Faglig innhold

Om kurset

Bygningssektoren står overfor stadig mer komplekse energi- og miljøutfordringer. Emnet Building Performance Simulation and AI Optimization (BPS-AIO) gir studentene verktøyene til å designe og drifte høyytelsesbygninger - som (nesten eller netto) nullenergibygg (n/NEBs) i nullutslippsnabolag (ZENs) og positive energidistrikter (PEDs) i smarte byer.

BPS-AIO kombinerer dynamisk energisimulering med beregningsbasert modellering, og bygger på fagområder som varmeoverføring, termodynamikk, fluidmekanikk, belysning, byggeteknologi, termisk og visuell komfort, numeriske metoder, miljøvitenskap og menneskelig atferd.

Emnet er delt i to deler:

• Generell del: Grunnleggende modellering og energisimulering av bygninger og systemer, med særlig fokus på klimaanalyse og tilpasningsstrategier.
• Spesialisering:
  • Gren A - Solbyggdesign: Modellering av solaktive teknologier (BIPV, BAPV, PVSDs) og solpassive strategier (dagslysmålinger, faste/dynamiske solavskjerminger).
  • Gren B - Avansert HVAC-modellering: Modellering av HVAC-systemer, fysikkbasert modellering og luftstrømsberegninger (rommodell, sonemodeller, CFD).

Studentene vil utforske hvordan simulering og AI-optimalisering kan møte reelle utfordringer som energieffektiv rehabilitering, design for nordiske klimaforhold og bidrag til EUs klima- og energimål.

Studentene får praktisk erfaring med verktøy som IDA ICE, EnergyPlus, Rhino og Grasshopper, samt mulige optimaliserings- og livssyklusanalyseverktøy. AI-teknikker som genetiske algoritmer og parametrisk modellering introduseres for å forbedre simuleringsprosesser.

Emnet kobler sammen bygg- og miljøteknikk med beregningsbasert design, og forbereder studentene på tverrfaglig arbeid innen forskning og industri.

Læringsutbytte

Kunnskap:

• Forstå prinsippene bak BPS og AI-optimalisering
• Forstå klimamodellering og fremtidige klimascenarier med syntetiske værdata
• Forstå teoretiske modeller bak BPS-programvare
• Håndtere antakelser og begrensninger i BPS-verktøy
• Illustrere og sammenligne bygningers energiytelse
• Designe avanserte bygninger for fremtidige utfordringer

Ferdigheter:

• Velge passende BPS-programvare
• Utføre klimaanalyse med syntetiske datasett
• Lage energimodeller med egnede metoder
• Kontrollere simuleringspålitelighet
• Vurdere bygningers ytelse
• Bruke simuleringsresultater i design, rehabilitering og drift
• Få praktisk erfaring med BPS og AI-optimaliseringsverktøy

Generell kompetanse:

• Forstå bakgrunnen og omfanget av BPS
• Forstå komfort og luftkvalitet i forhold til energibruk
• Analysere bygningsskall under dynamiske forhold
• Integrere passive og fornybare strategier
• Vurdere bygningers robusthet mot klimaendringer

Studentene introduseres for AI-teknikker som genetiske algoritmer og parametrisk modellering for å forbedre simuleringsprosesser.

Læringsformer og aktiviteter

Læringsmetoder og aktiviteter

• Forelesninger
• Øvinger
• Simuleringsbaserte workshops
• Semesterprosjekt

Alle aktiviteter gjennomføres på engelsk. Alle obligatoriske aktiviteter må være godkjent for å kunne gå opp til eksamen.

Fleksibelt oppmøtealternativ:

Selv om emnet primært undervises på campus i Trondheim, kan nettbasert deltakelse tillates etter forespørsel og godkjenning. Dette alternativet er utviklet for å støtte internasjonale studenter, fjernstudenter og yrkesaktive som ønsker fleksibel tilgang til avansert opplæring i bygningssimulering og AI-optimalisering.

Gjesteforelesninger:

Emnet kan inkludere gjesteforelesninger fra bransjeeksperter og casestudier basert på virkelige byggeprosjekter i Norge og Europa.

Obligatoriske aktiviteter

• Semesterprosjekt
• Øvinger

Anbefalte forkunnskaper

• TEP4235 Energiøkonomisering i bygninger eller tilsvarende
• TBM4222 Bygningsfysikk, grunnkurs eller tilsvarende

Kursmateriell

Anbefalt literatur for generell del

• Ruzhu Wang, Xiaoqiang Zhai (2018). Handbook of Energy Systems in Green Buildings (Part 1). Springer, ISBN 978-3-662-49120-1, SpringerLink.
• Athienitis and O'Brien (2015). Modeling, Design, and Optimization of Net-Zero Energy Buildings (Chapter 3). Wilhelm Ernst & Sohn, ISBN:9783433030837, see.
• Hensen, J.L.M. and R. Lamberts (2019). Building performance simulation for design and operation (Second edition). Oxon, UK, Spon Press. ISBN: 9780429402296, see

Anbefalt literatur for Tema A

• Reinhart, Christoph The Daylighting Handbook I. Vol. 1. Daylighting Handbooks, 1., 2011.
• Reinhart, Christoph The Daylighting Handbook II. Vol. 2. Cambridge, MA: Building Technology Press, 2018.

Anbefalt literatur for Tema B

• Hensen, J.L.M. and R. Lamberts (2011). Building performance simulation for design and operation. Oxon, UK, Spon Press.