Ulike ventilasjonsløsninger for kontorbygg og boliger?

Transkript

1 Ulike ventilasjonsløsninger for kontorbygg? Grønn Byggallianse 15 oktober 2009 Arne Førland Larsen Leder af center for Integreret Energi Design på Ingeniørhøjskolen i Århus Ulike ventilasjonsløsninger for kontorbygg 1 Energeticadesign er er enkeltmandforetak stiftet Enegeticadesign hovedfokus er på tidlig fase energidesign af byggeri: Kravspecifikationer og funktionsudbud Energi beregninger, blandt andet efter NS3031 Indeklimasimuleringer og indeklimavurderinger af byg. Energidesign af lavenergibyggeri Design af naturlig ventilation Energeticadesign gennemfører detailprojektering i samarbejde med fast tilknyttede samarbejdspartnere. 2 1

2 Program Hvorfor ventilere? Nødvendige luftmængder Ventilationsprincipper hybrid - mekanisk Energibrug for alternative principper Økonomi for alternative principper Formmæssige og tekniske overvejelser i forbindelse med dimensionering Cases Bolig for livet - Århus Arkitema - Århus Hvorfor nødvendigt at ventilere? Hvorfor skal vi ventilere vores boliger? Hvorfor ventilere kontorer? Og hvor meget? 4 2

3 Fokus termisk indeklima Operativ temperatur 6 Termisk komfort temperaturer Termisk komfort temperatur ligger i området o C i afhængighed af aktivitet og påklædning 7 3

4 Hvornår er temperatur et problem I kontorer? I boliger? Andre byg? 8 Hvor store luftmængder kræves for termisk komfort? Case stue i enfamiliehus med sydvendt facade varm august dag: Glasareal 20% af gulv areal = 10 m 2 Gulvareal 50 m 2 Ventilation 0,5 h -1 Middel tung konstruktion 2 personer Ingen belysning Øvrige interne belastninger 5 Wm 2 Isoleret i henhold til BR 08 Der bliver varmt >40 o C 9 4

5 Hvad sker der når det bliver varmere i klimaet? Døgnmiddel temperaturen stiger 3 o C? 10 Elbrug stiger 35-50% ikke reguleret Kilde: SBI Bygninger Energi Klima mod et nyt paradigma 11 5

6 Kølebehov stiger Kilde: SBI Bygninger Energi Klima mod et nyt pradigma 12 Boliger har ofte og vil få behov for ventilering når det bliver for varmt! Vi ved kontorer har det pr. i dag! 13 6

7 Hvorfor adaptivitet? og hvordan kan forklares og evt. motiveres Adaptivitet kan forklares med: Adfærdsmæssig tilpasning tilpasning af påklædning efter vejrforhold Psykologiske forhold bevidsthed om kontrol tilpasning af termoreguleringen i kroppen. Forventninger. Det stiller krav til af rådgiveren og bygningens driftspersonale!! 14 Adaptivitet 3 indeklimaklasser Norm EU

8 Indeklimaet opleves via Lugtesansen Luften opleves med Lugtesansen (olfactus) Kemisk sans (i næsehule) Betydende parametre: Personer PC er Funktioner (røg, mad mm) Inventar, materialer Partikler - støv Atmosfærisk indeklima 16 Krav til friskluft/ luftkvalitet - kontorer 1,5-2,0 liter/s pr. m 2 afhængig af: Møbleringstæthed Materialer Indeklimakrav Dette svar til luftskifte på 1,5 2,5 h -1 Krav materialer ~ h

9 I boliger specielt i forhold til sundhed Betydende parametre: Fugt Radon 18 Hvorfor nødvendigt at ventilere? Fjernelse af fugt Opretholdelse af tilfredsstillende luftkvalitet Opretholdelse af tilfredsstillende temperatur i varme perioder..men vi kan i nogen grad tilpasse os højere temperaturer 19 9

10 Opsummering vent behov/luftmængder Boliger krav 0.5 h -1 Fugt ~0.3-0,5 h -1 Luftkvalitet ~2.0 h -1 Temperatur ~3-10 h -1 Behovsregulering af luftmængder kan foretages via: CO 2 - regulering fugt - regulering Temperatur regulering 20 Hvordan kan friskluft tilføres Lekkasje Naturlig luftning gennem vinduer, ventiler og døre Mekanisk aftræksventilation Mekanisk ventilation via indblæsning og aftræk Kombinationer af ovenstående. Hybrid ventilation 21 10

11 Lekkasjetall (50Pa) TEK Krav 1,5 22 Naturlig ventilation udluftning /Daylight, Energy and Indoor Climate Basic Book Velux 2008/ 23 11

12 Mekanisk udsugning suppleret med naturlig udluftning = Hybrid ventilation /Daylight, Energy and Indoor Climate Basic Book Velux 2008/ 24 Mekanisk ventilation naturlig udluftning = Hybrid ventilation /Daylight, Energy and Indoor Climate Basic Book Velux 2008/ 25 12

13 Drivkræfter naturlig ventilation Vind Termik /Boliger og naturlig ventilation/ 26 Vindkræfter /Boliger og naturlig ventilation/ 27 13

14 Termik - opdrift Opvarmet luft Kold luft Drivtryk: Naturlig ventilation 0-5 Pa. Hybrid ventilation ~ Pa. Mekanisk ventilation ~ Pa. 29 Ensidet ventilation Op til 2.5 gange rumhøjden 31 14

15 Tværventilation Op til 5 gange rumhøjden 32 Opdrifts ventilation Drivkræfter er en kombination af temperaturforskelle og vindtryk på tag og facader 33 15

16 Eksempel åbningsarealer 34 Hvornår naturlig luftning 35 16

17 Naturlig luftning godt til natkøling Effekten af natkøling øges med luftskiftet. Op til ~10 gange i timen ses en forøget effekt /Climate Design/ og /IHA undersøgelser/ /Climate Design Solutions for Buldings../ 36 Varierede luftmængder 37 17

18 Energibrug hvad er optimalt Naturlig optimal ved overskudsvarme Mekanisk optimal ved varmebehov Den samlede optimale løsninger kombinerer de to principper... Hybrid ventilation 38 Energiforbrug og økonomi for mekanisk og naturlig ventilation Beregninger foretaget for et udsnit af bygningen på 300 m 2, storrumskontor med facade mod syd og nord Bygningen idealiseret med en arbejdsplads pr. 10 m 2 Beregninger justeret til Norsk klima 39 18

19 Vigtigste forudsætninger 1. 0,7 0,7 0,4 0,4 0,35 0,35 0,18 0,18 0,15 0,15 0,13 0,13 40 Vigtige forudsætninger 2. NS 3031 Klimadata 41 19

20 Årlige antal timer over 26/ 27 o C Årligt antal timer Nat-vent Hyb-vent CAV VAV VAV-køl Timer > 26 oc" Timer > 27 oc 42 Maksimal temperaturer Maksimal operativ remperatur 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0 Maksimal operativ temperatur 28,5 28,5 28,9 29,1 24,2 Nat-vent Hyb-vent CAV VAV VAV-køl Maksimal operativ temperatur 43 20

21 40 30 Året i tidsrum Hybrid ventilationmaks 28,5 o C Maks udetemperatur NS 3031 er 32,6 o C 2008 at time IHA Altid brugstid NS Hours below Top(Kontor) C ExtTmp([Outdoor]) C C:\Program Files\Danish Building Research Institute\BSim\WM - Energiforbrug\Norge\NO_Endelig_2009_12_10_NV_8_natkøl_grundmodel_indeklima.dis 44 Typisk sommerperiode Week at time Always Day in Week Top(Kontor) C ExtTmp([Outdoor]) C 10 * NormRad([Outdoor])kW/m² 45 21

22 Varm sommerperiode - Uge august Week at time IHA Altid brugstid Day in Week Top(Kontor) C ExtTmp([Outdoor]) C 10 * NormRad([Outdoor])kW/m² 46 Energibruk 1 m 2 BRA Nat-vent Hyb-vent CAV VAV VAV-køl Enhed Fjernvarme netto 50,6 26,3 33,7 26,1 26,1 kwh*m2 /år Elforbrug naturlig ventilation - aktuatorer 1,2 1,2 0,0 0,0 0,0 kwh*m2 /år Elforbrug mekanisk ventilation - ventilatorer 0,0 2,7 19,3 15,7 14,9 kwh*m2 /år Elforbrug køling 0,0 0,0 0,0 0,0 2,8 kwh*m2 /år El netto 1,2 3,9 19,3 15,7 17,6 kwh*m2 /år Samlet netto 51,8 30,2 53,0 41,9 43,7 kwh*m2 /år Levert energi 58,7 33,8 57,6 45,4 47,3 kwh*m2 /år 47 22

23 Klima varierer i Europa - Indeklima Årligt antal timer DK NO CH Timer > 26 oc" Timer > 27 oc Maksimal operativ remperatur 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 Maksimal operativ temperatur 34,7 28,1 28,5 DK NO CH Maksimal operativ temperatur 48 Sammenligning Europa - Energibruk 1 m 2 BRA DK NO CH Fjernvarme netto 20,0 26,3 18,1 (relativt - indeks) Elforbrug naturlig ventilation - aktuatorer 1,2 1,2 1,2 Elforbrug mekanisk ventilation - ventilatorer 2,7 2,7 2,7 Elforbrug køling 0,0 0,0 0,0 El netto 3,9 3,9 3,9 Samlet netto 23,9 30,2 22,0 Levert energi 26,6 33,8 24,

24 Økonomi - forudsatte enhedspriser Enhed Naturlig Vent. Hybrid Vent. CAV uden køl VAV uden køl VAV med central køl Anlægsinvester ing nkr/m 3 luft ) 140 2) Maksimalt luftskifte Luftskifte h ) Pris naturlig ventilation 2) Pris mekanisk ventilation 3) El pris 0,8 nkr/kwh 4) Fjernvarme 0,7 nkr/kwh 50 Investering for 1000 m 2 - BRA 1000 m 2 BRA Nat-vent Hyb-vent CAV VAV VAV-køl Investering naturlig vent nkr Investering mekanisk vent nkr Samlet investering nkr Vedligehold - 2,0% / 2,5 % nkr/år Energiudgift nkr/år Samlet årlig driftsudgift nkr/år Totaløkonomi 20 år nkr 51 24

25 Formmæssige overvejelser Luftafkast Luftindtag Luft gennem bygning 52 Luftintag overvejelser - eksempler Oppe eller ned i facaden? Forvarmet luft uden forvarming? Udformning af åbninger? Størrelsen på åbninger? Antal åbninger? Manuelle eller automatiske? Lydforhold? 53 25

26 Lavt siddende luftindtag 54 Forvarmet luft 55 26

27 Forvarmet luft radiator 56 Forvarmning via atrium Ikast seminarium 57 27

28 Troldtekt plader nedhængt loft Lavimpulsindblæs-ning fra loft via aktiv plader Akustisk dæmpning/afskærmning for luft med passiv-pladen Nedhængt loft anvendes til luftfordeling / klimaregulering Frisklutindtag Udsugning ved loft/ atrium 58 Forsøg med alternative vinduesudformninger Sidehængt vindue Bundhængt vindue /Kilde AUC/ 59 28

29 Forsøg med alternative vinduesudformninger Tophængt vindue Bundhængt vindue Bundhængte vinduer kombineret med god lofthøjde giver mindst risiko for træk /Kilde AUC/ 60 Princip luftstrøm /Boliger og naturlig ventilation/ 61 29

30 Lagring energi køling/ varme - natkøling 62 Natkøling effektivt med tunge materialer Kilde: Passive cooling of buildings by night-time ventilation - PhD thesis by Nikolai Artmann 63 30

31 Afkast 64 Formmæssige råd for afkast Åbningsareal mindst 2 % og op til ~2 gange indtag Placering over tag på flade tage min 0,5 1 m. over tag. På saddeltag bedst i kip. Vind uafhængig åbning mod alle verdenshjørner. Afskærmet for regn Venturi hætter har ikke dokumenteret effekt Overvej sol assistance via solskorsten - dobbelt facade Atrier trapperum kan benyttes som afkastkanal men husk brand 65 31

32 Opsummering Naturlig ventilation optimal ved varmeoverskud Mekanisk ventilation optimal opvarmningsbehov Optimal løsning kombinerer de to principper..hybrid ventilation..totaløkonomi for Hybrid svarer til Mekanisk Husk Overvejelser om træk Interne/ eksterne varme laster Varmeakkumulering Brand Ekstern og intern støj 66 32