background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

Jacek KALINA 

Institute of Thermal Technology, Silesian University of Technology, Poland 
Konarskiego 22, 44-101 Gliwice 
tel.: +48 (0) 32 2372989;  fax: +48 (0) 32 2372872 
e-mail: kalina@itc.polsl.pl 

 
 

ENERGY FOR BUILDINGS - ESTIMATION OF DEMAND VARIATIONS AND 

MODERN SYSTEMS OF ENERGY SUPPLY 

 
 

Abstract. Paper presents problems that have to be typically solved when local, built-in energy supply 
system is being planned for a building. The material is divided into two parts. The first part gives an 
overview of an estimation of energy demand and particular load variations in time. The second part is 
dedicated to the plant sizing procedure and optimization techniques. The most important problems of 
planning the energy supply systems for buildings are being outlined and discussed.  

 
1. Energy in buildings – introduction 

 
It is being estimated that the sector of buildings consumes about 40% of the global energy 

consumption.  This  figure  vary  form  country  to  country  but  generally  buildings  can  be 
regarded as one of the most important energy user. If we take into account that the most of 
energy today comes from fossil fuels it can be found that buildings are also responsible for a 
quite impressive emission of pollutants.  

Any  action  undertaken  in  the  area  of  energy  savings  in  the  sector  of  buildings  globally 

leads  to  favourable  energy,  ecological  and  economic  effects.  One  of  the  best  way  to  save 
energy and emission is precise, detailed and reliable design of energy supply systems. On the 
other hand the design process requires many data from building for which the energy system 
is being planned. The more detailed information we have, the more perfect system we are able 
to design. 

The total energy demand at any building can be divided at least into two forms of final 

energy: heat and electricity. In most cases the more detailed classification can be made. The 
analysis  of  energy  consumption  in  the  main  types  of  buildings  is  shown  in  figure  1.  The  
figures  presented  had  been  worked  out  by  the  Office  of  Energy  Efficiency  and  Renewable 
Efficiency of U.S. Department of Energy. 

The most important forms of final energy, that are used in buildings, are heat for space 

heating and water heating, electricity for lighting and appliances. In some buildings there is 
also a demand for cooling and refrigeration. All these forms of energy can be supplied either 
by an external utility systems (electricity grid, heating network) or by built-in building energy 
system.  Nowadays  the  most  sophisticated  system  that  can  be  recommended  is  a  combined 
production of heat, cold and electricity, also called trigeneration system. 

Combined  production  of  different  forms  of  final  energy  usually  leads  to  attractive 

technical,  ecological  and  economic  results  both  in  local  and  global  scale.  The  best  results 
however  can  be  reached  only  if  the  system  is  properly  designed  for  particular  building. 
Therefore,  before  the  design  process  takes  place,  an  energy  audit  of  the  building  must  be 
performed. The key parameters that have to be find out are as follows: 

-  type of building and requirements of an internal environment, 
-  number and types of energy carriers, 
-  maximum, minimum and average heating, electric and cooling loads, 
-  load duration curves for each load, 
-  daily load profiles for each load, 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

65

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

-  simultaneity if loads, 
-  temperatures of each energy carrier, 
-  possibilities of energy savings, 
-  possibilities of energy accumulation, 
-  ambient temperature variations, and other. 
Ones  the  energy  demand  is  precisely  defined,  the  feasibility  of  the  project  must  be 

examined. The final configuration of the energy supply system usually results from economic 
effectiveness of the project. The design process of the system itself is quite complicated and 
involves many steps.  This paper gives an overview of the most important stages as well as it 
identifies  the  problems  that  have  to  be  taken  into  account,  when  built-in  energy  plant  is 
considered. 

Office buildings

25.0%

9.4%

5.3%

8.9%

28.9%

1.1%

15.6%

0.4%

5.4%

Space Heating
Space Cooling
Ventilation
Water Heating
Lighting
Cooking
Office Equipment
Refrigeration

Health care

22.9%

4.5%

2.7%

28.2%

16.0%

5.1%

5.8%

1.9%

12.9%

Space Heating
Space Cooling
Ventilation
Water Heating
Lighting
Cooking
Office Equipment
Refrigeration

 

Miscellaneous

Miscellaneous

Miscellaneous

Miscellaneous

Miscellaneous

Miscellaneous

Retail

29.9%

10.3%

3.7%

5.5%

36.9%

3.3%

4.2%

1.3%

4.9%

Space Heating
Space Cooling
Ventilation
Water Heating
Lighting
Cooking
Office Equipment
Refrigeration

 

Groupped accomodation

16.3%

6.4%

1.4%

41.1%

19.6%

4.4%

3.2%

1.8%

5.9%

Space Heating
Space Cooling
Ventilation
Water Heating
Lighting
Cooking
Office Equipment
Refrigeration

 

Schools

45.4%

6.5%

2.0%

19.2%

19.4%

2.3%

1.9%

1.3%

2.0%

Space Heating
Space Cooling
Ventilation
Water Heating
Lighting
Cooking
Office Equipment
Refrigeration

 

Universities

31.8%

5.2%

2.0%

24.1%

21.8%

0.6%

2.1%

1.3%

11.1%

Space Heating
Space Cooling
Ventilation
Water Heating
Lighting
Cooking
Office Equipment
Refrigeration

 

 

Fig. 1. Energy consumption in American buildings (http://www.eren.doe.gov/buildings)

 

 
2. Analysis of energy demand variations – general aspects 

 
If the energy is provided by external suppliers, the most important element in the system 

is  a  meter,  as  it  indicates  the  total  amount  of  energy  for  billing.  In  some  cases  the  energy 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

66

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

consumption monitoring system might be also used in order to avoid peaks in variable energy 
tariffs.  

In  modern  building  energy  supply  systems  most  of  the  forms  of  final  energy  can  be 

produced at a local built-in energy plant. If such technical solution is planned, more detailed 
analysis of energy demand is required. The typical method for evaluating the energy demand 
of the building is based on a steady-state energy balance under the most unfavorable climatic 
conditions.  This  method  is  widely  used  in  a  design  process  of  boiler  plants.  In  the  case  of 
combined energy production plant it is a wrong way as it leads to oversized capacities, shorter 
time of annual operation, lower efficiency and higher costs. 

In the design process of a building energy supply system it has to be taken into account 

that: 

demands for heat, electricity and cooling occur simultaneously, 

• 
•  each energy load is variable in time, 

•  ambient conditions are variable in time, 

•  electricity, heat and fuel prices may also vary in time due to tariffs. 

Variations  of  the  energy  demands  make  an  energy  characteristics  of  a  building.  On  the 

other hand the variations of energy loads result form the following factors: 

-  building functional type, 
-  building size and construction, 
-  type of activities run in the building, 
-  external conditions, 
-  internal conditions, 
-  building activity hours, 
-  number, type and technical condition of internal installations, 
-  number, type and technical condition of internal appliances, 
-  number of people in the building, 
-  behavioural factors (habits, preferences, tastes). 
 
There are two groups of analyses of energy demand that can be performed in the sector of 

buildings. The first group contains studies of new buildings at design stage. The second group  
relates to existing buildings. In the first group only a theoretical analysis is possible whereas 
the second one may also include measurements.  

It  is  generally  a  very  complex  and  time  consuming  task  to  define  precisely  the  energy 

characteristics of a building. Once it is done the elaborated load shapes allow us to precisely 
design, size and operate the energy plant as well as to minimize the annual costs of energy 
supply. 

The  most  favourable  situation  occur  at  existing  buildings  with  energy  consumption 

monitoring systems. The measurements of particular energy loads is the most precise way of 
analysing  the  energy  characteristics  of  a  building.  It  has  to  be  mentioned  however,  that  the 
measurements do not show a real energy demand. The main causes of an inaccuracies are as 
follows: 

-  measurement give a picture of an actual situation, that could be not correct or optimal, 
-  measurement does not indicate a non typical behaviour of energy user, 
-  measurements  require  a long  term  acquisition and  archiving  of  data, in  other  case it 

can lead to wrong conclusions, 

-  long  term  monitoring  returns  a  set  of  discrete  values  of  energy  consumption  with  a 

predefined time step, 

-  there are errors of measurements. 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

67

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

In  many  cases  it  is  not  possible  to  precisely  define  an  energy  characteristics  of  a 

building.  Typically  non  existing  buildings  at  the  design  stage  are  the  most  difficult  for 
analysis. Similar situation can be found at the old existing buildings where: 

-  there is no monitoring of energy consumption, 
-  internal and external temperatures are not being measured, 
-  there are old fashioned coal fired boiler plants with no measurements, 
-  there is no information about technical parameters of equipment, 
-  there is no any data related to the amount of fuel consumed and its quality, 
-  heating and electric devices are operated manually, 
-  there is no information  about type and time of activities performed in the building. 

At these objects a simplified approach are usually applied in order to define the energy load 
variations. In the most advanced analyses the combination of the following techniques can by 
used: 

-  analytical solution,  
-  building simulation, 
-  detailed energy audit, 
-  simplified measurements and short term monitoring,  
-  predefined models of load variations for specific type of building 

 
3. Analysis of energy demand variations – modelling 
 

There are two different categories of energy load variations data. These are: 

load duration curves, 

daily load profiles. 

The  analysis of the building energy consumption should lead to either first or second type 

of  information.  The  usefulness  of  the  information  depends  on  the  type  of  energy  supply 
system  that is  being  designed.  If the  separate  supply  systems  has  been  selected  for an  each 
form of energy, the load duration curves can be used. The example of heat and electricity load 
duration curves is shown in figure 2. The specific way of presenting the energy consumption 
information is that the real loads are sorted from the maximum to the minimum one with no 
matter when the specific load occurred. 

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Time

Heat

 load, kW

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

Electric load, kW

Electricity

Heat

 

Fig. 2. Heat and electricity load duration curves of sample building 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

68

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

The information provided by the load duration curve is as follows: 
-  maximum load, 
-  minimum load, 
-  average load, 
-  total amount of energy used, 
-  total annual time of energy demand, 
-  time t at which the energy demand 

E

&

 is higher than 

)

(t

E

&

 

The load duration curves are typically used for: 
-  equipment sizing in separate energy supply systems, 
-  equipment  sizing  of  cogeneration  plants  in  the  case  when  by  products  can  be  fully 

disposed and there are no daily variations of energy prices, 

-  estimation of annual time of equipment operation, 
-  estimation of annual efficiency of equipment, 
-  definition of search range and trial solutions in optimization procedure. 
The information that can not be read from the load duration curve is: 
-  real time of peak and valley demands, 
-  simultaneity of different types of loads. 

Therefore, if built-in combined energy plant is planned the daily load profiles must be used. In 
these curves the energy consumption data is presented as it occurs in time. The examples of 
daily load duration curves is shown in figure 3. 

 

Fig. 3. Example of daily load profiles at sample building  

(measured at sport center with swimming pool) 

 

The daily load profiles are typically used for: 
-  equipment sizing and optimization of cogeneration plants, 
-  simulations of machinery operation, 
-  estimation of part load operation time, 
-  variable load management, 
-  cost calculations. 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

69

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

3.1. Building performance simulation 

 
Most of buildings are not equipped with energy consumption  monitoring systemsIn this 

case the variations of loads can be analysed theoretically. In order to theoretically estimate the 
energy demand variations at any building generally the dynamic model has to be applied. The 
dynamic  models  can  be  divided  into  deterministic  models  and  statistical  models. 
Deterministic models require detailed information about the physical system i.e. shape of the 
building, construction, materials, configuration of rooms, installations, weather conditions and 
many other parameters. On the other hand statistical models require an experimental data so 
this type of analysis is limited mainly to the existing buildings. 

In the case of electric loads the theoretical modeling is a very complicated task. The total 

electric load of building can be divided into several components: 

-  lighting, 
-  lifts, automatic doors, alarms and monitoring systems, 
-  computers, copiers, projectors, TV sets, radios and other electric appliances, 
-  refrigerators, cookers, washers, driers, laundry and other utility equipment, 
-  water supply and sewage disposal equipment, 
-  ventilation and air conditioning equipment, 
-  heating and cooling systems. 

Generally all the presented components can be divided into two main groups: 

-  human activity related, 
-  heating or cooling load related. 
The first group of electric loads is very difficult to model theoretically, mainly because of 

random components. The loads related to heating or cooling can  be usually calculated from 
energy characteristics of heating, cooling and air conditioning devices. On the other hand the 
models of consumption of heat and cold have to be worked out first.  

The total electric load of a building is always a sum of all partial electric loads that can be 

classified into both of presented groups. Therefore the two following approaches are applied 
usually: 

-  measurement and monitoring techniques are used at existing buildings, 
-  basing on a statistical data the typical models of load shapes are being worked out for 

different types of buildings. 

In the case of heat load profiles the modeling procedures lead to a more precise estimation 

of the load variations. This is because the theoretical models of heat transfer process are able 
to describe the real thermal conditions in a building with a better accuracy. It is also important 
that there is relatively (comparing to electric loads) high thermal inertia of a building so the 
thermal loads are not likely to change rapidly. 

If a new building is just being designed the following types of deterministic models are 

usually used: 
-  simplified  steady  state  models  –  low  accuracy,  good  for  rough  estimation  of  energy 

demand at the extreme weather conditions, 

-  complex  dynamic  models  –  good  accuracy,  require  time  consuming  modeling  of  a 

building and significant time for calculations, 

-  complex  dynamic  models  integrated  with  CFD  (Computational  Fluid  Dynamics)

 

algorithms – give the best results, require the biggest processing capacity of computers and 
the  most  detailed  set  of  data  including  indoor  climate  conditions,  temperature  field,  air 
velocities, concentration of pollutants and other parameters. 

In  the  case  of  existing  buildings  both  measurements  and  statistical  analysis  (typically  a 

“black box” analysis) as well  as theoretical modeling can be applied. 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

70

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

In  all  cases  the  modeling  procedure  must  lead  to  results  that  let  us  properly  size  the 

building heating and cooling systems.  Generally there can be couple of different heating or 
cooling systems installed at the building. All this systems usually produce hot or cold water 
that is subsequently led to building internal installations. Thus the particular output (system 
load) can be calculated according to the formula: 
 

)

(

in

out

w

w

S

T

T

c

G

Q

= &

&

 

(1) 

where: 

- system water flow, 

- thermal capacity of water, T

- water output and 

input temperature. 

w

G

&

w

c

in

out

T

,

In order to size the heating and cooling system the model must predict all heat gains and 

losses at the building. This is a common approach that in the modeling procedure a building is 
divided into separate zones. Each zone is a finite volume element that can be in contact with 
other zones, boundary surfaces or ambient environment. Within the each zone the following 
phenomena can occur: 

-  convective heat transfer to/from boundary surfaces, 
-  radiative heat transfer between surfaces, 
-  radiative heat transfer to/from ambient environment  
-  heat and mass transfer to neighbouring zones, 
-  heat and mass transfer to/from ambient environment, 
-  heat and mass accumulation inside the zone. 
There are number of differences between particular zones. The main ones are as follows:  
-  volume of internal air, 
-  number and types of other zones being in contact, 
-  internal temperature, 
-  function in the building, 
-  number of occupants, 
-  number and types of internal installations, 
-  number and types of equipment and appliances installed within a zone, 
-  number, size and thermal properties of internal mass inside a zone (different thermal 

inertia), 

For each zone a general energy balance can be written as follows: 

 

w

d

E

d

dE

E

&

&

+

=

τ

 

(2) 

Under  transient  conditions  during  exploitation  of  the  building  the  energy  demand 

variations depend on such parameters like: 

energy  accumulation  capacity  of  building  (walls  and  internal  air)  and  its  internal 

equipment, 

thermal inertia of building 

thermal inertia of internal installations, 

thermal inertia of heat and cold sources, 

control system (manual, automatic, mixed), 

electric loads, 

other. 

 
Assuming  that  there  is  a  constant  amount  of  air  inside  the  zone  (input  and  output  mass 

flows are equal) and the air can be considered as an ideal gas the eq. (2) of the zone air energy 
balance can be written as follows: 

 

=

=

=

=

+

+

+

+

=

n

k

j

i

N

n

Sn

z

a

p

a

N

k

z

zk

p

k

N

j

z

j

j

j

N

i

i

z

v

Q

T

T

c

m

T

T

c

m

T

T

A

Q

d

dT

mc

1

1

1

1

)

(

)

(

)

(

&

&

&

&

α

τ

 

(3) 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

71

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

where: 

τ

d

dT

mc

z

v

 - energy of an air inside the zone 

=

i

N

i

i

Q

1

&

- convective internal loads; N

i

 – number of loads 

=

j

N

j

z

j

j

j

T

T

A

1

)

(

α

- convective heat transfer from surrounding surfaces, N

j

 – number of 

surfaces, T

j

 – temperature of surface j, T

z

 – zone air temperature 

=

k

N

k

z

zk

p

k

T

T

c

m

1

)

(

&

- interzone air flows, N

k

 number of zones being in contact with analysed 

zone, 

)

(

z

a

p

a

T

T

c

m

&

- infiltration of ambient air, T

a

 – temperature of ambient air, 

=

n

N

n

Sn

Q

1

&

- heating or cooling system load, N

n

 – number loads  

Additionally the surface energy balance must be taken into account as the internal air is 

also heated or cooled by contact with surrounding surfaces. The energy balance equation of 
surface j can be written as follows: 

 

 

(4) 

=

+

=

+

j

N

l

l

j

l

j

z

j

j

ir

it

T

T

T

T

q

q

1

4

4

)

(

)

(

σ

ε

α

&

&

where: 

it

q&  

- heat transferred from (to) the surface to (from) a wall or other mass, 

ir

q&  

- sum of radiative heat fluxes from internal and external (solar) sources, 

l

j

ε

  - emissivity form wall j towards wall l (

l

j

≠ ), 

c

σ

 

- Stefan-Boltzmann coefficient, 

T

l

  

- temperature of wall 

l, 

 
 

Walls surrounding a volumetric zone as well as solid or liquid bodies inside the zone are 

so called thermal masses. These masses are responsible for the thermal inertia of the building 
being simulated. It can be introduced into the mathematical model of the building with using 
the equation: 

 

 

τ

ρ

d

dT

c

V

q

m

N

m

m

it

m

=

=1

_

&

 

(5) 

where: N

m

 – number of heat transfer surfaces of the thermal mass 

 

Equations (3), (4) and (5) are given in general form in order to present a complexity of the 

modeling process. Solving the whole set of mathematical model equations requires advanced 
numerical techniques to be used as well as proper computation capacity. There are also many 
assumptions and simplifications to be made in order to complete the task. The most complex 
and complicated procedures relate to: 

-  estimation of radiative heat transfer, 
-  estimation of convective heat transfer coefficients 

α

j

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

72

The  modeling  of  a  heat  load  variations  is  typically  a  sequential  process  where  an 

information from previous time step is used to calculate the system output and to update the 
internal zone temperature at the current time. Time steps of one hour are typically used. On 
the other hand the dynamic processes in the zone can occur on a much shorter time scale than 

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

one hour. Some modern programs are able to run calculation with less then an hour time step 
as well as with flexible, adaptive time step [9].  

The complex real system does not allow for an easy and immediate physical justification 

of  a  simulation  parameters.  In  the  case  of  existing  building  the  stochastic  modeling  or  so 
called the “black box” model must be sometimes applied alternatively. A general approach to 
a “black box” modeling philosophy is presented in fig. 4. 

 

 

Fig. 4. Stochastic modeling of a building performance [1] 

 
The  model  is  supposed  to  produce  an  output  values  of  defined  variables  if  a  particular 

values  of  an  input  variables  and  disturbances  are  known.  The  disturbances  include  many 
input-independent  signals.  In  order  to  use  this  procedure  the  mathematical  model  of  the 
building must be identified first. The modeling is usually based on a set of polynomials. The 
identification procedure means the selection of the final form of polynomials that have been 
initially  proposed  in  a  general  form.  Modeling  a  building  performance  with  using  this 
procedure  requires  a  large  set  of  historical  data  that  can  be  used  to  “teach”  the  model. 
Therefore this approach is mainly limited to existing buildings. If however the construction 
parameters  are  used  as  the  input  data,  the  model  can  be  worked  out  for  a  group  of  similar 
buildings. A good example of using a “black box” philosophy is given in [1]. 

The  simulation  of  building  dynamic  performance  requires  the  detailed weather  data  [3]. 

The full set of weather data typically used in advanced building simulation software includes 
hour  to  hour  (or  even  more  detailed)  information  about:  dry  bulb  temperature,  dew  point 
temperature,  relative  humidity,  atmospheric  station  pressure,  extraterrestrial  horizontal 
radiation,  extraterrestrial  direct  normal  radiation,  horizontal  infrared  radiation  from  sky, 
global  horizontal  radiation,  direct  normal  radiation,  diffuse  horizontal  radiation,  global 
horizontal  illuminance,  direct  normal  illuminance,  diffuse  horizontal  illuminance,  zenith 
luminance, wind direction, wind speed, total sky cover, opaque  sky cover, visibility, ceiling 
height, present weather observation, precipitable water, aerosol optical depth, snow depth,  
days since last snowfall. Obtaining such detailed set of data is itself a very complicated and 
time consuming task. 

There  are  many  ready  to  use  tools  for  simulations  buildings  and  analysis  of  energy 

demand  variations.  Some  of  the  interesting  computer  packages  can  be  found  at: 

http://www.eren.doe.gov/buildings/tools_directory/.

 

 
3.2. Predefined models of energy load variations 

The detailed mathematical modelling of a building requires a lot of efforts, time and proper 

computing capacity. On the other hand it was found in many studies that the objects of similar 
functional  types  have  also  similar  energy  load  variation  characteristics  [2][5].  Therefore  in 
many  cases,  if  the  results  are  expected  in  a  relatively  short  time  it  is  recommended  to  use 
typical simplified predefined models instead of detailed energy consumption modelling of a 
building.  

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

73

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

The  predefined  load  shape  curves  are  typically  being  worked  out  for  groups  of  similar 

objects. The curves usually cover representative days of an analysed period. The accuracy of 
the  estimation  of  energy  consumption  variations  is  higher  if  more  typical  periods  are  taken 
into account. Typically the models of daily profiles of energy consumption are elaborated for 
different  type  of  days  (weekdays,  weekends,  holidays  etc.)  and  different  seasons  of  a  year 
(summer, winter, midseason). The example of the heat load profile model is shown in fig. 5. 

Models  are  typically  given  in  a  dimensionless  form.  The  dimensionless  consumption  of 

energy at time interval 

∆τ is calculated for each selected type of day with using the following 

formula: 

 

=

h

d

E

d

E

E

24

0

2

1

2

1

τ

τ

τ

τ

τ
τ

&

&

 

(6) 

In the similar way monthly and weekly energy consumption profile can be estimated.  

 
Using the model presented in figure 5 requires only single parameter to be known. This 

parameter is an annual heat consumption of the building. The value can be easily estimated 
with  using  annual  heat load  duration  curve  and  than  it  is  decomposed  into  smaller  portions 
assigned to particular intervals of total annual time. 
 

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Month

Share of total annual heat consumption, %

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1

2

3

4

5

6

7

Day of week

Share of total weekly heat consumption, 

%

 

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

01:

00

02:

00

03:

00

04:

00

05:

00

06:

00

07:

00

08:

00

09:

00

10:

00

11:

00

12:

00

13:

00

14:

00

15:

00

16:

00

17:

00

18:

00

19:

00

20:

00

21:

00

22:

00

23:

00

00:

00

Hour of day

S

ha

re

 o

f to

ta

l d

ai

ly

 co

ns

um

pt

io

n, %

 

Fig. 5. Non-dimensional model of heating load variation elaborated for a group of specific 

objects – schools with gym [5] 

 
4. Systems of energy supply 
 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

74

The most simple building energy supply system consists of energy delivery from external 

utilities i.e. electric mains and heating networks. Nowadays there are many alternatives to this 
solution. There are different technologies available in the market that make possible an on-site 

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

generation  of  all  required  energy  carriers  at  relatively  low  cost.  The  most  popular 
technologies are as follows: 
a) 

boilers, 

b) 

heat pumps, 

c) 

combined heat and power (CHP) modules based on: 

-  gas engines, 
-  microturbines, 
-  fuel cells, 
-  Stirling engines, 

d) 

fotovoltaic cells, 

e) 

solar collectors, 

f) 

compression and absorption chillers, 

g) 

hot or cold water accumulators. 

 

Sophisticated  systems  of  building  energy  supply  typically  make  use  of  an  integrated 

solutions of more than one available technology. Additionally the built-in energy generation 
system can co-operate with external utilities. The best technical and economic results can be 
obtained  if  the  system  is  configured  and  sized  optimally  under  defined  energy  demand 
variations  and  other  technical  and  economic  constraints.  The  examples  of  modern  energy 
plants for building applications are shown in fig. 6 and 7. 

 

 

Fig. 6. Building energy plant (CHP – cogeneration module with gas engine, VC – ventilator 

cooler, B – gas boiler, HA – heat accumulator, ABS – absorption chiller, CT – cooling tower, 

EL – electric load, HL – heating load,  CL – cooling load) 

 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

75

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

 

 

Fig. 7. Building energy plant with mictroturbine, absorption chiller and conditioning plant 

(MTG – microturbine, WCHP – air coolin heat exchanger, WKO – heat recovery boiler, R – 

recuperator, K – chimney, W1, W2, W3 – heat exchangers, Z – water trap, PS – stream of 

fresh air, PW – stream of recirculation air, PN – air to the building, A – absorber, P – pump, 

ZD1, ZD2 – throttle valves, PR – evaporator, WR – generator, SK – condenser, CT – cooling 

tower) 

 

5. Modelling and optimization of energy plants 

 

The  modern  building  energy  supply  system  design  process  requires  the  following 

guidelines to be taken into account: 

final technical solution should result from maximization of an economic effect, 

plant configuration and energy production capacity should be optimized, 

energy  production  machinery and  devices  usually  can  operate  only  within  allowable 

range of loads (thermal or electric), 

different units have different energy efficiency characteristics, 

it is difficult to produce exactly as much energy as is required by the building; there 

will be usually either surpluses or shortages, 

first and second law of thermodynamics are always valid. 

 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

76

The  building  energy  supply  system  design  procedure  is  usually  decomposed  into  two 

separate tasks including demand  side analysis and supply side analysis. These two subtasks 
are  being  integrated  by  the  system  load  variation  curves.  It  must  be  however  taken  into 
account that the operation of energy supply system may have an impact on an energy demand 
of a building. Therefore, if it is possible the whole task is being solved in iterative loop. The 
schematic diagram is shown in fig. 8. 

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

 

Fig. 8. Integration of modelling procedures 

 

The methodology for modelling and optimization of a building energy plant is shown on 

the  example  of  a  built-in  small  scale  cogeneration  plant.  General  energy  demand 
characteristics of building is shown in the form of load duration curves in fig. 2. The analysis 
is performed hour by hour with using daily heat and electricty load profiles. 

The objective function for the plant optimisation procedure is the Net Present Value of the 

project for specific time of economic life (typically N = 15 years) [7]:   

 

=

+

=

N

t

t

t

J

r

1

0

max

)

1

(

CF

NPV

 

(7) 

where: 

CF

t

 – annual cash flow in year 

tr – discounted cash flow rate, J

0

 – initial investment 

capital.   

The objective function is typically constrained by technical parameters of the plant and the 

economic  environment.  Therefore  the  complete  analysis  consists  of  two  integral  parts: 
technical analysis and economic analysis. Scheme of the optimization algorithm is shown in 
fig. 9. 

 

Fig. 9. Block diagram of plant sizing optimisation procedure 

 

 The plant being analysed is similar to that presented in fig. 6 with the only difference that 

there  is  no  absorption  chiller  installed.  The  momentary  energy  balance  for  the  entire  CHP 
plant can be written as follows:  

 

 

(8) 

str

D

S

D

G

d

Q

Q

N

N

N

W

P

&

&

&

+

+

=

+

)

1

(

δ

δ

where: 

–  stream  chemical  energy  of  fuel, 

N

d

W

P

&

G

  –  electricity  from  the  grid, 

δ

  –  binary 

variable, 

N

D

 – building electricity demand (from load shape curve),  N

S

 – surplus electricity, 

- building head demand (from load shape curve), 

- heat loss. 

D

Q

&

str

Q

&

Particular elements of the equation (8) can be decomposed as follows: 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

77

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

 

 

(9) 

=

=

+

+

=

P

CHP

n

k

Pj

S

G

n

i

CHPi

D

N

N

N

N

N

1

1

)

1

(

δ

δ

 

 

(10) 

Q

Q

Q

Q

Q

Q

A

str

n

j

Kj

n

i

CHPi

D

K

CHP

&

&

&

&

&

&

+

+

+

=

=

=

1

1

 

=

=

=

=

+

=

+

=

CHP

K

CHP

K

n

i

n

j

Ekj

Kj

CHPi

E

CHPi

n

i

n

j

Kj

d

CHPi

d

d

Q

N

W

P

W

P

W

P

1

1

_

1

1

)

(

)

(

η

η

&

&

&

&

 

(11) 

where: 

N

CHPi

 – electric power of CHP module iN

Pj

 – electricity consumption by plant device 

j

-  heat  output  of  CHP  module 

i

-  heat  output  of  boiler 

j

-  heat  from 

accumulator  (

>0  –  accumulator  unloading, 

<0  –  accumulator  loading), 

-  heat 

shortage, 

η

CHPi

Q

&

Kj

Q

&

A

Q

&

A

Q

&

A

Q

&

Q

&

E

 – energy efficiency 

Ratio of electricity and heat for CHP plant is expressed by the cogeneration index 

σ:   

 

CHPi

CHPi

i

Q

N

&

=

σ

 

(12) 

The minimum value of the cogeneration index 

σ is limited by the maximal possible heat 

output of the particular gas engine.  

Particular parameters of the machinery characteristics (

η

E_CHP

σ

)

 typically depends on the 

nominal electric power and momentary load. Figure 10 presents the energy characteristics of 
cogeneration modules with gas engines worked out for the purpose of preliminary machinery 
sizing procedure. 
a) 

 

 

 

 

 

 

b) 

η = 23,485 N

0,0691

R

2

 = 0,7203

20

25

30

35

40

45

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

moc elektryczna, kW

s

p

ra

wnoś

ć

  η

%

  

σ = 0.3605 N

0.1137

R

2

 = 0.5821

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

moc elektryczna, kW

wskaźnik skojarzenia 

σ

 

Fig. 10. Efficiency (a) and cogeneration index (b) of gas engine based CHP modules in the 

electric power range of 50 – 6000 kW (note: exhaust gases cooled down to 120 

O

C) 

In order to estimate heat output and fuel energy consumption at partial loads the following 

dimensionless characteristics of the CHP module have been used: 
 

( )

( )

( )

6537

.

0

587

.

0

2431

.

0

0025

.

0

)

(

2

3

_

_

+

+

=

el

el

el

nom

CHP

E

CHP

E

ξ

ξ

ξ

η

η

 

(13) 

 

( )

( )

( )

3968

.

0

7756

.

1

9848

.

1

8147

.

0

2

3

+

+

=

el

el

el

nom

ξ

ξ

ξ

σ

σ

 

(14) 

where:  

- dimensionless load, 

el

ξ

 = 0.2 – 1. 

nom

el

el

el

N

N

_

=

ξ

 
Efficiency  of  gas  boilers  is  mainly  a  function  of  heat  transfer  area.  Therefore  for  each 

nominal heat output of the boiler the same value of efficiency can be reached. It was assumed 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

78

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

that this values is fixed at the level 

η

Ek

 = 0.92 and it does not vary with the nominal heating 

power  of  the  boiler.  In  order  to  estimate  the  behaviour  of  the  boiler  at  partial  loads  the 
following dimensionless characteristics has been used:  

 

( )

9556

.

0

1165

.

0

1096

.

0

1693

.

0

1318

.

0

2

3

4

+

+

=

x

x

x

x

nom

Ek

Ek

η

η

 

(15) 

where: 

nom

Q

Q

x

&

&

=

- dimensionless load. 

It was found from the heat load duration curve that the maximum heat demand occurs only 

during a very short period of time over the year. Therefore it is needless to size the heating 
system for maximum load as it will mostly operate at partial load (with lower efficiency). It is 
usually  possible  that  the  building  designer  allows  shortages  of  heat  in  some  periods.  This 
allowances must be known at the stage of planning the heating system. The temporary heat 
shortages 

can be included in energy balance of the plant: 

Q&

 

 

(16) 

D

Q

Q

&

&

α

=

The 

α index must be controlled over all period of the simulation of plant operation. If the 

value of the index or the time of its appearance exceed the set up limits the system must be 
configured again. 

Each  machine  or  device  can  operate  only  within  the  defined  range  of  allowable  load.  It 

means that the following inequality constraints have to be taken into account: 
 

(

)

(

)

nom

CHPi

CHPi

CHPi

N

N

N

min

   

17) 

 

( )

( )

nom

Kj

Kj

Kj

Q

Q

Q

&

&

&

min

 

 

(18) 

If the local cogeneration system has to meet simultaneous demands for heat and electricity 

there can be defined the total number of 9 cases of relations between the heat and electricity 
demands  and  the  production  capacities  of  the  plant.  It  was  found  that  the  priority  of  the 
system  operation  strongly  influences  the  final  economic  effect  of  the  project  [7].  There  are 
several possible modes of CHP module operation. In this paper the following modes are taken 
into account: 
1)  electricity tracking (ET) – in this mode the priority is electricity production. The power of 

the cogeneration module is following the demand of the consumer. There is no transfer of 
surplus  electricity  to  the  external  utility  grid.  Heat  demand  is  balanced  by  the  boiler  or 
heat storage tank. If there is a surplus heat it is dissipated into the atmosphere.  

2)  heat tracking (HT) – in this mode the priority is heat production. The heat output of the 

cogeneration  module  is  following  the  demand  of  the  consumer.  CHP  module  usually 
operates in parallel with boilers. Electricity demand is balanced by the grid.  

3)  full  load  operation  (FL)–  cogeneration  module  is  run  at  full  load  no  matter  what  the 

demand of the consumer is. The momentary energy balance of the plant converges by the 
cooperation with grid, boilers, storage tanks, ventilator coolers and other devices. 

Almost  each  cogeneration  module  equipped  with  standard  automatic  control  system  can 

run in the above defined modes. 

Optimization of the plant was done by searching for the best solution within the predefined 

range  of  trial  variants.  Energy  balance  calculations  were  performed  as  an  “hour  by  hour” 
simulation  of  the  plant  operation.  The  analysis  was  carried  out  with  using  an  Excel 
spreadsheet  and  Visual  Basic  macros.    Columns  of  the  spreadsheet  (matrix)  represent 
particular positions of equations (2) – (5), whereas the rows represent time. Once the annual 
energy balance of the plant is done the economic analysis starts. 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

79

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

The economic analysis basis on the cash flow CF calculation for the whole lifetime of the 

project: 

 

 

(19) 

(

)

=

=

+

+

+

+

=

=

N

t

t

d

R

op

E

n

N

t

t

L

P

S

K

K

S

J

CF

0

0

0

)

(

CF

where: 

S

n

 – cash incomes (=0), 

K

E

 – cost of exploitation, 

K

op

 – other operational costs, 

P

d

 – 

income tax, 

L – loses, t – number of year. 

In order to estimate investment costs 

J

0

 the typical curves of unitary cost 

were used:  

a) for gas boilers (boiler purchase cost, zł/kW):  

 

 

 

(20) 

13

.

0

250

=

nom

Q

i

&

where 

Q

 denotes nominal heat output in kW. Heat output range 50 kW to 10000 kW. 

nom

&

b)  cogeneration  module  with  gas  engine  (together  with  ventilator  cooler)  –  unitary  cost  in 
US$/kW within the electric power range 9 kW do 6000 kW: 

 

 

 

(21) 

2857

.

0

)

(

9

.

2594

=

nom

N

i

All additional costs were estimated either with using a typical cost breakdown or the offers 

from vendors. It appeared that equipment purchase cost lays down typically in the range of 
40% to 60% of the total investment cost 

J

0

In  our  case  real  incomes  appear  only  for  HT  or  FL  modes  of  cogeneration  module 

operation.  The  income  results  from  the  sale  of  the  electricity  surplus  to  the  grid  and  it  is 
calculated as follows: 

 

 

 

(22) 

=

R

d

N

S

S

n

τ

τ

0

Total exploitation cost can be expressed as follows:  

 

env

p

M

O

en

E

K

K

K

K

K

+

+

+

=

&

   

(23)  

where: K

en

 – costs of energy, K

O&M

 – operation and maintenance costs, K

p

 – personal costs, 

K

env

 – environmental costs. 

The most important is the cost of energy: 

 

τ

τ

η

η

τ

τ

τ

d

k

N

k

LHV

Q

k

LHV

N

d

K

K

R

K

CHP

R

el

G

n

j

fk

Ekj

k

Kj

n

i

fCHP

CHPi

E

CHP

CHPi

en

en



+

+

=

=

=

=

0

1

1

_

0

)

(

&

&

 

(24) 

Operating and maintenance costs were calculated with using the typical index of unitary 

costs for gas engines 

k

O&M

 = 0.007 do 0.02 US$/kWh (at annual availability in the range of  

92 – 97 %). Therefore the following equation can be used: 

 

  

(25) 

∫ ∑

=

=

=

R CHP

d

N

k

k

E

K

n

i

CHPi

M

O

M

O

el

M

O

τ

τ

0

1

&

&

&

Environmental costs are given by equation: 

 

 

(26) 

(

)

[

]

τ

τ

τ

τ

τ

τ

d

k

G

d

k

G

G

d

K

K

R

R

R

W

W

n

i

Pi

k

Pi

CHP

Pi

env

env

∑ ∫

+

+

=

=

=

0

1 0

_

_

0

&

&

&

&

Typically 

  are  calculated  with  using  emission  indices  for  particulate 

machinery  type.  Emission  fees  in  Poland  are  regulated  by  the  government:  SO

B

P

CHP

Pi

G

G

_

_

,

&

&

2

  -  0.38 

PLN/kg;  CO

2

  -  0.00020  PLN/kg;  CH

4

  -  0.00020  PLN/kg;  NO

2

  -  0.38  PLN/kg;  CO  -  0.10 

PLN/kg; NMHC - 0.10 PLN/kg; dust - 0,25 PLN/kg (Note: 4.7 zł = 1 EURO). 
 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

80

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

6. Results of sample analysis 

 

In the reference case of calculations it has been assumed that no cogeneration module will 

be installed on site. The existing coal fired boiler plant will be replaced with gas boiler plant, 
electricity will be purchased from the utility grid separately for each building. Proposed gas 
boiler  plant  would  consist  of  three  gas  boiler  of  respectively  350,  350  and  200  kW  heat 
output. Fuel and energy prices, that were used in the analysis, are as follows: 

•  Natural gas price depends on an annual consumption,  

average value is: 0.796 PLN/Nm

3

•  Electricity price:   - sport centre (tariff C21): 328.67 PLN/MWh, 
                                    - school (tariff C11): 336,17 PLN/MWh.

 

 

 

 

Technical and economic results of the project are given in table 1. 

Table 1 

Results of technical and economic analysis for base case project 

No.  Quantity 

Unit 

Value 

1  Amount of heat produced at boiler plant 

GJ/a 

7272 

2  Heat shortage 

GJ/a 

54 

3  Total amount of electricity from utility grid 

kWh/a

661 637 

4  Total amount of natural gas burned 

Nm

3

/a

230 871 

5  Average efficiency of the boiler plant 

90.7 

6  Total cost of electricity 

PLN/a

218 600 

7  Total cost of natural gas 

PLN/a

183 750 

8  Investment cost 

PLN 

466 540 

9  Net Present Value after 15 years 

PLN 

-3 463 600 

PLANT WITH COGENERATION MODULE 

 

Table 2 presents the configurations of the cogeneration plant that were defined as trial 

solutions for optimization procedure.  

Table 2 

Selected variants of the configuration of the plant  

Number of variant 

Nominal parameter 

10 

11 

N

CHP         

kW 

20  30  40  50  60  70  80  90  100  110  120 

  kW 

44  62  79  96  112 128 143 158 173  188  203 

   kW 

350  350 350 350 350 350 350 350 330  300  300 

   kW 

350  350 300 300 300 285 275 260 260  260  250 

   kW 

160  140 170 155 140 140 140 140 140  150  150 

1

K

Q&

CHP

Q&

2

K

Q&

3

K

Q&

 

It was assumed that there will be only one cogeneration module. The minimal allowable 

electric load of the module was set in the value of 40% of nominal power. Figures 11 and 12 
show the results of technical analysis. In the electricity tracking mode there is no sale of the 
electricity surplus electricity to the grid, however if the installed electric power of the CHP 
module  is  higher,  the  production  is  much  lower  than  potentially  possible  (compare  to  FL 
mode). On the other hand in the ET mode the loss of heat form CHP module is lower.  

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

81

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

MWh

Nominal electric power of the CHP module

Gross electricity production - ET mode
Gross electricity production -HT mode
Gross electricity production - FL mode
Electricty sold to the utility grid in HT mode
Electricty sold to the utility grid in FL mode

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Nominal electric power of the CHP module

Heat

 loss, GJ/a

Heat loss in ET mode

Heat loss in FL mode

 

Fig. 11. On-site electricity production and heat loss in particular variants of the plant 

configuration 

 

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Nominal electric power of the CHP module

Total efficiency of

 the C

H

P

 m

odule

ET mode
HT mode
FL mode

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Nominal electric power of the CHP module

Net 

total

 e

ffi

ci

ency 

of 

the 

p

la

nt

ET mode
HT mode
FL mode

 

Fig. 12. Total efficiency (EUF) of the cogeneration module and the whole plant 

In the HT and FL modes of CHP module operation the electricity can be sold to the mains. 

If so, the selling price of surplus electricity will be 140

 

PLN/MWh. 

Figure 13 shows the results of the economic analysis in relation to the reference case. It 

was found that the best mode of operation of the CHP module is electricity tracking. It was 
also found that there is an optimal solution that consists in installation of CHP module in 80 – 
90 kW electric power range and three gas boilers. The difference in NPV comparing to base 
case analysis is at the level of investment cost. 

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Electric power of the CHP module, kW

Dif

fe

rence in NPV in comparison t

o

 ref

erence 

case, PLN

Mode: Electricity tracking
Mode: Heat tracking
Mode: Full power

 

Fig. 13. Results of the optimization procedure 

7. Conclusions 

 

The demand for heat and electricity at any object is never constant. If a building built-in 

plant  is  considered  to  be  installed  at  a  local  energy  system,  it  is  necessary  to  work  out  the 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

82

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

daily load profiles for an each energy carrier required by the building. Only in this case it can 
be  estimated  if  all  useful  products  of  the  plant  can  be  fully  utilized,  what  is  the  remaining 
demand for electricity from the utility grid and for heat from boilers, in what hours the CHP 
module can be switched on and off, if there is a need for heat storage tank and what the total 
cost of energy supply will be, etc. 

It  was  presented  that  the  analysis  of  energy  demand  is  a  quite  complicated  and  time 

consuming  task.  The  energy  demand  must  be  estimated  in  order  to  configure  and  size 
machinery and devices of energy supply system. 

It has been also presented that the optimal solution of energy supply system exists and it 

can be initially identified by using a general model of the plant and statistical parameters of 
machinery characteristics. The presented model is also suitable for selecting the optimal mode 
of the cogeneration module operation. 
 
8. References 
 
[1]  Bondi P., Cardinale N., Stefanizzi P.: A stochastic dynamic method for the evaluation of 

the heating power input of a real building-plant system. Energy and Buildings. No 26 
(1997) 

[2]  Corfitz Noren: Typical load shapes for six categories of Swedish commercial buildings. 

Department  of  Heat  and  Power  Engineering,  Lund  Institute  of  Technology.  Lund, 
Sweden. ISSN 0282-1990 

[3]  Crawley B.D., Hand W.J., Lawrie L.K.: Improving the weather information available to 

simulation programs. 

[4]  Gilijamse W., Boonstra M.E.: Energy efficiency in new houses. Heat demand reduction 

versus cogeneration. Energy and Buildings. No 23 (1995) 

[5]  Institut  Wallon:  Demande  de  Chaleur  Techniquement  Cogenerable  Pour  la  Region 

Wallonne Et la Region de Bruxelles Capitale. Raport final. Mai 1997, Namur, Belgium 

[6]  Kalema T., Haapala T.: Effect of interior heat transfer coefficients on thermal dynamics 

and energy consumption. Energy and Buildings. No 22 (1995) 

[7]  Kalina  J.  Analysis  and  optimization  of  the  small-scale  combined  heat  and  power 

systems. PhD thesis. Silesian Technical University at Gliwice, Poland. Gliwice, 2001. 

[8]  Skorek  J.  Analysis  of  technical  and  economic  effectiveness  small-scale  cogeneration 

plants fuelled with gaseous fuels. Silesian University of Technology Publishing, Gliwice 
2002. (in Polish) ISBN 83-7335-127-2 

[9]  US  Department  of  Energy:  Energy  Plus  Engineering  Document.  The  Reference  to 

EnergyPlus Calculations. EnergyPlusTM, Version 1.1, April 2002 

[10]  Witzani  M.,  Pechtl  P.  Modelling  of  (cogeneration)-power  plants  on  time  dependent 

power  demands  of  the  consumer.  Materiały  konferencji  ASME  Cogen-Turbo 
Conference. Wiedeń, Austria, August 1995. 

[11]  Zhai Z., Chen Q., Klems J.H., Haves P.: Strategies for coupling energy simulation and 

computational  fluid  dynamics  programs.  VII  International  IBPSA  Conference,  Rio  de 
Janeiro, 2001. 

 
Useful web resources: 
 

http://www.eren.doe.gov/buildings/tools_directory/ 
http://www.strath.ac.uk/Departments/ESRU 
http://www.eren.doe.gov/buildings/energy_tools/energyplus.htm 

 

OPTI_Energy Centre of Excellence 
www.itc.polsl.pl/centrum

 

 

83

background image

Summer School: ENERGY SUPPLY FOR MODERN BUILDINGS, 21 - 24.09.2004, Gliwice, POLAND 

 

OPTI_Energy Centre of Excellence

www.itc.polsl.pl/centrum

 

84