Presentatie Physibel - binnenklimaat (pdf - 6,5 MB)
Presentatie Physibel - binnenklimaat (pdf - 6,5 MB)
Presentatie Physibel - binnenklimaat (pdf - 6,5 MB)
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Hoe een aangenaam <strong>binnenklimaat</strong><br />
realiseren <br />
Studiedag VIPA Brussel 26 november 2007<br />
Piet Standaert<br />
PHYSIBEL<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Inleiding<br />
Het thermisch comfort wordt vooral bepaald door de resulterende temperatuur<br />
(gemiddelde van luchttemperatuur en stralingstemperatuur).<br />
Daarnaast spelen luchtsnelheid, relatieve vochtigheid, tochtverschijnselen, asymmetrische straling en<br />
verticale temperatuurverschillen een rol.<br />
De resulterende temperatuur in een lokaal volgt uit de warmtehuishouding.<br />
Zowel beïnvloedbare (1 & 2) als vaste (3 & 4) parameters bepalen die<br />
warmtehuishouding.<br />
1) bouwkundige parameters: bijna uitsluitend bepaald bij ontwerp van het gebouw<br />
2) installatietechnische: vooral bepaald bij ontwerp<br />
3) menselijke factoren: lastig te beïnvloeden<br />
4) buitenklimaat<br />
Gebouwsimulatie laat toe de warmtehuishouding en dus het thermisch comfort<br />
vrij precies te voorspellen. De beïnvloedbare parameters kunnen geoptimaliseerd<br />
worden met het oog op een optimaal thermisch comfort en een minimale<br />
energievraag voor verwarming, waarbij uiteraard rekening dient worden gehouden<br />
met de vele andere ontwerpparameters.<br />
Aan de hand van een gevalstudie (OCMW-rusthuis Warmhof te Maldegem)<br />
wordt het bovenstaande toegelicht.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Voorwerp van de gevalstudie<br />
rusthuis Warmhof te Maldegem<br />
bouwheer: OCMW Maldegem<br />
ontwerp en technieken: bureau AIKO<br />
hoofdaannemer: Jan De Nul<br />
planning en ontwerp: … - 2004<br />
bouwperiode: 2005 - 2007<br />
operationeel: november 2007<br />
bouwfysisch advies<br />
<strong>Physibel</strong>, 2004<br />
energievraag verwarming<br />
thermisch comfort<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Voorwerp van de gevalstudie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Voorwerp van de gevalstudie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Voorwerp van de bouwfysische opdracht<br />
1. Simulatie van temperatuurverloop, temperatuuroverschrijding en<br />
energievraag voor verwarming in een kamer op het gelijkvloers, een kamer op<br />
de verdieping en de aangrenzende gangen.<br />
De temperatuuroverschrijding is het aantal uren per jaar dat de comforttemperatuur<br />
hoger is dan 25 °C en 28 °C. Hiervoor wordt in overleg met bouwheer en<br />
ontwerper een criterium vastgelegd.<br />
De simulaties gebeuren voor de 4 voorkomende oriëntaties en voor diverse<br />
alternatieve beïnvloedende parameters, met name beglazingstype,<br />
beglazingsoppervlaktes, zonwering, ventilatie, wandsamenstellingen en<br />
isolatiediktes, e.a. met de bedoeling aan het criterium te voldoen. Hieruit volgen<br />
aanbevelingen voor het ontwerp.<br />
2. Idem als 1 voor de cafetaria.<br />
3. Idem als 1 voor de inkomhal.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Uitgangspunten energievraag voor verwarming<br />
De thermische isolatie (in buitenmuren, vensters, daken, vloeren)<br />
beantwoordt aan de in 2004 nog in ontwerp zijnde voorschriften van<br />
het VIPA.<br />
- spouwmuur U = 0.36 W/m 2 K 8 cm minerale wol<br />
- plat dak U = 0.24 W/m 2 K 15 cm minerale wol<br />
- vloer U = 0.28 W/m 2 K 8 cm PU uitvulling<br />
- beglazing U = 1.2 W/m 2 K U-waarde = warmtetransmissiecoëfficiënt<br />
Dergelijke voorschriften zijn relatief streng (bv. tegenover die in<br />
woning- en kantoorbouw).<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Uitgangspunten thermisch comfort<br />
•<br />
In zomeromstandigheden ligt de comforttemperatuur (het<br />
gemiddelde van de luchttemperatuur en de stralingstemperatuur)<br />
tussen 23 en 26°C.<br />
•<br />
Temperatuuroverschrijdingen kunnen binnen een zekere marge<br />
aanvaard worden.<br />
Het nagestreefde criterium:<br />
maximaal 100 uren > 25 °C en maximaal 20 uren > 28 °C.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Uitgangspunten thermisch comfort<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Warmtehuishouding (winter)<br />
winter (θ i > θ e )<br />
buitentemperatuur θe, binnentemperatuur θi<br />
warmte IN = warmte UIT<br />
transmissie warmtestroom doorheen wand, ramen, dak, vloer …<br />
ventilatie warmtestroom gekoppeld aan luchtverversing<br />
verwarming<br />
via radiator, convector, vloerverwarming, …<br />
vrije warmte<br />
bewoners (metabolisme), verlichting, toestellen<br />
zonwinsten<br />
voornamelijk doorheen beglazing<br />
uit warmteopslag naar warmteopslag warmteopslag in bouwconstructie en meubilair<br />
<br />
binnentemperatuur is gevolg van warmtebalans<br />
θ i<br />
in praktijk zorgt regeling verwarming voor instelbare temperatuur<br />
De energievraag voor verwarming kan verlaagd worden door de<br />
warmteverliezen te verlagen = lage U-waarden toepassen.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Warmtehuishouding (zomer - met koeling)<br />
zomer (θ i < θ e )<br />
buitentemperatuur θe, binnentemperatuur θi<br />
warmte IN = warmte UIT<br />
transmissie<br />
warmtestroom doorheen wand, ramen, dak, vloer …<br />
ventilatie<br />
warmtestroom gekoppeld aan luchtverversing<br />
koeling via radiator, convector, vloerverwarming, …<br />
vrije warmte<br />
bewoners (metabolisme), verlichting, toestellen<br />
zonwinsten<br />
voornamelijk doorheen beglazing<br />
uit warmteopslag naar warmteopslag warmteopslag in bouwconstructie en meubilair<br />
<br />
binnentemperatuur is gevolg van warmtebalans<br />
θ i<br />
in praktijk zorgt regeling koeling voor instelbare temperatuur<br />
Maar koeling is niet aangewezen:<br />
- investeringskost<br />
- bijkomende energievraag<br />
- mits een goed ontwerp kan in ons klimaat een goed thermisch<br />
comfort worden gerealiseerd<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Warmtehuishouding (zomer – geen koeling)<br />
zomer (θ i > θ e )<br />
warmte IN = warmte UIT<br />
transmissie<br />
ventilatie<br />
buitentemperatuur θe, binnentemperatuur θi<br />
warmtestroom doorheen wand, ramen, dak, vloer …<br />
warmtestroom gekoppeld aan luchtverversing<br />
vrije warmte<br />
bewoners (metabolisme), verlichting, toestellen<br />
zonwinsten<br />
voornamelijk doorheen beglazing<br />
uit warmteopslag naar warmteopslag warmteopslag in bouwconstructie en meubilair<br />
<br />
binnentemperatuur is gevolg van warmtebalans<br />
θ i<br />
Aangezien de warmteverliezen via transmissie (en ventilatie) laag<br />
zijn (lage U-waarden !) moeten de zonwinsten onder controle<br />
worden gehouden om het niveau van de binnentemperatuur te<br />
beperken, meer dan bij niet-geïsoleerde gebouwen !<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Gebouwsimulatie<br />
Bij een thermische gebouwsimulatie wordt de warmtehuishouding<br />
nauwkeurig geanalyseerd:<br />
- reële klimaatgegevens (temperatuur, bezonning)<br />
- fysisch correcte algoritmes voor warmteoverdracht<br />
- warmteopslag wordt in rekening gebracht rekentijdstap < 10 min<br />
(in tegenstelling met courante eenvoudigere rekenmethodes)<br />
Ter validatie van gebouwsimulatie-software zijn er normen<br />
bv. ISO/DIS 13791 Thermal performance of buildings – Internal temperatures in<br />
summer of a room without mechanical cooling – General criteria and validation<br />
procedures<br />
Gebouwsimulatie levert betrouwbare resultaten.<br />
Voor de studie werd het programma CAPSOL (<strong>Physibel</strong>) gebruikt.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Gebouwsimulatie: basiskenmerken<br />
Uurlijkse klimaatgegevens<br />
Zon-processor<br />
bepaling van de<br />
zonpositie<br />
bepaling van directe,<br />
diffuse en<br />
gereflecteerde<br />
zonstraling<br />
bepaling van<br />
beschaduwing<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Gebouwsimulatie: basiskenmerken<br />
Simulatie van niet-stationair warmtetransport<br />
nodig om warmteopslag in rekening te brengen.<br />
dynamisch warmtetransport<br />
λ [W/mK] warmtegeleidingscoëfficiënt<br />
ρ [kg/m3] densiteit<br />
c [J/kgK] specifieke warmte<br />
T [K] temperatuur<br />
t [s] tijd<br />
x [m] afstand<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Gebouwsimulatie: basiskenmerken<br />
Simulatie van solaire reflectie, absorptie, transmissie<br />
De op de beglazing invallende zonnestraling wordt verdeeld in resulterende<br />
delen voor reflectie, absorptie (door de glasschijven) en transmissie.<br />
Hierbij dient men rekening te houden met:<br />
- hoekafhankelijke reflectie aan de buitenzijde,<br />
- meervoudige reflecties tussen de glasoppervlakken,<br />
- de absorptie van zonnestraling in de glasschijven,<br />
- het feit dat de zonnestraling ook van binnen kan komen (via andere ramen<br />
of via reflecties).<br />
De zonnestralingsenergie die de binnenruimte bereikt<br />
bestaat uit twee componenten:<br />
- de stralingstransmissie (primaire component),<br />
- de warmte die ten gevolge van de opwarming van de<br />
glasschijven aan het binnenoppervlak door infrarode<br />
straling en convectie aan de binnenomgeving wordt<br />
afgegeven (secondaire component).<br />
Uitgedrukt in een fractie g (0 ≤ g ≤ 1) noemt men de<br />
verhouding tussen de doorgaande zonnewinst en de<br />
invallende straling de zonnetoetredingsfactor van de<br />
beglazing.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Gebouwsimulatie: basiskenmerken<br />
vergelijking binnenzonwering en buitenzonwering<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Betrouwbaarheid van gebouwsimulatie <br />
Bron: “Jahresbericht 2004, Institut für Physik der Universität Basel”<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulaties kamers Warmhof<br />
Voor het geheel van kamer gelijkvloers - kamer verdieping - gang gelijkvloers -<br />
gang verdieping werd temperatuurverloop en energievraag voor verwarming<br />
gesimuleerd met uurlijkse waarden van temperatuur en bezonning voor Ukkel.<br />
In 18 basissimulaties werden volgende parameters gewijzigd:<br />
- Oriëntatie: Zuid-Noord / Noord-Zuid / West-Oost = oriëntatie kamers-gangen.<br />
- Glastype: zontoetredingsfactor 64 % of 42 %.<br />
- Zonder of met buitenzonwering (transmissie van 17 %, een absorptie van 20 %, en een reflectie van 63 %)<br />
De zonwering wordt neergelaten bij een invallende zonstralingsintensiteit van 150 W/m2.<br />
- Zonder of met extra ventilatie in de kamers.<br />
De basisventilatie bedraagt 80 m3/h en wordt gerealiseerd via een mechanische afzuiging in de badkamer en een natuurlijke toevoer via<br />
ventilatieroosters in de gevel. De extra ventilatie van 80 m3/h wordt toegepast indien de binnentemperatuur hoger is dan 24 °C.<br />
3 bijkomende simulaties zijn uitgevoerd met gewijzigde glasoppervlaktes.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulaties kamers Warmhof<br />
Resultaten voor twee extreme situaties worden getoond.<br />
Het betreft de zuidgeoriënteerde kamers (dus gangen op noord).<br />
In de eerste situatie wordt glas met een zontoetredingsfactor van 0.64 gebruikt,<br />
zonder zonwering en zonder extra ventilatiemogelijkheid.<br />
In de tweede situatie wordt glas met een zontoetredingsfactor van 0.42 gebruikt,<br />
met zonwering en met extra ventilatiemogelijkheid.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie situatie 1: temperatuur jaarverloop<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie situatie 2: temperatuur jaarverloop<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie situatie 1: temperatuurverloop 1-16/06<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie situatie 2: temperatuurverloop 1-16/06<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie situatie 1: overschrijdingsuren<br />
maand<br />
K0 >25°C K0 >28°C G0 >25°C G0 >28°C K1 >25°C K1 >28°C G1 >25°C G1 >28°C<br />
[h] [h] [h] [h] [h] [h] [h] [h]<br />
1 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
2 2 0 0 0 4 0 0 0<br />
3 28 0 0 0 29 0 0 0<br />
4 63 0 0 0 45 0 1 0<br />
5 26 0 7 0 22 0 40 0<br />
6 514 119 289 40 553 132 508 150<br />
7 302 8 67 0 360 6 254 5<br />
8 422 92 95 0 455 81 260 5<br />
9 557 180 8 0 571 175 52 0<br />
10 104 0 0 0 133 4 0 0<br />
11 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
12 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
2018 399 466 40 2172 398 1115 160<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie situatie 2: overschrijdingsuren<br />
maand<br />
K0 >25°C K0 >28°C G0 >25°C G0 >28°C K1 >25°C K1 >28°C G1 >25°C G1 >28°C<br />
[h] [h] [h] [h] [h] [h] [h] [h]<br />
1 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
2 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
3 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
4 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
5 0 0 1 0 0 0 35 0<br />
6 9 0 223 18 30 0 463 122<br />
7 0 0 29 0 0 0 211 4<br />
8 4 0 63 0 9 0 204 2<br />
9 0 0 0 0 0 0 25 0<br />
10 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
11 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
12 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
13 0 316 18 39 0 938 128<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie 2: temperatuurverlopen in constructie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie 2: temperatuurverlopen in constructie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie 2: temperatuurverlopen in constructie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie 2: temperatuurverlopen in constructie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie 2: temperatuurverlopen in constructie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie 2: temperatuurverlopen in constructie<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulatie 2: temperatuurverlopen in constructie<br />
anim<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulaties 1 & 2: energievraag verwarming<br />
maand K0 G0 K1 G1<br />
[kWh] [kWh] [kWh] [kWh]<br />
1 383 224 416 252<br />
2 306 199 332 217<br />
3 206 143 219 149<br />
4 134 78 147 80<br />
5 0 38 0 28<br />
6 0 0 0 0<br />
7 0 0 0 0<br />
8 0 0 0 0<br />
9 0 0 0 0<br />
10 102 80 106 78<br />
11 304 179 323 196<br />
12 419 239 454 270<br />
1853 1181 1997 1267<br />
maand K0 G0 K1 G1<br />
[kWh] [kWh] [kWh] [kWh]<br />
1 419 224 451 251<br />
2 382 199 408 217<br />
3 315 143 323 150<br />
4 193 80 192 77<br />
5 45 38 39 29<br />
6 0 0 0 0<br />
7 0 0 0 0<br />
8 0 0 0 0<br />
9 0 0 0 0<br />
10 135 89 140 84<br />
11 345 180 364 195<br />
12 444 239 478 270<br />
2278 1193 2395 1273<br />
De energievraag voor verwarming is door het hoog isolatieniveau relatief klein. Het gemiddelde<br />
van alle simulaties bedraagt 2200 kWh/jaar per kamer en 1150 kWh/jaar voor het bijhorende stuk<br />
gang. Rekening houdend met een productie- en distributierendement van 80 %, en een aardgasprijs<br />
van 0.032 EUR/kWh (prijs kleine verbruiker in 2004) betekent dit 134 EUR/jaar per<br />
verblijfseenheid.<br />
De aanwezigheid van een zonwering doet de energievraag 5 à 20 % stijgen (afhankelijk van<br />
oriëntatie en glastype).<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Simulaties > aanbevelingen<br />
Uitgaande van de simulatieresultaten<br />
worden voorstellen<br />
geformuleerd ter bespreking met<br />
de ontwerper.<br />
De voorstellen beantwoorden vrij<br />
goed aan het vooropgestelde<br />
comfortcriterium (maximaal 100<br />
uren > 25 °C en maximaal 20<br />
uren > 28 °C).<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Parameters die het binnencomfort bepalen<br />
Een doorgedreven thermische isolatie, is nodig om te warmtevraag voor<br />
verwarming in het stookseizoen te beperken, maar maakt dat men de vrije<br />
warmtewinsten onder controle dient te houden om een goed zomercomfort te<br />
garanderen.<br />
Overdreven zonwinsten kan men beperken:<br />
- door een goed ontwerp van de beglaasde oppervlakken:<br />
oppervlakte, oriëntatie, glaskeuze.<br />
- beschaduwing (structureel of, beter, beweegbaar, best buitenzonwering).<br />
- beperk warmtelasten door apparatuur en verlichting.<br />
- voorzie toegankelijke thermische massa om warmteoverschotten tijdelijk te<br />
bufferen. Toegankelijk > vermijd bv. vals plafond.<br />
- voorzie mogelijkheden voor intensieve ventilatie met koele buitenlucht<br />
’s nachts.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Haalbaarheid van een bouwfysische studie<br />
Door wie <br />
Gebouwsimulatie vergt een expertise in bouwfysische warmteoverdracht.<br />
Het aantal studiebureaus met de nodige expertise is beperkt, maar stijgt recent.<br />
Het zijn vooral studiebureaus technische uitrusting en bouwfysica.<br />
Wanneer <br />
In de ontwerpfase ! Vóór het maken van het bestek !<br />
Ereloon <br />
Er bestaan momenteel geen barema’s voor een bouwfysische studie.<br />
In de gevalstudie werd vooraf een offerte gemaakt op basis van de geschatte studieduur (6<br />
mandagen). Het ereloon werd door de bouwheer betaald en niet door de ontwerper (als<br />
deel-ereloon).<br />
Noodzaak <br />
Beter voorkomen dan genezen: oplossingen om problemen van discomfort op te lossen zijn<br />
moeilijker en dus duurder.<br />
De primaire functie van een gebouw is de beschutting tegen het buitenklimaat !<br />
Een bouwfysische studie mag niet als een overbodige luxe worden beschouwd.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Andere bouwfysische toepassingen<br />
Bouwfysisch correcte bouwdetails:<br />
- supplementair warmteverlies doorheen koudebruggen vermijden<br />
- vermijden van condensatie- en schimmelproblemen.<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Andere bouwfysische toepassingen<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Andere bouwfysische toepassingen<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Andere bouwfysische toepassingen<br />
dynamische simulaties, relevant voor<br />
zon, warmte-opslag, zomercomfort, grondverliezen , brand, ...<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Andere bouwfysische toepassingen<br />
vermijden van inwendige condensatie (b.v. in platte daken)<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Hartelijk dank voor uw aandacht !<br />
PHYSIBEL<br />
mail@physibel.be<br />
www.physibel.be<br />
Steun voor uw zorg- en welzijnsinfrastructuur
Change language