Nieuwbouw Parkeergarage Amphia Ziekenhuis Breda Gebruiksventilatie

1.1.1.1

3

Nieuwbouw Parkeergarage Amphia Ziekenhuis Breda Gebruiksventilatie

Bijlage 47 van besluit 2014/0337-V01 Deerns Nederland BV Rijswijk, 31-01-2014

HOMEPAGE PROJECTNUMMER STATUS DOCUMENTCODE

AUTEUR

www.deerns.nl 160.00812.00.0001 DEFINITIEF DN_PGA_Ventilatie-opzet_20140131_V1.0.docx

ir. J.D. Hensen

PARAAF

PARAAF PROJECTLEIDER/GROEPSLEIDER

ir. B. Geerdink

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar worden gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van de opdrachtgever. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de DNR 2011, dan wel naar de betreffende ter zake tussen partijen gesloten overeenkomst.

1

160.00812.00.0001

INHOUD Hoofdstuk

Blad

1.

Inleiding

2

2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Gebruiksventilatie Uitgangspunten gebruik Eisen en richtlijnen Bepalingsmethoden Minimaal vereist debiet en beoordelingscriterium

3 3 3 4 5

3. 3.1. 3.2. 3.3.

Gelijkwaardige CFD-berekeningen Rekenprogramma Modellering Conclusies

6 6 8 9

Bijlagen Bijlage 1

Studie invoer model gevel

Bijlage 2

Gelijkwaardigheid natuurlijke gebruiksventilatie NEN 2443

Doc: DN_PGA_Ventilatie-opzet_20140131_V1.0.docx

Rijswijk, 31 januari 2014

160.00812.00.0001

2

INHOUD 1.

INLEIDING

In opdracht van het Amphia Ziekenhuis te Breda is een beoordeling van de gebruiksventilatie uitgevoerd voor de nieuwbouw van de parkeergarage die op het JEKA terrein tegenover de nieuwbouw van het nieuwe Amphia Ziekenhuis zal worden gerealiseerd.

Het ontwerp van de parkeergarage bestaat uit vijf rechthoekige bouwlagen met parkeerplaat2

sen. De gebruiksoppervlakte bedraagt per bouwlaag circa 5.000 m . De hoogste vloer van het gebouw is gelegen op 12 m boven het meetniveau. De auto’s rijden langs hellingbanen omhoog of naar beneden en de gevels zijn grotendeels fysisch open uitgevoerd. Met behulp van de gevelopeningen zal natuurlijke ventilatie worden gerealiseerd. In totaal zijn er 900 parkeerplaatsen in de parkeergarage aanwezig. De bouwlagen zijn onafhankelijk in twee richtingen ontsloten op twee vluchttrappenhuizen.

In de parkeergarage wordt onder andere koolmonoxide (CO) en benzeen (C 6H6) geproduceerd door zowel rijdende als stilstaande auto’s. Deze stoffen zijn schadelijk voor de gezondheid, zodat een te hoge concentratie voorkomen dient te worden. Daarom zijn in het Bouwbesluit, de Wet Milieu beheer en in NEN 2443 voorschriften opgenomen met betrekking tot de gebruiksventilatie.

Er wordt niet geheel aan de onverkorte eisen conform NEN 2443 voldaan ten aanzien van de maximaal toegestane diepte van een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Daarom is de doorspuwing van de parkeergarage op basis van gelijkwaardigheid met CFD berekeningen beoordeeld. Beoordeeld is het te verwachten ventilatiedebiet bij een gemiddelde windsnelheid en de daarbij de te verwachten doorspuwing.



3

160.00812.00.0001

2.

GEBRUIKSVENTILATIE

2.1.

Uitgangspunten gebruik Voor de gebruikssituatie wordt bepaald of voor de parkeergarage in het huidige ontwerp afdoende natuurlijke ventilatie mogelijk is, zonder dat dit leidt tot een onacceptabele luchtkwaliteit in de parkeergarage of de omgeving ervan. 1

Zowel het Bouwbesluit als NEN 2443 stellen eisen aan de ventilatie van parkeergarages. Alleen de eisen conform het Bouwbesluit zijn formeel relevant in het kader van een bouwvergunning. De Wet Milieubeheer stelt vervolgens eisen aan verontreinigingsconcentraties in de omgeving van de parkeergarage.

2.2.

Eisen en richtlijnen Parkeergarages vallen volgens het Bouwbesluit onder de gebruiksfunctie ‘overige gebruiksfuncties’. In artikel 3.32 van het Bouwbesluit worden ventilatievoorschriften voor parkeergarages (= verblijfsruimte voor het stallen van motorvoertuigen) gegeven.

De eisen overeenkomstig artikel 3.32 van het Bouwbesluit hebben betrekking op besloten parkeergarages. In een besloten parkeergarage moeten voorzieningen zijn opgenomen voor de toevoer van verse lucht en voor de afvoer van binnenlucht, waarmee een ventilatiecapaciteit kan worden gerealiseerd van ten minste 3 dm³/s per m² gebruiksoppervlakte.

In het Besluit algemene voorschriften voor inrichtingen milieubeheer (Activiteitenbesluit) worden in artikel 4.76 alleen functionele eisen gesteld aan de inrichting van mechanische ventilatiesystemen in parkeergarages, waardoor deze voor onderhavige parkeergarage niet aan de orde zijn. Er is hier namelijk sprake van een natuurlijk geventileerde parkeergarage.

Voor de inrichting en dimensionering van ventilatievoorzieningen worden in NEN 2443 richtlijnen gegeven. Met deze richtlijnen kan een realistische ventilatiecapaciteit op basis van werkelijke verontreinigingen bepaald worden. Vanwege de gezondheidseffecten van blootstelling aan kortdurende hoge concentraties is de koolmonoxideverontreiniging in de parkeergarage maatgevend. De concentratiegrenswaarden zijn opgenomen in tabel 2.1.

1

NEN 2443:2013, Parkeren en stallen van personenauto’s op terreinen en in garages.



4

160.00812.00.0001

Tabel 2.1:

Concentratiegrenswaarden CO

NEN 2443 *

2.3.

Achtergrond

Binnenlucht (NEN 2443) MAC-waarde

8-uurgemiddelde [ppm]

TGG (8 uur) [ppm]

TGG (30 min) [ppm]

8,6 *

25

120

Grenswaarde conform gewijzigde Wet milieubeheer (luchtkwaliteitseisen) komt overeen met 10.000 g/m³.

Bepalingsmethoden De bepalingsmethode van NEN 2443 geeft de benodigde ventilatiecapaciteit om aan de gestelde maximale CO-concentratie van de binnenlucht (half-uur-gemiddelde waarde) te voldoen. In de bepaling wordt rekening gehouden met de CO-concentratie van de toegevoerde lucht (achtergrondconcentratie, half-uur-gemiddelde waarde) en de koolmonoxideproductie door de auto’s.

De door het Bouwbesluit voorgeschreven bepalingsmethode voor de ventilatiecapaciteit van parkeergarages is normblad NEN 1087. De capaciteit wordt bepaald met behulp van de volgende formule:

qv Anetto v1.000 Waarin: qv

=

De luchtvolumestroom door de voorziening in dm³/s.

Anetto

=

Het netto oppervlakte van de opening in m².

v

=

De luchtsnelheid in de opening, in m/s (afhankelijk van de situering van gevel- en dakopeningen ten opzichte van elkaar).

Deze rekenregel impliceert de volgende randvoorwaarden:  

een temperatuurverschil van 5 K; een meteorologische windsnelheid van 5 m/s (jaargemiddelde).

Onverkort mag een natuurlijk geventileerde parkeergarage een diepte hebben van maximaal 54 m waarbij voor tegenover elkaar gesitueerde gevelopeningen conform NEN 1087 het ventilatie debiet mag worden bepaald. Aangezien de afstand tussen de tegenover elkaar gesitueerde gevels van de parkeergarage meer dan 54 m bedraagt (de afstand bedraagt 59 m), zijn voor de situatie CFD berekeningen uitgevoerd om de doorspuwing te kunnen beoordelen. Hierbij is de doorspouwing van zowel de langszijde als de kopse zijde beoordeeld terwijl volgens de NEN 2443 beoordeling van de wind op 1-zijde (de langszijde) volstaat.



5

160.00812.00.0001

2.4.

Minimaal vereist debiet en beoordelingscriterium

Tabel 2.2:

Ventilatiebehoefte parkeergarage

Norm/richtlijn

Eis

Benodigde ventilatiecapaciteit [m³/uur] per bouwlaag

Bouwbesluit

3 dm³/s per m²

54.000 m³/uur (= 15 m³/s)

Beoordeeld naar de lengte doorsnede dient de minimale doorstroom dan 15 m³/s / 250 m² = 0,06 m/s te bedragen. Als beoordelingscriterium is daarom de ondergrens van een ‘dode zone’ gehanteerd van 0,05 m/s (locale grenswaarde).



160.00812.00.0001

6

3.

GELIJKWAARDIGE CFD-BEREKENINGEN

3.1.

Rekenprogramma Er wordt niet geheel aan de onverkorte eisen conform NEN 2443 voldaan ten aanzien van de maximaal toegestane diepte van een natuurlijk geventileerde parkeergarage. Beoordeeld is het te verwachten ventilatiedebiet bij een gemiddelde windsnelheid en de daarbij te verwachten doorspuwing. Om bovenstaande prestatie-eisen te kunnen toetsen is daarom de doorspuwing van de parkeergarage op basis van gelijkwaardigheid met Computational Fluid Dynamics (CFD)-simulaties gecontroleerd.

De CFD-berekeningen worden uitgevoerd met behulp van FDS van het National Institute of Standards and Technology (U.S. Department of Commerce), versie 5.5.3.

Fysische en numerieke modellen De Navier-Stokes (NS) vergelijkingen beschrijven het behoud van massa, energie, impuls en deeltjes in een medium. Deze vergelijkingen zijn geldig voor zowel lage als hoge snelheden. Het voordeel hiervan is dat het toepassingsgebied zeer breed is. Toepassingen omvatten bijvoorbeeld de modellering van zowel kruipstromingen (zeer lage snelheden) tot aan detonaties en raketmotoren (zeer hoge snelheden). Een nadeel is echter dat dit tot zware rekenmodellen leidt.

Om deze reden is de zogenaamde LES-formulering van de NS-vergelijkingen opgesteld. Deze formulering is een gereduceerde vorm van de NS-vergelijkingen. De reductie bestaat erin dat deze alleen toepasbaar is voor stromingen van ideale gassen met lage snelheden (< 0,3 Mach) gebruikmakend van rechthoekige rastercellen.

Door gebruik te maken van de gereduceerde NS-vergelijkingen zijn deze direct op te lossen en kan een iteratieve benadering (welke wel bij RANS-modellen benodigd is) achterwege blijven. De gereduceerde vorm leidt namelijk tot een set vergelijkingen met een Poisson-vergelijking voor de drukterm. Een Poisson-vergelijking is direct oplosbaar zonder de noodzaak van een iteratieve aanpak. In FDS wordt hiertoe een FFT-transformatie toegepast op de Poissonvergelijking.

In tegenstelling tot de RANS-formulering, maakt LES geen gebruik van tijdsmiddeling van de NS-vergelijkingen. Gevolg hiervan is dat de willekeurige variaties van de stroming in de tijd (stochastisch karakter) goed inzichtelijk gemaakt kunnen worden.



160.00812.00.0001

7

In LES worden turbulente wervels die groter zijn dan de gridcellen, direct opgelost uit de NSvergelijkingen, voor wervels kleiner dan het grid (subgrid-wervels) wordt een turbulentiemodel toegepast. In dit turbulentiemodel wordt de invloed van de subgrid-wervels gemodelleerd door een extra stroperigheid mee te nemen, de zogenaamde eddy viscosity. Omdat in LES de grote wervels direct opgelost worden uit de NS-vergelijkingen, is LES fundamenteler van aard dan RANS en daarom nauwkeuriger. Verder heeft LES een hogere temporele en spatiële resolutie dan RANS omdat geen gebruik gemaakt wordt van tijdsmiddeling.

Het rekendomein bestaat uit de gehele parkeergarage, met de daarin aanwezige bouwkundige obstakels en de aanwezige auto’s. Het rekendomein is begrensd tot buiten de gevels van de parkeergarage i.v.m. het juist kunnen oplossen en doorrekenen van de opgelegde winddrukken.

Het doorrekenen van zeer lage windsnelheden in FDS is mogelijk, maar neemt zeer veel rekentijd in beslag. De opgelegde windsnelheid in het model leidt echter vanaf de start van de rekenperiode tot een drukverschil over het gehele domein waardoor rekentijden en numeriek instabiele situaties vermeden worden.

Voor de modellering van de gevel is een vergelijkende studie gedaan naar de contractie van de doorspuwing door de gevelopeningen. Het is niet mogelijk de onderhavige CFD studie uit te voeren met een grid afmeting waarin de stalen gevelbeplating tot op detailniveau is gemodelleerd. Er is een grid van 0,25 x 0,25 x 0,25 meter (l x b x h) gehanteerd ter plaatse van stalen gevelopbouw en een groffer grid van 0,5 x 0,5 x 0,5 meter (l x b x h) voor de overig gemodelleerde bouwdelen en inrichting van de parkeergarage. De weerstand van de oppervlakte ruwheid van de stalen gevel is verhoogd (factor 10) teneinde de doorspuwing van het groffere CFD model op een juiste wijze te kunnen simuleren.

Er is lokaal ter hoogte van de begane grond en de verdieping een matige windsnelheid van circa 2 m/s doorgerekend. De gemiddelde windsnelheid op 10 m hoogte bedraagt volgens NEN 1087 5 m/s bij een temperatuur verschil tussen binnen- en buitenlucht van 5 K. De te verwachten windsituatie is echter lager verondersteld vanwege de locatie van de parkeergarage in Breda waar de gemiddelde windsnelheid 3,5 m/s bedraagt. Tevens is het temperatuur verschil buiten beschouwing gelaten en de dominante maatgevende windrichting vanuit het zuid westen verondersteld.



8

160.00812.00.0001

3.2.

Modellering In FDS is de parkeergarage gedeeltelijk gemodelleerd omwille van de omvang van de berekening en de rekencapaciteit van de computers (grenswaarde ligt op circa 2 miljoen cellen). In figuur 3.1 is de modellering in FDS van de parkeergarage weergegeven.

Figuur 3.1:

Gemodelleerde sectie van de parkeergarage

Alle kolommen, de hellingen, de afrondingen (van gebouw en trappenhuizen) en de gevel opbouw zijn meegenomen in het model. In de vloeren zijn de stalen hoed liggers geïntegreerd. Voor de wanden, de kolommen en vloeren zijn de materiaaleigenschappen van gewapend beton ingevoerd. Voor de schuine wanden en de hellingbanen is voor de geblokte invoer in het cartesische stelsel een zogenaamde zaagtandcorrectie ingevoerd (compensatie maatregel waarmee stroming langs de schuine vlakken vloeiend (in plaats van met sterke inmenging) verloopt zoals in werkelijkheid wordt verwacht).

Gevel

Figuur 3.2:

Ronde hoeken

Helling

Invoer gevels, afrondingen en hellingen met ‘zaagtand correctie’



160.00812.00.0001

3.3.

9

Conclusies

In bijlage 1 is de vergelijkende studie tussen een fijne grid opbouw (grid 0,05 x 0,05 x 0,05 meter (l x b x h)) en een grove grid opbouw (grid 0,25 x 0,25 x 0,25 meter (l x b x h)) ingevoerd.

Hieruit blijkt dat bij een ruwheidsfactor voor het staal van de gevel die 10 x hoger ligt dan de normale ruwheidsfactor voor staal (staal normaal = 0,01 (-) versus ingevoerd in grof model = 0,1 (-)) een afdoende belemmerende turbulentie wordt gerealiseerd en dat de doorspuwing vergelijkbaar is met betrekking tot de resulterende effectwolk op enige afstand van de gevel.

In bijlage 2 is de doorspuwing weergegeven van de parkeergarage uitgaande van wind belasting zoals beschreven in de vorige paragraaf.

Hieruit blijkt dat de doorspuwing de minimale verversingsnelheid/ doorspuwingssnelheid benadert, maar niet structureel onderschrijdt. Verder blijkt dat deze onderschrijding slechts zeer lokaal (5 m²) en zeer tijdelijk (maximaal enkele seconden) in de luwte van het ruimer opgezette begane grond gedeelte van het zuidelijk gelegen vluchttrappenhuis optreedt. De locatie van de onderschrijding betreft tevens een locatie waar geen auto’s geparkeerd staan (motoren gedurende langere tijd stationair staan te draaien) en daarmee op de betreffende locatie dus ook geen productie van schadelijke rookgassen plaatsvindt.

In het overgrote deel van de parkeergarages bedraagt de optredende verversingsnelheid/ doorspuwingssnelheid circa 0,5 m/s – 1,0 m/s (het 10 tot 20-voudige van het minimaal vereiste) waarmee wordt voldaan aan de gestelde eisen van de NEN 2443. Mede door het hoge verversingsdebiet van het merendeel van de gebruiksoppervlakte van de parkeergarage is het niet aannemelijk dat de locale verontreinigingen zich zullen verplaatsen naar de luwe gebieden waar geen auto’s geparkeerd staan.

Voornoemde uitgangspunten, CFD berekeningen en conclusies gebaseerd op de rekenresultaten op basis van gelijkwaardigheid worden ter goedkeuring aan het bevoegde gezag voorgelegd.



10

160.00812.00.0001

BIJLAGE

1

Studie invoer gevel model

Legenda Rood = luchtsnelheid 3 m/s Donkerblauw= luchtsnelheid 0 m/s Zwart = benchmarkwaarde 2,5 m/s | 1,0 m/s



160.00812.00.0001

11

Fijn grid: vergelijk hoge luchtsnelheid gridafmetingen 0,05 x 0,05 x 0,05 m

Grof grid: vergelijk hoge luchtsnelheid gridafmetingen 0,25 x 0,25 x 0,25 m

Conclusie Lokale hogere luchtsnelheden zijn in groffer model lager



160.00812.00.0001

12

Fijn grid: vergelijk lage luchtsnelheid/ effectwolk

Grof grid: vergelijk lage luchtsnelheid/ effectwolk

Conclusie lokale lage luchtsnelheden/ effectwolk is in fijn en grof model vergelijkbaar



13

160.00812.00.0001

BIJLAGE

2

Gelijkwaardigheid natuurlijke gebruiksventilatie NEN 2443

Legenda Rood = zeer goed doorspuwd gebied Donkerblauw = locale grenswaarde 0,05 m/s doorspuwing (voldoet aan de norm) Zwart = tijdelijke, lokale onderschrijding grenswaarde



160.00812.00.0001

14

Wind kopse kant begane grond Meest extreme maatgevende wervels op begane grond snelheid 0,05 m/s (grenswaarde):



160.00812.00.0001

15

Wind kopse kant begane grond Meest extreme maatgevende wervels op begane grond snelheid 0,1 m/s (nabij grenswaarde):



160.00812.00.0001

16

Wind kopse kant verdieping Verdieping snelheid 0,05 m/s (geen onderschrijding):

Verdieping snelheid 0,1 m/s (geen onderschrijding):



160.00812.00.0001

17

Wind langszij begane grond Begane grond snelheid 0,05 m/s (geen onderschrijding):



160.00812.00.0001

18

Wind langszij begane grond Begane grond snelheid 0,1 m/s (geen onderschrijding):



160.00812.00.0001

19

Wind langszij verdieping Verdieping snelheid 0,05 m/s (geen onderschrijding):

Verdieping snelheid 0,1 m/s (geen onderschrijding):



Nieuwbouw Parkeergarage Amphia Ziekenhuis Breda Gebruiksventilatie

Recommend Documents