10 uur geert bellens - optimalisatie van comfort en energieverbruik van gebouwen door simulaties

OPTIMALISATIE VAN COMFORT EN ENERGIEVERBRUIK VAN GEBOUWEN DOOR

SIMULATIES

BESTBUILD INGCONCEPT BVBA

1

BESTBUILDINGCONCEPT

Ingenieursbureau met focus op comfort, binnenklimaat en

energie

Specialisaties:

— Dynamische gebouwsimulaties

— Comfortmetingen

— Draadloze gebouwmonitoring

— Advies, workshops, expertises, second opinion,…

Geert Bellens, zaakvoerder

Zimmerplein 16, Lier

[email protected]

www.bestbuildingconcept.be

2

Dynamische simulaties

Simulatie van temperaturen,

daglicht en energieverbruik

Resultaten, uur per uur, voor elk

type gebouw

Conceptbepaling, varianten-

onderzoek, dimensionering

3

Comfort en binnenklimaatmetingen

Objectivering van comfortklachten met

gekalibreerde meettoestellen

Meting van het werkelijke comfortgevoel

(PMV) en het aantal ontevredenen (PPD)

CO2 en CO metingen.

Registratie verwarming/koeling/ventilatie

4

Binnenklimaatbewaking

Draadloze monitoring met LCD

T°, RV, CO, CO2, UV, Luxwaarde,

druk,…

Data in lokale database

Alarmering via email of lokaal

5

Stookplaatsmonitoring met

comfortbewaking

Draadloze monitoring van alle

kringen (verwarming, koeling,

ventilatie)

Comfortbewaking

Opvolging energieverbruik

Alle data in de cloud

Alarmering via email of SMS

6

ONTWERPEN NAAR EEN GOED COMFORT EN LAAG ENERGIEVERBRUIK

7

Typische problemen

Te warm, te koud, tocht

Koude voeten

Te muf, te vochtig

Hoofdpijn, geïrriteerde ogen, draaierig

Verblinding, zoninval,…

8

Productiviteitswinst

Mensen presteren beter, worden minder vaak ziek

Zijn minder vaak afwezig

Blijven langer in de firma

Total buildingcost

• People 100

• Maintenance 10

• Financing 10

• Energy 1

9

Productiviteitswinst

Gemiddeld 10- 15 % productiviteitsverbetering

Een goed comfort brengt meer op dan

energiebesparing

10

ALLES START MET CORRECT REKENEN: DYNAMISCH SIMULEREN

11

Statische rekenpakketten

EPB, PHPP

— Alle lokalen één temperatuur ( 18°C, 20°C)

— Eén buitentemperatuur per maand

— Oververhitting: gemiddelde voor heel het gebouw

— Geen of amper regeling, geen opsplitsing naar lokalen, geen aparte interne lasten

— Certifiëringstool, geen ontwerptool

Warmteverliesberekening: worst case scenario voor de installaties

12

Dynamische simulatie

Realistische simulatie van de werking van een gebouw — Energieverbruik

— Comfort (daglicht, thermisch comfort, binnenklimaat)

Integratie van gebouw, technieken en regeling — Verwarming, koeling, ventilatie,

— zonwering,

— inertie,

— opengaande ramen, …

Koppeling dossier architect en studiebureau

13

Dynamische simulaties: Gebouwmodel

Opmaak gebouwmodel

inclusief omgeving

— Naburige gebouwen

— Oversteek, balustrade

— Bomen

— …

14


Gelijkaardig aan EPB

— Veel gedetailleerder

— Alles kan, alles mag…

— Architect overtuigen

15


Opdeling in verschillende

zones

Aparte profielen per zone

16


Interne lasten per lokaal in

detail

— Lichtvermogen,

lichtsturing

— Personen, metabolisme,

kledij

— Apparatuur

17

Dynamische simulaties: HVAC model

Technische installaties

— Ventilatiegroep(en)

Bypass

warm/koudwaterbatterij

ventilatorenergie

— VAV

— Betonkernactivering

— Koelgroep(en)

— …

18

Dynamische simulaties: Weermodel

Gebaseerd op weerdata op uurbasis — Temperatuur en vochtigheid

— Windsnelheid en –richting

— Regen

— Directe en diffuse zon

Dynamische luchtdichtheid

Natuurlijke ventilatie

Passieve koeling

19

Dynamische simulaties-resultaten

Alle temperaturen t.o.v. de buitentemperatuur

Interne lasten en externe lasten (zon)

Energieverbruik

Daglicht

20

DYNAMISCHE SIMULEREN: WAAROM?

21


Eén gebouwmodel

— Realistisch beeld energieverbruik rekening houdend met inertie en regeling

— Comfort per lokaal

— Daglichtfactor per lokaal

— Scenario-onderzoek in ontwerpfase

— Correcte vermogens

Alle info om een gebouw te optimaliseren en te dimensioneren

Absoluut noodzakelijk bij energiezuinig bouwen.

22

ENERGIEZUINIG BOUWEN VERSUS COMFORT

23

Dynamische simulaties: energie

— Test gebouwtje

24


— Laagenergie (Udak 0,2 Umuur 0,2 Uglas 1.1, n50=3)

25


— Laagenergie (Udak 0,2 Umuur 0,2 Uglas 1,1, n50=3)

26


— Passief (Udak 0,1 Umuur 0,15 Uglas 0,8 n50=0,6)

• Stookseizoen korter

• Koelseizoen begint vroeger en duurt langer

27


— Passief (Udak 0,1 Umuur 0,15 Uglas 0,8 n50=0,6)

• Verbruik verwarming daalt

• Verbruik koeling stijgt

• Energiezuinig bouwen doet de koellast stijgen.

28


Energiezuinig bouwen — Doet de koellast stijgen. Meer koelen, langer koelen.

— Doet het verwarmingsvermogen dalen,

— Vereist een goede regeling, zeker in het tussenseizoen.

Invloed energie-eisen — Vaak hoge temperatuurskoeling of lage temperatuursverwarming

— Meer en meer geothermie

— Warmtepomp (dimensionering belangrijk)

— Gestuurde ventilatiedebieten (of lagere debieten…)

Het comfort moet tijdens het ontwerp geverifieerd worden.

29

(ZOMER) COMFORTSIMULATIES

30


Kantoor met betonkernactivering

Koelen en verwarmen met kleine temperatuursverschillen

31


Overschrijdingsuren — Simulatie voor een volledig jaar

— Overschrijdingen boven 25 (of 26)°C

— Enkel gebruiksuren worden geteld

Gebruiksuren per

jaar Overschrijdingsuren

25° procentueel

balie 2347 758 32,30%

blok B 2348 1135 48,34%

inkomsas 2348 106 4,51%

intern 2347 1004 42,78%

kantoor 2347 359 15,30%

KMO 2347 863 36,77%

landschapskantoor 2347 622 26,50%

manager 2348 300 12,78%

sales1 2347 671 28,59%

sales2 2347 692 29,48%

Kitchenette 2347 2 0,09%

procentueel

2,34%

0,09%

0,51%

4,69%

0,00%

9,03%

0,13%

1,15%

0,13%

0,09%

0,00%

procentueel

2,64%

4,09%

0,30%

14,27%

0,13%

14,74%

0,94%

2,43%

4,05%

7,03%

0,00%

BKA vroeger laten

koelen

Koelbatterij continu

laten koelen

Zonwering

noodzakelijk

32


Te warm… in de winter

33

COMFORT IN DE 21STE EEUW: PMV-PPD WAARDEN

34

Wetgeving

Arbeidsplaatsen: KB 4 juni 2012 betreffende de thermische omgevingsfactoren — Koude werkomgeving: Luchttemperatuur meten

— Werken in hitte: Natte boltemperatuur (WBGT) meten

— Gematigde omstandigheden: PMV/PPD methode gebruiken

35

KB betreffende de thermische omgevingsfactoren

Afdeling II.- Risicoanalyse en preventiemaatregelen

Art. 3.- § 1. Overeenkomstig artikel 8 van het koninklijk besluit van 27 maart 1998 betreffende het beleid inzake het welzijn van de werknemers bij de

uitvoering van hun werk voert de werkgever een risicoanalyse uit van de thermische omgevingsfactoren van technologische of kl imatologische aard die

aanwezig zijn op de arbeidsplaats, waarbij hij rekening houdt met de volgende factoren:

1° de luchttemperatuur, uitgedrukt in graden Celsius;

2° de relatieve luchtvochtigheid, uitgedrukt in percentage;

3° de luchtstroomsnelheid, uitgedrukt in meter per seconde;

4° de thermische straling veroorzaakt door de zon of door technologische omstandigheden;

5° de fysieke werkbelasting,

6° de gebruikte werkmethodes en arbeidsmiddelen;

7° de eigenschappen van de werkkledij en van de persoonlijke beschermingsmiddelen;

8° de combinatie van al deze factoren.

§ 2. In het kader van de risicoanalyse, evalueert de werkgever de thermische omgevingsfactoren en, indien nodig, meet hij ze. De in toepassing van

deze paragraaf gebruikte meet- en berekeningsmethodes worden bepaald, na advies van de preventieadviseur-arbeidsgeneesheer of de preventieadviseur-

arbeidshygiëne en na akkoord van het comité.

De in het eerste lid, 2° bedoelde gangbare voorschriften en gebruiken inzake comfort op de arbeidsplaats worden inzonderheid

beschreven in de norm NBN EN ISO 7730 “Ergonomie van de thermische omgeving: analytische bepaling en interpretatie van

thermische behaaglijkheid door berekening van de PMV en PPD waarden en door criteria voor de plaatselijke behaaglijkheid”.

36

PMV/PPD

Predicted Mean Vote (PMV) — Gemiddelde waardering van een groep personen over een willekeurig

klimaat

Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD) — Een voorspelling van het aantal ontevreden personen

NBN EN ISO 7730: (Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria)

37

PMV/PPD

38

Thermisch comfort PMV-PPD kunnen we meten

1. Luchttemperatuur

2. Stralingstemperatuur

3. Relatieve vochtigheid

4. Luchtsnelheid

5. Kleding

6. Metabolisme

39

Kleding

— Typisch: winter 1 clo/ zomer

0,5 clo

40

Metabolisme

• Typisch: Kantoor 1 à 1,2 met

41

PMV voorbeelden: kantoorwerk — Temperatuur 21°C

— Luchtsnelheid 0,15 m/s

— Relatieve vochtigheid 50 %

— Metabolisme: staand (met =1,2)

— Winterkledij kantoor (clo =1)

• PMV -0,23

• PPD 6%

• ‘Neutraal’

42

PMV voorbeelden: kantoorwerk vrouw

— Temperatuur 21°C



— Metabolisme: staand (met =1,2)

— Winterkledij kantoor (clo =0,7)

• PMV -0,78

• PPD 18%

• ‘Iets te fris’

43

PMV voorbeelden: keukenwerk

— Temperatuur 21°C



— Metabolisme: heffen (met =2,1)

— Beschermende kledij (clo =1)

• PMV 0,89

• PPD 22%

• ‘Slightly warm’

44

Conclusie PMV/PPD methode is uitgebreider, maar vollediger

Houdt rekening met kledij, activiteit, luchtsnelheid, gebouwschil,…

PMV en PPD scores kunnen op voorhand gesimuleerd worden

45

Conclusie

Zelf uitrekenen: http://smap.cbe.berkeley.edu/comforttool/

PMV waarden bepalen ‘comfortklasse’

46

http://smap.cbe.berkeley.edu/comforttool/

http://smap.cbe.berkeley.edu/comforttool/

PMV EN LOKAAL DISCOMFORT SIMULEREN

47

Lokaal discomfort

Vloertemperatuur: contacttemperatuur van de vloer

48

Lokaal discomfort


— Kantoor met zwevend gedeelte

— Goed geïsoleerd

— Verwarmd naar 21°C

— Goede luchtdichtheid

49

Lokaal discomfort


— Temperatuur: 21°C, ok

— PMV: +- ok

— Vloertemperatuur…?

50

Lokaal discomfort

Vloertemperatuur:

— 25 cm beton

— 5 cm PUR

51

Lokaal discomfort

Vloertemperatuur:

— 25 cm beton

— 10 cm PUR

52

DAGLICHTFACTOR SIMULEREN

53

Daglichtfactor

Verhouding tussen de verlichtingssterkte binnen op één punt (meestal het werkvlak) en de verlichtingssterkte buiten

— Niet beïnvloed door uur of dag

— Wel beïnvloed door

structurele zonwering,

luifels,

plaatsing vensters in de muur,

LTA waarde glas

Typische waarden: 2 à 3 %

54

Daglichtfactor

55

Daglichtfactor: map met luxwaarde en DF

56

Daglichtfactor: optimalisatie

LTA 80% LTA 80% LTA 80% LTA 80% LTA 80% LTA 80%

Luifel 1m verder Luifel 1m50 verder Luifel 2m verder Luifel 2m20 verder Luifel 2m40 verder Geen luifel

A0.02 1,7 1,93 2,11 2,15 2,25 3,01

A0.05 1,63 1,88 2,1 2,16 2,27 3,18

A0.08 1,94 1,94 1,98 1,99 2 2,17

A0.06 1,72 1,98 2,21 2,28 2,32 3

LTA 70% LTA 70% LTA 70% LTA 70%

Luifel 2m verder Luifel 2m20 verder Luifel 2m40 verder Geen luifel

A0.02 1,83 1,88 1,94 2,63

A0.05 1,82 1,87 1,94 2,76

A0.08 1,71 1,72 1,73 1,88

A0.06 1,91 1,96 2,01 2,59

57

EVALUATIE RAAMGROOTTE EN ZONWERING

58

De zon weren

Tot 850 Watt per m² geveloppervlakte

Ook grotendeels diffuus

Soms meer zon op O/W dan op Z

59

De zon weren

Structurele zonwering

— Geen onderhoud

— Geen sturing

— Enkel op het zuiden effectief!

60

De zon weren

Te hoge temperaturen

61

De zon weren

Te veel daglicht

62

De zon weren

Raamgrootte beperkt

63

De zon weren

Temperaturen onder controle

64

NATUURLIJKE VENTILATIE SIMULEREN

65



— Free cooling overdag (opengaande ramen)

— Nachtkoeling

66

Natuurlijke nachtventilatie


— Free cooling overdag

— Nachtkoeling (5 à 10 vol/h nodig)

67

Natuurlijke nachtventilatie


— Neutrale drukvlak

— Insecten, inbraak, regen,…

— Voldoende raamopeningen

68

Nachtventilatie

‘s Nachts in principe ideale omstandigheden

Inertie voorzien ! Batterijwerking,

Klimaatopwarming?

— Aantal warme dagen (>25°C) stijgt.

“urban heat island effect”

— Stad 4 tot 7 graden warmer

69

Mechanische nachtventilatie

Mechanisch ventileren gedurende de nacht?

— Meestal te laag debiet (1 à 2 vol/h)

— Beperkte afkoeling van de inerte delen

— Ventilatorenergie stijgt aanzienlijk.

70


Mechanisch ventileren gedurende de nacht

71


Mechanisch ventileren gedurende de nacht

72

ENERGIE-COMFORT BALANS VOOR VERSCHILLENDE SCENARIO’S

73

Scenario-onderzoek

Optimalisatie

1. Passief ontwerp

2. Aangepast LE ontwerp

3. Aangepast passiefontwerp

74

Scenario-onderzoek

Energieverbruik

1. Passief ontwerp

2. Aangepast LE ontwerp

3. Aangepast passiefontwerp

Apparatuur Licht Ventilatoren Verwarming Koeling

Eerste ontwerp 5322 1381 2364 1274 483 10824

Optimalisatie ontwerp 5322 1381 2364 1915 476 11458

Definitief ontwerp 5322 1082 1627 1110 563 9704

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

EU

RO

PER J

AAR

ENERGIEVERBRUIK PER JAAR

75

Scenario-onderzoek Eerste ontwerp Gebruiksuren per jaar Overschrijdingsuren 26° procentueel Overschrijdingsuren 28° procentueel

Buro 1535 192 12,51% 41 2,67%

Labo's 2682 179 6,67% 0 0,00%

Onthaal 2555 22 0,86% 0 0,00%

Ortho 1-3 1536 132 8,59% 0 0,00%

Unit 1-3 1537 113 7,35% 1 0,07%

Unit 4 1535 476 31,01% 68 4,43%

Unit 5 922 21 2,28% 0 0,00%

Unit 6 2147 155 7,22% 0 0,00%

Unit 7-8 1642 97 5,91% 0 0,00%

Unit 9 1234 43 3,48% 0 0,00%

Wachtruimte 2556 17 0,67% 0 0,00%

Optimalisatie

ontwerp Gebruiksuren per jaar Overschrijdingsuren 26° procentueel Overschrijdingsuren 28° procentueel

Buro 1535 42 2,74% 4 0,26%

Labo's 2682 111 4,14% 0 0,00%

Onthaal 2555 0 0,00% 0 0,00%

Ortho 1-3 1536 39 2,54% 0 0,00%

Unit 1-3 1537 24 1,56% 0 0,00%

Unit 4 1535 94 6,12% 0 0,00%

Unit 5 922 5 0,54% 0 0,00%

Unit 6 2147 44 2,05% 0 0,00%

Unit 7-8 1642 43 2,62% 0 0,00%

Unit 9 1234 11 0,89% 0 0,00%

Wachtruimte 2556 0 0,00% 0 0,00%

76

Scenario-onderzoek

Definitief ontwerp Gebruiksuren per jaar Overschrijdingsuren 26° procentueel Overschrijdingsuren 28° procentueel

Buro 1535 0 0,00% 0 0,00%

Labo's 2682 0 0,00% 0 0,00%

Onthaal 2555 0 0,00% 0 0,00%

Ortho 1-3 1536 0 0,00% 0 0,00%

Unit 1-3 1537 0 0,00% 0 0,00%

Unit 4 1535 0 0,00% 1 0,07%

Unit 5 922 0 0,00% 0 0,00%

Unit 6 2147 0 0,00% 0 0,00%

Unit 7-8 1642 0 0,00% 0 0,00%

Unit 9 1234 0 0,00% 0 0,00%

Wachtruimte 2556 0 0,00% 0 0,00%

Balans comfort <> energie

1. Laag energieverbruik

2. Comfort verzekerd

3. Correcte vermogens

77

REALISTISCHE VERMOGENS SIMULEREN

78

Realistische vermogens

Bepaling verwarmingsvermogen

— Klassiek: koudste dag, worst case

Overdimensionering (2x, 3x,..)

Laag rendement

Pendelgedrag

Geothermie

— Realiteit: sterk afhankelijk van

Regeling !

Inertie

Interne lasten,…

— Simulatie geeft je een realistisch beeld

79

Realistische vermogens

Voorbeeld tandartspraktijk

— Eerste ontwerp met vloerverwarming: 18 kW

— Definitief ontwerp met convectoren: 32 kW (25 kW in gebruik)

80


Eén gebouwmodel — Realistisch beeld energieverbruik rekening houdend met inertie en regeling

— Comfort per lokaal

— Daglichtfactor per lokaal

— Scenario-onderzoek in ontwerpfase

— Correcte vermogens

Alle info om een gebouw te optimaliseren en te dimensioneren

Absoluut noodzakelijk bij energiezuinig bouwen.

Een slecht comfort kost u veel meer dan uw energieverbruik.

BESTBUILDINGCONCEPT BVBA

Geert Bellens, zaakvoerder

Zimmerplein 16, Lier

[email protected]

www.bestbuildingconcept.be

81

10 uur geert bellens - optimalisatie van comfort en energieverbruik van gebouwen door simulaties

Leadership & Management

Transcript of 10 uur geert bellens - optimalisatie van comfort en energieverbruik van gebouwen door simulaties