Natuurlijke ventilatie van leslokalen

Transcriptie

1 Natuurlijke ventilatie van leslokalen Seminar Actiflow - CFD in de bouw 20 mei 2011 ir. Henk Versteeg

2 Inhoud presentatie Introductie LBP SIGHT Binnenmilieu basisscholen Ventilatie basisschool De Schakel in Utrecht CFD-onderzoek tochtrisico Metingen tochtrisico na oplevering

3 LBP SIGHT Onafhankelijk advies- en ingenieursbureau (sinds 1970) Vestigingen in Nieuwegein en Zetten Akoestisch laboratorium in Den Haag Momenteel ca. 100 medewerkers LBP SIGHT is onder meer actief op de volgende terreinen Akoestiek Bouwfysica Brandveiligheid Duurzaamheid Energie Gebiedsontwikkeling Grondzaken Lawaaibeheersing Milieu Rentmeesterij Ruimtelijke ordening Trillingen

4 Binnenmilieu basisscholen In 2007 praktijkonderzoek binnenmilieu basisscholen door LBP SIGHT in opdracht van Rijksoverheid 60 basisscholen onderzocht Luchtkwaliteit, akoestiek en klimaat Knelpunten: - luchtverversing stookseizoen - temperatuur zomerperiode - geluid installaties Tochtrisico van belang bij natuurlijke toevoer van ventilatielucht

5 Ventilatie basisschool De Schakel Utrecht Natuurlijke toevoer via gevel, mechanische afvoer vanuit leslokaal Verhoogde ventilatiehoeveelheid: CO 2 -concentratie maximaal ppm Eisen thermisch comfort winter: luchtsnelheid in verblijfszone maximaal 0,16 m/s (DR = 20%) Aandachtspunt: realisatie tochtvrije toevoer van ventilatielucht

6 Ventilatie basisschool De Schakel Utrecht Positionering luchttoevoer zo hoog mogelijk in gevel Mechanische afvoer vanuit lokaal luchttoevoer onafhankelijk van positie gevelkozijnen Spreiding luchttoevoer over gehele gevellengte

7 Ventilatie basisschool De Schakel Utrecht Toevoerlucht via suskast en openingen in gevel Opwarming luchtoevoer door convector in spoiler luchttoevoer langs plafond (coanda-effect)

8 Ontwerpprincipes minimalisatie tochtrisico gelijkmatige luchttoevoer (gehele gevellengte) toevoer buiten verblijfszone (zo hoog mogelijk) gebruik maken van coanda-effect (toevoer direct langs plafond via instelbare spoiler) temperatuur toevoerlucht (opwarming in spoiler)

9 CFD-onderzoek i.s.m. Actiflow (april 2009) - Luchtstromingspatronen - Optredende snelheden en temperaturen - optimalisatie ontwerp (spoiler, verwarming) - beoordeling tochtrisico

10 Modellering geometrie Gevelzijde lokaal Positionering afvoer Luchtspleet spoiler Inrichting, verblijfszone en doorsneden

11 Uitgangspunten berekeningen Buitentemperatuur (-5 C) Binnentemperatuur (20 C) Oppervlaktetemperaturen begrenzing ruimte Verhoging temperatuur toevoerlucht (+10 C) Afgifte vermogen verwarming, verlichting, personen Invloed inrichting

12 Variantberekeningen 4 varianten

13 Betere inschatting vermogen gevel Overschatting vermogen gevel Hoge snelheden op vloerniveau Meer menging op vloerniveau Te weinig opstuwende kracht bij gevel Te weinig worplengte door grotere luchtspleet spoiler

14 Resultaten CFD-onderzoek (1) Variant 2 geeft beste resultaat - geen overschrijding V max in bovenste deel van verblijfszone - Wél overschrijding V max in onderste deel van verblijfszone verblijfszone V =0,16 m/s

15 Resultaten CFD-onderzoek (2) Luchtstroming teruggaand naar gevel Invloedsfactoren: verwarming, hoogte luchtspleet maar ook inrichting, meubilair en personen Vloerverwarming kan gunstige invloed hebben, wel aanpassing aanvangsnelheid

16 Conclusies CFD-onderzoek Tochtrisico in bovenste deel leefzone afdoende beperkt bij - luchtspleet 20 mm - capaciteit luchtverversing conform Bouwbesluit - opwarming toevoerlucht met 10 C Tochtrisico nabij vloerniveau: moeilijk om op basis van CFD berekeningen een realistische risico-inschatting te maken Hoogte toevoeropening spoiler variabel in te stellen Uitvoeren controlemetingen na oplevering - met welke instelling van toevoeropening wordt laagste tochtrisico bereikt

17 Praktijkonderzoek tochtrisico (2010) December controle metingen optredende luchtsnelheden Bij welke instelling het laagste tochtrisico?

18 Praktijkonderzoek tochtrisico

19 Praktijkonderzoek tochtrisico DR = Draught Rate = percentage gehinderden ten gevolge van tocht (NEN-EN-ISO 7730) Turbulentie-intensiteit in % Gemiddelde luchttemperatuur in C gemiddelde luchtsnelheid in m/s Bij v = 0,16 m/s en t = 20 C en Tu = 40% -> DR = 20%

20 Praktijkonderzoek tochtrisico 22 december 2010 buitenluchttemperatuur -2,5 C binnenluchttemperatuur C Leslokaal identiek aan lokaal CFD-berekeningen Hoogte opening toevoer spoiler: 18 mm (v = 1,5 m/s) Temperatuur toevoerlucht +12,5 C Capaciteit ca. 710 m 3 /h

21 Praktijkonderzoek tochtrisico 11 meetposities 2 verschillende hoogten: 0,27 m (enkels) 0,83 m (nek) Hoogte luchtspleet: 15 mm (v = 1,8 m/s) en 18 mm (v = 1,5 m/s) Capaciteit ventilatiesysteem (CO 2 gestuurd): 710 m 3 /h en 260 m 3 /h

22 Resultaten praktijkonderzoek tochtrisico 710 m 3 /h spleethoogte 18 mm (v=1,5 m/s) 5 van 22 meetposities: DR > 15% 1 van 22 meetposities: DR > 20% 710 m 3 /h spleethoogte 15 mm (v=1,8 m/s) 1 van 22 meetposities: DR > 15% 1 van 22 meetposities: DR > 20% 260 m 3 /h spleethoogte 15 mm (v=0,7 m/s) 0 van 22 meetposities: DR > 10% Luchtstroming langs plafond (worplengte) komt goed overeen met CFD-simulaties (rookpatronen)

23 Conclusies praktijkonderzoek tochtrisico Zeer beperkt risico van tochtklachten ten gevolge van te hoge luchtsnelheden Alleen bij maximale stand ventilatiesysteem en lage buitentemperaturen (< 0 C) op enkele locatie DR > 20% Verhoging luchtsnelheid naar v=1,8 m/s heeft positief effect Bij hogere buitentemperaturen en/of lagere capaciteitstand ventilatiesysteem (CO 2 -gestuurd) lage luchtsnelheden in verblijfszone Resultaten bevestigen ervaringen gebruikers: geen tochtklachten Natuurlijke tochtvrije toevoer is ook mogelijk bij verhoogde ventilatiehoeveelheid (1.000 ppm) CO 2 -sturing is wenselijk

24 Evaluatie CFD-onderzoek geeft inzicht in potentiële locaties met thermisch discomfort CFD-onderzoek geeft ondersteuning bij kwalitatieve inschatting luchtstromingspatronen Keuze uitgangspunten en modellering kunnen grote invloed hebben op uitkomsten CFD-berekeningen (uitvoeren van gevoeligheidsanalyse noodzakelijk) Praktijkonderzoek luchtstromingspatronen / tochtrisico (achteraf) kan zinvolle aanvulling zijn op CFD-onderzoek (vooraf)

25 Einde Vragen, bespreking, discussie