Energy performance of buildings Filip Descamps June 24, 2013, 8:00 – 11:15 h
Student:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
ABP
6.SPO.CLE.03 Replace the glazing in the Kronsberg dwelling by SGG Cool-Lite Extreme 60/28. Estimate the impact on the annual energy need for heating. ΔQ = …….. MJ HVAC 09.LCE.01 exercise 4 Use the thermodynamic balance equations to calculate the wet bulb temperature of humid air with a temperature of 20°C and vapour pressure 1200 Pa. Indicate the original and the saturated condition of the air on the psychometric chart and prepare a spreadsheet that calculates the enthalpy of these conditions. ABP What is the equilibrium temperature and vapour pressure in an unventilated cylinder (height 1 m, diameter 10 m) in an outdoor environment at 0 ˚C and 75 % RH. Internal heat gains in the cylinder equal 1000 W. The inner volume of the cylinder contains 2 kg of moisture. All envelope parts of the cylinder are made from a steel – thermal insulation – steel sandwich panel. The thermal conductivity of the thermal insulation equals 0.026 W/mK, the thickness of this layer equals 0.03 m. The steel plates have a thickness of 1 mm. Θ = ………….. ˚C pv = …….. Pa ABP Calculate the monthly average central floor surface temperature (January) of a 15 cm thick horizontal concrete floor (density 2400 kg/m3, thermal conductivity 2.4 W/mK) with an outside mineral wool insulation layer (thickness 0.10 m) that is in contact with an outdoor environment (Belgian climate). The indoor temperature is at 20˚C. How many people will complain about thermal comfort related to the floor temperature? Θs = …….. ˚C, PPD = ……… % HVAC Consider an AHU with a fan RZA 11-0280. In an office mechanical ventilation system, this fan operates at a design working point 5000 m3/h @ 500 Pa. What is the power of the fan, if the ventilation air flow of the AHU is halved to 2500 m3/h? Indicate the new working point on the fan curve. P = …….. kW HVAC Estimate the design heat load P of single storey building with a 400 m2 square floor plan, an average air change rate of 1, an average thermal transmittance of the envelope of 0.75 W/m2K. Make an educated guess for relevant parameters that are not mentioned. Give an overview of these parameters and the estimated heat load. P = ……. kW
50 %
50%
25 %
25 %
20 %
30 %
Energy performance of buildings Filip Descamps Sept 2, 2013, 8:00 – 11:15 h
Student:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Login:
HVAC 09.LCE.01 exercise 5 What is the reduction of evaporative losses if the pool water temperature drops by 2 ˚C? Relative evaporative loss reduction = ……. % ABP 6.SPO.CLE.03 Replace the glazing in the Kronsberg dwelling by low e double glazing. Reduce the total efficiency of the ventilation heat recovery unit to 50 %. Make a new estimation of the annual energy need for heating. Q = …….. kWh/m2 ABP Consider a vertical glass cavity with a width of 12 mm. A low-e coating (e = 0.05) is applied to both glass pane sides adjacent to the cavity. The cavity is filled with argon (mean temperature 20 ˚C, temperature difference over the cavity 5 ˚C). What is the U-value of this glazing?
50%
ABP
30 %
What is the equilibrium temperature and vapour pressure in a slightly ventilated cylinder (height 1 m, diameter 10 m, hourly air changes with outside air equals 0.2) in an outdoor environment at 10 ˚C and 75 % RH. Internal heat gains in the cylinder equal 1000 W, and there is no moisture production. All envelope parts of the cylinder are made from a steel – thermal insulation – steel sandwich panel. The thermal conductivity of the thermal insulation equals 0.026 W/mK, the thickness of this layer equals 0.03 m. The steel plates have a thickness of 1 mm. Θ = ………….. ˚C pv = …….. Pa HVAC Consider an AHU. The extract air (23 ˚C, 50 % RH) exchanges heat with fresh outside air (33 ˚C, 50 % RH) over a rotary heat exchanger with a sensible efficiency of 75 %, and a total efficiency of 70 %. What is the relative humidity of the supply air? Indicate the different states on a psychrometric chart. RH = ……… % HVAC Estimate the design heat load P of 1 storey building with a 100 m2 square floor plan, an average air change rate of 0.7, and an average thermal transmittance of the façade and roof of 0.75 W/m2K. The floor is in contact with the ground and contains a 15 cm PU insulation layer (thermal conductivity 0.025 W/mK). Make an educated guess for relevant parameters that are not mentioned. Give an overview of these parameters and the estimated heat load. P = ……. kW
50 %
20 %
30 %
20 %
Name: Advanced building physics IR-ARCH-14973, VUB-17694– Filip DESCAMPS June 27, 2012 Consider a 5 x 5 x 5 m outdoor box on pilotis with five opaque walls (18 mm multiplex, 200 mm mineral wool, 18 mm multiplex) and a top horizontal double glazing plate (two clear glass plates, low emission coating e = 0.05 on position 2, argon filled cavity with a width of 15 mm). The g-value of the plate is 0.4. The emission factor of both sides of the opaque walls is 0.9, while the short-wave absorption coefficient is 0.6. The box is fully airtight and unventilated. The outdoor temperature is 20 °C. Solar radiation incident on the horizontal top of the box equals 500 W/m2. A cooling element keeps the indoor climate in the box at 20 °C. 1. 1. 2. 3. 3. 4.
4.
What is the heat transmission coefficient of the opaque vertical wall? What is the heat transmisstion coefficient of the top double glazing? What is the stationary cooling power of the cooling element? Additional 100 W/m2 solar radiation is incident on the four vertical sides. What happens with the indoor temperature if the cooling element is not changed? Additional 100 W/m2 solar radiation is incident on the four vertical sides. What is the new cooling power of the cooling element to keep the indoor climate at 20 °C? A white medium translucent and airtight solar protection layer is added at the outer side of the glazing system. The gap between the solar protection layer and the glazing is unventilated. What is the impact on the stationary cooling power of the cooling element? A black opaque (EN 13363-1) and airtight solar protection layer is added at the inner side of the glazing system. The gap between the solar protection layer and the glazing is highly ventilated with air from the box. What is the impact on the stationary cooling power of the cooling element?
3/20 3/20 4/20 7/20 7/20 6/20
6/20
Naam: 14 juni 2011 Examen Verwarming en klimaatbeheersing: systemen en componenten 1. Geef een raming voor het vermogen van de verwarmingsinstallatie van dit gebouw. (5/20) 2. Hoeveel m3 water van 10 ⁰C moet jaarlijks in het gebouw worden binnengebracht opdat de maandgemiddelde relatieve vochtigheid binnen minstens 40 % zou bedragen? Hoeveel energie is vereist voor de verdamping van dit water? (5/20) 3. Hoe groot is de jaarlijkse energiebesparing als de platenwisselaar vervangen wordt door een warmtewiel (thermisch rendement 0.75, hygrisch rendement 0.40)? (5/20) 4. Beschouw de maandgemiddelde situatie tijdens bezetting tijdens de maand januari. Teken in het Mollier-diagramma de toestand van de buitenlucht, de inblaaslucht en de binnenlucht voor de situatie met warmtewiel. (5/20) 5. Bestand: Les_4_WARMTEBEHOEFTE BEREKENINGEN.xlsx (10/20) Verklaar de radiator- en temperatuurregimekeuze in de cellen A94-D98. 6. Bestand: Les_5_MVKD0501.xlsx (10/20) Het werkingspunt van de ventilator is 10000 m3/h bij 600 Pa drukverschil. Hoe verandert het energieverbruik en het geluidvermogen van de ventilator als het debiet in het systeem verdubbelt? Teken deze twee werkingspunten op de bijgevoegde ventilatorkarakteristiek.
Examen Bouwfysica II 28 juli 2011 Naam:
Beschouw een transparante plaat met een τs-waarde van 0.8 en een ρs-waarde van 0.1 (beide zijden). Langs beide zijden van de plaat heerst een constante temperatuur van 20 °C. De plaat wordt aangestraald met een bezonningsflux van 500 W/m2. Wat is de g-waarde van de plaat? Hoe hoog loopt de temperatuur van de plaat op onder stationaire klimaatomstandigheden? (geen WINDOW-simulatie vereist) Beschouw een kubus met zijde 1 m, in een grotere kubus met zijde 5 m. De grote kubus is opgesteld in een omgeving op 10 °C. De grote kubus is perfect lucht- en dampdicht en de warmteverliezen door de wanden ervan worden gekenmerkt door een warmtedoorgangscoeffcient gelijk aan 0.20 W/m2K. De binnenste kubus heeft een warmtedoorgangscoeffcient gelijk aan 0.50 W/m2K. Tussen de kleine en de grote kubus wordt per uur een luchtvolume van 75 m3 uitgewisseld. In de binnenste kubus is een klimaatregelsysteem aanwezig dat temperatuur regelt op een instelwaarde van 20 °C en de relatieve vochtigheid op een instelwaarde van 50 %. Wat is het nodige stationaire verwarmingsvermogen in de binnenste kubus? Wat wordt onder stationaire omstandigheden de relatieve vochtigheid in de tussenruimte tussen de kleine en de grote kubus?
Examen verwarming en klimaatbeheersing:componenten en systemen Woensdag 20 januari 2010
Beschouw een stationaire dimensioneringssituatie met een binnentemperatuur van 20 ºC (50 % RV) en een buitentemperatuur van 0º C (90 % RV). Het binnenklimaat in de ruimte wordt gerealiseerd met een verse luchtdebiet van 10000 m3/h. De (voelbare en latente) warmtewinsten en de zonnewinsten in de ruimte zijn gelijk aan nul. De stationaire warmteverliezen door transmissie zijn onder de gegeven klimaatrandvoorwaarden gelijk aan 1 kW. In het totale systeem is voor het pulsie- en het extractienet telkens een drukverschil van 400 Pa aanwezig. Het warmtewiel in het systeem heeft onder de gegeven randvoorwaarden een thermisch rendement van 80 % en een hygrisch rendement van 30 %. 1. Stel een ventilatortype en -grootte met lage geluidproductie en een laag hulpenergieverbruik voor, passend bij deze situatie. 2. Schets op een psychrometrisch diagramma de toestand van de extractielucht na passage door het warmtewiel, en de toestand van pulsielucht voor en na passage door de verwarmingsbatterij voor. 3. Stel een radiatortype en –grootte voor als het vermogen van de verwarmingsbatterij moet gehalveerd worden tegen de voorgestelde dimensioneringsomstandigheden.
Examen Bouwfysica II 20 augustus 2010
Beschouw een kubus met zijde 1 m, vrij van de bodem opgesteld in een buitenklimaat met buitentemperatuur 20 ⁰C en 75 % relatieve vochtigheid. De wand is samengesteld uit een sandwichpaneel: 1 mm staal, 100 mm polyurethaanschuim, 1 mm staal. De kortgolvige absorptiefactor van de buitenafwerking bedraagt 0.6. De kubus is volledig lucht- en dampdicht. De bovenzijde van de kubus wordt bezond met een stralingsstroom van 200 W/m2, de zijkanten met een stralingsstroom van 100 W/m2. De onderzijde wordt niet bezond. 1. Wat is de U-waarde van het sandwichpaneel? 2. Wat is onder deze omstandigheden de buitenoppervlaktetemperatuur van de bovenzijde van de kubus? 3. Hoe hoog loopt de binnentemperatuur in de kubus op? 4. Wat wordt de U-waarde van de bodemplaat van de kubus als de kubus op volle grond wordt geplaatst?
Leg in xls-bestand 04-mw.xls, tabblad vraag 2, de band tussen de getallen in de tabel (rij 8 tot 16) en de figuur (rij 44-56). Hoe verandert in het bestand bouwfysica2oef3.XG.BVE_nagelezen.doc, oefening 1, de Ψwaarde als de warmgeleidingcoefficient van het isolatiemateriaal daalt?
Examen Bouwfysica 2 Filip Descamps, 2 februari 2010
Beschouw een kubusvormige hoofdruimte met zijde 3 m waarvan vijf schilvlakken adiabatisch zijn, en een zesde schilvlak grenst aan een onverwarmde bufferruimte. Dit zesde schilvlak bestaat uit een dubbele klare beglazing (twee glasbladen met dikte 4 mm, spouwbreedte 15 mm, luchtgevuld), waarbij op positie 3 een lage emissiecoating is aangebracht. De warmtedoorgangscoefficient van deze beglazing bedraag 1.5 W/m2K. De bufferruimte heeft een volume van 20 m3 en is volledig beglaasd, de transmissieverliezen naar de buitenomgeving zijn gelijk aan 100 W/K. De bufferruimte is sterk geventileerd (2 ventilatievouden), de hoofdruimte is niet geventileerd. Het buitenklimaat wordt gekarakteriseerd door een buitentemperatuur van 0 °C en een relatieve vochtigheid van 58 %.
1.
Hoe groot is, voor de beglazing tussen de hoofdruimte en de bufferruimte, de langgolvige emissiefactor van de coating op positie 3?
3/20
2.
Wat is onder stationaire omstandigheden de binnentemperatuur in de hoofdruimte als het opgestelde convectieve vermogen 250 W bedraagt?
4/20
3.
Hoe hoog is de relatieve vochtigheid in de bufferruimte?
4/20
4.
Ontwerp voor de hoofdruimte een vloerconstructie op volle grond met Uwaarde 0.40 W/m2K. De bufferruimte mag hier vereenvoudigend als buitenruimte gecatalogeerd worden.
2/20
