Veiledning: Slik designer du for naturlig ventilasjon med våre kalkulatorer

Eksempel

Dette eksempelet viser hvordan WindowMasters kalkulatorer kan hjelpe i designfasen ved å gi et innledende estimat av naturlig ventilasjonsdesign. Vi tar utgangspunkt i et enkelt rom med 2 ventilasjonssoner for å sammenligne det nødvendige åpningsarealet og antall vinduer basert på ulike ventilasjonsprinsipper og designkriterier.

Design basert på ensidig ventilasjon vil gi betydelig lavere ytelse enn tverr- eller oppdriftsventilasjon. Derfor er det viktig å tilpasse forventningene til det anvendte ventilasjonsprinsippet.

Om sommeren kan naturlig ventilasjon resultere i et meget behagelig inneklima med høy luftutskifting og luftbevegelse, eller effektiv nattkjøling. På grunn av sommertemperaturene er det teoretiske kjølepotensialet begrenset. Når man designer basert på kjølebehov, bør man derfor justere forventningene i henhold til dette. Ellers kan resultatet bli et utilsiktet stort åpningsareal.

Hvis man kun designer med utgangspunkt i det minimale ventilasjonsbehovet, kan det føre til en begrenset design som ikke er tilstrekkelig for sommerperioden.

Generelt anbefaler vi derfor å dimensjonere de åpningsbare vinduene slik at man oppnår et svært allsidig design. En av fordelene med å bruke automatisk styrte vinduer er at det er kostnadseffektivt å øke ventilasjonskapasiteten utover det daglige standardbehovet. Dette kan være relevant i situasjoner der ekstra ventilasjon er nødvendig.

Designløsninger

For dette eksempelet vurderes to forskjellige designkonsepter.

Løsning 1 (enkel)

Alle automatisk styrte vinduer har samme størrelse og er utformet for å håndtere både ventilasjon og kjøling.

Løsning 2 (avansert)

De automatisk styrte vinduene vil bestå av to forskjellige størrelser. Mindre vinduer på øvre nivå og større vinduer på nedre nivå. Bruk av ulike vindustyper gir brukerne større kontroll. Ved å redusere størrelsen på de øvre automatiske vinduene, reduseres risikoen for trekk, og små, høyt plasserte vinduer er også gunstige for nattekjølingsstrategier.

I det følgende vil vi utforske

1. Identifiser soneinformasjon

2. Fastsett designkriterier for utendørs forhold

3. Beregn nødvendig åpningsareal

4. Bestem vindusdimensjoner og antall vinduer

5. Bekreft ditt design

1. Soneinformasjon

For dette eksempelet vil det nødvendige åpningsarealet og antall vinduer bli bestemt for følgende sone.

2. Designkriterier

For et vellykket design av naturlig ventilasjon er det grunnleggende å spesifisere passende designkriterier for dimensjonering av automatisk styrte vinduer.  Mekaniske ventilasjonssystemer er ofte basert på minimumskravene til luftkvalitet, men dette kan ikke alltid være en god indikator for naturlig ventilasjon, med mindre designet tar hensyn til ulike vinduskonfigurasjoner.

Det er også viktig å forstå at kjølepotensialet for naturlig ventilasjon er begrenset om sommeren på grunn av høye utetemperaturer, og derfor må forventningene justeres når kjølebehovet spesifiseres.

Utendørsforhold

Luftstrømmen gjennom vinduene vil avhenge av utetemperaturen og vindforholdene. De naturlige kreftene som driver luftstrømmen for naturlig ventilasjon, er generelt svakest om sommeren, samtidig som behovet for høy ventilasjonshastighet øker på grunn av termisk komfort Derfor brukes sommerscenariet ofte som designkriterium for den maksimale kapasiteten for vinduer/spjeld som kan åpnes. Følgende utendørsforhold er et godt utgangspunkt for dimensjonering av automatisk styrte vinduer for naturlig ventilasjon i løpet av dagen:

• Innetemperatur settpunkt: 23 °C
• Temperaturforskjell mellom inne og ute: 3 K
• Vindhastighet: 2 m/s
• Strømningskoeffisient: 0,61 (CIBSE AM10)

Det kan også være relevant å vurdere luftmengden under kaldere forhold, for eksempel en temperaturforskjell mellom inne og ute på 10-15 K. Dette skyldes nattkjøling og den pulsbaserte strategien som ofte brukes i kaldere årstider, der vinduene bare åpnes i korte perioder, men likevel må kunne levere den gjennomsnittlige luftmengden som er nødvendig for frisk luft.

Ventilasjon og kjølebehov

Designkriteriene for åpningsarealet avhenger av hvilke ulike vinduskonfigurasjoner som benyttes i designet. Hvis en sone kun har én type automatisk styrte vinduer, anbefales det å designe for maksimalt åpningsareal basert på termisk komfort om sommeren. Det er viktig å ha realistiske forventninger til sommerens kjølepotensial. Derfor er et design med 20 W/m² et godt utgangspunkt. Dimensjoneringsverktøyet inkluderer ikke effekten av nattkjøling eller andre kjølefunksjoner, og kjølebehovet må derfor justeres i henhold til dette. De 20 W/m² representerer kun kjøleeffekten direkte fra tilførselsluften.

• Løsning 1: Vinduene er designet for å oppnå et kjølepotensial på 20 W/m².
• Løsning 2: De mindre, høyt plasserte vinduene er designet for å oppnå akseptabel luftkvalitet med 1 L/s/m². De større, lavt plasserte vinduene er designet for å oppnå et kjølepotensial på 20 W/m² i kombinasjon med de mindre vinduene.

For at disse løsningene skal være effektive, anbefales også implementering av effektiv utvendig solskjerming.

3. Finn det totale åpningsarealet

Prosjekteringsverktøyet kan brukes til å beregne det totale åpningsarealet for ventilasjon og/eller kjøling i en sone eller et rom. Dette vil avhenge av ventilasjonsraten, designet og ventilasjonsprinsippet. For suksess med et naturlig ventilasjonssystem, er det viktig å velge passende kriterier når du dimensjonerer det maksimale åpningsarealet for ditt design. Hvis den maksimale kapasiteten i designet kun er basert på ventilasjonskrav for frisk luft, kan det resultere i utilstrekkelig åpningsareal for termisk komfort.

Geometrisk og effektivt åpningsareal

Prosjekteringsverktøyet viser både det geometriske og det effektive åpningsarealet. Det effektive åpningsarealet er det geometriske åpningsarealet multiplisert med strømningskoeffisienten. Strømningskoeffisient for et automatisk styrt vindu er vanligvis mellom 0,6–0,7 og representerer trykkfallet for luftstrømmen gjennom åpningen samt eventuelle hindringer som for eksempel insektnett. Det effektive åpningsarealet brukes ofte som et designkrav, da det gir en pålitelig verdi for mengden luft som vil strømme gjennom åpningen, inkludert hindringer.

Løsning 1 (enkel)

Figur 4 viser det effektive åpningsarealet som en prosentandel av det ventilerte gulvarealet, basert på forskjellige kjølebehov. Basert på de tidligere nevnte utendørskriteriene, kan man oppnå 20 W/m² med et effektivt åpningsareal tilsvarende ca. 2 % av gulvarealet med tverrventilasjon. Hvis det bare er mulig med ensidig ventilasjon, vil det være behov for et betydelig større åpningsareal (ca. 3 ganger så mye). Hvis dette ikke er mulig, kan potensielle endringer utføres. En mulighet er å øke vinduenes høyde (se informasjonsboksen nedenfor for en forklaring). En annen mulighet er å plassere åpningene i fasaden på forskjellige nivåer for å skape en oppdriftseffekt (tilsvarende løsning 2). Selv om det ikke er like effektivt som takvinduer, vil det fortsatt ha en positiv effekt.

Siden det maksimale åpningsarealet i denne løsningen er basert på kjøling om sommeren, er det trygt å anta at alle automatisk styrte vinduer vil være åpne samtidig, og vi kan forvente at det vil være tverrventilasjon. Derfor vil det totale effektive åpningsarealet for løsning 1 være 2 m², tilsvarende 2 % av det ventilerte gulvarealet.

Løsning 2 (avansert)

Bruk av ulike konfigurasjoner av automatisk styrte vinduer kan være en god løsning. For eksempel ved å kombinere små, høyt plasserte vinduer med store, lavt plasserte vinduer. Den store fordelen med mindre vinduer er at de reduserer risikoen for trekk under kjølige forhold. I denne løsningen kan de mindre vinduene designes for å oppnå et tilstrekkelig luftkvalitetsnivå, mens de større vinduene gir det ekstra åpningsarealet som kreves for termisk komfort. Vinduer på forskjellige nivåer kan dessuten skape en liten oppdriftseffekt under lav vind eller når bare ensidig ventilasjon er mulig.

Figur 5 viser det effektive åpningsarealet som en prosentandel av gulvarealet, basert på ulike ventilasjonskrav. De mindre vinduene kan dimensjoneres med 1 L/s/m² for å opprettholde en CO₂-konsentrasjon under 1000 ppm ved full personbelastning. På grunn av mer uforutsigbar vindusdrift i ventilasjonsmodus, kan det ikke alltid garanteres at vinduer på begge fasadene er åpne samtidig. Det kan derfor være en fordel å designe de mindre vinduene basert på ensidig ventilasjon. I dette tilfellet bør de små vinduene ha et effektivt åpningsareal tilsvarende ca. 1 % av gulvarealet.

De større vinduene vil bli designet for å oppnå ønsket kjøleeffekt (20 W/m²) i kombinasjon med de mindre vinduene. Når kjøling er nødvendig, er det mye mer forutsigbart at alle vinduer vil være åpne, siden det vanligvis er en varm sommerdag. Det er derfor rimelig å designe den totale åpningen som er nødvendig, basert på tverrventilasjon. For å oppnå en kjølende effekt i henhold til figur 4, vil de små vinduene utgjøre 0,5 % av gulvarealet, og det effektive åpningsarealet til det større vinduet skal utgjøre det gjenværende effektive åpningsarealet, tilsvarende omtrent 1,5 % av gulvarealet.

4. Antall vinduer

Actuator Finder kan brukes for å finne det nøyaktige geometriske åpningsarealet for et automatisk styrt vindu basert på vindus- og rammedimensjoner.  En av de vanligste feilene når man beregner åpningsarealet for et automatisk styrt vindu er å ikke ta hensyn til hindringer i rammen.  I ActuatorFinder kan du angi detaljert informasjon om vindusprofilene og nøyaktig beregne åpningsarealet for hver vinduskonfigurasjon. 

Tabell 2 viser antallet vinduer som kreves for løsning 1 og 2 for å oppnå åpningsarealet som ble funnet med dimensjoneringsverktøyet i forrige avsnitt.

5. Bekreft ditt design

Med Luftskifteberegneren kan du undersøke hvilket luftskifte ditt ventilasjonsdesign kan oppnå under forskjellige utendørsforhold, ventilasjonsprinsipper eller ventilasjonsstrategier.

For å bruke dette verktøyet, må du legge til en eller flere vindusgrupper i en sone. Hver gruppe vil inkludere alle de automatisk styrte vinduene som befinner seg i samme fasade og høyde. Åpningsarealet tilsvarer derfor det totale åpningsarealet for disse vinduene.

Figur 7 viser en graf generert av Luftskifteberegneren for kombinert oppdrifts- og tverrventilasjon. Du kan raskt analysere hvordan luftskiftet påvirkes når vindhastigheten og temperaturforskjellen økes.

Løsning 1

For løsning 1 i eksempelet ovenfor kan vi se på hvordan det endelige designet vil fungere basert på forskjellige værforhold og ventilasjonsprinsipper. Figur 8 viser ventilasjonsytelsen for løsning 1 basert på tverrventilasjon i rommet, som utelukkende er basert på vindtrykk.

I praksis, når vindhastigheten er svært lav, kan ventilasjonsstrømmen effektivt fungere som ensidig ventilasjon, spesielt når utetemperaturen er lav.  Figur 9 viser luftskiftet i rommet med ensidig ventilasjon.  Hvis man sammenligner ytelsen med tverrventilasjon i figur 9, vil luftskiftet være høyere med ensidig ventilasjon når temperaturforskjellen er ca. 10 °C og vindhastigheten er under 2 m/s.

Det kan også være relevant å vurdere ytelsen som ensidig ventilasjon for å undersøke om det eventuelt kan implementeres vegger for å dele opp sonene i fremtiden.