Combining energy, indoor air quality and moisture models for assessing the whole building performance

Heibati, Seyedmohammadreza (2022). Combining energy, indoor air quality and moisture models for assessing the whole building performance. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In most studies, energy efficiency, indoor air quality and moisture performance measures are considered separately as a criterion of the building performance. Comparing the results of the energy efficiency, indoor air quality and moisture performance measures simulated by single model tools can have positive and negative interactions with each other. To provide realistic and comprehensive solution that calculates the impact of energy efficiency, indoor air quality and moisture performance criteria on the whole building performance, it is necessary to use a combined model. Therefore, in this research, a new model has been developed that combines all three e.g. energy, indoor air quality and moisture models. The advantage of this combined model is that in addition to predicting the performances of the building in the three areas of energy, indoor air quality and moisture, it will also be able to consider the impact of positive and negative interactions of these three criteria on the output results. Therefore, in combined model the simulated results show the actual performance of the building. The accuracy of combined model is verified using the paired sample t-test method. The development of the combined model has been performed in three phases. In the first phase, the feasibility of coupling EnergyPlus with CONTAM has been analyzed. In the second phase, the feasibility of coupling CONTAM with WUFI has been evaluated, and in the third phase, the feasibility of combining EnergyPlus, CONTAM and WUFI has been concluded. To analyze the differences of the simulated results by the combined and single models methods, four scenarios are defined for a case study of the three-story house. These scenarios include: 1- airtight fanoff, 2- airtight fan-on, 3- leaky fan-off and 4- leaky fan-on. To select the optimal scenarios, the ASHRAE Standard 90.1 for energy efficiency, ASHRAE Standard 62.1 for indoor air quality, ASHRAE Standard 160 and 55 for moisture performance and thermal comfort criteria have been used. Then, the results simulated by combined and single models for four scenarios are presented in the percentage differences with an acceptable level of ASHRAE Standards 90.1, 62.1, 160 and 55. The comparison of the results for the combined model with the single models have been performed for different climates of Montreal, Vancouver, and Miami. The results of this research show that the simulated measures by the combined model are different from the single models. The reason for this difference is that in single models, airflows, temperatures, and heating/cooling flow are defined as input data by the user but in the combined model, the control variables of airflows, temperatures and heating/cooling flows are exchanged in a cyclic loop between all three sub-models of EnergyPlus, CONTAM and WUFI. Since the accuracy of the combined model has been validated based on the paired sample t-test method, this new model can be used as a benchmark tool for the whole building performance analysis.

Titre traduit

Combinaison énergie-qualité de l'air intérieur et modélisation de l'humidité pour l'ensemble des performances du bâtiment

Résumé traduit

Dans la plupart des études, l'efficacité énergétique, la qualité de l'air intérieur et les mesures de performance en matière d'humidité sont considérées séparément comme un critère de performance du bâtiment. La comparaison des résultats des mesures de l'efficacité énergétique, de la qualité de l'air intérieur et de l'humidité simulées par des outils à modèle unique peut avoir des interactions positives et négatives les unes avec les autres. Pour fournir une solution réaliste et complète qui calcule l'impact des critères d'efficacité énergétique, de qualité de l'air intérieur et d'humidité sur l'ensemble des performances du bâtiment, il est nécessaire d'utiliser un modèle couplé. Par conséquent, dans cette recherche, un nouveau modèle a été développé qui combine les trois modèles simples, par ex. des modèles d'énergie, de qualité de l'air intérieur et d'humidité. L'avantage de ce modèle couplé est qu'en plus de prédire les performances du bâtiment dans les trois domaines de l'énergie, de la qualité de l'air intérieur et de l'humidité, il pourra également considérer l'impact des interactions positives et négatives de ces trois critères sur les résultats de sortie. Par conséquent, dans le modèle couplé, les résultats simulés montrent les performances réelles du bâtiment. L'exactitude du modèle couplé est vérifiée à l'aide de la méthode du test t pour échantillons appariés. Le développement du modèle couplé a été réalisé en trois phases. Dans la première phase, la faisabilité de couplage d’EnergyPlus avec CONTAM a été analysée. Dans la deuxième phase, la faisabilité de couplage de CONTAM avec WUFI a été évaluée, et dans la troisième phase, la faisabilité d'EnergyPlus, CONTAM et WUFI a été conclue. Pour analyser les différences des résultats simulés par les méthodes du modèle couplé et unique, quatre scénarios sont définis pour une étude de cas de maison à trois étages. Ces scénarios incluent : 1- ventilateur hermétique éteint , 2- ventilateur hermétique activé, 3- ventilateur qui fuit éteint et 4- ventilateur qui fuit activé. Pour sélectionner les scénarios optimaux, la norme ASHRAE 90.1 pour l'efficacité énergétique, la norme ASHRAE 62.1 pour la qualité de l'air intérieur, les normes ASHRAE 160 et ASHRAE 55 pour les critères de performance d'humidité et de confort thermique ont été utilisées. Ensuite, les résultats obtenus par les modèles couplés et uniques pour les quatre scénarios sont présentés par les différences de pourcentage avec le niveau acceptable des normes ASHRAE 90.1, 62.1, 160 et 55. La comparaison des résultats simulés pour le modèle couplé avec les modèles uniques a été effectuée pour différents climats de Montréal, Vancouver et Miami. Les résultats de cette recherche montrent que les mesures simulées par le modèle couplé sont différentes des modèles simples. La raison de cette différence est que dans les modèles simples, les débits d'air, les températures et les débits de chauffage/refroidissement sont définis comme des données d'entrée par l'utilisateur, mais dans le modèle couplé, les variables de contrôle des débits d'air, des températures et des débits de chauffage/refroidissement sont échangées de manière cyclique en boucle entre les trois sousmodèles EnergyPlus, CONTAM et WUFI. Étant donné que la précision du modèle couplé a été validée sur la base de la méthode du test t pour échantillons appariés, il peut être utilisé comme outil de référence pour l'ensemble de l'analyse des performances du bâtiment.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 228-252).
Mots-clés libres:	modèle combiné, efficacité énergétique, qualité de l'air intérieur, performance hygrique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Maref, Wahid
Codirecteur:	Codirecteur Saber, Hamed H
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	18 nov. 2022 14:48
Dernière modification:	18 nov. 2022 14:48
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3107

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