Zinātniskās darbības atbalsta sistēma
Latviešu English

Publikācija: Klimatam adaptīvas fasāžu sistēmas risinājums gandrīz nulles enerģijas ēkām: biomimikrijas principu lietojums

Publikācijas veids Promocijas darbs
Pamatdarbībai piesaistītais finansējums Valsts pētījumu programmas
Aizstāvēšana: 11.04.2019 16:00, EEF, Āzenes ielā 12/1, 115. auditorijā
Publikācijas valoda Latviešu (lv)
Nosaukums oriģinālvalodā Klimatam adaptīvas fasāžu sistēmas risinājums gandrīz nulles enerģijas ēkām: biomimikrijas principu lietojums
Nosaukums angļu valodā Climate Adaptive Building Shell for Nearly Zero Energy Buildings: Application of Biomimicry Principles
Pētniecības nozare 2. Inženierzinātnes un tehnoloģijas
Pētniecības apakšnozare 2.7. Vides inženierija un enerģētika
Autori Ruta Vanaga
Atslēgas vārdi Klimatam adaptīvas fasāžu sistēmas, zema enerģijas patēriņa ēkas, gandrīz nulles enerģijas ēkas, fāžu maiņas materiāli, biomimikrija
Anotācija “Klimatam adaptīvas fasāžu sistēmas risinājums. Biomimikrijas principu lietojums” ir R. Vanagas promocijas darbs inženierzinātņu (Dr. sc. ing.) doktora zinātniskā grāda iegūšanai Rīgas Tehniskajā universitātē, 2019. Promocijas darbs izstrādāts Rīgas Tehniskās universitātes Enerģētikas un elektronikas fakultātes Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūtā laika posmā no 2012. gada līdz 2019. gadam. Promocijas darba mērķis ir radīt biomimikrijas metodē balstītu, inovatīvu klimatam adaptīvu ēku norobežojošo konstrukciju, kas aktīvi līdzdarbojas konstanta telpu mikroklimata (temperatūras) uzturēšanā, nodrošinot saules enerģijas uzkrāšanu. Darba mērķa sasniegšanai tikai izvirzīti šādi izpētes uzdevumi: 1. Risinājuma izstrādē sekot biomimikrijas metodikai. 2. Apkopot dabā sastopamās termoregulācijas stratēģijas konstantas iekšējās vides temperatūras uzturēšanai. 3. Noteikt piemērotāko dabas stratēģiju ieviešanai saules siltumu uzkrājošu konstrukciju izstrādei. 4. Izstrādāt konceptuālu priekšlikumu klimatam adaptīvu norobežojošo konstrukciju risinājumam Bi-SES (Building Integrated Solar Energy Storage). 5. COMSOL Multiphysics 5.1. vidē veikt izstrādātā Bi-SES risinājuma matemātisko modelēšanu un simulāciju. 6. Izgatavot izstrādātā konceptuālā Bi-SES priekšlikuma prototipu, veikt eksperimentu reālos klimatiskajos apstākļos. 7. Ar eksperimentā iegūtajiem datiem veikt aprēķina modeļa validāciju. 8. Apskatīt izstrādātā klimatam adaptīvā norobežojošo konstrukciju risinājuma iestrādes piemēru ēkā. Promocijas darbā ietverts ievads un piecas nodaļas. Darba ievadā ir atspoguļota darba aktualitāte un novitāte, ir definēts pētījuma mērķis un uzdevumi, kā arī sniegta informācija par pētījuma metodiku un darba praktisko lietojumu. Pirmajā nodaļā literatūras apskata uzmanības centrā ir zema un gandrīz nulles enerģijas patēriņa ēkas. Sākumā tiek pamatota nepieciešamība projektēt pēc zema un gandrīz nulles ēkas, apskatīti tehnoloģiskie un funkcionālie ierobežojumi, kas apgrūtina izvirzīto līmeņatzīmju sasniegšanu un secināts, ka ir akūta nepieciešamība pēc konceptuāli jauniem risinājumiem ēku norobežojošajām konstrukcijām. Tālāk detalizēti apskatīti divi inovatīvi virzieni jaunu norobežojošo konstrukciju izstrādē – klimatam adaptīvas fasāžu sistēmas un biomimikrijas – un aprakstīti realizētu objektu piemēri. Otrajā nodaļā ir aprakstīta klimatam adaptīvā fasādes sistēmas elementa Bi-SES priekšlikuma izstrāde atbilstoši biomimikrijas metodikai – sākot ar dabas stratēģiju izpēti, piemērotākās dabas stratēģijas izvēli ar daudzkritēriju analīzes metodi, un beidzot ar izvēlētās stratēģijas atdarināšanu inovatīvā norobežojošo konstrukciju risinājumā, kas spēj uzkrāt un atbrīvot saules enerģiju, tādējādi aktīvi piedaloties ēkas enerģijas bilancē, palielinot ēkas enerģijas fleksibilitāti. Trešajā nodaļā veikta klimatam adaptīvā fasādes sistēmas moduļa „Bi-SES” eksperimentālā izpēte. Darbā veikti divi eksperimenti. Pirmais, lai noteiktu izstrādātajai konstrukcijai piemērotāko fāžu pārejas materiālu, otrais, lai salīdzinātu Bi-SES prototipu ar references sienu. Detalizēti aprakstīta eksperimentālā stenda izgatavošana un eksperimenta veikšana, atspoguļota mērījumu veikšanas shēma. Ceturtajā nodaļā aprakstīta klimatam adaptīvā fasādes sistēmas moduļa „Bi-SES” matemātiskā modelēšana un modeļa validācija ar eksperimentā iegūtajiem datiem. Matemātiskā modelēšana veikta COMSOL Multiphysics 5.1 vidē, aprakstīta modeļa izveide un lietotie vienādojumi, izvaddati, simulācijas modeļa validācija un modelēšanas rezultātu analīze. Piektajā nodaļā aprakstīta klimatam adaptīvā fasādes sistēmas moduļa „Bi-SES” integrēšana reālā ēkā.
Anotācija angļu valodā Doctoral thesis “Climate adaptive building shell: application of biomimicry principles” author Ruta Vanaga is carried out in Riga Technical University, Institute of Energy Systems and Environment. The aim of the doctoral thesis is to develop innovative climate adaptive building thermal envelope that actively contributes providing constant microclimate (temperature) ensuring solar energy storage. To achieve the goal, the following tasks were set: 1. Follow the biomimicry methodology developing the design. 2. Summarize living being’s thermoregulation strategies maintaining constant core temperature. 3. Identify the most suitable thermoregulation strategy to mimic in climate adaptive building shell – solar energy storage wall. 4. Develop concept for climate adaptive building shell – solar energy storage wall. 5. Perform mathematical modeling and simulation for developed CABS concept using COMSOL Multiphysics 5.1. 6. To make a prototype of the developed CABS proposal and to perform an experiment in real climatic conditions. 7. To validate the calculation model with the data obtained in the experiment. 8. To describe the example how to incorporate developed CABS in building design. The thesis includes an introduction and five chapters. The introduction presents the topicality and novelty of the work, defines the aim and tasks of the research, as well as provides information on the methodology and practical use of the research. In the chapter 1, the literature review focuses on low and nearly zero energy buildings. At the begining, the need to design a low and near zero building is proved, technological and functional constraints to achieve the benchmarks set are summarised and it is concluded that there is an urgent need for conceptually new ideas for building envelope constructions. Further on, two innovative directions in the development of new building envelopes – climate-adaptive building shell systems and biomimicry – are described in detail, and examples of objects are described. The chapter 2 describes the elaboration of a proposal for a climate-adaptive building shell module Bi-SES according to biomimicry methodology – starting with the study of nature strategies, the selection of the most appropriate nature strategy with the multi-criteria analysis method and ending with the replication of the chosen strategy in an innovative concept for building envelope that can accumulate and release the solar energy, thus actively participating in the building's energy balance, increasing the energy flexibility of the building. In the chapter 3 experimental research of climate-adaptive building shell module “Bi-SES” was performed. Two experiments were carried out within the framework of the work. The first experiment determines the most suitable phase change material for the developed design, the second experiment compares the Bi-SES prototype with the reference wall. Detailed description of the experimental set up development and the experiment is described, the scheme of the measurements is shown. The chapter 4 describes the mathematical modeling and model validation of the climate-adaptive building shell module Bi-SES with the data obtained in the experiment. Mathematical modeling was performed in COMSOL Multiphysics 5.1 environment. Model creation, equations used, output data, simulation model validation and modeling results analysis is presented in chapter 4. The fifth chapter describes the integration of the climate-adaptive building shell module “Bi-SES” in a real building.
Atsauce Vanaga, Ruta. Klimatam adaptīvas fasāžu sistēmas risinājums gandrīz nulles enerģijas ēkām: biomimikrijas principu lietojums. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2019. 164 lpp.
Kopsavilkums Kopsavilkums
ID 29025