte sklon solárních kolektorů
Zjistěte vliv změny sklonu solárních kolektorů pro hodnoty 10°
10°, ,25
25°
°, ,45
45°
°, ,60
60°
°aa90
90°
° :
- změny proveďte v modulu Weather – záložka Input – řádek 2 Slope of surface
1) na souhrn denní energie dopadlé na solární kolektor (Icoll
(Icoll))
- součtovou hodnotu za 24 h naleznete v souboru daily.txt ve 2. sloupci
2) na denní zisk tepla z kolektoru (Qucoll
(Qucoll))
- součtovou hodnotu za 24 h naleznete v souboru daily.txt ve 3. sloupci
b)
Změňte objem zásobníku TV
Zjistěte vliv změny objemu zásobníku TV na teplotu v horním výstupu
- varianty objemů jsou 200 l, 400 l, 600 l, 800 l a 1000 l
- změňte v modulu Tank – parametr 2 – Tank volume
- hledáme vliv na teplotu Ttop (temperature to load)
load) v hodině 4330 a 4334
- 4330 – hodina výpočtu po odběru TV ze zásobníku , 4334 – hodina po nabití zásobníku
- hledejte v souboru SDHW.pl2 v 2. sloupci
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Práce na jednoduchém modelu
a) Změna sklonu solárních kolektorů
sklon
denní souhrn dopadající
energie na kolektor
denní tepelný zisk z
kolektoru
°
10
25
45
60
90
Icoll
kJ/m2
5081
4922
4295
3803
2710
Qucoll
kJ
8437
8319
6855
6118
4627
b) Změna objemu zásobníku TV
objem
po odběru TV
po nabití
4330
h
59,7
61,8
66,1
66,4
65,4
64
62,8
61,4
60,4
4334
h
81,3
76,4
74,1
72,2
70,3
68,5
67,1
65,5
64,3
l
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
9000
8000
7000
6000
5000
Icoll
4000
Qucoll
3000
2000
1000
0
10
25
45
60
90
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
4330
4334
200
300
400
500
600
700
800
900 1000
Předmět 125MTHJ - Modelování tepelných a hydraulických jevů: Úvodní přednáška k programu TRNSYS
Katedra technických zařízení budov,
Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Děkuji za pozornost
Daniel Adamovský
ČVUT – Fsv, katedra TZB
email: [email protected]
[email protected]