Jak optimalizovat energetickou účinnost a zlepšit kvalitu vnitřního prostředí ve výškových budovách?

V dnešní době se energetická účinnost a udržitelnost stávají klíčovými faktory při návrhu a provozu budov. Aby bylo dosaženo cíle nulových emisí CO2, je nutné přehodnotit přístupy k různým aspektům výstavby, včetně spotřeby energie na osvětlení, klimatizaci a větrání. Jedním z důležitých přístupů ke snížení spotřeby energie je optimalizace intenzity osvětlení a spotřeby elektrické energie v jednotlivých zónách budovy.

Příklad výpočtů energetických nároků ukazuje, jak mohou proměnlivé venkovní teploty ovlivnit celkovou spotřebu energie. Pokud budova využívá venkovní teploty pro chlazení, mohou se tím snížit celkové náklady na energii a velikost potřebného zařízení. Zatímco při zvýšení výšky budovy se obvykle zvyšují tepelné ztráty, což by vedlo k nárůstu spotřeby energie na vytápění, využívání venkovních teplot umožňuje snižování energetických nároků. Tato optimalizace teplotních podmínek a vhodné využívání přírodních zdrojů energie mají potenciál výrazně ovlivnit celkové provozní náklady budov.

Praktickým příkladem, jak se tyto principy dají úspěšně implementovat, je projekt International Commerce Centre (ICC) v Hongkongu. Tato 118-patrová budova je nejen jednou z nejvyšších na světě, ale také příkladem inovativního přístupu k udržitelnosti a energetické efektivitě. V roce 2013 se jejímu provozu podařilo snížit spotřebu energie o 11 %, což vedlo k úsporám až 6,4 milionu kWh. Tento pokles byl dosažen nejen optimalizovaným řízením klimatizačního systému, ale i použitím vysoce účinných filtrů a LED osvětlení.

V tomto ohledu je zásadní nejen výběr správného technologického vybavení, ale také implementace inteligentního řízení, které umožňuje efektivně reagovat na změny v využívání budovy a venkovních podmínkách. Osvětlení budov se tak může pohybovat od hodnot 20 W/m² až po hodnoty kolem 6 W/m², což přináší výrazné úspory energie. Podobně je tomu i v případě spotřeby elektrické energie na elektrické zásuvky, kde redukce z 12 W/m² na 4 W/m² zajišťuje další optimalizaci celkových nákladů.

Pro zajištění optimálního větrání a kvality vzduchu v budovách je nutné správně nastavit ventilační toky. Tento proces je přesně definován v normách jako ASHRAE 62.1-2019, která určuje minimální požadavky na ventilační kapacity pro různé typy prostor. Na základě těchto norem je třeba přizpůsobit větrání jak podle počtu lidí v místnosti, tak i podle zdrojů znečištění vzduchu, které jsou závislé na typu činností prováděných v daném prostoru.

Je důležité si uvědomit, že kvalita venkovního vzduchu může být v některých obdobích špatná, což znamená, že ventilační systémy musí být schopny na tuto změnu reagovat. K tomu je možné dočasně snížit ventilační toky, nebo naopak zvýšit ventilaci, pokud je venkovní vzduch čistý a zdravý. Tato flexibilita nejen zlepšuje energetickou účinnost budovy, ale také pozitivně ovlivňuje pohodu obyvatel a jejich produktivitu.

Jak správně určit užitnou a hrubou plochu v projektování budov: Vliv větrání a ventilace na efektivitu prostoru

V každém projektovém záměru je klíčové provést analýzu užitné a hrubé plochy ještě před rozhodnutím o optimálním řešení. Dodatečná užitná plocha bude mít pro odborníky v oblasti nemovitostí vždy příznivý dopad na posuzování projektu. V USA může být výměra pro pronájem ovlivněna plochou ventilátorové místnosti v závislosti na místních pravidlech pro stanovení pronajímatelných ploch. Tato pravidla se liší nejen v různých oblastech USA, ale i v dalších částech světa. Avšak užitná plocha pro kancelářské prostory je měřitelná a lze ji porovnat mezi různými alternativami. Často to hraje ve prospěch centrálního systému klimatizace.

Příklad výpočtu požadované plochy pro centralizovanou ventilátorovou místnost v porovnání s ventilátorovými místnostmi na jednotlivých podlažích ukazuje, že centralizovaný systém vyžaduje menší plochu. Například budova o 50 podlažích s celkovým objemem přívodního vzduchu 731 013 cfm (345 m3/s) má tři mechanické místnosti: jednu na pátém, jednu na třicátém a jednu na padesátém čtvrtém podlaží. Požadovaná podlahová plocha pro zařízení vzduchotechniky činí 2600 m², plocha pro vzduchotechnické výtahy je 4 241 ft² (394 m²), což celkově dává 32 228 ft² (2994 m²). Alternativa s ventilátory na každém podlaží by vyžadovala plochu 969 ft² (90 m²) pro každý ventilátorový systém na každém podlaží, což by vedlo k celkové požadované ploše 46 502 ft² (4320 m²). Tento příklad ukazuje, že centralizovaný systém vzduchotechniky by spotřeboval méně podlahové plochy než řešení s ventilátory na každém podlaží.

Další celková hrubá plocha budovy by zahrnovala i prostor pro centrální mechanickou místnost, která by byla započítána do celkových nákladů na výstavbu budovy, včetně prostor pro ventilátorovou místnost.

Nesmíme zapomínat na vlivy větru na větrací systém budovy. Vítr může způsobit, že výfukový vzduch přilne k fasádě budovy a následně se může nasát zpět do vstupního systému, což je problém zejména u výfuků kouře nebo kuchyňských výfuků, které obsahují znečišťující látky. Vysokorychlostní výfuky mohou tento problém zmírnit, ale mohou přinést jiné problémy, jako je zvýšený hluk.

Další důležitý aspekt se týká akustiky v budovách. Každý projekt pro komerční využití by měl mít stanovené akustické požadavky podle typu využití prostoru. Například pro otevřené kancelářské prostory se může navrhnout úroveň hluku NC 40, zatímco pro soukromé kanceláře nebo zasedací místnosti by měla být úroveň hluku maximálně NC 35, případně nižší. Akustický inženýr je odpovědný za stanovení těchto parametrů, a to nejen v závislosti na požadavcích uživatelů prostoru, ale i na specifikacích větracích systémů, které mají velký vliv na kvalitu akustického prostředí.

Jak efektivně navrhnout akustickou izolaci v systémech ventilace a klimatizace?

Při návrhu ventilace pro velké budovy a administrativní komplexy je kladeno velké důraz na efektivní řešení hluku v prostorách s ventilátorovými jednotkami. Základní výzvou tohoto procesu je minimalizace hluku vycházejícího z ventilátorů, který může být problémem pro komfort obyvatel a pracovníků v budovách. Základní typy jednotek ventilace, jako jsou systémy s přítokem nebo odtahováním vzduchu, mají značný vliv na výsledný akustický výkon celého systému. Pro dosažení optimálního komfortu a efektivity je nezbytné pečlivě zvážit jak konfiguraci jednotky, tak i použitý typ ventilátoru, který rozhodne o konečných akustických charakteristikách celého systému.

Jedním z nejběžněji používaných řešení pro systémy ventilace na podlaží je tzv. "draw-through" jednotka. Tento typ ventilátoru eliminuje většinu problémů s hlukem vycházejícím z ventilátorové skříně nebo nasávacího hluku, což je častým problémem u systémů s "blow-through" ventilátory. Systém "draw-through" ventilátoru umožňuje efektivní nasávání vzduchu, což zjednodušuje připojení vzduchových kanálů pro odtah vzduchu a zajišťuje lepší distribuci vzduchu do místnosti.

Pokud jde o centrální jednotky s odstředivým ventilátorem (centrifugal fans), jejich použití s sebou nese nutnost zajistit dostatečnou akustickou izolaci, protože tyto ventilátory produkují nižší frekvenční hluk, který je obtížněji potlačitelný. K tomu je nezbytné použít akustické tlumiče, prodloužené vzduchové kanály a další opatření na izolaci, aby se minimalizovala akustická zátěž.

Další akustické problémy spojené s ventilátorovými místnostmi zahrnují konstrukci stěn, které oddělují ventilátorovou místnost od obytných prostor, a opatření pro kontrolu hluku, který může být přenášen vzduchovými kanály. Vysoká úroveň akustické izolace je zásadní pro dosažení požadovaného komfortu v okolních prostorech. Doporučuje se, aby stěny ventilátorových místností měly minimální hodnotu STC 50. V některých případech, kdy je to možné, se doporučuje instalace akusticky izolovaných dveří, například kovových dveří vyplněných jádrem, nebo speciálně navržených těsnění, které pomáhají snížit přenos zvuku.

Při navrhování vzduchových kanálů, které vedou do a z ventilátorové místnosti, je zásadní začít s alespoň 3 metry přímého úseku kanálu, který bude opatřen akustickým izolačním materiálem. Tento úsek kanálu pomůže snížit turbulence vzduchu a umožní lepší distribuci vzduchu do ventilátorové místnosti. V ideálním případě je lepší rozdělit jeden kanál do dvou samostatných cest, čímž dojde k rozptýlení akustické energie a snížení hluku.

Pro zajištění optimálního akustického komfortu v budovách je tedy důležité nejen správně navrhnout ventilátorovou jednotku, ale také pečlivě zvážit každý aspekt, který může ovlivnit šíření hluku. To zahrnuje jak výběr materiálů, tak i detaily konstrukce místností a kanálů, které musí splňovat specifické akustické požadavky. Tyto detaily jsou klíčové pro dosažení výsledku, který minimalizuje nežádoucí hluk a zároveň zajišťuje efektivní fungování systému.

Jak efektivně integrovat elektrické systémy ve vysokých a сверхвысоких зданиях

V rámci návrhu budov, zejména vysokých, supervysokých a megavysokých, se elektrické systémy nacházejí na křižovatce mezi technologickými požadavky a prostorovými omezeními. U těchto typů budov, kde prostor a koordinace mezi různými systémy hraje klíčovou roli, je nezbytné detailně zvážit všechna specifika týkající se elektrických rozvodů, jejich umístění a přístupnosti pro údržbu.

V první fázi návrhu je důležité stanovit technické specifikace pro přívodní napětí, které se v různých regionech liší. Například v USA, Kanadě a Evropě je napětí transformováno na požadované hodnoty (480 V v USA, 600 V v Kanadě, 400 V nebo 380 V v Evropě a Asii). Většina transformátorů je umístěna v podzemních patrech, ale v supervysokých a megavysokých budovách je třeba zajistit jejich instalaci na různých úrovních budovy pro minimalizaci poklesu napětí. Správné umístění transformačních stanic je klíčové pro efektivní distribuci elektrické energie a zároveň pro zajištění dostatečného prostoru pro jejich údržbu.

Elektrické místnosti musí být navrženy tak, aby bylo zajištěno snadné přístupnosti pro údržbu a výměnu zařízení. Vysoké budovy kladou důraz na minimalizaci ztráty prostoru při umístění elektrických zařízení, přičemž je důležité zachovat efektivní využití podlahového prostoru pro nájemní účely. Koordinace mezi architekty a inženýry je klíčová pro dosažení rovnováhy mezi potřebami technických systémů a optimálním využitím prostoru pro nájemce. Prostorové požadavky pro zařízení, jako jsou rozvodné panely, systémy nouzového osvětlení, bezpečnostní systémy nebo požární signalizace, mohou snadno vést k prostorovým konfliktům.

Koordinace mezi elektroinženýry, mechaniky a architekty je nezbytná také při návrhu prostor pro technické systémy, jako je rozvod elektrické energie, ventilační systémy nebo instalace pro odpadní vody. Často je nutné, aby technické místnosti byly odděleny od jiných servisních prostor, jako jsou výtahové šachty nebo šachty pro vzduchotechniku, což může výrazně ovlivnit dispozice budovy. Prostory pro technické vybavení musí splňovat přísné požadavky na ochranu proti požáru, ale také na dostatečné větrání a chladicí systémy pro generátory.

Významným problémem je také optimální rozmístění elektrických kabelů a kabelových tras. Vysoké budovy často vyžadují propojení mezi několika patry, což vytváří problémy s umístěním kabelů a minimalizací jejich délky, aby se snížil pokles napětí. V některých případech musí být komunikační kabely umístěny odděleně od elektrických, což může vést k nutnosti dalšího prostoru pro kabelové trasy a zvýšení složitosti jejich návrhu.

Jedním z klíčových aspektů návrhu je rovněž výběr osvětlení pro budovy tohoto typu. Osvětlení v supervysokých a megavysokých budovách by mělo být navrženo s ohledem na energetickou účinnost, která nejenom snižuje náklady na energii, ale také pomáhá snížit zátěž na chladicí systémy budovy. Důraz je kladen na využívání přirozeného denního světla, které lze regulovat pomocí fotobuňek a pokročilých řídicích systémů, které automaticky přizpůsobují umělé osvětlení aktuálním podmínkám v prostoru.

Důležité je také zvážit, jak různé systémy ovlivňují tepelnou zátěž budovy. Například klimatizační systémy musí být dimenzovány tak, aby odpovídaly jak elektrickému osvětlení, tak i dalším technickým zařízení. Proto je koordinace mezi mechanickými, elektrickými a tepelnými systémy nezbytná pro dosažení optimální energetické účinnosti a provozní efektivity.