Development and simulation of an HVAC system for the St. Francis D'Assisi Hospital in Marial Lou, South Sudan

Abstract

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Modellierung und Simulation eines energieautarken Gebäudes, dessen Errichtung für Anfang 2013 auf dem Areal des Krankenhauses in Marial Lou, Warrap, Südsudan geplant ist. Das eingeschossige Gebäude besteht aus 17 Räumen, deren Kern der Operationssaal bildet. Die Modellbildung und Simulation wird in TRNSYS©, einem Softwarepaket, das zur Simulation des Verhaltens instationärer Systeme dient, umgesetzt. Zuerst werden Variationen gewisser Parameter der Gebäudestruktur, verschiedene Zieltemperaturen und Lastszenarien in einem Vorentwurf simuliert. Nach der Festlegung dieser Parameter wird ein detailliertes Modell ausführlich simuliert, wobei die Stromproduktion des am Areal geplanten Photovoltaik-Kraftwerks in Kombination mit einer Backup-Stromversorgung berücksichtigt wird. In dieser Simulation wird außerdem die Größe des Photovoltaik-Kraftwerks und die Anzahl der Wärmepumpen zur Kaltwassererzeugung variiert. Zuletzt wird die Energiemenge berechnet, die durch das Backup-System bereitgestellt werden muss, um das ganze Jahr lang zufriedenstellende Verhältnisse im Gebäude zu gewährleisten.<br />

This thesis focuses on the modelling and simulation of an energy self-sufficient building, which is planned to be built at a hospital site in Marial Lou, Warrap, South Sudan in early 2013. The single-storey building consists of 17 rooms, including the operating room of the hospital as the most important one. The modelling and simulation is implemented in TRNSYS©, a software tool used to simulate the performance of transient systems. First, variations of certain properties of the building structure, different target temperatures and load scenarios are simulated in a preliminary draft. After determining these parameters, a refined model based on the calculated electricity generation of the planned on-site photovoltaic power plant combined with a backup power source is simulated in-depth. Variations regarding e.g. the size of the photovoltaic power plant and the number of heat pumps used to cool water are included. In the end, the amount of energy that has to be provided by the backup system to ensure satisfying conditions in the building throughout the year is calculated.