Een rekentool voor de architect

Transcriptie

1 Koelen door middel van (nacht)ventilatie Een rekentool voor de architect P4 Peiling Paula van den Brom december 2012 Begeleiders: Wim van der Spoel Peter van den Engel Lab coordinator: Regina Bokel

2 Inhoud 1. Aanleiding 2. Probleemstelling 3. Doelstelling 4. Methode 5. Theorie 6. Implementatie 7. Validatie/beperkingen 8. Resultaten 9. Conclusie

3 Aanleiding Toename bouw energiezuinige woningen

4 Aanleiding Afname verwarmingsbehoefte Energie [kwh] U-waarde absoluut energie verwarming

5 Energie absoluut [kwh] Aanleiding absoluut energie koeling Toename koelbehoefte U-waarde absoluut energie koeling

6 Aanleiding Oplossing: (nacht)ventilatie

7 Aanleiding Probleem: kosten

8 Aanleiding absoluut energie koeling Toename bouw energiezuinige woningen Energie [kwh] U-waarde Toename koelbehoefte absoluut energie koeling Oplossing: (nacht)ventilatie Probleem: kosten

9 Probleemstelling Bestaande rekentools kunnen niet op eenvoudige wijze de architect inzicht geven in het effect van koeling door (nacht)ventilatie en de invloed van gerelateerde ontwerpbeslissingen op het energiegebruik van een woning.

10 Doelstelling Door middel van een rekentool de architect inzicht geven in de invloed van ventilatieopeningen op (nacht)ventilatie, energieverbruik en thermisch comfort van een woning. Ook moet bij gebruik van de rekentool duidelijk worden dat de ontwerpafwegingen invloed hebben op de efficiëntie van (nacht)ventilatie.

11 Methode Theorie Implementatie Validatie

12 Theorie Warmtebalans Interne warmtelast Externe warmtelast Warmteverlies door transmissie Warmteverlies door ventilatie Invloed thermische massa Actieve verwarming/koeling Knopenmodel Discretisatie Natuurlijke ventilatie

13 Warmtebalans

14 Warmtebalans - Interne warmtelast Q p = 85 + ( 20(l 1) ) ( )n p Q app = ( P app + ( p licht A) )a Q i = Q p + Q app

15 Warmtebalans - Externe warmtelast Q ex _ or = A win _ or Q rad _ or GSh

16 Warmtebalans - Warmteverlies transmissie H trans = AU H trans_tot = H tr _ w + H tr _ gl + H tr _ dak + H tr _ gr

17 Warmtebalans - Warmteverlies ventilatie H vent = ρcnv 3600

18 Warmtebalans - Thermische massa

19 Warmtebalans - Actieve verwarming/koeling Q api = P ( reg T setp T ) op 1 + I ( reg T setp T ) op 1 dt ' t '=t t '=t 3h

20 Warmtebalans - Totaal

21 Twee knopen

22 Twee knopen Luchttemperatuur: dt M air air dt ' ( t ') = W air Q rad + Q i + H trans + H vent ( )( T o ( t ') T i ( t ')) + α i A con ( T i ( t ') T con ( t ')) Constructietemperatuur: dt M con con dt ' ( t ') = W con Q rad + α i A con T i t ' ( ( ) T con ( t '))

23 Discretisatie Luchttemperatuur: T air ( t + Δt) = T air ( t) + W air Q + Q + α A rad gain _tot i con ( )( T con ( t) T air ( t) ) + H tot ( T o ( t) T air ( t) ) α i A con 1 exp α ia con + H tot M air Δt Constructietemperatuur: T con ( t + Δt) = T con t ( ) + W con Q rad _tot + α i A con ( )( T air ( t) T con ( t) ) α i A con 1 exp α A i con M con Δt

24 Ventilatie Mechanische Natuurlijk - Thermiek - Wind Hybride

25 Natuurlijke ventilatie Eenzijdig enkele opening - Thermiek

26 Natuurlijke ventilatie Eenzijdig meerdere openingen - Thermiek

27 Natuurlijke ventilatie Eenzijdig - Wind Q = 0.025AU

28 Natuurlijke ventilatie Dwars meerdere openingen - Thermiek

29 Natuurlijke ventilatie Dwars meerdere openingen - Wind

30 Natuurlijke ventilatie Via gevel en dak meerdere openingen - Wind en thermiek Q ib+w = C di A i S i 2 Δp i ρ 0

31 Implementatie Excel

32 Uurmodel t= 3600 seconde

33 Implementatie Excel Invoer gegevens Variabelen waar architect invloed op heeft Bijbehorende regelsystemen

34 Invoer gegevens - Buitentemperatuur (NEN) - Windsnelheid (NEN) - Windrichting (NEN) - Setpointtemperaturen (NEN) - Gebruikers profiel (SCPB)

35 Variabelen -Afmetingen ruimte/openingen -U-waarden -Thermische massa -Soort ventilatie -Plaatsing ventilatie openingen -Ventilatietijd -Omgeving -Materialisatie

36 Regelsystemen -Zonwering -Ventilatie -Verwarming/koeling

37 Regelsystemen Zonwering Zonwering naar beneden wanneer: binnentemperatuur >= setpointtemperatuur koeling 2 C

38 Regelsystemen Koelen door middel van Ventilatie Buitentemperatuur < Binnentemperatuur - Mechanische ventilatie - Natuurlijke ventilatie automatische bediening - Natuurlijke ventilatie handmatige bediening

39 Regelsystemen Koelen door middel van mechanische ventilatie Mechanisch ventileren via bypass wanneer: Overdag ventileren - binnentemperatuur >=setpointtemperatuur koeling -2 C. - buitentemperatuur >= 10 C - temperatuur verschil tussen binnen en buiten <= 10 C ventileren tijdens de nacht - binnentemperatuur > =setpointtemperatuur koeling -2 C - buitentemperatuur > =0 C - temperatuur verschil tussen binnen en buiten <= 25 C

40 Regelsystemen Koelen door middel van natuurlijke ventilatie (automatisch) Overdag ventileren: - binnentemperatuur >= setpointtemperatuur koeling -2 C - buitentemperatuur >= 10 C - temperatuur verschil tussen binnen en buiten <= 10 C ventileren tijdens de nacht - binnentemperatuur > =setpointtemperatuur koeling -2 C - buitentemperatuur > =0 C - temperatuur verschil tussen binnen en buiten <= 25 C

41 Regelsystemen Koelen door middel van natuurlijke ventilatie (handmatig) Overdag ventileren: - binnen temperatuur >= setpointtemperatuur koeling -1 C - buiten temperatuur <= 10 C - temperatuur verschil tussen binnen en buiten <= 10 C ventileren tijdens de nacht (hele nacht open/hele nacht dicht): - binnentemperatuur > =setpointtemperatuur koeling -1 C - buitentemperatuur > =0 C - temperatuur verschil tussen binnen en buiten <= 25 C

42 Regelsystemen Verwarming/koeling gaat aan wanneer: Binnentemperatuur > Setpointtemperatuur koeling Binnentemperatuur < Setpointtemperatuur verwarming

43 Werking model Bepalen interne warmtewinst per uur Invoer gegevens Bepalen externe warmtewinst per uur Bepalen warmteverlies transmissie per uur Bepalen warmteverlies door koeling/ warmtewinst verwarming per uur Bepalen warmteverlies ventilatie per uur Bepalen luchttemperatuur per uur Bepalen constructietemperatuur per uur Operatieve temperatuur

44 Samenvatting Implementatie Excel Invoer gegevens Variabelen waar architect invloed op heeft Bijbehorende regelsystemen

45 Validatie/beperkingen Samenvatting validatie Beperkingen

46 Validatie ventilatie PHPAIDA PHPAIDA.veetech, ventilatievoud Rekentool, ventilatie debiet Verschil Situatie 1, enkel twee opening Situatie 2, dwars vier opening Situatie 3, een opening gevel, een opening dak

47 Validatie EIC Vizualiser Vergelijking EIC vizualiser Rekentool verschil percentage overschrijding uren per jaar Aantal onderschrijding uren Gemiddelde temperatuur C C 0.16 C Aantal uren ventilatie 1061 h 971 h 90 h voor koeling Maximale temperatuur 24.5 C C 2.21 C Minimale temperatuur 19.3 C C 0.88 C Energie verbruik verwarming 2140 kwh 2400 kwh 360 kwh

48 Validatie EIC Vizualiser Temperatuur uren

49 Beperkingen - Winddrukcoefficient (Cp) verhouding gebouw; - Handmatige bediening, invloed mensen niet te voorspellen; - Alle ventilatie openingen open of dicht, geen tussenfase; - Er wordt geen rekening gehouden met obstakels in een ruimte; - De berekeningen zijn per uur; - Er kan enkel een ruimte berekend worden; - Urban Heat island effect is niet meegenomen in de berekeningen.

50 Resultaten Hoe is het model te gebruiken Optimalisatie Probleem oplossen Architectonische keuzes

51 Voorbeeld ruimte 3 meter 7 meter 4 meter

52 Voorbeeld ruimte Optimaliseren energieverbruik U-waarde Zonwering Thermische massa Soort ventilatie Plaatsing ventilatieopeningen Dag/nacht

53 U-waarde U- waarde gevel: 0.25, kozijn+glas 2.2 U- waarde gevel: 0.1 kozijn + glas totaal energie [kwh]

54 Zonwering geen zonwering zonwering met g- waarde overschrijdings uren [h]

55 Thermische massa thermische massa, hout thermische massa, beton totaal energie [kwh]

56 Thermische massa - Temperatuur fluctuaties Temperatuur uren

57 Soort ventilatie geen ven7la7e mechanische ven7la7e natuurlijke ven7la7e handma7g natuurlijke ven7la7e automa7sch 0 overschrijdings uren [h]

58 Plaatsing ventilatie openingen

59 Plaatsing ventilatie openingen enkel 1 opening enkel meerdere openingen dwars dak 50 0 overschrijdings uren [h]

60 Invloed ventilatiemoment (dag/nacht) dag nacht dag en nacht overschrijdings uren [h]

61 Optimalisatie start waarden 3000 start waarden geop8maliseerde waarden geop;maliseerde waarden totaal energie [kwh] 0 overschrijdings uren [h]

62 Invloed omgeving op ventilatie ventilatievoud uren open landelijk stedelijk stad

63 Probleem oplossen Voorbeeld: Bestaande energiezuinige woning warmt teveel op.

64 Probleem oplossen Zonwerend glas geen zonwerend glas zonwerend glas overschrijdings uren

65 Probleem oplossen Zonwering geen zonwering zonwering overschrijdings uren

66 Probleem oplossen Ventilatie openingen: afmetingen en plaatsing ruimte ven8la8e overschrijdings uren

67 Architectonische keuzes

68 Architectonische keuzes Voorbeeld: zoveel mogelijk glas

69 Architectonische keuzes Voorbeeld: zoveel mogelijk glas overschrijdingsuren <40

70 Architectonische keuzes Voorbeeld: zoveel mogelijk glas zonder zonwering

71 Architectonische keuzes Voorbeeld: zoveel mogelijk glas zonder zonwering Zonder ventilatie is een glasoppervlak van 1.6 m2 mogelijk Met ventilatie is een oppervlak van 10.6 m2 mogelijk

72 Samenvatting Resultaten Ontwerpoverwegingen kunnen op een eenvoudige manier vroeg in het ontwerpproces getoetst worden.

73 Architectonische keuzes Voorbeeld: ventilatiemogelijkheden

74 Conclusie Uit resultaten blijkt dat (Nacht)ventilatie een effectief middel is om oververhitting tegen te gaan. De architect heeft invloed op ventilatie debiet door het plaatsen van openingen. De rekentool biedt de architect de mogelijkheid om een ontwerp te toetsen. Uitkomsten rekentool komen bij benadering overeen met uitkomsten andere rekentools.

75 Aanbevelingen: Kleinere tijdsstappen Model geschikt maken voor meerdere zones Extra onderzoek naar het inzetten van de rekentool in de EPG berekening (NEN 7120).

76