Mekanisk Ventilation en nødvendig n forudsætning? Per Heiselberg Institut for Byggeri og Anlæg Aalborg Universitet
Ventilationens formål I vinterhalvåret - skabe god luftkvalitet Udfordringer minimer luftbehovet effektiv varmegenvinding undgå træk I sommerhalvåret - holde temperaturen nede (skabe god luftkvalitet) Udfordringer minimer kølebehovet (undgå mekanisk køling) maksimer tilførsel af udeluft effektiv køling med udeluft (natkøling)
Løsningsmuligheder Hybrid ventilation Naturlig ventilation Mekanisk ventilation Air Conditioning Intern belast. Mikroklima Termisk komfort Brug af Bygning Bygnings Udformn. Ude klima IAQ
Mekanisk Ventilation: Fordele Fordele Luftmængden kan varieres både med hensyn til tid og sted Ingen begrænsninger med hensyn til bygningsudformning Både varmegenvinding og filtrering er mulig Luftmængden kan tilføres uden trækproblemer i opvarmningsperioden Variation i rumtemperatur og luftkvalitet kan styres indenfor snævre grænser Ulemper El-forbrug til transport af luft Kan være overdimensioneret på grund af luftbehov til køling i sommerperioden Kan opfattes mindre positivt af brugerne. Ofte centralt (automatisk) styret Kan give anledning til støjgener
Energitab Boligventilation Gårsdagens teknologi kwh/ms/a 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 50 100 150 200 250 Boligstørrelse m2 Opvarmning S Forudsætninger Indetemperatur: t i = 22 o C Varmegenvinding: 0 % Lufttransport: 0 J/m3 Luftmængde: n = 0,5 h -1, min 0,035 l/s
Energitab Boligventilation Dagens teknologi 100,00 kwh/ms/a 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 Opvarmning Opvarmning og transport S 1 Forudsætninger Indetemperatur: t i = 22 o C Varmegenvinding: 65% Lufttransport: 1200 J/m3 10,00 0,00 0 50 100 150 200 250 Boligstørrelse m2 Luftmængde: n = 0,5 h -1, min 0,035 l/s
Energitab Boligventilation Forbedret teknologi 100,00 kwh/ms/a 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 Opvarmning Opvarmning og transport Forudsætninger Indetemperatur: t i = 22 o C Varmegenvinding: 85% Lufttransport: 800 J/m 3 10,00 0,00 0 50 100 150 200 250 Boligstørrelse m2 Luftmængde: n = 0,5 h -1, min 0,035 l/s
Energitab Boligventilation - Behovsstyring kwh/ms/a 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 Opvarmning Opvarmning og transport 2 Personer 4 Personer S i 3 Forudsætninger Indetemperatur: t i = 22 o C Varmegenvinding: 65% 30,00 20,00 10,00 0,00 0 50 100 150 200 250 Boligstørrelse m2 Lufttransport: 1200 J/m3 Luftmængde: Behovsstyret 45%/65% RF Dagsprofil for grundbelastning + personlast
Boligventilation Vinter/opvarmningssæsonen (kortere end i dag) Mekanisk ventilation med effektiv varmegenvinding Evt. opvarmning med ventilationsluft for Klasse I bygninger Sommer/ kølesæsonen (længere end i dag) Mekanisk ventilation kombineret med automatisk udluftning/solafskærmning/natkøling Naturlig ventilation kombineret med udsugning køkken/bad/solafskærmning/natkøling
Udvikling af effektive boligventilationsanlæg Effektiv behovsstyring Effektiv varmegenvinding med lavt tryktab Lavt tryktab i komponenter og kanaler Effektive lavtryksventilatorer med integreret regulering Kan kombineres med naturlig ventilation/natkøling/vinduesudluftning Intelligent og integreret styring med andre tekniske systemer (solafskærmning, naturlig ventilation udluftning,.)
Ventilation kontorbyggeri 500 Kølekapacitet (W) 450 400 350 300 Arbejdslys 20 W 250 200 Friskluft/person PC 100 W 150 7l/s 100 10 l/s Person 100 W 50 14 l/s 20 l/s 0-12 -8-4 0 4 8 12 16 20 24 o Udetempetur ( C)
Example: : Office Building Energy use 98,8 kwh/m 2 y Heating 39,7 kwh/m 2 y Cooling 22,1 kwh/m 2 y Electricity37 kwh/m 2 y
Daily Minimum Temperature July Meteonorm Data
Climatic Cooling Potential Building temperature and external air temperature during one week in summer 2003 for Zurich SMA (ANETZ data). Shaded areas illustrate graphically the Climatic Cooling Potential
Mean Climatic Cooling Potential (Kh( Kh/night) in July
Cumulative frequency distribution of CCP 500 400 Bergen Helsinki Airport Copenhagen Taastrup Dublin Airport London Weather C. Paris Montsouris Bordeaux Rome Ciampino Lisbon Athens CCP per night (K h) 300 200 100 CCP = 80Kh ~ 50W/m 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Nights per year
A parametric study on the performance of building cooling by night-time time ventilation Main characteristics of the modelled office room. Room size (4 m x 5 m) 20 m 2 Room height 2.6 m Volume 52 m 3 External surface 10.4 m 2 Cubature (A/V) 0.2 m -1 Internal surface 86.8 m 2 Ceiling 20 m 2 Floor 20 m 2 Internal wall 36.4 m 2 External wall 4.8 m 2 Windows 5.6 m 2 Glass 4.05 m 2 Glazing ratio 38. 9 % Windows (U Glazing = 1.2 W/m 2 K, U Wooden frame = 1.45 W/m2 K, g = 0,66) Sunscreen (τ solar = 0,192) was used for solar irradiation above 300 W/m 2 K and internal air temperature was above 20 C Night-time ventilation: 7 pm to 7am at 6 h -1 if outdoor temperature was at least 3 o C below average room surface temperature. Night-time ventilation was only applied if the 24 hours running average ambient temperature was above a certain cooling set point temperature, and terminated as soon as the average room surface temperature fell below 20 C. Day-time ventilation: 7 am 7 pm at 2 h -1 Other unoccupied periods 0,5 h -1
Thermal Mass Three different levels of thermal mass light (suspended ceiling, gypsum board walls), medium (exposed concrete ceiling, gypsum board walls) heavy (exposed concrete ceiling, lime sand brick walls)
Internal heat gains in the course of a day. Low (159.2 Wh/m 2 d, 13 W/m 2 ) medium (229.2 Wh/m 2 d, 19 W/m 2 ) high (313.2 Wh/m 2 d, 26 W/m 2 )
Overheating degree hours above 26 C For Zurich climatic data ANETZ 1996-2005);
Overheating degree hours above 26 C For Zurich climatic data ANETZ 1996-2005); for a light (o), medium (*) and heavy ( ) mass construction
Air Based System TermoDeck system
Sdr.. Vang School, Kolding Indblæsningskanaler Kælderkanal Ventilator + spjæld Indsugningsskakt
21700 6500 23,00 18,00 13,00 8,00 3,00-2,00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 Sdr.. Vang School, Kolding, DK Klokkeslæt Termoelement nr. 25 Termoelement nr. 26 Termoelement nr. 27 Termoelement nr. 29 32 31 Målesøjle 28 30 Temperatur [ C] 150 350 700 800 12800 11000 27 Målesøjle Målesøjle til hastighedsmålinger 25 26 2500 29 Luftindtag
Sdr.. Vang School, Denmark 6500 21700 Målesøjle 27 11000 12800 150 350 700 800 32 31 28 30 Målesøjle Målesøjle til hastighedsmålinger 25 26 2500 29 Luftindtag
Nye teknologier nye muligheder Phase Change Materials PCM
Kansai Electric Power Building, Japan Name of building: Kansai Electric Power building Type of building: Office building Location: Okinawa, Japan Owner: The Kanden Industries, Inc. Start of operation: January 2005 Architect: Nikken Sekkei Ltd Engineering: Takenaka etc., Kinden etc., Sanki etc., Sanko etc Net conditioned area: 60 000 m 2
Kansai Electric Power Building, Japan Reduction of energy demand Natural ventilation for cooling (adapted for strong winds, 24% reduction of cooling load) Adoption of the Eaves utilising columns and beams to block direct solar radiation, low-e glazing (33% reduction of perimeter cooling load) Building thermal storage with mechanical night cooling (reduce peak electricity use by 20%) Lighting control according to daylight level and motion detection Application of renewable energy Central heating and cooling system utilizing river water as thermal source (reduction 14%) PV solar panels Efficient energy conversion Task/ambient air conditioning system Heat pump (heating and cooling) Large-scale ice thermal storage tank (800 m 3 ) Total energy use: 30% less than standard (estimated)
Kansai Electric Power Building, Japan
Kansai Electric Power Building, Japan 17 The return duct for ambient A/C (In the ceiling) Ambient A/C
Kansai Electric Power Building, Japan Task zone 26 18 Ambient area 28 12 Task A/C Ambient A/C Ambient A/C :the load of outdoor air, lighting etc.,(heat and cold) Task A/C :the load of the machines,human etc.,(cold) Task A/C outlet
Udvikling af effektive ventilationsanlæg Helhedsløsninger, hvor arkitektur, bygningsteknik, installationsteknik, energiteknik og deres indbyrdes påvirkninger integreres og betragtes som et system. Behovet for opvarmning, ventilation og køling reduceres mest muligt gennem integration af klimaskærm, bygningskonstruktioner og klimatekniske systemer Effektiv behovsstyring Lavt tryktab i komponenter og kanaler, effektive lavtryksventilatorer med integreret regulering Intelligent og integreret styring med andre tekniske systemer (solafskærmning, naturlig ventilation udluftning,.) Energibehovet reduceres gennem omfordeling og lagring og tilføres i udstrakt grad via vedvarende energikilder Bygningsintegrerede opvarmnings- og ventilationssystemer