Europese groep adviesbureaus in bouwfysica, akoestiek, lawaaibeheersing, milieutechniek, brandveiligheid

DAIDALOS PEUTZ

bouwfysisch ingenieursbureau

Europese groep adviesbureaus in bouwfysica, akoestiek, lawaaibeheersing, milieutechniek, brandveiligheid

Nieuwe technieken in de klimatisatie Inleiding: Duurzaam bouwen. Comfort en energieverbruik in verzorgingsinstellingen Filip Descamps Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau, www.daidalospeutz.be Vrije Universiteit Brussel, vakgroep architectuur, www.vub.ac.be/arch Jan Verheyen departement Industriële Wetenschappen en Technologie, Hogeschool Antwerpen Congres georganiseerd door de Vereniging voor Technische Diensthoofden in de Verzorgingsinstellingen, 27 september 2007, Schelle

Overzicht De tekst is opgebouwd uit acht hoofdstukken. In het eerste inleidende hoofdstuk schetsen we de context van duurzaam bouwen: comfort als primaire toetssteen, energieprestatie als secundaire toetssteen. In het tweede hoofdstuk worden de basisconcepten voor het beoordelen van thermisch comfort aangegeven. Deze concepten worden in het derde hoofdstuk gehanteerd om de comforteisen in verzorgingsinstellingen te formuleren. Hoofdstuk vier bevat een gevalstudie waarin maatregelen geformuleerd worden om het zomers discomfort in een consultatieblok te verbeteren. Hoofdstuk vijf vat de resultaten samen van een Nederlands onderzoek naar comfort en koelconcepten in verzorgingsinstellingen. Het zesde hoofdstuk voegt daaraan het energetisch programma van eisen toe. In het zevende hoofdstuk gaan we kort in op de economische aspecten bij het evalueren van ontwerpmaatregelen. In het laatste hoofdstuk formuleren we de besluiten, en doen we een oproep tot het opstellen van een energieprestatiebenadering van verzorgingsinstellingen.

Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau - VTDV

1

Inhoudstafel

1.

Duurzaam bouwen 1.1. Comfort als primaire toetssteen 1.2. Energieprestatie als secundaire toetssteen

2.

Beoordeling van thermisch comfort 2.1. Globaal thermisch comfort 2.2. Lokaal discomfort

3.

Comfortgerelateerde prestatiecriteria 3.1. Thermisch comfort 3.2. Binnenluchtkwaliteit 3.3. Hygrisch comfort 3.4. Visueel comfort 3.5. Prestatiecriteria op gebouwniveau 3.6. Specifieke prestatiecriteria

4.

Gevalstudie: zomercomfort in een consultatieblok 4.1. Binnenklimaatmetingen 4.2. Comfortenquete 4.3. Ventilatievoorzieningen 4.4. Interne warmtewinsten 4.5. Beoordeling van de situatie 4.6. Diagnose en maatregelen

5.

Koeling in patiëntenkamers

6.

Energetisch programma van eisen 6.1. Gebruikersgedrag 6.2. Energetisch gebouwbeheer en energiezorgsysteem

7.

Economische aspecten

8.

Besluit

9.

Referentieteksten 9.1. Normen 9.2. Publicaties


2

1. Duurzaam bouwen Bij het ontwerp van een gebouw starten de bouwheer en het ontwerpteam van een programma van eisen dat via een proces van voortdurend kiezen en beslissen wordt omgezet in plannen en bestekken. Bij het vastleggen van de ontwerpkeuzes moet het ontwerpteam elke deeloplossing en elk samenhangend scenario van deeloplossingen beoordelen op zijn intrinsieke kwaliteiten, op zijn economische haalbaarheid en op zijn interactie met andere ontwerpaspecten. Ontwerpkeuzes gebeuren immers binnen een strikt kader van randvoorwaarden: kosten, wettelijke en functionele eisen, technische mogelijkheden en veiligheidseisen, betrouwbaarheid, stedenbouwkundige eisen en duurzaamheidsaspecten. Duurzaam bouwen vergt een multidisciplinaire ontwerpbenadering waarbij uiteenlopende aspecten geïntegreerd worden: • functionele duurzaamheid ; • minimaal en ecologisch materiaalverbruik ; • rationeel waterverbruik ; • onderhoudsvriendelijkheid; • comfort, rationeel energiegebruik en het gebruik van duurzame energiebronnen.

1.1.

Comfort als primaire toetssteen

Comfort is een geïntegreerd en complex samenspel tussen verschillende factoren. Thermisch en akoestisch comfort, goede binnenluchtkwaliteit, gezonde en mooie materialen, panoramische zichten op het landschap, mooi en veel daglicht, goede ergonomie en goed geproportioneerde ruimten werken samen om een verblijfs- en werkomgeving te creëren waarbij de mens zich comfortabel voelt en waarbij deze omgeving een helende werking zal hebben. Het comfort van mensen, of de klimaatcondities die vereist zijn omwille van het gebruik van de ruimte (laboratoria, operatiekamers, …) primeren op energiezuinigheid: het streven naar een laag energieverbruik gaat niet ten koste van het gebruikerscomfort. Het gebruikerscomfort wordt bij de start van het ontwerpproces strikt vastgelegd in een programma van eisen, en het wordt tijdens een ontwerpproces voortdurend als primaire toetssteen gebruikt. We geven in het volgende hoofstuk een overzicht van de comfortaspecten met een belangrijke impact op energieverbruik: binnenluchtkwaliteit, daglichttoetreding, zomercomfort en regelmogelijkheden.

1.2.

Energieprestatie als secundaire toetssteen

Tot voor kort was de evaluatie van de energetische kwaliteit van een gebouw alleen gebaseerd op de thermische isolatiekwaliteit van de gebouwschil. Europees en internationaal groeide de consensus rond een energieprestatiebenadering van gebouwen. Bij deze aanpak blijft de thermische isolatiekwaliteit van de gebouwschil belangrijk, maar wordt ook aandacht besteed aan de energetische consequenties van ventilatie, koeling, bezonning en verlichting. Het is een boekhoudkundige benadering van het energieverbruik, die veel invoer vereist, en waarbij de impact van individuele maatregelen relatief klein is.


3

Hiërarchie van ontwerpmaatregelen Er bestaat een hiërarchie in de toe te passen ontwerpmaatregelen. De hiërarchie ontstaat uit de verschillen in levensduur tussen maatregelen, en uit de afhankelijkheid van de effectiviteit van sommige maatregelen van de randvoorwaarden.

Figuur 1. Energiebalans van een gebouw (stookseizoen) EN ISO 13790 De Trias Energetica legt drie hiërarchische niveaus vast: • beperk het energieverbruik door beperking van de vraag ; • gebruik duurzame energiebronnen ; • gebruik eindige energiebronnen efficiënt. In eerste instantie pogen we steeds de behoefte te minimaliseren. Een goede daglichttoetreding en een aanwezigheids- en daglichtgestuurde kunstverlichting, een regelbare zonnewering, een goede isolatiekwaliteit van de gebouwschil, en een aangepaste ventilatiestrategie zijn hierbij de cruciale factoren. Gebouwschilmaatregelen hebben een zeer lange levensduur en vormen een noodzakelijke voorwaarde voor de toepassing van passieve klimaattechnieken. In tweede instantie moet nagegaan worden op welke manier eventueel kan gebruik gemaakt worden van hernieuwbare energiebronnen. Op gebouwniveau vormen thermische en fotovoltaïsche zonne-energie, windenenergie, biomassa en koude- en warmteopslag in de bodem, de basismogelijkheden. Pas als derde en laatste stap worden maatregelen ingezet om de eindige energiebronnen op een efficiënte manier in te zetten: • energie-efficiënte verlichtingstoestellen ; • lage temperatuur verwarmingsystemen en hoge temperatuur koelsystemen ; • hybride ventilatie (combinatie mechanische – natuurlijke ventilatie) ; • vrije koeling ; • warmterecuperatie uit ventilatiestromen en lokalen met permanente interne warmtewinsten ; • frequentiesturing op motoren, pompen, ventilatoren en het beperken van snelheden in leidingen en kanalen om de drukverliezen te beperken en zo het hulpenergieverbruik te minimaliseren.


4

De implementatie van een energiezorgsysteem, gebaseerd op energieverbruiksmetingen vormt hiervan het sluitstuk.

VIPA versus energieprestatie De energieprestatie-aanpak is al sterk ingeburgerd in de energiewetgeving van onze buurlanden. Sinds 1 januari 2006 zijn ook de Vlaamse EPB-eisen van kracht. Voor gezondheidszorggebouwen bevatten de EPB-eisen echter nog geen bepaling van het E-peil (een maat voor het primair energieverbruik van het gebouw). We hanteren daarom voorlopig de Nederlandse aanpak voor de bepaling van de energieprestatie van gezondheidszorggebouwen. De formulering van het eisenniveau kan gebeuren tegenover het jaarlijks primair energieverbruik dat volgens de Nederlandse regelgeving toegelaten wordt voor gezondheidszorggebouwen. Een zinvol uitgangspunt hierbij is het in de Nederlandse wetgeving geformuleerde niveau voor nieuwbouw. Het is echter zeker ook zinvol een verregaander aanpak te analyseren op basis van de energetische impact en de kostprijsimpact van bijkomende maatregelen. Dit eisenniveau zorgt ervoor dat sowieso wordt voldaan aan de VIPA-basiseisen. Voor de beoordeling van de zinvolheid van de VIPA-aanbevelingen kan worden uitgegaan van de energieprestatiemethodiek, zoals beschreven in de Europese normering: • EN ISO 13790:2005 Thermal performance of buildings – Calculation of energy use for space heating and cooling’. • EN 15193-1:2005 Energy performance of buildings - Energy requirements for lighting Part 1: Lighting energy estimation • prEN 15315:2005 Energy performance of buildings - Overall energy use, primary energy and CO2 emissions Deze methodiek biedt tegenover de VIPA-aanbevelingen een aantal methodologische voordelen: • de methodiek wordt op Europees niveau als referentiemethodiek ontwikkeld; • de energieprestatiebenadering houdt bij het vastleggen van het toegelaten primair energieverbruik ook rekening met het gewenste comfortniveau (thermisch zomercomfort, binnenluchtkwaliteit, verlichtingssterkte) en bevestigt hiermee de correcte hiërarchie: eerst een correct comfortniveau realiseren, en in tweede instantie pas focussen op het realiseren van dit comfortniveau met een minimaal energieverbruik ; • de energieprestatiebenadering is een methodiek waarmee eenvoudig verschillende kwaliteitsniveau’s met elkaar vergeleken kunnen worden. Terwijl VIPA-regels focussen op individuele maatregelen, laat de energieprestatiebenadering toe om ook de interactie tussen verschillende maatregelen in rekening te brengen. De energieprestatiebenadering is hierdoor een benadering die genuanceerder over de energieprestatie van een gebouw oordeelt dan de zwart/wit benadering van het beantwoorden aan de voorschrijvende VIPA-aanbevelingen. Dit maakt het mogelijk beter in te spelen op budget en kwaliteitsniveau.


5

2. Beoordeling van thermisch comfort In dit hoofdstuk geven we een inleiding op de theorie van het thermisch comfort, zoals geïntroduceerd door Fanger, en opgenomen in ISO EN 7730:2005. We maken een onderscheid tussen globaal thermisch comfort, en lokaal thermisch comfort.

2.1.

Globaal thermisch comfort

Thermisch comfort kan worden gedefinieerd als: ‘Die toestand waarin de mens tevreden is over zijn thermische omgeving en geen voorkeur heeft voor een warmere of koudere omgeving.’ Bij thermische behaaglijkheid speelt de warmtebalans van de mens een belangrijke rol. Deze warmtebalans wordt beïnvloed door zogenaamde comfortparameters. Dit zijn persoonsgebonden parameters (activiteit en kleding) en gebouwgebonden parameters (luchttemperatuur, gemiddelde stralingstemperatuur, luchtsnelheid en relatieve vochtigheid). Om de warmtebalans van het lichaam te beschrijven zijn diverse modellen ontwikkeld. Het bekendste model is dat van Fanger, dat ook aan de basis ligt van ISO EN 7730:2005. Het resultaat van het model van Fanger, de voorspelde gemiddelde uitspraak PMV (predicted mean vote), is een getal tussen -3 en +3 dat de gemiddelde thermische waardering van een grote groep voorspelt. De individuele waardering kan afwijken van deze gemiddelde waardering. De thermische gewaarwording behorende bij de gemiddelde uitspraak is gegeven in tabel 1. Getalwaarde voor PMV Gewaarwording +3 heet +2 warm +l lichtelijk warm 0 neutraal -l lichtelijk koel -2 koel -3 koud Tabel 1. Getalwaarde voor PMV Aan de hand van de comfortparameters kan de PMV worden berekend, waarna de PPD (percentage of persons dissatisfied) kan worden bepaald uit de onderstaande figuur.


6

Percentage of people dissatisfied (%)

100

C B A

50 C B

10

A

5

CR 1752:1998

1 -3

-2

-1

0

1

2

3

Predicted mean vote

Figuur 2. Kwaliteitsniveaus globaal thermisch comfort. De PMV (-) volgt uit de volgende vergelijking:

PMV = [ 0.303 exp( −0. 036 M ) + 0. 028 ]. [ M − 3. 05.10 −3 ( 5733 − 6.99 M − p v ) − 0. 42( M − 58.15 ) − 1.7 .10 −5 M( 5867 − p v ) −

[1]

0. 0014 M( 34 − θa ) − 3.96.10 −8 f cl (( θcl + 273 ) 4 − ( θ r + 273 ) 4 ) − fcl hc ( θcl − θ a )] met θcl = 35.7 − 0. 028 M − Icl [ 3.96.10 −8 f cl (( θcl + 273 ) 4 − ( θ r + 273 ) 4 ) + f cl hc ( θcl − θ a )] als 2. 38( θcl − θ a )0.25 ≥ 12.1 va dan hc = 2.38( θcl − θ a )0.25

anders hc = 12.1 va ;

als Icl ≤ 0. 078 dan f cl = 1. 00 + 1. 290 Icl anders f cl = 1. 05 + 0.645 Icl . met PMV M Icl fcl θcl θa θr va pv hc

voorspelde gemiddelde uitspraak (-) metabolisme (W/m2) thermische weerstand van de kleding (m2K/W) verhouding buitenoppervlak van de mens/het huidoppervlak (-) oppervlaktetemperatuur van de kleding (°C) luchttemperatuur (°C) gemiddelde stralingstemperatuur (°C) gemiddelde luchtsnelheid (m/s) dampdruk (Pa) convectieve warmteovergangscoëfficiënt (W/(m2K))


7

We bekijken kort de belangrijkste comfortparameters: warmteweerstand van de kleding, metabolisme, operatieve temperatuur en luchtsnelheid.

Warmteweerstand van de kleding (Clo-waarde) De warmteweerstand van de kleding wordt uitgedrukt in de eenheid 'clo' (l clo = 0.155 m2K/W). Deze eenheid is ingevoerd om gemakkelijk te kunnen zien of de kleding een hoge, normale of lage warmteweerstand heeft. Een warmteweerstand van l clo komt overeen met de warmteweerstand van het traditionele (Deense) zakenkostuum, bestaande uit de combinatie van katoenen ondergoed, overhemd, driedelig kostuum, wollen sokken en schoenen. De onderstaande tabel geeft enkele waarden van warmteweerstanden van kledingcombinaties. Als richtwaarde voor de gemiddelde warmteweerstand kan de kleding in de winter wordt 1,0 clo aangehouden. In de zomer is de gemiddelde warmteweerstand van de kleding 0,5 clo als er geen kledingvoorschriften zijn, en 0,7 clo als die er wel zijn. Vrouwen dragen vaak kleding met een lagere warmteweerstand. De warmteweerstand van kleding heeft grote invloed op de PMV. Door aanpassing van de kleding kan een gebouwgebruiker dikwijls een oncomfortabele situatie corrigeren. kledingcombinatie Warmteweerstand [clo] naakt 0.0 korte broek 0.1 dameskleding erg warme dagen: ondergoed, lichte zomerjurk 0.3 en schoenen zomerkleding dames: panty, ondergoed, rok, blouse of lichte 0.4 sweater met korte mouw en schoenen licht zomerpak: slip, lichte lange broek, hemd met open boord 0.5 en korte mouwen, dunne sokken en schoenen winterkleding dames: panty, ondergoed, rok en sweater met 0.6 lange mouw of zware jurk, schoenen licht werkpak: ondergoed, katoenen werkhemd met lange 0.7 mouwen, lange werkbroek, wollen sokken en schoenen laken 1.9 laken + deken 2.3 – 2.8 laken + deken + sprei 3.0 Tabel 2. Warmteweerstand van enkele kledingcombinaties.

Interne warmteontwikkeling van een persoon (metabolisme) Het metabolisme M wordt uitgedrukt in 'met' (1 met = 58,2 W/(m2 lichaamsoppervlak)). Eén 'met' is het metabolisme van een zittend persoon in rust. Voor een man is het lichaamsoppervlak gemiddeld 1,8 m2 en voor een vrouw 1,6 m2. De onderstaande tabel geeft een rangschikking van richtwaarden voor het metabolisme op basis van de activiteit.


8

(met) 0.8 rust (liggend): het in rust liggen zonder verdere activiteit 1.0 rust (zittend): het in rust zitten zonder verdere activiteit 1.2 rust (staand): het in rust staan zonder verdere activiteit 1.2 zittende activiteit 1.7 lage activiteit 2.8 matige activiteit 4.0 hoge activiteit Tabel 3. Richtwaarden metabolisme afhankelijk van de aard van de activiteit.

Operatieve temperatuur De belangrijkste comfortparameter is de operatieve temperatuur: het is de uniforme temperatuur van een imaginaire zwarte doos waarin een gebruiker dezelfde convectieve en stralingsuitwisseling kent als in een reële niet-uniforme omgeving:

θ0 =

hcθa + hr θr hc + hr

waarin:

θ0

operatieve temperatuur (K)

θa

luchttemperatuur (K)

θr = Fi

∑Fθ i

i s

gemiddelde stralingstemperatuur (K)

θs

hoekfactor van het beschouwde punt naar het betrokken vlak (-) oppervlaktetemperatuur (K)

hc hr

convectieve warmteovergangscoëfficiënt (K) warmteovergangscoëfficiënt voor straling(K)

Luchtsnelheid Voor het model van Fanger (gemiddeld comfort) is de gemiddelde luchtsnelheid t.o.v. het lichaam van belang. Tochtverschijnselen worden gerekend tot het lokaal discomfort.

2.2.

Lokaal discomfort

Het is mogelijk dat er meer klachten optreden dan op grond van de PMV-waarde verwacht zou worden. De berekende PMV-waarde geldt voor het lichaam in zijn geheel. Door (ongewenste) opwarming of afkoeling van een specifiek deel van het lichaam kan echter lokaal discomfort optreden. Lokaal discomfort kan verschillende oorzaken hebben: • te hoge luchtsnelheden of snelheidsfluctuaties (tocht, E: draught); • te grote verticale temperatuurgradiënt; • contacttemperatuur van de vloer te laag of te hoog; • te grote stralingsasymmetrie.

Tocht door te hoge luchtsnelheden en/of luchtturbulenties Het menselijk lichaam is vooral gevoelig voor tocht bij de enkels, polsen en in de nek. Als globale richtlijn wordt gesteld dat de gemiddelde luchtsnelheid kleiner dan 0,15 m/s moet Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau - VTDV

9

zijn. Voor klachten over tocht is door Fanger een formule bepaald die het gemiddelde percentage ontevredenen PD (%) voorspelt:

PD = ( 34 − θ a )( va − 0. 05 )0.62 ( 0. 37 vaT + 3.14 ) met

T turbulentieintensiteit: 100 ⋅ T=

1 2 ( va − va ) ∑ n −1 n va

Een hoge luchtsnelheid over de vloer kan onder meer een gevolg zijn van de koudeval ten gevolge van een lage oppervlaktetemperatuur van bijvoorbeeld enkel glas. Een lage oppervlaktetemperatuur kan ook tot een te grote stralingsasymmetrie leiden. Deze stralingsasymmetrie wordt vaak ervaren als tocht en kan tot klachten leiden.

Vertikale temperatuurgradiënt Het verband tussen PD (percentage dissatisfied) en het luchttemperatuurverschil tussen 0.1 m en 1.1 m boven de vloer - de plaats van respectievelijk enkels en hoofd bij zittende activiteit – wordt in onderstaande figuur aangegeven.

Figuur 3. PD voor vertikale temperatuurgradiënten.

Vloercontacttemperatuur Voor de vloertemperatuur geldt dat deze onder normale omstandigheden tussen 19 °C en 26 °C moet liggen. Bij het gebruik van vloerverwarming kan hiervan in een aantal gevallen Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau - VTDV

10

afgeweken worden: bij badkamers, zwembaden en in randzones waar men weinig vertoeft (langs wanden, ramen en deuren) zijn temperaturen tot 29°C toelaatbaar.

Figuur 4. PD voor warme of koude vloer.

Stralingsasymmetrie Stralingsasymmetrie ontstaat ten gevolge van verschillen in oppervlaktetemperaturen van de wanden, vloer en plafond. Door een warm plafond of een koud raam of een koude wand, kunnen klachten met betrekking tot stralingsasymmetrie optreden.

Figuur 5. PD voor stralingsasymmetrie.


11

3. Comfortgerelateerde prestatiecriteria In dit hoofstuk gaan we in op de energiegerelateerde comfortcriteria: thermisch comfort, binnenluchtkwaliteit, hygrisch comfort en visueel comfort. In een algemeen programma van eisen moeten ook de akoestische comfortcriteria geformuleerd worden. De verschillende comfortgerelateerde prestatiecriteria worden in drie klassen A-B-C opgedeeld: • klasse A (hoge kwaliteit) past bij gebouw(delen) met een relatief gevoelige groep gebouwgebruikers (bijvoorbeeld extra gevoelige senioren in verpleeghuizen, intensive care-afdelingen). • klasse B (gemiddelde kwaliteit) hoort bij standaardruimten in verzorgingsinstellingen. • klasse C (aanvaardbare kwaliteit) hoort bij bestaande oudere gebouwen, die niet zonder zware kosten aan een hogere klasse kunnen voldoen.

3.1.

Thermisch comfort

De beoordeling van thermisch comfort is gebaseerd op ISO EN 7730:2005. ‘Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort.’ Drie kwaliteitsniveau’s worden vastgelegd op basis van het maximaal aantal ontevredenen over global (PPD) en lokaal (PD) thermisch comfort. Voor de verschillende klassen wordt het maximaal aantal ontevredenen vastgelegd: Gebouwprestatie

Klasse A hoge kwaliteit

% ontevreden (PPD) <6% DR (draught rate) (PD) < 15 % Vertical air temperature <3% difference (PD) Warm or cool floor (PD) < 10 % Radiant asymmetry (PD) <5% Tabel 4. Kwaliteitsniveaus thermisch comfort.

Klasse C aanvaardbare kwaliteit

Klasse B gemiddelde kwaliteit < 10 % < 20 % <5%

< 15 % < 25 % < 10 %

< 10 % <5%

< 15 % < 10 %

Tabel 5. Richtwaarden voor de operatieve temperatuur in leefruimtes.


12

Figuur 6. Richtwaarden voor de operatieve temperatuur als functie van de kleding (x-as) en het metabolisme (y-as) Gebouwen met een mechanisch koelsysteem behoren tot een bepaalde klasse als de operatieve temperatuur over 95 % van de gebruiksruimten gedurende niet meer dan 3 % van de gebruikstijd de grenswaarden voor die klasse overschrijdt. In gebouwen • zonder een mechanisch koelsysteem ; • met activiteiten tussen 1.2 en 1.6 met ; • mogelijkheid tot aanpassing van de kleding tussen 0.5 en 1.0 clo ; • met minder dan 4 personen per ruimte ; bestaan er ruime mogelijkheden tot adaptatie en zijn de oververhittingseisen tijdens zeer warme periodes minder strikt. Gebouwen zonder een mechanisch koelsysteem behoren tot een bepaalde klasse als de operatieve temperatuur over 95 % van de gebruiksruimten gedurende niet meer dan 3 % van de gebruikstijd de grenswaarden voor die klasse in onderstaande figuur overschrijdt.


13

Figuur 7. Grenswaarden voor de operatieve temperatuur in het geval van adaptatiemogelijkheden. (X-as: maandegemiddelde buitentemperatuur, Y-as: binnentemperatuur) In Vlaanderen bedraagt de maandgemiddelde buitentemperatuur in juli tijdens een gemiddeld typejaar ongeveer 17 ºC, wat als maximale binnentemperaturen voor klasse A, B en C respectievelijk 25.6 ºC, 26.6 ºC en 27.3 ºC oplevert. Deze waarden liggen heel dicht bij de maxima uit tabel 7. Bij warme zomerse maanden (juli 2006: maangemiddelde waarde 22.0 ºC) zijn wel hogere maximale binnentemperaturen aanvaardbaar (voor klasse A, B, en C respectievelijk 27.1 ºC, 28.1 ºC en 28.8 ºC). In Nederland publiceerde ISSO een gelijkaardige ATG-methode (Adaptieve TemperatuurGrenswaarden), vastgelegd in ISSO publicatie 74. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen gebouwen met een hoge mate van gebruikersinvloed, en gebouwen met een beperkte mate van gebruikersinvloed. Het onderscheid tussen beide is gebaseerd op drie gedragsmatige adaptatiemogelijkheden: temperatuurregeling, te openen ramen en kledingaanpassing. In België zijn geen wettelijke eisen aan het thermisch zomercomfort in gebouwen. Klasse A gebouwen kunnen in ons klimaat zonder (beperkte) mechanische koeling niet gerealiseerd worden. Klasse B kan, sterk afhankelijk van de interne warmtewinsten door mensen en apparatuur, haalbaar zijn zonder mechanische koeling. Voor lokalen zonder mechanische koeling is de berekening van de binnentemperatuur gebaseerd op NBN EN ISO 13792:2005 Thermische eigenschappen van gebouwen – Berekening van de binnentemperatuur van een ruimte in zomeromstandigheden zonder mechanische koeling - Vereenvoudige berekeningsmethode.


14

3.2.

Binnenluchtkwaliteit

De prestatiecriteria voor ventilatie-installaties worden aangegeven in EN 13779:2004 Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room conditioning systems. CR 1752:1998 Ventilation of buildings – Design criteria for the indoor environment is een gelijkaardig informatief document. EN 13779:2004 geeft voor door mensen bezette lokalen volgende mogelijkheden voor het karakteriseren van de binnenluchtkwaliteit: directe classificatie op basis van CO2-concentratie ; directe classificatie op basis van specifieke polluenten ; directe classificatie op basis van ervaren binnenluchtkwaliteit in decipol ; indirecte classificatie op basis van verseluchtdebiet. De norm definieert 4 binnenluchtkwaliteitsklasse (InDoor Air): IDA 1: hoge binnenluchtkwaliteit IDA 2: gemiddelde binnenluchtkwaliteit IDA 3: aanvaardbare binnenluchtkwaliteit IDA 4: lage binnenluchtkwaliteit In gebouwen waar de mens de belangrijkste bron van verontreiniging is, wordt in veel gevallen de CO2-concentratie gehanteerd als een aanduiding voor de binnenluchtkwaliteit. IDA 1: < 400 ppm CO2 boven het buitenniveau IDA 2: 400-600 ppm CO2 boven het buitenniveau IDA 3: 600-1000 ppm CO2 boven het buitenniveau IDA 4: > 1000 ppm CO2 boven het buitenniveau Het buitenniveau bedraagt ongeveer 400 ppm. Bij niet-vraaggestuurde ventilatie gebeurt de classificatie indirect op basis van het verseluchtdebiet. Voor lokalen waar roken niet toegelaten is: IDA 1: > 54 m3/(h.persoon) IDA 2: 36 - 54 m3/(h.persoon) IDA 3: 22 - 36 m3/(h.persoon) IDA 4: < 22 m3/(h.persoon) Voor lokalen waar roken toegelaten is (20 % rokers) worden bovenstaande waarden verdubbeld. Het wettelijke minimum voor binnenluchtkwaliteit is op basis van de arbeidsregelgeving equivalent aan IDA 3. Voor Vlaanderen geldt voor ventilatievoorzieningen in nietresidentiële gebouwen de bijlage 6 van het energieprestatiebesluit. Lokalen waar mag gerookt worden moeten expliciet aangegeven worden.


15

Gebouwprestatie


maximum CO2 concentratie 350 boven het buitenniveau (ppm) binnenluchtkwaliteitklasse IDA 1 Tabel 6. Kwaliteitsniveaus binnenluchtkwaliteit.

3.3.

Klasse C matige kwaliteit

Klasse B gemiddelde kwaliteit 500

800

IDA 2

IDA 3

Hygrisch comfort

Bij normale ventilatievouden en interne vochtproductie is in ons klimaat alleen bevochting en ontvochtiging vereist voor klasse A. Gebouwprestatie


ontwerpwaarde voor de 50 relatieve vochtigheid bij ontvochtiging (%) 40 ontwerpwaarde voor de relatieve vochtigheid bij bevochtiging (%) Tabel 7. Kwaliteitsniveaus relatieve vochtigheid.

3.4.

Klasse C matige kwaliteit

Klasse B gemiddelde kwaliteit 60

70

30

20

Visueel comfort

Comfort- en prestatieaspecten van kunstverlichting worden aangegeven in EN 12464:2002; Light and lighting – Lighting of work places – Part 1: Indoor work places. Voor verschillende taken en functies worden de gemiddelde verlichtingssterkte, CIE Unified Glare Rating (UGR) en kleurweergaveindex aangegeven voor diverse gebouwfuncties. Deze waarden zijn opgegeven voor de ‘task area’. In EN 15251:2005 worden drie kwaliteitsniveau’s vastgelegd, gebaseerd op de beschikbaarheid van daglicht, uniformiteit, UGR, regelingsmogelijkheden en kleurweergave.


16

3.5.

Prestatiecriteria op gebouwniveau

We gaan kort in op primair energieverbruik en K-peil, twee prestatiecriteria die op gebouwniveau geformuleerd moeten worden.

Primair energieverbruik Het primair energieverbruik brengt volgende elementen van het energieverbruik in rekening: • de thermische isolatiekwaliteit van de gebouwschil ; • de ventilatiestrategie en het energieverbruik van ventilatoren ; • de elektrische energie voor verlichting ; • de opwekkings-, distributie- en regelingsverliezen van de klimaatinstallatie (verwarming en koeling) ; • het energiegebruik voor bevochtiging ; • de eventuele energiebijdrage van zonne-energiesystemen. De bepaling van het energieverbruik gebeurt op basis van de energiebalans om zo alle interacties tussen de energiestromen op een fysisch correcte manier te evalueren. In Vlaanderen worden aan het primair energieverbruik van woongebouwen, kantoren en scholen eisen gesteld via het E-peil. Voor verzorgingsinstellingen zijn in de wetgeving nog geen eisen aan het primair energieverbruik gesteld.

K-peil Het globale peil van warmte-isolatie (K-peil) is een maat voor de thermische isolatiekwaliteit van de gebouwschil, rekening houdend met de compactheid van het gebouw. Het K-peil wordt bepaald volgens NBN B62-301:1989 Warmte-isolatie der gebouwen - Peil van de globale warmte-isolatie. Kwaliteitsniveau’s zijn in onderstaande tabel aangegeven. Kwaliteitsniveau Redelijke kwaliteit Goede kwaliteit Zeer goede kwaliteit Uitzonderlijke kwaliteit Tabel 8. Kwaliteitsniveaus K-peil.

3.6.

bijhorend K-peil 45 35 25 15

Specifieke prestatiecriteria

We geven een aantal specifieke prestatiecriteria, die niet noodzakelijkerwijze in het programma van eisen moeten opgenomen worden, maar die wel belangrijk zijn om energiezuinigheid te realiseren, of om aan de wettelijke eisen te voldoen. Het opnemen van deze criteria in het programma van eisen zorgt ervoor dat voor alle partijen duidelijke afspraken zijn. Deze specifieke criteria zijn: U-waarde, temperatuurfactor, luchtdichtheid van de gebouwschil, beschikbaarheid van daglicht, hulpenergieverbruik voor ventilatoren, sturing van de mechanische ventilatie, luchtdichtheid van kanalen.


17

U-waarde De warmtedoorgangscoëfficiënt U is een maat voor de thermische isolatiekwaliteit van een doorzichtig of ondoorzichtig schildeel. De U-waarde wordt bepaald volgens NBN B 62002:1987 Berekening van de warmtedoorgangscoëfficiënten van wanden van gebouwen en NBN EN ISO 6946:1996 Componenten en elementen van gebouwen - Warmteweerstand en warmtegeleidingscoëfficiënt – Berekeningsmethode. Er zijn wettelijke eisen aan de maximale U-waarden (zie energieprestatieregelgeving). Binnen bepaalde subsidiemechanismen kunnen strengere dan de wettelijke eisen gelden.

Temperatuurfactor De temperatuurfactor van een gebouwdetail is de laagste binnenoppervlaktetemperatuur wanneer de buitenluchttemperatuur gelijk is aan 0 °C en de binnenluchttemperatuur gelijk is aan 1 °C. Het is een maat voor de kans op oppervlaktecondensatie en (bij gunstige ondergrond) schimmelvorming. Op gebouwcomponenten die geen deel uitmaken van het raamsysteem bedraagt de minimale temperatuurfactor 0.7. Op raamsystemen kan de temperatuurfactor lager zijn als geschikte condensafvoersystemen aanwezig zijn.

Luchtdichtheid van de gebouwschil De luchtdichtheid van de gebouwschil is een maat voor de infiltratieverliezen (ongecontroleerde ventilatieverliezen) van een gebouw. De luchtdichtheid van een gebouw(deel) wordt bepaald met een opblaasproef volgens prEN 13829 Thermal performance of buildings – Determination of air permeability of buildings – Fan pressurization method. De luchtdichtheid wordt uitgedrukt als een n50-waarde. Dit is het ventilatievoud in het gebouw met een drukverschil van 50 Pa over de gebouwschil. In België zijn geen wettelijke eisen aan de luchtdichtheid van gebouwen. Om warmterecuperatie op de ventilatielucht zinvol te maken, raadt het WTCB een n50-waarde tussen 1 en 2 aan. In de passiefstandaard wordt uitgegaan van een maximale waarde 0.6. Het realiseren van deze (strenge) eis stelt hoge eisen aan de gebouwdetaillering door de ontwerpen en aan de uitvoeringskwaliteit.

Beschikbaarheid van daglicht Daglichttoetreding zorgt voor een aangenaam contact met buiten, een levendige en variabele omgeving, en een daling van het energieverbruik voor kunstverlichting. Bij beeldschermwerk moeten verblinding en hinderlijke reflecties echter absoluut worden voorkomen. Energetisch optimale benutting van daglichttoetreding veronderstelt maximale kunstlichtdimming in de gevelzones: op bewolkte dagen met een opgetrokken zonne- en lichtwering, op zonnige dagen ook met gesloten zonnewering. In het kantoren is het daarom zinvol een minimale gemiddelde daglichtfactor in het programma van eisen op te nemen. Een gemiddelde waarde van de daglichtfactor rond 3 % is hierbij een zinvol uitgangspunt. In het EPB-besluit (bijlage II, paragraaf 9.4.5) wordt bij conventie het daglichtdeel gedefinieerd als de zone waar de daglichtfactor op het (fictief) werkoppervlak (0.8 m) boven de vloer) minstens 3 % bedraagt. In prEN 15251:2005 annex D, tabel D.1, wordt een klasse toegekend op basis van de daglichtfactor in het midden van de ruimte.


18

Kwaliteitsniveau (prEN 15251:2005 bijhorende annex D, tabel D.1) daglichtfactor in het midden van de ruimte Klasse A 5% Klasse B 3% Klasse C 1% Tabel 9. Kwaliteitsniveaus daglichtbeschikbaarheid.

Hulpenergieverbruik voor ventilatoren Het hulpenergieverbruik voor ventilatoren wordt bepaald door het ventilatiedebiet, de efficiëntie van de motor en de overbrenging, de luchtsnelheid in de luchtbehandelingskast en de luchtkanalen, het geometrisch verloop van het kanalensysteem (bochten, splitsingen, ..) en de ladingsverliezen in de verschillende componenten van het systeem (filters, batterijen in de luchtbehandelingskast, (brand)kleppen en roosters in het kanalensysteem). Om op een globale manier een eis te stellen aan het energieverbruik dat gekoppeld is aan een mechanisch ventilatiesysteem, los van de grootte van het debiet, wordt een eis opgelegd aan de ‘specific fan power’ (SFP) zoals vastgelegd in EN 13779:2004 (paragraaf 3.5).

PSFP =

P qv

waarbij PSFP specific fan power (W/(m3/s)) P vermogen van de ventilatormotor (W) qv ontwerpdebiet van de ventilator (m3/s) Categorie SFP 1 SFP 2 SFP 3 SFP 4 SFP 5 Tabel10. Categoriën SFP.

PSFP (W/(m3/s) < 500 500 - 750 750 – 1250 1250 - 2000 > 2000

SFP 3 is de wettelijke minimumeis in het kader van de energieprestatieregelgeving. Het realiseren van betere waarden vereist een gedetailleerd ontwerp van de luchtbehandelingskast en het kanalentracé.

Sturing van de mechanische ventilatie De sturing van een mechanisch ventilatiesysteem wordt beschreven in IDA-C klassen: • • • •

IDA-C1 IDA-C2 IDA-C3 IDA-C4

geen controle (constante werking) manuele controle (handbediende schakelaar) tijdscontrole (klokgestuurd) aanwezigheidssturing (lichtschakelaar, IR-sensor)


19

• •

IDA-C5 aanwezigheidssturing met toegevoegde afhankelijkheid van het aantal aanwezigen IDA-C6 directe controle op basis van sensoren die de binnenluchtkwaliteit bepalen (bijvoorbeeld CO2, mixed gas, VOC)

In het kader van de energieprestatieregelgeving is de minimale controlemogelijkheid IDAC3. Voor lokalen met een sterk variabele bezetting moet de mogelijkheid tot de sturingen IDA-C4/5 /6 onderzocht worden.

Luchtdichtheid kanalen Het belang van luchtdichtheid van een kanalennet situeert zich in het realiseren van de gevraagde binnenluchtkwaliteit in individuele lokalen. Luchtdichtheid van een kanalennet wordt bepaald op basis van NBN EN 12237 Ventilation for buildings – Ductwork – Strength and leakage of circular sheet metal ducts en EN 1507 Ventilation for buildings – Ductwork – Strength and leakage of rectangular sheet metal ducts. In de normering worden vier klassen A-D voorgesteld: • A : lage kwaliteit • B : normale kwaliteit • C : hoge kwaliteit • D : voor speciale toepassingen (clean room, operatiezaal, ..) De klassen A en B komen overeen met dezelfde klassen in typebestek 105. Zowel in typebestek 105 als in de Europese normen is een in-situ bepalingsmethode aangegeven.


20

4. Gevalstudie: zomercomfort in een consultatieblok We stellen in dit hoofdstuk de resultaten voor van een studie waarin het zomercomfort werd geanalyseerd in een aantal consultatieblokken van een universitair ziekenhuis. De aanpak bestond uit een aantal binnen- en buitenklimaatmetingen, en uit een comfortenquête. Een numerieke analyse van de energiebalans van de consultatieblokken liet toe maatregelen voor een beter zomercomfort voor te stellen. In het consultatieblok zijn een groot aantal consulatietruimtes opgenomen, aangevuld met wachtzalen, een receptie en een dokterslokaal. De aanleiding tot de studie waren klachten over zomerse oververhitting.

Figuur 8. Grondplan het consultatieblok 16 met indicatie van de pulsiekanalen. Alle randen van het blok grenzen aan een binnenomgeving, behalve de vijf lokalen met een buitengevel (rechtsboven).


21

4.1.

Binnenklimaatmetingen

De gebruikte kleurlegende bij de figuren is: • donkerblauwe lijnen voor de buitentemperatuur (ODA), • oranje lijnen de binnentemperatuur (IDA), • bleekblauwe lijnen de pulsietemperatuur (SUP), • rode lijnen voor de extractietemperatuur (ETA). De dunne zwarte lijn in de meting van blok 16 (figuur 9) stelt de temperatuurmeting in het receptielokaal voor. In dit lokaal is geen zware medische apparatuur opgesteld, maar toch is temperatuur in dit lokaal gemiddeld 3 ºC hoger dan in een gemiddeld consultatielokaal.

35 receptie

Temperatuur (°C)

30

IDA + ETA

25 SUP

ETA blok 18

20 15

ODA

10 5 10/6

11/6

12/6

Datum Figuur 9. Detail van het temperatuurverloop consultatieblok 16 (de dunne zwarte lijn stelt de binnentemperatuur voor in lokaal 54, receptie). In de meetcampagne overschrijdt de CO2-concentratie zelden 600 ppm. Voor het aspect binnenluchtkwaliteit op basis van CO2-concentratie is het ventilatiedebiet zelfs voor binnenluchtkwaliteitklasse IDA 1 ongeveer dubbel zo groot als vereist. Het verschil in dampdruk tussen binnen en buiten blijkt zeer miniem. Dit wijst op een beperkte vochtproduktie binnen, gecombineerd met een hoog buitenluchtventilatievoud. In de wintersituatie moet dit onvermijdelijk tot comfortklachten leiden (ogen, neus, slijmvliezen). Door de eerder lage dampdruk, en de eerder hoge binnentemperatuur worden zelfs in de zomersituatie lage relatieve vochtigheden genoteerd. De comfortzone voor de relatieve vochtigheid binnen ligt tussen 30 en 70 %. De relatieve vochtigheid is, ook in de zomersituatie, oncomfortabel laag.


22

CO2-concentratie (ppm)

800 700 600

UZ

DD

500 400 300 25/5

1/6

8/6

15/6

8/6

15/6

Datum Figuur 10. Verloop CO2-concentratie

Relatieve vochtigheid (-)

1.00

0.75

0.50

ODA

module B blok 16

IDA

0.25

0.00 25/5

1/6

Datum Figuur 11. Verloop van de relatieve vochtigheid.


23

4.2.

Comfortenquête

We vatten in deze paragraaf de resultaten van de comfortenquête samen. De comfortenquête gebeurde bij 19 personeelsleden met een vaste werkplek in het consultatieblok. Patiënten werden niet bevraagd. We maken een onderscheid tussen drie aandachtsgebieden: (i) temperatuur, (ii) binnenluchtkwaliteit, (iii) individuele adaptatiemogelijkheden. Over de temperatuur op de werkplekken tijdens de winter blijven de comfortklachten binnen de normale grenzen. ‘s Zomers vindt men het unaniem warm, tijdens hittegolven unaniem heet. De comfortbeoordeling aan de receptie en in de circulatieruimten vertoont hetzelfde patroon als dat van de werkplekken. De drie personeelsleden met de receptie als hoofdwerkplek zijn iets extremer: zij beoordelen de zomersituatie (ook buiten periodes van een hittegolf) als heet. Er zijn geen algemene klachten over onfrisse geur op de werkplek. Een derde van de personeelsleden (6/19) heeft wel veelvuldig problemen met een lage relatieve vochtigheid, zowel in de zomer als in de winter. Het personeelslid dat altijd klachten heeft in de winter, is niet dezelfde persoon als het personeelslid dat altijd klachten heeft in de zomer. Het personeelslid dat ’s zomers last heeft van tranende ogen of droge keel, is ook het personeelslid dat de geur tijdens de zomer als zeer onaangenaam catalogeert. De individuele adaptatiemogelijkheden zijn beperkt: er is geen mogelijkheid tot lokale temperatuurregeling, en alleen de vijf lokalen aan de buitengevel bieden de mogelijkheid tot het openen van ramen. Als bijkomend element wordt bij de opmerkingen gemeld dat voor bepaalde onderzoeken schort en masker vereist zijn, wat een verdere beknotting is van de individuele adaptatiemogelijkheden. Het personeelslid met tochtklachten geeft op alle temperatuurvragen een koudere score dan de gemiddelde score. De personeelsleden die denken dat er geen ventilatie-installatie is geven op andere vragen geen significant verschillende antwoorden.

4.3.

Ventilatievoorzieningen

Het consultatieblok 16 heeft een netto vloeroppervlakte van 612 m2 en een netto volume van 1540 m3. De ontwerpdebieten bedragen 7650 m3/h (pulsie) en 7540 m3/h (extractie). Het ontwerpventilatievoud bedraagt dus 5. De mechanische ventilatie bedient alle inpandige ruimten en bestaat uit een constant volume pulsie-extractie systeem (met in de zomer uitgeschakeld warmterecuperatiesysteem met batterijen). De ventilatie-installatie heeft geen regelbaar debiet en werkt 24 uur op 24, hoewel er hoegenaamd geen nachtelijke bezetting is. De luchtbehandelingskast die het consultatieblok bedient, bedient ook het gelijkaardige naastliggende blok 17. Het ontwerppulsiedebiet van deze luchtbehandelingskast bedraagt 15440 m3/h, het ontwerpextractiedebiet van de kast bedraagt 15520 m3/h.


24

Figuur 12. Centrale pulsie luchtbehandelingskast. De pulsietak van de mechanische ventilatie-installatie levert in het het consultatieblok een debiet (gemeten in het toevoerkanaal ter hoogte van de ingang van het consultatieblok) van 6506 m3/h, of 15 % lager dan het ontwerpdebiet. De extractietak voert 5522 m3/h af, of 27 % lager dan het ontwerpdebiet. Het pulsiedebiet van de luchtbehandelingskast bedraagt 11642 m3/h, of 25 % lager dan het ontwerpdebiet. Ter hoogte van de aftakking van pulsietak die het consultatieblok bedient, bedraagt het pulsiedebiet 7436 m3/h. Tussen de aftakking ter hoogte van de luchtbehandelingskast, en de ingang van het consultatieblok gaat dus een fractie van (74366506)/7436 = 12.5 % van het pulsiedebiet verloren, wat we wijten aan de luchtondichtheid van het kanalensysteem. De som van de pulsiedebieten in het consultatieblok, gemeten ter hoogte van de inblaasroosters bedraagt 4945 m3/h, wat ongeveer 25 % lager is dan het debiet dat aan het consultatieblok wordt toegevoerd. Dit deel komt in het consultatieblok terecht via luchtlekken van de pulsiekanalen in het consultatieblok. De som van de extractiedebieten gemeten ter hoogte van de extractieroosters bedraagt 2702 m3/h, wat ongeveer de helft is van het debiet dat uit het consultatieblok wordt afgezogen. De overige lucht wordt uit het consultatieblok afgezogen via de luchtlekken in de extractiekanalen in het consultatieblok.

4.4.

Interne warmtewinsten

In deze paragraaf komen de interne warmtewinsten door kunstverlichting, personen en apparatuur in het consultatieblok aan bod. Gemiddeld over het het consultatieblok bedragen Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau - VTDV

25

de interne warmtewinsten 22 W/m2. Uitschieters zijn de dokterskamer en de receptie, waar de interne warmtewinsten gemiddeld 60 W/m2 bedragen. Het is duidelijk dat de regeling van de constant-volume installatie zonder lokale naregeling geen antwoord kan bieden aan de grote verschillen in interne warmtewinsten. daggemiddelde waarde

uurgemiddeld maximum

(W/m2) 61 60 48 44 42 39 38 36 33 31 27 26 24 24 22 21 18 16

(W/m2) 82 70 62 55 57 52 49 52 48 47 41 30 34 38 32 31 27 22

22

32

Dokterskamer Receptie Koffielokaal Consultatiecel D EMG Consultatiecel 5 KNF Consultatiecel 3 KNF Lokaal hoofdverpleegster Consultatiecel B EMG Consultatiecel 4 KNF Consultatiecel 2 Fysische geneeskunde Consultatiecel 1 Fysische geneeskunde Supervisielokaal Consultatiecel 6 Fysische geneeskunde Consultatiecel C EMG Consultatiecel 1 KNF Consultatiecel 4 Fysische geneeskunde Consultatiecel 5 Fysische geneeskunde Consultatiecel A EMG Gemiddelde (oppervlaktegewogen)

Tabel 11. Verdeling van de interne warmtewinsten: gemiddelden en maxima.

4.5.

Beoordeling van de situatie

Op basis van een dynamische energiebalanssimulatie over een periode van een jaar, en rekening houdend met het feit dat in de bestaande situatie de inblaastemperatuur niet verlaagd wordt tegenover de buitentemperatuur, bekomen we voor het consultatieblok voor een gemiddeld jaar 475 overschrijdingsuren (25 ºC) en voor het extreme jaar 2003 tot 720 overschrijdingsuren. Voor een aanvaardbaar zomercomfort moet het aantal overschrijdingsuren beperkt blijven tot 100-150. Deze vaststelling objectiveert de klachten over het zomercomfort, die in de enquête werden geformuleerd. Om tot 150 overschrijdingsuren te komen (en dus tot een goed zomercomfort) is in de bestaande situatie tijdens een gemiddeld klimaatjaar een temperatuurdaling van de inblaaslucht vereist tot 4 ºC onder de buitenluchttemperatuur. Voor een extreme zomer is een temperatuurdaling van de inblaaslucht vereist tot 7 ºC onder de buitenluchttemperatuur.


26

4.6.

Diagnose en maatregelen

We stellen als diagnose voor de oververhittingsproblemen: • de interne warmtewinsten zijn gemiddeld, maar zeer sterk verschillend per lokaal. Nochtans is er geen enkele regelmogelijkheid om lokaal het comfort bij te sturen ; • de enige mogelijkheid tot afvoer van warmtewinsten is op dit ogenblik ventilatie met verse buitenlucht. Nochtans heeft die verse lucht al een belangrijke temperatuurstijging ondergaan voor de lucht in het consultatieblok wordt ingeblazen. Bovendien laat de verdeling van de lucht over de verschillende lokalen te wensen over door een gebrek aan luchtdichtheid van de kanalen en niet meer correct ingeregelde pulsie- en extractieroosters ; • de analyse gebeurde op een situatie zonder zonnewinsten. Een gemotoriseerde en automatisch gestuurde buitenzonnewering is de eerste vereiste om goed zomercomfort te realiseren ; • nochtans is het zo dat ook na het oplossen van deze technische problemen het zomercomfort nog niet kan gerealiseerd worden. Om goed zomercomfort te realiseren moeten de interne warmtewinsten beperkt worden en is topkoeling in veel omstandigheden vereist. Maatregelen om het zomercomfort te verbeteren, worden in twee groepen voorgesteld: • technische maatregelen voor zomer- en wintersituatie (met opsplitsing tussen correcties van foutieve situaties die op korte termijn kunnen gerealiseerd worden, en meer ingrijpende middellange en lange termijn maatregelen ; • beleidsmatige maatregelen. De maatregelen staan per type gerangschikt volgens dalende prioriteit.

Technische maatregelen zomersituatie Korte termijn • •

het thermisch isoleren en het verbeteren van de luchtdichtheid van de luchtkanalen (traject technische ruimte – toegang consultatieblok) ; het inregelen van de ventilatieroosters.

Middellange termijn • • • • •

het installeren van een gemotoriseerde en automatische gestuurde buitenzonnewering op grote glasoppervlakken ; het thermisch isoleren en het verbeteren van de luchtdichtheid van de luchtkanalen (traject intern in een blok) ; het installeren van een energie-efficiënte verlichting, met aanwezigheidsgestuurde schakelmogelijkheid per lokaal ; het toevoegen van een frequentiesturing op de ventilatiedebieten voor aftopping van de debieten bij ongunstige buitentemperatuuromstandigheden ; het installeren van plaatselijke koeling in lokalen met hoge interne warmtwinsten.


27

Lange termijn • •

het installeren van een algemene topkoelingsinstallatie, inclusief centrale bevochtiging ; het toevoegen van lokale klimaatregelmogelijkheden.

Technische maatregelen wintersituatie • • • •

•

het activeren van de naregeling per zone om zo problemen met trage opwarming na periode met lage interne warmtewinsten te verminderen ; het verbeteren van de luchtdichtheid van de ventilatie-installatie ; het isoleren van de luchtkanalen om efficiëntie van de warmteterugwinning te verhogen ; het toevoegen van een frequentiesturing van de debieten op CO2 levert de mogelijkheid om de bestaande debieten ongeveer te halveren, wat een zeer belangrijke energiebesparing oplevert. Dit moet echter voorzichtig gebeuren: goede binnenluchtkwaliteit wordt niet alleen bepaald door een lage CO2-concentratie, maar ook geur speelt een rol. Verlaging van het ventilatiedebiet zorgt ook voor een bijkomend positief effect: de relatieve vochtigheid binnen stijgt ; het toevoegen van centrale bevochtiging.

Beleidsmaatregelen •

•

•

•

het analyseren van de mogelijkheden om inpandige lokalen met comfortklachten en hoge personeelsbezetting te verplaatsen naar plekken langs een buitengevel waar de (individuele) regelmogelijkheden door het openen van raamdelen groter zijn ; het opzetten van een bewustmakingscampagne voor de schoonmaakploeg en het personeel rond het uitschakelen van de verlichting buiten de gebruiksperiodes om beter zomercomfort te realiseren ; het opzetten van een meetcampagne voor binnenluchtkwaliteit (C02-concentratie en relatieve vochtigheid) ter begeleiding en eventuele bijsturing van het beleid om het ventilatievoud in de wintersituatie te laten dalen. Het selecteren van gevoelige personeelsleden als geurpanel kan een positieve bijdrage leveren ; het integreren in het lokaalbeheer van de interne warmtewinsten door (medische en andere) apparatuur zodat er een beleidsinstrument ontstaat om de sluipende verhoging van interne warmtewinsten te beheersen (een ‘zomercomforteffectrapportering’). Elementen in dit beleid kunnen zijn: • een ICT-beleid naar automatische uitschakeling van ICT-apparatuur tijdens nietgebruiksperiodes kan hierbij een belangrijk effect hebben. Om ICT-apparatuur toch centraal te kunnen onderhouden, is koude opstart vanuit het netwerk mogelijk (Intel ‘Instantly available power managed PC’, Microsoft ‘OnNow Power-Managed PC’). Ook bij de aankoop van copiers en netwerkprinters moet ‘power management’ een aandachtspunt zijn ; • een functionele groepering van apparatuur met hoge warmte-afgifte in lokalen die van koeling worden voorzien: koelkasten en diepvriezers, netwerkprinters en copiers, drankautomaten, ...). Dit vrijwaart de niet-gekoelde ruimten van excessieve warmtewinsten ; • het indelen van lokalen in types zoals verder aangegeven in de paragraaf rond het programma van eisen ;


28

•

•

het opzetten van een investeringsplan en het vrijmaken van middelen om de maatregelen op lange en middellange termijn te kunnen realiseren. Van de maatregelen op korte termijn nemen we aan dat ze kunnen gefinancierd worden binnen het onderhoudsbudget; de hittegolf in de zomer van 2003 gaf in Europa (onder impuls van Frankrijk) aanleiding tot het invoeren van ‘hitteplannen’ in de gezondheidssector, om zo het extra aantal overlijdens gekoppeld aan de hoge buitentemperatuur zoveel mogelijk te beperken. Het lijkt ons zinvol een beleidsmatig geïnteresseerde medicus de verantwoordelijkheid te geven over het beheersen van deze problematiek.

5. Koeling in patiëntenkamers We verwijzen naar twee uitstekende publicaties van het Nederlandse ‘College bouw zorginstellingen’ (beschikbaar op www.bouwcollege.nl), waarvan we hier de belangrijkste besluiten samenvatten: • •

Signaleringsrapport inzake thermische behaaglijkheid in verpleeghuizen (2002) Cahier C 09: ‘De hitte de baas. Koeling in zorginstellingen’ (2007)

Rond thermisch comfort: • Met als uitgangspunt dat nieuw te bouwen verpleeghuizen een hoge bouwfysische kwaliteit hebben (o.a. buitenzonnewering), bevelen we toepassing van topkoeling aan. • Om ook gedurende extreme zomers een acceptabel thermisch binnenklimaat te kunnen handhaven is het nodig om de regeling van de topkoeling te optimaliseren met betrekking tot de inschakeltemperatuur en de mate van tempering van de buitenluchttemperatuur. • Voor lange termijn ontwikkelingen is het sterk aan te bevelen rekening te houden met een toenemende kans op extreme zomers. Bovendien ligt het in de lijn der verwachtingen dat met toenemende welvaart ook de comforteisen van bewoners zullen toenemen. Rond koeling in zorginstellingen: • Concepten met lokale koeling (vloerkoeling, betonkernactivering, koelbalken en mobiele airco) bieden een hoger thermisch comfort dan topkoeling met verhoogde ventilatie (bij een vergelijkbaar opgesteld koelvermogen van 40 W/m2). Uiteraard biedt topkoeling met beperkte ventilatie een nog minder thermisch comfort, dit is alleen vanuit kostentechnisch oogpunt een interessante oplossing. • Adiabatische koeling heeft een vergelijkbaar thermisch comfort als topkoeling met verhoogde ventilatie. Adiabatische koeling heeft als voordeel het ontbreken van een koelmachine. De prestatie is afhankelijk van de buitenomstandigheden: bij drukkend weer neemt de koelprestatie sterk af. • De koelconcepten met lucht als distributiemedium (topkoeling, adiabatische koeling) kunnen slechts een beperkt vermogen overdragen aan de ruimte. Dit is wel sterk afhankelijk van de inblaastemperatuur en het ventilatievoud. Deze zijn zo gekozen dat de kans op tochtklachen beperkt blijft. • Wat verder opvalt is dat combinaties van oude gebouwen en minder presterende koelconcepten minder overschrijdingsuren hebben dan nieuwe gebouwen met dezelfde koelconcepten. In het voor- en naseizoen, als de temperatuur buiten nog niet erg hoog is en de zon fel schijnt, kan de binnentemperatuur fors oplopen door de felle zon. Als de Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau - VTDV

29

warmte dat niet actief wordt weggekoeld door een goed presterend koelconcept, is het voordelig als de gebouwschil niet erg dicht is, zodat het overschot aan warmte makkelijk weglekt naar buiten.

6. Energetisch programma van eisen Voor een realistische raming van het energieverbruik en een correcte voorspelling van het zomercomfort is een goede karakterisatie van het gebruikersgedrag essentieel. Het einddoel bestaat erin om voor de functie een gebruikersprofiel op te stellen dat het gemiddelde tijdsen plaatsgebruik vastlegt. We mikken hierbij niet op de eerst geplande situatie, wel op de verwachte gemiddelde gebruiker over de levensduur van het gebouw. Daarnaast raken we ook even de problematiek van energetisch gebouwbeheer en energiezorgsystemen aan. We spitsen ons toe op het energetisch programma van eisen van zorginstellingen.

6.1.

Gebruikersgedrag

Als aspecten van het gebruikersgedrag worden volgende aspecten in het programma van eisen vastgelegd: • interne warmtewinsten door personen en apparatuur ; • regelmogelijkheden ; • kledingvoorschriften en activiteit.

Interne warmtewinsten door personen en apparatuur Interne warmtewinsten vormen in zorginstellingen een uiterst belangrijke parameter met een belangrijke invloed op de koellasten en op de haalbaarheid van de toepassing van passieve klimaattechnieken. Het is daarom essentieel bij het begin van het ontwerp duidelijke afspraken te maken rond de ontwerpbezetting van lokalen, en rond opgestelde (medische) apparatuur. In de onderstaande tabellen wordt een aanzet tot een typologische benadering gegeven. Type lokaal personeelslokaal (dokterslokaal, overleglokaal, vergaderlokaal, secretariaat ...) consultatielokaal operatie- en verloskamers patiëntenkamer Tabel 12. Voorstel maximale (personeels)bezetting.


rekenwaarde (m2/persoon) 3.5 5.0 5.0 10.0

30

Type lokaal

rekenwaarde (W/m2)

lokalen met beperkte uitrustingsgraad lokalen met gemiddelde uitrustingsgraad lokalen met hoge uitrustingsgraad lokalen met specifieke medische uitrusting

10.0 20.0 30.0 lokaal per lokaal op te geven Tabel 13. Voorstel classificatie interne warmtewinsten door (medische) apparatuur. Er wordt voor de analyse van het zomercomfort uitgegaan van permanente werking van de opgestelde apparatuur.

Regelmogelijkheden Onderzoek toonde aan dat lokale regelmogelijkheden een belangrijke rol spelen in het oordeel van gebouwgebruikers over het binnenklimaat. Het is daarom zinvol in patiëntenkamers lokale regelmogelijkheden voorzien: • openen van ramen in de buitengevel, met mogelijkheden tot het vastzetten in weinig geopende positie om tochtklachten te vermijden ; • individuele bediening van de zonnetoetredingsregeling, bijvoorbeeld met lamellen met instelbare hellingshoek ; • beperkte grootte van de regelzones van warmte- en koudeafgiftesystemen. Regelmogelijkheden bieden de gebruiker de mogelijkheid om alleen comfort te realiseren op plekken waar dit vereist is, en op tijdstippen waarop mensen aanwezig zijn. Zonering, tijdsschakeling, bij voorkeur aangevuld met aanwezigheidssturing van klimaat- en verlichtingssystemen zijn elementen die in het geval van intermitterend gebruik zonder comfortvermindering belangrijke energiebesparingen kunnen opleveren.

Kledingvoorschriften en activiteit Er moet expliciet aangegeven worden of er voor de personeelsleden de mogelijkheid bestaat om tijdens warme zomerse periodes hun werkkledij kunnen aanpassen. Bij de analyse van het zomercomfort wordt uitgegaan van een licht werkpak (lange broek of nylonkousen, hemd of bloes met lange mouwen, geen das of sjaal).

Kleding (clo)

Winter 1.0

Activiteit (met) 1.2 Tabel 14. Kledingvoorschriften en activiteit.

6.2.

Zomer 0.5 (zonder kledingvoorschriften) 0.7 (met kledingvoorschriften) 1.2

Energetisch gebouwbeheer en energiezorgsysteem

Energiezorg is het op een structurele en economisch verantwoorde wijze uitvoeren van organisatorische, technische en gedragsmaatregelen om het gebruik van energie te minimaliseren. Naast organisatorische aspecten, omvat een energiezorgsysteem ook technische aspecten rond het verzamelen van energieverbruiksgegevens voor een energieboekhoudsysteem. Deze technische aspecten kunnen in het programma van eisen opgenomen worden. 31 Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau - VTDV

7. Economische aspecten Economische analyses van energie-gebonden ontwerpmaatregelen kunnen gebeuren op basis van de rekenmethode ‘Present Value Method’, zoals aangegeven in prEN 15459:2007 Energy performance of buildings – Economic evaluation procedure for energy systems in buildings. Deze methode houdt op een meer zinvolle manier rekening met de hoge levensduur van veel gebouwcomponenten, en met het verschil in levensduur tussen verschillende componenten. Economische benaderingen op basis van terugverdientijd zijn voor de evaluatie van energiebesparingsmaatregelen veel minder geschikt. De levensduur van componenten van de gebouwschil wordt gelijk gesteld aan de beoogde levensduur van het gebouw, zonder onderhoudskosten. De levensduur van installatiecomponenten en de jaarlijkse onderhoudskosten worden afgeleid uit tabel B.3 van de vermelde norm. In onderstaande tabel worden de kenmerken van enkele essentiële componenten aangegeven. Beoogde levensduur van het gebouw (jaar) Marktintrest (%) Inflatie (%) Stijging van de energieprijzen (bovenop inflatie, ‘best case’) (%) Stijging van de energieprijzen (bovenop inflatie, ‘worst case’) (%) Tabel 15. Richtwaarden voor de economische basisgegevens. Component

30 5.0 % 2.0 % 2.1 % 4.3 %

Levensduur (jaar)

Jaarlijkse onderhoudskosten als percentage van de investeringskost (%) Luchtbehandelingskast 15 4 Luchtkanaalsysteem 30 2 Ventilo-convectoren 15 4 Ventilatoren 20 4 Ventilatoren met variabel debiet 15 6 Statische warmtewisselaar 20 4 Koelcompressor 15 4 Stoombevochtigers 4-10 4 Tabel 16. Selectie economische kengegevens van installatiecomponenten (prEN 15459:2007, annex A) Het is aan te raden ook de kostprijs van de energiedragers in het programma van eisen op te nemen.


32

8. Besluit De multi-disciplinariteit van duurzaam bouwen vergt het verzoenen van uiteenlopende prestatiecriteria. Het is essentieel dat de interactie tussen de deeldisciplines ten volle in rekening wordt gebracht. Het optimum voor een deeldiscipline ligt niet altijd bij scenario’s die voor het volledige gebouw een optimale duurzaamheid opleveren. Focussen op een deeldiscipline levert gehandicapte gebouwen op: niemand waardeert een energiezuinig gebouw met een slechte geluidisolatie, of een gebouw met een goed contact binnen-buiten waar de binnentemperatuur tijdens de zomer niet te harden is. Een thermisch optimale oplossing die het gebouw verminkt, is geen aanvaardbare optie. Het is daarom essentieel om te blijven voor ogen houden dat energiezuinig bouwen weliswaar een belangrijke deeldiscipline is, maar toch slechts een deeldiscipline in het multi-disciplinaire ‘duurzaam bouwen’. We willen graag een oproep lanceren om vanuit de technische directeurs van de verzorgingsinstellingen de hier voorgestelde methodiek en kengetallen te evalueren en zo de invoering van energieprestatieregels voor verzorgingsinstellingen vanuit de basis op te bouwen. We zien het als een kans om comfortverhoging te combineren met een verlaging van het aantal hittedoden en van het primair energieverbruik.

9. Referentieteksten 9.1.

Normen

ISO EN 7730:2005; Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort EN 13779:2004; Ventilation for non-residential buildings – performance requirements for ventilation and room-conditioning systems EN 12464:2002; Light and lighting – Lighting of work places – Part 1: Indoor work places EN 15251:2005; Criteria for the Indoor Environment including thermal, indoor air quality, light and noise

9.2.

Publicaties

Memarzadeh F., Manning A., 2000, Hospital Design Criteria -- New Research and Applications - Thermal Comfort, Uniformity, and Ventilation Effectiveness in Patient Rooms: Performance Assessment Using Ventilation Indices, ASHRAE Transactions, 106, 2. College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2001, Signaleringsrapport inzake duurzaam bouwen (fase 1) College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2001, Signaleringsrapport inzake duurzaam bouwen (fase 2) Daidalos Peutz bouwfysisch ingenieursbureau - VTDV

33

College bouw ziekenhuisvoorzieningen, 2002, Signaleringsrapport inzake thermische behaaglijkheid in verpleeghuizen Demotte R., 2004, Actie- en communicatieplan met betrekking tot de hoge temperaturen; ministerie van volksgezondheid en sociale zaken College bouw zorginstellingen, 2007, Cahier C 09: ‘De hitte de baas. Koeling in zorginstellingen’


34

Europese groep adviesbureaus in bouwfysica, akoestiek, lawaaibeheersing, milieutechniek, brandveiligheid

Recommend Documents