Gezondheid, Comfort & Prestatie Gericht Bouwen Een complexe combinatie
Marcel Loomans TU/e | BWK Unit Building Physics and Systems
Figuur met evolutie van de mens
Source: revolutietheorie.be
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 1
Gebouwde Omgeving
Figuren met ontwikkeling van woning van hutje van takken tot luxe villa
Source: trendsnow.net Source: wealddown.co.uk
Onderdak Source: survival-homestead.com Source: dilbercik.seesaa.net
Source: brickfields.org.uk
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 2
Gezondheid & Comfort
Comfort Figuren met ontwikkeling van comfort van zon, vuur, radiator, koelen/verwarmen tot indivudele regeling Zeiler et al. TVVL Magazine 2010)
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 3
Gezondheid & Comfort
Gezondheid Figuur luchtvervuiling industrie + Figuur schimmelgroei in woning
[Prestentatie Atze Boerstra; 7S320; TU/e augustus 2008]
/ Building Physics & Systems
?
http://www.natuurwereld.be/media/foto/luchtvervuiling.bmp
17/03/2011
PAGE 4
Gezondheid & Comfort Definitie? WHO “Health is a state of complete physical, mental and social well-being and not merely the absence of disease or infirmity.” [“Gezondheid is een toestand van volledig lichamelijk, geestelijk en maatschappelijk welzijn en niet slechts de afwezigheid van ziekte of andere lichamelijk gebreken”]
[Preamble to the Constitution of the World Health Organization as adopted by the International Health Conference, New York, 1922 June, 1946; signed on 22 July 1946 by the representatives of 61 States (Official Records of the World Health Organization, no. 2, p. 100) and entered into force on 7 April 1948.]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 5
Gezondheid & Comfort Definitie? HOPE EU 5th FW project [deel] Een gebouw wordt als “gezond” gedefinieerd wanneer het gebouw: - geen ziekte veroorzaakt of verergert bij zijn gebruikers, - een hoog comfort niveau mogelijk maakt voor zijn gebruikers.
[hope.epfl.ch]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 6
Gezondheid & Comfort Prestaties Hoe te bepalen?
Figuur comfort
[from: presentation Monica Melhado 2008, TU/e]
/ Building Physics & Systems
Figuur van ‘patient’ waarvan de Temperatuur wordt gemeten.
17/03/2011
[from: presentation Wiebe Zoon 2008, TU/e]
PAGE 7
Prestatiegericht Bouwen Prestatie aanpak • Denken en werken in termen van het resultaat in plaats van middelen. • Prestatie gaat om wat een gebouw(-deel) moet doen, niet om hoe het is gebouwd.
• Een ontwerpoplossing, traditioneel of nieuw, moet objectief kunnen worden beoordeeld op zijn prestatie.
Ontwerp
/ Building Physics & Systems
Bouw
Gebruik
Sloop
17/03/2011
PAGE 8
Prestatiegericht Bouwen
“Linksaf bij de volgende stoplichten, dan de vierde straat rechts, rechtdoor op de eerste rotonde, vervolgens rechtsaf bij de tweede rotonde, linkerbaan aanhouden, dan ……..”
[from: key note presentation on PeBBu, Dik Spekkink, CIB Conference, Helsinki, 2005]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 9
Prestatiegericht Bouwen
“Naar het vliegveld !”
[from: key note presentation on PeBBu, Dik Spekkink, CIB Conference, Helsinki, 2005]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 10
Prestatiegericht Bouwen Hamburger model
[from: key note presentation on PeBBu, Dik Spekkink, CIB Conference, Helsinki, 2005]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 11
Prestatiegericht Bouwen ‘filled’ Hamburger model
[from: key note presentation on PeBBu, Dik Spekkink, CIB Conference, Helsinki, 2005]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 12
Prestatiegericht Bouwen Een (simpel) voorbeeld Functionele behoefte Vergaderingen kunnen houden met max. 25 mensen in verschillende settings (theater en ronde tafel) Prestatie eisen (binnenmilieu) Luchtkwaliteit bij personen: Thermisch comfort: Spraakverstaanbaarheid:
hoog (bijv. CO2 <1000 ppm) hoog (bijv. -0.2 < PMV < 0.2) hoog (bijv. nagalmtijd: 0.8 – 1.0 sec; Achtergrondgeluidniveau (externe bronnen): max. 35 dB(A))
Verlichting:
hoog (bijv. op tafel niveau: min. 500 lux)
[from: key note presentation on PeBBu, Dik Spekkink, CIB Conference, Helsinki, 2005]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 13
Prestatiegericht Bouwen Vergelijken en overeenstemmen Prestatie indicatoren Prestatie eisen
Vergelijken & overeenstemmen
Voorspelde / gemeten prestatie Evaluatie technieken [from: key note presentation on PeBBu, Dik Spekkink, CIB Conference, Helsinki, 2005]
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 14
Prestatiegericht Bouwen Prestatie evaluatie van gebouwen (status) • Meer interesse (beleidsmaatregel) • Verschillende systemen (BREEAM[-NL], LEED, …) • Focus (energie & CO2 emissie) • Gezond/Comfort (regelmatig oplossingsgericht)
3/17/2011
[www.breeam.nl] 17/03/2011
PAGE 15
Prestatiegericht Bouwen
Uit: Cox, C. Loomans, M. 2005. Een gezonde woning, een gezonde keuze. TNO Rapport 2005-BBE-R085A. Delft 3/17/2011
Prestatiegericht Bouwen Gezondheid & Comfort Problematiek • Prestatie indicatoren • Evaluatie technieken
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 17
Prestatie indicatoren (PI) Prestatie indicator Eigenschap van een product, gebouwdeel of gebouw die in detail de prestatie daarvan karakteriseert in relatie tot de prestatie eis die is gesteld. De indicator moet een kwantitatieve, kwalitatieve of beschrijvende parameter zijn die relatief eenvoudig kan worden bepaald. Voorbeeld: Thermisch comfort PPD e.g. <10% (PI) (richtwaarde) …
/ Building Physics & Systems
Tair, Tmrt, v, RH (M, Iclo) (parameters) …
17/03/2011
PAGE 18
PI - Binnenomgeving
Bas Haring – Volkskrant 29 januari 2011 “Een vraag over de rook van Moerdijk is gewoon te moeilijk”
“Wie zitten er in dit stadion?” Figuur van gevuld voetbalstadion
Is dit Atze?
☺
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/61/Ullevaal_Stadion_Postban ken_2006-05-12.JPG
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 19
PI - Binnenomgeving Perfection project (CA 7th FW) Doel Prestatie Indicator Raamwerk voor de binnenomgeving Vergelijking van binnenomgeving • Gezondheid, comfort, toegankelijkheid, veiligheid,... • Objectief • Verschillende fasen levenscyclus • [Europa]
3/17/2011
17/03/2011
PAGE 20
Perfection Methode
Indoor air quality Indoor air Contaminants Organic pollutants Inorganic pollutants Classical pollutants Indoor air pollutants Bioaerosols Performance Indicators for Indoor Air Quality Air change rate Drinking water use and water reuse Quality of drinking water Legionella Grey Water and rainwater (re)use Health Assessment of Water Reuse Pathogenic Microorganisms Aerosols Chemical constituents Thermal comfort Predicted Mean Vote Performance Indicators Framework Metabolic rate Thermal Insulation of Clothing Thermal Environment Parameters Predicted Percentage Dissatisfied Local Thermal Discomfort Thermal environment Alternative Methods Visual comfort (Key Indoor Performance Indicators) Illuminance Luminance Flicker Colour aspects Daylight Acoustic comfort Indoor ambient noise levels in unoccupied spaces Reverberation Speech Intelligibility Structural vibrations at low frequencies Low-frequency spectrum adaptation
• review van prestatie indicatoren (long list)
• selectie van representatieve prestatie indicatoren • raamwerk – Key Indoor • beoordelingsmethode
KIPI-framework
• optimalisatie • validatie
3/17/2011
1. Temperature and relative humidity 2. Effective ventilation / CO2
KIPI FRAMEWORK
restatie indicatoren
3. Combustion sources / infiltration
Status 1 maart 2011
4. Particulate matter 5. Drinking water quality
Health and Comfort
Health
6. Operative temperature / PPD 7. Illuminance 8. Daylight factor
Comfort
9. Background noise level 10. Reverberation time 11. Safety in use 12. Feeling of safety
Safety and Security
Safety
13. Meeting current regulation 14. Cultural heritage protection 15. Personal and material security
Security
16. Security of information 17. Reliability in exceptional cases 18. Access to and in the building
Usability and Positive Stimulation
Usability
19. Wayfinding 20. Adjustability 21. View to outside
Positive Stimulation
22. Privacy 23. Feelings and sensations 24. Availability and quality of recreational spaces
Adaptability and Serviceability
Adaptability
25. Versatility and protection 26. Technical service life 27. Adaptability to climate change
Serviceability
28. Branding and cultural heritage 29. Availability of services in the building 30. Cleanliness
1
31. Maintainability
17/03/2011
PAGE 22
Perfection 1. Temperature and relative humidity
KIPI-framework
2. Effective ventilation / CO2
KIPI FRAMEWORK
(Key Indoor Performance Indicators)
4. Particulate matter 5. Drinking water quality
Health and Comfort
Voor geselecteerde indicatoren: • omschrijving • niveau’s (A – E) • beoordelingsmethode ontwerp – in gebruik eenvoudig - gedetailleerd • weging
3. Combustion sources / infiltration
Health
6. Operative temperature / PPD 7. Illuminance 8. Daylight factor
Comfort
9. Background noise level 10. Reverberation time 11. Safety in use 12. Feeling of safety
Safety and Security
Safety
13. Meeting current regulation 14. Cultural heritage protection 15. Personal and material security
Security
16. Security of information 17. Reliability in exceptional cases 18. Access to and in the building
Usability and Positive Stimulation
Usability
19. Wayfinding 20. Adjustability 21. View to outside
Positive Stimulation
22. Privacy 23. Feelings and sensations 24. Availability and quality of recreational spaces
Adaptability and Serviceability
Adaptability
25. Versatility and protection 26. Technical service life 27. Adaptability to climate change
Serviceability
28. Branding and cultural heritage 29. Availability of services in the building 30. Cleanliness 31. Maintainability
3/17/2011
17/03/2011
PAGE 23
Perfection 1. Temperature and relative humidity
Discussiepunten
2. Effective ventilation / CO2
KIPI FRAMEWORK
3. Combustion sources / infiltration 4. Particulate matter 5. Drinking water quality
Health and Comfort
• balans (compleet/praktisch) • beoordeling prestatie (kwantitatief/kwalitatief) • prestatie versus oplossing (technologie) • weging indicatoren (gebouwtype, gebruiker)
Health
6. Operative temperature / PPD 7. Illuminance 8. Daylight factor
Comfort
9. Background noise level 10. Reverberation time 11. Safety in use 12. Feeling of safety
Safety and Security
Safety
13. Meeting current regulation 14. Cultural heritage protection 15. Personal and material security
Security
16. Security of information 17. Reliability in exceptional cases 18. Access to and in the building
Usability and Positive Stimulation
Usability
19. Wayfinding 20. Adjustability 21. View to outside
Positive Stimulation
22. Privacy 23. Feelings and sensations 24. Availability and quality of recreational spaces
Adaptability and Serviceability
Adaptability
25. Versatility and protection 26. Technical service life 27. Adaptability to climate change
Serviceability
28. Branding and cultural heritage 29. Availability of services in the building 30. Cleanliness 31. Maintainability
3/17/2011
17/03/2011
PAGE 24
Perfection Ontwikkelingen • website: www.indoorperformance.net (beoordelen gebouwen) • website: products.indoorperformance.net (beoordelen producten)
3/17/2011
Prestatiegericht Bouwen Gezondheid & Comfort Problematiek • Prestatie indicatoren • Evaluatie technieken
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 26
Evaluatie technieken Objectieve beoordeling prestatie • (Expert) • Meten • Simuleren
3/17/2011
Ontwerp
Bouw
Gebruik
17/03/2011
PAGE 27
Evaluatie technieken Gebouwsimulatie
TIME HISTORY
WEATHER DATA SOLAR MODELS
SHADING GEOMETRY
SOLAR ENERGY INPUTS
BUILDING FABRIC MODELS HEAT INPUT
SOLAR ENERGY INPUTS
GLAZING MODELS
HEAT INPUT HVAC SYSTEMS
WEATHER DATA INTERNAL SOURCES MODELS
3/17/2011
MATERIALS PROPERTIES
OVERALL AIR HEAT BALANCE MODEL HEAT INPUT
MATERIALS PROPERTIES
WEATHER DATA
HEAT INPUT TIME HISTORY
(Source: IBPSA International)
17/03/2011
PAGE 28
Evaluatie technieken Computational Fluid Dynamics (CFD)
Three relative simple figures to clarify CFD
[Schälin, 2007]
3/17/2011
17/03/2011
PAGE 29
Evaluatie technieken
Figuur waarin toepassing wordt toegelicht wanneer wel/niet gebruiken van tools en de complexiteit van tools die gebruik moet worden of niet.
Ontwerpen versus beoordelen / Building Physics & Systems
[Schälin, 2007]
17/03/2011
PAGE 30
Evaluatie technieken Referentiestudie NIFV | TU/e | IBPSA-NVL • Toepassing CFD techniek in de praktijk
Loomans, M.G.L.C., Lemaire, A.D. & Plas, M. van der. 2009. "Results from a CFD reference study into the modelling of heat and smoke transport by different CFD-practitioners. 11th IBPSA Building Simulation Conference. (pp. 458-465). Glasgow: International Building Performance Simulation Association.
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 31
Referentiestudie Resultaten 1e casus • Temperatuur (PI) • Snelheid (PI) point vTri - All data
point J - All data 3
3
2.5
2.5 Me A B C Dh E F G H1 H2 I J K L
1.5
1
0.5
0 250
300
350
/ Building Physics & Systems
400 450 Temperature [K]
500
550
2
height [m]
height [m]
2
Me A B C Dh E F G H1 H2 I J K L
1.5
1
0.5
600
0 -3
-2
-1
0 Velocity [m/s]
1 17/03/2011
2 PAGE 32
3
Referentiestudie Loomans, M.., Lemaire, T. & Duyvis, M. 2010. CFD simulation of Heat and Smoke Transport in an atrium - Results from a reference study performed by different CFD-practitioners. Proceedings Clima 2010 - 10th REHVA World Congress (on CD; ISBN Code 978-975-6907-14-6). Antalya. Bovenaanzicht 20
RWA (natuurlijk)
Atrium
16 m
16
Brandruimte Deur openingen 2.7 2.3
20 m 12 m
6.0
4.0 12
Zijaanzicht
/ Building Physics & Systems
Vooraanzicht
Temperature at t=60 sec, 120 sec, 300 sec
17/03/2011
PAGE 33
Referentiestudie 20
Resultaten 2e casus
16
• Rookvrije hoogte (PI) • Temperatuur rooklaag (PI)
2.7 2.3 6.0
12
smoke temperature - All data
smoke free height - All data 160
18 Zo 10 11 14 15 16 18 23 25
14 12 10
Zo 10 11 14 15 16 18 23 25 30
140 120
smoke temperature [ oC]
16
smoke free height [m]
4.0
8 6
100 80 60 40
4 20
2 0
0
0
100
200
300
/ Building Physics & Systems
500 400 Time [s]
600
700
800
900
0
100
200
300
400 500 Time [s]
600
700
17/03/2011
800
PAGE 34
900
Referentiestudie
• Overeenstemming verschillende gebruikers, verschillende codes • Interpretatie van probleem leidt tot verschillen (praktijk vaak veel complexer) • Kennis van simulatie-keuzes en details belangrijk voor berekening
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 35
Prestatiegericht Bouwen Gezondheid & Comfort Problematiek • Prestatie indicatoren • Evaluatie technieken Enkele voorbeelden van onderzoek aan TU/e
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 36
Prestatie indicator versus evaluatie Ventilatie operatiekamers (Wiebe Zoon – TU/e) luchtkwaliteit
• protectie factor (PI; VDI 2167) Toepasbaar in ontwerpfase ? 10.0
protectie factor
1.3 m
/ Building Physics & Systems
-1.0 [-] 2.5 m
3.5 m
17/03/2011 PAGE 37 17/03/2011 PAGE 37
Prestatie indicator versus evaluatie • VDI 2167 niet volledig • Evaluatie: Simulatie onderdeel van het evaluatie proces Metingen blijven noodzakelijk
/ Building Physics & Systems
17/03/2011
PAGE 38
Prestatie indicatoren (complexiteit) Thermisch comfort (Lisje Schellen – TU/e) Niet-uniformiteit / Dynamisch/ Individueel
Figuur om individualiteit te karakteriseren
Informatie over resultaten overzoek tav dynamisch en ouderen is beschreven in: Schellen, L., Marken Lichtenbelt, W.D. van, Loomans, M.G.L.C., Toftum, J. & Wit, M.H. de. 2010. "Differences between young adults and elderly in thermal comfort, productivity and thermal physiology in response to a moderate temperature drift and a steady-state condition". Indoor Air. 20(4), pp. 273283.
3/17/2011
17/03/2011
PAGE 39
Prestatie indicatoren (complexiteit) Experimenten (PI bepaling)
Dynamisch - Tot 2K/h (ΔTmax: 8K) merkbaar, maar niet onacceptabele thermische condities.
Individueel - Thermische sensatie ouderen gemiddeld 0,5 punt lager dan dat van jong volwassenen.
Gecombineerde niet-uniformiteit (voorlopig resultaat)- Lokale thermische sensatie kan globale sensatie beïnvloeden. 3/17/2011
Prestatie indicatoren (complexiteit) Evaluatie
(lopend onderzoek)
3/17/2011
Nilsson – lokaal thermisch comfort
17/03/2011
PAGE 41
Conclusie Prestatie Gericht Bouwen ‘Ideaal’, maar nog een lange weg te gaan… Gezond & Comfort Waar ligt de grens (indicatoren + richtwaarden)… Een complexe combinatie De puzzel is nog niet af…
3/17/2011
Tot slot…
3/17/2011
