1
Seminarie Duurzaam Gebouw Een zomer zonder actieve koeling, het is mogelijk! Leefmilieu Brussel Het ontwerp van een gebouw gericht op het verminderen van de koudebehoeften Anne-Laure MAERCKX Cenergie
Doelstellingen van de presentatie Hoe kunnen we een goed zomercomfort halen, zonder gebruik te maken van actieve koeling («airco»)? Verschillende concepten om klassieke koeling te vermijden: overzicht en toelichting 3
Overzicht Theorie: definitie van zomercomfort Beperken van de koudevraag: buiten Beperken van de koudevraag: binnen Voldoen aan de koudevraag op de minst energieverslindende manier Comfort verzekeren aan de hand van simulaties 4
Theorie: definitie van zomercomfort Comforttemperatuur Gemiddelde van de stralingstemperatuur en de temperatuur van de lucht Temperatuursoverschrijdingen PMV (Predicted Mean Vote), PPD volgens Fanger 5
Theorie: definitie van zomercomfort Temperatuursoverschrijdingen PMV (Predicted Mean Vote), PPD volgens Fanger Er naar streven dat 90% van de mensen gedurende 90% van de tijd tevreden zijn. 90% tevreden wil zeggen PMV = 0,5, ofwel 25ºC in «gemiddelde» kantooromstandigheden. 90% van de tijd wil voor een kantoor zeggen dat bij 2000 werkuren, er maar gedurende 200 uur een overschrijding mogelijk is: 100 in de winter en 100 in de zomer. 6 criteria voor oververhitting: max 100u > 25ºC.
Theorie: definitie van zomercomfort Temperatuursoverschrijdingen Adaptief model: het menselijk lichaam past zich aan naargelang de klimaatomstandigheden Norm NBN EN15251 : 2007 4 comfortcategorieën 7
Theorie: definitie van zomercomfort Temperatuursoverschrijdingen geklimatiseerde lokalen: Categorieën vs PMV PMV vs ingestelde T 8
Température opérative Theorie: definitie van zomercomfort Temperatuursoverschrijdingen niet-geklimatiseerde lokalen Definitie van andere comfortzones Nagaan of het gehaald wordt: dynamische simulatie of monitoring 35 C Limite_sup cat III 30 C Limite_sup cat II 25 C Limite_sup cat I 20 C Limite_inf cat I 15 C -15 C -10 C -5 C 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C 25 C 30 C Température de référence Limite_inf cat II Limite_inf cat III Bron: Matriciel 9
Theorie: definitie van zomercomfort Temperatuursoverschrijdingen niet-geklimatiseerde lokalen (openen van de vensters = basismethode om het binnenklimaat te regelen) 10
Theorie: definitie van zomercomfort Risico op oververhitting volgens de functie Woningen: beperkt risico (lage interne warmtelast) Tertiaire gebouwen (kantoren en scholen): verhoogd risico op oververhitting wegens hogere interne warmtelast (bezetting, kantoormateriaal, verlichting) 11
Actieve koeling vermijden: Strategie 1. Beperken van de vraag: Beperken van de zonnewinsten : Oriëntatie van de vensters Zonnewering voorzien Beperken van de interne winsten Verlichting Kantoorapparatuur Bezetting 2. De vraag op een «passieve» manier invullen REEDS VAN BIJ HET ONTWERP!!!! Intensieve nachtventilatie (night cooling) + thermische inertie Of stralingsplafonds via geothermische putten Ondersteuning via Canadese put en/of free-cooling (openen van de vensters om een luchtstroming te creëren) 3. Adhv simulaties, nagaan of het comfortniveau wordt bereikt NB: psychologisch comfort: mogelijke interacties tussen gebruikers en omgeving (bediening zonnewering, openen vensters) 12
Beperken van de koudevraag langs buiten VENSTERS Oriëntatie en oppervlakte residentiële gebouwen Vensters zoveel mogelijk op het zuiden: maximaliseren van de zonnewinsten tijdens de winter Beperkt vensteroppervlak gericht op oosten en westen: maximum 20% van de vloeroppervlakte Beperkt vensteroppervlak gericht op noorden: maximum 20% van de vloeroppervlakte Compromis tussen «beperken transmissieverliezen» en «maximaliseren zonnewinsten» 13
Beperken van de koudevraag langs buiten VENSTERS Oriëntatie en oppervlakte tertiaire gebouwen Beperkt vensteroppervlakte gericht op zuiden: maximum 20% van de vloeroppervlakte Beperkt vensteroppervlakte gericht op oosten en westen : maximum 20% van de vloeroppervlakte Vensters voornamelijk in noordgevel: maximaliseren van daglichttoetreding Compromis tussen «maximaliseren daglichttoetreding» en «beperken zonnewinsten» 14
Beperken van de koudevraag langs buiten VENSTERS EN ZONNEWERINGEN Zonnewerende beglazing Karakteristieken van de beglazing Ook mogelijk bij renovaties : zonnewerende film Typische waarden g = 0,10...0,45 Licht Transmissie = 0,10 0,45 Variant : beglazing spectrale selectiviteit g = 0,17 0,43 Licht Transmissie = 0,30 0,70 15
Beperken van de koudevraag langs buiten VENSTERS EN ZONNEWERINGEN Zonnewerende beglazing VOORDELEN : Goedkoop Geen onderhoud Lange levensduur Ongehinderd zicht naar buiten Voor kleine renovaties vaak de enige oplossing BEPERKINGEN: Het spiegeleffect kan soms als vervelend ervaren worden Niet stuurbaar Minder zonnewinsten tijdens de winter (niet compatibel met passief concept) Minder daglichttoetreding tijdens het hele jaar (m.u.v. de beglazing met spectrale selectiviteit) 16
Beperken van de koudevraag langs buiten ZONNEWERINGEN Binnenzonnewering Natuurlijke zonnewering Beweegbare buitenzonnewering schermen Beweegbare buitenzonnewering - lamellen Zie volgende presentatie (over zonneweringen) 17
Beperken van de koudevraag langs buiten ZONNEWERINGEN Regeling van de zonnewering Zeer belangrijk in tertiaire gebouwen Sturing mogelijk op basis van volgende elementen : Binnentemperatuur Luxwaarden langs buiten Zonne-intensiteit langs buiten [W/m²] Veiligheidsvoorzieningen tegen wind tegen vochtigheid tegen glazenwassers Manuele interventies mogelijk maken («overrule») 18
Beperken van de koudevraag langs binnen VERLICHTING Geïnstalleerd vermogen Regeling Maximum 10 W/m² voor kantoren TL hoogrendementsverlichting met elektronische ballast Vermijd halogeenverlichting en gloeilampen Daglichtcompensatie: «dimming» in functie van binnenvallend daglicht Aanwezigheidsdetectie 19
Beperken van de koudevraag langs binnen KANTOORAPPARATUUR EN MULTIMEDIA Geïnstalleerd vermogen Maximum 15 W/m² voor kantoren Vermijd dat toestellen nutteloos blijven aan staan: stel de slaapstand goed in Vaste PC Extra flat screen Laptop Printer Televisie 100 W 60 W 60 W 140 W 150 W 20
Beperken van de koudevraag langs binnen MENSELIJKE BEZETTING Geleverd vermogen Kledij Afhankelijk van de activiteit Gemiddeld 100W/persoon bij kantoorwerkzaamheden Verschil tussen man/vrouw Isolatiefactor «clo» van kledij Serieuze invloed op het comfortgevoel Afstappen van het verplichte kostuum: meer tolerantie bij hogere binnentemperaturen 21
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Nachtventilatie De gebouwmassa s nachts afkoelen met behulp van de relatief frisse buitenlucht in hoog debiet meestal 5 à 10 vol/h Nood aan thermische inertie Koudeopslag voor overdag Bereikbaarheid: geen valse plafonds Binnenlaten van gevelelementen (gemotoriseerd) Afvoer via : Openingen bovenaan in de traphal (schouweffect) Dakafzuiging (mechanisch) 22
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Nachtventilatie Nachtventilatie via de luchtgroep? weinig efficiënt: enkel als er geen andere oplossing is relatief hoog verbruik van de ventilatoren Beperkingen Kans op tochtstromen en akoestische storingen Privacy beschermen & inbraakbeveiliging (beveiligde openingen) Enkel mogelijk bij voldoende (en bereikbare) thermische massa Moeilijk toepasbaar bij residentiële projecten 23
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Nachtventilatie Goede praktische resultaten in kantoorgebouwen Performante methode voor passiefkoeling Verwacht comfort : uren oververhitting Aantal uur > 25 C beperkt tot 5% van de gebruikstijd Aantal uur > 28 C beperkt tot 1% van de gebruikstijd 24
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Bepalen van de luchtdebieten: vereiste debieten Nachtventilatie : 5...7 vol/h Het netto volume van de te koelen lokalen bepaalt het debiet Het exacte aantal verversingen moet worden bepaald obv dynamische comfortsimulaties Aanvullend op: Freecooling : 2...3 vol/h Het netto volume van de te koelen lokalen bepaalt het debiet Het exacte aantal verversingen moet worden bepaald obv dynamische comfortsimulaties 25
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Canadese put Synoniemen: geothermische of aardwarmtewisselaar, warmtewisselaar grond/lucht, grondbuis, provençaalse put Werkingsprincipe: de temperatuur van de grondbuis is relatief stabiel in de zomer wordt de aangezogen lucht licht gekoeld in de winter is de lucht licht voorverwarmd Uitvoering: Te plaatsen op een diepte van +/- 2 m Lengte +/- 50 m Hellingshoek 2% 26
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Canadese put Voor tertiaire projecten: vooral nuttig om de piektemperaturen af te vlakken Ontoereikend voor residentiële projecten: luchtdebieten te zwak om voldoende koelcapaciteit te genereren. 27
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Canadese put Risico op schimmelvorming en blijven staan van condensaat Een goede uitvoering is belangrijk! Voorzie de juiste hellingsgraad Gladde afwerking van de binnenwand noodzakelijk Lange terugverdientijd (lastige graafwerken) 28
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Geothermische opslag via boorputten (BEO) (boorgat-energieopslag) Vertikale aardwarmtewisselaar In combinatie met een warmtepomp Diepte 20 à 150m Warmte onttrekken in de winter Warmte toevoegen in de zomer Beperkingen Bodemkarakteristieken Koudevraag = warmtevraag 29
AAN DE KOUDEVRAAG VOLDOEN OP DE MINST ENERGIEVERSLINDENDE MANIER Koude-warmte opslag (KWO) een of meerdere bronnen op een honderdtal meter afstand van elkaar In functie van de koude- en warmtevraag wordt het ondergronds water uit een bron opgepompt en, nadat de warmteuitwisseling van koude of warmte heeft plaatsgevonden, wordt het opnieuw geïnjecteerd in een andere bron. 30
VALIDATIE MET BEHULP VAN SIMULATIES Van bij het ontwerp de te maken keuzes goed evalueren en hun impact op het comfort nagaan via simulaties Architecturale keuzes (% beglazing, type zonnewering, ) Technische keuzes (nachtventilatie, free-cooling, ) Welke types simulaties? Statische simulaties: met behulp van standaard maandwaarden (bv. EPB software, PHPP). Voordelen: snelle resultaten tegen een lage kostprijs. Nadelen: weinig gedetailleerde resultaten, weinig precies Voor de kleine gebouwen met een niet al te hoog risicio op oververhitting (woningen, ) 31
VALIDATIE MET BEHULP VAN SIMULATIES Welke types simulaties? Gedetailleerde dynamische simulaties (bv.: Trnsys, EnergyPlus, ) Voordelen: precisie, dwz gedetailleerd berekend tijdsinterval, gedetailleerde zonering, bezetting, Geven een goed beeld van de geschetste situatie Nadelen: gedetailleerde studie vereist inbreng gespecialiseerd studiebureau Voor gebouwen met belangrijk risico op oververhitting (bijna alle kantoorgebouwen, ) Dynamische simulaties gebaseerd op databasegegevens (bv. AlterClim) Voordelen: snelle resultaten, preciezer dan statische simulatie Nadelen: toch minder precies (in vgl met gedetailleerde dyn. simulatie) Resultaten kritisch te interpreteren 32
VALIDATIE MET BEHULP VAN SIMULATIES Resultaten? Indicatie van het risico op oververhitting Aantal uren met oververhitting, max. bereikte temp, oververhittingsindicator Bron: Cenergie 33
CONCLUSIE Actieve koeling vermijden is mogelijk als van meet af aan hiermee wordt rekening gehouden in het project. Vereist ingrepen op vlak van bouwschil (beglazing, zonnewering, ) en technische installaties (verlichting, ventilatie) Voor gebouwen met hoog oververhittingsrisico, moet het zomercomfort en de nood aan passieve koeling, worden ingeschat met behulp van gedetailleerde dynamische simulaties 34
Tools en interessante websites Site Energie + (www.energieplus-lesite.be/) Simulatietools (EPB, PHPP, AlterClim, Trnsys, EnergyPlus) Referentie uit de gids voor Duurzaam bouwen en andere bronnen : ENE03, ENE06, ENE07, ENE08, ENE13 35
Te onthouden uit deze uiteenzetting De koelstrategie moet van bij de projectstart goed doordacht worden Passieve klimaatregeling is enkel mogelijk in combinatie met een aanzienlijke beperking van de koudevraag De toegepaste concepten hangen af van de gebouwfunctie 36
Contact Anne-Laure MAERCKX Raadgever duurzaam bouwen Gegevens : 02/513 96 13 E-mail : anne_laure.maerckx@cenergie.be 37