Fem faktorer at overveje tidlig i designfasen for naturlig og hybrid ventilation

Forretningsmænd, der bruger digital tablet

Overvejer du eller din kunde at anvende naturlig eller hybrid ventilation? Hvis I gør, så har vi lavet denne vejledning som en hjælp og inspiration i designfasen, så I kan drøfte mulighederne og udarbejde den bedst mulige ventilationsstrategi.

Vi drøfter hver af disse nedenfor

De fem faktorer

  • Icon Num1

    Bygningens eksterne klima

  • Icon Num2

    Ekstern støj og forurening

  • Icon Num3

    Bygningens hovedformål og funktion

  • Icon Num4

    Rummets udformning og ventilationsstrategi

  • Icon Num5

    Åbningsarealer

Følgende er nogle af de spørgsmål, som vi tager op

  1. Hvor stort er luftskiftet på kolde dage?

     

  2. Hvor mange gange skal vinduet åbnes pr. time og i hvor lang tid på kolde dage?

     

  3. Hvordan finder jeg et vindues effektive åbningsareal?

     

  4. Hvordan vurderer jeg en ventilationszones behov for effektivt åbningsareal?

Har du brug for mere vejledning i den tidlige designfase?

Vi kan hjælpe med at fastlægge åbningsarealer, foretage beregninger af luftskifte og meget mere.

Nyttig information

Vores team af indeklimaingeniører skrev denne blog som en general vejledning baseret på deres erfaringer med naturlig og hybrid ventilation i Europa og Nordamerika. Hvert land har sine regler og traditioner vedrørende indeklima og termisk komfort. På samme måde har hver kunde og bygning unikke behov og krav, så der er ikke kun én måde at tilgå design af naturlig ventilation på. Hvis du gerne vil have yderligere råd om de overvejelser, der nævnes på bloggen, i forbindelse med dit projekt, er du meget velkommen til at kontakte os. Vi tilbyder gratis sparring og indledende beregninger i den tidlige designfase. Når vi omtaler naturlig og hybrid ventilation, mener vi specifikt intelligent automatisk regulering af vinduer og andre former for åbninger.

Vores gratis ydelser
Jannick K. Roth

1. Bygningens eksterne klima

På vores forrige blog om Potentialet for naturlig ventilation afhængig af udeklimaet drøftede vi, hvordan geografi, temperatur og relativ fugtighed kan påvirke, hvor ofte naturlig ventilation kan bruges i en bygning.

Her er hovedbudskaberne fra den blog:

    • Vores erfaring har vist, at der er mange områder uden for de tempererede klimaer, hvor der kan anvendes naturlig ventilation ca. 60-70 % af tiden.

 

    • I ikke-tempererede klimaer kan både ren naturlig ventilation og hybrid ventilation anvendes. Hybrid ventilation kan være en effektiv løsning til at få frisk luft ind i bygningen uden at gå på kompromis med komforten.

 

    • Strategier for naturlig ventilation uden for tempererede klimaer er normalt et supplement til en strategi for mekanisk ventilation.

 

Senere i 2021 kommer vi med yderligere research om emnet.

2.  Ekstern støj og forurening

Hvad angår naturlig eller hybrid ventilation via vinduer eller andre åbninger, er du og dine kunder måske bekymret for potentielle udfordringer ved støj og/eller forurening. I mange tilfælde er kilderne til støj og forurening de samme, og strategierne for at minimere dem ofte også de samme.

Der er heldigvis flere måder at minimere ekstern støj på.

Nedenfor ses fire strategier, som vi ofte bruger:

Placer åbninger væk fra kilden
Afhængigt af bygningsdesignet har vi set, at de projekterende opnår succes ved at placere åbningerne til naturlig ventilation væk fra støjkilden. Det gøres fx ved at placere åbningerne en passende højde over terræn, mod en indre gård eller mod en mindre travl gade.

Teknikker til støjreduktion
En anden måde at håndtere støjproblemer udefra på er ved at designe åbninger med støjreduktion. Tilføjelse af støjreduktion har vi i praksis set fungerer rigtig godt.

Metoderne til støjreduktion lyder måske komplicerede, men det behøver de ikke at være. Vi har direkte erfaring med at arbejde på projekter, hvor der i samarbejde med lydspecialister er blevet designet et luftindtag med støjreduktion. Tricket er at minimere tryktabet i åbningen i forbindelse med dæmpningen. Du kan supplere din løsning med assisterende mekanisk udsugning, hvis tryktabet bliver for stort i facadeindtaget.

Dobbeltfacade
Dette er en klassisk designteknik til at overvinde problemer med ekstern støj, som samtidig giver bygningen flere fordele. Dobbeltfacaden gør det muligt at beskytte solafskærmningsløsningen og klimaskærmen. Den kan også beskytte bygningen mod direkte vind og regn.

Brug af hybrid ventilation
En anden tilgang er at skifte mellem naturlig og mekanisk ventilation. Naturlig ventilation kan f.eks. bruges, når udeforholdene tillader det, og så kan den mekaniske ventilation overtage, når støjniveauet udenfor bliver for højt.

Håndtering af bekymringer om forurening via luftindtag

 

Der kan anvendes to strategier:

  1. Placering af åbninger væk fra kilden
  2. Hybrid ventilation med forureningssensorer

 

Hvis bygningen ligger i et tætbefolket område, er der nogle ting, der skal overvejes, når man skal beslutte, hvor placeringen af ventilationsåbningerne skal være. Det er vores erfaring, at bygningen ikke behøver at ligge særlig langt fra meget trafikerede gader før luften er markant renere, og åbninger til naturlig ventilation er fuldt acceptable.

Hvis bygningen er placeret lige uden for byens centrum, eller der er længere afstand til en travl gade, behøver der normalt ikke at blive truffet særlige foranstaltninger set ud fra et designperspektiv.

Ligesom med lyddæmpning kan bygningens åbninger også placeres mod en indre gård eller en passende højde over terræn. Du kan også indtænke en løsning med hybrid ventilation og forureningssensorer i dit design. Når forureningsniveauerne stiger, lukker åbningerne, og ventilationen kan håndteres af de mekaniske systemer.

3.  Bygningens hovedformål og funktion

Når bygningens omgivelser er blevet vurderet, kan du betragtede indvendige rum og se på deres funktion samt belastningen fra mennesker, udstyr og solen.

Områder med moderat belastning

Områder med moderat belastning, såsom gangarealer, fællesområder, atrier, kontorområder, lagerhaller, sportshaller osv., vil næsten altid være egnet til naturlig ventilation.

Områder med høj belastning

Områder, såsom mødelokaler, klasselokaler, kantiner osv., har en tendens til at have høje belastninger. Disse områder kan være bedst egnet til hybrid ventilation, især hvis du befinder dig i et område, hvor vintrene er kolde, og der er strenge krav til CO2-niveauet.

Ventilationskravene til områder såsom klasselokaler og sundhedscentre kan variere utroligt meget fra land til land. I nogle lande og sammenhænge vil naturlig ventilation være tilstrækkelig, hvorimod der andre steder skal anvendes hybrid ventilation for at imødekomme CO2-kravene uden at skabe træk.

Er der mere eller mindre end 15 m3 rumvolumen pr. person?

En tommelfingerregel er, at naturlig ventilation ofte er en meget holdbar løsning, hvis der er 15 m3 rumvolumen eller mere pr. person. Hvis pladsen pr. person er under 15 m3, er hybrid ventilation muligvis nødvendig, især i områder med en kold vinter, for at undgå koldt træk. Ligeledes vil hybrid ventilation sandsynligvis være nødvendig i områder, hvor der er en tendens til at være meget varme somre, for at sikre komforten indendørs.

Hvad er luftskiftet på kolde dage?

Hvis bygningen ligger i et område med kolde vintre, skal du vurdere, hvor stort et luftskifte der er nødvendigt for at overholde de ønskede CO2-niveauer. Hvis luftskiftet kan holdes på 1 liter pr. sekund pr. m2 (ca. 1,5 h-1 ved normal rumhøjde), vil det i de fleste tilfælde være muligt at anvende naturlig ventilation uden at forårsage ubehag for brugerne af bygningen. Hvis behovet for ventilation overstiger 1 liter pr. sekund pr. m2, er hybrid ventilation muligvis nødvendig for at undgå træk.

Hvor mange gange skal vinduet åbnes pr. time og i hvor lang tid på kolde dage?

Hvis din kunde vælger en tilgang med naturlig ventilation året rundt, kan det være nyttigt at give dem en idé om, hvordan systemet vil fungere på kolde dage ved hjælp af fortyndingsligningen. Dette kan hjælpe med at mindske bekymringer om træk.

 

 

Først skal du finde rumvolumen og den tilsvarende personbelastning på en almindelig dag.

Derefter kan du ved hjælp af fortyndingsligningen beregne, hvor mange minutter pr. time og dag, vinduerne eller andre former for åbninger skal være åbne på kolde dage for at være under det ønskede CO2-niveau.

Vi oplever typisk, at vinduerne kan åbnes 2-3 gange i timen i 2-3 minutter ad gangen på kolde dage uden at forårsage ubehag for brugerne.

I Danmark har vi f.eks. brugt denne teknik i en travl kontorbygning, hvor der anvendes naturlig ventilation hele året rundt. Her har vi en illustration af den beregning, vi lavede i designfasen. Kravet om CO2-niveauet var maks. 1.000 ppm, og med den givne personbelastning var der brug for to åbninger (pulser) pr. time.

 

"Efter en indkøringsperiode i samarbejde med WindowMaster oplever vi indeklimaet som stabilt og frisk. Vi har været i bygningen i over et år og oplevet alle årstiderne og også om vinteren er vi meget tilfredse med systemet, som pulser kortvarigt hen over arbejdsdagen."

Jan Haugaard

Ejer og direktør, HauCon

Hvis du oplever, at din bygning har brug for flere åbninger end 3 gange i timen i 3 minutter ad gangen for at opretholde et optimalt indeklima, så er hybrid ventilation måske nødvendig.

Vi står klar til at hjælpe dig med denne udregning helt gratis. 

Skiftende strategi afhængig af belastning

Hvis det viser sig, at naturlig ventilation ikke kan anvendes ved 100 % belastning indendørs, så er hybrid ventilation en fordelagtig strategi (mekanisk ventilation + naturlig ventilation). 

Naturlig ventilation er ofte tilstrækkelig, selv i kritiske områder, en stor del af tiden. Dette gælder for alle typer rum, hvor personbelastningen kan variere meget, f.eks. kontorområder og mødelokaler. Hybrid ventilation giver derfor fordelen ved 100 % naturlig ventilation, når det giver mening, og suppleres med mekanisk ventilation når belastningen indendørs når 100 %.

Det er især noget man skal være opmærksom på for områder med høj belastning kombineret med begrænset mulighed for åbningsareal for naturlig ventilation og manglende mulighed for tvær- eller opdriftsventilation.

4.  Rummets udformning og ventilationsstrategi

Når du har fastlagt funktionen og brugen af de forskellige rum, kan du kigge på designet af rummene baseret på rumdybde og højde, da det kan hjælpe dig med at vælge en passende strategi for naturlig ventilation. I dette afsnit drøfter vi de tre hovedstrategier for naturlig ventilation samt tips til, hvornår de forskellige skal vælges.

Generelt anbefaler vi, at åbningerne for naturlig ventilation placeres i den øvre del af opholdszonen, for at undgå trækgener.

Der er tre overordnet strategier for naturlig ventilation:

Ensidet ventilation

Er afhængig af en eller flere åbninger placeret i den ene side af området.

Tværventilation

Er afhængig af åbninger placeret i minimum to sider af området. Tværventilation er primært drevet af vind, hvilket gør det fordelagtigt om sommeren, hvor der er en mindre forskel mellem temperaturen inde og ude. På vindstille lokationer såsom i byer er tværventilation muligvis ikke den bedste løsning.

Opdriftsventilation

Er afhængig af åbninger placeret i forskellige højder i områdets facade og/eller tag. Luftstrømmen mellem åbningerne er drevet af temperaturforskelle mellem inde og ude. Den termiske opdrift , der skabes af belastningen indendørs, vil også bidrage til luftstrømmen.

Den måde, disse strategier kan anvendes på i et rum, afhænger af rummets dybde og de tilgængelige drivkræfter. Hvis bygningen f.eks. er designet til primært at anvende vinddreven ventilation, så kan den naturlige ventilation forbedres ved at tage højde for de fremherskende vinde, når åbningerne skal placeres.

Dette er vores tommelfingerregel for rumdybde og ventilationsstrategi. Vi anbefaler, at du undersøger dine lokale reglementer og krav. Hvis du har brug for hjælp til dette, er du velkommen til at kontakte os.

Ventilationszoner med begrænset rumdybde

Hvis det område, der skal ventileres, har en maks. dybde på 2,5 x højden fra gulv til loft uden at overstige 10 m, så kan området ofte ventileres ved hjælp af ensidet ventilation.

Men hvis området anvendes af mange mennesker, f.eks. et klasselokale, så kræves der ofte mekanisk assistance for at overholde bygningsreglementerne. Det er dog ikke tilfældet i alle lande. I nogle lande er ensidet ventilation, tvær- eller opdriftsventilation tilstrækkelig.

Ventilationszoner med stor rumdybde

Hvis det område, der skal ventileres, er dybere end 2,5 x højden fra gulv til loft, kræves der normalt tværventilation eller opdriftsventilation for at opnå tilstrækkelig ventilation. Som en tommelfingerregel kan et område, hvor der bruges tvær- eller opdriftsventilation, ofte have en begrænset rumdybde på maks. 5 x højden fra gulv til loft.

Hvis det ikke er muligt at etablere tværventilation eller opdriftsventilation, er en mulighed at etablere en udsugning bagest i rummet helst med varmegenvinding som supplement til ensidet ventilation. Et balanceret mekanisk ventilationssystem kan også fungere som supplement.

Hvis området er dybere end ca. 5 x højden fra gulv til loft, så begynder tværventilation, opdriftsventilation og ensidet ventilation med assisterende udsugning også at have deres begrænsninger, og man bør overveje at bruge hybrid ventilation.

Store bygninger med centrale atrier

Hvis en stor bygning har et central placeret atrium med åbninger i taget og med fx kontorer grænsende op til det, så bør den horisontale afstand fra kontorfacaden til kanten/starten af atriet typisk ikke være mere end 5 x højden fra gulv til loft.

Undgå træk

Man skal være varsom, når man etablerer permanente arbejdspladser i bunden af et atrium med glastag, uanset om man anvender mekanisk eller naturlig ventilation. Årsagen er, at taget kan forårsage træk, hvis luften direkte under taget afkøles og falder ned med stor fart. Men hvis arbejdspladserne har deres eget tag, så vil man undgå træk.

Hvis du har arbejdspladser langs kanten af atriet, anbefaler vi, at du placerer en slags afskærmning eller gelænder, der lukker tæt ved gulvet for at undgå træk ved fødderne.

Store bygninger med et atrium

En bygning, hvor kontorerne er placeret rundt om et stort centralt atrium, kan blive for høj til naturlig opdriftsventilation. Vi har megen erfaring med bygninger, der er 5-6 etager høje, hvor der anvendes naturlig opdriftsventilation. Hvis den bygning, du planlægger, er højere end dette, anbefales en nærmere undersøgelse, og det kan kræve hjælp fra fx mekanisk udsugning øverst i bygningen for at sikre frisk luft på alle etager.

For de store kontorbygninger med atrier vil tagets åbningsareal være ca. 1,5 x det samlede åbningsareal i facaderne for at sikre, at alle etager får frisk luft, og at det kun er taget, der bruges til afkast af brugt luft. Hvis et atriumtag f.eks. er forbundet med et område med naturlig ventilation på 10.000 m2, så bør tagets effektive åbningsareal være ca. 90 m2. Dette er baseret på den antagelse, at det samlede effektive åbningsareal svarer til ca. 1,5 % af det naturligt ventilerede område. Det er dog sjældent, at alle åbninger i facaden er helt åbne samtidigt, og i praksis kan åbningsarealet i taget derfor skaleres en smule ned.

Natkøling

Brugen af tvær- og opdriftsventilation kan forbedre effektiviteten af natkøling markant. Når det er muligt, kan dørene mellem kontorområderne åbnes for at øge luftstrømmen gennem bygningen om natten.

5.  Åbningsarealer

Effektive åbningsarealer for naturlig ventilation

I den tidlige designfase kan du bruge følgende råd til at få en god fornemmelse af omfanget af det effektive åbningsareal pr. rum. Når du har en mere detaljeret viden om brugen af rummet, kan de effektive åbningsarealer tilpasses. Fastlæggelse af antallet og typen af åbninger kan defineres senere i designprocessen.

 

Hvordan finder jeg et vindues effektive åbningsareal?

Til at starte med beskriver vi, hvordan vi definerer det effektive åbningsareal.

Til systemet med naturlig ventilation defineres det effektive åbningsareal af følgende:

 

Et eksempel på det geometriske åbningsareal (Ageo) for et vindue er illustreret på figuren nedenfor.

Det geometriske åbningsareal angives af summen af A2, A3 og A4. Hvis A1 er mindre end summen af A2, A3 og A4, så er det A1, der skal bruges som det geometriske åbningsareal for vinduet.

Åbningens udstrømningskoefficient (Cd) afhænger af friktionen og kontraktionen af åbningen. For vinduer og andre store åbninger vil udstrømningskoefficienten (Cd) være inden for 0,6-0,7.

Hvis der er installeret fx insektnet på de automatiske vinduer, vil det påvirke udstrømningskoefficienten, og det det geometriske åbningsareal.

Det er altid den mindst mulige åbning, som luften skal strømme igennem, der definerer det geometriske åbningsareal. Insektnettet vil derfor kun påvirke det geometriske åbningsareal, hvis åbningsarealet gennem nettet er det mindst mulige område, som luften strømmer igennem.

Udstrømningskoefficienten for tophængte vinduer med et insektnet er typisk reduceret fra 0,6-0,7 til 0,3-0,4. Dette afhænger dog af nettets porøsitet og materiale.

Hvordan vurderer jeg en ventilationszones behov for effektivt åbningsareal?

Når du kender placeringen af zonens mulige åbninger og dermed kender strategien for naturlig ventilation, kan du finde et indledende estimat af det effektive åbningsareal for hvert område, der skal ventileres, med en enkelt beregning. Udgangspunktet er rummets eller zonens effektive gulvareal og ventilationsprincip, som illustreret herunder.

Rum med ensidet ventilation:

Aeff er lig med 2 % af gulvarealet

Tvær- eller opdriftsventilation:

Aeff er lig med 1,5 % af gulvarealet

Når du har estimeret de effektive åbningsarealer for hver zone, og du har fastlagt deres placering, er det muligt at finde områdets naturlige luftskifte.

Vi har en luftskifteberegner, som du kan bruge til dette formål.

Konklusion

Hvis du gerne vil have dine beregninger bekræftet eller have råd i forhold til dine indledende tanker, er du velkommen til at kontakte os. 

Hvis du er interesseret i at få mere at vide om projektering af naturlig ventilation, skal du holde øje med vores næste blog, som går endnu mere i dybden med projektering af naturlig ventilation.

Du kan ligeledes tage et kig på nedenstående vejledninger, der kan hjælpe dig med at opbygge din model i Be18 og BSim, som ofte vil være næste step efter de indledende overvejelser.

Kontakt

Snak med en specialist