Fem faktorer du bør vurdere tidlig i designfasen for naturlig og hybrid ventilasjon

Forretningsmenn som bruker digital nettbrett

Vurderer du eller kunden din å bruke naturlig eller hybrid ventilasjon? Hvis dere gjør det, har vi laget denne veiledningen som en hjelp for deg i designfasen, slik at dere kan drøfte mulighetene og utarbeide den best mulige ventilasjonsstrategien.

Vi drøfter hver av disse nedenfor

De fem faktorene

  • Icon Num1

    Bygningens eksterne klima

  • Icon Num2

    Ekstern støy og forurensing

  • Icon Num3

    Bygningens hovedformål og funksjon

  • Icon Num4

    Rommets utforming og ventilasjonsstrategi

  • Icon Num5

    Åpningsarealer

Følgende er noen av de spørsmålene som vi tar opp

  1. Hvor stort er luftskiftet på kalde dager?

     

  2. Hvor mange ganger skal vinduet åpnes pr. time og i hvor lang tid på kalde dager?

     

  3. Hvordan finner jeg vinduets effektive åpningsareal?

     

  4. Hvordan vurderer jeg en ventilasjonssones behov for et effektivt åpningsareal?

Trenger du mer veiledning i den tidlige designfasen?

Vi kan hjelpe med å fastlegge åpningsarealer, foreta beregninger av luftskifte og mye mer.

Nyttig informasjon

Vårt team av inneklimaingeniører skrev dette blogginnlegget som en generell veiledning basert på erfaringer med naturlig og hybrid ventilasjon i Europa og Nord-Amerika. Hvert land har sine regler og tradisjoner om inneklima og termisk komfort. På samme måte har hver kunde og bygning unike behov og krav, så det er ikke bare én måte å tilnærme design av naturlig ventilasjon på. Hvis du ønsker flere råd om de vurderingene som nevnes i bloggen, i forbindelse med prosjektet ditt, er du velkommen til å kontakte oss. Vi tilbyr gratis sparring og innledende beregninger i den tidlige designfasen. Når vi omtaler naturlig og hybrid ventilasjon, mener vi spesifikt intelligent, automatisk regulering av vinduer og åpninger.

Våre gratis tjenester
Jannick K. Roth

1. Bygningens eksterne klima

I vårt forrige blogginnlegg om Potensialet for naturlig ventilasjon avhengig av uteklimaet drøftet vi hvordan geografi, temperatur og relativ fuktighet kan påvirke hvor ofte naturlig ventilasjon kan brukes i en bygning.

Her er hovedbudskapene fra innlegget:

    • Vår erfaring har vist at det er mange områder utenfor de tempererte klimaene der det kan brukes naturlig ventilasjon ca. 60-70 % av tiden.

 

    • I ikke-tempererte klimaer kan både ren naturlig ventilasjon og hybrid ventilasjon brukes. Hybrid ventilasjon kan være en effektiv løsning for å få inn frisk luft i bygningen uten å gå på akkord med komforten.

 

    • Strategier for naturlig ventilasjon utenfor tempererte klimaer er normalt et supplement til en strategi for mekanisk ventilasjon.

 

Senere i 2021 kommer vi med ytterligere undersøkelser om emnet.

2.  Ekstern støy og forurensing

Når det gjelder naturlig eller hybrid ventilasjon via vinduer eller andre åpninger, er du og kundene dine kanskje bekymret for potensielle utfordringer ved støy og/eller forurensing. I mange tilfeller er kildene til støy og forurensing de samme, og strategiene for å redusere dem ofte også de samme.

Det er heldigvis flere måter å redusere ekstern støy på.

Nedenfor ses fire strategier som vi ofte bruker:

Plasser åpninger vekk fra kilden
Avhengig av bygningsdesignet har vi sett at de prosjekterende oppnår gode resultater ved å plassere åpningene for naturlig ventilasjon vekk fra støykilden. Det gjør man ved å plassere åpningene i en passende høyde over terreng mot en indre gård eller mot en mindre travel gate.

Teknikker for støyreduksjon
En annen måte å håndtere støyproblemer utenfra på er ved å designe åpninger med støyreduksjon. Tilføyelse av støyreduksjon har vi i praksis sett fungerer svært godt.

Metodene for støyreduksjon høres kanskje kompliserte ut, men det trenger de ikke å være. Vi har direkte erfaring med å arbeide på prosjekter der det i samarbeid med lydspesialister er blitt designet et luftinntak med støyreduksjon. Trikset er å redusere trykktapet i åpningen i forbindelse med dempingen. Du kan supplere løsningen med assisterende mekanisk utsuging hvis trykktapet blir for stort i fasadeinntaket.

Dobbeltfasade
Dette er en klassisk designteknikk for å overvinne problemer med ekstern støy, som samtidig gir bygningen flere fordeler. Dobbeltfasaden gjør det mulig å beskytte solskjermingsløsningen og klimaskjermen. Den kan også beskytte bygningen mot direkte vind og regn.

Bruk av hybrid ventilasjon
En annen tilnærming er å veksle mellom naturlig og mekanisk ventilasjon. Naturlig ventilasjon kan f.eks. brukes når uteforholdene tillater det, og så kan den mekaniske ventilasjonen overta når støynivået utenfor blir for høyt.

Håndtering av bekymringer om forurensing via luftinntak

 

Man kan bruke to strategier:

  1. Plassering av åpninger vekk fra kilden
  2. Hybrid ventilasjon med forurensingssensorer

 

Hvis bygningen ligger i et tettbefolket område, er det noen ting man må vurdere når man skal beslutte hvor plasseringen av ventilasjonsåpningene skal være. Det er vår erfaring at bygningen ikke trenger å ligge spesielt langt fra svært trafikkerte gater, før luften er markant renere, og åpninger for naturlig ventilasjon er fullt akseptable.

Hvis bygningen er plassert rett utenfor byens sentrum, eller det er lengre avstand til en travel gate, er det normalt ikke nødvendig å treffe spesielle tiltak sett fra et designperspektiv.

Som med lyddemping kan bygningens åpninger også plasseres mot en indre gård eller i en passende høyde over terreng. Du kan også tenke inn en løsning med hybrid ventilasjon og forurensingssensorer i designet. Når forurensingsnivåene stiger, lukkes åpningene, og ventilasjonen kan håndteres av de mekaniske systemene.

3. Bygningens hovedformål og funksjon

Når bygningens omgivelser er blitt vurdert, kan du betrakte innvendige rom og se på funksjonene og belastningen fra mennesker, utstyr og solen.

Områder med moderat belastning

Områder med moderat belastning som f.eks. gangarealer, fellesområder, atrier, kontorområder, lagerhaller, sportshaller osv., vil nesten alltid være egnet for naturlig ventilasjon.

Områder med høy belastning

Områder som møtelokaler, klasselokaler, kantiner osv., har en tendens til å ha høye belastninger. Disse områdene kan være best egnet for hybrid ventilasjon, spesielt hvis du befinner deg i et område, der vintrene er kalde og det er strenge krav til CO2-nivået.

Ventilasjonskravene til områder som klasselokaler og helsesentre kan variere utrolig mye fra land til land. I noen land og sammenhenger vil naturlig ventilasjon være tilstrekkelig, mens det andre steder må brukes hybrid ventilasjon for å imøtekomme CO2-kravene uten å skape trekk.

Er det mer eller mindre enn 15 m3 romvolum pr. person?

En tommelfingerregel er at naturlig ventilasjon ofte er en svært holdbar løsning hvis det er minst 15 m3 romvolum eller mer pr. person. Hvis plassen pr. person er under 15 m3, er hybrid ventilasjon muligens nødvendig, spesielt i områder med kalde vintre, for å unngå kald trekk. Hybrid ventilasjon sannsynligvis også være nødvendig i områder der det er en tendens til å være svært varme somre, for å sikre komforten innendørs.

Hva er luftskiftet på kalde dager?

Hvis bygningen ligger i et område med kalde vintre, må du vurdere hvor stort luftskifte som er nødvendig for å overholde ønskede CO2-nivåer. Hvis luftskiftet kan holdes på 1 liter pr. sekund pr. m2 (ca. 1,5 h-1 ved normal romhøyde), vil det i de fleste tilfeller være mulig å bruke naturlig ventilasjon uten å forårsake ubehag for brukerne av bygningen. Hvis behovet for ventilasjon overstiger 1 liter pr. sekund pr. m2, er hybrid ventilasjon muligens nødvendig for å unngå trekk.

Hvor mange ganger skal vinduet åpnes pr. time og i hvor lang tid på kalde dager?

Hvis kunden din velger en tilnærming med naturlig ventilasjon hele året, kan det være nyttig å gi dem en idé om hvordan systemet vil fungere på kalde dager, ved hjelp av fortynningsligningen. Dette kan hjelpe med å gi mindre bekymringer om trekk.

Først må du finne romvolumet og den tilsvarende personbelastningen på en vanlig dag.

Deretter kan du ved hjelp av fortynningsligningen beregne hvor mange minutter pr. time og dag vinduene eller andre former for åpninger skal være åpne på kalde dager for å være under ønsket CO2-nivå.

Vi opplever typisk at vinduene kan åpnes 2-3 ganger i timen i 2-3 minutter om gangen på kalde dager uten å forårsake ubehag for brukerne.

I Danmark har vi f.eks. brukt denne teknikken i en travel kontorbygning der det brukes naturlig ventilasjon hele året rundt. Her har vi en illustrasjon av den beregningen vi laget i designfasen. Kravet om CO2-nivået var maks. 1000 ppm, og med den gitte personbelastningen var det behov for to åpninger (pulser) pr. time.

 

«Etter en innkjøringsperiode i samarbeid med WindowMaster opplever vi at inneklimaet er stabilt og friskt. Vi har vært i bygningen i over et år og opplevd alle årstidene, og også om vinteren er vi svært fornøyde med systemet pulser kortvarig gjennom hele arbeidsdagen.»

Jan Haugaard

Eier og direktør, Haucon

Hvis du opplever at bygningen har behov for flere åpninger enn 3 ganger i timen i 3 minutter om gangen for å opprettholde et optimalt inneklima, så er hybrid ventilasjon kanskje nødvendig.

Vi står klare til å hjelpe deg med denne utregningen helt gratis.

Skiftende strategi avhengig av belastning

Hvis det viser seg at naturlig ventilasjon ikke kan brukes ved 100 % belastning innendørs, så er hybrid ventilasjon en fordelaktig strategi (mekanisk ventilasjon + naturlig ventilasjon).

Naturlig ventilasjon er ofte tilstrekkelig, selv i kritiske områder, en stor del av tiden. Dette gjelder for alle typer rom der personbelastningen kan variere mye, f.eks. kontorområder og møtelokaler. Hybrid ventilasjon gir derfor fordelen ved 100 % naturlig ventilasjon når det gir mening, og suppleres med mekanisk ventilasjon når belastningen innendørs når 100 %.

Dette er spesielt noe man bør være oppmerksom på i områder med høy belastning kombinert med begrenset mulighet for åpningsareal for naturlig ventilasjon og manglende mulighet for tverr- eller oppdriftsventilasjon.

4. Rommets utforming og ventilasjonsstrategi

>Når du har fastlagt funksjonen og bruken av de forskjellige rommene, kan du se på designet av rommene basert på romdybde og høyde, da det kan hjelpe deg med å velge en passende strategi for naturlig ventilasjon. I dette avsnittet drøfter vi de tre hovedstrategiene for naturlig ventilasjon og gir tips til når de forskjellige skal velges.

>Generelt anbefaler vi at åpningene for naturlig ventilasjon plasseres i den øvre delen av oppholdssonen, for å unngå trekkplager.

Det er tre overordnede strategier for naturlig ventilasjon:

Ensidig ventilasjon

Er avhengig av en eller flere åpninger plassert i den ene siden av området.

Tverrventilasjon

Er avhengig av åpninger plassert i minimum to sider av området. Tverrventilasjon er primært drevet av vind, noe som gjør det fordelaktig om sommeren der det er en mindre forskjell mellom temperaturen inne og ute. På vindstille steder som i byer, er tverrventilasjon muligens ikke den beste løsningen.

Oppdriftsventilasjon

Er avhengig av åpninger plassert i forskjellige høyder i områdets fasade og/eller tak. Luftstrømmen mellom åpningene er drevet av temperaturforskjeller mellom inne og ute. Den termiske oppdriften som skapes av belastningen innendørs, vil også bidra til luftstrømmen.

Den måten disse strategiene kan brukes på i et rom, avhenger av rommets dybde og de tilgengelige drivkreftene. Hvis bygningen f.eks. er designet for primært å bruke vinddrevet ventilasjon, kan den naturlige ventilasjonen forbedres gjennom å ta høyde for de fremherskende vindene når åpningene skal plasseres.

Dette er vår tommelfingerregel for romdybde og ventilasjonsstrategi. Vi anbefaler at du undersøker dine lokale reglementer og krav. Hvis du trenger hjelp til dette, er du velkommen til å kontakte oss.

Ventilasjonssoner med begrenset romdybde

Hvis det området som skal ventileres har en maks. dybde på 2,5 x høyden fra gulv til tak uten å overstige 10 m, kan området ofte ventileres ved hjelp av ensidig ventilasjon.

Men hvis området brukes av mange mennesker, f.eks. et klasserom, så kreves det ofte mekanisk assistanse for å overholde bygningsreglementene. Det er likevel ikke tilfellet i alle land. I noen land er ensidig ventilasjon, tverr- eller oppdriftsventilasjon tilstrekkelig.

Ventilasjonssoner med stor romdybde

Hvis det området som skal ventileres er dypere enn 2,5 x høyden fra gulv til tak, kreves det normalt tverrventilasjon eller oppdriftsventilasjon for å oppnå tilstrekkelig ventilasjon. Som en tommelfingerregel kan et område der det brukes tverr- eller oppdriftsventilasjon, ofte ha en begrenset romdybde på maks. 5 x høyden fra gulv til tak.

Hvis det ikke er mulig å etablere tverrventilasjon eller oppdriftsventilasjon, er det en mulighet å etablere en utsuging bakerst i rommet, og helst med varmegjenvinning som supplement til ensidig ventilasjon. Et balansert mekanisk ventilasjonssystem kan også fungere som supplement.

Hvis området er dypere enn ca. 5 x høyden fra gulv til tak, så begynner tverrventilasjon, oppdriftsventilasjon og ensidig ventilasjon med assisterende utsuging også å ha sine begrensninger, og man bør vurdere å bruke hybrid ventilasjon.

Store bygninger med sentrale atrier

Om en stor bygning har et sentralt plassert atrium med åpninger i taket og med f.eks. Kontorer grensende opp til det, så bør den horisontale avstanden fra kontorfasaden til kanten/starten av atriet ikke være mer enn 5 x høyden fra gulv til tak.

Unngå trekk

Man må være varsom når man etablerer permanente arbeidsplasser i bunnen av et atrium med glasstak, uansett om man bruker mekanisk eller naturlig ventilasjon. Årsaken er at taket kan forårsake trekk hvis luften direkte under taket avkjøles og faller ned med stor fart. Men hvis arbeidsplassene har sitt eget tak, vil man unngå trekk.

Hvis du har arbeidsplasser langs kanten av atriet, anbefaler vi at du plasserer en slags skjerming eller gelender som lukker tett ved gulvet, for å unngå trekk ved føttene.

Store bygninger med et atrium

En bygning der kontorene er plassert rundt et stort sentralt atrium, kan bli for høy for naturlig oppdriftsventilasjon. Vi har stor erfaring med bygninger som er 5-6 etasjer høye, der det brukes naturlig oppdriftsventilasjon. Hvis den bygningen du planlegger er høyere enn dette, anbefaler vi en nærmere undersøkelse, og det kan kreve hjelp fra f.eks. mekanisk utsuging øverst i bygningen for å sikre frisk luft i alle etasjene.

For store kontorbygninger med atrier vil takets åpningsareal være ca. 1,5 x det samlede åpningsarealet av fasadene for å sikre at alle etasjer får frisk luft, og at det bare er taket som brukes til utkast av brukt luft. Hvis et atriumtak f.eks. er forbundet med et område med naturlig ventilasjon på 10.000 m2, bør takets effektive åpningsareal være ca. 90 m2. Dette er basert på antagelsen om at det samlede effektive åpningsarealet svarer til ca. 1,5 % av det naturlig ventilerte området. Det er likevel sjelden at alle åpningene i fasaden er helt åpne samtidig, og i praksis kan åpningsarealet i taket derfor skaleres litt ned.

Nattkjøling

Bruken av tverr- og oppdriftsventilasjon kan forbedre effektiviteten av nattkjøling markant. Når det er mulig, kan dørene mellom kontorområdene åpnes for å øke luftstrømmen gjennom bygningen om natten.

5. Åpningsarealer

Effektive åpningsarealer for naturlig ventilasjon

I den tidlige designfasen kan du bruke følgende råd for å få en god følelse for omfanget av det effektive åpningsarealet pr. rom. Når du har mer detaljert kunnskap om bruken av rommet, kan de effektive åpningsarealene tilpasses. Fastlegging av antallet og typen av åpninger kan defineres senere i designprosessen.

 

Hvordan finner jeg vinduets effektive åpningsareal?

Først beskriver vi hvordan vi definerer det effektive åpningsarealet.

Til systemet med naturlig ventilasjon defineres det effektive åpningsarealet av følgende:

Et eksempel på det geometriske åpningsarealet (Ageo) for et vindu er illustrert på figuren nedenfor.

Det geometriske åpningsarealet angis av summen av A2, A3 og A4. Hvis A1 er mindre enn summen av A2, A3 og A4, så er det A1 som skal brukes som det geometriske åpningsarealet for vinduet.

Åpningens utstrømningskoeffisient (Cd) avhenger av friksjonen og sammentrekningen av åpningen. For vinduer og andre store åpninger vil utstrømningskoeffisienten (Cd) være innenfor 0,6-0,7.

Hvis det f.eks. er installert insektnetting på de automatiske vinduene, vil det påvirke utstrømningskoeffisienten og det geometriske åpningsarealet.

Det er alltid den minst mulige åpningen som luften kan strømme gjennom, som definerer det geometriske åpningsarealet. Insektnettingen vil derfor bare påvirke det geometriske åpningsarealet hvis åpningsarealet gjennom nettingen er det minst mulige området som luften strømmer igjennom.

Utstrømningskoeffisienten for topphengslede vinduer med et insektnett er typisk redusert fra 0,6-0,7 til 0,3-0,4. Dette avhenger likevel av nettingens porøsitet og materiale.

Hvordan vurderer jeg en ventilasjonssones behov for et effektivt åpningsareal?

Når du kjenner plasseringen av sonens mulige åpninger og dermed kjenner strategien for naturlig ventilasjon, kan du finne et innledende estimat av det effektive åpningsarealet for hvert område som skal ventileres, med en enkelt beregning. Utgangspunktet er rommets eller sonens effektive gulvareal og ventilasjonsprinsipp, som illustrert nedenfor.

Rom med ensidig ventilasjon:

Aeff er lik 2 % av gulvarealet

Tverr- eller oppdriftsventilasjon:

Aeff er lik 1,5 % av gulvarealet

Når du har estimert de effektive åpningsarealene for hver sone og har fastlagt en plassering, er det mulig å finne områdets naturlige luftutskiftning.

Vi har en luftskifteberegner som du kan bruke til dette formålet.

Konklusjon

Hvis du gjerne vil ha beregningene bekreftet eller trenger råd i forhold til dine innledende tanker, er du velkommen til å kontakte oss.

Hvis du er interessert i å få vite mer om prosjekteringen av naturlig ventilasjon, så hold øye med vårt neste blogginnlegg, som går enda mer i dybden med prosjektering av naturlig ventilasjon.

Kontakt

Snakk med en spesialist