Natuurlijke ventilatie van leslokalen Seminar Actiflow - CFD in de bouw 20 mei 2011 ir. Henk Versteeg
Inhoud presentatie • • • • •
Introductie LBP|SIGHT Binnenmilieu basisscholen Ventilatie basisschool De Schakel in Utrecht CFD-onderzoek tochtrisico Metingen tochtrisico na oplevering
LBP|SIGHT • • • •
Onafhankelijk advies- en ingenieursbureau (sinds 1970) Vestigingen in Nieuwegein en Zetten Akoestisch laboratorium in Den Haag Momenteel ca. 100 medewerkers
LBP|SIGHT is onder meer actief op de volgende terreinen • • • • • •
Akoestiek Bouwfysica Brandveiligheid Duurzaamheid Energie Gebiedsontwikkeling
• • • • • •
Grondzaken Lawaaibeheersing Milieu Rentmeesterij Ruimtelijke ordening Trillingen
Binnenmilieu basisscholen • In 2007 praktijkonderzoek binnenmilieu basisscholen door LBP|SIGHT in opdracht van Rijksoverheid • 60 basisscholen onderzocht • Luchtkwaliteit, akoestiek en klimaat • Knelpunten: - luchtverversing stookseizoen - temperatuur zomerperiode - geluid installaties • Tochtrisico van belang bij natuurlijke toevoer van ventilatielucht
Ventilatie basisschool De Schakel Utrecht • Natuurlijke toevoer via gevel, mechanische afvoer vanuit leslokaal • Verhoogde ventilatiehoeveelheid: CO2-concentratie maximaal 1.000 ppm • Eisen thermisch comfort winter: luchtsnelheid in verblijfszone maximaal 0,16 m/s (DR = 20%) • Aandachtspunt: realisatie tochtvrije toevoer van ventilatielucht
Ventilatie basisschool De Schakel Utrecht
Positionering luchttoevoer zo hoog mogelijk in gevel
Mechanische afvoer vanuit lokaal
luchttoevoer onafhankelijk van positie gevelkozijnen
Spreiding luchttoevoer over gehele gevellengte
Ventilatie basisschool De Schakel Utrecht
Toevoerlucht via suskast en openingen in gevel Opwarming luchtoevoer door convector in spoiler
luchttoevoer langs plafond (coanda-effect)
Ontwerpprincipes minimalisatie tochtrisico • gelijkmatige luchttoevoer (gehele gevellengte) • toevoer buiten verblijfszone (zo hoog mogelijk) • gebruik maken van coanda-effect (toevoer direct langs plafond via instelbare spoiler) • temperatuur toevoerlucht (opwarming in spoiler)
CFD-onderzoek i.s.m. Actiflow (april 2009) - Luchtstromingspatronen - Optredende snelheden en temperaturen
- optimalisatie ontwerp (spoiler, verwarming) - beoordeling tochtrisico
Modellering geometrie
Gevelzijde lokaal
Luchtspleet spoiler
Positionering afvoer
Inrichting, verblijfszone en doorsneden
Uitgangspunten berekeningen • • • • • •
Buitentemperatuur (-5 °C) Binnentemperatuur (20 °C) Oppervlaktetemperaturen begrenzing ruimte Verhoging temperatuur toevoerlucht (+10 °C) Afgifte vermogen verwarming, verlichting, personen Invloed inrichting
Variantberekeningen 4 varianten
Betere inschatting vermogen gevel Overschatting vermogen gevel
Hoge snelheden op vloerniveau
Te weinig opstuwende kracht bij gevel
Meer menging op vloerniveau
Te weinig worplengte door grotere luchtspleet spoiler
Resultaten CFD-onderzoek (1) • Variant 2 geeft beste resultaat - geen overschrijding Vmax in bovenste deel van verblijfszone - Wél overschrijding Vmax in onderste deel van verblijfszone verblijfszone
V =0,16 m/s
Resultaten CFD-onderzoek (2) • Luchtstroming teruggaand naar gevel • Invloedsfactoren: verwarming, hoogte luchtspleet maar ook inrichting, meubilair en personen • Vloerverwarming kan gunstige invloed hebben, wel aanpassing aanvangsnelheid
Conclusies CFD-onderzoek • Tochtrisico in bovenste deel leefzone afdoende beperkt bij - luchtspleet 20 mm - capaciteit luchtverversing conform Bouwbesluit - opwarming toevoerlucht met 10 °C • Tochtrisico nabij vloerniveau: moeilijk om op basis van CFD berekeningen een realistische risico-inschatting te maken • Hoogte toevoeropening spoiler variabel in te stellen • Uitvoeren controlemetingen na oplevering - met welke instelling van toevoeropening wordt laagste tochtrisico bereikt
Praktijkonderzoek tochtrisico (2010) • December 2010 - controle¬metingen optredende luchtsnelheden • Bij welke instelling het laagste tochtrisico ?
Praktijkonderzoek tochtrisico
Praktijkonderzoek tochtrisico DR = Draught Rate = percentage gehinderden ten gevolge van tocht (NEN-EN-ISO 7730) Turbulentie-intensiteit in %
gemiddelde luchtsnelheid in m/s Gemiddelde luchttemperatuur in °C
Bij v = 0,16 m/s en t = 20 °C en Tu = 40% -> DR = 20%
Praktijkonderzoek tochtrisico • • • • • • •
22 december 2010 buitenluchttemperatuur -2,5 °C binnenluchttemperatuur 20-22 °C Leslokaal identiek aan lokaal CFD-berekeningen Hoogte opening toevoer spoiler: 18 mm (v = 1,5 m/s) Temperatuur toevoerlucht +12,5 °C Capaciteit ca. 710 m3/h
Praktijkonderzoek tochtrisico 11 meetposities 2 verschillende hoogten: 0,27 m (enkels) 0,83 m (nek) Hoogte luchtspleet: 15 mm (v = 1,8 m/s) en 18 mm (v = 1,5 m/s) Capaciteit ventilatiesysteem (CO2 gestuurd): 710 m3/h en 260 m3/h
Resultaten praktijkonderzoek tochtrisico •
710 m3/h – spleethoogte 18 mm (v=1,5 m/s) 5 van 22 meetposities: DR > 15% 1 van 22 meetposities: DR > 20%
•
710 m3/h – spleethoogte 15 mm (v=1,8 m/s) 1 van 22 meetposities: DR > 15% 1 van 22 meetposities: DR > 20%
•
260 m3/h – spleethoogte 15 mm (v=0,7 m/s) 0 van 22 meetposities: DR > 10%
•
Luchtstroming langs plafond (worplengte) komt goed overeen met CFD-simulaties (rookpatronen)
Conclusies praktijkonderzoek tochtrisico •
Zeer beperkt risico van tochtklachten ten gevolge van te hoge luchtsnelheden
•
Alleen bij maximale stand ventilatiesysteem en lage buitentemperaturen (< 0 °C) op enkele locatie DR > 20%
•
Verhoging luchtsnelheid naar v=1,8 m/s heeft positief effect
•
Bij hogere buitentemperaturen en/of lagere capaciteitstand ventilatiesysteem (CO2-gestuurd) lage luchtsnelheden in verblijfszone
•
Resultaten bevestigen ervaringen gebruikers: geen tochtklachten
•
Natuurlijke tochtvrije toevoer is ook mogelijk bij verhoogde ventilatiehoeveelheid (1.000 ppm) – CO2-sturing is wenselijk
Evaluatie •
CFD-onderzoek geeft inzicht in potentiële locaties met thermisch discomfort
•
CFD-onderzoek geeft ondersteuning bij kwalitatieve inschatting luchtstromingspatronen
•
Keuze uitgangspunten en modellering kunnen grote invloed hebben op uitkomsten CFD-berekeningen (uitvoeren van gevoeligheidsanalyse noodzakelijk)
•
Praktijkonderzoek luchtstromingspatronen / tochtrisico (achteraf) kan zinvolle aanvulling zijn op CFD-onderzoek (vooraf)
Einde Vragen, bespreking, discussie
