Newsletter

Login Form



Aktualne wydanie

OkladkaSS-10-2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner konferencja 12 2017

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

  

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

 baner mochnik colorimo 750X100

 

lisec SS FastLAne

 

baner-2-krzywe

 

 

 

Kto siedzi w szklarni, ten się poci
Data dodania: 26.08.11

Kto siedzi w szklarni, ten się poci


Wielu inwestorów wysoko ceni projektowane przez architektów o międzynarodowej sławie wraz z nową generacją inżynierów – specjalistów z dziedziny mikroklimatu wnętrz – przejrzystość i atrakcyjny wygląd budynków z podwójną fasadą.

Jednocześnie nowa technologia fasad powinna się przyczynić do tego, aby w chłodniejszych porach roku nastąpił spadek zużycia energii cieplnej przez budynek.

Ochronne działanie „drugiej powłoki” umożliwia naturalną wentylację pomieszczeń biurowych (indywidualne otwieranie okien) oraz zapewnia uniezależnienie stref biurowych od zewnętrznych warunków pogodowych (deszcze, działanie wiatru itd.), a także odseparowanie od hałasów zewnętrznych.


Rys. 1. Nowoczesne koncepcje fasad

   Nowoczesna architektura prowadzi zatem do koncepcji energetycznej, w której instalacje ogrzewcze i wentylacyjne zostają zredukowane do wielkości wynikających z zapotrzebowania ciepła i powietrza. Centralna instalacja klimatyzacyjna nie może jednakże być zastąpiona przez podwójną fasadę, mimo że sugerują to takie irytujące pojęcia jak „fasada klimatyzacyjna”, „oddychająca powłoka budynku”, czy „samomodulująca powłoka klimatyczna”.

W międzyczasie okazało się jednak, że przy kształtowaniu koncepcji budynku zasady komfortu cieplnego zeszły na dalszy plan, zwłaszcza wśród architektów. W minionych latach nawet fachowcy z dziedziny klimatyzacji zeszli z drogi myślenia „branżowego” i ściśle współpracują ze specjalistami fizyki budowli, projektantami fasad, informatykami i specjalistami od modulacji częstotliwościowej. Gdy wcześnie zostanie nawiązana współpraca architekta i instalatora, to możliwe jest osiągnięcie korzystnych warunków wewnętrznych przy pomocy systemów wielofunkcyjnych i techniki podwójnych fasad.

Rys. 2. Termiczna symulacja budynku

   Założeniem dla skuteczności koncepcji fasady musi zawsze być osiągnięcie komfortu cieplnego, uwzględniającego różne kryteria. Dotyczy to nie tylko temperatury, wilgotności i jakości powietrza, lecz także akustyki, oświetlenia i ochrony przeciwsłonecznej. Wykwalifikowani fachowcy-instalatorzy są obecnie w stanie bardzo dokładnie określić za pomocą modelowania symultanicznego właściwości termiczne budynków.

   Dzięki nowoczesnej symulacji budynku można urzeczywistnić koncepcje projektowe, umożliwiające optymalizację rozwiązań architektonicznych i budowlanych, służące tym samym pewności projektowania.

Symulacja budynku
jako wsparcie decyzyjne

   Zastosowanie dynamicznych programów symulacyjnych w budownictwie i fizyce budowli jest od lat uznaną metodą optymalizacji energetycznej przy projektowaniu budynków i ich wyposażenia instalacyjnego.

W dynamicznej symulacji budynku ujęte są występujące zmienne w rozpatrywanym czasie oddziaływania budynku na otoczenie i na wyposażenie techniczne.

   Oprócz szczegółowych danych me-teorologicznych, są to przede wszystkim godzinowe dane na temat ilości ludzi w pomieszczeniach i związane z tym działanie urządzeń technicznych, jak również dane na temat instalacji, np. strumienie objętości powietrza, wartości temperatury, wilgotności itd.

   Taka dokładna analiza jest niezmiernie pomocna w ocenie mikroklimatu wnętrz, zapotrzebowania na energię, a także przy projektowaniu i optymalizacji powłok zewnętrznych budynku i wszystkich instalacji.

W ten sposób odpadają wszelkie obawy, a instalacje są zaprojektowane, zwymiarowane, regulowane i eksploatowane zgodnie z potrzebami.

   Zastosowanie dynamicznej symulacji budynku i instalacji stanowi dla złożonych sytuacji, zwłaszcza w dziedzinie wentylacji, niezwykłą pomoc dla projektantów.
   Dzięki temu można wyraźnie określić wzajemne zależności, odkryć i zmodyfikować możliwości optymalizacji. Ta pomoc projektowa daje możliwość przedstawienia inwestorowi trudnych w ocenie środków, jak np. potrzeba wentylacji nocnej.

   Trudności w symulacji leżą w ustaleniu dokładności budowy modelu obliczeniowego.
   Kluczem do zadowalających wyników są, oprócz doświadczenia, pomiarów odpowiednich parametrów, obliczenia symulacyjne oraz kontrola zrozumiałości.

W razie konieczności
   Dzięki dużym powierzchniom przeszklonym, nasłonecznione okna działają jak kolektor, w którym temperatura może być wyższa o ok. 10 K od temperatury powietrza w pomieszczeniu. To podwyższenie temperatury należy uwzględnić przy wietrzeniu przez okna. Dalszy wzrost temperatury ma miejsce przed fasadą. W zależności od wysokości rozpatrywanej kondygnacji, przy promieniowaniu na fasadę, przed tą fasadą tworzy się warstwa graniczna. Grubość tej warstwy może na wysokości 10 m wynieść 0,6 m. Zmniejsza się ona w wyniku działania wiatru, ale szybko się odtwarza.

Rys. 3. Symulacja przepływów

   W fasadach dwuwarstwowych powietrze jest zasysane przez otwory, które są niewielkie w stosunku do grubości warstwy granicznej, przez co zasysanie następuje z tej warstwy granicznej. Powietrze zasysane może wykazywać temperaturę o ok. 10 K wyższą od temperatury zewnętrznej w strefach oddalonych od budynku. Ten przyrost temperatury musi być uwzględniony w analizach wentylacji przez okna przy projektowaniu fasad dwuwarstwowych. Eksperci ustalają tę temperaturę na poziomie nawet 65°C.

Często panuje pogląd, że surowe wymagania w zakresie warunków termicznych obowiązują jedynie w budynkach wyposażonych w instalacje klimatyzacyjne, a nie w budynkach z wentylacją naturalną. Należy wyjaśnić, że zasady komfortu cieplnego i wymagania higieniczne ustalano dotychczas tylko dla pomieszczeń wyposażonych w wentylację mechaniczną. Nie oznacza to jednak, że w pomieszczeniach nie wentylowanych mechanicznie ludzie mają inne odczucia. Należy wobec tego wymagać, aby wymagania mikroklimatu były spełniane także w pomieszczeniach bez wentylacji mechanicznej. Budynki dostosowane do warunków klimatycznych mogą spełniać te warunki, gdy wewnętrzne obciążenia termiczne nie są zbyt wysokie.

   Norma DIN 1946 cz. 2 zaleca pewien obszar komfortu cieplnego, w którym temperatura pomieszczenia jest zawarta w przedziale między 22 i 27°C, a wilgotność względna – między 30 a 65%, przy czym zawartość wilgoci wynosi ok. 11,5 g/kg. Dopuszczalne jest krótkotrwałe przekroczenie podanych temperatur.

   Wraz ze wzrostem temperatury w lecie, ilość ciepła utajonego, oddawana przez organizm ludzki nabiera coraz większego znaczenia, gdyż oddawanie ciepła na drodze konwekcji i promieniowania spada i przy 33°C dochodzi do zera.

   Gdy temperatura pomieszczenia przekroczy 33°C, część ciepła będzie oddawana na drodze dyfuzji wilgoci lub przez pocenie. Należy zatem dążyć do tego, aby stan powietrza wewnętrznego w okresie letnim, przy wysokich temperaturach zewnętrznych był zmieniany w kierunku niskich wilgotności względnych. Na rys. 4 przedstawiono udział ciepła oddawanego na drodze odparowania w całkowitym cieple oddawanym.

Rys. 4. Udział zysków ciepła utajonego w całkowitych zyskach ciepła

   I wreszcie, wydolność psychologiczna zależy od optymalnej temperatury otoczenia. Szwedzkie badania określają tę zależność (patrz rys. 5).

Rys. 5. Zależność wydajności umysłowej od temperatury powietrza, wg D. Wypna

   Wymagania dotyczące projektowania instalacji w wysokich budynkach biurowych obejmują w zasadzie następujące wytyczne:
• wysoka jakość stanowisk pracy
• zachowanie wymagań akustycznych
• ręcznie sterowane wietrzenie przez okna
• redukcja kosztów energii.

Szczegółowe wymagania inwestorów w odniesieniu do temperatury i prędkości ruchu powietrza w pomieszczeniach nie mogą być jednoznacznie sprecyzowane. Jednakże gdy u podstaw doboru parametrów powietrza leży wysoka jakość powietrza na stanowiskach roboczych, to należy przyjmować dla temperatur i prędkości powietrza jako graniczne, wartości podane w normie DIN 1946 cz. 2. (patrz rys. 6).

Rys. 6. Temperatury graniczne wg DIN 1946 cz. 2

Obowiązująca od lipca 2003 roku norma DIN 4108-2 – Ochrona Cieplna i Oszczędność Energii w Budynkach – Wymagania Minimalne stwarza niezrozumiałe relacje dla inżynierów specjalistów od klimatyzacji. Oznacza to, że minimalne wymagania w dziedzinie ochrony cieplnej budynków przy uwzględnieniu określonych warunków brzegowych dla lata, przegrzewania strefy przebywania ludzi można uniknąć bez konieczności chłodzenia. Budowa urządzeń klimatyzacyjnych jedynie dla szczególnych przypadków jest całkowicie nieuzasadniona.

Rys. 7. Czas przegrzania wg DIN 1946 cz. 2

   Często zdarza się, że podczas nocnej wentylacji „płuczącej” stosuje się skrajnie wysokie wartości dla poprawy efektywności, co skutkuje następnego ranka w biurach całkiem nowymi parametrami. Wymaganie dotyczące centralizacji lub decentralizacji urządzeń klimatyzacyjnych i chłodniczych wynika w dzisiejszym rozumieniu z założenia wysokiej jakości powietrza na stanowiskach pracy. Instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne stwarzają zarówno wysoką jakość użytkowania, jak i funkcjonalność, a zatem podstawowe założenia dla jakości wynajmu nieruchomości. Strefy wewnętrzne muszą w każdym wypadku być wentylowane mechanicznie, przy czym nie można wykluczyć chłodzenia.

Temperatura a wydajność pracy
   Poziom temperatury w pomieszczeniach jest ważnym czynnikiem nie tylko komfortu cieplnego, lecz także wydajności pracy ludzi oraz ich zdrowia. Niekorzystne warunki otoczenia prowadzą do zwiększenia ilości braków oraz do zmniejszenia fizycznej i psychicznej zdolności do pracy. Osiągnięcie wydajności pracy takiej jak w warunkach optymalnych powoduje zwiększenie napięcia psychicznego i jest to możliwe jedynie w krótkich okresach czasu.

W ten sposób strata na efektywności w razie przekroczenia temperatury powyżej 27°C może wynieść ok. 25%. Jeżeli wyjdzie się z czasu przekroczenia tej temperatury, równego 100 h/rok i z kosztów stanowiska pracy, równych 40 euro/h, to strata z tego tytułu wyniesie 1000 euro/(rok.osobę). Przy liczbie pracowników wynoszącej 2000 osób, strata wynosi ok. 2 mln euro.

   Przy odchyleniach temperatury od wartości zadanej należy jeszcze wziąć pod uwagę jeden aspekt, który często jest pomijany. Odchyłki temperatury ku górze są nieprzyjemne w odczuciu i czynią pracę bardziej wyczerpującą, a dłuższe spadki poniżej wartości zadanej są przyczyną przeziębień. Zbyt niskie temperatury, nawet gdy trwają 10 do 15 minut prowadzą do przeziębień. Przeziębienie nie jest, jak często się zakłada, wywołane przez wirusy z instalacji wentylacyjnej, lecz przez przechłodzenie.

   Zbyt niskie temperatury mogą przy wietrzeniu naturalnym przez okna, jak też przy braku działania wentylacji w zimie w razie krótkotrwałej przerwy w dostawie ciepła. Przy urządzeniach wentylacyjnych tego przechłodzenia można uniknąć przez krótkotrwałe wyłączenie wentylacji i to należy przewidzieć w każdym przypadku. Przy wietrzeniu przez okna przechłodzenia unika się jedynie przez zamknięcie okna w odpowiednim czasie. W obydwu przypadkach następuje odpowiednio pogorszenie jakości powietrza, z czym należy się pogodzić na krótką metę.



Wilgotność powietrza
w pomieszczeniu

Granice dopuszczalnej wilgotności względnej są dość szerokie. Zawarte są one w przedziale od 30% do 65%. Jako maksymalną bezwzględną zawartość wilgoci przyjmuje się wartość 11,5 g/kg.

   Gdy pomieszczenie jest wietrzone w sposób naturalny, może w zimie dojść do spadku wilgotności poniżej dolnej dopuszczalnej wartości. Powietrze zewnętrzne dostające się przez okna jest suche i będzie ono podgrzewane. Suche powietrze w zimie prowadzi do wysokich obciążeń dla ludzi. Przy temperaturze ok. 20°C i wilgotności względnej 20% zaczyna się wysychanie błon śluzowych w górnych drogach oddechowych, a odporność na infekcje zostaje osłabiona.

   Istotne jest także to, że suche powietrze w pomieszczeniu sprzyja wzniecaniu pyłu łatwo wdychanego przez ludzi, co powoduje dalsze podrażnienia. Ułatwia to bardzo naładowanie elektrostatyczne tekstylnych i nietekstylnych tworzyw sztucznych. Zjawiska tego nie można pominąć przy umeblowaniu biurowym z powłoką z tworzywa sztucznego. Wilgoć z materiałów higroskopijnych jak drewno, papier, skóra i tekstylia jest odprowadzana tak długo, aż zostanie osiągnięty stan równowagi. Dla mebli wartościowych, instrumentów muzycznych, obrazów może to być wręcz proces niszczący. Dzięki wentylacji mechanicznej z nawilżaniem można ograniczyć uszkodzenia wywołane suchym powietrzem. Należy przy tym dążyć do utrzymywania wilgotności w pobliżu dolnej granicy dopuszczalnego zakresu wartości zadanej.

   W lecie możliwe jest utrzymanie stanu powietrza powyżej granicy 11,5 g/kg.

Rola człowieka
   Wielu fachowców instalatorów zauważa już odwrót od wentylacji i klimatyzacji. Jednakże w czasie gorącego lata w roku 2003 doszło w licznych budynkach reprezentacyjnych z podwójną fasadą do powstania problemów termicznych, które pociągnęły za sobą pogorszenie samopoczucia i wydajności pracujących tam ludzi. Okazało się, że te rozpowszechnione koncepcje budowlane doprowadziły do zmiany obowiązujących poglądów na zagadnienie komfortu cieplnego.

   Konsekwencje obszernej oceny obszaru komfortu cieplnego pozostają Czytelnikowi do rozważenia i o ile on je zaakceptuje, to:
• uchodzą jako rozszerzona podstawa oceny komfortu cieplnego – zwłaszcza granic jego obszaru – zgodnie z następującymi dokumentami:
– DIN/EN/ISO 7730 Wielkości do Oceny Komfortu Cieplnego w Klimacie Umiarkowanym
– DIN 33403 część 3 Mikroklimat Stanowisk Pracy, Obszar Znośnych Warunków
– Norma SIA 382/3 (szwajcarska) Określenie Czasu Przegrzania;
• dla normalnej pracy biurowej w pozycji siedzącej, na podstawie norm DIN 1946 cz. 2 i DIN 33403 jako górne wartości obowiązują 36°C przy wilgotności względnej 65% do odpowiednio 47°C i 30% (sic!!!);
• zaledwie 10% ludzi w biurze odczuwa temperaturę 33°C jako nieprzyjemną;
• przytoczono wytyczne szwajcarskie, przy czym bez wentylacji mechanicznej temperatura pomieszczenia powyżej 28°C podczas ponad 30 godzin nie została określona jako niepożądana
i przy czym
– nie trzeba uwzględniać wzrostu maksymalnej temperatury zewnętrznej powyżej 30oC i w świetle norm szwajcarskich nie ma wymagań gwarancji;
– w zimie tolerowane są wilgotności względne rzędu 20%.

   Kto to dopuszcza, musi się także z tym liczyć. W tabeli 1 pokazano istotne ustalenia ze względu na przyjmowaną granicę 26°C.

   Zasadniczo autor wychodzi z interpretacji, że przepisy krajowe są najważniejsze, a tzw. stan techniki ma znaczenie drugorzędne. Przy tym przepisy i wytyczne dotyczące stanowisk roboczych należy przedkładać nad aktualny stan techniki. Pożądany jest tu wreszcie kompromis między różnymi interesami i nie oddaje on jedynie stanu nauki. Istotne są przede wszystkim wytyczne dotyczące stanowisk roboczych. Potwierdza to przyjęta granica 26°C.

   Architekt, konstruktor i instalator mają obowiązek przedłożyć swojemu zleceniodawcy wymagania z wytycznych i zapewnić przestrzeganie tych wytycznych. Gdyby granica 26°C miała być przekroczona, a zleceniodawca nie wymagał poprawy sytuacji, to należy to stwierdzić pisemnie.

Errare humanum est
   Będący w budowie kompleks biurowy NRW na życzenie architekta nie będzie wyposażony w instalacje wentylacyjne, gdyż jego zdaniem budynek „oddycha” poprzez powłoki bądź też między powłokami jest wytwarzany własny mikroklimat. Po burzliwych dyskusjach zainicjowanych przez projektantów-instalatorów, dopiero po włączeniu się do dyskusji renomowanego fachowca, budynek został wyposażony w wielofunkcyjny system wentylacyjno-klimatyzacyjny. Przyszli pracownicy biur w liczbie ok. 2000 będą dzięki temu mieli powód do zadowolenia podczas dłuższych okresów występowania ciepłej pogody.

   Spadek wydajności pracy jest sygnalizowany również w fachowej prasie technicznej. Donosił o tym pewien dziennikarz w sierpniu 2003 roku podczas konferencji prasowej z okazji otwarcia wysokiego budynku należącego do renomowanego instytutu na południu Niemiec pt.: „Dziennikarze pocą się za podwójnymi fasadami”, aby cztery miesiące później pisać o dumie kierownictwa tego instytutu. Ale to była już zima.

   Już przed latem 2003 z jego długimi okresami pięknej pogody postawiono w wątpliwość tego rodzaju koncepcji podwójnych fasad. Inteligentna architektura odwołała tę śliską drogę. Szybkiemu nagrzaniu i przegrzaniu budynków nie można było zaradzić, a sprawność umysłowa drastycznie spadła w ciągu kilku tygodni. Mógł się o tym przekonać nie tylko autor niniejszego artykułu. Tymczasem fachowe czasopisma budowlane, instalacyjne, a nawet ekonomiczne donosiły o problemach budynków z podwójnymi fasadami i o obawach częściowo z tym związanych.

   Kolejny szok przeżyli użytkownicy w związku z rosnącymi nakładami na zatrudnienie personelu eksploatacyjnego i sprzątającego, a także kosztami energii elektrycznej w lecie, gdyż budynek ze względu na ochronę przeciwsłoneczną musiał mieć włączone oświetlenie sztuczne.

   Pewien amerykański specjalista z dziedziny klimatyzacji z Chicago wykazuje mało zrozumienia dla niemieckiego boomu podwójnych fasad. „Nie wierzymy kolorowym strzałkom na rysunkach w waszych podręcznikach fachowych i raczej przyjrzymy się z boku waszym pochłaniającym miliony próbom”.

Czy jest wyjście?
   Aby tego uniknąć przy innowacyjnych koncepcjach fasadowych, bezwzględnie konieczne jest, aby architekci, projektanci fasad, specjaliści fizyki budowli i instalatorzy wpierw opracowali wspólne rozwiązanie.

Należy do tego przepracowanie następujących problemów:
• badanie wielofunkcyjnej techniki budowlanej,
• symulacja budynku jest niezbędna,
• uwzględnienie nowoczesnych rozwiązań budowlanych,
• unikanie wysokich temperatur w przestrzeni międzyfasadowej,
• minimalizacja przekazywania dźwięków między pomieszczeniami – także poprzez otwarte okna lub drzwi rozsuwane w fasadzie wewnętrznej,
• uwzględnienie granicznych wartości parametrów komfortu cieplnego wg DIN 1946,
• przestrzeganie aktualnych danych meteorologicznych – również obszarów parności (np. w Mannheim występuje więcej godzin parnego klimatu niż w Kolonii, a w Kolonii – niż w Essen.),
• unikanie zbyt suchego powietrza w zimie i zbyt wilgotnego w lecie,
• przy otwartej fasadzie wewnętrznej należy zapobiec, aby do wnętrza nie dostawało się zanieczyszczone powietrze (spaliny samochodowe, ozon w okresie upałów w centrach miast, spaliny pochodzenia naftowego w bezpośredniej bliskości lotnisk itd.),
• opracowanie specjalnych rozwiązań dla pomieszczeń narożnych,
• optymalizacja zapotrzebowania na powierzchnię instalacyjną dla zdecentralizowanych urządzeń klimatyzacyjnych, aby umożliwić dostępność dla obsługi, wymiany filtrów itp.,
• wykorzystanie indywidualnego wietrzenia przez okna,
• optymalizacja kosztów energii cieplnej,
• minimalizacja kosztów energii na potrzeby chłodnictwa,
• realizacja skutecznego chłodzenia noc-nego przy uwzględnieniu normy DIN 4108-2,
• optymalizacja redukcji ciśnienia akustycznego,
• ochrona przeciwsłoneczna przy zachowaniu widoku na zewnątrz,
• optymalne kształtowanie oświetlenia z uwzględnieniem zmian oświetlenia dziennego,
• zapewnienie możliwości indywidualnego nastawiania ilości powietrza, temperatury, sposobu i intensywności oświetlenia,
• zwrócenie uwagi na koszty eksploatacyjne.

   W nadziei, że ten apel będzie przeczytany
i człowiek w takich budynkach w przyszłości nie będzie musiał odgrywać podrzędnej roli.

mgr inż. Detlef Hagenbruch
Chłodnictwo & Klimatyzacja 4/2005


LITERATURA
[1] Konferencja nt. podwójnych fasad i technicznego wyposażenia budynków F.G.K.2001
[2] Anforderung an die Planung, prof. dr inż. K. Fitzner, HRI 3/2002
[3] Erfahrungen zum Thema Doppelfassade, dr A. Schwab, Fünfstetten 2003
[4] Heiße Luft – was tun?, D. Hagenbruch, bericht 9/2003
[5] Der Euphorie folgt nun Kritik – Doppelfassaden, Editorial dr M. Stahl, CCI 2/2003
[6] Im Büro gilt die 26oC Grenze – Kühlpflicht oder Hitzefrei?, CCI Informationszentrum 18.06.2003
[7] Möglichkeiten und Grenzen der Doppelfassade, Tagung des Promotor Verlags, Karlsruhe 27.11.2003
[8] Wechselwirkung Mensch – Fassade, Tagung VDI Bautechnik, Baden-Baden 18/19.03.2004
[9] DIN 4108-2 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden, beuth-Verlag, Berlin 7/2003
[10] Glasarchitektur – Lehren aus einen Großversuch, mgr inż. W. Ecke-Hennig, Download unter www.energieeinsparaktion.de  

 

 

 

01 chik