Intensieve nachtventilatie Evaluatie van de prestaties Hilde Breesch Onderzoeksgroep Duurzaam Bouwen KULeuven - KAHO
Situering • Ontwikkeling NZEB-gebouwen -> grotere vraag naar koeling gedurende hele jaar • Oververhitting vaak gerapporteerd probleem bij gebouwen in gebruik, zelfs in “verwarmingsseizoen” • Verschuiving beperken energievraag verwarming -> koeling • Nood aan energie-efficiënte oplossingen
Vb: thermisch comfort living Bron: Esbensen (DK)
Passieve pilootprojecten scholenbouw • Overal “passieve” koeltechnieken o o
(buiten)zonwering Intensieve nachtventilatie • grote hygiënische debieten -> potentieel • •
Hygiënisch ventilatiedebiet (10/14) debiet > hygiënisch ventilatie (4/14)
• Natuurlijk (1/14) <> mechanisch (13/14)
Passiefschool Etterbeek Bron: EVR architecten
Passiefschool Frankfurt Riedberg
Energie-efficiënte koeling • Vergelijking energieverbruik kantoorgebouw o o
Volledige actieve luchtkoeling (D) Intensieve nachtventilatie + topkoeling hygiënisch vent. (A)
Bron: WTCB
Overzicht • • • • • •
Situering Intensieve nachtventilatie Toets goed ontwerp gebouw-ventilatie Prestaties Case studie Tot slot
Intensieve nachtventilatie • Werking o
o
Overdag: warmteopslag in thermische massa ‘s Nachts: afkoeling via ventilatie
Renson (Waregem) (J. Crepain – VK Engineering)
Intensieve nachtventilatie • Thermische massa o o
Warmteoverdracht lucht-massa Warmteopslagcapaciteit
• Opletten met akoestiek • Natuurlijke <> mechanische ventilatie
7
SD Worx (Kortrijk) (Van de Poel – Cenergie)
Intensieve nachtventilatie
20
20
16
10
12
0
landschap nachtventilatie (in)
Metingen Renson (1/5-30/9/03)
buiten nachtventilatie (uit)
Ventilatievoud (h-1)
30
06-08-03
24
05-08-03
40
04-08-03
28
03-08-03
50
02-08-03
32
01-08-03
Temperatuur (°C)
• Resultaat
Overzicht • • • • • •
Situering Intensieve nachtventilatie Toets goed ontwerp gebouw-ventilatie Prestaties Case studie Tot slot
Klimaat
• Koel/warm klimaat: DT dag-nacht > 10-12°C • Droog/matig vochtig klimaat: x < 15 g/kg • Opletten met pollutie buitenlucht Temperatuur
10
Vochtigheid
Warmtewinsten • Interne warmtewinsten o
Kantoor: min. 15 m²/pers.
• Zonnewinsten o o
Oppervlakte: AVenster < 20% Avloer Buitenzonwering: g < 0.2
11
Thermische massa • Directe systemen o
o
o o
Combinatie straling (5 W/m²K) natuurlijke convectie (2-3 W/m²K) Luchtstroming in ruimte goed ontwerpen Warmteoverdracht verbeteren Lichte afwerking/vals plafond vermijden
• Indirecte systemen o
o
Natuurlijke convectieve warmteoverdracht (2-3 W/m²K) Gedwongen convectieve warmteoverdracht (10-15 W/m²K) Bron: CIBSE
Thermische massa • Voorbeeld directe systemen
• Voorbeeld indirecte systemen
Bron: CIBSE
Ventilatie-openingen • Grote debieten: 3 – 10 vol/h • Vuistregel: Aeffectief= 1 – 3% Avloer SD Worx (Kortrijk) (Van de Poel – Cenergie) 1 single-sided 3% cross 2% stack 1% stack 2%
0.9 0.8
probability
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
4
8
12
16
20 24
28
32
night ventilation flow in (vol/h)
36
40
PROBE (Limelette) Bron: WTCB
Automatische regeling • Doel o o
Maximale Koelbehoefte Voorkomen “overkoeling”
• Setpoints o o
o
Tzone/plafond > Tverwarming Ti > Te of 22h < tijd < 6h Ook tijdens weekends RVi < 70%
indoor temperature (°C)
o
32 30 28 26 24 22 20 18 12
Metingen Renson (1/5-30/9/03)
14
16
18
20 22 Te,ref (°C)
max indoor temperature level A level C
24
26
28
min indoor temperature level B
Overzicht • • • •
Situering Intensieve nachtventilatie Toets goed ontwerp gebouw-ventilatie Prestaties o o
Welke? Evaluatie
• Case studie • Tot slot
Prestaties: thermisch zomercomfort • Temperatuurverloop o
voorbeeld SD Worx (12-16/8/2002)
Prestaties: thermisch zomercomfort • Evaluatie zomerperiode o
Voorbeeld SD Worx (15/5-30/9/2002)
Prestaties: temperatuurdaling ‘s nachts • “Lucht” <> oppervlaktetemperatuur • Tijdstip o
Voorbeeld SD Worx Kortrijk (22h-6h)
Prestaties: werking • Openen en sluiten van ventilatie-openingen o
Voorbeeld: Renson (Waregem)
Prestaties: debiet • Natuurlijke <> mechanische ventilatie o
Voorbeeld: Gerechtsgebouw Antwerpen
Bron: UGent
Overzicht • • • •
Situering Intensieve nachtventilatie Toets goed ontwerp gebouw-ventilatie Prestaties o o
Welke? Evaluatie
• Case studie • Tot slot
Evaluatie prestaties: metingen • Metingen gebouwbeheerssysteem o o
Temperatuur ruimtes openen/sluiten ventilatieopeningen
• Extra metingen o o
Debieten Elektriciteitsverbruik ventilatoren
Evaluatie prestaties: simulaties • Dynamische gebouwsimulaties (BES) o
GTO (weighted temperature exceeding hours)
o
Voordeel: scenario’s vergelijken Voorbeeld: evaluatie zomercomfort SD Worx 500 400
nightvent + earth-to-air nightvent earth-to-air no passive cooling
300 200 100 0 1st floor 2nd floor
Evaluatie prestaties: simulaties • Dynamische gebouwsimulaties (BES) o o
Aandachtspunt: overeenkomst metingen <> simulaties Voorbeeld: thermisch zomercomfort SD Worx Metingen simulaties
Evaluatie prestaties: simulaties • Vereenvoudigde methodes? o
Aandachtspunten • Tijdsperiode: maand <> uur • Zone: gebouw <> ruimte
Overhitting <> koelvraag • Voorbeeld: passieve testleslokalen KULeuven-KAHO (qair= 25°C) 20
netto energievraag koeling (kWh/m².a)
o
15 10
geen nachtvent nachtvent, n = 5 h-1
5 0 baksteen
hout
gebouw
Evaluatie prestaties: simulaties • Vereenvoudigde methodes? o
Aandachtspunten • Tijdsperiode: maand <> uur • Zone: gebouw <> ruimte
Overhitting <> koelvraag • Voorbeeld: passieve testleslokalen KULeuven-KAHO (qair= 25°C) overschrijdingsuren > 26°C (%)
o
70 60
50 40 30
geen nachtvent
20
nachtvent, n = 5 h-1
10 0
baksteen
hout
Overzicht • • • • • •
Situering Intensieve nachtventilatie Toets goed ontwerp gebouw-ventilatie Prestaties Case studie: politiekantoor Schoten Tot slot
Case studie: Politiekantoor Schoten • Gebouw o o o o
o
2 verdiepingen Avloer = 2500m² In gebruik sinds 2008 Alleen kantoren natuurlijk geventileerd Huiswerk arch. - Arcadis
Politiekantoor Schoten • Gebouw o o o
Energieprestatie: K24- E55 Elektriciteit – gas verbruik: 82.8 - 76.1 kWh/m² (2009) U-waardes U (W/m²K)
gevel
0.28-0.44
dak
0.18
Vloer op volle grond
0.31
venster
1.92
o
2 ruimtes • Kantoor korpschef • Landschapskantoor bp
2
1
Politiekantoor Schoten • Gebouw o
o
Thermisch capacitieve binnenwanden Zonwering • Vaste oversteek W • Beweegbare buitenzonwering O+Z
o
Verlichting kantoren • Geïnstalleerd P = 7.2 W/m² • Aanwezigheidsgestuurd
o
Hygiënische natuurlijke ventilatie • Aanwezigheid + CO2 gecontroleerd • Manuele opening door gebruiker • Atoevoer = max. 25% Atoevoer nacht
Politiekantoor Schoten • Natuurlijke intensieve nachtventilatie
Politiekantoor Schoten • Intensieve nachtventilatie: toets goed ontwerp o
Ventilatie-openingen
room 1 2
Kantoor korpschef Landschapskantoor bp o
Internal heat gains 14 W/m² 14 W/m²
Awindow/ Afloor 29% 14%
Asupply night/Afloor 1.7 % 0.8 %
DHsupply-exhaust
Automatische regeling
Daytime activation requirements qi,max > 24°C qe,mean > 12°C
Night ventilation activation requirements 22h < time < 6h qi > 21°C qi - qe > 1°C v < 10 m/s No rain
2m 5m
Politiekantoor Schoten • Evaluatie prestaties nachtventilatie: metingen o o
10 dagen in augustus 2009 - juli 2010 Gebouwbeheerssysteem • binnentemperatuur • Openen/sluiten vensters
o
30
Meteo data KMI • • • •
Extreem hoge gemiddelde en 20 maximum temperaturen Significant meer zomerdagen 10 Duur zonneschijn: normaal
average average average Tmean Tmax Tmin (°C) (°C) (°C) normal 17,1 21,6 13,1 jul/10 20,5 25,8 15,6 aug/09 19,4 24,9 13,8
Politiekantoor Schoten • Thermisch zomercomfort: temperatuurverloop 1.
Kantoor korpschef
Politiekantoor Schoten • Thermisch zomercomfort: ATG-methode 32 30
Ti,o (°C)
28
Tmax 65% acceptability Tmax 80% acceptability Tmax 90% acceptability Tmin 90% acceptability Tmin 80% acceptability Tmin 65% acceptability
26 24 22 20 18 6
8
10
12
14
T
16
e,ref
Te,ref
T
today
18
20
22
24
(°C)
0.8Tyesterday 0.4Tday before yesterday 0.2T2 days before yesterday 2.4
Politiekantoor Schoten • Thermisch zomercomfort Kantoor korpschef
65%
30
80% 90%
28
Ti [°C]
1.
min 2010
26
max 2010
24
min 2009
22 20Normal warm 17 19 21
hot summer
23
25
Te,ref [°C]
27
max 2009
Politiekantoor Schoten • Thermisch zomercomfort landschapskantoor bp
30 Ti [°C]
2.
65%
80% 90%
28
min 2010 max 2010 min 2009 max 2009
26 24
22 20
Normal
warm
hot summer
17 19 21 23 25 27 Te,ref [°C]
Politiekantoor Schoten • Werking
Politiekantoor Schoten temperature drop [°C]
• Temperatuurdaling ‘s nachts (22h-6h)
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0
2 4 6 8 10 ΔT indoor-outdoor[°C] corps head landscaped office bp
Politiekantoor Schoten 100
32
80
28
60
24 20
40
16
20
12
0
Ti
Te
hygienic ventilation
ventialtion opening [%]
temperature [°C]
• Invloed gebruiker 36
Overzicht • • • • • •
Situering Intensieve nachtventilatie Toets goed ontwerp gebouw-ventilatie Prestaties Case studie Tot slot
Tot slot • Testleslokalen volgens bio-ecologische passiefbouw KULeuven - KAHO o
Gecontroleerde testomgeving - reële gebruikers • Continue monitoring • Binnenklimaat • HVAC + verlichting
o
Variatie • Thermische capaciteit • Sturing installaties • Gebruik en bezetting
o
Winnaar persprijs 2020 Challenge (2013)
