Jak navrhnout efektivní prostor v moderní ocelové konstrukci?

Ocelová konstrukce představuje optimální řešení pro budovy, které vyžadují otevřený a bezsloupový prostor. Tento typ konstrukce je nejenom hospodárný, ale také flexibilní, což umožňuje vytvářet prostory, které splňují různé požadavky jak pro design interiéru, tak pro potřeby nájemců. Vysoká flexibilita ocelové konstrukce znamená, že se lze snadno přizpůsobit měnícím se požadavkům, jako jsou změny v zatížení nebo vnitřní uspořádání prostor. Ocelové konstrukce tak umožňují vytváření prostorů, které mohou v budoucnosti reagovat na nové požadavky bez nutnosti rozsáhlých rekonstrukcí.

V konstrukcích z oceli není potřeba dočasné podepření betonových podlah, jak je to běžné u betonových konstrukcí. To znamená, že další stavební práce mohou začít dříve, což urychluje celkový čas výstavby. Při navrhování ocelové konstrukce se musí zohlednit nejenom statické zátěže (vlastní váha konstrukce, příčky, podlahové krytiny, stropy, technické vybavení atd.), ale i dynamické zátěže, které vznikají v důsledku větru nebo seizmických sil. K tomu je třeba navrhnout nosníky a trámy, které dokážou odolat těmto silám a zajistí stabilitu budovy.

Další výzvou pro statického inženýra je návrh jádra budovy, které musí odolávat velkým větrným a seizmickým silám. K dosažení této stability je nutné zavést zpevnění konstrukce například pomocí vzpěr nebo hlubokých nosníků mezi sloupy v okrajích jádra. Takovéto řešení však znamená nutnost přizpůsobení prostoru pro další technické instalace, jako jsou vzduchotechnické kanály nebo požární uzávěry. Zde se ukazuje potřeba koordinace mezi architektem a ostatními inženýry, aby bylo možné najít nejlepší možné řešení bez kompromisů na úkor celkové pevnosti budovy.

Navrhování prostorů pro technické instalace je klíčovou součástí procesu. V ideálním případě se všechny mechanické, elektrické a vzduchotechnické prvky musí vejít do minimálního vertikálního prostoru mezi podlahami. Tento prostor musí být dostatečně velký na to, aby pojmul všechny potřebné instalace, ale zároveň co nejmenší, aby se zachovala co největší využitelnost prostoru pro samotné nájemce.

Koordinace mezi inženýry, kteří se podílejí na návrhu budovy, je nezbytná, protože rozhodnutí, která jsou učiněna v průběhu návrhu, ovlivní všechny následné kroky. Architekt spolu s inženýry musí společně hledat způsoby, jak minimalizovat výšku podlahy mezi podlahami budovy, a to nejen z estetických, ale i praktických důvodů. Tento proces je složitý, protože design musí vyhovovat různým požadavkům, od statických až po technické. V mnoha případech bude mít vliv na tento proces i rychlost výstavby – například pokud je projekt realizován v rámci zrychlené výstavby.

V návrhu by neměl chybět ani výběr optimálního systému vzduchotechniky. Při navrhování systému klimatizace a ventilace je důležité, aby inženýři spolupracovali s architektem a zajistili, že vzduchotechnické kanály budou zabírat co nejméně vertikálního prostoru, čímž se sníží celková výška podlah mezi podlahami. I když to může znamenat určité navýšení nákladů na vzduchotechniku, výsledkem bude efektivnější využití prostoru.

Je třeba mít na paměti, že každý návrh je kompromisem mezi různými požadavky – statickými, technickými i estetickými. Při návrhu ocelové konstrukce je nezbytné, aby se všichni zúčastnění odborníci zaměřili na dosažení co nejlepšího celkového řešení. Tímto způsobem se podaří maximalizovat využití prostoru a zároveň zajistit, že budova bude nejenom stabilní a funkční, ale i energeticky efektivní a flexibilní pro případné budoucí změny.

Jak efektivně využívat CO2 senzory a přirozené větrání pro optimalizaci vnitřního prostředí

Výběr CO2 senzorů by měl odpovídat specifikacím výrobce, přičemž jejich nejistota by neměla přesáhnout ±50 ppm v rozsahu koncentrací typických pro aplikace v oblasti HVAC (400 až 2000 ppm). Senzory musí být kalibrovány jak ve výrobním závodě, tak i v terénu, přičemž kalibrace by měla probíhat nejméně jednou za pět let podle doporučení výrobce. Některé studie naznačují, že kalibrace v terénu by měla probíhat častěji, ideálně jednou až dvakrát ročně. Pro údržbu a správnou funkci DCV (dynamické řízení větrání) je nutné zajistit pravidelnou údržbu a ověřování správného fungování senzorů. Důležité je také zavést možnost logování dat o koncentraci CO2, což umožňuje sledování trendů a ověření, že senzory a regulační systémy fungují podle očekávání.

V některých specifických aplikacích, jako jsou učebny, kde je počet osob prakticky konstantní (buď nulový, nebo téměř 100 %), je efektivním řešením řízení přívodu čerstvého vzduchu na základě signálů z čidel pohybu nebo časových spínačů. Další varianty DCV jsou založeny na technologiích, které dokážou spočítat počet osob vstupujících a opouštějících místnost a podle toho upravit ventilaci. Technologie jako infračervené zobrazování mohou tento úkol automatizovat, přičemž nové pokroky v senzorických a mikroprocesorových technologiích umožňují zlepšení těchto systémů v porovnání s chemickými senzory.

Přirozené větrání je považováno za efektivní způsob zajištění čerstvého vzduchu a chlazení bez použití mechanických systémů. Takto větrané budovy mohou dosáhnout širokého spektra podmínek vnitřního prostředí, které dynamicky reagují na vnější klimatické podmínky. Podle normy ASHRAE 55-2013, která se zabývá tepelnými podmínkami pro lidskou obsazenost, mohou být tyto podmínky komfortní pro obyvatele. Samozřejmě, ne všechny lokalitě jsou pro přirozené větrání vhodné, zejména pokud je nutná přísná kontrola teploty a vlhkosti, nebo v oblastech s vysokou teplotou, vlhkostí nebo znečištěním ovzduší.

Ve vyspělých systémech míseného větrání je přirozené větrání využíváno především během většiny roku, přičemž mechanické systémy jsou zapojeny pouze při extrémních podmínkách nebo během sezónních výkyvů. Mísený systém využívá přirozeného větrání a chlazení, kdy je to možné, a mechanického větrání pro vrcholné nároky na chlazení. Tato kombinace přirozené a mechanické ventilace je běžná zejména v oblastech, jako je Tichomoří, Japonsko nebo některé části Evropy. Systémy míseného větrání mohou také využívat tlakové senzory a motorické klapky k řízení tlaku a využívání stack efektu nebo větrného tlaku pro distribuci vzduchu, kdykoli je to potřeba.

Použití přirozeného větrání nemusí být vhodné v každé lokalitě. Některé studie ukazují, že pro ekonomickou efektivitu a praktické využití je třeba, aby bylo možné přirozené větrání využívat alespoň 30 % dne. Většina oblastí, včetně některých částí Spojených států, je pro tento typ větrání spíše vhodná jen sezónně, přičemž zbytek roku je lepší využít smíšené systémy klimatizace.

Jak aplikovat metodu adaptivního komfortu ASHRAE 55 pro přirozené větrání v moderních budovách

Při navrhování přirozeného větrání v moderních komerčních vysokopodlažních budovách se klade důraz na efektivní využívání přírodních podmínek pro zajištění vnitřního komfortu. Významným nástrojem pro hodnocení vhodnosti přirozeného větrání v takovýchto prostorech je metoda adaptivního komfortu podle normy ASHRAE 55-2013. Tato metoda, vycházející z předpokladu, že pohodlí uživatelů interiéru je ovlivněno venkovními klimatickými podmínkami, je klíčová pro dosažení energetické účinnosti a optimalizace vnitřního prostředí.

Při aplikaci metody ASHRAE 55 je nutné zohlednit širší klimatické podmínky, jako jsou teplotní rozsahy a vlhkost vzduchu, které ovlivňují, jak se lidé cítí v daném prostředí. V aplikaci Climate Consultant Software, jak je zobrazeno v grafech, se komfortní hodiny pohybují kolem 1393 hodin za rok, což ukazuje, jak velký význam má správná analýza pro určení vhodnosti přirozeného větrání v daném prostředí. Tento nástroj je efektivní pro návrh a testování přirozeného větrání během fáze projektování budov.

Vzhledem k tomu, že teplota vnitřního prostoru, jak je zobrazeno na grafu 7.6, může často překročit přijatelný limit komfortu, je nutné správně vyhodnotit, jak často dochází k překročení teplotních limitů. Podle údajů z aplikace Climate Consultant se ukazuje, že v případě přirozeně větraných prostor většina hodin zůstává v mezích přijatelných teplot, avšak v některých měsících může přirozené větrání vykazovat období, kdy jsou teploty mimo požadovanou komfortní zónu.

Při aplikaci metody ASHRAE 55 je rovněž důležité rozhodnout, jaký model běžných podmínek použít pro analýzu, tedy zda použít průměrnou teplotu (flat mean) nebo běžně kolísající teplotu (prevailing mean), jak ukazuje graf 7.8. V některých případech může kolísání teploty venkovního vzduchu mít velký vliv na výsledek analýzy, což je důvod, proč je nutné tuto metodiku přizpůsobit podle specifických podmínek dané oblasti.

Důležité je také zohlednit maximální počet hodin, kdy jsou vnitřní podmínky mimo komfortní zónu. Při použití přirozeného větrání by měly být tolerovány určité hodiny, kdy teplota překročí optimální hodnoty. V tomto kontextu se podobně jako u klimatizačních systémů ASHRAE Standard 90.1 přistupuje k určení přijatelných hodin, kdy se nacházíme mimo požadované limity. Pokud překročíme určitou hranici, může být nutné zvážit změnu návrhu větracích otvorů nebo jiných parametrů.

Pokud se podíváme na konkrétní příklady z měst jako Moskva, analýza pro měsíc březen ukazuje, že během tohoto měsíce dochází k výrazné převaze hodin, které spadají do kategorie „příliš chladné“, což činí přirozené větrání v tomto období nevhodné. Podobné závěry platí i pro měsíce listopad a prosinec, kdy přirozené větrání nebude schopno zajistit požadovaný komfort.

Důležitým krokem při posuzování přirozeného větrání je zároveň ověření shody s normou ASHRAE 62.1, která stanoví požadavky na kvalitu vzduchu v interiéru. Tento postup umožňuje zjistit, zda systém přirozeného větrání splňuje jak požadavky na tepelné pohodlí (ASHRAE 55), tak na kvalitu vzduchu v prostoru (ASHRAE 62.1). V případě, že během hodnocení dojde k neshodám, může být nutné upravit návrh větracích otvorů tak, aby byl zajištěn dostatečný průtok vzduchu a zároveň se splnily požadavky obou norem.

Jak stack effect ovlivňuje výškové budovy a jejich návrh v různých klimatických podmínkách?

Stack effect, neboli efekt komínu, je fyzikální jev, který se vyskytuje ve všech vysokých budovách a významně ovlivňuje jejich vnitřní prostředí. Tento jev je výsledkem rozdílů v teplotě mezi vnitřním a vnějším prostředím budovy, které vytvářejí tlakové rozdíly v jejích výškách. I když se stack effect vyskytuje po celém světě, jeho intenzita a důsledky závisí na specifických klimatických podmínkách a architektonických charakteristikách dané lokality.

Například v Bangkoku, kde klima zůstává horké a vlhké po celý rok, rozdíl mezi teplotou uvnitř a venku není tak výrazný. V létě a zimě jsou teploty velmi podobné (přibližně 27°C v zimě a 29°C v létě), což znamená, že stack effect zůstává v podstatě stejný po celý rok. Změna tlaku vzduchu podél výšky budovy je tedy minimální a důsledky pro architekturu jsou menší než v oblastech, kde se teploty mohou výrazně lišit mezi ročními obdobími.

Ve městech s výraznými teplotními rozdíly mezi zimou a létem, jako je Peking, jsou efekty stack effect výrazně silnější. V zimě, kdy venkovní teplota klesá pod nulu, se uvnitř budov vytváří vyšší tlak, což způsobuje vzestup vnitřního vzduchu směrem vzhůru. Tato změna tlaku může mít vliv na chování vzduchu v budově, včetně změn v rychlosti větru a hustoty vzduchu, což může ovlivnit například větrání, cirkulaci vzduchu nebo klimatizační systémy. V takovýchto případech se musí počítat i se změnami v rychlosti větru – od 8 km/h na úrovni země až po 35 km/h na vrcholu budovy, což je čtyřikrát více.

V oblasti jako Dubaj, kde panuje horké a suché klima, jsou vlivy stack effect značně ovlivněny relativní vlhkostí. V létě je zde relativní vlhkost velmi nízká, kolem 9%, což znamená, že změny teploty na různých úrovních budovy jsou výraznější. Jak teplota vzduchu roste, stejně jako relativní vlhkost, může to ovlivnit vzduchové proudy uvnitř budovy. To může vést k problémům s klimatizací a větráním, protože i malá změna teploty má velký dopad na chování vzduchu v budově. Důležité je, že i vlhkost vzduchu ovlivňuje stack effect a neměla by být opomíjena při návrhu výškových budov v takovýchto oblastech.

Pokud jde o celičkové budovy, jaké jsou její kritické body při návrhu ve vztahu k stack effect, je klíčové pochopit, že změny tlaku vzduchu na různých výškách mohou způsobit problémy, jako je zavírání výtahových dveří kvůli rozdílům v tlaku, nebo pronikání studeného vzduchu do budovy, což může zvýšit nároky na vytápění. Takovéto účinky mohou výrazně ovlivnit energetickou efektivitu budovy.

Důležité je také zvážit vliv změn rychlosti větru a hustoty vzduchu na celkový tok vzduchu uvnitř a vně budovy. Zatímco v oblasti s nízkou vlhkostí se vzduch pohybuje velmi rychle a tlak se mění rychleji, v oblastech s vyšší vlhkostí dochází k méně výrazným změnám tlaku. Vysoká rychlost větru na vrcholu budovy také přináší specifické výzvy, které musí architekti a inženýři při navrhování budov zohlednit, aby minimalizovali její negativní důsledky na strukturu.

Je kladeno důraz na to, že stack effect, ačkoli přirozený proces, může mít zásadní dopady na komfort obyvatel a efektivitu budovy, a proto musí být pečlivě zohledněn při všech fázích návrhu a výstavby.