Optimizacija toplinske mase za korištenje školske zgrade kao pasivnog toplinskog spremnika

undergraduate thesis

• Title (english): Optimization of the thermal mass for the use of a school building as a passive thermal storage
• Author: Mihaela Štajduhar
• Mentor: Tea Žakula (mentor)
• Committee member: Vladimir Soldo (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Tea Žakula (član povjerenstva)
• Committee member: Mislav Čehil (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2021-02-25, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering; Process Energy Engineering

Abstract

U ovom radu provedena je optimizacija toplinske mase školske zgrade kao pasivnog toplinskog spremnika. Zgrada koja je analizirana u radu jest dogradnja na postojeću zgradu Tehničke škole Ruđer Bošković u Zagrebu. Zgrada je opisana prema podacima Ministarstva graditeljstva i prostornoga uređenja za referentnu obrazovnu zgradu gotovo nulte potrošnje energije (nZEB) za kontinentalnu Hrvatsku s meteorološkim podacima za tipičnu meteorološku godinu za grad Zagreb. Osnovni materijal za izgradnju zgrade je beton, a njezina korisna površina iznosi 1568 m2. Kako sadržana energija zauzima velik udio u ukupnoj potrošnji energije, analizirana je, na temelju analize literature, sadržana energija betona vanjskih i pregradnih zidova te poda. Također, analizirana je i sadržana energija izolacijskog sloja prisutnog kod vanjskih zidova. Sadržana energija je energija potrebna za proizvodnju betona i izolacije. Ukupna sadržana energija betona iznosi 296 368 769 kWh, dok izolacijskog sloja iznosi 13 108 757 kWh. Provedbom dinamičkih simulacija u računalnom programu TRNSYS dobivena je potrebna energija za grijanje koja iznosi 55,5 kWh/m2i energija za hlađenje koja iznosi 23 kWh/m2. Kada se potrebna energija za grijanje i hlađenje pomnoži s površinom zgrade i usporedi sa sadržanom energijom zgrade, vidi se kako je sadržana energija za nekoliko redova veličine veća. U radu je predviđeno hlađenje zgrade pomoću vodenog sustava u podu. Dinamičkim simulacijama u TRNSYS-u izračunate su temperature polaza vode za karakterističan dan i svaki sat u tom danu. Kako bi se postigle uštede električne energije i/ili novca na radu sustava, hlađenje zgrade je postavljeno samo tijekom noći. Također, za hlađenje preko noći provedena je optimizacija debljine betona kod vanjskih i pregradnih zidova. Rezultati simulacija su prikazani za različite debljine betona kao i njihova usporedba sa iznosima sadržane energije. Na temelju dobivenih rezultata može se zaključiti kako promjena debljine betona kod vanjskih i pregradnih zidova nema veliki utjecaj jer je akumulacija rashladne energije primarno vezana za pod. Zbog toga, najveći utjecaj ima promjena debljine poda što je dokazano rezultatima prikazanima u radu.

Abstract (english)

In this work, the optimization of the thermal mass of a school building as a passive thermal storage has been carried out. The analyzed building is an upgrade to the existing building of the Ruđer Bošković Technical School in Zagreb. The building is described according to the data of the Ministry of Construction and Physical Planning for the reference educational nearly zero-energy buiding for continental Croatia with meteorological data for a typical meteorological year for the city of Zagreb. The basic material for the construction of the building is concrete and its gross surface is 1568 m2. As the embodied energy takes a large share in the total energy consumption, the embodied energy of concrete of the external and boundary walls and floor has been analyzed. Also, the embodied energy of the insulation layer of the external walls was analyzed. The embodied energy is the energy required for the production of concrete and insulation. The total embodied energy of concrete is 296,368,769 kWh, while of the insulation layer is 13,108,757 kWh. Dynamic simulations of the building energy flows have been conducted using TRNSYS energy software. Heating demand of the building is 55,5 kWh/m2 while cooling demand is 23 kWh/m2. The building is cooled using a water system in the floor. Using TRNSYS dynamic simulations, inlet water temperatures have been calculated for a characteristic day. In order to save operational costs of the system, the cooling of the building was transfered to night regime. Also, for overnight cooling, concrete thickness optimization has been carried out for the external and boundary walls. The results of dynamic simulations are presented for different concrete thicknesses as well as their comparison with the amounts of the embodied energy. Based on the results, it can concluded that the change in concrete thickness of external and boundary walls does not have large impact because the cooling energy accumulation is primarily related to the floor.

• Keywords: optimizacija toplinske mase; pasivni toplinski spremnik; sadržana energija; potrebna energija za grijanje i hlađenje; model podnog hlađenja; računalni program TRNSYS
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:423793
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2021-02-26 09:10:27