بخشی از مقاله
چکیده:
این مقاله روشی براي چگونگی پیشبینی صرفهجویی در انرژي برق براي کنترلهاي فتوسل در روشنایی روز به کمک کنترل پرده ها پیشنهاد می کند . این روش، یک متد صرفهجویی کمتر اما واقعبینانهتر نسبت به روشهاي شبیهسازي شده ي متداول ارائه میدهد. از طرف دیگر، صرفهجوییهاي پیشبینی شده، بیشتر از آنهایی هستند که توسط فاکتورهاي تنظیم برق ASHRAE90.1 پیشگویی میشوند.این روش در یک الگوي طراحی شده ي فرضی در Calgary کانادا نشان داده شدهاست. یک مطالعه مقایسهاي شبیهسازي شده با استفاده از DOE.2 و ابزار محاسبهي نور روز DAYSIM بر مبناي پرتو ارائه شدهاست.نتایج شبیهسازي حتی در موارد عدم وجود پردهي کرکرهاي - - Venetian blind حاکی از تفاوت قابل ملاحظهاي بین DOE.2 و DAYSIM بودند. این اختلافات به الگوریتم هاي شبیه سازي و مدلهاي آسمان منسوب شدند . برخلاف این تفاوتها، در هر نوع برنامه شبیهسازي، مشاهده صرفهجویی انرژي الکتریکی بیش از دو برابر استاتیک %10 مجاز براي عوامل تنظیم برق براي کنترل روشن و خاموش توسط ASHRAE 90.1 بودیم.
کلمات کلیدي:شبیه سازي،انرژي برق،محاسبات نور
-1مقدمه
نور روز توسط گاز ساکن و الکتریک - - Pacific Gas & Electric به عنوان بزرگترین و تنها راه جدید براي صرفهجویی انرژي در روشناییهاي امروز محسوب می شود - - 2000 Loisos, Turnbull از سوي دیگر در مقابل مجوز دادن به اعتبارات روشنایی روز در کدهاي ساختمانی مقاومت به عمل می آمد و مقرراتی مبتنی بر اینکه صرفهجویی نمیتواند تضمین شدهباشد، وجود داشتاین. شک و تردید در مورد روشنایی روز، تا حدودي ناشی از ادعاهاي خوشبینانه بیش از حد - و در نتیجه، دستنیافتنی - در مورد صرفهجویی با انرژي نوروز است که غالباً بر اساس شبیهسازي از نور روز درست شدهاند.
یکی از عوامل که منجر به پیشبینی هاي غیرواقعبینانه در صرفهجویی برق میشود این است که در حال حاضر هیچ راهنماي جامعی براي چگونگی تخمین تأثیر عملکرد دستی و دستگاههاي سایه - - Shading devicesدر صرفهجویی انرژي نورانی وجود ندارد. فقدان چنین راهنمایی باعث شد تا اخیراً نظرسنجیهایی راجع به استفاده از وسایل شبیهسازي از نور روز در طراحی ساختمانهایی که از دستگاههاي سایه استفاده میکردند و کنترل، به عنوان معمولترین طراحی براي محاسبهي نور روز، انجام گیرد - Reinhart, . - 2004 Fitz این روش پیشنهاد میکند که در غیاب یک برنامهي استاندارد، طراحان می بایست از روشهاي خودشان براي تعریفکردن یک وسیله سایهي مناسب و تدابیر کنترلی براي طراحی هاي خاص استفاده کنند.
-2کنترلر هاي روشنایی
استاندارد 90.1-1989 ASHRAE یک روش ساده براي محاسبهي صرفهجویی انرژي کنترلهاي روشنایی در مقایسه با روش بدون کنترل ارائه داد. وقتی که استاندارد در 1999 مورد توجه قرار گرفت، اعتبارات کنترل نور، حذف شدند. با این حال این عبارت هنوز هم وقتی چیزي به بهترین شکل در دسترس نباشد، استفاده میشوند. فصلهاي 6.4.3 از ویرایش 1989 این استاندارد، در مورد ضرایب تنظیمات انرژي روشنایی مجاز در مواقعی که کنترلهاي روشنایی اتوماتیک در فضایی استفاده میشود، بحث کردهاست.ضریب تنظیمکنندهي برق - - PAF براي نور روز در جدل 1 آورده شده است.
PAF به درصدي میگویند که با استفاده از آن بار نور متصل میتواند کاهش یابد تا اینکه در انرژي نورانی با کمک کنترلهاي روشنایی، صرفهجویی شود. روش PAF مختصات جغرافیایی ساختمان، جهت، فضاي مورد استفاده یا نوع سایه و کنترل را در نظر نمیگیرد بدین معنی که از یک برآورد صرفهجویی قدیمی و ثابت استفاده میکند که طرحی بدیع از روشنایی نمیدهد. روش PAF توسط برنامهي تشویقی ساختمان تجاري کانادا - - CBIP براي شبیهسازيهایی که با استفاده از نرمافزار صورت میگرفت، تنظیم شد. در طول CBIP، منابع طبیعی کانادا، براي ادغام ویژگیهاي بازدهی بهتر انرژي را در طول طراحیهاي جدید ساختمانی صنعتی/ تجاري ارائه میدهد.
این مقاله یک روش براي نحوهي پیشبینی صرفهجویی در انرژي نورانی با استفاده از روشناییهاي داخلی و در نظر گرفتن کنترل دستی پرده پیشنهاد میکند. مطالعهي مقایسهاي شبیهسازي شدهي صرفهجویی در انرژي نورانی الکتریکی از یک کنترل فتوسل روشن/ خاموش به کمک - Winkelmann 1983 - DOE.2 و - 2001 Reinhar, Walkenhorst - DAYSIM ارائه شدهاست. هر دو برنامه براي این انتخاب شدهاند که نوعی از روش صرفهجویی انرژي را پیشبینی میکنند که بر اساس کنترلهاي روشنایی داخلی و کنترل دستی پردهها میباشد. با نگاهی به الگوریتمهاي شبیه سازي براي هر دو برنامه براي یک نقشهي دفتر باز ساختمان در ارائه شدند. این محاسبات، قضاوت بین نتایج شبیهسازي را نشان داد و یک روش ساده براي نحوهي پیشبینی صرفهجویی انرژي به شکل واقعبینانه براي کنترل فتوسل روشن/ خاموش پیشنهاد میکند.
-3 مدلهاي اصولی
در این قسمت بر الگوریتمهاي شبیهسازي نور روز و مدلهاي کنترل پرده که با استفاده از DOE2E.1 و DAYSIM کارمیکند، مروري خواهیم داشت.
-1-3 الگوریتم هاي شبیهسازي نور روز
هر دو برنامه شبیه سازي نیاز به محاسبات از پیش شبیهسازي شده براي مدل روشناییهاي داخلی مؤثر در هر مقطع زمانی در طول یک عملیات شبیه سازي دارند. در طول یک شبیهسازي مقدماتی DOE.2 براي هر نقطه ي حسگر وارسی تحت شرایط آفتابی شرایط آسمان ابري با کمک روش تقسیم شاریک مجموعهي 21تایی از »فاکتورهاي نور روز« محاسبه میشود. در طول یک شبیهسازي واقعی سالانه، روشناییهاي داخلی در هر ساعت از این 21 فاکتور با استفاده از پوشش ابر و شرایط آفتابی در هر مقطع زمانی- درونیابی میشوند. در طول یک پیششبیهسازي DAYSIM براي هر نقطهي حسگر به کمک الگوریتم پرتویک مجموعهي 212تایی از ضرایب نور روز محاسبه شد. از محاسبات سالانه بر اساس مدل آبوهوایی آسمان بر اساس Perez، این ضرایب نور روز در هر مقطع زمانی با آسمان صاف، ترکیب شدند در مقایسهي اخیر تفاوت بین روشهاي شبیهسازي دینامیک نور روز، این نتیجه حاصل شد که شبیهسازيهایی که بر پایهي مدل آسمان ابري صورت میگیرند، روشنایی آسمان را در ترکیب افق، کمتر نشان میدهند، که میتواند منجر به پیشبینیهاي کمتر از حد معمول براي روشناییها شود
-4 مدلهاي کنترل پرده
یک روش معمول، تعریف صرفهجویی انرژي نور روز براي کنترلهاي روشنایی و پرده با مراجعه به یک سیستم روشنایی فعال شدهي دائم بدون هیچ پردهاي است - 1996 Szerman، 2000 Lefebuve, Ullah، - 2002 De Herde, Bodart این روش، این موضوع را که وسایل سایه در بیشتر دفاتر براي کنترل نور مستقیم خورشید ضروري هستند، نادیده میگیرد. اگر نور خورشید، ساکنین را آزار نمیداد پیشبینی صرفهجویی انرژي در این روش، متناظر بود با حد بالاتري از مقدار انرژي الکتریکی که میتواند به طور تئوري با یک سیستم ایدهال نور مستقیم خورشید، ذخیره شود. صرفهجویی واقعی انرژي در این موارد کمتر خواهد بود. همانگونه که در مقدمه ذکر شد این روشها منجر به برداشتی بیش از حد خوشبینانه از صرفهجویی انرژي می شود.
براي مدلسازي از پرده دو مرحله ضروري است: توانایی مدلسازي از روشناییهاي داخلی وقتی که پردهها ترسیم شدهباشند و پیش بینی وضعیت پرده در طول سال در DOE2.1E، پردههاي ونیزي به عنوان مدل منتشرکنندهي کامل مدلسازي میشوند یعنی مواد شفافی که نور را در تمام جهات به طور یکنواخت پخش میکنندمشخصاً. یک سایهي شفاف عبور دهنده نسبت به پردهي ونیزي منتشرکنندهي مناسبتري خواهدبود الگوریتم پرتو مورد استفاده توسط DAYSIM میتواند سیستمهاي پیچیدهتري از نور روز، مانند پردههاي ونیزي و پانلهاي برش لیزري را ارائه دهدهمانگونه که ذکر شد شبیهسازيهاي وسایل سایه میتوانند به مقدار زیاد زمانبر باشند. یک مدل پردهي کرکرهاي سادهشده، در DAYSIM پیاده شدهاست که بتواند در طول طراحی شماتیک مورد استفاده قرار گیرد.
این مدل سادهشده، فرض میکند که پردههاي کرکرهاي در یک زاویهي نمايبام تنظیم شدهاند که همهي جهات نور خورشید را میبندد و %25 از منتشرکنندههاي ورودي نور را عبور می دهد.این فرض با در نظر گرفتن اینکه پردهها براي جلوگیري از تشعشع مستقیم و گرمازایی بیش از حد کاهش یافتهاند، پشتیبانی میشود.مرحلهي دوم، پیشبینی وضعیت پرده در طول سال است. بیشتر مدلها فرض میکنند که وسایل سایه کنترلدار دستی همیشه کاملاً بسته و باز میشوند. این دستگاهها وقتی که اشعهي مستقیم میتابد یا وقتی که دماي هوا بیش از حد گرم میشود، توسط ساکنین بسته میشود. همچنین نیاز به حریم خصوصی موجب بستهشدن پردهها میشود اما این مورد، در مدلها مدنظر گرفته نمیشود.در DOE2.1E اشعه در حضور عبور پرتو مستقیم خورشید در بالاي 20 فرض میشود. در DAYSIM اگر نور مستقیم خورشید به بالاتر از ٢50 Wm در محیط کار برسد، پردهها بسته میشوند. وقتی که دستگاههاي سایه دوباره توسط ساکنین باز شوند، مدلها متفاوت خواهدشد. در یک مدل DOE2.1 کنترل پردهي ایدهآل،فرض میشود که به محض اینکه اشعهي مستقیم یا دماي بالاي دیگري وجود نداشتهباشند، دستگاههاي سایهباز می شوند.
