De rekenresultaten laten zien

Transcriptie

1 Nieuwe beoordelingsmethode thermische binnenklimaat Thermische behaaglijkheid in kantoren Sinds kort is er in Nederland, naast de TO en GTOmethode, een nieuwe methode beschikbaar om het thermische binnenklimaat in kantoren te beoordelen, namelijk de in ISSOpublicatie 74 omschreven TGmethode. Omdat met deze methode nog geen ervaring is opgedaan is een rekenstudie uitgevoerd als feed back uit de ontwerppraktijk. Daarbij is uitgegaan van een zogenaamd bètagebouw waarin het binnenklimaat voornamelijk door de klimaats wordt bepaald en waarin de adaptatie een ondergeschikte rol speelt. door ir. E.N. t Hooft*, ir. C.P.G. Roelofsen, CFM* en ir. K. Bedeke* De rekenresultaten laten zien dat s die zijn ontworpen op basis van de huidige GTOmethode (150 weeguren) in alle beschouwde situaties, ongeacht het jaar, type of oriëntatie, niet voldoen aan de nieuwe methode (klasse B; 80 % acceptatie). Dit betekent dat gebouwen, waarvan het binnenklimaat voorheen aan de eisen voldeed, volgens de nieuwe beoordelingsmethode thans niet meer voldoen. De nieuwe methode blijkt dus strenger te zijn dan de huidige methode, terwijl vanwege de adaptatie juist een minder strenge eis zou worden verwacht. De berekeningen tonen verder aan dat s die zijn gedimensioneerd op basis van de GTOmethode (150 weeguren) ook niet voldoen aan klasse C (65 % acceptatie) van de TGmethode. en de nieuwe TGmethode (klasse B: 80 % acceptatie) voor bètagebouwen, is het de vraag of de nieuwe methode, die toepassing van geavanceerde klimaats noodzakelijk maakt, in de huidige vorm kan rekenen op een brede acceptatie binnen het vakgebied. INLEIDING In Nederland is het gebruikelijk de richtlijnen van de Rijksgebouwendienst te hanteren ter beoordeling van het thermische binnenklimaat in kantoren gedurende de zomer. De in de richtlijnen gegeven methoden (TOen GTO) en criteria, die zijn afgeleid van het Fangermodel, hebben zich in de praktijk bewezen en zijn goed bruikbaar als hulpmiddel bij het ontwerpen en toetsen van de klimaats in vooral gebouwen waarin het klimaat door de s wordt bepaald. Onderzoek heeft echter aangetoond dat voornoemde methoden hun beperkingen hebben als het gaat om natuurlijk geventileerde gebouwen, gebouwen met individuele mogelijkheden om het binnenklimaat te beïnvloeden en het effect van adaptatie [1]. Vanwege deze beperkingen is een voor Nederland nieuwe beoordelingsmethode ontwikkeld, speciaal gericht op natuurlijk geventileerde gebouwen. Recent is ISSOpublicatie 74 Thermische behaaglijkheid eisen voor de binnentemperatuur in gebouwen verschenen [2]. Hierin worden nieuwe richtlijnen gepresenteerd voor de beoordeling van het thermische binnenklimaat in kantoren. Deze richtlijnen houden rekening met adaptatie van de gebouwbewoners aan hogere buitentemperaturen. Op grond van nieuwe inzichten is gebleken dat bij een periode van warm weer hogere binnentemperaturen dan verwacht toch als acceptabel worden ervaren. De acceptatie aan een hogere binnentemperatuur is significant groter in gebouwen met te openen ramen en in gebouwen met individuele mogelijkheden om het thermische binnenklimaat naar eigen wens te beïnvloeden. De nieuw ontwikkelde indicator is in principe geschikt voor gebouwen met veel of weinig gebruikersinvloed en met te openen ramen. Daarnaast is de methode ook geschikt voor het beoordelen van het binnenklimaat in gebouwen met geheel gesloten gevels, met koeling en mechanische ventilatie. Om gevoel voor de nieuwe methode te ontwikkelen is een rekenstudie uitgevoerd als feed back uit de ontwerppraktijk. Daarbij worden de resultaten vergeleken met die volgens de huidige GTOmethode. Dit artikel doet hiervan verslag. BEOORDELINGSMETHODEN TOmethode Voor de beoordeling van het thermische binnenklimaat in kantoren gedurende de zomerperiode hanteert men in Nederland algemeen de richtlijnen van de Rijksgebouwendienst, die zijn gebaseerd op het thermofysiologische mensmodel van Fanger. De richtlijnen gaan uit van de primaire eis dat gedurende minimaal 90 % van de jaarlijkse werktijd de PMV (Predicted Mean Vote) ligt * BV Technical Management (TM) te mersfoort 64 KLIMTBEHEERSING

2 binnen het algemeen aanvaarde behaaglijkheidsgebied: 0,5 < PMV +0,5. Dit houdt in dat maximaal 10 % ontevredenen zijn toegestaan. Uitgaande van een 40urige werkweek gedurende 50 weken per jaar mag volgens het criterium maximaal 10 % van de werktijd de PMVwaarde buiten het behaaglijkheidsgebied liggen in: winterperiode 5 %: PMV 0,5 maximaal 100 uur per jaar zomerperiode 5 %: PMV +0,5 maximaal 100 uur per jaar. Voor de bepaling van het aantal over, respectievelijk onderschrijdingen wordt het referentiejaar 1964/1965 gehanteerd, waarbij geldt als: zomerperiode: t/m ; winterperiode: t/m ls normale werktijd wordt aangehouden tot uur, waarbij rekening wordt gehouden met een uur lunchpauze. Indien voor de bepaling van de PMVwaarde van kantooromstandigheden wordt uitgegaan kan de beoordeling van het thermische binnenklimaat beperkt blijven tot een beoordeling op basis van de luchttemperatuur. Bij een PMV= +0,5 hoort een luchttemperatuur van ca. 25,5 C die wordt afgerond op 25 C. Hoge binnentemperaturen worden beperkt door hieraan specifieke eisen te stellen. Het criterium voor de beoordeling van het binnenklimaat in de zomer volgens de TOmethode luidt: T lucht 25 C niet meer dan 5 % van de jaarlijkse werktijd (100 uur per jaar); Tlucht 28 C niet meer dan 2 % van de jaarlijkse werktijd (20 uur per jaar). De TOmethode heeft als bezwaar dat, uitgaande van dezelfde criteria voor alle typen gebouwen, de kwaliteit van het thermische binnenklimaat in gebouwen met weinig accumulatie wezenlijk slechter is dan die in gebouwen met veel accumulatie. Om deze reden heeft de Rijksgebouwendienst de GTOmethode ontwikkeld. GTOmethode Bij de GTOmethode wordt niet de luchttemperatuur als maatstaf gehanteerd, maar het aantal overschrijdingsuren van PMV = +0,5, dat op basis van het percentage ontevredenen (PPD: Predicted Percentage of Dissatisfied) als volgt wordt gewogen: PPD x tijd = constant. Uren met kleine overschrijdingen worden licht gewogen, terwijl die met grotere overschrijdingen zwaarder meetellen. De som van de gewogen overschrijdingsuren (aantal weeguren in werktijd op jaarbasis) mag niet meer dan 150 bedragen. Deze waarde is gekozen om goede aansluiting te krijgen met de oude TOmethode. TGmethode De nieuwe indicator om het thermische binnenklimaat te beoordelen is ontwikkeld op basis van onderzoek van Brager en De Dear [1]. Daaruit is gebleken dat in natuurlijk geventileerde gebouwen adaptatie aan hogere buitentemperaturen optreedt: bij een periode van warm weer worden hogere binnentemperaturen dan verwacht toch als acceptabel ervaren. Er wordt dan ook getoetst op met de buitentemperatuur meeglijdende binnentemperatuurgrenzen, de adaptieve temperatuurgrenswaarden (TG), die afhankelijk zijn van het type gebouw. Er wordt onderscheid gemaakt in alphagebouwen met natuurlijke ventilatie en bètagebouwen, waarin het binnenklimaat in hoofdzaak door s wordt bepaald om tegemoet te komen aan de verschillen in de mate van adaptatie. Er zijn drie kwaliteitsklassen voor het thermische binnenklimaat gedefinieerd: Klasse : acceptatie 90 % (hoge eisen aan comfort). Klasse B: acceptatie 80 % (goed binnenklimaat in standaardsituaties). Klasse C: acceptatie 65 % (in tijdelijke situaties). Er wordt, afhankelijk van het gebouwtype, getoetst of de binnentemperatuur (= operatieve temperatuur) zich binnen de bij de gewenste acceptatie behorende bandbreedte bevindt. De grenswaarden verlopen met de buitentemperatuur: bij hogere buitentemperaturen zijn hogere binnentemperaturen toelaatbaar. Binnen de klasse zijn geen overschrijdingen van de grenswaarde toegestaan. De acceptatie is het percentage gebouwgebruikers dat gedurende de gebruikstijd het binnenklimaat als comfortabel ervaart. Klasse B (80 % acceptatie) zou overeenkomen met de huidige beoordelingsmethode (GTOmethode) die uitgaat van 90 % van de tijd minimaal 90 % tevredenen. Indien hoge eisen worden gesteld aan het binnenklimaat kan klasse worden aangehouden. Voor situaties waarin minder zware eisen gelden, is klasse C ingevoerd, die uitgaat van een 65 % acceptatie. Deze klasse is niet van toepassing op nieuwbouwprojecten. Hiervoor geldt minimaal klasse B. REKENSTUDIE lgemeen Het merendeel van de nieuwbouwkantoren betreft gebouwen waarin koeling en mechanische ventilatie noodzakelijk is om het binnenklimaat te beheersen. Het gaat hierbij om gebouwen van het bètatype waarin het thermische binnenklimaat door de s wordt bepaald en waarin adaptatie een ondergeschikte rol speelt. De rekenstudie richt zich dan ook op dit type gebou Referentiejaar N O Z W B Beschouwde varianten. TBEL 1 TVVL magazine 12/

3 Ontwerpmethode Debiet/ Koelcap. N O Z W GTOmethode TGmethode 1964 m 3 /h m 3 /h * 1964 W W m 3 /h * *** *** 1994 m 3 /h *** *** 1964 W ** 1.200** 1994 W ** 2.200** * Overschrijding van zesvoudige ventilatie (in praktijk niet gewenst) ** Overschrijding van maximale lokale capaciteit van ca. 55 W/m 2 *** Geen ontwerp mogelijk (ventilatievoud te hoog en te veel onderschrijdingen) Ventilatievoud bij lokale koeling: 2 m 3 /(h.m 3 ), overeenkomend met 110 m 3 /h, Ti = 16 C (in zomer) De lokale koeling wordt verzorgd door fancoilunits of inductieapparaten. Benodigde debieten en koelvermogens bij de ontwerpmethoden. TBEL 2 TO / GTOmethode TGmethode antal Overschrijdingen (u/j) weeguren 2) Tmax ( C) T 25 C T 28 C PMV 0,5 Klasse 90 % Overschrijding bovengrens (u/j) Klasse B 80 % Klasse C 65 % N , O , Z , W , N , O , Z , W , N , O , Z , B W , N , O , Z , betreft luchttemperatuur 2) getoetst op maximaal 150 weeguren W , Overzicht berekeningsresultaten bij ontwerp volgens GTOmethode. TBEL 3 wen. Om verschillen tussen de oude en nieuwe beoordelingsmethode in beeld te brengen worden de volgende varianten beschouwd (tabel : Installatietype : Mechanische ventilatie met: Centrale warmwaterverwarming met lokale naregeling. Centrale verwarming en koeling van ventilatielucht met centrale regeling. 66 KLIMTBEHEERSING

4 TGmethode TO / GTOmethode Overschrijding bovengrens [u/j] Overschrijdingen [u/j] antal Tmax 2) weeguren [ C] Klasse 90 % Klasse B 80 % Klasse C T 28 C 2) PMV 0, N T 25 C 2) ,2 0 O ,9 0 Z 65 % W 1994 N ,6 5 O ,5 1 Z W B 1964 N ,3 0 O ,0 0 Z ,9 0 W , N ,6 17 O ,4 2 Z 40 0 getoetst op klasse B (0 overschrijdingsuren per jaar). 2 ) betreft luchttemperatuur ,9 0 W 30 0 Overzicht berekeningsresultaten bij ontwerp volgens TGmethode (klasse B). TBEL 4 Installatietype B: Mechanische ventilatie met: Centrale warmwaterverwarming met lokale naregeling. Centrale koudwaterkoeling met lokale naregeling. Centrale verwarming en koeling van ventilatielucht met centrale regeling. De bouwkundige en technische uitgangspunten zijn in de bijlage opgenomen. Resultaten De resultaten van de capaciteitsberekeningen voor een standaard kantoorvertrek zijn in tabel 2 samengevat. Daarbij is ervan uitgegaan dat de klimaats worden gedimensioneerd op basis van: de huidige GTOmethode (max. 150 gewogen overschrijdingsuren van PMV 0,5); de nieuwe TGmethode (klasse B: 80 % acceptatie 0 overschrijdingsuren per jaar). De vergelijkende berekeningen, die zijn uitgevoerd met het VBIprogramma V114 (DOSversie 1.39) en het bijbehorende visualisatieprogramma (v 1.50), zijn in tabel 3 (GTOmethode, toetsing op maximaal 150 weeguren) en in tabel 4 (TGmethode klasse B, toetsing op 0 overschrijdingsuren) in beeld gebracht. Tevens zijn ter vergelijking de rekenresultaten volgens de andere methode vermeld. Beoordeling rekenresultaten De rekenresultaten tonen aan dat in alle beschouwde situaties de nieuwe TGmethode (klasse B) aanzienlijk strenger is dan de huidige GTOmethode (zie tabel 4). Dit ondanks het feit dat in principe rekening wordt gehouden met de invloed van adaptatie, die een mildere beoordeling doet verwachten. Dit blijkt echter niet het geval te zijn. Niet duidelijk is hoe dat mogelijk is omdat uit de publicatie van Brager en De Dear tevens blijkt dat bij het hier onderzochte gebouwtype (bètagebouw) er bij PMV = 0 geen verschillen zijn tussen de Fangermethode en de adaptieve methode. De berekeningen tonen verder aan dat s, die zijn gedimensioneerd op basis van de GTOmethode (150 weeguren) ook niet voldoen aan klasse C. Ontwerpt men de klimaats op basis van de nieuwe TGmethode (klasse B) dan blijkt dat: Bij type (koeling uitsluitend d.m.v. ventilatielucht) het in een groot aantal beschouwde situaties niet mogelijk is een binnenklimaat te realiseren dat aan de eisen voldoet, omdat het daarvoor vereiste luchtdebiet een zesvoudige luchtwisseling overschrijdt (geen economische oplossing met kans op tocht) en het aantal onderschrijdingen van PMV < 0,5 te hoog is (onbehaaglijk koud). Bij type B (basisventilatie, aangevuld met lokale koeling) kan slechts met moeite aan de nieuwe beoordelingsmethode worden voldaan indien een groot lokaal koel TVVL magazine 12/

5 vermogen wordt geïnstalleerd. De vereiste koelcapaciteit bedraagt ten opzichte van de GTOmethode (150 weeguren) in sommige situaties meer dan het dubbele en kan in enkele gevallen niet worden gerealiseerd omdat maximale vermogens worden overschreden. Tevens is optimalisering van setpoints en dode band tussen verwarmen en koelen van belang, waarbij erop moet worden gelet dat het aantal onderschrijdingen van PMV < 0,5 niet te groot is. Het is opvallend dat in enkele gevallen de wintersituatie bepalend is en niet de zomersituatie. De rekenstudie toont aan dat in bètagebouwen zelfs bij toepassing van zware conventionele klimaats met ventilatorconvectoren of inductieapparaten als eindapparaten slechts met moeite aan de nieuwe ontwerpmethode volgens klasse B kan worden voldaan. Dit wordt nog problematischer als een klasse klimaat wordt verlangd. De nieuwe TGmethode, zoals gepresenteerd in ISSOpublicatie 74, tendeert dus duidelijk naar toepassing van meer geavanceerde klimaats met lokale verwarming en koeling, waarbij de energieoverdracht in hoofdzaak door straling plaatsvindt (koelplafonds, klimaatplafonds en betonkernactivering). Bij deze s kan in de zomer door aanwezigheid van koele vlakken de operatieve temperatuur worden verlaagd, zodat makkelijker aan de nieuwe TGmethode kan worden voldaan. Uit de berekeningen blijkt verder dat de keuze van het jaar, invloed heeft op de dimensionering van de klimaats, ondanks het feit dat de grenswaardetemperatuur met de buitentemperatuur meeglijdt. Dit is verklaarbaar omdat het binnenklimaat vooral door de zoninstraling wordt bepaald en nauwelijks door de buitentemperatuur. Ten behoeve van het ontwerp moet duidelijk zijn van welk jaar moet worden uitgegaan. en de nieuwe TGmethode (klasse B) voor bètagebouwen is het de vraag of de nieuwe methode, die toepassing van geavanceerde klimaats noodzakelijk maakt, in de huidige vorm kan rekenen op een brede acceptatie binnen het vakgebied. CONCLUSIE Sinds kort is er in Nederland, naast de TO en GTOmethode, een nieuwe methode beschikbaar om het thermische binnenklimaat in kantoren te beoordelen, namelijk de in ISSOpublicatie 74 omschreven TGmethode. Omdat met deze methode nog geen ervaring is opgedaan, is een rekenstudie uitgevoerd als feed back uit de ontwerppraktijk. Daarbij is uitgegaan van een zogenaamd bètagebouw waarin het binnenklimaat voornamelijk door de klimaats wordt bepaald en waarin de adaptatie een ondergeschikte rol speelt. De rekenresultaten laten zien dat s die zijn ontworpen op basis van de huidige GTOmethode (150 weeguren) in alle beschouwde situaties, ongeacht het jaar, type of oriëntatie, niet voldoen aan de nieuwe methode (klasse B; 80 % acceptatie). Dit betekent dat gebouwen, waarvan het binnenklimaat voorheen aan de eisen voldeed, volgens de nieuwe beoordelingsmethode thans niet meer voldoen. De nieuwe methode blijkt dus strenger te zijn dan de huidige methode, terwijl vanwege de adaptatie juist een minder strenge eis zou worden verwacht. De berekeningen tonen verder aan dat s die zijn gedimensioneerd op basis van de GTOmethode (150 weeguren) ook niet voldoen aan klasse C (65 % acceptatie) van de TGmethode. en de nieuwe TGmethode (klasse B: 80 % acceptatie) voor bètagebouwen, is het de vraag of de nieuwe methode, die toepassing van geavanceerde klimaats noodzakelijk maakt, in de huidige vorm kan rekenen op een brede acceptatie binnen het vakgebied. LITERTUUR 1.De Dear, R., Brager, G., Cooper, D., Developing an daptive Model of Thermal Comfort and Preference, Final Report SHRE RP884, ISSOpublicatie 74, Thermische behaaglijkheid eisen voor de binnentemperatuur in gebouwen, 2004 BIJLGE Uitgangspunten bij de temperatuuroverschrijdingsberekeningen type vertrek :tussenvertrek op tussenverdieping afmetingen vertrek :3,6 x 5,4 x 2,7 m (b x d x h) bruto vloerhoogte :3,6 m glaspercentage :35 % t.o.v. buitengevel Uwaarde beglazing :1,1 W/(m 2.K) ZTwaarde beglazing :0,32 LTwaarde beglazing :0,61 binnen/buitenzonwering :geen interne warmte van personen : 8 W/m 2 interne warmte van apparatuur :20 W/m 2 geïnstalleerd verlichtingsvermogen :12 W/m 2 bezettingsgraad :100 % infiltratievoud :0,3 m 3 /(h.m 3 ) ventilatievoud bij lokale koeling :2,0 m 3 /(h.m 3 ) ventilatiesysteem :mechanische toe en afvoer plenumafzuiging :via verlichtingsarmaturen bedrijfstijd s : uur werkperiode : uur inblaastemperatuur in werktijd :16 C (in zomer) inblaastemperatuur na werktijd :Tbuiten + vent. en kanaalopwarming ventilator en kanaalopwarming :1,5 K nachtventilatie :als Tverschil binnenbuiten > 2 K in bij Truimte = 23 C uit bij Truimte = 20 C ventilatie via te openen ramen :geen minimum ruimtetemperatuur in werktijd :22 C minimum ruimtetemperatuur na werktijd :18 C metabolisme :1,2 met kledingweerstand :0,7 Clo (in zomer) Rcwaarde buitenwand :2,5 m 2.K/W buitenwand (buiten binnen) :100 mm gevelsteen 40 mm spouw 80 mm isolatie (steenwol) 200 mm prefabbeton tussenvloer : 5 mm tapijt 50 mm afwerklaag 220 mm kanaalplaatvloer 600 mm spouw 20 mm verlaagd plafond binnenwand :12,5 mm gipsplaat 75 mm steenwol 12,5 mm gipsplaat. 68 KLIMTBEHEERSING