PROJEKTOWANIE ENERGOOSZCZĘDNYCH BUDYNKÓW PODSTAWĄ ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU*ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU*

Nie ma większej potrzeby, aby uzasadniać dążenie do minimalizacji zużycia energii w systemach grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Motywacja tych dążeń przesunęła się z potrzeby ograniczania kosztów i obecnie znacznie ważniejsza stała się motywacja wynikająca z konieczności oszczędzania niewystarczających zasobów naturalnych i ograniczania emisji ditlenku węgla. Jednakże, jak zawsze motywacje ekonomiczne będą dominować. Ponadto, obserwowany trend bardziej ambitnego projektowania architektonicznego sprzyja rozwojowi umiejętności inżynierów projektowania niskoenergetycznych rozwiązań. Może być tak, że zastosowanie jakiegoś materiału konstrukcyjnego w budynku zmniejsza zużycie energii, jednakże należy uwzględniać również energię potrzebną do jego wytworzenia. Stąd projektowanie energooszczędnych budynków, sprzyjające zrównoważonemu rozwojowi wymaga analizowania całego cyklu życia budynku, od jego konstrukcji do rozbiórki.

Najprawdopodobniej energia zużyta w całym okresie eksploatacji budynku będzie znacznie większa od tej jak zostaje zużyta przy wytworzeniu materiałów budowlanych i instalacji. W konsekwencji projektowanie w kierunku minimalizacji zużycia energii „od samego początku” jest najbardziej właściwym rozwiązaniem. Należy przy tym pamiętać, że instalacja grzewczo-wentylacyjna będzie w cyklu życia budynku kilkakrotnie wymieniona oraz, że zagadnienie komplikuje zmieniający się klimat zewnętrzny. Budynek i związane z nim systemy mogą przybrać w cyklu życia budynku różne formy i prawdopodobnie tych zmian nie można przewidzieć. Z rozsądną dokładnością można jednak przewidzieć zmiany klimatu w okresie następnych około 80 lat (Hulme i in. 2002).

Przewidywania te oparto na numerycznym modelu ziemskiego klimatu na który nałożono kilka różnych scenariuszy emisji ditlenku węgla.

Na przykład UKCIP¹ Medium High Scenario (Hulme i in. 2002) przewiduje do około 2080 roku globalny wzrost temperatury o 3,3K. W tabeli 2.1 zestawiono przewidywany globalny wzrost temperatury następnych latach. Dla innego scenariusza, nazywanego 2050s przewidywany globalny wzrost temperatury wynosi 2K.

Tabela 3.1 Przewidywane zmiany klimatyczne Lata Wzrost globalnej

temperatury (K)

1980 0

2020 0,9

2050 1,9

2080 3,3

Jeśli znaleziony zostanie sposób modyfikowania obecnych danych klimatycznych to będzie możliwe wiarygodne przewidywanie przyszłego zużycia energii w budynkach w zależności od przyjętego scenariusza globalnych zmian klimatu.

W niedawno zrealizowanym projekcie CIBSE TM 36 2005² analizowano wpływ zmian klimatycznych na funkcjonowanie niskoenergetycznych budynków w Wielkiej Brytanii. Te badania wskazują, jak można się było spodziewać, że dobre niskoenergetyczne projekty są najlepszym rozwiązaniem na przyszłość. Wynikają z nich

1 United Kingdom Climate Impact programme.

2 CIBSE: Chartered Institution of Building Services Engineers, 222 Balham High Road, London SW12 9BS, UK

* autor: Michael Holmes

Building Services Engineering Group, Department of Civil and Building Engineering, Loughborough University

tytuł oryginału: Low Energy Design Techniques for a Sustainable Future, tłumaczenie i redakcja: Zbigniew Popiołek

również cztery podstawowe zasady niskoenergetycznego, zrównoważonego projektowania:

• Wyłączanie;

• Rozpraszanie;

• Przewietrzanie;

• Chłodzenie.

To znaczy, należy minimalizować zyski ciepła (montując żaluzje) i zapobiegać zyskom wewnętrznym przez wyłącznie ich źródeł. Wpływ zysków ciepła można redukować spłaszczając szczytowe przebiegi za pomocą pojemności cieplnej budynku.

Systemy wentylacji powinny posiadać właściwe układy sterowania i regulacji tak, aby zyski ciepła były usuwane a nie dodawane, na przykład przez nawiewanie zewnętrznego powietrza wtedy, gdy ma ono temperaturę wyższą od temperatury w budynku (warunek sprzeczny z wymaganiami jakości powietrza). W tym przypadku mechaniczna wentylacja może być bardziej odpowiednia niż systemy wentylacji naturalnej. Jeśli te sposoby zawiodą, chłodzenie w szczytowych godzinach może być wymagane. Dlatego system nazywany popularnie „mieszanym” wydaje się być najbardziej odpowiednim dla przyszłych budynków. Rysunek 3.1 ilustruje związek pomiędzy rodzajem chłodzenia budynku a obciążeniami cieplnymi.

Ponieważ w budynkach zlokalizowanych np. w centrach miast, ze względu na hałas i zanieczyszczenie powietrza nie można otwierać okien, będą one nadal wymagać klimatyzacji. W tych warunkach ww. zasady są nadal ważne, chociaż zwykle z powodu dokładnie regulowanej temperatury wątpliwa jest możliwość wykorzystania bezwładności cieplnej budynku. Oprócz minimalizowania obciążeń cieplnych klimatyzowanego pomieszczenia ważne jest, aby minimalizować obciążenia urządzenia ziębniczego i wentylatorów. To oznacza konieczność optymalizacji swobodnego chłodzenia i zmniejszanie, praktycznie do minimum, strat ciśnienia systemu rozdziału powietrza.

Rys. 3.1.

Typowe systemy chłodzenia pomieszczeń

W niektórych budynkach, które posiadają system wentylacji naturalnej powietrze dostarczane przez duże betonowe kanały, jeżeli takie kanały stosowane są w przypadku wentylacji naturalnej dlaczego nie mogą być zastosowane w przypadku wentylacji

NISKOENERGETYCZNE KONWENCJONALNE

MECHANICZNEPASYWNE

Obciążenia cieplne Poj. cieplna

Wentyl. natur.

Went. wyporowa Chodzony sufit

Belki chłodzące

Klimakonwektory

Zmienna ilość powietrza

mechanicznej? Nie można tego generalizować, jednakże warto zauważyć, że transport energii w systemach wodnych (klimakonwektory, aktywne i pasywne belki chłodzące itp.) jest zwykle mniejszy aniżeli w systemach powietrznych. W tym przypadku projektowanie oddzielnego systemu wentylacji i systemu chłodzenia może być bardziej odpowiednie dla przyszłych niskoenergetycznych budynków.

W rozdziale skupiono się na zademonstrowaniu zasad niskoenergetycznego projektowania polegającego na połączeniu aktywnego i pasywnego chłodzenia. Należy jednak pamiętać, że energia zużywana na ogrzewanie może być również znacząca.

Generalnie w europejskich przepisach zwraca się większą uwagę na ogrzewanie aniżeli na chłodzenie (chociaż ulegnie to zmianie po wprowadzeniu Dyrektywy o Charakterystyce Energetycznej Budynków, EC 2003). Dlatego nie ma potrzeby podkreślać konieczności stosowania dobrej izolacji cieplnej i szczelności powietrznej budynków oraz konieczności odzysku ciepła. Przestrzec należy jednak przed tym, że stosowanie takich samych otworów wentylacyjnych w oknach lub nawietrzakach do chłodzenia latem i do wentylacji zimą może prawdopodobnie prowadzić do nadmiernego zużycia ciepła. Może to wystąpić zwłaszcza wtedy, gdy stosowane są automatycznie regulowane otwory nawiewne.

Przyczyna jest prosta, wentylacja latem wymaga dużych otworów a zimą małych. Jest mało prawdopodobne, aby otwarcie dużych otworów mogło być tak modulowane, że zapewni wymaganą zimą małą powierzchnię tych otworów. Aby uniknąć takiej nadmiernej wentylacji należy zapewnić dodatkowe szczeliny nawiewne, przez które zimą będzie napływać powietrze do pomieszczeń.

Zasady niskoenergetycznego projektowania zostaną zaprezentowane na przykładzie kilku budynków zbudowanych niedawno w Wielkiej Brytanii. Wybrane zostały takie, które były zbadane po oddaniu do użytku (PROBE 2001) i mogą być uważane za przykłady dobrego projektowania. Przykłady demonstrują zaawansowane sposoby wentylacji naturalnej i magazynowania ciepła, zastosowanie nowoczesnych, niskoenergetycznych systemów chłodzenia i mieszanego trybu działania w warunkach obecnego klimatu w Wielkiej Brytanii, z uwzględnieniem możliwych przyszłych zmian klimatu. Aby wykazać poprawność działania tych budynków przedstawiono wyniki badań uzyskane w czasie ich użytkowania.

Niskoenergetyczne projektowanie, zwłaszcza wentylacji naturalnej prowadzi do działania mniej odpornego na ekstremalne warunki klimatyczne. Należy zatem przy projektowaniu wykorzystywać takie dane klimatyczne, które właściwie odwzorowują rzeczywisty klimat. Zagadnienia komfortu cieplnego są prawdopodobnie jeszcze ważniejsze, gdyż im większe są dopuszczalne zmiany wewnętrznych warunków, tym większe są możliwości oszczędności energii. W pierwszym podrozdziale przedstawiono krótki przegląd zagadnień związanych z klimatem i komfortem, po którym zaprezentowano te charakterystyczne cechy, które wpływają na wybór strategii niskoenergetycznego projektowania. Na zakończenie przedstawiono przykładowe rozwiązania.

Klimat i komfort

Szczegółowa dyskusja tych zagadnień wykracza poza zakres tego rozdziału.

Zagadnienia związane z klimatem są przedstawione szczegółowo w CIBSE Guide Book J (CIBSE 2002), jest również wiele publikacji dotyczących kryteriów stosowanych do oceny komfortu³. W niniejszym rozdziale przedstawiono własne podejście do projektowania, pozwalające na osiągnięcie pożądanych warunków wewnętrznych. Dane klimatyczne są

3 Dwa główne modele, deterministyczny i adaptacyjny zostały przedstawione przez Fangera 1970 oraz Brager’a i de Dear’a 2001

rozpatrywane w celu oceny działania budynku i związanego z nim systemu ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji a nie do zaprojektowania tego systemu. Z tego względu, jedyną właściwą drogą uzyskania informacji o budynku jest zastosowanie metod symulacyjnych do oceny jego działania. Wykorzystać w tym celu można odpowiedni program komputerowy symulujący wymianę ciepła i masy w budynku w ciągu całego roku z maksymalnie jedno-godzinnym krokiem czasowym.

Klimat

Dla zmniejszenia wpływu naturalnej zmienności pogody między poszczególnymi latami World Meteorological Organisation definiuje klimat w trzydziestoletnim okresie czasu, tymczasem inżynierowie projektujący instalacje wewnętrzne w budynkach rozpatrują jeden rok. Dlatego ważne jest, aby rok wybrany do oceny działania budynku reprezentatywnie odwzorowywał pogodę występującą na przestrzeni wielu lat. Taki rok nazywany jest zwykle Rokiem Referencyjnym (TRY – Test Reference Year). Metodyka wyboru Roku Referencyjnego jest różna w różnych krajach (patrz np. CIBSE 2002), jednakże cele są takie same; skonstruować taki zestaw 12 miesięcy, aby był on reprezentatywny dla przeszłości (powiedzmy minionych 20 lat). Mało prawdopodobne jest, aby taki Rok Referencyjny zawierał ekstremalne dane i o ile jest on odpowiedni do przewidywania zużycia energii, to nie jest odpowiedni do oceny działania budynku w trudniejszych warunkach. Aby taką ocenę przeprowadzić, potrzebny jest rok zawierający dane o okresowo wyższych niż przeciętnie temperaturach⁴.

CIBSE, aby spełnić te wymagania, wprowadził koncepcję Projektowego Roku Ciepłego (DSY – Design Summer Year, CIBSE 2002). DSY jest kompletnym rokiem, w którym średnia temperatura w miesiącach letnich jest wartością środkową górnego kwartyla zbioru otrzymanego za okres około 20 lat. Prawdopodobieństwo, że jakiś rok będzie cieplejszy od DSY wynosi około 1/8. Przeznaczeniem roku DSY jest ocena ryzyka przegrzania i dlatego jest on odpowiedni do oceny działania zaawansowanych systemów wentylacji naturalnej budynków. Przewidywanie zużycia energii powinno być jednak określane na podstawie odpowiedniego Roku Referencyjnego – TRY. Na rysunku 3.2 przedstawiono porównanie rozkładów temperatury termometru suchego odpowiadające klimatom TRY i DSY dla Londynu.

Dane przedstawione na rys. 3.2 dotyczą przeszłości. Przy projektowaniu służącym zrównoważonemu rozwojowi ważne jest, aby otrzymać pogląd jak budynek i jego systemy będą działać w czasie ich przyszłej eksploatacji. W tym celu konieczne jest wygenerowanie danych klimatycznych, które będą reprezentatywne dla przyszłości.

Należy więc uwzględnić przewidywane zmiany klimatyczne. Sposób wygenerowania takich danych przedstawili Becher i in. 2005, wykorzystali oni scenariusz zmian klimatu opracowany przez UKCIP (Hulme i in. 2002). Rysunek 3.3 ilustruje jak dla Londynu w trzech przedziałach czasu, przyjmując scenariusz średnio wysokiej emisji mogą zmienić się dane klimatyczne DSY. Jeżeli zajdą takie zmiany to jest wysoce prawdopodobne, że w środku tego stulecia chłodzenie okaże się niezbędne. Przedstawione tutaj przykłady wykorzystano do zademonstrowania efektu zmian klimatycznych.

Chociaż efekt wzrostu temperatury będzie niekorzystny latem, to korzystny będzie zimą, powodował bowiem będzie zmniejszenie zapotrzebowania ciepła na ogrzewanie, ilustruje to rys. 3.4. Dane przedstawione na rys. 3.4 obliczone zostały na podstawie przewidywanej liczby stopnio-dni dla Londynu i nie dotyczą jakiegoś konkretnego budynku.

4 Jest mało prawdopodobne aby taki rok był reprezentatywny w przeszłości jeśli uwzględni się przewidywany scenariusz przyszłych zmian klimatu.

Rys. 3.2.

Rozkłady temperatury termometru suchego odpowiadające klimatom:

Rok Referencyjny - TRY i Projektowy Rok Ciepły - DSY dla Londynu.

Rys. 3.3.

Przewidywane przyszłe rozkłady temperatury klimatu DSY, dane dotyczą Londynu

0 100 200 300 400 500 600 700

-5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33

Dry bulb temperature (C)

Hours TRY

DSY

Temperatura termometru suchego, ^oC

Liczba godzin

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Dry bulb temperature (°C)

% Year exceeded

1989 2020s 2050s 2080s

% roku o temperaturze przekraczającej

Temperatura termometru suchego, ^oC

Rys. 3.4.

Możliwe w przyszłych latach zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło Komfort

Istnieją pewne, niewielkie wątpliwości czy w budynkach wyposażonych w systemy wentylacji naturalnej można zastosować do regulacji temperatury w strefie przebywania teorię opracowaną przez Fangera 1970. Niskoenergetyczne projektowanie odchodzi od utrzymywania ściśle ustalonych warunków i często umożliwia użytkownikom stosowanie indywidualnej regulacji. W budynkach, w których zastosowano mieszany tryb pracy naturalna wentylacja będzie dotąd stosowana, dopóki użytkownicy nie będą odczuwać, że mechaniczne chłodzenie jest konieczne. Przy projektowaniu i ocenie działania takich budynków ważne jest, aby dysponować kryteriami, którymi można ocenić przegrzanie (wystąpienie zbyt wysokie temperatury). Wiele różnych sposobów podejścia wzięto pod uwagę przy sprecyzowaniu pojęcia przegrzanie (Eppel and Lomas 1992). Z wyjątkiem jednej holenderskiej normy (jest ona obecnie rewidowana, Raue i in. 2004), w której wykorzystywana jest metoda Fangera Przewidywanej Średniej Oceny, PMV, inne normy zwykle określają przez jaki procent czasu (w czasie przebywania ludzi w pomieszczeniu) określona wartość temperatury nie może być przekroczona. Ostatnie badania (Nicol i Humphries 2001) sugerują, że osoby przebywające w pomieszczeniu posiadają zdolności adaptacyjne i będą odczuwały komfort w znacznie szerszym zakresie warunków, aniżeli te wynikające z równania równowagi cieplnej Fangera. ASHRAE Standard 55 2001 jest przykładem jak ‘akceptowalne’ warunki wewnętrzne (temperatura operacyjna) zmieniają się wraz ze średnio-miesięczną temperaturą termometru suchego, patrz rys. 3.5.

Można również określić granice komfortu wykorzystując równanie równowagi termicznej Fangera. Rysunek 3.6 przedstawia wyniki obliczeń Odsetka Niezadowolonych PPD uzyskane przy założeniu małej prędkości ruchu powietrza i równości temperatury powietrza ze średnią temperaturą promieniowania. Wyniki wskazują, że jeśli umożliwi się użytkownikom dostosowywanie rodzaju odzieży to będą oni akceptowali znacznie szerszy zakres temperatury. Rysunek 3.6 wskazuje na dwie progowe wartości temperatury, 25 ^oC powyżej której osoby ubrane w lekki strój biurowy zaczynają odczuwać gorąco i 28 ^oC powyżej której nawet osoby ubrane w bardzo lekką odzież będą odczuwać gorąco.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1989 2020s 2050s 2080s

% 1989 consumption% zużycia ciepła z roku 1989

Rys. 3.5.

Adaptacyjny model komfortu (zgodnie z ASHRAE)

Chartered Institution of Building Services Engineers (CIBSE) definiując przegrzanie tradycyjnie określał dwie graniczne wartości temperatury, 25 °C i 28 °C, pierwsza wartość graniczna nie powinna być przekraczana przez więcej aniżeli 5% roku a druga, nie więcej niż 1% roku (20 godzin). Obecna opinia CIBSE odnośnie maksymalnej temperatury jest taka, że w swobodnie eksploatowanych budynkach temperatura rzadko może przekraczać 28 °C (powiedzmy przez 20 godzin w ciągu jednego roku) przy maksymalnej akceptowalnej temperaturze 30 °C. CIBSE rozważa również stosowanie adaptacyjnego modelu komfortu.

Rys. 3.6.

Zakresy akceptowalnej temperatury (niski Odsetek Niezadowolonych, PPD) wyznaczone z równania równowagi termicznej Fangera

Na rysunku 3.7 przedstawiono jak zmiany klimatyczne mogą wpłynąć na górną graniczną adaptacyjną temperaturę komfortu, obliczenia wykonano wykorzystując dane, które zawiera rys. 3.5 i bazowe dane dla klimatu DSY dla Londynu. Interesujące jest, że chociaż temperatura wzrośnie znacząco w latach 2080-tych (patrz rys. 3.3) to maksymalna adaptacyjna temperatura komfortu jest nieznacznie wyższa od 29 °C, oznacza to, że pod koniec 21 stulecia w południowo-wschodniej Anglii niezbędne będzie chłodzenie budynków.

Rys. 3.7.

Górne granice adaptacyjnego komfortu w 21 stuleciu, dla Londynu

Jest trochę wątpliwe, aby metoda adaptacyjna znalazła akceptację u tych, którzy projektują niskoenergetyczne budynki. Podejście, które zostanie prawdopodobnie przyjęte przez CIBSE (CIBSE Guide A 2005) różni się od ASHRAE tym, że średnio-miesięczna temperatura została zastąpiona średnią-bieżącą temperaturą. Średnią-bieżącą temperaturę można obliczyć z wzoru:

1

1 (1 ) ⁻

− + −

= _rmⁿ _dmⁿ

nrm

T c cT

T (3.1)

n

Trm jest średnią-bieżącą w dniu n.

−1 n

Trm jest średnią-bieżącą w dniu n-1.

−1 n

Tdm jest średnią dobową temperaturą w dniu n-1.

c=0.8

Gdy średnia-bieżąca temperatura jest > 10 °C zaleca się, aby górna akceptowalna wartość temperatury była obliczana jako:

n =

T 0,33T_rmⁿ+20,8 (3.2)

Podobne podejście może zostać zastosowane w Holandii (Raue 2004), gdzie idea ta została rozszerzona na budynki, które podlegają klasyfikacji w zależności od dopuszczalnych zmian temperatury neutralnej (komfortu). Według tej klasyfikacji w budynkach typu Alfa użytkownicy mają dobra możliwość regulacji swojego środowiska, w budynkach typu Beta takiej możliwości nie mają. Dobrych efektów

20 22 24 26 28 30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Month

Operative temperatur (°C)

1989 2020s 2050s 2080s

Temperatura operacyjna, o C

Miesiąc

niskoenergetycznego projektowania można oczekiwać w budynkach typu Alfa. Neutralną temperaturę dla tych budynków można obliczyć z zależności:

ref

Dopuszczalne odchyłki od temperatury neutralnej zależą od tego do jakiej kategorii⁵ budynek został zaliczony. Odchyłki te zestawiono w tabeli 3.2.

Tabela 3.2. Zalecane poziomy akceptowalności Kategoria %

Ważnym zagadnieniem nie jest sama metoda zdefiniowania akceptowalności ale, że wytyczne projektowania budynków nie posiadających klimatyzacji odchodzą od sztywnych definicji komfortu, w kierunku rozpoznania akceptowalnych granicznych parametrów środowiska, do których ludzie mogą się zaadaptować. W tym kontekście służbowy uniform z marynarką i krawatem to jest mało prawdopodobne, aby użytkownicy czuli się komfortowo w budynkach nie wyposażonych w system mechanicznego chłodzenia.

Strategie projektowania

Niskoenergetyczne projektowanie to proces minimalizacji mechanicznego chłodzenia przy zachowaniu akceptowalnego środowiska wewnętrznego. Jaką metodą można to uzyskać i czy w ogóle można to uzyskać, zależy od:

o Klienta – czy zaakceptuje on coś poza klimatyzacją?

o Położenia – czy panuje hałas i/lub duże zanieczyszczenie powietrza?

o Budynku – wąska zabudowa?

o Użytkowania budynku – 24 godzinne przebywanie osób?

o Przepisów projektowych – czy są jakieś specjalne wymagania odnośnie funkcjonowania budynku?

5 W chwili pisania niniejszego tekstu kategorie te nie zostały ściśle zdefiniowane, zaproponowano jedynie samą koncepcję.

Dodatkowo, oprócz ww. czynników, projektowanie energooszczędnych budynków wymaga, aby zyski ciepła były minimalizowane. Oznacza to konieczność stosowania żaluzji słonecznych, kontroli oświetlenia (maksymalnego wykorzystania światła dziennego – co jest sprzeczne z żaluzjami słonecznymi) i dobrego zarządzania zyskami wewnętrznymi (wyłączanie nie używanych urządzeń).

Projektanci w różny sposób opisują niskoenergetyczne budynki. W rozdziale stosowana jest następująca terminologia⁶.

Rys. 3.9.

Koncepcja budynku

Budynek z zaawansowana wentylacją naturalna: Strategia wentylacji tego budynku zakłada włączenie regulacji strumienia i kierunku przepływu powie-trza wentylacyjnego wywołanego siłami naturalnymi. Obrotowy kaptur ulokowany na szczycie budynku zapewnia właściwy kierunek przepływu powietrza w budynku, rys. 3.9.

Powietrze przepływa w dół masywnymi kanałami do przestrzeni podpodło-gowych a następnie do poszczególnych biur. Ta koncepcja była analizowana teoretycznie (Holmes i McGowan 1997) i może działać. Istniejące zaawan-sowane, wentylowane naturalnie budynki są opisane w podrozdziale przedstawiającym przykładowe rozwią -zania.

6 Jest to opis autora, z którym być może wiele osób się nie zgodzi, Autor jest jednak przekonany, że jest on odpowiedni dla aktualnych potrzeb.

Rys. 3.8.

Gateway 2

Budynek naturalnie wentylowany: To budynek zabudowany w wąskim planie, wentylowany przez otwieranie okien przez użytkowników. Może być zabudowany wokół dziedzińca lub nawet posiadać wewnętrzne atrium zwię ksza-jące przepływ powietrza przez budynek.

Dobrym przykładem tego typu budynku jest zaprojektowany przez Arup Associates budynek Gateway 2 (Holmes 1985). Strategię wentylacji tego budynku ilustruje rys. 3.8. Stosując rozlegle żaluzje i masywne kasetonowe skle-pienia temperatura wewnętrzna rzadko przewyższa temperaturę zewnętrzną. Niestety zwiększenie zysków wewnę trz-nych spowodowało konieczność zastoso-wania klimatyzacji.

Rys. 3.10.

Eastgate House

Budynek wentylowany mechanicznie:

takie budynku posiadają zwykle centralny wentylator lub klima-konwektory którymi dostarczane jest powietrze wentylacyjne. Przykład:

Eastgate House Harare, Zimbabwe, zilustrowany jest na rys.3.10. Powietrze wentylacyjne dostarczane jest do pustki podpodłogowej. Umożliwia to chłodzić nocą podłogę. Budynek zabudowano wokół centralnego dziedzińca, dzięki temu napływające powietrze chłodzone jest przez odparowanie. Stwierdzono⁷, że budynek działa właściwie w gorących porach roku.

Pozostałe dwie kategorie budynków to:

Budynek o mieszanym trybie działania: Zwykle jest to jeden z przedstawionych powyżej budynków ale posiadający mechaniczny system chłodzenia, który zapewnia zmniejszenie temperatury wewnętrznej latem.

Budynek klimatyzowany: Posiada szczelne okna a chłodzenie możliwe jest przez cały rok. Warunki wewnętrzne są ściśle regulowane. W tym przypadku energooszczędność wymaga optymalizacji instalacji klimatyzacyjnej przez minimalizację równoczesnego ogrzewania i chłodzenie powietrza i energii zużywanej przez wentylatory.

Schemat blokowy przedstawiony na rys. 3.11 zaczerpnięto z najnowszej wersji CIBSE Application Manual for Natural Ventilation (CIBSE 2005) przedstawia on procedurę wyboru najbardziej odpowiedniej strategii chłodzenia.

7 Arup użytkuje ten budynek, nie ma łatwo dostępnych publikacji opisujących jego działanie.

Rys. 3.11.

Procedura wyboru optymalnej strategii chłodzenia budynku wg. CIBSE 2005

Przykładowe rozwiązania

W niniejszym rozdziale zaprezentowano kilka przykładowych rozwiązań niskoenergetycznych budynków. W nieco uproszczony sposób, przedstawiono istniejące w Wielkiej Brytanii budynki i najważniejsze cechy projektów. Te budynki to:

o Szkoła – nowy budynek, wentylacja naturalna, zastosowane szyby wentylacyjne;

o Biurowiec – mieszany tryb pracy, niskoenergetyczny system adiabatycznego chłodzenia;

o Biurowiec – masywna konstrukcja, powietrze dostarczane przez płyty podłogowe;

o Biurowiec – zaawansowana, inteligentna wentylacja naturalna;

o Budynek z mieszanym trybem chłodzenia – wyniki inspekcji.

Nie przedstawiono przykładu budynku klimatyzowanego ponieważ intencją autora jest zaprezentować, jak poprzez dobry projekt można zminimalizować konieczność pełnej klimatyzacji budynku w warunkach klimatycznych Projektowego Roku Ciepłego (DSY) dla Londynu.

Autor wyraża podziękowanie Chartered Institution of Building Services Engineers (CIBSE) za zgodę na wykorzystanie ilustracji budynków i systemów zawartych w TM36 (CIBSE 2005). Przykłady zaczerpnięto z TM36, jednakże analizy różnią się od tych jakie stosuje CIBSE przy adaptacyjnej ocenie przegrzania budynku.

Opisywane w tym rozdziale obliczenia symulacyjne wykonano przy użyciu programu komputerowego ENERGY2, który został opracowany przez Arup Research + Development. W programie tym przenikanie ciepła przez przegrody obliczane jest metodą różnic skończonych, program wykorzystuje godzinowe dane klimatyczne (przy czterech krokach czasowych w ciągu jednej godziny) i strefowy model przepływu powietrza.

Opisywane w tym rozdziale obliczenia symulacyjne wykonano przy użyciu programu komputerowego ENERGY2, który został opracowany przez Arup Research + Development. W programie tym przenikanie ciepła przez przegrody obliczane jest metodą różnic skończonych, program wykorzystuje godzinowe dane klimatyczne (przy czterech krokach czasowych w ciągu jednej godziny) i strefowy model przepływu powietrza.

W dokumencie Energooszczędne kształtowanie środowiska wewnętrznego (Stron 22-48)