TRNSYS Simulation Studio Couplage avec COMIS ou CONTAM

TRNSYS Simulation Studio Couplage avec COMIS ou CONTAM Werner Keilholz Andreas Weber, David Bradley, Timothy Mc. Dowell, Sabine Taristas © 2005 CSTB Sophia Antipolis TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Le problème… • Les températures des zones du bâtiment dépendent des débits d’air. f=? Temp = • Les débits dépendent des différences de températures. Temp =? f • Le type 56 ne calcule pas ? les débits. • Les programmes aérauliques (COMIS, CONTAM, …) ne modélisent pas ? la thermique du bâtiment. TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Les solutions… • Intégrer un modèle aéraulique dans TRNSYS • TRNFLOW (EMPA / TRANSSOLAR) • Ajouter un Type contenant un modèle aéraulique • CONTAM : TYPE 97 (LBNL, gratuit) • COMIS : TYPE 157 (EMPA/TNO/LBNL/NBI/CSTB) TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

TRNSYS et COMIS • Présentation rapide de COMIS • Le principe du couplage • L’exemple du restaurant TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS • Simulateur aéraulique multi - zonal basé sur les équations de Bernoulli Ø Air incompressible • Développé par l’Annexe 23 de l’ IEA (International Energy Agency, Agence Internationale de l’énergie) • Fonctionne avec le Simulation Studio TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS (2) • Les composants les plus importants sont : Ø Liens (Air Flow Components) • • Fissures (Cracks) Composants Génériques (Test data components) Fenêtres (Windows) Portes (Doors) Ouvertures verticales avec flux bi-directionnel (Vertical apertures) Tuyaux et raccords (Ducts and duct fittings) Ventilateurs (Fans) Contrôleurs (Flow controls) Ø Polluants (Pollutants) Ø Occupants (Occupants) Ø Possibilité “d’actionner” la plupart des composants dans le temps (ouvrir et fermer les fenêtres, varier la vitesse des ventilateurs, …) TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Applications de COMIS • Dimensionnement de systèmes de ventilation mécanique • Evaluer l’impact d’une modification architecturale sur la ventilation du bâtiment • Transport de polluants Ø entre zones Ø de l’extérieur • • • Efficacité de l’enlèvement de polluants (e. g. cleanroom) Age de l’air Propagation des fumées Evaluation des pertes thermiques par ventilation Passive cooling Evaluation du transport de chaleur entre zones TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS dans le Simulation Studio L 1 16. 0 L 2 10 L 3 22 L 4 1. 77 1 1. 29 2 2. 3 3 2. 18 4 2. 16 Problem Results Simulation Studio Text Editor COMIS Input File (. CIF) TRNSYS Simulation Studio – cours avancé . . . Output Files http: //software. cstb. fr

COMIS dans le Simulation Studio Démonstration - vent TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS dans le Simulation Studio Démonstration – effet de cheminé 30° 2. 80 m 20° TRNSYS Simulation Studio – cours avancé 0 m http: //software. cstb. fr

Conventions: hauteurs • Par rapport au sol pour les nœuds extérieurs • Par rapport au plan de référence de la zone => User Guide Ch. 3. 5 « Concepts » TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS Inputs • Entrées principales Ø Enveloppe du bâtiment (valeurs Cp, zonage aéraulique, portes, fenêtres, systèmes de ventilation, …) Ø Vent (direction et vitesse, profil) Ø Nature du terrain et des bâtiments voisins (pour calcul des turbulences) Ø Humidité Ø Températures (intérieure et extérieure) Ø Pression barométrique TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS Outputs • Exemples de sorties Ø Infiltration Ø Ventilation Ø Transferts aérauliques (réseau) Ø Taux de renouvellement d’air Ø Transport de polluants TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS Exemples de sorties TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Users In Switzerland (by EMPA and LESO) for: • Design of naturally ventilated gymnasia. • Determination of leakage distributions on buildings • Design of double faced building facades (Technikum Luzern) (COMIS+TRNSYS) • Design of naturally ventilated Mercedes building in Berlin • Studies on indoor pollution concentrations from building materials • Overheating risk in a naturally ventilated factory (COMIS+TRNSYS) • Evaluation of warm air heating concepts for low-energy residential buildings. • Influence of occupant window opening in mechanically ventilated buildings. • Evaluation of wind pressure effects on various facade systems. TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Users (2) In the US (by LBNL) for: • Radon entry into buildings (in conjunction with a soil model) • Airflow distribution in high-rise apartment building (155 units, 13 floors) • Performance of residential ventilation systems in New-York and California • Thermal distribution systems in single family houses (in conjunction with DOE-2) • Ventilation cooling in residences as an alternative to compressor cooling TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Users (3) In the Netherlands (by TNO) for: • Study of ventilation systems and pollutants concentration on an oil platform (hundreds of openings / prediction of ventilation and concentrations were within 10%) • Design of dwellings with air heating and air recovery In Japan (by TU) for: • Ventilation calculation of air-tightened attached houses in northern climates • Parametric study on the ventilation system and airtightness And in addition COMIS is used • in Annex 26 : Testing of ventilation openings in atria • in Annex 27 : To provide the data used to develop a simplified model TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Ventilation Calculation of an Entire Building - Model Types Model Computer Required Assumption Resource Knowledge Output One Zone empirical equation Multi-Zone uniform distribution calculator PC, WS Zonal CFD plan of the building see above + building physics TRNSYS Simulation Studio – cours avancé air flow rate as a whole air flow rate & paths in rooms see above + brief air flow distribution in rooms empirical parameters theoretically none with LES Applicability & Feasibility parallel processor see above + Fluid Dynamics see above + precise air flow distribution in rooms http: //software. cstb. fr

COMIS en tant que composant TRNSYS • Principe Ø Ø • Désavantages Ø Ø • On a besoin de deux fichiers d’entrées (. BUI +. CIF) – risque d’incohérences Seule la boucle de temps de TRNSYS fonctionne (nécessité de définir tous les histogrammes etc. dans TRNSYS) Communication COMIS TRNSYS Ø • Adaptation de COMIS comme TYPE TRNSYS (Type 157) On l’utilise typiquement avec le type 56 (bâtiment multi-zone building) Débits d’air entrant pour chaque zone Communication TRNSYS COMIS: Ø Ø TRNSYS Simulation Studio – cours avancé Température des pièces Données météo, consignes (pour les ventilateurs, fenêtres, portes, occupants, …) : ‘actual value’ http: //software. cstb. fr

Couplage TRNSYS – COMIS TRNSYS seul L 1 16. 0 L 2 10 L 3 22 L 4 1. 77 Problème thermique Éditeur de projets TRNSYS Simulation Studio . . dck Fichiers de sortie 1 1. 29 2 2. 3 3 2. 18 4 2. 16 Résultats TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Couplage TRNSYS – COMIS TRNSYS avec bâtiment multi-zone L 1 16. 0 L 2 10 L 3 22 L 4 1. 77 Problème thermique Éditeur de projets TRNSYS Simulation Studio . . dck TRNBuild Type 56 Fichiers de sortie . bui 1 1. 29 2 2. 3 3 2. 18 4 2. 16 Résultats TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Couplage TRNSYS – COMIS TRNSYS+COMIS L 1 16. 0 L 2 10 L 3 22 L 4 1. 77 Problème thermique TRNSYS Simulation Studio Type 56 . . dck TRNBuild air flows L 1 16. 0 L 2 10 L 3 22 L 4 1. 77 Problème aéraulique. bui Éditeur de projets TRNSYS Simulation Studio – cours avancé . cif Zone temp. Éditeur de projets Type 157 Fichiers de sortie 1 1. 29 2 2. 3 3 2. 18 4 2. 16 Résultats http: //software. cstb. fr

Flux d’information Consignes Ventilateurs, Portes, … Débits Météo Température s TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Projet thermo-aéraulique dans Simulation Studio • « File/New / Coupled Project» permet de créer un projet de simulation de bâtiment thermoaéraulique complet, à partir d’une description sommaire Ø Un projet TRNSYS contenant COMIS (type 157) : fichier. tpf Ø Le projet COMIS correspondant : fichier. cpf • Tous les liens type 56/COMIS sont créés automatiquement Ø Il est possible d’en rajouter/enlever une fois les projets créés • Il est possible d’ajouter/enlever des zones thermiques et/ou aérauliques TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Projet thermo-aéraulique dans Simulation Studio (2) Projet TRNSYS (*. tpf) Projet COMIS (*. cpf) La bibliothèque de modèles d’adapte (Types TRNSYS ou Composants COMIS) TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

COMIS – TRNSYS : Exemple du restaurant TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Entrées pour le Type 157 (COMIS) • Les variables passées du Type 56 au Type 157 sont : Ø Températures des zones • Les variables passées au Type 157 à partir d’autres types TRNSYS sont : Ø Du lecteur de données (ou générateur de météo) : vitesse du vent, direction du vent, température ambiante, humidité, pression atmosphérique Ø A partir des composants créant des histogrammes (e. g. Type 14, Time dependant forcing function) : • Pour liens ‘actifs’ (cf. paramètre 2 du type 157), une valeur (‘actual value’) qui définie – Le facteur d’ouverture des portes et fenêtres – La vitesse absolue ou relative des ventilateurs TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

Sorties du Type 157 (COMIS) • • • Débit entre zones (coupling flow) [kg/h] Infiltration dans chaque zone (infiltration) [ach/h] Ventilation dans chaque zone (ventilation) [ach/h] Exfiltration de chaque zone (exfiltration) [ach/h] Extraction par ventilation de chaque zone (ventilation exhaust) [ach/h] • Concentration des polluants (1 à 5) dans chaque zone (concentration) • Le fichier de sortie habituel de COMIS est créé également par le Type 157 TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

TRNSYS - CONTAM • Même principe • On utilise le Type 97 à la place du Type 157 Ø Livré en standard sous Utility/Calling External Programs • CONTAM disponible gratuitement au LBNL Ø http: //www. bfrl. nist. gov/IAQanalysis/ • CONTAM contient son propre éditeur de projets pour décrire le réseau aéraulique (fichier. air) et pour afficher les résultats d’une simulation noncouplée TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr

CONTAM – TRNSYS : Exemple TRNSYS Simulation Studio – cours avancé http: //software. cstb. fr