Jämförande analys av termisk komfort: Beräkningsmodellering vs fysiska mätningar

Abstract

Research shows that the indoor environment can have a negative impact on the users’ performance and concentration. An extreme indoor environment might lead to health problems for the users. It is therefore important to ensure that buildings have a good indoor environment. The aim of this thesis is to compare physical measurements with computer simulations regarding indoor environmental parameters. The methods that were used included an initial literature study, questionnaire survey, physical measurements and indoor environment simulations using the programme IDA ICE. The thesis questions are:
• What are the differences and similarities between data obtained from physical measurements compared to data obtained from simulations/calculations?
• What are the problems seen today with thermal comfort and which problems might occur in the future?
• What are the advantages and disadvantages between the physical measurements, simulations, and surveys used in the study?
• What parameters are required to study the indoor environment?
• Which is the recommended proposal of action to improve thermal comfort?

The thesis concludes that the results from the simulations had similar temperature peaks and the temperature graphs followed the same trend as the physical measurements. The major differences were mostly in the relative humidity and carbon dioxide concentrations where the simulations could not predict the concentrations. The buildings in this study have problems with fluctuating temperatures, dry air, and static electricity. During the summer, one of the buildings had problems with high room temperatures. To improve the indoor climate during the summer, the following actions are proposed: full-coverage mark-isolette, curtains and increased CAV-flows. To conduct thermal indoor climate measurements, instruments were needed that could measure momentarily and for one week. The advantage of IDA ICE is that it is possible to predict the indoor climate where the high-temperature peaks correspond with reality. The advantage of using physical measurements is that it indicates whether further investigation is needed. The disadvantage of simulating with IDA ICE is that this method requires adequate input data.

Abstract (Swedish)

Bakgrund:
Forskning visar att ett extrema inomhustemperaturer påverkar bland annat människors prestationsförmåga och förmågan att koncentrera sig. Dessutom kan ett dåligt inomhusklimat leda till hälsobesvär hos brukarna. Det är således viktigt att säkerställa att byggnader har ett bra inomhusklimat. Medeltemperaturen på jorden ökar, vilket leder också till att inomhustemperaturen ökar. Därför är det viktigt att säkerställa att dagens byggnader är dimensionerade efter dessa framtida temperaturförändringar. Detta leder till att det behövs beräkningsverktyg för att kunna förutse och undvika ett ogynnsamt inomhusklimat. Sådana verktyg kan vara IDA ICE simuleringar och fysiska mätningar som visar momentana klimatdata.


Syfte:
Syftet med examensarbetet är att utföra en jämförande analys av ett antal parametrar kopplade till termisk komfort med avseende på mätningar och beräkningar inom inomhusklimatet. Detta görs för att säkerställa att beräkningsmodelleringar stämmer någorlunda överens med de uppmätta värdena. Resultaten av denna analys avseende på ett antal parametrar jämförs och analyseras mellan IDA ICE, Danvak, referensvärden från myndigheter, fysiska mätningar och enkätundersökning. Två objekt med flera fall ska undersökas och eventuella förbättringsåtgärder presenteras.

Metoder:
Flera olika metoder har använts i examensarbetet, såsom en inledande litteraturstudie för att få en bättre inblick av termisk komfort. För att få en uppfattning om det upplevda inomhusklimatet har en enkätundersökning genomförts. Därefter har ett flertal fysiska mätningar utförts med hjälp av specialutrustning från LTH. De parametrarna som analyserades var lufttemperatur, yttemperatur, operativ temperatur, koldioxidhalt, relativ luftfuktighet, strålningstemperatur samt fukttillskott. Slutligen simulerades byggnaderna med hjälp av programmet IDA ICE.

Frågeställningar:
• Vilka skillnader och likheter finns det mellan de uppmätta och simulerade parametrar avseende på termisk komfort?
• Vilka problem har vi idag med de två undersökta objekt avseende det termiska klimatet och vilka problem kan uppstå i framtiden?
• Vilka mätningar behöver utföras för att undersöka termisk komfort?
• Vilka för- och nackdelar har metoderna som användes i detta examensarbete?
• Vilka åtgärdsförslag behöver utföras för att förbättra den termiska komforten i de två undersökta byggnaderna?


Slutsatser:
Skillnader och likheter som upptäcktes mellan mätningar och beräkningar var dels att likheterna på temperaturtoppar- och dalar matchade någorlunda med varandra, detsamma gällde för momentana mätningar. De stora skillnaderna som noterades var avvikelser i koldioxidhalter och relativ luftfuktighet. I beräkningen blev koldioxidhalten och relativa luftfuktigheten mycket lägre än de uppmätta mätningarna. Andra skillnader som noterades var att under någon enstaka dag skiljde sig inomhusklimatet. Skillnaden beror troligtvis på utomhusklimatet i IDA ICE och det verkliga utomhusklimatet skiljde sig åt, vilket troligtvis beror på att i detta arbete användes utomhusklimatfiler i IDA ICE som baseras på medelvärden. De byggnader som undersöktes har idag problem med bland annat varierande rumstemperatur, torr luft och statisk elektricitet enligt enkätundersökningarna och de uppmätta fysiska mätningarna. Under sommarhalvåret har en av de två sjukhusbyggnaderna som undersöktes haft stora problem med alltför höga rumstemperaturer. För att förbättra inomhusklimatet under sommarhalvåret gavs förslag på förbättringsåtgärder så som heltäckande markiser, gardiner och ett ökat CAV-flöde.

Vid en jämförande analys noterades för- och nackdelar med de fysiska mätningarna och simuleringarna. Fördelarna med simuleringar är att det går att prognostisera inomhusklimatet, där särskilt extremvärden på temperaturer överensstämmer med verkligheten. Fördelar med de fysiska mätningarna är att de ger en indikation om fortsatt utredning behöver göras. Nackdelarna med metoder som har använts är att simuleringar kräver tillräckligt korrekta antaganden för indata. En negativ aspekt med fysiska mätningar är att mätningar utförs under en begränsad tidsperiod och inte därmed är representativa som helhet.

• author: Thelaus, Viktor and Eltahan, Rasha
• supervisor: Stephen Burke
• organization: Division of Building Physics
• alternative title: Comparative Analysis of Thermal Comfort: Computational Modeling vs. Physical Measurements
• course: VBFM01 20232
• year: 2024
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: IDA ICE, termisk komfort, operativ temperatur, koldioxidhalt, relativ luftfuktighet, lufttemperatur, fysiska mätningar, Danvak, vistelsezon
• publication/series: TVBH-5139
• report number: TVBH-5139
• other publication id: ISRN LUTVDG/TVBH—24/5139—SE(95)
• language: Swedish
• additional info: Examinator: Victor Fransson
• id: 9162561
• date added to LUP: 2024-06-28 09:02:23
• date last changed: 2024-06-28 09:02:23