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