Q: 向きを少し変更すると、建物の EUI にどのような影響がありますか?

簡単な回答:グレージングの割合に大きく依存します。グレージングの割合が 60% 以下で、向きの変化が平均で 45° 未満の場合、影響は 1.2 Kbtu/sf/yr 未満になります。大まかに言えば、初期段階のエネルギーモデリングには不確実性があるため、その影響はごくわずかです。もちろん、これらは調査の「クリフノート」バージョンです。以下の完全な調査をお読みください。

序章：

ビルディングエネルギーモデリング (BEM) は、エネルギー消費、HVAC コンポーネントのサイジング、公共料金の分析と予測に使用できる建物の物理ベースのコンピューターシミュレーションです。 BEM は、エネルギーコード規格 (ASHRAE 90.1、Title 24、NECB)、LEED v4 や Green Globe などのさまざまなグリーンビルディング認定への準拠を達成するために、新しい建物の建設や改修設計に使用されています。シミュレーションを実行するために考慮される BEM 入力パラメーターには、建物の形状、建設材料の特性、ガラスの比率、照明、HVAC システム、冷蔵、給湯、コンポーネントの効率、制御戦略、および再生可能発電システムの構成が含まれますが、これらに限定されません。 .この研究の目的は、エネルギー使用強度 (EUI) に対する建物の回転の感度を観察することです。エネルギー消費への影響を記録するために、サイトの向きを除いて、すべてのシミュレーションパラメーターは一定に保たれます。この調査は、Pacific National Northwest Laboratory (PNNL) から提供された小規模なオフィスビルのプロトタイプを使用して実施されました。

主な所見:

エネルギー使用強度 (EUI) は、時計回りと反時計回りに 10°、20°、30°、および 45° 回転した単一ゾーンの小規模オフィス PNNL プロトタイプモデルで観察されます。フロリダ州マイアミ (ASHRAE 気候帯 1A)、ジョージア州アトランタ (ASHRAE 気候帯 3C)、およびコロラド州デンバー (ASHRAE 気候帯 5B) の EUI の差は、0.63 kBtu/ft2、0.72 kBtu/ft2、0.92 kBtu/であることが観測されました。前述の回転範囲のそれぞれの ft2。さらに、次の反復では、すべての側面に 20% ガラス張りを追加し、シングルゾーンの小規模オフィス PNNL プロトタイプモデルを時計回りおよび反時計回りに 10°、20°、30°、および 45° 回転させました。シミュレーションを実行した後、フロリダ州マイアミ (ASHRAE 気候帯 1A)、ジョージア州アトランタ (ASHRAE 気候帯 3C)、およびコロラド州デンバー (ASHRAE 気候帯 5B) の EUI の差は、1.05 kBtu/ft2、1.10 kBtu であることが観測されました。考慮される回転範囲については、それぞれ /ft2 および 1.33 kBtu/ft2 です。

方法論:

建物パラメータ:

選択された建物は、パシフィックノースウェスト国立研究所 (PNNL) によって記述された小さなオフィスのプロトタイプです。建物のパラメータの一部を以下に示します。

建物の総面積 (平方フィート)	5055
階数	1
ウィンドウの割合	南は 24.4%、他の 3 つの方向は 19.8%
サーマルゾーニング	シングルゾーンモデル
床から床までの高さ (フィート)	10
HVAC システムタイプ	ガス炉をバックアップした空気熱源ヒートポンプ
サーモスタットの設定値	75°F 冷房/70°F 暖房
サーモスタットのセットバック	85°F 冷房/60°F 暖房
照明電力密度 (LPD) (W/平方フィート)	0.98
機器の電力密度 (W/平方フィート)	1.0935
家庭用温水消費率 (gal/ft2-day)	0.004908
ヒーティングシステム COP	1.8
冷却システム COP	1.8

回転、範囲、グレージングのバリエーション:

シミュレーションの実行では、単一のサーマルゾーンが考慮されます。 PNNL スモールオフィスモデルは、DesignBuilder (EnergyPlus) を使用して作成され、次の図に示すように、南北軸に沿って時計回りおよび反時計回りに 10°、20°、30°、および 45° 回転します。次のステップでは、準備したモデルのすべての側面に 20% のグレージングを追加し、シミュレーションを再実行しました。

図 1 南北軸に沿ったシングルゾーン PNNL スモールオフィスプロトタイプの回転範囲

エネルギー使用原単位の比較：

次の都市は、単一ゾーン PNNL 小規模オフィスプロトタイプのローテーションの影響を調査するために使用されます。

ASHRAE 気候帯	街
1A	マイアミ、フロリダ
3C	アトランタ、ジョージア州
5B	コロラド州デンバー

ゾーン 1A フロリダ州マイアミ:

図 2 マイアミ PNNL スモールオフィスのさまざまな角度での回転の比較

図 3 マイアミ PNNL スモールオフィス、グレージング回転が 20% 増加さまざまな角度での比較 0.63 kBtu/ft2 という最大の EUI 差は、モデルを NS 軸に沿って反時計回りに 45° 回転させることによって記録されます。グレージングが 20% 増加すると、最大の EUI 差は、NS 軸に沿って反時計回りに 45° 回転した場合に 1.05 kBtu/ft2 になりました。

ゾーン 3A ジョージア州アトランタ:

EUI の目標である 30 kBtu/ft2/年を達成する ECM バンドル。

図 5 アトランタ PNNL スモールオフィスのグレージング回転を 20% 増し、さまざまな角度での比較

0.72 kBtu/ft2 という最大の EUI 差は、モデルを NS 軸に沿って反時計回りに 45° 回転させることで記録されます。グレージングが 20% 増加すると、最大の EUI 差は、NS 軸に沿って反時計回りに 45° 回転した場合に 1.1 kBtu/ft2 になりました。

ゾーン 5B コロラド州デンバー:

図 6 デンバー PNNL スモールオフィスのさまざまな角度での回転の比較

図 7 デンバー PNNL スモールオフィス、グレージング回転が 20% 増加さまざまな角度での比較 0.92 kBtu/ft2 という最大の EUI 差は、モデルを NS 軸に沿って反時計回りに 45° 回転させることによって記録されます。グレージングが 20% 増加すると、最大の EUI 差は、NS 軸に沿って反時計回りに 45° 回転した場合に 1.33 kBtu/ft2 になりました。

結論

研究で説明されている提案された方法を使用すると、設計変更ごとに建物の向きと熱ゾーンの操作を調整するのに費やされる時間をなくすことができます。さらに、プロジェクトチームは、特定の建物の向きを気にすることなく、より多くのシミュレーションを実行してさまざまな設計オプションをテストし、最適な設計を選択できるようになります。提示された事実は、概念設計段階を最適化するのに確実に役立ち、それによって所有者とプロジェクトチームの莫大な費用と時間を節約します。