Evaluation of the Impact of Microclimatic Parameters on Energy Performance of ZEN with BEPS.

Abstract

Den raske urbaniseringen har ført til dannelse av komplekse urbane morfologier som har resultert i temperaturøkning i byene sammenlignet med nærliggende landlige områder. Med urbanisering følger bygningene og bygningene med mye energi. Derfor er det et viktig fokus for studier i dag å redusere energibehovet til en bygning. En av måtene er å studere klimaet på mikroskala nivå. Generell praksis i dag er imidlertid å ta klimadataene fra en typisk meteorologisk værstasjon uten å ta hensyn til det lokale klimaet der bygningen skal bygges.

I denne forbindelse evaluerer denne studien virkningen av mikroklima på energibehovet ved bruk av simuleringsverktøy for bygningsenergiytelse (IDA ICE). NTNU Gløshaugen campus er valgt til studietomten og Sentralbygg 1 blir tatt som et representativt bygg. Bygningen er modellert i IDA ICE og simulert ved hjelp av forskjellige klimatiske data. For det første brukes Værnes klima i simulering. Det oppnådde resultatet blir sammenlignet med resultatene fra klimaet i Gløshaugen. Det viser at det er en betydelig forskjell i energibehov mens du bruker mikroklimatiske data. Det er en reduksjon på rundt 8,4% av energibehovet når du bruker værdataene fra Gløshaugen.

Videre brukes CFD-genererte værdata i en uke hver sommer og høst. To case-scenarier vurderes for studien, det ene, basissituasjon hvor vegetasjon, fortau og materialer blir vurdert som den er, og andre ikke-vegetasjonsscenariet der vegetasjonen fjernes og erstattes av betong. Resultatene viser at basissaksscenariet har lavere energibehov om sommeren på grunn av at ikke-vegetasjonsscenariet resulterte i ytterligere kjølebehov.

På toppen av det sammenlignes klimadataene fra Værnes og Gløshaugen med studieforskjeller når det gjelder temperatur, varmegradedager, vindhastighet og solstråling. Gløshaugen-campus viser omtrent 2˚C høyere temperatur enn Værnes. Varmegradedagene knyttet til Værnes værdata er 11% høyere enn Gløshaugen.

Basert på resultatene og funnene, blir det gitt relevante anbefalinger for den fremtidige energidesignen i bygninger.

The rapid urbanization has led to formation of complex urban morphologies which have resulted in increase of temperature in cities as compared to nearby rural areas. With urbanization comes the buildings and buildings consume high amount of energy. Therefore, reducing the energy demand of a building is a major focus of study today. One of the ways is through study of the climate at micro-scale level. However, the general practice today is to take the climate data from a typical meteorological weather station without considering the local climate where the building is to be built.

In this regard, this study evaluates the impact of microclimate on building energy demand using building energy performance simulation tool (IDA ICE). NTNU Gløshaugen campus is selected for the study site and Sentralbygg 1 is taken as a representative building. The building is modelled in IDA ICE and simulated using different climatic data. Firstly, the climate of Værnes is used in simulation. The obtained result is compared with the results from the climate of Gløshaugen. It shows that there is a significant difference in energy demand while using the microclimatic data. There is a reduction of about 8.4% of energy demand while using the weather data from Gløshaugen.

Further, the CFD generated weather data is used for one week each in summer and autumn. Two case scenarios are considered for the study, one, the base case scenario where the vegetations, pavements and materials are considered as it is, other the no-vegetation scenario where the vegetation is removed and replaced by concrete. The results show that the base case scenario has lower energy demand in summer case due to the fact that the no-vegetation scenario resulted in additional cooling demand.

On top of that, the climate data from Værnes and Gløshaugen are compared to study differences in terms of temperature, heating degree days, wind velocity and solar radiation. The Gløshaugen campus shows about 2˚C higher temperature than that of Værnes. The heating degree days associated with Værnes weather data is 11% higher than that of Gløshaugen.

Based on the results and findings, relevant recommendations are made for the future energy design in buildings.