W jaki sposób naturalne chłodzenie wentylacyjne może zapewnić komfort termiczny i zmniejszyć zużycie energii w budynkach komercyjnych?

Chłodzenie mechaniczne, takie jak klimatyzacja, jest często stosowane w budynkach do kontrolowania wzrostu wewnętrznych zysków ciepła. Jednak dzięki pasywnym strategiom chłodzenia, takim jak naturalna wentylacja, zużycie energii można zmniejszyć nawet o 50%, zgodnie z klasyfikacją CE według normy EN. 

Jak dochodzi do przegrzania w budynku?

Przegrzanie to wzrost temperatury wewnętrznej, który powoduje dyskomfort użytkowników budynku. Może być spowodowane wieloma czynnikami, takimi jak liczba osób w pomieszczeniu, działająca elektronika, oświetlenie, warunki zewnętrzne, masa termiczna oraz zyski energii słonecznej przez przeszklone fasady. 

W jaki sposób można wykorzystać naturalne chłodzenie wentylacyjne do zarządzania temperaturą wewnętrzną i zapewnienia komfortu cieplnego w budynku komercyjnym? 

Brak możliwości odprowadzenia gorącego powietrza powoduje, że przebywanie w budynku staje się niekomfortowe. Wilgotność, wysoki poziom dwutlenku węgla, zanieczyszczenia i podwyższone temperatury w pomieszczeniach mogą prowadzić do wyższych wskaźników nieobecności i niższej produktywności. Odpowiednia strategia wentylacji może jednak zwiększyć produktywność o 10% (Olesen, 2010). Raporty wskazują również na zmniejszenie absencji pracowników nawet o 3,2% (Sterling), gdy zapewnione jest komfortowe środowisko wewnętrzne. 

Chłodzenie wentylacyjne wykorzystuje powietrze zewnętrzne w jego rzeczywistej temperaturze, aby poprawić komfort cieplny użytkowników budynku, zużywając niewiele energii lub nie zużywając jej wcale w porównaniu z chłodzeniem mechanicznym. Wentylacja mechaniczna, hybrydowa i naturalna mogą być wykorzystywane do celów chłodzenia wentylacyjnego. Jeśli chodzi o wentylację naturalną, należy wziąć pod uwagę 4 podziały: 

• Wentylacja jednostronna – polega na umieszczeniu otworów wentylacyjnych na tej samej fasadzie lub dachu budynku, na różnych lub tej samej wysokości.
• Wentylacja kominowa (wypór termiczny) – wykorzystuje otwory umieszczone na różnych wysokościach w elewacjach lub dachu budynku.
• Wentylacja krzyżowa – opiera się na otworach znajdujących się na różnych elewacjach budynku, co umożliwia przepływ powietrza przez całą przestrzeń.
• Wentylacja kominowa i krzyżowa – łączy elementy obu metod, wykorzystując otwory na różnych wysokościach i różnych fasadach budynku, aby zapewnić efektywną wymianę powietrza.

Naturalna wentylacja i wietrzenie w odniesieniu do jakości powietrza w pomieszczeniach w porównaniu z wentylacją mechaniczną

Wskazówki dotyczące etapu projektowania, podkreślające, jaki rodzaj wentylacji należy zastosować. 

Wentylacja jednostronna 

Jest to prostsza konfiguracja naturalnej wentylacji, ponieważ wszystkie otwory umieszczone są na tej samej elewacji, na tej samej lub różnych wysokościach. Należy jednak wziąć pod uwagę, że ta forma naturalnej wentylacji jest najmniej wydajna pod względem wymiany powietrza i trudna do przewidzenia ze względu na wpływ pogody. Na etapie planowania strategii naturalnej wentylacji warto uwzględnić kilka kluczowych czynników. Obejmują one kierunek wiatru, lokalizację budynku i rodzaj wykorzystywanego otworu.

Wentylacja krzyżowa

Wentylacja krzyżowa to specyficzna konfiguracja strategii naturalnej wentylacji, w której otwory znajdują się na różnych fasadach lub powierzchniach dachowych budynku komercyjnego. Ten rodzaj wentylacji wykorzystuje siły wiatru do wytworzenia przepływu powietrza w przestrzeni. Dzięki temu może osiągnąć wysokie natężenie przepływu powietrza, szczególnie przy rosnącej prędkości wiatru na zewnątrz.

Efekt komina

Aby umożliwić efekt kominowy, otwory powinny być umieszczone na różnych wysokościach, z oknami fasadowymi dostarczającymi powietrze i świetlikami dachowymi oraz oknami dachowymi działającymi jako wyloty powietrza. Ten rodzaj naturalnej wentylacji opiera się na różnicy temperatur między wnętrzem a otoczeniem zewnętrznym w celu stworzenia gradientu temperatury wewnątrz budynku oraz na wysokości komina (pionowej różnicy wysokości między nawiewem a wywiewem). Dzięki wyporowi termicznemu (ciepłe powietrze unosi się do góry), zimne powietrze wchodzące do budynku przez dolne otwory jest wciągane do góry, gdy staje się cieplejsze i opuszcza budynek z dużą prędkością przez górne otwory. 

 

Budynek komercyjny z atrium pokazującym przepływ wentylacji kominowej 

Najczęstsze przyczyny przegrzania w budynkach komercyjnych:

• Zyski słoneczne- budynek nagrzewa się w wyniku ekspozycji na słońce.
• Masa termiczna - budynki o ciężkiej konstrukcji (np. na bazie betonu) magazynują ciepło w ciągu dnia i uwalniają je do pomieszczeń, przez co wolniej się ochładzają.
• Materiały - materiał konstrukcyjny budynku wpływa na sposób przekazywania i magazynowania ciepła. 
• Temperatura powietrza zewnętrznego - ciepłe powietrze wprowadzane do pomieszczenia   
• Wewnętrzne zyski ciepła - czynności takie jak gotowanie, maszyny i ciepło oddawane przez ludzi. 

Jak działa chłodzenie nocne? 

Nocne chłodzenie wykorzystuje niższe temperatury nocą do szybkiej wymiany gorącego powietrza w pomieszczeniach na chłodniejsze powietrze z zewnątrz. Powietrze zewnętrzne chłodzi masę termiczną budynku, która w ciągu dnia działa jak radiator. W nocy ciepło jest uwalniane z konstrukcji budynku, które jest usuwane przez nocne chłodzenie, ostatecznie schładzając budynek. 

4 dodatkowe korzyści z nocnego chłodzenia: 

•  Rozwiązanie pasywne, możliwe do zastosowania w większości budynków 
• Zmniejszenie zależności od energii 
• Niższa emisja dwutlenku węgla dzięki mniejszemu uzależnieniu od systemów mechanicznych 
• Efektywność finansowa

Wydajność tej metody wentylacji zależy od geometrii i właściwości termicznych budynku, a także temperatur zewnętrznych i prędkości wiatru. Naturalne chłodzenie wentylacyjne może ograniczyć, a czasem zastąpić korzystanie z chłodzenia mechanicznego (klimatyzacji).  

W jaki sposób naturalne chłodzenie wentylacyjne jest włączane do budynków komercyjnych w celu poprawy komfortu cieplnego i wspierania zrównoważonego projektowania?   

Naturalna wentylacja jest wprowadzana na etapie planowania projektu budynku. Zacienienie słoneczne można dodać do świetlików i okien dachowych, aby zapewnić dodatkowy komfort termiczny, ograniczając ilość energii słonecznej, która może dostać się do budynku. Zacienienie i odpowiednie rozmieszczenie okien dachowych i świetlików pozwala użytkownikom budynku lepiej zarządzać komfortem cieplnym i dostosowywać się do zmian temperatury. 

Okna dachowe mogą być również wyposażone w szyby elektrochromowe. To inteligentne szkło działa w celu kontrolowania odblasków, połączenia ludzi z otoczeniem - a w przypadku nowej siedziby ACTIS - zmniejsza zależność od klimatyzacji o 628 godzin w ciągu jednego roku. 

Modułowe świetliki jako część nowego budynku w siedzibie Actis w Limoux we Francji 

Zautomatyzowane naturalne chłodzenie wentylacyjne w sercu projektu szkoły

Szkoła Hessenwald w Niemczech jest przykładem energooszczędnej, współczesnej architektury. W centrum szkoły znajduje się trzykondygnacyjne atrium z wentylacyjnymi świetlikami dachowymi. Przegrzaniu w miesiącach letnich zapobiega wykorzystanie masy termicznej w odsłoniętych sufitach oraz zautomatyzowane chłodzenie nocne za pomocą paneli na elewacji i wentylacyjnych modułowych świetlików w atrium. Rezultatem jest to, co dyrektor szkoły, Markus Bürger, opisuje jako „klimat, w którym czujemy się komfortowo, ukształtowany przez wspaniałą architekturę, warunki oświetleniowe i przyjemną temperaturę”. 

Połączenie wnętrza i otoczenia zewnętrznego: wywiad z Alexandrem Vohlem, partnerem wulf architekten GmbH na temat projektowania z wykorzystaniem światła dziennego i świeżego powietrza w Hessenwaldschule 

Czy warto rozważyć zastosowanie strategii chłodzenia pasywnego? 

Pasywne systemy chłodzenia zapewniają dobre środowisko termiczne dla osób przebywających w budynku i zmniejszają zapotrzebowanie na wysokie zużycie energii, częściej spotykane w mechanicznych systemach chłodzenia, takich jak klimatyzacja.   

Do 2050 r. globalne zapotrzebowanie na chłodzenie w budynkach komercyjnych wzrośnie o 275% (O' & Donovan, 2020). Spowoduje to wzrost zapotrzebowania na klimatyzację, a w rezultacie wyższe zużycie energii i wzrost poziomu dwutlenku węgla. Naturalne chłodzenie wentylacyjne to niezawodny sposób na zmniejszenie zapotrzebowania na klimatyzację bez pogorszenia komfortu przebywania w budynku. 

Jak zapewnić dobry komfort cieplny użytkownikom budynków komercyjnych dzięki naturalnemu chłodzeniu wentylacyjnemu? 

Włączając strategię naturalnego chłodzenia wentylacyjnego do planów budynków komercyjnych, należy wziąć pod uwagę kilka czynników związanych z komfortem cieplnym. Obejmują one lokalny klimat - temperatury zewnętrzne w ciągu dnia i w nocy, liczbę słonecznych dni w roku, prędkość wiatru i inne. Wykorzystanie budynku, materiały, lokalizacja okien i potencjał zacienienia słonecznego również odgrywają rolę przy włączaniu skutecznej strategii naturalnej wentylacji do planów projektowych budynków komercyjnych. 

Integracja tych kluczowych czynników z przemyślanym planowaniem projektu i starannym doborem produktów znacząco przyczyni się do efektywnego wdrożenia chłodzenia wentylacyjnego w budynku. 

Odkryj nasze rozwiązania z zakresu świetlików dachowych, które zapewniają wentylację i optymalny komfort termiczny dla użytkowników budynków komercyjnych. 

Źródła   

FAIA, 2019. Zrównoważone miejsca pracy dla ludzkiego zdrowia i produktywności, Global, FAIA. 

O' Donovan, A. et al. 2021. Pasywne strategie sterowania chłodzeniem biura niemieszkalnego o niemal zerowym zużyciu energii: Symulowana odporność na komfort teraz i w przyszłości, Cork: Elsevier.  

Olesen, B,W 2010. Produktywność i jakość powietrza w pomieszczeniach, Technical University of Denmark.  

Sterling, E & A Wpływ różnych poziomów wentylacji i typów oświetlenia jarzeniowego na choroby w budynkach: Badanie eksperymentalne, Canadian Journal of Public Health.