Lämpöolosuhteet lasirakenteen läheisyydessä, tekniset ratkaisut ja LEED. Timo Saukko Helsinki

Transkriptio

1 Lämpöolosuhteet lasirakenteen läheisyydessä, tekniset ratkaisut ja LEED Timo Saukko Helsinki

2 Lasi toimistorakentamisessa Lasin käyttö toimistorakentamisessa lisääntyy Monipuolinen, näyttävä ja teknisesti haastava Kierrätettävä, ympäristöystävällinen Pitkäikäinen oikein toteutettuna

3 Sisältö Mitä merkitystä on lämpöolosuhteilla? Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Tekniset ratkaisut LEED

4 Mitä merkitystä on lämpöolosuhteilla? Toimitilojen suhteen on esitetty useissa eurooppalaisissa tutkimuksissa suhdelukua 1:5:200 /1/ 1 on rakentamisen ja rakennuttamiset kustannukset 5 on rakennuksen käyttökulut (vesi, lämmitys, ylläpito) 200 on palkat ja liiketoiminnan muut kulut Suhdeluvusta on esitetty kritiikkiä /2/ Suhdelukua on vertailtu Suomessa ja sen on todettu vastaavan todellisuutta suurissa toimitilakohteissa /3/ -- > jos työn tuottavuutta voidaan nostaa toimitilassa 3-4%, koko rakennuksen kulut kompensoituvat! Evans, R., Haryott, R., Haste, N., Jones, A. The long term costs of Owning and Using buildings. Royal academy of Engineering Hughes, W., Ancell, D., Gruneberg, S., Hirst, L. Exposing the myth of the 1:5:200 ration relating initial cost, maintenance and staffing costs of office buildings. Khosrowshahi, F. (Ed.), 20th Annual ARCOM Conference, 1-3 September 2004, Heriot Watt University. Association of Researchers in Construction Management, Vol. 1, Tuomaala, P. VTT.2012.

5 Mitä merkitystä on lämpöolosuhteilla? Hyvin pienellä (0,1-2,0 %) työn tuottavuuden nousulla voidaan vaikuttaa dramaattisesti yritysten tuottavuuteen /1/ 1 C sisälämpötilan lasku säästää 5% lämmityskuluissa /2/ Clements-Croome, D. J., Environmental Quality and the Productive workplace. Professor of Construction Engineering, The School of Construction Management and Engineering. Edinburgh MOTIVA.

6 Mitä merkitystä on lämpöolosuhteilla? On osoitettu että 2 C lämpötilamuutoksella epämukavasta lämpötilasta lämpöviihtyvyyden alueelle voidaan nostaa työntekijän suorituskykyä 5 %! /1/ Suomessa ja Pohjois-Amerikassa toteutetussa laajassa kyselytutkimuksessa havaittiin, että lämpöolosuhteet ovat kunnossa vain alle 11 % toimitiloista /2/ Tham, K.W., Willem, H.C., Sekhar, S.C., Wyon, D.P., Wargocki, P., Fanger, P.O. Temperature and ventilation effects on the work performance of office workers (study of a call centre in the topics). Healthly Buildings 2003 Proceedings 7th International Conference (7th-11th December 2003) National University of Singapore Vol. 3, pp Huizenga, C., Abbaszadeh, S., Zagreus, L., Arens, E. Air Quality and Thermal Comfort in Office Buildings: Results of a Large Indoor Environmental Quality Survey. Proceedings of Healthy Buildings 2006, Lisbon, Vol. III,

7 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin

8 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Ilman oikeita teknisiä ratkaisuja lasirakenteet huonontavat merkittävästi toimitilojen lämpöolosuhteita Kylmä talvella Kuuma kesällä Lämpösäteilyn epäsymmetriat Konvektiiviset ilmavirtaukset

9 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Lasien pintalämpötilat huoneen puolella EN673 standardin mukaan laskettuna eri ulkolämpötiloilla /1/ Ulkoilman lämpötila oc Huone lämpötila o C Eristelasin U-arvo W/m2K Lasin keskiosan pintalämpötila huoneen puolella oc 20 0,6 16,0 17,0 17,7 18,4 20 1,1 13,0 14,3 15,7 17,1 20 1,3 11,5 13,2 15,0 16,6 HUOM! Koko lasirakenteen U-arvo yleensä n. 0,2W/m2K lasin U-arvoa heikompi! Lasien reuna-alueiden pintalämpötilat tätä kylmempiä! 1. Dioup, A. Study Report FSG. Saint-Gobain Chantereine R&D Centre, Saint-Gobain Glass France. Internal Report, not published. Paris, France

10 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Lasin pinnan ja huonelämpötilan välille muodostuu lämpötilaero Lasin vieressä ilma on kylmempää, ja raskaampana se virtaa alaspäin Ilmavirtauksen muuttuessa horisontaaliseksi, se aistitaan vedon tunteena Lämpösäteilyn epäsymmetriat! Aiheesta on useita tutkimuksia: Shillinghaw, J. A., Cold Window Surfaces and Discomfort. Building Services Engineering; 45(1977), July, Fanger, P.O., Ipsen, B. M., Langkilde, G., Olesen, B. K. Christensen, N. K., Tanabe, S. Comfort Limits for Asymmetric Thermal Radiation, Energy and Buildings, 8 (1985) Christensen, K. E., Jeppesen, J., Overby, H., Reduktion af traekgener i opholdszonen ved motering af sprosser i vindueskonstruktioner., Dansk VVS, June 1994, Vol 30, s Topp, C., Heiselberg, P. Reduktion af kuldenedfald ved hoje glasflader, Dansk VVS, 2/1996, Vol 32, s32-36 Heiselberg, P., Stratified flow in rooms with a cold vertical wall. ASHRAE Transaction 100 (1994):2, Heiselberg, P., Draught risk from cold vertical surface. Building and Environment 29 (1994):3, Heiselberg, P., Overby, H., Bjorn, E., Energy-efficient measures to avoid downdraft from large glazed facades. ASHRAE Transaction 101 (1995):2,

11 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Yleisimmin tieteellisissä artikkeleissa alas virtaavan ilman nopeus (V) on laskettu kaavalla: V= k h x T m/s k vaihtelee 0,05-0,1 /1/ h on lasipinnan korkeus (m) Δ T on lämpötilaero huonelämpötilan ja lasipinnan välillä (K) Karumaan kaavalla /2/ saadaan huomattavasti korkeampia arvoja! Heiselberg, P., Draught risk from cold vertical surface. Building and Environment 29 (1994):3, Karumaa, K. Jäähdytyspalkit ja sekoittava ilmanvaihto. Fläkt Woods. Tekninen ohje

12 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Kertoimen k-arvona käytetty 0,1 /1/. DT on huonelämpötilan ja lasipinnan lämpötilaero. 0,8 Ilmavirtauksen nopeus (m/s) 0,7 0,6 0,5 DT 2 K DT 4 K 0,4 DT 6 K DT 8 K 0,3 0,2 0, Lasin korkeus (m) Normaalina talvipäivänä virtausnopeudet ovat 0,2-0,5 m/s! 1. Heiselberg, P., Draught risk from cold vertical surface. Building and Environment 29 (1994):3,

13 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Sisäilmaluokitus 2008 S1 ilmavirtauksen max nopeus 0,14m/s (ei huomioitu alilämpötilaa) Vetoa tai ylilämpenemistä ei saa esiintyä Kun huomioidaan virtaavan ilman alilämpötila, virtausnopeus tulee olla merkittävästi alempi (veto) S1 ja S2 luokassa vähimmäislämpötila työskentelyalueella oltava 20 C

14 Lasirakenteiden vaikutus lämpöolosuhteisiin Hyvilläkin lasirakenteen kokonais U-arvoilla (<1 W/m2 K) syntyy lämpötilaero huoneilman ja lasipinnan välillä ja muodostuu: Lämpösäteilyn epäsymmetria Konvektiivisesti virtaava ilma, vedon tunne

15 Tekniset ratkaisut

16 Tekniset ratkaisut Lämmittävä lasi Lämpö tuotetaan huonetilan puoleisessa lasissa hyvin pienen sähkövirran avulla Lämpö suunnataan sisätiloihin, η > 90 % Huonetilan puoleisen lasin lämpötila nostetaan huoneilman lämpötilaan Lämpötila säädetään termostaatilla

17 Tekniset ratkaisut Lämmittävän lasin edut: Optimoi kylmän kauden termisen viihtyvyyden Tasainen lämpötila koko tilassa Auringonsuojalasin tarve liiallisen auringon lämpösäteilyn torjuntaan Termostaatti säätää lasin pintalämpötilan oikeaksi riippumatta olosuhteista (auringonpaiste, pilvisyys jne) Reagoi lasin lämpötilamuutoksiin minuuteissa

18 Tekniset ratkaisut Ongelma ratkaistaan siellä missä se syntyy Hyvin pieni teho riittää torjumaan kylmästä johtuvat ongelmat EN673 standardin mukaisesti laskettuna normaalina talvipäivänä (-10 C, +20 C, U-arvo 0,6) riittää 20-25W/m2 teho pitämään lasin huonelämpötilassa Millä muulla tekniikalla: voidaan ratkaista ongelma yhtä tehokkaasti? kohdentaa käytetty energiamäärä yhtä tarkasti?

19 Tekniset ratkaisut Käytettäessä lämmittävää lasia poistetaan lasipinnoista kylmästä johtuvat ongelmat Huonelämpötilan ollessa tasainen, voidaan huonelämpötilaa laskea 1 C ilman että viihtyvyys kärsii /1/ Jäähdytys on kallista ja syö paljon energiaa Auringonsuojalasin tarve liiallisen auringon lämpösäteilyn torjuntaan Optimi: Käytetään julkisivuissa lämmittävää lasia varustettuna auringonsuojalasilla niissä paikoissa missä on työpisteitä lasipintojen läheisyydessä 1. Ihalainen P, Sähkölasielementin lämmönsiirtymismalli ja ominaisuudet, Diploma thesis, Helsinki University of Technology, Department of Mechanical Engineering, Applied thermodynamics, Espoo, 1999.

20 LEED

21 LEED Ympäristöluokitusjärjestelmien (LEED, BREEAM, Promise) merkitys kasvaa LEED on tällä hetkellä maailmalla suosituin ympäristöluokitus, jota haetaan Yhdysvaltalaiselta U.S Green Building Councililta (USGBC) LEED (Leadership in Environmental and Energy Design, U.S.A)

22 LEED LEED sertifiointia varten rakennussuunnitelma, sen toteutus sekä rakennuksen toiminta koko elinkaarella kokonaisvaltaisesti pisteytetään. Maksimi pistemäärä, jonka rakennus voi saada on 100 pistettä

23 LEED LEED sertifikaatteja on neljää tasoa: Alin taso on LEED sertifioitu, jonka voi saada, jos rakennus saa LEED pisteytyksessä pistettä. Hopeataso, jonka saamiseksi vaaditaan pistettä. Kultataso, jonka saamiseksi vaaditaan pistettä. Platinataso, jonka saamiseksi vaaditaan 80 tai enemmän pistettä

24 LEED Saint-Gobain lasituotteilla voidaan saavuttaa jopa 40 LEED pistettä, joka riittää alimpaan LEED sertifikaattiin -- > Lasirakenteilla on merkittävä vaikutus rakennusten ympäristöluokituksissa!

25 Kiitos! Lasirakenteiden haasteet lämpöolosuhteille saadaan ratkaistua!