TM 2010 02
-
Upload
installateurszaken -
Category
Documents
-
view
224 -
download
0
description
Transcript of TM 2010 02
Februari 2010 | Jaargang 39 | Nr 2
Thema:
GebouwsimulatietechniekJA
ARG
AN
G 39 N
R. 2 TV
VL M
AG
AZIN
E FEBRUA
RI 2010
Kwetsbare kunst
Duurzame meerwaarde
Waterverbruikpatronen
TM0210_cover_4.indd 1TM0210_cover_4.indd 1 11-2-2010 11:33:5411-2-2010 11:33:54
Naamloos-1 2Naamloos-1 2 11-2-2010 11:29:5411-2-2010 11:29:54
3
Inhoudsopgave
TVVL MAGAZINE
REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door gelijken’. De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vak-gebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.
42
50
INTERVIEW MET
JACK DE LEEUW
KWETSBARE KUNST
DUURZAME
MEERWAARDE
CFD VOOR EEN GEZONDE EN COMFORTABELE STEDELIJKE OMGEVINGDr. ir. B. Blocken 6
KLIMAATVERANDERING: NOODZAAK AANPAS-SINGEN GEBOUW EN INSTALLATIEP. de Wilde, W. Tian 10
OVERDIMENSIONERING KLIMAATINSTALLATIES DOOR KLIMAATBEWUSTZIJN? Mw. L. Deutz 16
DUURZAME ECONOMISCHE MEERWAARDE VOOR DE GEZONDHEIDSZORGMw. ir. C. de Vaan, ir. J. Wiedenhoff 18
BRAND IN EEN AANGRENZENDE RUIMTE ATRIUMM.G.L.C. Loomans, A.D. Lemaire 24
WATERVERBRUIKPATRONEN VOOR WONINGEN EN UTILITEITSBOUWMw. I. Pieterse-Quirijns, mevr. M. Blokker 28
DE ATG METHODE VERDIENT ANDERE UIT-GANGSPUNTEN?Drs. E.G. Rooijakkers 34
OPPERVLAKTEWATER VOOR EEN DUURZAME GEBOUWDE OMGEVINGDr.ir. C.J. Wisse 38
Februari 2010
EDITORIAL 5INTERVIEW 42ACTUEEL 45UITGELICHT 49PROJECTBESCHRIJVING 50REGELGEVING 55INTERNATIONAAL 57SUMMARY 58VOORBESCHOUWING 59PRODUCTNIEUWS 61AGENDA 62
TVVL Magazine is het offi ciele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 109,- per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.
REDACTIERAAD: Drs.ir. P.M.D. Kruijsse (voorzitter)Ir. J. AufderheijdeProf.dr.ir. J.L.M. Hensen Mw. dr. L.C.M. ItardJ.F.P.G. KerdèlH. LodderG.J. LugtMw. drs. C. MulderMw. drs.ir. I. ThieraufA.J. de Weijert (eindredacteur)Prof.ir. W. ZeilerIng. F.J. Stouthart (nms. uitgever)
REDACTIE: Drs.ir. P.M.D. Kruijsse (voorzitter)lIr. J. AufderheijdeMw. drs. C. MulderA.J. de Weijert (eindredacteur) Ing. F.J. Stouthart (nms. uitgever)
REDACTIE-ADRES: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV LeusdenPostbus 311, 3830 AJ LeusdenTelefoon redactie (033) 434 57 50Fax redactie (033) 432 15 81 Email [email protected]
UITGAVE: Merlijn Media BVZuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 AG WaddinxveenTelefoon (0182) 631717 Email [email protected]
TRAFFIC: Mariella van den EngEmail [email protected]
ABONNEMENTEN: Merlijn Media BVPostbus 275, 2740 AG WaddinxveenTelefoon (0182) 631717Email [email protected] € 105,-Buitenland € 220,-Studenten € 83,-Losse nummers € 18,-Extra bewijsexemplaren € 13,-
Het abonnement wordt geacht geconti nu -eerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd.
ADVERTENTIE-EXPLOITATIE: Merlijn Media BVRuud StruijkTelefoon (0182) 631717Email [email protected]
PREPRESS: Yolanda van der Neut
DRUK: Ten Brink, Meppel
ISSN 0165-5523
© Merlijn Media BV, 2010
Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfi lm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.
18
TM0210_inhoud.indd 3TM0210_inhoud.indd 3 8-2-2010 9:38:038-2-2010 9:38:03
De nieuwe AquaSnap, efficiënter dan ooit
Toonaangevend kan altijd nóg toonaangevender. Dat bewijst
Carrier met de vernieuwde AquaSnap serie. De luchtgekoelde
waterkoelmachines en warmtepompen zijn nu ook verkrijgbaar
tot 160 kW en gebruiksvriendelijker dan ooit. Innovatieve
componenten zijn toegevoegd die een hoger rendement
garanderen zoals het elektronische expansieventiel, een toeren-
geregelde vloeistofpomp en uiteraard de toepassing van het
Puron® R410A koudemiddel. Het vernieuwde bedieningspaneel
maakt de AquaSnap ‘easy to install’ en dat past in onze visie om het
leven gemakkelijker en comfortabeler te maken. Oók dat van onze
installateurs. Daarbij is het kwalitatieve assortiment zó opgebouwd
dat u altijd de juiste oplossing voor handen heeft. Dus, voor élke
klimaatoplossing: turn to the experts. Carrier Airconditioning.
T (071) 341 71 11, www.carrier.nl/30RB
turn to the experts
30RB
variabele waterhoeveelheid
CAR 2910029 AD nw stijl A4.indd 1 25-11-09 11:38:12TM0210_carrier_04.indd 4TM0210_carrier_04.indd 4 4-2-2010 11:11:454-2-2010 11:11:45
TVVL Magazine | 02 | 2010 EDITORIAL 5
Gebouwsimulatie: voor nu en morgenDe laatste drie decennia is gebouwsimulatie uitgegroeid tot een
veld met unieke expertise, methoden en gereedschappen voor
het voorspellen en evalueren van (toekomstige) gebouwpresta-
ties. De noodzakelijke integratie van verschillende disciplines
impliceert een niet-geringe modelleer- en berekeningsuitda-
ging.
Gebouwsimulatie kan omgaan met de resulterende schaalcomplexiteit en de diversiteit in component interacties. Dit biedt unieke mogelij k-heden in het voorspellen, beoordelen en verifi ëren van gebouwpres-taties. De robuustheid en nauwkeurigheid van de modellen verbeteren continu, waardoor het onderzoek en de discussie zich niet meer zozeer toespitst op het verder ontwikkelen van de numerieke modellen zelf, maar veel meer op het effectief inzetten en beheren van simulatietools bij ontwerp en beheer van gebouwen.
In dit themanummer wordt bovenstaande nader belicht vanuit het onderzoeksveld en vanuit de praktijk. We hebben bewust gestreefd naar meer kortere in plaats van minder langere artikelen. TVVL wil meer aandacht geven aan de relatie tussen mens, omgeving (maatschappij) en techniek. Dus bij verschillende artikelen is de techniek in een maatschap-pelijke context geplaatst c.q. is een maatschappelijke betekenis gegeven. Bij andere is dat juist andersom gedaan: vanuit een maatschappelijk vraagstuk (duurzaamheid bijvoorbeeld) is over de techniek (als oplos-sing) geschreven. Er is duidelijk een sterk toenemende belangstelling voor gebouwsimulatie. Zo bleek het aantal aangeboden artikelen veel groter dan voor dit themanummer kon worden geplaatst. Helaas zult u een aantal artikelen dus pas later dit jaar in TVVL Magazine kunnen lezen. Dit zijn artikelen door De Vaan et al. (De mythe van thermische massa), Peitsman et al. (Energieanalyse “Vertigo” gebouw op basis van foutdetectie & diagnostiek), Yu en Luscuere (Optimalisatie van de energieprestatie van drie scheepshallen in Dubai; en Voorspelling
van de winterprestaties van droge koelers), Verkerk-Evers et al. (Klimatiseringsconcepten voor de toekomst), en Wijsman en Plokker (Betrouwbaarheid gebouwsimulatieprogramma’s).
Ik maak graag van de gelegenheid gebruik om het IBPSA-NVL 2010 sym-posium op 14 oktober bij de TU/e aan te raden. IBPSA-NVL staat voor Nederlands-Vlaamse afdeling van de International Building Performance Simulation Association IBPSA (www.ibpsa.org). De ochtendsessie zal worden ingevuld vanuit de praktijk. Wij zijn benieuwd naar uw ervaringen bij de toepassing van gebouwsimulatie. Bijdragen die ingaan op interessante praktijkvoorbeelden van de moge-lijkheden die gebouwsimulatie biedt bij de ondersteuning van het ont-werpproces zijn van harte welkom. Daarnaast zijn we ook benieuwd naar nieuwe ontwikkelingen en mogelijkheden die het gebruik van gebouw-simulatie kunnen vergroten. Interesse om een artikel te schrijven? Stuur vóór 15 april 2010 een e-mail naar [email protected]. De middagsessie beoogt een goed beeld te geven van de huidige stand van zaken op het gebied van gebouwsimulatie en van de toekomstige moge-lijkheden. De leidraad daarbij is simuleren voor een energie-effi ciënte of -producerende gebouwde omgeving. Het programma zal bestaan uit presentaties door vooraanstaande sprekers over gebouwsimulatie en energie op wijkniveau; ontwerpproces; bestuur en beheer; regelgeving, ratingtools en labelling; en binnenmilieu.Rest me nog alle auteurs te bedanken voor hun bijdrage en u veel lees-plezier te wensen.
Jan Hensen, hoogleraar gebouwprestatiesimulatie TU/Eindhoven
editorial
TM0210_editorial.indd 5TM0210_editorial.indd 5 2-2-2010 14:41:322-2-2010 14:41:32
6 TVVL Magazine | 02 | 2010 GEBOUWSIMULATIE
CFD voor een gezonde en comfortabele stedelijke omgeving
Stedebouwfysica omvat de studie van fysische processen om te zorgen voor een
gezonde, comfortabele en duurzame stedelijke omgeving. Dit artikel bespreekt
kort de belangrijke rol die CFD-simulaties hierin kunnen spelen, op voorwaarde
dat hun nauwkeurigheid en betrouwbaarheid zijn gegarandeerd. Het geeft twee
voorbeelden (case studies) ter illustratie: windcomfort in de onderdoorgangen van de
Silvertoptorens en natuurlijke ventilatie van het Amsterdam ArenA voetbalstadion.
Dr.ir. Bert Blocken, Hoofddocent Stedebouwfysica, Building Physics and Systems, Faculteit Bouwkunde, Technische Universiteit Eindhoven
De fysische processen die van belang zijn in de stedelijke omgeving omvatten het convectieve transport van warmte, lucht, vocht en pollu-enten. Een belangrijk deel van de stedebouw-fysica richt zich daarom op het bestuderen van de windstroming in steden, de ermee gepaard gaande warmte- en massafl uxen en de effecten daarvan op mensen en gebouwen. Voorbeelden zijn windhinder en windgevaar rond gebouwen, natuurlijke ventilatie van gebouwen, dispersie van luchtverontreiniging en slagregen op gebouwen.
VIER CATEGORIEËNVoor stedebouwfysische studies staan vier categorieën van methoden ter beschikking: metingen in-situ, windtunnelmetingen, (semi-)empirische modellen en numerieke simulatie met Computational Fluid Dynamics (CFD). Elk van deze methoden heeft zijn voor- en nadelen. Metingen in-situ geven weliswaar de werkelijkheid weer - meetfouten uitge-zonderd - maar zijn meestal duur en tijdro-
vend. Ook zijn de randvoorwaarden, zoals de meteorologische condities, oncontroleerbaar. Verder worden de metingen slechts uitgevoerd in een beperkt aantal punten in de ruimte. Tenslotte zijn in-situ metingen uiteraard geen optie bij nog te ontwerpen gebouwen of stadsdelen. Een belangrijk voordeel van wind-tunnelmetingen is dat de randvoorwaarden nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd. De metingen gebeuren echter ook meestal slechts in een beperkt aantal punten. Met technieken zoals Particle Image Velocimetry (PIV) kan in principe informatie in een heel vlak worden bekomen, maar bij een stadsmodel zijn de gebouwen obstakels die de nodige belichting door het laservlak bij deze methode in de weg staan. Verder is bij windtunnelmetingen dyna-mische gelijkvormigheid tussen de “werkelijke” stroming en de stroming rond het schaalmo-del een belangrijke eis. Deze eis wordt vaak vertaald met behulp van dimensieloze getallen zoals het Reynoldsgetal, het Froudegetal en het Richardsongetal, die dezelfde waarde
moeten hebben in het model als in de realiteit. Deze zogenaamde schaalwetten zijn echter meestal onverenigbaar met de mogelijkheden van windtunnels, en ze zijn vaak ook onderling onverenigbaar. Empirische en semi-empirische modellen zijn een vaak sterk vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid, gebaseerd op metingen en/of theoretische beschouwingen en ze zijn daarom maar beperkt toepasbaar in de complexe realiteit van de stad.
VOORDELENCFD biedt een aantal belangrijke voordelen ten opzichte van metingen in situ, windtun-nelexperimenten en (semi-)empirische modellen. CFD levert zogenaamde “whole-fl ow fi eld data”, dit wil zeggen dat waarden van de stromingsparameters tegelijkertijd in het hele rekendomein (in alle punten van de ruimte) worden verkregen. CFD laat ook toe de randvoorwaarden te controleren en wordt niet gehinderd door de onverenigbare schaalwet-ten die in de windtunnel voor problemen
TM0210_blocken.indd 6TM0210_blocken.indd 6 4-2-2010 9:14:434-2-2010 9:14:43
7TVVL Magazine | 02 | 2010 GEBOUWSIMULATIE
kunnen zorgen. CFD is ook - tenminste poten-tieel - nauwkeuriger dan (semi-)empirische modellen, en levert meer detailinformatie. De grootste nadelen van CFD zijn de complexiteit en de gevoeligheid van de resultaten voor de te kiezen modelparameters. De gebruiker moet vele keuzes maken bij het uitvoeren van een simulatie, en deze kunnen sterk de nauwkeu-righeid van de resultaten beïnvloeden. Als veilig uitgangspunt durven we te stellen dat voor CFD-resultaten niet de veronderstelling van onschuld geldt, integendeel: “CFD-resultaten zijn fout, tot het tegendeel bewezen is”. Verifi catie en validatie van CFD-simulaties zijn essentieel. Voor de validatie zijn dan weer nauwkeurige metingen nodig, in-situ of in de windtunnel. De complexiteit van CFD betekent dat er nood is aan richtlijnen bij het gebruik ervan, zogenaamde “best practice guidelines”, waarvan er recent een aantal zijn gepubliceerd [1-5]. Wanneer aan een aantal essentiële voor-waarden is voldaan, kunnen CFD-simulaties een uitermate sterk hulpmiddel zijn voor stedenbouwkundige analyse, en informatie opleveren die met metingen niet kan worden bekomen. Deze essentiële voorwaarden zijn dat de simulaties zorgvuldig worden uitgevoerd, met de verplichte verifi catie en validatie, volgens de bestaande praktijkricht-lijnen en dat bij toepassing en interpretatie van de resultaten rekening wordt gehouden met de beperkingen van de fysische modellen voor onder meer turbulentie en wandbehande-ling. In de volgende paragrafen worden kort enkele case studies behandeld, waarin CFD een belangrijk hulpmiddel is gebleken bij de evalu-atie en/of aanpassing van gebouwontwerpen.
SILVERTOPTORENSDe Silvertoptorens in Antwerpen zijn een groep van drie gebouwen met een hoogte van 60 m (fi guur 1a), gebouwd in 1960. Voor een grootschalige renovatie werd een architec-tuurwedstrijd uitgeschreven. Het ontwerp dat de wedstrijd won had als doel de gebouwsite meer in de omgeving te integreren. Daarom werden wandelpaden rondom en onderdoor-gangen in de gebouwen voorzien. De gebouw-ingangen werden in deze onderdoorgangen geplaatst. Onderdoorgangen bij gebouwen zijn echter typische zones waar hoge windsnelhe-den en daarom windhinder en -gevaar kunnen optreden. Dit omdat de doorgang een kortslui-ting vormt tussen de overdruk aan de windzijde en de onderdruk aan de lijzijde van het gebouw. Daarom werd voor de Silvertoptorens een windhinderstudie uitgevoerd met behulp van CFD. Na een initiële validatiestudie voor eenvoudigere gebouwconfi guraties met onderdoorgangen, werd een rekenraster opge-bouwd van de drie torens en de belangrijkste
omliggende gebouwen (fi guur 1b). Figuur 1c toont, voor één bepaalde windrichting, de gesimuleerde versterkingsfactoren in een hori-zontaal vlak op 1.75 m hoogte. Dit vlak snijdt doorheen de drie torens en de onderdoorgan-gen. De versterkingsfactor is gedefi nieerd als de verhouding van de windsnelheid op een bepaalde plek, tot de windsnelheid die er op dezelfde plek zou zijn bij afwezigheid van de gebouwen. De berekende versterkingsfac-toren in de onderdoorgangen, voor twaalf windrichtingen, werden gecombineerd met statistische meteorologische data en een comfortcriterium om de windhinderpercenta-ges te bepalen. Met percentages van 43-55 %, ver boven het toegelaten maximum van 20 %, waren aanpassingen aan het ontwerp onver-mijdelijk. Dit moest echter gebeuren zonder te raken aan de onderdoorgangen, omdat deze een essentieel onderdeel waren van het win-nende ontwerp. Er werd daarom gekozen voor het installeren van twee sets schuifdeuren, één aan beide uiteinden van de onderdoorgangen (fi guur 1d). Het idee was dat bij rustig weer, wanneer de windsnelheid in de onderdoor-gangen lager is dan de discomfortdrempel van 5 m/s, beide sets van deuren open zouden staan, om een vlotte doorgang mogelijk te maken. Bij windsnelheden in de doorgang van meer dan 5 m/s, zou één set schuifdeuren worden gesloten. Personen die via deze deuren de doorgang willen ingaan, zouden met een drukknop de andere set deuren kunnen sluiten, waarna de eerste set zich opent. Op die manier blijft het in de doorgang steeds windstil, en
blijft het windcomfort gewaarborgd. Het grootste probleem was het kiezen van de meetpositie voor de windsnelheid. Meten in de doorgang was uiteraard geen optie omdat deze soms gesloten is. De doorgang bestaat echter uit twee delen: een deel onder de luifel (de eigenlijke onderdoorgang), en een deel boven de luifel. De schuifdeuren staan enkel in het onderste deel, en het deel boven de luifel blijft steeds open. Dit betekende dat in het bovenste deel kan worden gemeten. Met CFD werd de relatie bepaald tussen de windsnel-heid in deze bovenste doorgang en deze die er in de onderste doorgang zou optreden. De simulaties toonden ook aan dat het sluiten van de onderste doorgang nauwelijks effect heeft op de windsnelheid in de bovenste doorgang. Met CFD werd bijgevolg een regel-mechanisme ontworpen voor het omzetten van de gemeten windsnelheid in de boven-ste doorgang naar deze die in de onderste doorgang zou optreden. Het ontwerp werd op deze manier gerealiseerd, met de anemometer in de bovenste doorgang voor het meten van de windsnelheid (zie inzet bij fi guur 1d). De volledige studie is terug te vinden in [6]. Deze studie werd uitgevoerd met CFD omdat in-situ metingen niet mogelijk waren voor realisatie van de onderdoorgangen en omdat er zich bij windtunnelmetingen problemen zouden voordoen met Reynoldsgelijkvormigheid in de kleine bovenste doorgangen.
AMSTERDAM ARENADe Amsterdam ArenA is een multifunctioneel
- Figuur 1 - (a) De drie Silvertoptorens in Antwerpen. (b) Rekenraster op het oppervlak van één van de torens en
de achterliggende gebouwen. (c) Versterkingsfactoren van de windsnelheid in een horizontaal vlak op 1.75 m
hoogte. (d) Schuifdeuren in één van de onderdoorgangen (inzet: anemometer (omcirkeld) in de doorgang boven
de luifel voor het meten van de lokale windsnelheid).
TM0210_blocken.indd 7TM0210_blocken.indd 7 4-2-2010 9:14:444-2-2010 9:14:44
8 TVVL Magazine | 02 | 2010 GEBOUWSIMULATIE
stadion waarin niet alleen voetbalwedstrij-den maar ook andere evenementen zoals concerten plaatsvinden. De ArenA heeft een schuifdak (fi guur 2a), dat tijdens concerten wordt gesloten omdat er dan licht- en geluids-apparatuur aan is bevestigd. Het schuifdak is semitransparant en laat heel wat directe en indirecte zonnestraling toe, waardoor het binnenvolume stevig kan opwarmen. Bovendien produceren de ongeveer 55.000 aanwezigen tijdens de concerten heel wat warmte, waterdamp en CO2. De condities van een dergelijk groot binnenluchtvolume (1.2 miljoen m³) beheersen met HVAC-systemen is een complexe en weinig duurzame optie. Vandaar dat de ArenA op natuurlijke wijze wordt geventileerd. De studie van de natuur-lijke ventilatie werd uitgevoerd met CFD door leden van de Unit Building Physics & Systems van de TU Eindhoven, en is volledig gerap-porteerd in [7]. Voor CFD-validatie werden puntmetingen van windsnelheid, temperatuur, relatieve vochtigheid en CO2-concentratie in en rond het stadion uitgevoerd. Figuren 2b en 2c tonen het hoge-resolutieraster, dat met een nieuw ontwikkelde rastergeneratietechniek werd opgebouwd. De CFD-simulaties houden rekening met de detailwindstroming in de stedelijke omgeving rond het stadion, en met de thermische effecten in en rond het stadion. Figuur 2d toont de versterkingsfactor van de windsnelheid in een horizontaal vlak op 10 m hoogte. Voor zuidenwind bevindt de ArenA zich in het zog van de andere gebouwen; dit
kan zorgen voor een belangrijke vermindering van het ventilatievoud. De CFD-simulaties toonden aan welke de belangrijkste ventila-tieopeningen zijn, en hoe deze kunnen worden geoptimaliseerd om het ventilatievoud met meerdere tientallen procenten te verbeteren [7]. Deze studie werd uitgevoerd met CFD omdat hiermee informatie over het hele windveld kon worden verkregen, en omdat het niet mogelijk was om parameteranalyses uit te voeren aan de hand van in-situ metingen. Windtunnelmetingen zouden dan weer schaal-fouten opleveren bij de nauwe ventilatieope-ningen van de ArenA.
DOORSLAGGEVENDDeze beide studies zijn slechts twee voorbeel-den die aantonen dat zorgvuldig uitgevoerde CFD-simulaties, na verifi catie en validatie, een bijdrage kunnen leveren aan een gezonde, comfortabele en duurzame stedelijke omge-ving. Ze tonen ook aan dat het gebruik van CFD in sommige gevallen doorslaggevende voordelen biedt ten opzichte van in-situ en/of windtunnelmetingen. In elk geval blijven nauwkeurige metingen, ook in deze gevallen, steeds noodzakelijk voor validatie.
REFERENTIES1. Casey M, Wintergerste T. (Eds.), 2000. Best
Practice Guidelines, ERCOFTAC Special Interest Group on Quality and Trust in Industrial CFD, ERCOFTAC, Triomfl aan 43, B-1160, Brussels.
2. Franke J, Hellsten A, Schlünzen H, Carissimo B. (Eds.). 2007. Best practice guideline for the CFD simulation of fl ows in the urban environment. COST Action 738.
3. Blocken B, Stathopoulos T, Carmeliet J. 2007. CFD simulation of the atmospheric boundary layer: wall function problems. Atmospheric Environment 41(2) 238-252.
4. Yoshie R, Mochida A, Tominaga Y, Kataoka H, Harimoto K, Nozu T, Shirasawa T. 2007. Cooperative project for CFD prediction of pedestrian wind environment in the Architectural Institute of Japan. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 95 (9-11), 1551-1578.
5. Tominaga Y, Mochida A, Yoshie R, Kataoka H, Nozu T, Yoshikawa M, Shirasawa T. 2008. AIJ guidelines for practical applica-tions of CFD to pedestrian wind environ-ment around buildings. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96(10-11) 1749-1761.
6. Blocken B, Roels S, Carmeliet J. 2004. Modifi cation of pedestrian wind comfort in the Silvertop Tower passages by an automatic control system. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 92 (10): 849-873.
7. Hooff van T, Blocken B. 2010. Coupled urban wind fl ow and indoor natural ventilation modelling on a high-resolution grid: A case study for the Amsterdam ArenA stadium. Environmental Modelling & Software 25(1): 51-65.
- Figuur 2 - (a) Amsterdam ArenA met schuifdak in geopende stand (inzet: concert in de ArenA met schuifdak in gesloten stand). (b-c)
Hoge-resolutie rekenraster van de ArenA voor CFD-studie van natuurlijke ventilatie [7]. (d) Versterkingsfactor van de windsnelheid in
een horizontaal vlak op 10 m hoogte.
TM0210_blocken.indd 8TM0210_blocken.indd 8 4-2-2010 9:14:464-2-2010 9:14:46
©2010 Schneider Electric, All Rights Reserved. Schneider Electric and APC are owned by Schneider Electric, or its affiliated companies in the United States and other countries. • 998-2269_NL
Energie is niet gratis, maar leren hoe te besparen wel
Schrijf u vandaag nog in bij de Energy University voor een GRATIS cursus over energiebesparing.
Met de onlinecursussen van de Energy University kunt u mensen binnen uw bedrijf opleiden tot experts op het gebied van energie-efficiency.
Zelfs nu de economische crisis het bedrijfsleven in z’n greep houdt, blijft het energieverbuik naar verwachting flink stijgen. Dit betekent extra kosten voor zowel bedrijven, overheden als consumenten. Daarnaast stelt de digitale economie geheel nieuwe eisen en laten de opwarming van de aarde en andere milieuoverwegingen weinig ruimte toe voor fouten.
Maar er is ook goed nieuws: onze Energy University kan uw bedrijf door deze moeilijke tijden loodsen. De Energy University is online toegankelijk en is een on-demand informatiebron voor iedereen die de energie-efficiency binnen zijn organisatie wil verbeteren. De cursussen zijn gebaseerd op de filosofie die ten grondslag ligt aan energie-efficiency en –besparing. De onderwerpen die aan bod komen zijn: energieverbruik, toepassingen, ROI-berekeningen en oplossingen voor wijzigingen die daadwerkelijk nut hebben.
Volg zelf de cursussen of laat een ‘energie-expert’ in uw organisatie dit doen, zodat u beter bent uitgerust om de huidige of onverwachte nieuwe problemen het hoofd te bieden. Dat onze energiebehoefte de kritieke fase nadert, is geen nieuws; de druk op uw financiën en op het milieu is nog nooit zo hoog geweest. Het is tijd om zuiniger om te gaan met energie; tijd voor de Energy University.
Schrijf u vandaag nog in voor een GRATIS cursus! Ga naar www.SEreply.com en voer de actiecode 75725t in.
Zet een stap in de goede richting voor een lager energieverbruik De Energy University richt zich op belangrijke eindmarkten die samen goed zijn voor 72 procent van het wereldwijde energieverbruik:
> Energie en infrastructuur > Industrie > Gebouwen > Datacenters en netwerken
TVVL_NL_75725t.indd 1 2010-02-04 18:04:48TM0210_snijder_09.indd 9TM0210_snijder_09.indd 9 5-2-2010 10:41:095-2-2010 10:41:09
10 TVVL Magazine | 02 | 2010 GEBOUWSIMULATIE
Klimaatverandering is een belangrijk maatschappelijk vraagstuk. Internationaal
loopt veel onderzoek dat poogt klimaatverandering te voorkomen of
verminderen door reductie van de uitstoot van broeikasgassen. Gelijktijdig
poogt meteorologisch onderzoek te voorspellen welke actuele veranderingen
desondanks te verwachten zijn. Vanzelfsprekend zal een dergelijke voorspelde
verandering in het klimaat gevolgen hebben voor de thermische prestatie van
gebouwen. Kwantifi catie van deze gevolgen is echter niet eenvoudig, aangezien
dit een probabilistische berekening vereist. Dit levert een voorspelling van risico’s,
die moeten worden afgewogen op basis van aanvaardbaarheid. Sommige risico’s
kunnen dusdanig groot worden geacht dat preventief ingrijpen is geboden.
Klimaatverandering: aanpassingen gebou
P. de Wilde en W. Tian, Universiteit van Plymouth, Plymouth, Verenigd Koninkrijk
Gebouwen dienen, ook op de lange termijn, comfortabel en energiezuinig te zijn. Als gevolg daarvan is er een toenemende aandacht voor de mogelijke gevolgen van klimaatverandering op het thermisch gedrag van gebouwen. De eerste resultaten van onderzoek op dit gebied, veelal uitgevoerd met behulp van gebouw prestatie simulatie, verschijnen in de literatuur; zie bijvoorbeeld. [1 en 2]. Hoewel dit werk goede inzichten biedt in de adaptatie van gebouwen aan veranderende klimaatcondities, laat het onbeantwoord hoe gebouwen het best kunnen worden beheerd met het oog op dergelijke veranderingen. Dit artikel beschrijft onderzoek aan de Universiteit van Plymouth, UK, dat tot doel heeft om aan de hand van een risicoanalyse tot weloverwogen beslissingen te komen. Een algemene methode om risico’s te kwanti-fi ceren is via de formule RF = Pf x Cf, waarin RF
staat voor risicofactor, Pf voor de kans op falen (probability of failure) en Cf voor de conse-quenties van falen (consequences of failure). Wanneer deze formule wordt toegepast op het thermisch gedrag van gebouwen onder klimaatverandering kan men het volgende vaststellen:1. Om de kans op falen (Pf) vast te stellen zijn
probabilistische berekeningen nodig. In de wereld van gebouwsimulatie is dit soort berekeningen sterk in opkomst; de meeste simulatietools zijn echter nog determinis-tisch, en leveren één uitkomst op voor elke invoer.
2. De kans op falen hangt af van een aantal factoren. Naast onzekerheden over het klimaat waaraan gebouwen in de toekomst zullen worden blootgesteld, moet rekening worden gehouden met veranderingen van de interne warmtelast (denk bijvoorbeeld
aan ontwikkelingen op het gebied van kantoorapparatuur en verlichting), toene-mend effi ciënte installaties, en mogelijke ingrepen in het gebouw (renovaties en onderhoud). Als gevolg daarvan moet een reeks van mogelijke toekomstscenario’s worden bestudeerd.
3. De gevolgen van falen (Cf) moeten scherper worden gedefi nieerd. Tot dusverre richt het meeste onderzoek in dit veld zich op het risico van temperatuuroverschrijding. Het is echter waarschijnlijk dat gebouwei-genaren en gebruikers, die voor de kosten van eventueel ingrijpen moeten opdraaien, meer zijn geïnteresseerd in zaken als pro-ductiviteitsverlies, gezondheidsrisico’s en dergelijke. Dit betekent dat de output van simulatietools moet worden nabewerkt om de gewenste informatie te verkrijgen.
4. In de huidige literatuur is geen informatie
TM0210_dewilde.indd 10TM0210_dewilde.indd 10 4-2-2010 9:19:324-2-2010 9:19:32
11TVVL Magazine | 02 | 2010 GEBOUWSIMULATIE
noodzaak w en installatie
beschikbaar over drempels die worden gehanteerd om bepaalde risico’s als accep-tabel aan te merken, en andere risico’s als onaanvaardbaar en aanleiding tot ingrijpen.
METHODOLOGIEAls eerste stap is onderzoek gedaan naar het gedrag van een referentiegebouw dat is gede-fi nieerd door een taakgroep (TM36) van het Engelse CIBSE (Chartered Institute of Building Services Engineers), zie fi guur 1.Het gebouw in kwestie bestaat uit negen zones, en heeft een vloeroppervlakte van 3.864 m2. De ramen beslaan 30 % van de gevel. De installaties omvatten een indirecte verdampingskoeler, warmteterugwinning in de winter, en zomernachtkoeling. Simulatie van dit gebouw is gebruikt om drie onderzoeksvra-gen te beantwoorden:1. Hoe kunnen simulaties worden opgezet
die de waarschijnlijkheid van het thermisch gedrag van gebouwen op de lange termijn weergeven, rekening houdend met de verschillende toekomstscenario’s?
2. Wat is de invloed van het gehanteerde ther-misch comfortmodel op de simulatieresul-taten, rekening houdend met het feit dat het logisch lijkt aan te nemen dat adaptatie aan veranderende klimaatcondities een belangrijke rol zou kunnen spelen?
3. Is het mogelijk om simulatieresultaten na
te bewerken en een hoger niveau prestatie-indicatoren te genereren, die bijvoorbeeld een indicatie geven van te verwachten invloed op werkprestaties in het gebouw?
Het betreffende referentiekantoor is gesimu-leerd met behulp van EnergyPlus V3.0 Build 028 [3]. Om de geometrie in te voeren is gebruik gemaakt van Openstudio V1.0.In de eerste studies is een onderscheid gemaakt tussen twee soorten van onzekerhe-den: aleatorische (natuurlijke) factoren, die inherent onzeker zijn, en epistemische facto-ren, waarvoor de onzekerheid berust op een (huidig) gebrek aan kennis. In de praktijk blijken deze deels te overlappen. Zo zijn bijvoorbeeld beide factoren van invloed op de onzekerheden omtrent de U-waarde: een U-waarde heeft aleatorische onzekerheden doordat er altijd
variaties in materiaaleigenschappen zullen bestaan; maar een U-waarde heeft eveneens een epistemische component die is gebaseerd op bijvoorbeeld de uitvoering (is de construc-tie echt precies zo dik als gespecifi ceerd door de ontwerper) en zaken als de mogelijkheid tot wijziging van de U-waarde bij renovatie van de gevel. Een overzicht van bestudeerde parameters en hun bereik is weergegeven in tabel 1 (epistemische onzekerheden) en tabel 2 (aleatorische onzekerheden), zie volgende pagina. Een uitvoeriger beschrijving is gegeven in [4]. Op het gebied van klimaatscenario’s is gestart met de voorspellingen van UKCIP02, die stammen uit 2002. Deze voorspellingen zijn relatief eenvoudig, en gebaseerd op vier emissiescenario’s: een hoog-emissie scenario (doorzetten van huidige emissie-trends), en laag-emissie scenario (sterke reductie van emissies), en twee tussenliggende lijnen. De scenario’s vertrekken elk vanuit de huidige situatie; voor elke tijdshorizon (2020, 2050 en 2080) zijn er dan vier voorspellingen. Merk op dat UKCIP02 alleen een gemiddelde jaartemperatuur oplevert; deze moet worden terugvertaald naar uurlijkse waarden voor een simulatie met EnergyPlus. Voor de onzeker-heidsanalyse is gebruik gemaakt van de zogenaamde twee dimensionale MonteCarlo methode. Hierbij wordt een steekproef genomen van de epistemische factoren; voor elke combinatie hiervan wordt vervolgens een steekproef van aleatorische factoren toegevoegd. Schematisch is dit weergeven in fi guur 2. Het proces is geautomatiseerd met
- Figuur 1 - CIBSE TM36 Referentiekantoor O2, zoals gemodelleerd in Openstudio.
Sample parameter values for epistemic uncertainty (Table 1)
Sample parameters values for aleatory uncertainty (Table 2)
Store all sampled values for EnergyPlus model simulation
1-D > N
2-D > M END
BEGIN
Yes
No
No
Outer Loop Inner
Loop
Yes
- Figuur 2 - Schematische weergave rekenproces.
TM0210_dewilde.indd 11TM0210_dewilde.indd 11 4-2-2010 9:19:334-2-2010 9:19:33
12 TVVL Magazine | 02 | 2010 GEBOUWSIMULATIE
behulp van de programma’s Simlab, Minitab en VisualBasic.Binnen de gemaakte opzet is vervolgens gekeken naar het verschil tussen vaste ther-misch comfort grenzen en adaptief thermisch comfort. Tevens is gekeken of het mogelijk is de effecten voor relatieve werkprestaties te modelleren, gebruik makend van eerder werk van [5].
EERSTE RESULTATENFiguur 3 en 4 tonen een selectie uit de ver-kregen resultaten: voorspeld energiegebruik voor verwarming (fi guur 3) en voorspeld energiegebruik voor koeling (fi guur 4). De rekenuitkomsten zijn gepresenteerd in de vorm van cumulatieve waarschijnlijkheid curves; hierbij is elke individuele curve een weergave van aleatorische onzekerheden, terwijl de verschillende curves de epistemische onzeker-heden representeren. Voor de huidige situatie kennen we alleen aleatorische onzekerheden, en hebben we derhalve slechts één curve. Op termijn wordt (zoals bij opwarming van de aarde verwacht mag worden) de totale energie voor verwarming lager, en komen de curves dichter bijeen te liggen; voor koeling geldt het tegenovergestelde. Voor een uitvoeriger beschrijving van verdere uitkomsten wordt
verwezen naar verder werk van de auteurs [4, 6, 7, 8].Onderzoek naar de invloed van adaptief thermisch comfort in vergelijking met statisch thermisch comfort laat zien dat meenemen van adaptatie een doorslaggevende invloed kan hebben voor langetermijnvoorspellingen. Zo is het verschil in voorspeld energiegebruik voor koeling voor 2080 in de orde van een factor 2,5. Soortgelijke resultaten worden gevonden voor verwarming en overschrijdings-uren Resultaten voor de invloed op relatieve werk-prestaties worden gepresenteerd in fi guur 5. Deze uitkomsten maken uitsluitend gebruik van adaptief thermisch comfort. In dit geval is echter wel een aantal mogelijke renovatiesce-nario’s meegenomen. Het basisscenario gaat uit van ongewijzigde instandhouding van het gebouw in de huidige vorm. Scenario A gaat uit van conservatieve interventies, waarbij de gevel en installaties gematigd worden opgewaardeerd gedurende de looptijd van de voorspelling. Scenario B geeft agressieve inter-venties weer, waarbij de gebouwbeheerder door strikte renovaties het energiegebruik van het gebouw poogt te minimaliseren. De resul-taten laten zien dat voor het totale gebouw een productiviteitsverlies van twee tot drie
procent kan worden verwacht. Hierbij moet echter worden opgemerkt dat er voorzichtig-heid is geboden bij het interpreteren van deze resultaten. Allereerst is het werk van [5] slechts van toepassing in een nauwe context, en moet worden gekeken welk voorbehoud geldt bij gebruik voor een specifi ek kantoor. Daarnaast is in dit geval de link gemaakt tussen een gemiddelde zonetemperatuur en werkpres-tatie; in werkelijkheid kunnen in individuele vertrekken meer extreme schommelingen optreden, met grotere gevolgen voor de locale werkprestatie.
LOPEND VERVOLG-ONDERZOEK
Resultaten zoals gevonden voor een theoretisch gebouw als het CIBSE O2 Referentiekantoor kunnen helaas niet worden besproken met een daadwerkelijke gebouw-beheerder of gebruiker, die uitspraken zou kunnen doen over de aanvaardbaarheid van de risico’s van klimaatverandering. Daarnaast is het moeilijk om rekenresultaten, zoals die op het vlak van relatieve werkprestatie, te toetsen aan praktijkervaringen. Daarom is recent de overstap gemaakt naar simulatie van een concreet gebouw. Hierbij is gekozen voor een recente nieuwbouw op de campus van
Variabele Eenheid Distributie 2020s 2050s 2080s
Klimaatfi le - Uniform discreet l,ml,mh,h* l,ml,mh,h* l,ml,mh,h*U-waarde gevel W/m2 K Uniform continu 0,15-0,3 0,1-0,2 0,05-0,15U-waarde vloer W/m2 K Uniform continu 0,1-0,22 0,08-0,18 0,05-0,1U-waarde dak W/m2 K Uniform continu 0,1-0,22 0,08-0,18 0,05-0,1U-waarde raam W/m2 K Uniform continu 1-2 0,8-1,5 0,5-1,0Infi ltratie ACH Uniform continu 0,1-0,25 0,05-0,15 0,02-0,1Interne warmtelast apparaten W/m2 Uniform continu 8-12 5-10 4-8Interne warmtelast verlichting W/m2 Uniform continu 6-12 4-9 2-6Boiler effi ciency % Uniform continu 0,8-0,9 0,9-0,95 0,92-0,96 * l, ml, mh, h staan voor low, medlow, medhigh, high emissiecenario in UKCIP02
Variabele Eenheid Distributie Waardes
Klimaatfi le W/persoon Normaal μ 120 σ 60 (50 %)U-waarde gevel W/m2 K Normaal μ* σ (10 %)U-waarde vloer W/m2 K Normaal μ* σ (10 %)U-waarde dak W/m2 K Normaal μ* σ (10 %)U-waarde raam W/m2 K Normaal μ* σ (10 %)Infi ltratie m3/h m2 Normaal μ* σ (50 %)Interne warmtelast apparaten W/m2 Normaal μ* σ (15 %)Interne warmtelast verlichting W/m2 Normaal μ* σ (20 %)* epistemisch gemiddelde uit tabel 1; standaarddeviatie is 10 % n
- Tabel 1 - Epistemische onzekerheden.
- Tabel 2 - Aleatorische onzekerheden.
TM0210_dewilde.indd 12TM0210_dewilde.indd 12 4-2-2010 9:19:334-2-2010 9:19:33
13TVVL Magazine | 02 | 2010 GEBOUWSIMULATIE
- Figuur 3 - Voorspeld energiegebruik voor verwarming.
- Figuur 4 - Voorspeld energiebruik voor koeling.
de auteurs, het Roland Levinsky Gebouw dat huisvesting biedt aan de locale Faculty of Arts. Het Roland Levinsky Gebouw heeft een vloer-oppervlak van 13.000 m2, en biedt onderdak aan zo’n 2.300 studenten en staf; het omvat kantoorruimte, collegezalen, studioruimtes, fi lm en expositieruimtes, en een restaura-tieruimte, zie fi guur 6. Onderzoek aan dit gebouw maakt het mogelijk om een discussie op te starten met de gebouwbeheerder (UoP Estates). Daarnaast wordt, via lopende afstu-deeronderzoeken, momenteel gekeken naar de gebruikerservaring via POE (Post Occupancy Evaluation) en het ontwerp- en uitvoerings-proces van dit gebouw.Voor het onderzoek aan het Roland Levinsky Gebouw wordt tevens overgestapt op de nieuwste klimaatvoorspellingen voor de UK, UKCP09. In tegenstelling tot de voorganger UKCIP02 houdt UKCP09 naast emissiescena-rio’s ook rekening met onzekerheden; hiertoe wordt een ‘weather generator’ gebruikt die voor elke tijdshorizon een reeks van mogelijke klimaatfi les aanmaakt. Dit heeft wel tot gevolg dat het aantal noodzakelijke simulatieruns sterk wordt vergroot (van 10 naar 3.000).Tevens zal voor dit vervolgonderzoek worden gepoogd om de renovatiescenario’s afhan-kelijk te maken van prestatievoorspellingen; met andere woorden: in plaats van temporeel vooraf gedefi nieerde ingrepen zal worden overgestapt op prestatieafhankelijke inter-venties.
CONCLUSIES EN DISCUSSIEGebouwsimulatie is een nuttig instrument voor onderzoek naar de noodzaak tot aanpas-singen aan gebouwen en installaties, wanneer deze worden blootgesteld aan een verande-rend klimaat. Wel is voor dergelijke studies een probabilistische benadering noodzakelijk. Er moet rekening worden gehouden met een aantal mogelijke scenario’s, zowel qua klimaat als qua ontwikkelingen op het gebied van interne warmtelasten en dergelijke. Daarnaast vormen te verwachten ingrepen (renovatie) een lastig aspect, dat afhankelijk dient te worden gesteld van afnemende gebouwpres-taties. Een eerste set rekenresultaten bevestigt de haalbaarheid van inzet van simulatie, maar laat zien dat zaken als het gehanteerd thermisch comfortmodel (statisch of adaptief) van doorslaggevende invloed op rekenuitkomsten kunnen zijn. Een vertaalslag naar een hoger niveau prestatie-indicator zoals relatieve werkprestatie is mogelijk, maar dient met voorzichtigheid te worden gehanteerd. Voor een discussie over aanvaardbaarheid van de risico’s die klimaatverandering oplevert voor de gebouwprestatie is het noodzakelijk - Figuur 5 - Voorspelde relatieve werkprestaties.
TM0210_dewilde.indd 13TM0210_dewilde.indd 13 4-2-2010 9:19:344-2-2010 9:19:34