Assesment study of the capabilities of a cohesive work methodology combining BES and CFD simulations in the Uruguayan context complementing EnergyPlus with CHAMÁN
Supervisor(es): Favre, Federico - Draper, Martín - Mendina, Mariana
Resumen:
The design of energy efficient buildings has become the main focus of many studies recently given that the energy consumed by the residential sector represents an important part of the total world energy consumption. One of the most popularized tools for these practises are the Building Energy Simulation (BES) software. This study focuses on the use of EnergyPlus, one of the most utilized software in this front. These type of programs allow for a quick realization of many complex calculations, albeit the veracity of the results depends on the correct application of the different models available for the user. This study centres around the evaluation of the influence over the estimated demand of the different models available in EnergyPlus for calculating the convective heat transfer coefficient (CHTC). A brief description of the provided models is presented, followed by the results of the sensitivity study that was conducted, evaluating the different impact they have over the design parameters of a typical Uruguayan household. Focusing on the ideal loads as the main comparison factor, the difference presented among the different algorithms is significant, ranging up to a 70% difference from one model to another. In addition to this the higher difference presented between the CHTC was up to 60%. With this in mind, the hybrid CPU-GPU Computational Fluid Dynamics (CFD) code CHAM´AN was used in order to model the CHTC over the facade of the house, and a thorough analysis of the results was carried out with intent to evaluate if this methodology could further improve the design process based on BES. As it currently stands, further development of CHAM´AN is needed for the specific purpose of modelling the thermal boundary layer over a surface, but the capabilities are there proven by the results of this work. The CHTC was computed falling within the expected range value for the case study, albeit a proper modelling of the boundary layer was not reached.
El diseño de edificios energéticamente eficientes se ha convertido en el foco principal de muchos estudios debido a que la energía consumida por el sector residencial representa una fracción significativa del total consumido mundialmente. Una de las herramientas más populares para estos diseños son los programas de Simulaciones Energéticas de Edificios (BES). Este estudio se enfoca en el uso del EnergyPlus, uno de los programas más utilizados en esta área. Este tipo de software permiten realizar de manera rápida muchos cálculos complejos, pero la veracidad de los resultados depende de la correcta selección de los múltiples modelos disponibles para el usuario. Este estudio evalúa los diferentes modelos disponibles en el EnergyPlus para calcular el coeficiente de convección (CHTC) y su influencia sobre la demanda térmica. Se enfoca en las cargas ideales como el principal parámetro de comparación, siendo las diferencias presentadas entre los distintos algoritmos significativas, llegando a tener hasta un 70% de diferencia entre un algoritmo y otro. Adicionalmente, la mayor diferencia presentada entre valores de CHTC es de hasta un 60%. Con esto en mente, se utilizó el código de Mecánica de los Fluidos Computacional CHAMÁN, para modelar el CHTC sobre la envolvente de una casa. Posteriormente se realizó un análisis exhaustivo de los resultados de las diversas simulaciones, con el fin de evaluar esta metodología y ver sus capacidades de complementar el proceso de diseño basado en BES. En su estado actual, todavía falta desarrollar el código y el método para su uso en este tipo de aplicaciones, principalmente en lo que respecta al correcto modelado de la capa límite térmica. Dicho eso, en las condiciones actuales se puedo computar el CHTC cayendo dentro del rango esperado, dejando en evidencia la potencialidad de la metodología planteada.
| 2026 | |
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Building Energy Simulation Computational Fluid Dynamics CHTC EnergyPlus Uruguayan residential sector Simulación Energética de Edificios Mecánica de los Fluidos Computacional Coeficiente de convección Sector Residencial Uruguayo |
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| Inglés | |
| Universidad de la República | |
| COLIBRI | |
| https://hdl.handle.net/20.500.12008/56097 | |
| Acceso abierto | |
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