Heat transfer models for building simulation

Nowadays, the springing-up of energy efficient buildings has brought a significant revolution to reduce the energy consumption in either civil or industrial fields. The energy efficient building technology is expected to propose effective, economical, applicable solutions to realize not only the energy saving procedures but also provide a comfortable environment for the people. The top concern in this issue is the building envelope’s thermal performance, flourishing researches have undergone to reduce its influence in the internal thermal environment. The general methodology is to model the convective, radiative and conductive heat transfer around the envelope and make simulation with the characteristics of the envelope materials. This paper focuses on studying the roles of both internal and external convective heat transfer in influencing the building envelopes’ thermal performance. The modeled convective heat transfer components are created in OpenModelica on the basis of the correlations for convective heat transfer coefficients which are derived from relevant literatures. Afterwards, the convection components are employed to integrate with the base envelope components provided in the library in order to structure the aggregate envelope components which are essential for the complex thermal system in building simulations. Several tests on the thermal models are hence conducted by both electric equivalent expression and program simulation so as to verify the validity of the correlations for heat transfer coefficients adopted in the convective heat transfer components through the results analysis. Apart from that, further topics with the consideration of thermal control systems and automatic control strategies could be a subsequent research direction for my work.

Oggigiorno, lo sviluppo di edifici a risparmio energetico ha portato una rivoluzione significativa per ridurre il consumo energetico sia in ambito civile sia in quello industriale. Una tecnologia efficiente per la costruzione di edifici a risparmio energetico deve proporre soluzioni economiche, efficaci e applicabili per realizzare non solo le procedure di risparmio di energia, ma anche per fornire un ambiente confortevole alla gente. La preoccupazione principale di questo problema è la prestazione termica del dell'involucro edilizio, molte ricerche sono state eseguite al fine di ridurre la sua influenza nell'ambiente termico interno. La metodologia generale è stata di modellare il trasferimento di calore convettivo, radiante e conduttivo intorno all'involucro e fare simulazioni con le caratteristiche dei diversi materiali utilizzati. Questa tesi si focalizza sullo studio del ruolo che lo scambio termico convettivo interno ed esterno ricopre nell'influenzare le prestazioni termiche dell'involucro edilizio. I componenti di scambio termico convettivo sono stati modellati con il software OpenModelica sulla base delle correlazioni tra coefficienti di scambio termico convettivo, derivati ​​da letterature pertinenti. Successivamente, i componenti convenzionali sono integrati con gli elementi dell'involucro di base, forniti dalla letteratura, al fine di strutturare i componenti dell'involucro aggregati, essenziali per il complesso sistema termico nelle simulazioni di costruzione. Sono stati quindi eseguiti diversi test sui modelli termici, sia sfruttando le equivalenti espressioni di carattere elettrico sia attraverso il programma di simulazione. Infine, attraverso l'analisi dei risultati, si è verificata la validità delle correlazioni dei coefficienti adottati per i componenti di scambio termico convettivo. Oltre a ciò, ulteriori argomenti di ricerca collegati a questa tesi potranno essere la considerazione di sistemi di controllo termico e le strategie di controllo automatico per ambienti.