Purpose: This paper presents a framework development for BIM (Building Information Modeling)-based OOPM (Object-Oriented Physical Modeling) for Building Thermal Simulation. The framework facilitates decision-making in the design process by integrating two object-oriented modeling approaches (BIM and OOPM) and efficiently providing object-based thermal simulation results into the BIM environment. Method: The framework consists of a system interface between BIM and OOPM-based building energy modeling (BEM) and the visualization of simulation results for building designers. The interface enables a BIM models to be translated into OOPM-based BEM automatically and the thermal simulation from the created BEM model immediately. The visualization module enables the simulation results to be presented in BIM for building designers to comprehend the relationships between design decisions and the building performances. For the framework implementation, we utilized the Modelica Buildings Library developed by the Lawrence Berkeley National Laboratory as a thermal simulation solver. We also conducted an experiment to validate the framework simulation results and demonstrate our framework. Result: This paper demonstrates a new methodology to integrate BIM and OOPM-based BEM for building thermal simulation, which enables an automatic translation BIM into OOPM-based BEM with high efficiency and accuracy.
국내에서 주로 사용되고 있는 건물에너지 성능평가 시뮬레이션 마다 상이한 재료의 열전도율로 평가 되고 있음이 파악되었다. 시뮬레이션을 통한 정확한 건물에너지부하를 평가하기 위하여, 각 시뮬레이션에서 목조건축물의 스터드로 사용되고 있는 목재의 열전도율을 확인하고, 이에 따른 벽체의 열관류율과 부재 접합부위에서의 선형열교 차이를 연구하였다. 각 시뮬레이션은 동일 수종에 대해 상이한 열전도율을 채택 후, 각 시뮬레이션에서 추출한 열전도율 간의 차이가 가장 상이한 소나무의 열전도율을 스터드에 적용하였다. 시뮬레이션 간 지붕, 벽체, 지면 슬래브의 열관류율 중 최대오차는 $0.023W/m^2{\cdot}K$이었으며, 지붕의 서까래 접합부, 지붕-벽체 접합부, 지면슬래브-벽체 접합부 중 최대 선형열교 오차는 $0.025W/m{\cdot}K$이었다. 또한, HEAT2 정상상태전열해석 프로그램을 활용하여 선형열교 및 벽체의 온도변화에 대한 전열해석 이미지를 분석하였다. 구조체에 온도 분포를 선으로 표시하여 단열이 부족한 곳에서는 온도선이 급격하게 변하는 것이 확인되었고, 온도선이 급격하게 변하는 부위에서는 다른 곳보다 온도가 낮으며, 다른 구조체 부분보다 더 많은 열류가 손실됨이 확인되었다.
산업발전과 삶의 질 향상으로 전기에너지의 사용이 급증하는 가운데 에너지 사용단가가 비교적 저렴하고 수급이 안정적인 가스를 연료로 사용하는 군간부 숙소건물을 대상으로 중용량보일러 시스템과 멀티보일러 시스템의 부분 부하 성능을 측정한 후 이 데이터를 활용하여 난방 및 급탕에너지 사용량을 시뮬레이션 하였으며, 이를 바탕으로 연간균등부담법(Annual Equal Payment)을 이용하여 각 시스템 적용에 따른 경제성을 비교 분석하였다.
The energy used in Korea is strongly dependent on that produced by foreign countries. Accordingly, saving energy is more important than ever, because of the rise of international oil prices and depletion of oil resources. The development of energy efficient buildings is required especially for public buildings in Korea. In this study, the energy use of public buildings is identify. Then, the analysis of energy usage through regional offices in Busan City offers energy performance for public buildings.
Recently, all of the world are facing with a serious environmental crisis of global warming due to excessive energy consumptions. The Korean Government, taking over 97% of dependence on foreign energy, has made various efforts on reducing energy and greenhouse gas emission under the motto of "Low-Carbon Green Growth". Since the building sector takes 24% of domestic energy consumption, many design standards and regulations on saving energy in new buildings have been established. However, applications of energy saving designs and techniques on the remodeling process at deteriorated buildings including educational ones have been lack. Under a situation where the number of deteriorated schools accounts for up to 50%, this paper evaluated the performances of factors for reducing energy at deteriorated middle school buildings through an energy simulation tool on a standard school model. As a result, among factors of insulation, window's SHGC, southern louver, indoor setup temperature, and system efficiency, all other factors except window's SHGC and southern louver proved contribute to reduce energy at deteriorated middle school buildings, compared with the baseline energy consumption.
Faced with the international issue of environmental problems from global warming and energy consumption, the Korean Government has made many efforts on reducing energy and $CO_2$ emission under the motto of "Low-Carbon Green Growth". In order to reduce energy in the building sector, severe design standards and regulations on saving energy in new buildings have been established. Now, it is necessary to focus on deteriorated buildings where applications of energy saving designs and techniques have been insufficient, for maximizing energy saving in the building sector. Specially, it is very important to reduce energy through the remodeling process at deteriorated school buildings which were built over 20 years ago and sharply changed into the excessive energy consumption structure from new educational curricula. Thus, this paper examined the effects of potential factors to reduce energy at deteriorated elementary school buildings using the energy simulation on the Visual DOE 4.0 program. Among applied factors of insulations, southern louver, window's SHGC, indoor setup temperature, and system efficiency, all factors except window's SHGC turned out contribute to reduce energy at the deteriorated elementary school buildings, compared with the baseline energy performance.
Many countries over the world have acknowledged the global warming problem by greenhouse gas emission and tried to solve the problem. The Korean government has also taken many actions such as The Act on Low Carbon, Green Growth and on Promoting Green Building in that architectural building section takes 1/4 of national greenhouse gas emission. Under the situation that buildings constructed 15 years ago when insulation standards were reinforced take about 74%, The Plan on Vitalizing Green Remodeling, finally established on July 2013, will induce energy-efficient remodeling of deteriorated buildings. Using the energy simulation by the Visual DOE 4.0 program, this paper proposed the ways of energy-efficient remodeling of deteriorated high school buildings by measuring energy saving performance of factors that were drawn from the previous study. The factors considered are insulation, window's SHGC, south louver, system efficiency, and indoor setting temperature. Among them, all factors except SHGC proved contribution to reducing energy use at deteriorated high school buildings, compared with the baseline energy consumption.
The Government the Republic of Korea is showing a lot of interest in net zero-energy buildings (NZEBs) to reduce energy consumption of buildings and to promote green growth policy in construction sector. The application of building passive technologies and renewable energies is essential to achieving NZEBs. Green remodeling reinforced the insulation of the exterior walls and roofs of the buildings and replaced high-efficiency windows and doors. In this study, the energy performance before and after green remodeling applied in a detached house was comparatively analyzed for baseline scenario and three different ones, ALT 1, ALT 2 and ALT 3. A building modeling and simulation software (DesignBuilder V7.0) with EnergyPlus (V9.4) calculation engine was used to calculate the energy demand and energy consumption for each scenario. Based on the calculation results of the building's energy demand for baseline, it was determined that the target building required more heating energy than cooling energy. The simulation results also showed that the implementation of building envelope performance improvement technologies (ALT 1) could notably decrease the heating energy consumption of the building. After the remodeling (ALT 1), the source energy consumption per unit floor area was assessed to be reduced by 65.2%, compared to prior remodeling of 338.7 kWh/m2 -y. Meanwhile, ALT 2 can achieve energy savings of 67.7% and ALT 3 can achieve savings of 73.1%. Following completion of the remodeling project, actual construction costs, and on-site measurements and verification results will be gathered and compared with the simulation results. Additionally, economic analysis including construction costs and payback period will be conducted using actual site data.
The paper describes development and evaluation of a simple method for determining gradient of modified linear setpoint variation to reduce peak electrical cooling demand in buildings using building precooling and setpoint adjustment. The method is an approximated approach for minimizing electrical cooling demand during occupied period in buildings and involves modified linear adjustment of cooling setpoint temperature between $26^{\circ}C$ and $28^{\circ}C$. The gradient of linear variation or final time of linear increase is determined based on the cooling load shape in conventional cooling control having a constant setpoint temperature. The potential to reduce peak cooling demand using the simple method was evaluated through building simulation for a calibrated office building model considering four different weather conditions. The simple method showed about 30% and 20% in terms of reducing peak cooling demand and chiller power consumption, respectively, compared to the conventional control.
열 쾌적 제어는 실내 환경의 질을 나타내는 기본 요소로써 건물에서 사용되는 에너지와 거주자의 만족도에 매우 밀접하게 연관되어 있다. 본 논문에서는 실내의 쾌적 상태(Predictive Mean Vote)를 검출하고, 목표 소비 전력 내에서 냉난방 온도, 습도, 풍량을 제어함으로써 에너지를 절감하고 근무자에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 스마트 쾌적 제어 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 결과, 열 쾌적 제어에 의한 냉난방제어는 기존의 일반 냉난방기에 비해서 실내의 쾌적도는 그대로 유지한 상태에서 0.5kW의 전력을 절감할 수 있고, 조명제어 알고리즘이 적용된 조명 제어에 의해서 49.2%의 조명 개선 효과가 이루어짐을 알 수 있었다. 시뮬레이션을 통해서 검증된 쾌적 제어 알고리즘을 기존의 냉난방기에 적용할 경우 쾌적도는 유지하고 에너지는 절감할 수 있을 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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