Hvordan vindtryk på bygningens facade påvirker indeklimaet og luftstrømning

Når vindtrykket på bygningens facade virker på en åben konstruktion, bliver luftstrømningen gennem bygningens åbninger påvirket af flere faktorer. En af de mest væsentlige faktorer er hvordan vindretningen og vindhastigheden spiller ind på trykket omkring bygningens åbninger. Åbninger, der er placeret på modsatte sider af bygningen, kan opleve meget forskellige tryk afhængigt af, hvordan vinden interagerer med bygningens struktur. Hvis vindens tryk er parallelt med åbningernes placering, vil det gennemsnitlige vindtryk på begge sider af åbningerne være næsten identisk, hvilket skaber en tilstand, hvor der er nul infiltration og luftudveksling mellem indre og ydre luftmasser. Dog vil der i praksis altid ske en form for luftblanding.

En alternativ tilgang er den, som Akin et al. (1979) foreslog, hvor vertikaltryksfordelingen blev udtrykt ved en enkelt "lokal" trykkoefficient. Denne trykkoefficient er beregnet ved hjælp af en formel, som afhænger af vindhastigheden ved den specifikke højde af bygningens facade, ikke bygningens samlede højde. Denne fremgangsmåde resulterer i en trykkoefficient, som adskiller sig væsentligt fra de trykkoefficienter, der anvendes i flere vindtrykstandarder.

Når vinden blæser mod bygningen, ændrer det eksterne tryk omkring åbningen sig på grund af både vindens tryk og det hydrostatiske tryk. For at modellere dette trykforhold, kan der anvendes en trykfaldsligning, som beskriver den samlede trykændring ved åbningerne. Dette trykfald afhænger af flere faktorer, herunder højden på åbningen, dens placering i forhold til jorden, og vindens hastighed. Dette betyder, at selv små ændringer i vindretningen kan føre til markante ændringer i trykfaldet over åbningerne.

Når man modellerer denne form for luftstrømning, kan det være nødvendigt at anvende iterative metoder for at finde den rette balance mellem vindtryk og luftstrøm gennem åbningerne. En implicit metode kan anvendes, hvor der tages højde for trykændringerne og luftstrømmene i en kontinuerlig proces, der justeres, indtil den ønskede balance er opnået. Omvendt kan en ekspllicit metode benyttes i de tidlige designfaser, hvor størrelsen på åbningerne bestemmes ud fra designkravene for at sikre, at de nødvendige luftstrømme opnås.

Det er vigtigt at bemærke, at vindtrykdata for specifikke bygninger kan hentes fra vindkanalstudier eller fra CFD (Computational Fluid Dynamics) analyser, der kan modellere bygningens indvirkning på vindstrømmene i meget detaljerede scenarier. Det er dog svært at anvende fysiske modeller til at beskrive adventitive åbninger, da sådanne små åbninger ofte ikke kan skaleres effektivt i modellerne. Derimod kan CFD-pakker bruges til at definere specielle ind- og udstrømningsbetingelser, der kan simulere effekten af disse adventitive åbninger.

Når det kommer til at designe ventilationssystemer til bygninger, er det derfor vigtigt ikke blot at have den korrekte vindhastighed, men også at forstå, hvordan trykkoefficienterne ændres med bygningens placering og den omgivende terrain. Valget af den korrekte trykkoefficient afhænger af bygningens form, dens højde og dens forhold til den omgivende vindstrøm, hvilket understreger behovet for præcise målinger og analyser for at optimere bygningens design med hensyn til luftstrøm og indeklima.

Hvordan opnåelse af termisk komfort og naturlig ventilation i høje bygninger påvirkes af ASHRAE- og EN-standarder

Termisk komfort i bygninger, især høje bygninger, er et komplekst og multifacetteret emne, hvor både design og driftsforhold spiller en vigtig rolle. Et centralt aspekt ved at opnå passende termisk komfort i en bygning er at forstå, hvordan forskellige klimaforhold, ventilation og bygningens systemer kan arbejde sammen for at opnå et behageligt indeklima. For at vurdere og sikre den nødvendige termiske komfort i bygninger anvendes der forskellige metoder og standarder, såsom ASHRAE 55-2013 og EN 15251. Disse standarder tilbyder vejledninger til design og vurdering af termisk komfort og naturlig ventilation, men der er væsentlige forskelle i, hvordan de hver især håndterer disse forhold.

ASHRAE 55-2013 beskriver den adaptive komfortmodel, som tager højde for menneskets evne til at tilpasse sig forskellige termiske forhold i det omgivende miljø. Modellen anvender en række kriterier, som hjælper med at bestemme, om et rum er komfortabelt for beboerne. I kontrast hertil kræver EN 15251 en mere statisk vurdering, der måske ikke er lige så fleksibel i forhold til varierende udendørs forhold. Når disse standarder anvendes til samme bygning, som det er vist i de illustrative figurer, kan der opstå væsentlige forskelle i, hvordan rummets opererende temperaturer bedømmes, og om de ligger inden for komfortzonen.

Når man anvender ASHRAE 55-2013-metoden til at analysere naturligt ventilerede rum, giver det en nyttig metode til at vurdere potentialet for naturlig ventilation under designfasen. Vurdering af naturlig ventilation kræver dog ofte en mere detaljeret tilgang, især når man anvender den ugentlige løbende gennemsnitsmetode. Dette kan føre til resultater, hvor mange timer er uden for komfortzonen, hvilket kan medføre udfordringer i forhold til at opfylde standardens krav. Diskussionen om, hvilke ugentlige omgivende forhold der bør anvendes i analysen, er et centralt punkt i denne proces.

Selv små variationer i de anvendte metoder kan have en betydelig indvirkning på vurderingen af, om et rum er komfortabelt. For eksempel kan forskellen mellem fladt gennemsnit og det løbende gennemsnit føre til en betydelig ændring i de estimerede timer, der falder inden for komfortzonen, især når man tager højde for faktorer som luftfart. Dette kan skabe et dilemma for designeren, der enten kan ændre åbningernes størrelse for at sikre, at alle timer er inden for komfortzonen, eller forhandle med bygherren og relevante myndigheder om det acceptable antal timer, hvor komforten er overskredet.

Denne analyse af naturlig ventilation og dens overensstemmelse med ASHRAE 55-2013 og andre standarder som ASHRAE 62.1 (som regulerer indeklimaet og ventilation) giver vigtige indsigter i, hvordan bygninger kan designes for at fremme et sundt og komfortabelt indeklima. Det er også væsentligt at overveje det forhold, som disse analyser har til energiforbrug og effektivitet. Det er ofte nødvendigt at finde en balance mellem at sikre, at der er tilstrækkelig ventilation, samtidig med at man minimerer energiomkostningerne.

I visse tilfælde er det muligt at opnå en form for naturlig ventilation, selv når det ydre klima synes ugunstigt. For eksempel kan visse måneder som marts og september, hvor udendørstemperaturerne er køligere, muligvis føre til situationer, hvor naturlig ventilation ikke er ideel. For at sikre, at ventilationen er effektiv, kan det være nødvendigt at ændre ventilationssystemets åbningernes størrelse for at optimere luftstrømmen i overensstemmelse med de krav, der stilles af både ASHRAE 55-2013 og eventuelle lokale energikoder.

Det er afgørende, at designere og ingeniører, når de arbejder med naturlig ventilation og termisk komfort, nøje overvejer både klimaforholdene og de teknologiske muligheder for at justere og optimere bygningens indre systemer. Disse systemer skal kunne tilpasse sig skiftende udendørs forhold og imødekomme både komfortkravene og energieffektivitet. I sidste ende kan det være nødvendigt at finde kompromiser, som tager højde for både de tekniske standarder og bygningens økonomiske og miljømæssige mål.

Hvordan vælge den rigtige central opvarmnings- og køleanlæg til højhuse?

Mange, men ikke alle, høje kommercielle kontorbygninger vil kræve et centralt anlæg til at levere koldt og varmt vand eller damp for at opfylde bygningens køle- og varmebehov. Hvis pakker med direkte ekspansionsudstyr anvendes etage for etage, som det beskrives i detaljer i kapitel 8, vil et koldt vandanlæg ikke være nødvendigt. På samme måde, i kolde klimaer, hvor varme er nødvendig, hvis elektrisk modstandvarme bruges, enten langs den ydre væg eller i en loftventileret luftkonditioneringsterminal, der forsyner bygningens periferi, vil et centralt varmtvands- eller dampkedelanlæg ikke være nødvendigt. Der er også geografiske steder, hvor koldt vand og/eller damp eller varmt vand leveres fra et centralt forsyningsnet. Hvis disse køle- eller varmekilder anvendes, er et køle- eller kedelanlæg ikke nødvendigt.

For de fleste andre installationer kræves et centralt koldt vandanlæg, der bruger kølemaskiner, og et centralt kedelanlæg. Der er flere faktorer, som bør overvejes, når man træffer den mest rationelle beslutning om typen og placeringen af opvarmnings- og køleanlægget:

• Vægt, pladsbehov og indvirkning på den strukturelle system

• Påvirkning af byggeplanen

• Specifikke ændringer i mekaniske rum og slabkonstruktioner, hvor udstyret er placeret

• Akustiske hensyn

• Drift og vedligeholdelse: nemhed og omkostninger

• Tilgængelige energikilder

• Årlige driftsomkostninger og eventuelle livscyklusomkostninger

En grundig analyse er nødvendig for at bestemme, hvilket kølesystem der skal installeres i et projekt. Valgene er normalt begrænset til enten centrifugale kølemaskiner eller absorptionsmaskiner. Centrifugale maskiner kan være elektrisk drevne eller dampdrevne og er næsten altid vandkølede. Absorptionsmaskiner kan være enkelt-effekt eller dobbelt-effekt, men for at udnytte dobbelt-effektmaskinerne med den fordel, der opnås ved lavere energiomkostninger, kræves der højtryk damp. Brugen af højtryk damp er sjælden i et kommercielt projekt, medmindre dampen er tilgængelig fra et centralt forsyningsnet.

I højhuse er det også sjældent, at luftkølede kølemaskiner anvendes, men i visse tilfælde kan de finde anvendelse i områder, hvor vand til at imødekomme køletårnets behov enten ikke er tilgængeligt eller er for dyrt. Luftkølede maskiner kræver ofte større plads og kan føre til højere driftsomkostninger, da kondensationstemperaturen er højere end i vandkølede systemer, hvilket giver en mindre effektiv drift.

Placeringen af det centrale opvarmnings- og køleanlæg er ofte en af de mest komplicerede beslutninger. Den påvirker både de strukturelle omkostninger og den arkitektoniske udformning af bygningen, samt tidsplanen for konstruktionen. Mange gange er beslutningen om at placere anlægget under jordniveau baseret på ønsket om at reducere bygningens indvendige brugbare areal, selvom dette kan medføre designkomplikationer og potentielt øgede samlede projektomkostninger.

Placeringsbeslutningen for anlægget afhænger også af de tekniske krav til køling og opvarmning. Køleanlæggene kræver, at koldt og kondensvand pumpes til og fra køleudstyret, og derved stilles krav til både elektricitet eller damp til drift af maskinerne. Ved installation af kedler skal der også tages højde for brændselsforsyning og, hvis nødvendigt, udstødning af forbrændingsprodukter.

Uanset placering skal designet tage højde for, at installationen af anlægget skal kunne opretholde effektiv ventilation og opfylde alle tekniske krav til de specifikke behov for køling og opvarmning.

Endtext

Hvordan design af mekaniske og elektriske systemer i høje kontorbygninger påvirker bygningens funktionalitet og bæredygtighed

En af de primære funktioner for mekaniske og elektriske systemer er at skabe et produktivt, komfortabelt og sikkert miljø for de personer, der skal arbejde i bygningen. I begyndelsen af bygningens historie var systemernes primære formål at give nødvendige arbejdsbetingelser, hvilket fortsat er tilfældet i dag. Siden da har udviklingen af aircondition, energieffektive løsninger og forbedrede designmuligheder ændret landskabet for disse systemer, især i høje bygninger.

Med tiden er det blevet klart, at designet af mekaniske og elektriske systemer ikke blot skal opfylde grundlæggende funktionelle behov. I moderne tid må designet tage højde for en række andre faktorer, såsom bæredygtighed, energibesparelser, miljøpåvirkning og, vigtigst af alt, bygningens evne til at modstå ekstreme forhold. For eksempel er der en øget opmærksomhed på at skabe bygninger, der kan tilpasse sig klimaforandringer og andre miljømæssige udfordringer.

Et af de store ændringer i designet af mekaniske systemer i højhuse er introduktionen af energibesparende bygningsteknikker, som langt overstiger kravene i energikoderne. Dette har ført til en ændring i den måde, bygningens facade og indre systemer fungerer på. Der er i dag større fokus på at reducere solenergiens påvirkning af bygningens indre, optimere brugen af dagslys til at minimere belysningsbehov og genbruge en betydelig procentdel af bygningens energi.

Bygningens design skal også tage højde for ændrede brugsmønstre, som eksempelvis den stigende anvendelse af personlige computere og alternative telekommunikationssystemer. De mekaniske systemer i bygningen skal kunne tilpasse sig disse ændrede behov og samtidig opretholde et højt niveau af komfort og funktionalitet.

En vigtig faktor i designet af mekaniske og elektriske systemer er bygningens evne til at reagere på miljø- og grønne bygningens krav. Disse krav inkluderer ikke kun energibesparelser, men også forbedring af indeklimaet, anvendelse af bæredygtige designmetoder og nye teknologier, der kan hjælpe med at reducere bygningens miljøpåvirkning både i dag og i fremtiden.

Bygningskoder og standarder spiller en afgørende rolle i designet af høje bygninger. Alle koder og standarder definerer specifikke krav, der gælder for høje bygninger. Disse krav omfatter alt fra bygningens evne til at modstå solvarme og sikre effektiv lufttransport, til behovet for brandbeskyttelsessystemer og livsforsikringskrav. Hver kode relaterer sig til et specifikt aspekt af bygningens funktionalitet og sikkerhed.

Energistrategier for høje bygninger er grundlæggende rettet mod at minimere energiforbruget og optimere ressourceforbruget. Det er vigtigt at overveje faktorer som solens påvirkning af bygningens facade, anvendelsen af dagslys, og muligheden for at genbruge energi i bygningen. Desuden bør der også overvejes passive teknologier som vinddreven ventilation og lavenergi terminaler på de beboede etager. Dette kan reducere bygningens samlede energiforbrug og bidrage til et sundere og mere behageligt indeklima.

I denne kontekst er det nødvendigt at designe bygninger, der både imødekommer de specifikke behov for de forskellige interessenter – fra ejendomsejere til lejerne – og samtidig sikrer, at de er energieffektive og bæredygtige i fremtiden. Højhuse er komplekse strukturer, og det er vigtigt, at alle designparametre er nøje overvejet fra starten af designfasen for at undgå dyre ændringer senere.