BYG212 BYGNINGSFYSIKK OG ENERGIEFFEKTIVE BYGNIGER

Transkript

1 BYG1 BYGNINGSFYSIKK OG ENERGIEFFEKTIVE BYGNINGER FORMELSAMLING TEMA: INNEMILJØ Siste revisjon: Aktivitetsnivå: Aktivitetsnivå STOFFSKIFTE W/m met Sovende 48 O,5 Stillesittende avslappet 58 1,0 Sittende (kontor, skole) 70 1, Stående (forretning, lab, lett industri) ,6,1 Moderat aktivitet (husarbeid, maskinarbeid) ,0,8 Middels høy aktivitet (tungt maskinarbeid, verksted) ,8,5 Gå ( km/h) 110 1,9 Gå (5 km/h) 00,4 Løpe (9 km/h) 45 7,5 Løpe (15 km/h) 550 9,5 Maks ytelse ved kontinuerlig arbeid 780 1,4 Topp idrett /5/ Figur 4.. Bekledning: Bekledning Arealfaktor F cl I cl (m K/W) Shorts, underbukser, T-skjorte, lette sokker, sandaler 1,10 0,05 Lett kjole med ermer, underkjole, strømpebukser, truser 1,15 0,07 Lette bukser, skjorte med korte ermer, underbukse, lette sokker, sko 1,15 0,08 Skjørt, skjorte med korte armer, truser, strømpebukser, sandaler 1,0 0,095 Skjørt, genser med rund hals, skjorte, truser, tykke knestrømper 1,0 0,140 Jakke, bukser, skjorte, underbukser, sokker, sko 1,0 0,155 Frakk, jakke, vest, bukser, skjorte,kort undertøy, sokker, sko 1,50 0,0 /5/ Figur

2 Krav til temperatur Optimal operativ temperatur (PMV = 0) /5/ Figur Krav til respirasjon: CO produksjonen fra en voksen person: V CO 0,5 M [l/min] (/5/ formel 4.7) M = metabolismen (aktivitetsnivået i met) Oksygenforbruket : V 0,M l (/5/ Formel 4.8) O min Nødvendig luftmengde for respirasjon, pr. person, der: T s 10 6 V V l ( /5/ Formel 4.9) CO T i (C i C s ) 60 s V lufttilførsel l s s V CO produksjon l CO min C i er romluftens akseptable CO innhold, [ppm] C s er tilførselsluftens CO innhold, [ppm] T i er romluftens temperatur [K] T s er tilførselsluftens temperatur [K]

3 Nødvendig luftmengde for respirasjon, per voksen person 7 4 (M 0,8) 1,5 V l (/5 / Formel 4.11) resp 60 s Prosent misfornøyde som funksjon av lufttilførsel: 1,8 q 0,5 95 e q 0, l s olf PD 100% q 0, l s olf Eksempler på olf verdier for ulike tilfeller Stillesittende, 1 1, met 0 % røkere 0 % røkere 40 % røkere 100 % røkere Fysisk aktivitet Lavt nivå, met Middels nivå, 6 met Høyt nivå, 10 met (/5/Figur 4.4.8) Olf/person Olf belastning forårsaktet av en bygning, inkludert møbler, tepper og ventilasjonssystem: Eksisterende bygninger Middel Spredning Kontorer 0, 0,0 0,95 Skoler (klasserom) 0, 0,1 0,54 Forsamlingslokaler 0,5 0,1 1, Lav-olf bygninger 0,05 0,1 - (/5/ Figur 4.4.9) Tre nivåer på opplevd luftkvalitet: Innendørs luftkvalitet % misfornøyde Opplevd luftkvalitet desipol Nødvendig lufttilførsel l/s olf Høy luftkvalitet 10 0,6 16 Standard luftkvalitet 0 1,4 7 Minimum luftkvalitet 0,5 4 (/5/ Figur )

4 Typiske verdier for opplevd uteluft kvalitet: Desipol På fjellet, sjøen 0 By, høy fuftkvalitet < 0,1 By, middels fuftkvalitet 0, By, dårlig fuftkvalitet > 0,5 (/5/ Figur ) Sammenhengen mellom luktrespons ved førsteinntrykk i et rom og prosentandelen utilfredse (PD) er gitt ved: C i = 11 (ln PD 5,98) -4 (/5/ formel 4.1) C i = innendørs luftkvalitet (desipol) PD = prosentandel utilfredse (%) Nødvendig lufttilførsel kan beregnes av: 10G V 1 c (/5/ Formel 4.14) (C i C o ) v V c = Nødvendig lufttilførsel for komfort G = total forurenningsbelastning C i = ønsket innendørs luftkvalitet C o = Tilførselsluftens kvalitet Ventilasjonseffektivitet v l s [olf] [desipol] [desipol] Krav ut fra gjennomsnittelig forurensningsbilde Gjelder for boliger, skoler, barnehager, kontor, etc. der vi ikke har noen dominerende forurensningskilde og fullstendig omrøring ( = 1) : V 7N a l (/5 / Formel 4.18) sm N = personbelastning pr m gulvflate a = en konstant avhengig av bygnigstypen og forurensningsbelastningen (olf styrken) Tabellen gjelder ikke boliger: For boliger regnes a = 0,5 [l/(s m )] Nivå Lav Middels Høy Olfbelastning (olf/m ) 0,14 0,8 0,4 Basisbehov, a [l/(s m )] 1 (/5/ Figur ) Basisbehov avhenger av bygg og installasjoner 4

5 Krav ut fra Norske byggforskrifter: S F V m (/5 / Formel 4.0) min C i C o h V lufttilførsel min m h S = forurensningsgenerering [mg/h] F = lokal forurensningsfjerning [mg/h] C i = akseptabelt forurensningsnivå i rommet [mg/m ] C o = forurensningskonsentrasjon i tilluften [mg/m ] Det er forutsatt at vi ikke har infiltrasjon eller eksfiltrasjon i noen vesentlig grad (V V ) l E Ventilasjon ut fra luktkriterier: Operativ temperatur: Generelt kan operativ temperatur beregnes ved hjelp av følgende formel: t o At a (1 A) t r Der: t o = Operativ temperatur [C] t a = tørrkuletemperatur [C] t r = midlere strålingstemperatur [C] A = korreksjonsfaktor for lufthastigheter > 0,4 [m/s] Relativ luftbevegelse kan bestemmes når vi kjenner midlere lufthastighet i oppholdssonen (v a ) og aktivitetsnivået M v v 0, ( M 1) m ar a s Og vi kan bestemme korreksjonsfaktoren A: v ar < 0, 0, 0,6 0,6-1 A 0,5 0,6 0,7 For lufthastigheter < 0,4 m/s og middelstråletemperatur < 50 C er den operative temperaturen aritmetisk middelverdi av tørrkuletemperatur og middelstråletemperatur t o = 0,5 (t a + t r ) 5

6 Middelstråletemperatur og operativ temperatur: Middelstråletemperatur er gitt ved: t r p1 t 1 p t... pn t n Summen av vinkelfaktorene skal være 1,0 TEMA: TEK 07 OG NS 01 Varmetransportkoeffisient, H [W/K] H = H D + H U + Hg + H V + H inf [W/K] H D er direkte varmetransmisjonstap til det fri H U er varmetransmisjonstap til uoppvarmede soner H g er varmetap mot grunnen H V er ventilasjonsvarmetap H inf er infiltrasjonsvarmetap [W/K] [W/K] [W/K] [W/K] [W/K] Varmetapstallet, H [W/m K] " H H W A fl m K A fl = Oppvarmet del av BRA [m ] H U A l W D i i k k K i k A i = Arealet av elementet (bygningsdelen (regnet som innvendig areal i m ).For vinduer skal totalt vindusareal brukes, inkludert arealet av karm og ramme. L k = Lengden av en lineær kuldebro k, i meter U i = Varmegjennomgangskoeffisient for ugjennomskinnelig element, i, [W/(m K)]. For vinduer skal varmegjennomgangskoeffisienten beregnes etter tillegg G k = Kuldebroverdi for kuldebro k, beregnet ut fra innvendig areal [W/(m K)] Forenklet metode for å beregne kuldebro: l " k k A iu fl k A fl = oppvarmet del av BRA = Normalisert kuldebroverdi [W/(m K)] Beregning av varmetransport på grunn av ventilasjon. H 0, V (1 ) W v T K V = Gjennomsnittlig ventilasjonsluftmengde i [m /h] T = Temperaturvirkningsgrad for varmegjenvinner, se tillegg H. for definisjon og beregning 6

7 Faktoren 0, er luftens spesifikke varmekapasitet pr volumenhet Wh m K Varmetransport på grunn av infiltrasjon og eksfiltrasjon. H inf = 0, n inf V [W/K] n 50 e n inf n 50 e (For balansert ventilasjon) f ( V 1 V ) 1 c V n 50 e, f = Terrengskjermingskoeffisienter (A5, B6) n 50 = Lekkasjetall ved 50 [Pa] trykkforskjell (Tabell B) [h -1 ] V = Oppvarmet luftvolum i m. Beregnet etter 4. V 1 Tilluftsmengde i det mekaniske ventilasjonsanlegget [m /h] V Avtrekksmengde i det mekaniske ventilasjonsanlegget [m /h] Totalt netto energibehov E 1 t ( Q H, ind, i Q C, nd, i E fan, i E defrost, i ) Q W, nd E P E l E eq [ kwh / år ] i1 i er månden i året, der januar er 1, osv.. Q H,ind,i er oppvarmingsbehov i måned i (lign ) [kwh/år] Q C,ind,i er kjøleehovet i måned i (lign. 6.1.) [kwh/år] Q W,ind er årlig energibehov til oppvarming av tappevann (A1) [kwh/år] E fan,i er energibehov for vifter i måned i (6.1.4) [kwh] E defrost,i er energibehov til frotsikring av varmegjenvinner (H4) [kwh/år] E P er årlig energibehov for pumper (6.1.4) [kwh/år] E l er årlig energibehov til belysning (6.1.5 Tab. A1) [kwh/år] 14-. Energitiltak (1) Bygning skal ha følgende energikvaliteter: a) Transmisjonsvarmetap: 1. Andel vindus- og dørareal 0 % av oppvarmet BRA. U-verdi yttervegg 0,18 W/(m K). U-verdi tak 0,1 W/(m K) 4. U-verdi gulv 0,15 W/(m K) 5. U-verdi glass/vindu/dør inkludert karm/ramme 1, W/(m K) 6. Normalisert kuldebroverdi, der m angis i oppvarmet BRA: - småhus 0,0 W/(m K) - øvrige bygninger 0,06 W/(m K). b) Infiltrasjons- og ventilasjonsvarmetap: 1. Lekkasjetall ved 50 Pa trykkforskjell: - småhus,5 luftvekslinger pr. time 7

8 - øvrige bygninger 1,5 luftvekslinger pr. time.. Årsgjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad for varmegjenvinner i ventilasjonsanlegg: c) Øvrige tiltak: - boligbygning, samt arealer der varmegjenvinning medfører risiko for spredning av forurensning/smitte 70 % - øvrige bygninger og arealer 80 %. 1. Spesifikk vifteeffekt i ventilasjonsanlegg (SFP): - boligbygning,5 kw/(m /s) - øvrige bygninger,0 kw/(m /s). Mulighet for natt- og helgesenking av innetemperatur. Tiltak som eliminerer bygningens behov for lokal kjøling. () For boligbygning kan energitiltak i bokstav a og b fravikes, forutsatt at bygningens varmetapstall ikke øker. () For øvrige bygninger kan energitiltak i bokstav a fravikes, forutsatt at bygningens varmetapstall ikke øker Energirammer (1) Totalt netto energibehov for bygning skal ikke overstige rammer gitt i følgende tabell: Tabell: Energirammer Bygningskategori Småhus, samt fritidsbolig over 150 m oppvarmet BRA Boligblokk 115 Barnehage 140 Kontorbygning 150 Skolebygning 10 Universitet/høyskole 160 Sykehus 00 (5) Sykehjem 15 (50) Hotell 0 Idrettsbygning 170 Forretningsbygning 10 Kulturbygning 165 Lett industri/verksteder 175 (190) Totalt netto energibehov (kwh/m oppvarmet BRA pr. år) /m oppvarmet BRA () Kravene gitt i parentes gjelder for arealer der varmegjenvinning av ventilasjonsluft medfører risiko for spredning av forurensning/smitte. () I flerfunksjonsbygninger skal bygningen deles opp i soner ut fra bygningskategori og de respektive energirammene oppfylles for hver sone. 8

9 14-5. Minstekrav (1) Følgende minstekrav skal oppfylles: Tabell: Minstekrav U-verdi yttervegg [W/(m K)] U-verdi tak [W/(m K)] U-verdi gulv på grunn og mot det fri [W/(m K)] U-verdi vindu og dør, inkludert karm/ramme [W/(m K)] 0, 0,18 0,18 1,6,0 Lekkasjetall ved 50 Pa trykkforskjell (luftveksling pr. time) () Rør, utstyr og kanaler knyttet til bygnings varme- og distribusjonssystem skal isoleres for å hindre unødig varmetap. () I tillegg gjelder følgende minstekrav, med unntak for småhus: a) U-verdi for glass/vindu/dør inkludert karm/ramme multiplisert med andel vindus- og dørareal av bygningens oppvarmede BRA skal være mindre enn 0,4 b) Total solfaktor for glass/vindu (g t) skal være mindre enn 0,15 på solbelastet fasade, med mindre det kan dokumenteres at bygningen ikke har kjølebehov Bygninger med laftede yttervegger For boligbygning og fritidsbolig med laftede yttervegger gjelder følgende: Graddagskorrigering (temperaturkorrigering av utetemperaturavhengig energibruk) GD a GD Q Q 1 a n N a GD a Q N Q a Normalårets energibruk a andel av byggets samlede energibruk som som skal graddagskorrigeres GD a graddagstallet for det aktuelle året GD = graddagstallet for normalåret n kwh Den samlede energibruken for aktuelle året kwh grad dag grad dag Vifteeffekt og SFP faktor P kw SFP P SFP V kw V m / s Energi Effekt kw t h Energi, E kwh SFP kw s V m t h m s 9

10 SFP = «Specific Fan Power» V = luft volumstrøm P = vifteeffekt (total) t = tid E = energi [m /s] [kw] [h] [kwh] p [ kpa ] k N SFP [ kpa ] kj total m m Trykktapet, p er trykkforskjellen over begge ventilasjonsviftene (tilluft og avtrekk) total = total virkningsgrad for vifte og motor Energibruk til vifter: [ / ] 1 kw E V m h SFP t h kwh 600 s m / s år år h Energibruk til vifter Luftmengde SFP driftstid [ kwh/ år] 10

11 Vifteeffekt ved dellast Luftens Temperaturøkning over ventilasjonsvifte 0,9 P a P V c p V c a = andel av vifteeffekten som tilføres ventilasjonsluften som varme P = tilført elektrisk effekt til viften V = Volumstrøm ventilasjonsluft ρ = Ventilasjonsluftens massetetthet W m s kg m c = Ventilasjonsluftens spesifikke varmekapasitet J p kg K Δθ = Ventilasjonsluftens temperaturøkning over viften K I følge NS01007: Tillegg A1:011 Temperaturøkning over avtrekksvifte ( fan,ex ) eller tilluftsvifte fan,s fan,ex = fan,s = 0,7 SFP 11

12 SFP = spesifikk vifteeffekt ved et gitt tidspunkt kw m / s Energiforsyning (NS 700:01) For passivhus og lavenergibygninger (boliger) settes det et krav til at varmesystemet i vesentlig grad kan benytte andre energivarer enn elektrisitet og fossile brensler. E del, el E del, oil E del, gas E t 0,5 Q W, nd E del,el = energi fra årlig levert elektrisitet kwh/år E del,oil = energi fra årlig levert fossil olje kwh/år E del,gas = energi fra årlig levert fossil gass kwh/år E t Q W,nd = totalt årlig energibehov kwh/år = årlig netto energibehov for oppvarming av tappevann kwh/år Passivhus boligbygning - krav til høyeste beregnede netto energibehov til oppvarming (etter NS700:01) Årsmiddeltemperaturen, ym, skal beregnes etter NS-EN ISO for steder der bygningen oppføres. A fl er oppvarmet bruksareal. 1

13 Passivhus yrkesbygninger - krav til høyeste beregnede netto energibehov til oppvarming (etter NS701:01) 1

14 MOLLIER hx diagram Tilstand 1: før kjølebattri Tilstand : etter kjølebatteri Tilstand : fremkommer ved konstant temperatur tilstandforandring til vanninnhold, x = x Tilstand t bt : overflate temperatur på kjølebatteri og mettet tilstand 14

15 Kjøleeffekt [kw]: q V ( h h ) kw 1 h og h er entalpi før og etter kjølebatteriet [kj/kg] 1 kg luftens massetetthet m m V volumstrømen luft s h, ' h Sensible Heat Ratio SHR 1 h 1 h Fjernet vann fra luften; q V ( x x ) m x og x er luftens vanninnhold g vann / kg luft 1 kg h Ventilasjon, styring: VAV (Variabel luftmengde etter behov). VAV = Variable Air Volume. Ved en kombinasjon av turtallsregulert vifte og spjeldstyring tilpasses luftmengden til behovet for friskluft og eventuelt kjøling. DCV Behovskontrollert luftmengde (demand controlled air vulume) Luftmengden styres av CO innholdet i luften (bruker CO som en indikator på luftkvalitet) CAV Konstant luftmengde (Constant ait volume). Typisk boligventilasjon Dagslysfaktor Dagslysfaktoren, DF, er definert som forholdet mellom horisontal belysningsstyrke innendørs og horisontal belysningsstyrke utendørs. Belysningsstyrken innendørs måles 0,8 m over 15

16 golvet. Målingen utendørs gjøres i overskyet vær og med uavskjermet horisont. Gjennomsnittlig dagslysfaktor,, er gjennomsnittet av dagslysfaktoren i rommet. Krav til dagslys kan verifiseres enten ved beregning som bekrefter at gjennomsnittlig dagslysfaktor i rommet er minimum %, eller ved at rommets dagslysflate utgjør minimum 10 % av bruksarealet. Ved bruk av gjennomsnittsverdi for dagslysfaktor oppnås et godt utgangspunkt for tilfredsstillende tilgang på dagslys i alle typer rom, uavhengig av størrelse. U-verdier kan dokumenteres ved: Beregning Måling Henvisning til anerkjente standard løsninger, for eks. byggforskserien/byggdetaljer Beregning, for eks. 16