Space hea1ng/cooling Cooking Energy-intensive appliances - PowerPoint PPT Presentation

¡ Energy ¡use ¡in ¡buildings ¡ Professor ¡Arno ¡Smets ¡

Space ¡hea1ng/cooling ¡ Cooking ¡ Energy-­‑intensive ¡appliances ¡ Ligh1ng ¡ Image: ¡Prêt-­‑à-­‑Loger, ¡Solar ¡Decathlon ¡2014 ¡

5 ¡kW ¡ 1.1 ¡kW ¡ Central ¡air-­‑condi1oner ¡ Steam ¡iron ¡ 1.5 ¡kW ¡ Electric/gas ¡heater ¡ 1 ¡kW ¡ Microwave ¡oven ¡ 1.5 ¡kW ¡ Oven ¡ 0.5 ¡kW ¡ Vacuum ¡cleaner ¡ 1.2 ¡kW ¡ Dishwasher ¡ 0.3 ¡kW ¡ Blender ¡ 1.1 ¡kW ¡ Sandwich ¡Toaster ¡ Energy Ener gy-­‑in -­‑intensiv ensive ¡applianc e ¡appliances es

Heat ¡transfer Conduc1on ¡through ¡walls ¡(Q c ) ¡ 1 ¡ A ¡ Q C ¡= ¡λ ¡·√ ¡ΔT/d ¡·√ ¡A ¡ Where, ¡ λ ¡= ¡Thermal ¡conduc1vity ¡of ¡wall ¡ 1 ¡ ΔT ¡= ¡T o ¡– ¡T i ¡ ¡ d ¡= ¡wall ¡thickness ¡ T o ¡ T i ¡ A ¡= ¡wall ¡surface ¡area ¡ d ¡

Heat ¡transfer Conduc1on ¡through ¡walls ¡(Q c ) ¡ 1 ¡ A ¡ Q C ¡= ¡λ ¡·√ ¡ΔT/d ¡·√ ¡A ¡ λ/d ¡= ¡k ¡ k ¡= ¡thermal ¡conduc1vity ¡ 1 ¡ ¡ Q C ¡= ¡k ¡·√ ¡A ¡·√ ¡ΔT ¡ ¡ T o ¡ T i ¡ d ¡

Heat ¡transfer Conduc1on ¡through ¡windows ¡(Q c ) ¡ 1 ¡ A ¡ 1/k ¡= ¡d/ ¡λ ¡= ¡R ¡ R ¡= ¡Thermal ¡resistance ¡ d a ¡ ¡ R window ¡= ¡R g ¡+ ¡R a ¡ + ¡R g ¡ 1 ¡ d g ¡ d g ¡ = ¡ 1 /k g ¡+ ¡ 1 /k a ¡+ ¡ 1 /k g ¡ T o ¡ T i ¡ = ¡ d g /λ g ¡+ ¡ d a /λ a ¡+ ¡ d g /λ g ¡ d ¡

Heat ¡transfer Convec1on ¡from ¡walls ¡(Q w ) ¡ 2 ¡ Q w ¡= ¡h ¡·√ ¡A ¡·√ ¡ΔT ¡ ¡ 1 ¡ h ¡= ¡convec1on ¡heat ¡transfer ¡ coefficient ¡ A ¡ 2 ¡ ΔT ¡= ¡T w ¡– ¡T i ¡ ¡ T w ¡ A ¡= ¡wall ¡surface ¡area ¡ T o ¡ T i ¡

Heat ¡transfer Convec1on ¡from ¡walls ¡(Q w ) ¡ 2 ¡ 1 /h ¡= ¡R conv ¡ 1 ¡ R conv ¡= ¡Thermal ¡resistance ¡to ¡ convec1on ¡ A ¡ R wall,total ¡= ¡R ¡+ ¡R conv ¡ 2 ¡ ¡R wall,total ¡= ¡ 1 /k wall ¡+ ¡ 1 /h wall ¡ T w ¡ T o ¡ T i ¡ ¡ U ¡= ¡1/R wall,total ¡ ¡ ¡ ¡ [W/(m 2 ·√K)] ¡ ¡ ¡ ¡

Heat ¡transfer Ven1la1on ¡(Q v ) ¡ 3 ¡ Q v ¡= ¡C P ¡·√ ¡ṁ ¡·√ ¡ΔT ¡ 1 ¡ Where, ¡ 3 ¡ ṁ ¡= ¡mass ¡of ¡air ¡exchanged/second ¡ 2 ¡ C P ¡= ¡specific ¡heat ¡of ¡air ¡ T o ¡ T i ¡ ΔT ¡= ¡T o ¡– ¡T i ¡ ¡

Heat ¡transfer 1+2 ¡ Heat ¡transfer ¡through ¡windows ¡(Q c ) ¡ A ¡ T o ¡= ¡30 ¡ º C ¡ ¡ ¡ ¡ ¡T i ¡ ¡= ¡20 ¡ º C ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ΔT=10 ¡ ¡ ¡ d a ¡ A= ¡10 ¡m 2 ¡ ¡ ¡d g ¡= ¡3 ¡mm ¡ ¡ ¡d a ¡ ¡= ¡1 ¡cm ¡ d ¡ d g ¡ λ g ¡= ¡0.96 ¡[W/(m·√K)] ¡ ¡ ¡λ ¡a ¡ ¡(25 º ) ¡= ¡0.024 ¡[W/(m·√K)]] ¡ T o ¡ T i ¡ T i ¡ ¡

1+2 ¡ Conduc1on ¡through ¡windows ¡(Q c ) ¡ Heat ¡transfer A ¡ h e ¡= ¡23 ¡[W/ ¡(m 2 K)] ¡ ¡ ¡h i ¡ ¡= ¡8 ¡[W/ ¡(m 2 K)] ¡ ¡ R d.window ¡= ¡1/h e ¡+ ¡ dg /λ g ¡ ¡ ¡ + ¡ da /λ a ¡+ ¡ dg /λ g ¡ + ¡1/h i ¡ λ g ¡ λ a ¡ h e ¡ h i ¡ R d.window ¡ = ¡1/23 ¡+ ¡0.003/0.96 ¡ ¡ 1 ¡ λ g ¡ + ¡0.01/0.024 ¡+ ¡0.003/0.96 ¡+ ¡1/8 ¡ ¡ T o ¡ T i ¡ ¡ R d.window ¡ = ¡0.5914 ¡[m 2. K/W] ¡ d ¡

1+2 ¡ Conduc1on ¡through ¡windows ¡(Q c ) ¡ Heat ¡transfer U ¡= ¡1/R d.window ¡ ¡ ¡ A ¡ U ¡= ¡1.69 ¡[W/ ¡(m 2 K)] ¡ ¡ ¡ λ g ¡ Q d.windows ¡= ¡U ¡·√ ¡A ¡·√ ¡ΔT ¡ ¡ λ a ¡ h e ¡ h i ¡ λ g ¡ Q d.windows ¡ ¡= ¡1.69 ¡·√ ¡10 ¡·√ ¡10 ¡ T o ¡ T o ¡ T i ¡ T i ¡ T i ¡ Q d.windows ¡ ¡= ¡169 ¡W ¡ ¡ d ¡

1+2 ¡ Conduc1on ¡through ¡windows ¡(Q c ) ¡ Heat ¡transfer R s.window ¡= ¡1/h e ¡+ ¡ dg /λ g ¡ ¡+ ¡1/h i ¡ R s.window ¡ = ¡ 1/23+ ¡0.003/0.96 ¡+ ¡1/8 ¡ ¡ ¡ R s.window ¡ = ¡0.1716 ¡[m 2. K/W] ¡ h e ¡ λ g ¡ U ¡= ¡1/R s.window ¡ ¡= ¡5.827 ¡[W/ ¡(m 2 K)] ¡ ¡ ¡ h i ¡ Q s.windows ¡ ¡= ¡5.827 ¡·√ ¡10 ¡·√ ¡10 ¡ T i ¡ Q s.windows ¡ ¡= ¡582.7 ¡W ¡ ¡

Heat ¡transfer Ven1la1on ¡HeaWlow ¡for ¡typical ¡house ¡ 3 ¡ Q v ¡= ¡C P ¡·√ ¡ṁ ¡·√ ¡ΔT ¡ Q v ¡= ¡C P ¡·√ ¡ρ ¡·√ ¡V] ¡·√ ¡ΔT ¡ 3 ¡ ¡ Q v ¡= ¡1005 ¡·√ ¡1.205 ¡·√ ¡0.03 ¡·√ ¡10 ¡ ¡ Q v ¡= ¡363 ¡W ¡ ¡ T o ¡ T i ¡

Household ¡electricity ¡ Electrcity ¡use ¡per ¡ use ¡ per ¡capita ¡ ¡ electrified ¡household ¡ Country ¡ [ ¡kWh/pp/day ¡] ¡ [ ¡kWh/hh/day ¡] ¡ ¡ United ¡States ¡ 12.0 ¡ 33.7 ¡ United ¡Kingdom ¡ 4.6 ¡ 10.8 ¡ The ¡Netherlands ¡ 4.3 ¡ 9.0 ¡ Brazil ¡ 1.8 ¡ 5.6 ¡ China ¡ 1.4 ¡ 4.3 ¡ India ¡ 0.5 ¡ 2.9 ¡ Source: ¡Enerdata, ¡WEC, ¡2014. ¡

Electrical ¡appliances ¡ Electric ¡space ¡heaAng ¡ including ¡lighAng ¡ per ¡ and ¡cooling ¡ per ¡ Country ¡ capita ¡ capita ¡ ¡ [ ¡kWh/pp/day ¡] ¡ ¡ [ ¡kWh/pp/day ¡] ¡ United ¡States ¡ 7.2 ¡ 4 ¡ United ¡Kingdom ¡ 2.6 ¡ 0.9 ¡ The ¡Netherlands ¡ 2.4 ¡ 0.6 ¡ Brazil ¡ 1.3 ¡ 0.2 ¡ China ¡ 1.3 ¡ 0.1 ¡ India ¡ 0.9 ¡ 0.1 ¡ Source: ¡Enerdata, ¡WEC, ¡2014. ¡ Note: ¡3 ¡people ¡per ¡electrified ¡household ¡assumed. ¡

Transporta1on ¡ 25% 20% Buildings ¡