Hvordan man vælger det rette HVAC-system til højhuse

Når man arbejder med design og konstruktion af højhuse, er valget af det rette HVAC-system (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) af største betydning for bygningens funktionalitet og effektivitet. Dette valg er tæt knyttet til både de tekniske krav og de specifikke behov, der opstår i sådanne komplekse bygninger. Det er ikke blot et spørgsmål om at vælge den rette teknologi, men også at forstå, hvordan systemet skal integreres i bygningens samlede arkitektoniske og strukturelle rammer.

Valget af et passende HVAC-system og dets understøttende udstyr skal tage højde for flere faktorer, herunder de indledende kapitalomkostninger, fremtidige krav til bygningens beboelse, arkitektoniske restriktioner, eksterne miljøkrav og, i visse tilfælde, seismiske krav. Derudover skal systemet være energieffektivt, minimere drift- og vedligeholdelsesomkostninger og kunne håndtere brand- og røgstyring effektivt. Denne type overvejelser er ikke unikke for højhuse, men de bliver mere komplicerede og specifikke på grund af bygningens størrelse og de ekstra krav, der følger med det.

Typiske aircondition-systemer, der anvendes i højhuse, omfatter VAV-systemer (Variable Air Volume) eller fan-coil enheder. De nyeste systemer, der tilbyder større fleksibilitet i komfort og luftkvalitet, omfatter hybridløsninger som strålingslofter, aktive bjælker og displacement ventilation, både fra sidevægge og gulve. Alle disse systemer skal vælges og tilpasses på baggrund af bygningens design, kravene til luftkvalitet og temperaturkontrol samt de specifikke behov i de enkelte rum.

En af de mest almindelige løsninger til højhuse er VAV-systemet. Dette system justerer luftmængden baseret på kølebehovet, hvilket betyder, at det kan variere mængden af kold luft, der tilføres et rum, afhængig af rummets behov. Det er værd at bemærke, at tidligere aircondition-systemer i højhuse brugte konstant luftmængde og justerede luftens temperatur ved hjælp af genopvarmning eller dobbeltkanalsystemer. Dog blev disse løsninger sjældnere anvendt, da de var mindre energieffektive.

En anden mulighed er en serie-flow fan-powered VAV-enhed, som konstant leverer luft til rummet ved at blande den kolde luft med den tilbageværende luft fra rummet. Denne løsning har den fordel, at luftstrømmen forbliver konstant, hvilket skaber bedre luftfordeling. Selvom systemet kræver lidt mere energi, er forskellen så lille, at det sjældent bliver en problemstilling i valg af terminaler. Denne enhed er ofte valgt i bygninger, hvor konstant luftstrøm er vigtig for komforten.

Induktionsbokse er også en mulighed, hvor luftmængden reduceres, mens rumluften blandes med den forsynede luft for at opretholde en konstant luftstrøm. Denne type enhed kræver højere indløbstryk og øger dermed energiforbruget, hvilket kan være en ulempe ved store projekter. Af denne grund er induktionsbokse ikke så hyppigt valgt til store kommercielle bygninger.

For de yderste zoner i en bygning, især i geografiske områder, der kræver varme, skal systemet kunne give ekstra opvarmning. Dette kan gøres ved at installere en varmvandsradiator eller en elektrisk baseboard-varmeflade, som kan styres individuelt eller efter udendørstemperaturen. Alternativt kan opvarmning også integreres i VAV-enhederne selv, enten gennem varmtvands- eller elektriske spoler, der aktiveres, når rumtemperaturen falder under et bestemt niveau.

VAV-systemerne kan konfigureres til at være tryk-uafhængige, hvilket betyder, at luftstrømmen forbliver konstant, selvom trykket i systemet ændres. Dette er afgørende for energieffektiviteten, da det sikrer, at systemet kun leverer den nødvendige luftmængde, hvilket reducerer energiomkostningerne. Modulerende spjæld, der styres af termostater, hjælper med at justere systemets luftstrøm baseret på de aktuelle behov i de enkelte zoner, hvilket sikrer effektiv brug af energi og et komfortabelt indeklima.

Hvilke overvejelser er nødvendige, når man vælger ventilationssystemer til højhuse?

Valget af ventilationssystemer i højhuse er en fundamental beslutning, der påvirker hele bygningens design og funktionalitet. Dette valg omfatter valget mellem centrale ventilationssystemer i et central mekanisk udstyrsrum (MER), der betjener flere etager, eller et system med lokale ventilationsrum på hver enkelt etage. Begge løsninger har deres fordele og ulemper, og det er afgørende for hele designteamet at vurdere disse, da det kan påvirke både omkostningerne, bygningens æstetik og bygningens strukturelle udformning.

Når man ser på et projekt som Jeddah Tower, som er en af de højeste bygninger i verden, er beslutningen om ventilationssystemer endnu mere kompleks, da bygningens teknologiske og designmæssige krav kræver løsninger, der både er effektive og funktionelle på ekstremt høje niveauer. Dette kræver nøje overvejelse af systemernes indvirkning på bygningens energiudnyttelse og langsigtede driftsomkostninger.

I tilfælde af et centraliseret ventilationssystem, som det f.eks. er valgt i flere store højhuse som Jeddah Tower, leveres den behandlet luft fra ét eller flere centrale ventilationssystemer, der kan betjene hele bygningens etager. Dette system benytter vertikale risere, som leder luften op gennem bygningens kerne og ind i de enkelte etager. Ulempen ved dette system kan være, at det kræver store mængder plads til installation af luftkanaler og ventilationsudstyr i bygningens centrale kerne, hvilket kan ændre bygningens indre layout og æstetik.

Et alternativt system, hvor ventilationsenheder er installeret på hver enkelt etage, kan give større fleksibilitet i bygningens design. Det tillader mere uafhængig drift af de enkelte etager og kan potentielt reducere kompleksiteten i forbindelse med luftkanalernes installation. På den anden side kan det føre til højere omkostninger og kompleksitet i installationen af ventilationssystemerne, da hvert lokale ventilationssystem skal være selvforsynende og tilpasse sig de specifikke behov for hver etage.

Jeddah Tower, med sin højde og omfattende funktioner, stiller ekstraordinære krav til de valgte ventilationssystemer. En effektiv løsning kan være at bruge et centralt ventilationssystem, der er udstyret med udendørs luftøkonomizere, hvilket reducerer energiforbruget ved at maksimere udnyttelsen af frisk luft, når vejret tillader det. Dette system kan have flere luftbehandlingssystemer, der arbejder sammen for at fordele den nødvendige luft til bygningens forskellige etager via en kompleks netværk af kanaler og ventiler.

En vigtig overvejelse i forbindelse med designet af højhuse som Jeddah Tower er nødvendigheden af at integrere avanceret temperatur- og fugtkontrol, hvilket er kritisk for at sikre komforten for bygningens beboere og brugere. De specifikke klimaforhold i Saudi-Arabien kræver, at luftfugtigheden opretholdes på et konstant niveau, hvilket gør det nødvendigt med strenge kontrolmekanismer. Dette kan medføre ekstra krav til ventilationssystemernes design og funktion.

Uanset om man vælger et centralt system eller lokale systemer, skal beslutningen baseres på bygningens specifikke krav, herunder dens størrelse, funktion og de teknologiske muligheder, der er tilgængelige. For Jeddah Tower, der kombinerer luksuriøse boliger, kontorer, og offentlige områder som observatoriet, er effektiv energistyring og luftbehandling afgørende for at opnå bæredygtighed og komfort på alle niveauer af bygningen.

Hvordan designet af elevatorer i høje bygninger påvirker beboernes komfort og sikkerhed

Moderne højhuse rummer et væld af funktioner og faciliteter, som er langt mere avancerede end dem, man finder i traditionelle boligbyggerier. Dette gælder især for de mange typer af lejligheder, der findes i disse bygninger, som kan variere fra ejerlejligheder til ferielejligheder og hotelservicelejligheder. En af de mest markante udfordringer i sådanne bygninger er designet af elevator- og vertikale transportsystemer, der skal sikre effektivitet og komfort for beboerne, samtidig med at de tager højde for specifikke behov som sikkerhed, tilgængelighed og særlige leveringskrav.

Når det drejer sig om design af elevatorer i højhuse, er der mange faktorer, som spiller en rolle. Et af de centrale aspekter er adgangen til de forskellige etager i bygningen. Når flere banker af elevatorer betjener flere etager, betyder det, at service-elevatorer muligvis ikke stopper på alle etager, og de vil sjældent stoppe på de mekaniske etager, hvor elevatorerne vedligeholdes. Selvom det ikke er et krav at undgå at bruge passager-elevatorer som service-elevatorer, kan det føre til væsentlige problemer, som kræver nøje overvejelse, når man designer elevator-systemet.

Et karakteristisk eksempel på et effektivt elevatordesign i et højt byggeri er Burj Khalifa i Dubai, hvor tre sky-lobbyer fungerer som transferstationer, hvor beboerne og besøgende skifter fra ekspresselevatorer til lokale elevatorer. Dette design dividerer bygningen i flere kortere zoner, hvilket reducerer ventetid og rejsetid markant. En sky-lobby giver mulighed for at opdele bygningen i sektioner, hvor hver sektion har sin egen lokale elevator, som så transporterer beboerne fra sky-lobbyen til deres etager. På denne måde kan man sikre, at beboerne har adgang til både høj kvalitet og bekvemmelighed, samtidig med at man mindsker ventetider.

Udover at sikre beboernes komfort, spiller elevatorernes design også en rolle i bygningens arkitektoniske udtryk og funktionalitet. Elevatorerne skal være i overensstemmelse med den overordnede æstetik og stemning i bygningens lobbyer og de forskellige typer lejligheder. Desuden skal systemet kunne håndtere specifikke behov, herunder beboernes sikkerhed, adgang for besøgende, levering af varer og tjenester, samt specielle krav som adgang for bevægelseshæmmede og beskyttelse af beboernes privatliv.

En vigtig faktor at tage højde for er spidsbelastningstider, specielt de tidspunkter på dagen, hvor flest beboere er på vej hjem eller ude af bygningen, f.eks. om eftermiddagen eller tidligt om aftenen. Elevatorens kapacitet og hastighed skal designes med henblik på at kunne håndtere disse peak-perioder effektivt. Dette betyder, at elevatorernes gennemsnitlige interval og den krævede kapacitet skal beregnes baseret på den samlede befolkning i bygningen og deres specifikke behov.

For at sikre effektivitet og komfort skal elevator-systemet også tage højde for specialbehov såsom tilgængelighed for kørestolsbrugere, plads til bårer og levering af store genstande, som for eksempel klaverer. Service-elevatorer, som bruges til flytning og levering, skal være tilstrækkeligt store og designet med separate indgange, hvilket kan være nødvendigt for at undgå problemer med ventilations- og trykforhold.

Elevatorernes mekaniske systemer kræver også særlig opmærksomhed. For eksempel kan det være nødvendigt at reducere mekanisk og elektrisk støj og vibrationer, som kan påvirke beboernes livskvalitet, især i bygninger med postspændte konstruktioner. En god løsning her er at have specialdesignet støjisolering, som kan minimere forstyrrelser. Desuden skal maskinrummene være tilgængelige uden at gå igennem penthouse-lejligheder, hvilket hjælper med at bevare beboernes privatliv.

Korrekt køling af elevator-maskinrummet er afgørende, da dette rum indeholder både elektriske motorer og varmeafgivende elektroniske komponenter, som skal holdes ved passende temperaturer for at sikre driftssikkerhed. I varme perioder bør maskinrummet køles til en maksimal temperatur på 27°C, mens det skal opvarmes i kolde perioder for at sikre, at temperaturen ikke falder under 16°C.

Elevatorsystemernes design i højhuse kræver en grundig forståelse af både tekniske, funktionelle og æstetiske faktorer. De påvirker ikke blot beboernes daglige liv, men også bygningens værdi og bæredygtighed på lang sigt. En effektiv og gennemtænkt vertikal transportløsning er derfor et uundværligt element i designet af moderne, højhuse, som skal kunne imødekomme de stadig mere komplekse krav, der stilles af både beboere og bygherrer.

Hvordan skaber man negativt tryk på røgzoneniveauet og positivt tryk på de øvrige etager i bygninger?

Metoden til at opnå et negativt tryk i røgzonen og et positivt tryk på etagerne ovenfor og nedenfor røgzonen afhænger af den type system, der anvendes i projektet. Der findes to alternative systemer, der ofte benyttes: centrale aircondition-anlæg og etage-for-etage aircondition-systemer. Disse alternativer blev beskrevet detaljeret i kapitel 8 af denne designvejledning. Røgkontrollen for de to tilgange skal behandles separat, da løsningerne adskiller sig for hver tilgang.

Røgkontrol med centrale aircondition-systemer

På de etager, der er tættere på brandområdet (dvs. etagen over og under brandet), vil forsyningsventilatoren tilføre 100% frisk luft, og returkanalerne vil blive lukket. Dette presser effektivt etagerne over og under brandzonen samt trappeopgange og elevatoraksler, samtidig med at så meget af røgprodukterne som muligt fjernes uden at forurene de nærliggende områder. Variabelt frekvensdrev på forsynings- og returventilatorerne vil sikre, at der opretholdes den rette luftstrøm. Returventilatoren skal sikre, at der trækkes mindst 6 til 8 luftskift (ach) fra hver brandetage.

Røgkontrol med etage-for-etage aircondition-systemer

I etage-for-etage aircondition-systemer er ventilatorarrangementet anderledes. For at kunne kontrollere røg effektivt på en brandetage, er det nødvendigt at installere en røgudblæsningsskakt til hvert lokale ventilatorrum, som afsluttes i det centrale ventilatorrum, der indeholder forsyningsventilatoren. Røgudblæsningsskakten, som røgudblæsningsventilatoren er tilsluttet, skal dimensioneres for at sikre et luftskift på 6 til 8 ach for den største etage i den vertikale etage-stak. Hver kanalforbindelse til røgudblæsningsskakten skal indeholde en to-position skodde. Når der opstår brand på en bestemt etage, åbnes kanalen til røgudblæsningsskakten på den etage, mens kanalen til de andre etager forbliver lukket. Røgudblæsningsventilatoren startes, og kun retur luften fra brandetagen vil blive blæst ud af bygningen. Forsyningsluften til de etager, der er over og under brandzonen, kan køre med 100% udendørsluft, hvilket presser etagerne og effektivt afgrænser røgfyldt luft.

Røgkontrol i atrier

En arkitektonisk funktion, der findes i mange bygninger, er inkluderingen af et atrium, der forbedrer bygningens æstetik. Men et atrium skaber specielle forhold for røgkontrol, som normalt er dækket af reglerne i bygningslovgivningen i den pågældende jurisdiktion. Tidligere har koder i USA krævet en specifik røgfjernelsesrate for atrier, målt i luftskift per time over atriets samlede volumen. Nyere forskning har dog vist, at denne tilgang ikke er hensigtsmæssig for røgkontrolsystemer i atrier. Både International Building Code (ICC 2012) og NFPA 5000 (NFPA 2018c) benytter nu en præstationsbaseret designmetode, der er beskrevet i NFPA 92, Standard for Smoke Control Systems.

For høje kommercielle bygninger, der indeholder et atrium, skal der installeres et røgkontrolsystem, typisk drevet af mekaniske ventilatorer. Naturlig ventilation er ikke altid en praktisk løsning. Under International Building Code og NFPA 5000-2015, skal ventilatorerne i atriet kunne kontrollere højden af den ophobede røg, så røglaget i atriets øverste del holdes mindst 3 meter over gangarealerne, der fungerer som flugtveje fra røgzonen.

Trappehustryk

De fleste bygningskoder kræver, at brandtrapperne i høje kommercielle bygninger skal være under tryk for at holde dem røgfri i tilfælde af brand. Dette opretholdte røgfrie miljø i trappehusene er vigtigt af flere grunde. For det første skal trappehusene fungere som tilflugtsområder for beboerne, der bliver opfordret til at forlade brandetagen eller en nærliggende etage. Dernæst skal trappehusene gøre det muligt for brandfolk at komme ind i bygningen, så de kan lokalisere og kontrollere branden.