5. Genomförande
5.2 Simuleringar i COMSOL Multiphysics
För Hjältarnas Hus bör risken för utvändig kondens vara som störst för de fönsterytor som är fritt exponerade och som ligger långt ute i konstruktionen. Det berör främst allrummet/biblioteket och fönstren som ligger på den östra sidan av byggnaden eftersom dessa fönster inte har någonting som avskärmar från atmosfären. På byggnadens västra sida bör risken för utvändig kondens vara mindre på grund av de utstickande balkongerna. För att bestämma hur stor risken är för bildning av utvändig kondens på fönsterytorna krävs information om yttemperaturen på utsidan av fönsterpartierna. Simulering av yttemperaturen på fönstrens utsida utfördes på fönstren i byggnadens allrum/bibliotek. Valet baserades på att kondensbildning bedömdes få störst effekter på den upplevda innemiljön i detta rum på grund av dess stora fönsterytor.
För att göra en bedömning av risken för bildning av utvändig kondens krävs information om yttemperaturen på fönstrens utsida. Yttemperaturen på utsidan av fönstren ingår inte i resultatfilen som IDA ICE erhåller vid simulering utan denna variabel eftersöktes och aktiverades för att loggas på den avancerade nivån.
De erhållna yttemperaturerna importerades därefter till Microsoft Excel tillsammans med övriga väderdata, såsom temperaturen på uteluften, den relativa luftfuktigheten samt vindhastigheten. De erhållna timvärdena för fönsterglasets yttemperatur jämfördes med temperaturen på uteluften. Vid de tillfällen yttemperaturen på fönsterglaset var lägre än uteluftens temperatur gjordes en undersökning ifall ytans temperatur även var lägre än den omgivande luftens daggpunkt. För att underlätta arbetet med att beräkna uteluftens daggpunkt användes ett webbaserat Mollier-‐diagram, där värden för uteluftens temperatur och den relativa luftfuktigheten tillämpades [44]. Vid de timvärden som temperaturen på fönsterytan var lägre än uteluftens daggpunkt antogs det bildning av kondens då byggnaden inte har något takutsprång eller liknande som avskärmar utstrålningen mot himmelssfären.
5.2 Simuleringar i COMSOL Multiphysics
5.2.1 Uppbyggnad av modell
I COMSOL Multiphysics byggdes en valideringsmodell upp i syfte att efterlikna Hjältarnas Hus allrum/bibliotek. Modellen skapades i 3D-‐nivån för att representera den verkliga byggnaden på bästa sätt. Byggnadsmåtten hämtades från Hjältarnas Hus planritning vilket resulterade i att
26
modellen bestod av ett rätblock (5,75 m x 11,15 m x 6 m) där kortsidorna fick representera de stora fönsterytorna i rummet. Efter den ena långsidan placerades två stycken tilluftsdon av deplacerande modell enligt VVS-‐konstruktörens dimensioneringar.
Alla simuleringar utfördes i stationärt tillstånd i och med att solens instrålning är en komplex process att studera på en tidsberoende nivå. Annars är tidsberoende simuleringar fördelaktiga vid studier av flödes-‐ och temperaturvariationer. För att simulera hur temperaturen i rummet påverkas i kombination av deplacerande ventilation och solinstrålning genom stora fönsterytor tillämpades ”Non-‐Isothermal Flow”. Som tidigare nämnts är ”Non-‐Isothermal Flow” en funktion som är specifikt lämpad för långsamtgående flöden, precis som fallet är i denna valideringsmodell med deplacerande ventilation. Funktionen innebär att flödesfältet och temperaturen är sammankopplade vilket är en fördel i och med att användaren inte behöver ansluta dessa manuellt. Däremot krävs det att den naturliga konvektionen specificeras genom att lägga till en ekvation för volymkraften som är kopplat till turbulensmodellen, k-‐ω. Volymkraften lades till för att inkludera gravitationens påverkan på tryckfallet vilken kan ha en viss påverkan i denna modell på grund av dess höga takhöjd. Teorin som tillämpats i COMSOL-‐modellen beskrivs i bilaga A.
I valideringsmodellen användes följande funktioner,
• Non-‐Isothermal Flow ♦ Turbulent Flow, k-‐ω ♦ Heat Transfer in fluids
Att turbulent flöde av typen, k-‐ω valdes berodde på att denna modell är mer tillförlitlig när det gäller beräkning och spridning av flöden som kommer ut från en fläkt eller ett don. Modellen använder sig också väggarna vilket också passar in i denna modell där den största delen av väggarna är isolerade [45].
27
Figur 8: Hjältarnas Hus allrum/bibliotek uppbyggd i COMSOL Multiphysics.
Efter att geometrin för valideringsmodellen hade byggts upp angavs vilka egenskaper de olika geometrierna besitter i form av värmegenomgångskoefficienter, h [W/m2K]. Vidare sattes toleransnivån till 10-‐3.
En sammanställning av modellens indata presenteras nedan i tabellen:
28
5.2.2 Simulering av temperaturgradient
Eftersom att det är under sommarhalvåret som det är mest kritiskt för övertemperaturer har inga konvektorer eller andra värmekällor använts i modellen. För att kunna göra en bedömning kring temperaturer och temperaturskiktningar i rummet när solen ligger på beslutades det att basera simuleringen på kraven för Miljöbyggnad gällande bedömningsfaktorn solvärmelast. Ett
värmeflöde, ”Heat flux”, sattes därför på golvytan som motsvarar värdet för Solvärmelast (W/m2, golvyta) som gäller för certifiering av Miljöbyggnad nivå GULD och SILVER. För GULD-‐nivån gäller att: SVL ≤ 32W/m2 golvyta och för SILVER-‐nivån gäller att: SVL ≤ 43 W/m2. Simuleringarna utfördes därför när dessa värmeflöden, 32 W/m2 respektive 43 W/m2 kopplats till golvytan i valideringsmodellen.
5.3 PV-‐GIS
Eftersom att taket på Hjältarnas Hus är riktat mot väster respektive öster och har en relativt liten lutning besitter taket inte de optimala egenskaperna för produktion av solel. Men för att undersöka detta på en djupare nivå tillämpades onlineverktyget PV-‐GIS [6]. I programmet angavs placeringen av beräkningarna in på: ”Umeå sjukhus” samt att simuleringen skulle baseras på solceller av typen CIS.
Programmet ställdes in på att analysera tunnfilmssolceller av typen GIS eftersom att denna typ av solceller är de som är bäst lämpade för vårt nordiska klimat. Att valet föll på tunnfilmssolceller berodde till stor del på att de smälter in bättre i byggnadens arkitektur i jämförelse med kiselsolceller. Med hjälp av programmet kunde lutningen och väderstreckets påverkan på produktionen av el i solcellerna undersökas och presenteras i tabell 5.