The reference year is constructed using measurements of four climatic parameters delivered by Asiaq Nuuk, Greenland.

Transkript

1 Indholdsfortegnelse 1 Indledning Abstract Introduktion til TRY Kvalitetssikring af data Kvalitetssikring Asiaq Statiske analyser Resultater af programmet REFYEAR Sammenligning med tidligere reference år TRY (Test Reference Year) Diskussion Konklusion Fejlkilder Referencer... 2 Bilags rapport til Referenceåret Temperaturer fordelt på månedsbasis Globalstråling fordelt på månedsbasis Uddrag af TRY-filen

2 1 Indledning I forbindelse med Grønlandsophold august 28 er det blevet undersøgt, hvorledes referenceåret, defineret i byen Sisimut fra årene 1992 til 22, er respektivt set i lyset af de klimaændringer, som den globale opvarmning forårsager. Reference år bliver konstrueret ud fra vejrdata. I forbindelse med analyser af boligers varmebehov bruges diverse simuleringsprogrammer, der benytter disse vejrdata for derved, at kunne analysere indeklimaet. Herunder - Bsim28 - BV98 - Builddesk 3.3 Der findes mange programmer, der benytter vejrdatafiler som reference. Det der differentierer programmerne fra hinanden, er hvilke parametre i vejrdataen, der benyttes. For Bsim28 benyttes der vejrdatafil indeholdende timeværdier for nedenfor listet parametre - Globalstråling på horisontal [W/m 2 ] - Diffus stråling på horisontal [W/m 2 ] - Direkte normal stråling [W/m 2 ] - Udetemperatur [ C] Denne rapport beskriver, hvorledes referenceåret over perioden er konstrueret ud fra vejrdatafiler fra Asiaq. Derudover beskrives referenceåret sammenlignet med tidligere udarbejdet referenceår for lokationen, for at kunne konstatere, om det tidligere udarbejdede reference år har været respektivt de senere år, og hvorledes referenceåret ændrer karakter ved flere input end vejrdata fra 1år. 1.1 Abstract This paper describes the construction of a test reference year for the town Sisimut Greenland, for a period over The reference year is compared with earlier constructed reference year for the period , to see if the climatic changes have a considerable influence on the definition of the earlier reference year. The reference year is constructed using measurements of four climatic parameters delivered by Asiaq Nuuk, Greenland. The construction fulfils the described conditions in the standard EN-ISO /1/. 2

3 2 Introduktion til TRY TRY (Test Reference Year) er datafiler med kontinuerlige målinger for forskellige klimatiske parametre. For disse parametre kan der typisk nævnes solstråling, vindhastighed og udeluftstemperatur. Disse parametre benyttes til simuleringsprogrammer for at fastsætte rimelige værdier for bygningers energibehov. Hvis der eksempelvis kigges på varmebehovet i en respektiv bolig, benyttes solstrålingen og temperaturen for de mest typiske måneder nøje udvalgt efter standard EN ISO /1/ for derved, at kunne nedsætte en eventuel varmekilde ved oplysning om det bidrag solindfaldet gennem vinduer vil bidrage med. Ydermere er temperaturen en vigtig faktor i fastsættelse af bygningers varmebehov. Der er en tendens til stigende temperaturer, hvilket betyder, at opvarmningsbehovet ikke er lige så stort som hidtil, hvorfor det er vigtigt at have denne parameter opdateret. For at kunne definere et reference år, skal vejrdata for en periode på mindst 1år være tilgængelig, hvor data er målt på timebasis kontinuerligt. Oftest benyttes der i simuleringsprogrammerne kun data for globalstrålingen på horisontal og en temperatur, hvorfor der bruges beregningsformler til at beskrive den diffuse solstråling og direkte normal stråling. Disse parametre er meget sjældent tilgængelige i opgivet målinger, da disse hurtigt kan være omkostningsfulde og unøjagtige, da måleudstyr ikke helt kan passe sig selv, og er afhængigt af, at skulle væres placeret direkte syd. Unøjagtigheden ligger i de gamle instrumenters opbygning ved måling af den diffuse stråling. Instrumentet er opbygget af et pyranometer som ved måling som den globale stråling på vandret. Derpå er der monteret en skyggering, der skal skygge for solen over dagen således, at det kun er stråling fra himmelhvælvingen, der bliver målt. Nyere pyranometre er opbygget noget anderledes, hvor instrumentet måler dynamisk og bruger matematisk beregning til den diffuse stråling. For at udarbejde et fyldestgørende reference år skal disse parametre bestemmes ved beregning /2/ eller måling. De målinger der benyttes til definitionen af det nye reference år, er data fra Asiaqs klimastation placeret på teleøen i Sisimut. I denne rapport benyttes den globale stråling på vandret, udeluftstemperaturen vindhastigheden og den relative fugtighed til den matematiske sortering i data. 3

4 3 Kvalitetssikring af data Størstedelen af arbejdet i at konstruere et reference år, er den enorme databehandling der skal kvalitetsikres for dobbelt-, dummies- og manglende værdier. Efter standarden /1/ skal perioden reference være 1 år eller derover og konstrueres derefter. Det er derfor store datasæt, der skal kontrolleres og gennemsikres, da der hurtigt her, vil være fejlkilder i forkert eller usammenhængende data. I referenceåret bygges der videre på et tidligere konstrueret reference år /3/ af Jesper Kragh (weather test reference years of Greenland). Nyere data er bygget videre på det tidligere reference år. Dette bevirker, at det ikke er så store dataset, der har skullet kvalitetssikres. Det tidligere udarbejdet reference år er udarbejdet for perioden og data, der er udleveret og gennemgået Asiaqs kvalitetssikring, er for perioden 23-25, hvilket bevirker 3års yderligere data til at indkredse referenceåret efter de statistiske analyser. De udleverede data fra Asiaq har gennemgået følgende databehandling. Globalstråling - Lokalisering af manglende timeværdier - Kontrol af timeværdierne - Lineær interpolation ved huller mindre end 6 timer - Indsætning af værdier fra dagen før ved huller større end 6 timer Udetemperatur - Lokalisering af manglende timeværdier - Kontrol af timeværdierne - Indsætning af værdier fra dagen før ved huller For vindhastigheden og den relative fugtighed er databehandling gennemgået rutinen efter globalstrålingsproceduren. Der er i det tidligere reference år lineært interpoleret mellem manglede timeværdier for udetemperaturen, hvilket ikke giver et retvisende billede af udviklingen i dataerne. Temperaturen kan i perioder svinge meget over få timer hvilket negligeres ved en interpolation, hvorfor denne metode ikke er benyttet i databehandlingen. Dataene der er udleveret fra Asiaq, har allerede gennemgået en kvalitetssikring, inden de er udleveret til brug, hvorfor det kun har været muligt at få udleveret til og med 25 for globalstråling, der er den vigtigste parameter i reference året. 4

5 3.1 Kvalitetssikring Asiaq De 3 års data der er leveret fra Asiaq, har gennemgået en hvis kvalitetssikring. Hidtil har dette ikke været tilfældet og databehandlingsrutiner har derfor været omfattende. Asiaq har ikke et reelt kvalitetssikringsprogram, men der er blevet oplyst, at man tager stilling til kvalitetssikringen for hvert scenarie. Det der er sket i de data, der er blevet brugt og sorteret til dette reference år, er sorteret i forhold til to af de tidligere nævnte scenarier, her tales der om dobbelt og dummies værdier. Det har derfor kun været nødvendigt at følge de ovenfor nævnte databehandlingsrutiner. For at følge det tidligere udarbejdet reference år, har det stor betydning at dataene gennemgår den samme behandling, da det ellers vil give store udsving i valg af måneder i året. Det ville derfor have været nyttigt at få kvalitetssikringen dokumenteret fra Asiaqs side. Det der blev oplyst i kontakten med kontoret i Nuuk var, at det typiske i kvalitetssikringen var, at fjerne værdier hvor instrumenter har målt for højt og målt dobbelte værdier. Der udfyldes ikke ved manglende værdier, hvilket hjælper meget på at få defineret et nyt reference år i overensstemmelse med standarden /1/ og således, at data er ens behandlet iht. det tidligere udarbejdet år. 5

6 4 Statiske analyser Programmet REFYEAR der er udviklet i Matlab /4/ bruges til de statiske analyser. Programmet bruger som inddata en matrix opbygget af de data, der har gennemgået databehandlingen således, at det er en komplet liste af timeværdier over årene, der bliver benyttet. Inddata matrixen er opbygget i Excel og parametrene der bruges er globalstråling, udeluftstemperatur, middelvindhastigheden og relativ fugtighed. Dag nr. md. År. Time Temp [ o C] SRI [W/m2] WV [m/s] RH [%] inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf inf Tabel 4, uddrag af matrix til inddata Ovenfor ses et uddrag af matricen, der understøtter programmet REFYEAR. De sidste 5 kolonner er udfyldt med infinity. Disse kolonner er til brug, hvis der er oplysninger om flere parametre end ovenstående. På baggrund af denne matrix beregner programmet en ny matrix, der indeholder daglige middelværdier. De daglige middelværdier af de ovenfor stående parametre bliver brugt til at finde de tre mest typiske måneder for hver af kalender månederne. Af de tre udvalgte måneder bruges måneden hvor afvigelse i middelvindhastighed er mindst. De statiske analyser for at finde de tre mest typiske måneder er beskrevet i standarden /1/. Nedenfor ses hvorledes det er udført for det tidligere reference år, hvilken metode der også er benyttet til dette reference år. 6

7 Figur 4, procedure iht. Standard EN ISO

8 5 Resultater af programmet REFYEAR På baggrund af de statiske analyser har programmet valgt følgende måneder til reference året. Det har ikke været muligt at få de tre typiske måneder listet, for derved at kunne lave en selektiv udvælgelse, hvorfor der nedenfor kun er listet det endelige reference år. Måned Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Sisimut Tabel 5, REFYEARs udvælgelse 5.1 Sammenligning med tidligere reference år For det tidligere udarbejdet reference år, har det været muligt, at se de tre typiske måneder med middelvindshastighedens afvigelse. Jan Feb Mar Apr Maj Jun LTR W LTR W LTR W LTR W LTR W LTR W Jul Aug Sep Okt Nov Dec LTR W LTR W LTR W LTR W LTR W LTR W Tabel typiske måneder med lowest total ranking af middelvindhastigheden Måned Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Sisimiut Tabel tidligere reference år Hvis der sammenlignes med det nye reference år, kan det ses, at programmet i de fleste tilfælde har valgt 2.prioriteten fra sidste gang. Her er der tale om månederne - Marts - April - Maj - September - Oktober - November For februar, juni og december er de valgte måneder ikke repræsenteret i tabellen med Total lowest ranking. 8

9 Globalstråling [W/m2] Globalstråling [W/m2] Globalstråling [W/m2] 6 TRY (Test Reference Year) I det følgende afsnit præsenteres referenceåret grafisk. Efterfølgende konkluderes der på resultaterne i forhold til udvælgelsen af de respektive måneder Dag nr. Temperatur Globalstråling Januar Dag nr. Temperatur Globalstråling Februar Dag nr. Temperatur Globalstråling Marts

10 Globalstråling [W/m2] Dag nr. April Temperatur Globalstråling Globalstråling [W/m2] Dag nr. Maj Temperatur Globalstråling Globalstråling [W/m2] Dag nr. Juni Temperatur Globalstråling Globalstråling [W/m2] Dag nr. Juli Temperatur Globalstråling

11 Globalstråling [W/m2] Dag nr. August Temperatur Globalstråling Globalstråling [W/m2] Dag nr. September Temperatur Globalstråling Globalstråling [W/m2] Dag nr. Oktober Temperatur Globalstråling Globalstråling [W/m2] Dag nr. November Temperatur Globalstråling

12 Globalstråling [W/m2] Dag nr. Temperatur Globalstråling December Figur 6, 1-12 Månedsopdelt reference år De ovenstående figurer viser reference året fordelt på de udvalgte måneder, disse værdier kan bruges direkte i diverse simuleringsprogrammer. Det der interessant er, hvorledes de stigende temperaturer har indflydelse på udvælgelsen. Nedenfor ses temperaturudviklingen over hele perioden referenceåret er defineret ud fra. Fra er udtaget fra /3/. Figur 6.1, Temperaturudvikling over årene Laveste temperatur i 25 var -24,8 o C og højeste var 17,4 o C hvilket er stigende og beskriver den tendens der ses iht. figuren. Hvis der kigges på temperaturfordeling med indlagt maksimum og minimum værdier for reference året, kan det ses at reference årets middelværdier ligger over eller under middelværdier for månederne. 12

13 3 Min. og maks udeluftstemperatur Reference år Min. Temp. over året Maks temp. over året Figur 6.2, Min. og maks. samt referenceåretstemperatur Af figuren ses, at det kun er få gange referenceåret overskrider minimum og maksimum middelværdier for månederne. En sammenligning i temperaturerne for referenceåret og referenceåret kan tydeliggøre forskellen i udvælgelsen. 13

14 Referenceåret Referenceåret Temperatur over året dg. nr. Figur 6.3, Temperaturer over året for de to reference år Af ovenstående figur ses det, at temperatur fordelingen over begge reference år ligger nogenlunde ens, der er dog forskelle over året. Der kan derfor ikke entydigt konkluderes hvorledes temperaturen er højre eller lavere i de to reference år. Af nedenstående figur ses, hvorledes den globale stråling differentierer sig fra hinanden. 14

15 Globalstråling [W/m2] 8 7 Min. og maks globalstråling Referenceår referenceår Figur 6.4, Globalstrålingen for de to reference år Der er forskelle i reference årerne, men igen kan det ikke entydigt fastslås hvorledes de differentierer sig fra hinanden, da der ikke er store forskelle i datasættende der benyttes. Dette skyldes prioriteringen i månederne under den statiske udvælgelse, hvor det stort set er 2.prioriteringen der er valgt ved indsættelse af 3års yderlige data. Af afsnittet kan der kort konkluderes, at de to reference år ikke differentiere sig betydeligt fra hinanden, hvilket nedenstående graf understøtter, hvor middelværdier over året er sammensat i en enkelt figur. 15

16 Globalstråling [W/m2] 2 1 Middelværdier sammenlignet for gl. ref. Og nyt ref. Middel temperatur nyt ref. år Middel temperatur gl. ref. år Middel stråling nyt ref. år Middel stråling gl. ref. år Md. nr. Figur 6.5, middelværdier sammenlignet Af figuren ses at der ikke er de store forskelle mellem de to reference år, hverken i temperatur eller globalstråling. Temperaturer og globalstrålingen fordelt på månedsbasis sammenholdt med det tidligere reference år kan ses af bilag. Ligeledes kan et uddrag af TRY filen ses her. 16

17 6 Diskussion For at referenceåret skulle være fyldestgørende i forhold til det tidligere udarbejdet reference år, udarbejdet af Jesper Kragh /3/, skulle der medtages en interpolation mellem de sidste 8 timer for slutningen af en måned og 4 timer fra starten af en måned, således at et kontinuerligt skift når månederne sammensættes til brug i simuleringsprogrammer sikres. Derudover skulle den diffuse stråling beregnes og sammensættes med de 4 parametre referenceåret er sammensat af. Ovenstående er valgt, ikke at blive medtaget i denne rapport, da det er opbygningen i programmet og fokus på inddata der har været centralt. Det kan diskuteres, hvorvidt stråling mellem -5 W/m2 for globalstrålingen skal medtages, da instrumenter tit i dette område er meget usikkert og dermed ikke giver et retvisende billede af den aktuelle stråling. Data af denne størrelse vil stadig have en indflydelse på den selektive udvælgelse af reference årets måneder. Standarden /1/ beskriver intet om dette, hvorfor der ikke er sorteret således. For det tidligere reference år er der udover valget efter minimum afvigelse for middelvindhastigheden fra valgt måneder hvor manglede data overstiger 5 %. De måneder, der er udvalgt til referenceåret , er ikke måneder der mangler værdier over 5 % for de tillægs år 23-25, der er medtaget. De tre ekstra års værdier, har trukket middelværdier i en retning således, at 2. prioriteten fra tidligere reference år er valgt. Til disse har det ikke været muligt at undersøge hvorledes manglende data ser ud, eller om manglende værdier overstiger 5 %. 17

18 7 Konklusion Referenceåret for Sisimut er konstrueret efter standarden /1/, Grønlandske vejrdata /5/ og weather test reference years of greenland /3/, med visse forbehold såsom manglende interpolation i månedssammensætningen og beregning af den diffuse stråling samt direkte normal stråling. Referenceåret giver trods ovenstående et retvisende billede af, ved input for mere end 1år ændres de daglige middelværdier således at månedsudvælgelsen ændres. Det kunne have været optimalt at have oplysninger til og med slutning af 27, så det ville være muligt at konkludere, om referenceåret ændres væsentligt som følge af klimaforandringer. Der ses en tendens i figurerne til stigende temperaturer, men det har været muligt at illustrere frem til 28, da Asiaq ikke udleverer data mere, der ikke er kvalitetssikret, end ikke til et studieprojekt. Det endelige test reference year kan rekvireres ved BYG-DTU Hvis der havde været tilstrækkelige oplysninger i parametrene frem til i dag, ville vi få et mere retvisende billede af den nuværende situation. 18

19 8 Fejlkilder De fejlkilder der kan præge resultaterne er listet nedenfor - Kvalitetssikring fra Asiaq, hvis der er fjernet for mange værdier iht. fjernelse af dobbelt- og dummie værdier. - Interpolation og indsætning af værdier, da arbejdet er gjort manuelt i Excel 27, er der store usikkerheder i databehandlingen. Ved det tidligere defineret reference år er dette gjort ved opbygning af algoritmer i MATLAB /2/, dette minimere usikkerheder væsentligt. - MATLAB REFYEAR, det er ikke det nyeste opdateret program, der har været til rådighed på bygnings instituttet. Programmet er udviklet af en, der ikke er tilknyttet instituttet mere, hvorfor det ikke er muligt at få det seneste opdaterede program. - Solhatten, der kan være usikkerheder i måleinstrumentet. 19

20 Referencer /1/ EN-ISO , Hygrothermal performance of buildings Calculation and presentation of climatic data Part 4: Data for assessing the annual energy for heating and cooling. /2/ The European Solar Radiation Atlas, Vol 2. /3/ Weather test reference years of Greenland, J. Kragh, F. Pedersen & S. Svendsen /4/ Matlab, version 6.5 /5/ Grønlandske vejrdata, J. Kragh, F. Pedersen & S. Svendsen. BYG-DTU Nov. 22 2

21 Aksetitel Bilags rapport til Referenceåret Temperaturer fordelt på månedsbasis 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år februar md. 21

22 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år Marts md. 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år April md. 22

23 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år Maj md. 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år Juni md. 23

24 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år August md. 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år Oktober md. 24

25 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år November md. 2 Udeluftstemperatur 1-1 Gl. ref. år December md. 25

26 Global stråling [W/m2] Globalstråling fordelt på månedsbasis 35 Globalstråling feb Gl. ref. åf

27 Global stråling [W/m2] Global stråling [W/m2] 6 Globalstråling marts Gl. ref. åf Globalstråling april Gl. ref. åf

28 Global stråling [W/m2] Global stråling [W/m2] 8 Globalstråling maj Gl. ref. åf Globalstråling juni Gl. ref. åf

29 Global stråling [W/m2] Global stråling [W/m2] 7 Globalstråling august Gl. ref. åf Globalstråling oktober Gl. ref. åf

30 Global stråling [W/m2] Global stråling [W/m2] 16 Globalstråling november Gl. ref. åf Globalstråling december Gl. ref. åf 5 3

31 Uddrag af TRY-filen 31