Ocena skuteczności alternatywnych metod schładzania budynku pasywnej szkoły latem z wykorzystaniem ważonej miary dyskomfortu
Evaluating the effectiveness of alternative cooling methods for a passive school building in summer using a weighted measure of discomfort
FOT. Szkoła pasywna w Budzowie; fot.: A. Dudzińska
Postępujące zmiany klimatyczne są poważnym zagrożeniem humanitarnym i ekologicznym dzisiejszych czasów. Zauważalny wzrost temperatury niekorzystnie oddziałuje na otaczające nas środowisko. Poszukuje się rozwiązań pozwalających na projektowanie i eksploatację efektywnych energetycznie budynków, z jednoczesnym zapewnieniem komfortu użytkowników [1].
Zobacz także
Joanna Ryńska Izolacja przewodów wentylacji i klimatyzacji – ochrona przeciwkondensacyjna
Przewody wentylacji i klimatyzacji pracują w zmiennych warunkach – zarówno pod względem parametrów otoczenia, jak i własności medium płynącego w przewodzie. Może to mieć wpływ na trwałość instalacji. Dlatego...
Przewody wentylacji i klimatyzacji pracują w zmiennych warunkach – zarówno pod względem parametrów otoczenia, jak i własności medium płynącego w przewodzie. Może to mieć wpływ na trwałość instalacji. Dlatego izolacje techniczne przewodów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych muszą spełniać ważną funkcję ochrony przeciwwilgociowej.
Nicola Hariasz Sufity podwieszane o podwyższonych właściwościach akustycznych
Sufity podwieszane mogą stanowić ciekawy i nowoczesny element aranżacji wnętrza. Choć najczęściej kojarzą się z białymi klasycznymi modułami, są dostępne niemal w każdym kolorze i różnej stylistyce.
Sufity podwieszane mogą stanowić ciekawy i nowoczesny element aranżacji wnętrza. Choć najczęściej kojarzą się z białymi klasycznymi modułami, są dostępne niemal w każdym kolorze i różnej stylistyce.
Corinne Mandin, Paweł Wargocki TAIL – nowy wskaźnik do oceny jakości środowiska wewnętrznego w budynkach termomodernizowanych
Termomodernizacja powinna zwiększać standard energetyczny budynku, ale nie może też powodować pogorszenia jakości środowiska wewnętrznego w termomodernizowanym obiekcie. Czy można jednoznacznie i porównywalnie...
Termomodernizacja powinna zwiększać standard energetyczny budynku, ale nie może też powodować pogorszenia jakości środowiska wewnętrznego w termomodernizowanym obiekcie. Czy można jednoznacznie i porównywalnie określić tę jakość przed i po termomodernizacji? Pomocny może być nowy wskaźnik, zaproponowany przez międzynarodowe konsorcjum badawcze po 2,5 roku prac.
Odpowiednia jakość środowiska wewnętrznego w szkołach jest szczególnym wyzwaniem współczesnego świata. Niskoenergetyczne obiekty edukacyjne o specyficznych wymaganiach mikroklimatycznych oraz charakterystycznym sposobie eksploatacji muszą przede wszystkim zapewnić bezpieczne i wygodne warunki dla młodych ludzi. To, co jest niezwykle pożądane zimą (dobra izolacyjność, duże przeszklenia po stronie południowej, wysoka szczelność), może stanowić duży problem latem.
Budynki pasywne i budynki o niemal zerowym zużyciu energii powinny spełniać wymagania w zakresie komfortu termicznego przez cały okres przewidywanego ocieplenia klimatu [2].
Przegrzewanie wnętrza wiąże się z istotnymi trudnościami, kosztami i zagrożeniami dla użytkowników obiektów, a w efekcie powoduje negatywny stosunek społeczny do tych rozwiązań. Poszukuje się możliwie prostych rozwiązań architektoniczno-budowlanych racjonalizujących użytkowanie energii, które ograniczają dyskomfort latem. Polecane w niskoenergetycznym budownictwie użyteczności publicznej, gruntowe wymienniki ciepła generują zarówno dodatkowe koszty inwestycyjne, jak i eksploatacyjne, dlatego inwestorzy nadal sceptycznie podchodzą do takiego rozwiązania.
Najprostszym i najtańszym sposobem ochrony budynku przed przegrzewaniem jest racjonalne wentylowanie budynku latem w godzinach nocnych. Powoduje to usunięcie nagromadzonej w dobrze izolowanych przegrodach energii i zredukowanie temperatury wewnętrznej. Poprzez nocne przewietrzanie minimalizowane są koszty związane z energią na chłodzenie, a obniżona temperatura pojemnych przegród może być wsparciem do uzyskania komfortu cieplnego podczas następnego gorącego dnia [3–7].
Skuteczność naturalnej wentylacji nocnej zależy od lokalnych parametrów klimatycznych (różnica temperatury wewnątrz–zewnątrz, przeciętny zakres temperatury na zewnątrz, prędkość i kierunek wiatru), parametrów budynku (bezwładność cieplna budynku oraz konwekcyjne przejmowanie ciepła pomiędzy powietrzem wentylacyjnym a masą termiczną), a także parametrów technicznych instalacji wentylacyjnej (intensywność wentylacji nocą i strategia sterowania) [8–10].
W ramach niniejszego artykułu dokonano próby znalezienia odpowiedzi na pytanie, czy stosując nocną wentylację naturalną lub system wentylacji mechanicznej bez wymiennika gruntowego, możliwe jest ograniczenie dyskomfortu w jednej z klas w pasywnym budynku szkoły podstawowej.
W celu obiektywnej oceny warunków komfortu zaproponowano używanie nowego narzędzia do szacowania ryzyka przegrzewania. Wprowadzona ważona miara dyskomfortu związanego z przegrzewaniem pozwala w syntetyczny sposób oceniać jednocześnie intensywność i czas trwania przegrzewania.
O czym przeczytasz w artykule:
|
Szkoły to obiekty o specyficznych wymaganiach mikroklimatycznych z uwagi na młody wiek użytkowników. Warunki termiczne w budynkach edukacyjnych mają bowiem decydujące znaczenie dla stymulacji i wydajności procesu uczenia się oraz interakcji uczniów. Na podstawie przeprowadzonych w pasywnej szkole pomiarów komfortu cieplnego można zauważyć, że w szkołach o bardzo niskim zużyciu energii w miesiącach letnich może wystąpić problem przegrzewania wnętrza. Przy użyciu programu symulacyjnego Design Builder utworzono model badanej szkoły. Sprawdzono, jaką rolę odgrywać może wentylacja mechaniczna oraz możliwość nocnego przewietrzania w ograniczaniu dyskomfortu. Rozważaniom poddano zasadność stosowania kosztownych instalacji pompy ciepła z gruntowym wymiennikiem do ograniczania przegrzewania latem. Zaproponowano autorskie narzędzie do analizy warunków mikroklimatu, jako łatwy do obliczenia i obiektywny sposób szacowania godzin dyskomfortu. Evaluating the effectiveness of alternative cooling methods for a passive school building in summer using a weighted measure of discomfortSchools are facilities with specific microclimate requirements due to the young age of the users. Indeed, thermal conditions in educational buildings are critical to the stimulation and efficiency of pupils’ learning and interaction. Based on the thermal comfort measurements taken in the passive school, it can be seen that schools with very low energy consumption can experience interior overheating problems during the summer months. Using the Design Builder simulation programme, a model of the school under study was created. The role that mechanical ventilation and the possibility of night ventilation can play in reducing discomfort was examined. The relevance of using expensive ground source heat pump installations to reduce overheating in the summer was considered. An original tool for analyzing microclimate conditions was proposed as an easy to calculate and objective way to estimate hours of discomfort. |
Literatura
1. A. Dudzińska, „Effectiveness of sunshades in shaping thermal comfort in a passive public building”, J. Civ. Eng. Environ. Arch. 2015, XXXII, s. 39–48.
2. A. Dudzińska, T. Kisilewicz, „Alternative Ways of Cooling a Passive School Building in Order to Maintain Thermal Comfort in Summer, Energies”, 2020, Vol. 14, DOI: 10.3390/en14010070.
3. A. Janssensen, „Reliable design of natural night ventilation using building simulation”, ASHRAE, 2007.
4. M. Kolokotroni, A. Aronis, „Cooling-energy reduction in air-conditioned offices by using night ventilation”, „Applied Energy”, 1999, 63, s. 241–253. https://doi.org/10.1016/S0306-2619(99)00031-8
5. M. Kolokotroni, B.C. Webb, S.D. Hayes, „Summer cooling with night ventilation for office buildings in moderate climates”, „Energy and Buildings”, 1998, 27, s. 231–237.
https://doi.org/10.1016/S0378-7788(97)00048-0
6. J.U. Pfafferott, S. Herkel, M. Wambsganß, „Design, monitoring and evaluation of a low energy office building with passive cooling by night ventilation”, „Energy and Buildings”, 2004, 36, p. 455–465. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2004.01.041
7. J.U. Pfafferott, S. Herkel, M. Jäschke, „Design of passive cooling by night ventilation: evaluation of a parametric model and building simulation with measurements”, „Energy and Buildings”, 2003, 35, s. 1129–1143. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2003.09.005
8. S. Firth, M. Cook, „Natural ventilation in UK schools: design for passive cooling, proceedings of Conference: Adapting to Change: New Thinking on Comfort”, London 2010.
9. P. Tymkow, S. Tassou, M. Kolokotroni, H. Jouhara, „Building services design for energy efficient buildings”, „Built Environment, Engineering & Technology”, Routledge, London 2013.
https://doi.org/10.4324/9780203840733
10. B. Givoni, „Effectiveness of mass and night ventilation in lowering the indoor daytime temperatures, Part I: 1993 experimental periods”, „Energy and Buildings”, 1998, 28, s. 25–32.
https://doi.org/10.1016/S0378-7788(97)00056-X
11. Projekt wykonawczy gminnej szkoły podstawowej w Budzowie – Architektura, arch. Bożeny Bończa-Tomaszewskiej z pracowni architektonicznej Bończa-Studio.
12. PN-EN 13829:2002, „Thermal performance of buildings – Determination of air permeability of buildings – Fan pressurization method”.
13. A. Dudzińska, A. Kotowicz, „Features of materials versus thermal comfort in a passive building”, „Procedia Engineering”, Kraków 2015, s. 108–115. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.06.125
14. PN-EN ISO 7730:2006, „Ergonomics of the thermal environment – Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria”.
15. PN-EN ISO 7726:2001, „Ergonomics of the thermal environment. Instruments for measuring physical quantities”.
16. P.O. Fanger, „Komfort cieplny”, Arkady, Warszawa 1974.
17. PN-EN 16798-1:2019-06, „Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics” [supersede EN 15251:2007 „Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics. Brussels: CEN (European Committee for Standardization)”].
18. PN-EN 12464-1:2012, „Light and lighting – Lighting of work places – Part 1: Indoor work places”.
19. Projekt wykonawczy gminnej szkoły podstawowej w Budzowie – Instalacje wod.kan. c.o., c.w., wentylacja mechaniczna i klimatyzacja, arch. Bożeny Bończa-Tomaszewskiej z pracowni architektonicznej Bończa-Studio.
20. J. Jóźwiak, J. Podgórski, „Statystyka od podstaw”, PWE, Warszawa 2009.
21. Sz. Firląg, „Współpraca wentylacji mechanicznej z GWC w budynku pasywnym”, „Rynek Instalacyjny” 3/2007.
22. A. Dudzińska, „Ways of shaping and exploitation of passive public utility buildings taking into consideration the requirements for thermal comfort”, Ph.D. Thesis, Cracow University of Technology, Kraków 2019.
23. A. Figielek, B. Królczyk, „Budynki pasywne”, WIDP Wielkopolski Dom Pasywny, Poznań 2015.
24. Building Bulletin 87, 2nd Edition Version 1 (May 2003), Guidelines for Environmental Design in Schools, Department for Education and Skills.
25. J. Kaczmarczyk, „Metody badania i oceny środowiska cieplnego pomieszczeń”, Zeszyty naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Architektura z. 47, 2008.
26. J.U. Pfafferott, S. Herkel, D.E. Kalz, A. Zeuschner, „Comparison of low-energy office buildings in summer using different thermal comfort criteria”, „Energy and Buildings”, 2007, 39, s. 750–757. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.02.005
27. ANSI/ASHRAE Standard 55-2017 (Supersedes ANSI/ASHRAE Standard 55-2013) Includes ANSI/ASHRAE addenda listed in Appendix N, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, 2017.
28. PN-EN 15251, „Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics” (replaced by PN-EN 16798-1:2019-06).
29. prCEN/TR 16798-2, „Guideline for using indoor environmental input parameters for the design and assessment of energy performance of buildings”.
