Performance modelling for product development of advanced window systems

摘要

Forskningen der præsenteres i denne ph.d.-afhandling viser, hvordan produktudvikling PD af komplekse vinduessystemer CFSs kan faciliteres af edbbaserede analyser for at forbedre energieffektiviteten af vinduessystemer, samt til at forbedre indeklimaet.Det første kapitel definerer hypotesen og målet med afhandlingen, som efterfølges af en udvidet introduktion og baggrund. Det tredje kapitel foreslår, i korte træk, et produktudviklingsforløb der er egnet til CFSs. Det fjerde og femte kapitel refererer til detaljeret modellering af termiske egenskaber (kapitel 4) og optiske egenskaber (kapitel 5) af CFSs. Det sidste kapitel konkluderer afhandlingen og de enkelte undersøgelser. Det er kompliceret at udføre en holistisk vurdering af ydeevnen af prototyper, da simuleringsprogrammer evaluerer standardiserede produkter såsom alu-persienner. Stateof- the-art værktøjer og metoder, som kan adressere interaktionen mellem forskellige ydelsesparametre, er undersøgt. Det er muligt at vurdere prototyper ved målinger, men den høje omkostning og kompleksitet af målingerne er begrænsende faktorer. Undersøgelserne i denne afhandling bekræftede, at resultaterne fra målingerne af ydeevne kan fortolkes ved simuleringer, og dermed kan simuleringer bruges til at udføre analyser af ydeevne for nye CFSs. En avanceret simuleringsmodel skal ofte udvikles og valideres ved målinger, før modellen kan genbruges. Valideringen af simuleringer mod målingerne viste pålideligheden af simuleringer. De beskrevne procedurer kan anvendes på de indledende stadier af PD til at forudse konsekvenserne af innovative tiltag og sigter mod en iterativ udviklingsproces indtil de opstillede krav er opfyldte. Det blev påvist, at ved at forbedre vinduessystemet, kan det samlede energibehov for bygninger reduceres ved at optimere dagslys, varme og afkøling. Indeklimaets kvalitet kan forbedres ved en omhyggelig solafskærmningsstrategi og ved at maksimere brugen af dagslys. Den seneste udvikling i bygningssimuleringsprogrammer gjorde det muligt at udføre enårlig, dynamisk og klimabaseret energiberegning for CFSs.Casestudiet om udviklingen af en vinduesramme fremstillet af glasfiberarmeret polyester GFRP viste, at dette kompositmateriale er egnet til vinduesramix mer. Et vindue med positivt energitilskud NEG og en slank vinduesramme blev udviklet ved en kombination af en lav termisk transmission og høj materialestyrke. Endvidere blev et ventileret vindue, hvor udeluft tilføres efter at have passeret det ene glashulrum, undersøgt. Ved dette koncept kan en del af varmetabet af vinduet genvindes til forvarmning af luft som tilføres og dermed øge nettoenergigevinster af vinduet. Imidlertid er brugen af vinduet til et sådant formål begrånset af varmegenvindingseffektivitet i ventilationssystemet, som falder med forøgelsen af luftstrømmen. Varmebalancen for det ventilerede vindue adskiller sig betydeligt fra varmebalancen for et standardvindue. Den teoretiske varmebalance for det ventilerede vindue blev defineret i undersøgelsen.I denne afhandling blev egenskaber for flere solafskærmningssystemer undersøgt, herunder en analyse af den visuelle komfort. Simuleringerne af dagslys, lysbehov og blænding blev udført ved ray tracing simuleringer i softwaren Radiance. Resultaterne fra disse undersøgelser viste, at udførelsen af unikke solafskærmningssystemer kan simuleres, såsom mikro-strukturelle solafskærmninger eller lysdirigerende systemer. Det blev vist, at en avanceret analyse er nødvendig for at vurdere en CFS, en simpel evaluering som f.eks. g-værdi eller Uw-værdi, ikke vil give tilstrækkelig viden om de nye egenskaber. Bidirektionel beskrivelse af de optiske egenskaber af solafskærmningssystemet blev anvendt til undersøgelse af lysforhold og blænding samt NEG under forskellige indfaldsvinkler.Den overordnede konklusion er, at det er muligt at udvikle og optimere ethvert CFS ved hjælp af edb-baseret modellering. PD metoderne kan klart identificere målene for undersøgelsen og fastsætte en passende måde at opnåden optimale løsning.