Project Description

Ved anvendelse af Monte Carlo simuleringer og følsomhedsanalyse

Abstract

During recent years the use of holistic certi cation tools for sustainable buildings has increased in the Danish building industry. At the same time, signi ficant differences between calculations and measurements of energy consumption and indoor climate have been documented. With this in mind, it has been investigated how holistic building performance simulations can be used while considering the large uncertainties characteristic for the early building design phase.

Emphasis has been made to see how stochastic modelling can be applied in connection with building performance simulations. In this context, a numerical model has been composed in order to estimate energy demand, thermal indoor environment and daylight factor with a limited amount of computing power. Scoring functions have been assembled to evaluate these three performance indicators simultaneously. These are useful for the subsequent investigation of applicability of uncertainty analysis and sensitivity analysis.

From these investigations an iterative parametric method for building performance simulations has been developed. The work ow is as follows. Initially the
building design team assign uniform distributions to the uncertain design input. Hereafter sensitivity analysis is performed, using the method of Morris, in order to rank the model input according to their relative importance. To explore the entire domain a Monte Carlo experiment is conducted, from which the best performing simulations are selected to generate recommendations for preferable input spans. When following these recommendations, the parametric method can contribute to increase the overall building performance. The method has been tested for a simple oce building and a typical residential building but seems applicable for other building types as well.

Key words: building performance simulations, conceptual building design, sensitivity analysis, holistic building design.

Resume

Gennem de senere år er der sket en stigning i brugen af holistiske certi ceringsordninger i den danske byggebranche. Samtidig er der dokumenteret væsentlige
forskelle mellem beregninger og målinger af bygningers energiforbrug og indeklima. På denne baggrund er det undersøgt, hvordan der kan foretages holistiske bygningssimuleringer med fokus på både energi og indeklima, samtidig med simuleringerne afspejler de usikkerheder, der haves under bygningens designfase.

Det er undersøgt hvordan bygningssimuleringer typisk anvendes under den tidlige designfase. Herefter er der fokuseret på, hvordan stokastisk modellering kan
anvendes i forbindelse med bygningssimuleringer. I den forbindelse er der sammensat en beregningsmodel, der kan estimere energibehov, termisk indeklima og
dagslysfaktor med beskeden brug af computerkraft. For at evaluere disse tre parametre samtidigt er der lavet et scoresystem, der samler resultaterne i en samlet
score, EDT-scoren. Ved anvendelse af denne model og evalueringsmetode er der undersøgt forskellige metoder for sensitivitetsanalyse og usikkerhedsanalyse.

Ud fra ovenstående undersøgelser er udviklet en iterativ parametrisk metode for bygningssimuleringer. Her angives usikre designinput med uniforme fordelinger
ud fra hvilke, der foretages sensitivitetsanalyse ved Morris-metoden til rangering af inputtene efter følsomhed. Et Monte Carlo eksperiment udføres efterfølgende,
hvorfra de bedste simuleringer anvendes til at lave anbefalinger i form af fordelagtige spænd for de vigtigste input. Ved at følge anbefalinger og rette fokus mod de
vigtigste input kan den parametriske metode bidrage til at øge byggeriets samlede ydeevne. Metoden er afprøvet for et simpelt kontorbyggeri, men vurderes anvendelig for andre bygningstyper og i forbindelse med både nybyggeri og renovering.

Nøgleord: bygningssimulering, konceptuel design, sensitivitetsanalyse, holistisk bygningsdesign.

Project Provider

  • Office: Artelia|Aarhus

  • Project ID: #12

  • Date: 2013-03-26

  • Address: Åboulevarden 22

  • Supervisor: Steffen E. Maagaard & Arne Førland-Larsen

  • Phone: +45 8750 8700

  • Email: sem@arteliagroup.dk

  • Students: Torben Østergård

  • Collaborators: Aarhus Universitet