Berekening van de zontoetredingsfactor van Zonwering & Beglazing combinaties.

Transcriptie

1 Afdeling Energie en Gebouw Berekening van de zontoetredingsfactor van Zonwering & Beglazing combinaties. Vergelijking tussen vereenvoudigde en gedetailleerde genormaliseerde berekeningsmethodes Auteurs : Guillaume Lethé, Gilles Flamant 27 Oktober 2011 Dit rapport werd opgesteld in het kader van de activiteiten van de Normen- Antenne Energie en binnenklimaat ' en met de financiële steun van FOD Economie

2 Inhoudstabel 1. DOEL VAN DE STUDIE NORMATIEVE VERWIJZINGEN EIGENSCHAPPEN VAN BEGLAZINGEN EN ZONWERINGEN BEGLAZINGEN ZONWERINGEN BEREKENING VAN DE ZONTOETREDINGSFACTOR VOLGENS DE VEREENVOUDIGDE METHODE BEREKENING VAN DE ZONTOETREDINGSFACTOR VOLGENS DE GEDETAILLEERDE METHODE BEREKENINGSPROGRAMMA EN HYPOTHESES RANDVOORWAARDEN RESULTATEN BESLUIT BIJLAGE: DETAILS VAN DE RESULTATEN VAN DE GEDETAILLEERDE BEREKENINGSMETHODE /14

3 1. DOEL VAN DE STUDIE In dit rapport worden aan de lezer de resultaten van een onderzoek gepresenteerd dat bestaat uit de vergelijking van twee berekeningsmethoden van de zontoetredingsfactor (g-waarde) van verschillende combinaties van beglazingen met zonweringen van het type rolgordijn (binnen- en buitentoepassing). Enerzijds zijn de berekeningen gemaakt volgens een vereenvoudigde methode (de norm EN ) en anderzijds volgens een gedetailleerde methode (de normen EN en ISO 15099). Vier systemen parallel aan de beglazing werden geëvalueerd: licht of donker rolgordijn, geplaatst aan de binnen- of buitenzijde van de beglazing. 2. NORMATIEVE VERWIJZINGEN EN A1/AC Zonwerende voorzieningen gecombineerd met beglazing - Berekening van zon- en lichtdoorlatendheid - Deel 1: vereenvoudigde methode (2008) EN AC Zonwerende voorzieningen gecombineerd met beglazing - Berekening van totale zon-energiedoorlatendheid en lichtdoorlatendheid - Deel 2: gedetailleerde berekeningsmethode (2006) ISO Thermal performance of windows, doors and shading devices Detailed calculations (2003) EN Zonneschermen en luiken - Thermisch en visueel comfort - Prestatiekenmerken en classificatie (2005). 3. EIGENSCHAPPEN VAN BEGLAZINGEN EN ZONWERINGEN 3.1 BEGLAZINGEN In bijlage A van de norm EN norm worden 4 referentiebeglazingen vermeld, waarvan de opbouw hieronder wordt beschreven: Beglazing A: enkele heldere beglazing 4 mm Beglazing B: dubbele heldere beglazing 4/12/4 met luchtvulling Beglazing C: dubbele beglazing 4/16/4 met lage emissiviteitscoating aan kant 3 en Argon gasvulling Beglazing D: dubbele reflecterende beglazing 4/16/4 met lage emissiviteitscoating aan kant 2 en Argon gasvulling De bijlage van de norm geeft de globale thermische en fotometrische eigenschappen van de totale beglazing en van iedere laag (glas et gasspouw) van deze beglazingen (zie tabel 1Error! Reference source not found.). 3/14

4 Beglazing U [W/m²K] g [-] e [-] e [-] e' [-] beglazing A beglazing B beglazing C beglazing D Tabel 1 : thermische en fotometrische eigenschappen van de beglazingen van de norm EN14501 Aangezien de spectrale gegevens niet vermeld worden in de norm en de berekening van de zontoetredingsfactor volgens de gedetailleerde methode de kennis van de fotometrische spectrale gegevens vereist, zijn 4 andere beglazingen gekozen (hierna A*, B*, C* en D* genoemd) waarvan de globale thermische en fotometrische eigenschappen dicht in de buurt komen van deze van de 4 referentiebeglazingen van de norm EN De globale karakteristieken van deze beglazingen worden in de tabel hieronder gegeven: Beglazing U [W/m²K] g [-] e [-] e [-] e' [-] beglazing A* beglazing B* beglazing C* beglazing D* Tabel 2 : thermische en fotometrische eigenschappen van de in deze studie onderzochte beglazingen 3.2 ZONWERINGEN In het kader van deze studie, zijn twee zonweringdoeken onderzocht. Het eerste doek bestaat uit een licht en weinig absorberend weefsel met relatief hoge transmissie- en reflectiecoëfficiënten. Het tweede doek bestaat uit een donker en sterk absorberend weefsel met relatief lage transmissie- en reflectiecoëfficiënten. Deze weefsels worden respectievelijk «light» en «dark» genoemd in de volgende tabellen en grafieken. De tabel hieronder vermeldt alleen de globale transmissie- en reflectiecoëfficiënten van beide onderzochte weefsels maar de gegevens zijn afkomstig van spectrale waarden die op voorhand gemeten werden met behulp van een spectrofotometer. Voor de berekening volgens de vereenvoudigde methode zijn de globale waarden van de fotometrische eigenschappen gebruikt terwijl voor de berekening volgens de gedetailleerde methode de spectrale waarden zijn gebruikt. type e,n-h e,n-dif e,n-n e,n-h e',n-h v,n-h v,n-dif v,n-n v,n-h v ',n-h uv OF Dark 7.8% 1.1% 6.8% 11.3% 11.2% 7.7% 0.8% 6.9% 12.2% 12.1% 7.4% 6.9% Light 19.2% 14.9% 4.3% 68.1% 68.5% 18.3% 13.8% 4.5% 76.8% 77.4% 5.0% 4.5% Tabel 3 : fotometrische eigenschappen van de onderzochte zonweringen 4/14

5 De volgende waarden worden gegeven : - Lichttransmissie: normaal-hemisferisch v,n-h + normaal-diffuus v,n-dif + normaalnormaal v,n-n - Energetische transmissie: normaal-hemisferisch e,n-h + normaal-diffuus e,n-dif + normaalnormaal e,n-n - UV : normaal-hemisferische transmissie in het UV-gebied - v,n-h (resp. ' v,n-h ) : normaal-hemisferische lichtreflectie van de zijde die gericht is naar de zon (respectievelijk naar binnen) - e,n-h (resp. ' e,n-h ): normaal-hemisferische energetische reflectie van de zijde die gericht is naar de zon (respectievelijk naar binnen) - OF : Openheidsfactor ( Openness Factor ) 4. BEREKENING VAN DE ZONTOETREDINGSFACTOR VOLGENS DE VEREENVOUDIGDE METHODE Tabel 4 en Tabel 5 vermelden de zontoetredingsfactor van de combinatie zonwering + beglazing die berekend is volgens de vereenvoudigde methode EN , waarbij gebruik werd gemaakt van de globale eigenschappen van de referentiebeglazingen (A, B, C en D) en deze van de beglazingen A*, B*, C* en D*. Er kan vastgesteld worden dat de zontoetredingsfactoren van de beglazingen A*, B*, C* en D*, zoals berekend volgens de norm, heel dicht aanleunen bij deze van de beglazingen A, B, C en D. Om de zontoetredingsfactoren volgens de vereenvoudigde en de gedetailleerde methodes nauwkeurig met elkaar te kunnen vergelijken, worden ze gegeven tot 3 cijfers na de komma in tabel 5. Type Toep. Beglazing A Beglazing B Beglazing C Beglazing D Light ext Light int Dark ext Dark int Tabel 4: Zontoetredingsfactor van de combinatie zonwering & beglazing (beglazingen A, B, C en D) Type Toep. Beglazing A* Beglazing B* Beglazing C* Beglazing D* Light ext Light int Dark ext Dark int Tabel 5: Zontoetredingsfactor van de combinatie zonwering & beglazing (beglazingen A*, B*, C* en D*) 5/14

6 Error! Reference source not found.figuur 1 hieronder toont dezelfde resultaten voor de beglazingen A*, B*, C* et D* in grafische vorm. Figuur 1: Zontoetredingsfactor van de combinatie Zonwering & beglazing volgens de vereenvoudigde methode (beglazingen A*, B*, C* et D*) 5. BEREKENING VAN DE ZONTOETREDINGSFACTOR VOLGENS DE GEDETAILLEERDE METHODE 5.1 Berekeningsprogramma en hypotheses De berekening van de zontoetredingsfactor volgens de gedetailleerde methode is uitgevoerd met behulp van het programma WIS v3.01. Er werd uitgegaan van volgende hypotheses: - Spectrale fotometrische eigenschappen van de zonwering en van de beglazing. - Normale inval van de zonnestraling ten opzichte van het verticaal vlak gevormd door de zonwering, conform de norm EN Een volledig diffuse reflectie van het weefsel van het zonweringdoek en een transmissie die een diffuse en een directe component bevat, zodat de berekening zo precies mogelijk kan gebeuren (zie de norm ISO 15099). 5.2 Randvoorwaarden Referentievoorwaarden en zomervoorwaarden Er wordt rekening gehouden met twee reeksen voorwaarden, zoals beschreven in de norm EN : a) referentievoorwaarden: deze moeten worden gebruikt voor de vergelijking van producten en voor de berekening van de gemiddelde zonnewinsten tijdens de periode van verwarming b) zomervoorwaarden: deze beschrijven meer extreme voorwaarden. Ze worden gebruikt voor de evaluatie van het comfort en voor de berekeningen van de koellast. 6/14

7 Beglazing Er wordt verondersteld dat de beglazing zich in verticale positie bevindt met een hoogte en breedte van telkens 1 m. Voor beglazingen met beperkte afmetingen, is het effect van wijzigingen in hoogte en breedte van de beglazing op de zontoetredingsfactor gering. Zonwering De zonwering wordt evenwijdig met en op een afstand van 5 cm van de beglazing geplaatst. Het effect op de zontoetredingsfactor van de wijziging in afstand tussen de beglazing en de binnenzonwering is gering. Ventilatie van de luchtlaag tussen de zonwering en de beglazing De zontoetredingsfactor is bepaald voor verschillende ventilatievoorwaarden van de luchtlaag tussen de zonwering en de beglazing: a) niet geventileerde zonwering b) natuurlijk geventileerde zonwering, waarbij men veronderstelt dat de bovenste opening gesloten is en dat de laterale openingen en de onderste opening volledig open zijn. Het effect van het ventilatievoud op de zontoetredingsfactor is specifiek geëvalueerd voor de combinaties van verschillende zonweringen en (uitsluitend) de beglazing C*. 5.3 Resultaten De figuren 2 tot en met 5 vermelden de zontoetredingsfactor (g-waarde) van de combinatie zonwering & beglazing, berekend volgens de gedetailleerde methode voor elke beglazing, elke zonwering, elke voorwaarde (referentie / zomer) en elk beschouwd ventilatietype. Om de vergelijking tussen de vereenvoudigde en de gedetailleerde methode te vergemakkelijken, wordt op de figuren ook de waarde gegeven van de zontoetredingsfactor zoals berekend volgens de vereenvoudigde norm EN De tabellen 6 tot en met 9 (zie bijlage) vermelden bovendien de verschillende componenten van de zontoetredingsfactor: de directe component (dit wil zeggen de fractie van de invallende zonnestraling die rechtstreeks door de zonwering en de beglazing gaat) en de indirecte component (secundair genoemd), die zelf wordt onderverdeeld in 3 subcomponenten: thermische stralingsfactor (ir), convectiefactor (conv) en ventilatiefactor (ventil). Zoals hierboven vermeld raadt de norm aan om de referentievoorwaarden voor de berekening van de zontoetredingsfactor te gebruiken om verschillende producten te kunnen vergelijken. Meestal wordt beglazing C gebruikt, een dubbele beglazing 4/16/4 met een lage emissiviteitscoating op zijde 3 en een Argon gasvulling. Figuur 6 toont de resultaten voor de vier zonweringen, voor de beglazing C* en voor de referentievoorwaarden met natuurlijke ventilatie, en dit om een eerste vergelijking toe te laten een tussen de vereenvoudigde en gedetailleerde rekenmethoden. De analyse van de resultaten verkregen volgens de gedetailleerde methode van de norm EN (figuren 2 t.e.m. 5 hieronder) toont aan dat: 7/14

8 Voor een buitenzonwering, is de zontoetredingsfactor altijd kleiner wanneer de luchtspouw tussen de zonwering en de beglazing geventileerd wordt, wat logisch is aangezien ventilatie de warmteoverdracht bevordert naar de binnen- of buitenruimte, waar het zonweringdoek zich bevindt,. Voor de binnenzonwering is het even logisch dat de zontoetredingsfactor altijd groter is wanneer de luchtspouw tussen de zonwering en de beglazing geventileerd wordt. De zontoetredingsfactor is altijd kleiner onder referentievoorwaarden dan onder zomervoorwaarden, wat wordt verklaard door het feit dat de warmteoverdrachtscoëfficiënt door convectie buiten (h c,e ) hoger is onder referentievoorwaarden dan onder zomervoorwaarden. Dit geldt voor zowel buiten- als binnenzonwering. De verschillen in grootte van de zontoetredingsfactor enerzijds onder zomervoorwaarden en anderzijds onder referentievoorwaarden zijn des te meer uitgesproken wanneer de zonwering absorberend is. Op dezelfde manier is het effect van wijzigingen in ventilatie van de luchtspouw tussen beglazing en zonwering des te groter wanneer de zonwering absorberend is. Dit geldt voor zowel buiten- als binnenzonwering. Bovendien is het effect meer uitgesproken wanneer de beglazing thermisch minder isolerend is (hoge U-waarde). De vergelijking tussen de vereenvoudigde en gedetailleerde methode leert ons het volgende: De vereenvoudigde methode geeft (soms duidelijk) hogere waarden voor de zontoetredingsfactor dan de gedetailleerde methode, behalve in het geval van weinig absorberende buitenzonwering («Light»), waar de twee methoden goed overeenkomen (zie volgend punt). Voor een niet-absorberende buitenzonwering (figuur 2), is er een goede overeenkomst (afwijking kleiner dan 0.02) tussen de volgens beide methoden berekende zontoetredingsfactoren ongeacht de gebruikte randvoorwaarden. Voor een absorberende buitenzonwering (figuur 4), is de overeenkomst enkel goed onder zomervoorwaarden en zonder ventilatie van de luchtspouw. Over het algemeen is de laatste vaststelling logisch, aangezien deze voorwaarden de onderliggende hypotheses van de vereenvoudigde methode het meest benaderen. Voor een binnenzonwering (absorberend of niet), blijft het verschil tussen de vereenvoudigde en gedetailleerde methode het meest beperkt onder zomervoorwaarden en met ventilatie (gedetailleerde berekening). Tussen de waarden voor de zontoetredingsfactor is het verschil van de grootteorde van 0.02 tot 0.04 (in absolute waarde) voor de zonweringen die in deze studie zijn onderzocht, behalve voor de zonwering «light» in combinatie met de reflecterende beglazing D* (figuur 3). In het speciale geval dat de beglazing D* gecombineerd wordt met een binnenzonweringdoek «light», is er een grote spreiding in resultaten tussen de vereenvoudigde en gedetailleerde methoden: de overschatting van de zontoetredingsfactor met de vereenvoudigde methode ligt in de grootteorde van ongeveer Dit wordt deels verklaard door de selectieve aard van de beglazing D*; een berekening op basis van globale eigenschappen (zoals aangenomen in de norm EN ) overschat in dit geval de zontoetredingsfactor van de combinatie beglazing & zonwering. Bovendien wordt het effect van de hoge reflectie coëfficiënt bij de binnenzonwering onvolledig ingerekend in de vereenvoudigde methode. 8/14

9 Figuur 2: zontoetredingsfactor buitenzonwering «light» Figuur 3 : zontoetredingsfactor binnenzonwering «light» 9/14

10 Figuur 4 : zontoetredingsfactor buitenzonwering «dark» Figuur 5: zontoetredingsfactor binnenzonwering «dark» 10/14

11 Figuur 6 : zontoetredingsfactor samenvatting van de resultaten voor beglazing C* Invloed van het luchtdebiet tussen de zonwering en de beglazing Vooraleer in te gaan op de invloed van het luchtdebiet tussen de zonwering en de beglazing, willen we eerst in herinnering brengen dat de hierboven vermelde resultaten bekomen zijn voor twee duidelijk te onderscheiden gevallen: niet-geventileerde zonwering en natuurlijk geventileerde zonwering, waarbij uitgegaan is van een gesloten opening bovenaan en volledig vrije openingen lateraal en onderaan. Het effect van een wijziging in gedwongen ventilatievoud op de zontoetredingsfactor wordt meer in detail geëvalueerd voor de 4 zonweringen, gecombineerd met de beglazing C*. Uit figuur 7, kan afgeleid worden dat de zontoetredingsfactor van de absorberende zonweringen («dark») logischerwijze gevoeliger is voor ventilatie. Verder is zichtbaar dat boven 10 dm³/s (per lopende meter beglazing) is de invloed van de ventilatie op de zontoetredingsfactor vermindert. Merk ook op dat bij natuurlijke ventilatie het debiet, zoals bekomen door berekening voor de hierboven besproken gevallen, tussen 7 en 10 dm³/s per lopende meter beglazing ligt en zich dus in de zone bevindt waarin de invloed van de ventilatie niet te verwaarlozen is. 11/14

12 Figuur 7 : zomervoorwaarden en beglazing C*, invloed van de ventilatie op de zontoetredingsfactor 6. BESLUIT De gebruikte berekeningsmethoden kunnen duidelijk verschillende waarden voor de zontoetredingsfactor opleveren voor een systeem beglazing + zonwering, afhankelijk van de hypotheses die bij berekening worden aangenomen. Het is dus van essentieel belang om gestandaardiseerde hypotheses te gebruiken indien men zonweringen op dezelfde basis met elkaar wil vergelijken. De vereenvoudigde methode, beschreven in de norm EN , is een 'conservatieve' methode die toelaat om benaderende waarden te berekenen, die zich in het algemeen eerder aan de veilige kant bevinden voor de schatting van de koellast (overschatting van de zontoetredingsfactor). Deze studie heeft aangetoond dat de waarden voor de zontoetredingsfactor, bekomen door toepassing van deze vereenvoudigde methode bijna altijd (en soms aanzienlijk) groter zijn dan de waarden, bekomen door toepassing van de gedetailleerde methode zoals beschreven in de norm EN In het geval van buitenzonweringen is de overeenkomst tussen vereenvoudigde en gedetailleerde methode echter goed in het geval van lichte zonweringsdoeken en voor de andere zonweringsdoeken onder zomervoorwaarden en zonder ventilatie van de luchtspouw tussen zonwering en beglazing. Voor een binnenzonwering, is het verschil tussen vereenvoudigde en gedetailleerde methode het kleinst onder zomervoorwaarden en met ventilatie (voor de gedetailleerde berekening). Dit verschil tussen de waarden voor de zontoetredingsfactor is van de grooteorde van 0.02 tot 0.04 (in absolute waarde) voor de zonweringen in deze studie, met uitzondering van de lichte zonwering «light» in combinatie met de reflecterende beglazing D*. In dit geval is het verschil tussen beide methodes groot. De overschatting van de zontoetredingsfactor is van de grootteorde van 0.10 voor elk van de beschouwde voorwaarden. Om in deze situatie de zontoetredingsfactor nauwkeuring te kunnen inschatten, moet de gedetailleerde methode van de norm EN gebruikt worden. 12/14

13 BIJLAGE: details van de resultaten van de gedetailleerde berekeningsmethode g direct conv ventil ir Beglazing A* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing B* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing C* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing D* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Tabel 6: zontoetredingsfactor buitenzonwering «Light» g direct conv ventil ir Beglazing A* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing B* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing C* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing D* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Tabel 7: zontoetredingsfactor binnenzonwering «Light» 13/14

14 g direct conv ventil ir Beglazing A* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing B* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing C* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing D* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Tabel 8: zontoetredingsfactor buitenzonwering «dark» g direct conv ventil ir Beglazing A* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing B* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing C* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Beglazing D* Referentie niet geventileerd Referentie geventileerd Zomer niet geventileerd Zomer geventileerd Tabel 9 : zontoetredingsfactor binnenzonwering «dark» 14/14