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  • La modellazione di ogni edificio in America inizia con Chattanooga

    Chattanooga Building Energy Models creato da ORNL. Attestazione:Joshua New, ORNL

    Gli edifici utilizzano il 40% dell'energia primaria americana e il 75% della sua elettricità, che può salire all'80% quando la maggioranza della popolazione è a casa con sistemi di riscaldamento o raffreddamento e le stagioni raggiungono i loro estremi.

    Building Technologies Office (BTO) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), uno degli otto uffici tecnologici all'interno dell'Office of Energy Efficiency and Renewable Energy del DOE, mira a ridurre il consumo di energia per piede quadrato degli edifici americani del 30 percento dal 2010 al 2030, una sfida enorme considerando che l'America ospita 124 milioni di strutture edilizie.

    Allo stesso tempo, L'Office of Electricity (OE) del DOE sostiene la ricerca per una più efficiente, sicuro, e moderna rete elettrica, compresa la ricerca sui modi per controllare la domanda di elettricità per mantenere la rete equilibrata e più resistente alle interruzioni.

    Modellazione energetica dell'edificio:simulazione al computer del consumo energetico dell'edificio con una descrizione dell'edificio, i suoi sistemi, utilizzare modelli, e condizioni meteorologiche prevalenti:è uno strumento analitico che può essere utilizzato per identificare opportunità di efficienza energetica economicamente vantaggiose negli edifici esistenti e nuovi. Oggi, la raccolta e l'organizzazione dei dati necessari per mettere insieme un modello energetico sono processi in gran parte manuali. Di conseguenza, la modellazione viene utilizzata solo in una frazione dei progetti di nuova costruzione e retrofit.

    Un team guidato dal membro senior dello staff di ricerca e sviluppo Joshua New presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del DOE sta cercando di cambiare le cose, e in particolare per consentire di creare in modo conveniente un modello energetico dell'edificio per ogni edificio in America. L'approccio ORNL si basa sull'estrazione automatizzata di parametri dell'edificio di alto livello come l'area del pavimento e l'orientamento da fonti di dati disponibili pubblicamente come immagini satellitari e calibrazione automatizzata:l'uso di più simulazioni per trovare la combinazione di parametri dell'edificio sconosciuti che corrisponde maggiormente all'energia misurata utilizzo. Per dimostrare il loro approccio, il team ha recentemente utilizzato il supercomputer Cray XK7 Titan dell'Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF) per modellare ogni edificio servito dall'Electric Power Board (EPB) di Chattanooga, tutti 178, 368 di loro e ha scoperto attraverso oltre 2 milioni di simulazioni che EPB potrebbe potenzialmente risparmiare $ 11- $ 35 milioni all'anno regolando il consumo di elettricità durante i periodi critici di punta.

    "Questo tipo di modellizzazione è davvero il livello successivo di intelligenza nelle politiche e nelle tecnologie di risparmio energetico, "Nuovo detto.

    Nel progetto EPB, finanziato sia da BTO che da OE, i modelli possono essere utilizzati per suggerire retrofit o altre soluzioni per risparmiare energia, aiutando così a ridurre la domanda di elettricità durante le ore critiche di punta ea bilanciare meglio le operazioni della rete elettrica. Le simulazioni potrebbero anche indicare dove EPB potrebbe prendere in considerazione l'aggiunta di risorse energetiche distribuite note come microgrid:generazione di energia localizzata come solare, insieme allo stoccaggio di energia, per migliorare ulteriormente la resilienza della rete.

    New e i suoi colleghi intendono rendere i modelli disponibili apertamente per aiutare a ridurre l'energia, richiesta, emissioni, e costi per le case e le imprese americane.

    Chattanooga Building Energy Models creato da ORNL. Attestazione:Joshua New, ORNL

    Supercalcolo per soluzioni energetiche

    9 di EPB, La rete in fibra ottica di 000 miglia funge da spina dorsale per la sua Smart Grid, uno dei sistemi di distribuzione elettrica più avanzati della nazione. EPB registra i dati delle utenze ogni 15 minuti per ogni edificio nel suo territorio di servizio. La partnership EPB-ORNL consente ai ricercatori ORNL di confrontare e convalidare rapidamente e accuratamente i modelli di costruzione con questi dati del mondo reale. Le simulazioni aiutano anche ORNL a migliorare EnergyPlus, Il prodotto di simulazione dell'intero edificio di punta di DOE, in collaborazione con altri laboratori nazionali e vari appaltatori.

    Il recente progetto è nato dall'entusiasmo di EPB di comprendere l'utilizzo e la domanda di energia per gli edifici nel suo territorio.

    "EPB voleva vedere quanti soldi potevano risparmiare ai propri clienti adottando misure per ridurre la domanda di energia durante le ore critiche di punta, "Nuovo detto.

    Passando al gas naturale, sigillare correttamente gli edifici, portare i livelli di isolamento a norma, e l'utilizzo di termostati intelligenti per preriscaldare o preraffreddare le case sono alcuni modi per ridurre la domanda di energia durante i periodi di massimo utilizzo. Quantificare il risparmio energetico a livello di edificio e scalarlo fino a quasi 179, 000 edifici, però, è una sfida che richiede risorse di calcolo ad alte prestazioni come quelle dell'OLCF, un DOE Office of Science User Facility situato presso l'ORNL.

    "EPB ha 178, 368 edifici, e ogni modello di edificio richiede circa 3, 000 ingressi, " New ha detto. "Se volessimo includere un programma di illuminazione di 15 minuti, avremmo 35, 040 numeri solo per dirci se le luci sono accese o spente, e questo è solo un input".

    A questi numeri, la simulazione di un edificio su un computer desktop richiede dai 2 ai 10 minuti. La simulazione di più scenari per centinaia di migliaia di edifici richiede un supercomputer.

    Il team ORNL ha guadagnato tempo sul supercomputer Titan recentemente dismesso attraverso il programma di allocazione discrezionale del direttore dell'OLCF e ha eseguito simulazioni di tutti gli edifici nel territorio di EPB. Il team ha eseguito nove diversi scenari di monetizzazione, con ogni serie di simulazioni della durata di 6,5 ore su Titano, per analizzare quali variabili dell'edificio influenzano l'uso elettrico e quindi il costo per EPB. Il team voleva sapere cosa sarebbe successo se l'infiltrazione, illuminazione, o l'isolamento è stato aggiornato per ogni edificio.

    Simulatore di modelli energetici degli edifici creato da ORNL. Attestazione:Joshua New, ORNL

    Confrontando i risultati con i dati di utilità di 15 minuti, il team ha verificato la correttezza delle misurazioni dell'energia risparmiata e spesa.

    "Non stiamo solo creando questi modelli e facendo analisi what-if alla cieca, " New ha detto. "Abbiamo un tasso di errore per ogni edificio su quanto siamo vicini a quel consumo di energia di 15 minuti".

    Meglio per gli affari

    Nel 2020 EPB prevede di installare termostati intelligenti in circa 200 edifici per convalidare le stime di simulazione del team. Una strategia che deve essere convalidata, Nuovo detto, è l'uso degli edifici come "batterie termiche".

    "Quando si pompa energia in un edificio, puoi percorrere l'ora critica invece di accendere l'aria condizionata durante le ore critiche di punta, New ha detto. "Ciò riduce significativamente la domanda e potrebbe impedire a una società di servizi di pubblica utilità di costruire una nuova sottostazione multimilionaria".

    Ridurre il consumo e la domanda di energia è un obiettivo importante per i ricercatori e per i servizi pubblici. L'installazione del termostato potrebbe essere il primo passo per un'implementazione completa del programma, Nuovo detto.

    "Alla fine del giorno, le utilities vogliono che l'energia sia un fattore di produttività economica, " New ha detto. "I nostri modelli li stanno aiutando a raggiungere questo obiettivo".


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