Theseus-FE Applications
: Transfortation
Thermal Comfort Analysis for Passenger Compartments of Bus and Train
대중교통의 객실 시뮬레이션을 통해 얻을 수 있는 이점
THESEUS‑FE는 버스, 지하철 또는 기차와 같은 대중 교통 수단의 안팎에서 발생하는 Thermal Problem을 해결하는데 활용할 수 있습니다. THESEUS‑FE가 실제로 빛을 발하는 Application 사례는 다른 유리(Glazing)나 단열재(Heat Insulation)와 같은 에너지 측정 분석(Analyzing Energetic Measures)과 승객의 열 쾌적성(The Thermal Comfort)평가입니다.
THESEUS‑FE가 대중교통에 대한 귀중한 Insight를 얻는데 도움이 도리 수 있는 사용 사례는 다음과 같습니다.
극한의 기후 조건인 여름이나 겨울에 HVAC 시스템의 Power 시뮬레이션과 관련하여 일반적인 질문은 다음과 같습니다.
HVAC 시스템의 체적 유량(Volume Flow)과 입구 온도(Inlet Temperature)는 전체 객실의 쾌적한 온도를 유지하거나 미리 정해진 시간 내에 도달하기위해서는 얼마나 높아야 합니까?
모든 좌석에서 충분히 편안함(Adequate Comfort Level)을 보장하기 위해 전체 객실의 균일한 난방이 가능합니까?
객실 Thermal Bridge 의 Localization.
가장 높은 열 흐름(Heat Flow)은 어디에서/왜 발생합니까?
Local Heat Insulation의 다양한 방안 비교.
고전적인 HVAC 개념의 대안으로 새로운 복사 난방 패널(Radiant Heating Panel)의 Dimensioning.
비용 편익 분석(Cost-Benefit Analysis)의 기초를 제공하기위한 에너지 절약(Energy Savings) 계산.
일반적인 여름과 겨울 Load Case의 에너지 효율성(Energy Efficienty)에 관한 다양한 Glazing Variant 비교. 이런 시뮬레이션은 일반적으로 태양의 상대적인 움직임을 기반으로하는 Time-Dependent Solar Loads 뿐만 아니라 Glazing의 파장에 의존하는(Wavelength-Dependent) 전달(Transmission)과 흡수(Absorption)를 고려합니다.
지구상의 다양한 장소에 대한 연간 시뮬레이션의 비용-편익 분석(Cost-Benefit Analysis). 이 경우 태양의 강도(Sun Intensity ) 와 태양의 위치(Sun Position) 및 기타 환경 조건(Other Environmental Conditions) 의 수학적 모형(Mathematical Model)이 사용됩니다.
THESEUS‑FE를 사용한 시뮬레이션으로 답변할 수 있는 추가질문은 다음과 같습니다.
객실 구조의 공동(Cavities) 또는 단열제(Insulation Bodies) 내부에 국소 수분 응결(local moisture condensation) 위험이 있습니까?
엔진 폐열(Engine Waste Heat)이 객실의 Climatization에 미치는 영향.
객실의 표면에 부상 위험이 있는 뜨거운 지역이 있습니까?
Case study
[MAN Bus A37 - THESEUS‑FE를 사용한 HVAC 분석 및 벤치 마크]
MAN, Volkswagen 및 뮌헨의 응용 과학 대학과의 공동 프로젝트에서 우리는 MAN A37 시내 버스의 HVAC 성능을 예측하기위한 THESEUS‑FE 모델을 개발했습니다. 우리의 주요 초점은 MAN Truck & Bus의 F. Artmeier가 개발 한 기존 Excel 기반 도구를 사용하여 THESEUS‑FE 모델을 검증하는 것이었습니다.
Project Description
MAN Lion's City bus의 Finite Element Mesh
이 프로젝트의 목표는 버스 에어컨 시스템을 시뮬레이션하기위한 THESEUS‑FE의 성능을 증명하는 것이 었습니다. 시뮬레이션의 주요 목표는 실내 온도를 20°C로 일정하게 적용하는데 필요한 HVAC 시스템의 Net Power를 도출하는 것이 었습니다.
첫 번째 단계에서 우리는 MAN in-house tool을 사용하여 얻은 결과와 THESEUS‑FE의 Finite Element Result를 비교하여 검증했습니다. Mr. Felix Artmeier가 2012년 학위논문의 일부로 개발하고 테스트한 MAN tool은 버스 실내의 에너지 균형을 고려합니다.
두 번째 단계에서는 Passenger Thermal Comfort를 시뮬레이션 할 수 있는 확장 시뮬레이션 모델을 만들어 THESEUS‑FE를 사용할 때의 이점을 입증했습니다.
마지막으로 Mollier Diagram을 사용하여 THESEUS‑FE가 AC Power를 예측하는 것을 검증하였습니다.
Model Setup and Results
THESEUS‑FE는 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사(Radiation)와 같은 모든 종류의 열 경계 조건(Thermal Boundary Condition)을 허용합니다. 시뮬레이션의 전반적인 의도는 독일 여름의 전형적인 기후 조건을 20°C 실내 온도 (Tcabin)로 일정하게 유지하는데 필요한 HVAC 시스템의 Net Power를 도출하는 것이었습니다. 확장 THESEUS‑FE 모델을 위해 좌석을 추가하고, 승객의 신진 대사(Passenger Metabolism) 와 엔진 가열 (Engine Heating)과 같은 열원(Heat Sources)을 추가하였습니다.
이 프로젝트는 THESEUS‑FE가 버스 AC system 설계에 유용한 시뮬레이션 도구임을 분명히 보여주었습니다. 지구상의 모든 장소에 대한 환경 조건은 모델에 쉽게 통합됩니다. 결과는 충분히 만족스러웠고, 차량 실내 HVAC parameters를 예측하는데 있어서 신뢰할 수 있는 Tool로써 THESEUS‑FE의 역할을 확인했습니다.
버스의 태양열 시뮬레이션의 온도 결과