CAF - artikkel om bærekraftig design


CAF
“Bærekraftig design”
  • en fordypning i Sustainability workshop
11.01.16-15. 02.16 (Deltid)
Av Anne Bjerknesli


















Innholdsfortegnelse

Introduksjon

Hvorfor er bærekraftig design så viktig? Ifølge forskningsmiljøet er det stor klimaforandring på gang, og effekten av dette vil ha tydelige konsekvenser for samfunnet og miljøet vårt. Å redusere energibruken innen boliger er en av viktigste måtene å redusere menneskets generelle miljøpåkjenning. Høytytende bygninger og bærekraftig design er nøkkel for å oppnå dette. Et konsept med økende populæritet for å oppnå dette er Net Zero Energy Buildings - hvor målet er at netto sum av energiforbruk, utslipp og/eller pris. Et vertøy for å få dette tid er Building Performanse Analysis (BPA) - som analyserer prestasjonen til bygningen. BPA handler om målsettinger og om å velge de rette måleverktøyene for å optimalisere byggedesignet slik at det når målsettingene. Hva gjør BPA samenlignet med BIM? Mens BIM handler om informasjon og modellering flettet sammen, så handler BPA om analyser av dette. BIM er med andre ord et nødvendig verktøy for å kunne bruke BPA. Eller du kan si at BPA er et hendig vektøy innem BIM, alt etter. Uansett, korrekt og effektiv bruk av disse kan hjelpe deg med å lage et bærekraftig design.


Grunnleggende kunnskap

Komfort til beboere.

Bygninger er designet for folk, og disse folkene prøver å utføre gjøremål og oppgaver - enten det gjelder å bygge en familie, drive et kontor, eller produsere et produkt. Bygningen må holde folk komfortable, effektive, friske, og trygge mens de utfører gjøremålene og oppgavene sine.


Grønt design er å prøve å lage bygninger som holder folk komfortable samtidig som man minimerer de negative miljøpåkjenningene. Komfort er viktig fordi, det å skape komfortable forhold er en av de faktorene som konsumerer mest energi, samtidig som dette er kritisk for fornøyde og produktive innboere. Hvis beboerne ikke føler seg komfortable så tyr dem gjerne til alternative metoder for å varme eller kjøle bygget, som f. eks oljeovn eller vindusplassert Air-conditioner - noe som kan være betraktelig verre en vanlig varme-, ventilasjon- og air-conditioner system (HVAC).


For å holde beboerne komfortable må man gi dem den rette kombinasjonen av temperatur, luftfuktighet, varmestråle og luftstrøm. Det rette nivået til disse bestemmes av hvilken aktivitet som skal foregå, hvor aktive folkene er og hva de har på seg. Komfort måles av den største prosentandelen, av folk,  som sier om de er fornøyd eller ikke.


Termisk komfort:

Sørger for at personene inni bygningen ikke føler seg for kalde eller varme. Dette betyr å holde temperatur, luftfuktighet, luftstrøm og strålekilder på et akseptabel nivå. Dette er vanskelig å måle, da det er svært subjektivt. Det kan være greit å merke seg at temperaturen som oppleves som komfortabel, når man må tilføre varme, som regel, ikke er den samme temperturen som oppleves som komfortabel når man må flytte varme bort.

Definisjon: Den sinnstemningen som uttrykker tilfredshet med det termiske miljøet og er vurdert med en subjektiv evaluering.

Termisk komfort er kalkulert som en varmeoverføringsbalanse. Varme overføres gjennom stråling, veske eller gass, og blir balansert opp mot beboerens metabolske rate og isolasjon i klær. Varmeoverføringen skjer mellom omgivelsene og den menneskelige kroppen, hvor den menneskelige kroppen har et område på underkanten av seks kvadratmeter (19 ft.).  Hvis varmen som forlater menneskekroppen er mer enn varmen som tilføres fra omgivelsene, så oppleves det som kaldt. Hvis varmen er mindre enn varmen som tilføres, så oppleves det som varmt.

En metode for å beskrive termisk komfort har blitt utviklet av Ole Fanger og refereres til som Predicted Mean Vote (PMV) og Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD). PMV måles fra -3 til 3 og beskriver om det føles kaldt eller varmt ut. . I følge ASHRAE 55 er en PMV verdi mellom -0.5 og 0.5 akseptabel. PPD forutser hvor mannge prosent med folk som ville vært misfornøyde med de gitte termiske forholdene. I følge ASHRAE 55 er den akseptabelt så lenge det er under 10%. Les mer om matematikken bak PMV og PPD her: http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/human-thermal-comfort.

Sjekke denne kalulatoren hos healthyheating.com (interaktiv): http://www.healthyheating.com/solutions.htm#.Vp5K3vnhCUk
2016-01-19_1545.png

Det er 6 faktorer å ta hensyns til for termisk komfort:
- Metabolisk rate(met): Energien som generares fra menneskekroppen.
- Isolasjon i klær(clo): Mengden med termisk isolasjon som personen har på seg.
- Luft temperatur: Temperaturen på luften rundt beboeren.
- Varmestråling: Et vektlagt gjennomsnitt av alle temperaturene fra overflatene rundt beboeren.
- Luftstrøm: Rate av luft bevegelsen på en gitt distanse over tid.
- Relativ luftfuktighet: Prosent av vanndamp i lufta.

Her er de to første faktorene (met) og (clo) de personlige faktorene, mens de andre er de miljømessige faktorene.

Fordi man kan anta at folk gjerne tilpasser seg hvis noe blir ubehagelig, så har man laget en liste over  “Adaptive comfort”. Dette vil si at hvis noen føler ubehag så vil de generelt sett endre oppførsel og gjøre andre ting for å å bli komfortable igjen. En Adaptive comfort-modell vil øke området som designere godkjenner som komfortabelt. Eksempel på ting folk kan gjøre for å gjenoppta en komfortabel tilstand er å ta på seg en genser hvis det er kaldt, eller åpne et vindu hvis det er varmt. Disse modellene kommer mest til sin rett i et bygg med naturlig ventilasjon, og for at man skal kunne bruke Adaptive Comfort-modellen må bygningen har vinduer som kan åpnes, ikke noe mekanisk kjølesystem, og beboerne må være stillesittende, ha en metabolisme mellom 1.0 og 1.3, og også ha muligheten til å kle på seg/kle av seg for å kunne tilpasse seg termisk komfort.


2016-01-20_0854.png

Kostnad

Kostnad går ikke bare på finansiell kostnad, som i “et pengebeløp”, men det er et hav av andre kvaliteter vi kan assosiere “kostnad” med. Eksempler er kostnader på miljøpåkjennig, ressursbruk, folkehelse, og tid. Når man analyserer kostnadene på miljøpåkjenninger kalles prosessen for Lifecycle Analysis (LCA). Når analysen går på det finansielle kalles prosessen for Lifecycle Cost analysis (LCCA).


Det er viktig å nøyaktig beregne økonomisk påvirkning til et designforslag. Samt, å forstå hvordan kostnad ikke bare påvirkes av hva det koster å bygge bygningen, men også hva det vil koste å holde bygningen, ved bruk av Lifecycle Cost Analysis. Det viktig å ikke ekskludere detaljene på kostnadene under en bærekraftig design-samtale.


Tid er en kostnad som kan bli innbringende med BPA teknikker. Mange BPA-teknikker er rettet mot beboertilfredshet. Når folk er komfortable i arbeidsmiljøet sitt har dem en tendens til å være mer produktive. Jo mer noen oppnår i en gitt periode, jo større finansiell verdi får dem. I tillegg, når en bygning er designet for å være grønn, opplever færre folk tilstanden inneklimasyndrom (Sick building syndrom), som resulterer i fullstendig uproduktive dager. Det er viktig å vurdere alle metoder for finansiell tilbakebetaling når man presenterer et design med BPA metoder.


Net Zero Energy Buildings

Et mål som stadig blir mer og mer populært er Net Zero Energy. Da er målet at netto sum av energiforbruk, utslipp og/eller pris er lik null. For høytytende byggedesign er det mest nyttig å sammenligne design med absolutt energi og måledata for ressurser. Disse sammenligningene er objektive og universalt aksepterte.


Det finnes flere Net Zero Energy Buildings definisjoner.
  • Net Zero Site Energy: det blir produsert like mye energi på stedet som bygningen trenger i løpet av et år.
  • Net Zero Source Energy: en kilde produserer (eller kjøper) minst like mye fornybar energi som den bruker i løpet av et år. Source Energy vil da si den primære energien som kreves for å utvinne, prosessere, generere og levere til stedet som bygningen står på.
  • Net Zero Energy Cost: Når energiresursen på stedet klarer å produsere nok energi til å betale huseieren for energitjenestene og energiforbruket for et helt år.
  • Net Zero Emissions: Når en bygning produserer (eller kjøper) nok utslippsfri fornybar energi til å motvirke utslipp fra alt av energiforbruk i bygningen på et år.


Nøkkelen til å designe Net Zero Energy Building er å først redusere energiforbruk så mye som mulig, og så velge gode energikilder. Her er en enkel liste med rekkefølge:
  1. Reduser energiforbruk
  2. Optimaliser design for passive strategier
  3. Optimaliser design for aktive systemer.
  4. Finn energiressurs
  5. Generer energi på stedet
  6. Kjøp energi/karbon for å kompanser for det som skulle mangle

Prosjektfaser/-planlegging

project_phases.jpg
I anleggsindustrien blir designprosessen beskrevet gjennom forskjellige faser, og det er viktig å vite hvilket detaljnivå (Level of Detail) som kreves for hver fase. For å kunne håndtere prosessen mer effektivt ved bruk av BIM, har industrien opptatt et formelt språk for å beskrive tilstanden til den digitale modellen på et hvilket som helst tidspunkt. Dette språket kalles Level of Development (LOD). I BIM-verdenen rangeres LOD fra 100 (grunnleggende, konseptuelt) til 500 (svært detaljert/nøyaktig).


Du kan oppsummere fasene på denne måten:
  • LOD 100: Modellerte elementer viser bare konseptet. Informasjon kan bli yttrykt gjennom Conseptual Mass, ord, og 2D symboler.
  • LOD 200: Modellerte elementer blir forklart gjennom spesifikke systemer, mengder, størrelser, form, stedsangivelse, og orientering. Noe informasjon kan fortsatt bli uttrykt gjennom skriftlig forklaring.
  • LOD 300: Modellerte elementer blir forklart gjennom spesifikke systemer, mengde, størrelse, form, stedsangivelse og orientering.
  • LOD 400: Fortsettelse av LOD 300, med nok informasjon lagt til om fasisitetsproduksjon, montering og installasjon.
  • LOD 500: Modellerte elementer er representative for en installert tilstand og kan bli brukt for pågående fasilitetsforvaltning.


Det burde nevnes at forholdet mellom LOD og designingsfasene kan bli satt ganske løst.
lodanddeisgnprocess.jpg
Building Performance Analysis (BPA) er relatert til Level of Development (LOD) på to fronter. Først, det som hindrer modellerte elementer fra å gå videre til neste steg i LOD, er mangelen på informasjon. Så svaret for de enkelte spørsmål har ikke blitt funnet. BPA ka være en mekanisme som finner svar på disse spørsmålene og informerer designingsprosessen.

Andre, digitale metoder for BPA er avhengig av mengden med informasjon som er digitalt modellert, derfor blir det gunstig å forstå på hvilken LOD en modell er på, og hva den vil si for tilgjengelig data.

Med andre ord, så kan BPA være et verktøy som svarer på designspørsmål, samtidig som det hele tiden er avhengig av modellert informasjon. Vi kan etablere forhold til hvordan BPA-praksiser kan relateres til LOD og hvordan tidsforløpet på hvordan prosjektet utvikler seg, ligger an.


Bygningskropp (Building envelope)

Består av vegger, tak, gulv, vinduer og alle andre overflater som separer innsiden av huset fra utsiden av huset. Hvordan vi setter denne opp bestemmer is stor grad hvordan varme og ventilasjon får strømme inn og ut av bygningen. Termiske belastninger som slipper gjennom her inkluderer fuktigheten som ligger i lufta.


Energistrøm gjennom bygningskropp

Fra et energiflytperspektiv, er bygningskroppen en samensetning av lag med forskjellige termiske og permabililske egenskaper. Bygningskroppen kan bestå av membraner, plater, blokker og ferdigkomponenter. Valget av bygningskropp kommer an på klima, kultur og tilgjengelige materialer. Utvalget av forskjellige design på bygningskropp kan illustreres ved to helt motsatte designkonsept: åpen konvolutt og lukker konvolutt.


I harde klimaer vil designeren hele tiden så på bygningskroppen som et lukket skjell hvor han er selektiv på hvor hull (dører, vinduer ect.) skal være. Dette er for å skape begrenset, men spesiell, kontakt med utemiljøet. Dette kan også være ønskelig på steder hvor det er uønsket utvendige påkjenninger, som lyd eller visuelt rot.


Når utvendige tilstander er veldig lik hvordan man ønsker å ha det innendørs, vil bygningskroppen ofte begynne med en åpen struktur, hvor man selektivt legger til elementer for å beskytte mot enkelte utvendige elementer.


Gjennomstrømmingen av varme i en bygning varierer etter sesong (varme strømmer alltid mot kulde, så hvis det er varme ute vil varmen strømme inn, og hvis det er varmere inne vil varmen strømme ut) og etter hvilke veier varmen strømmer (gjennom materialene til bygningskroppen, eller gjennom luft som trenger inn). Disse kompleksitetene må være vurdert for at designeren skal kunne levere komfort og energieffektivitet.


En godt designet bygningskropp imøtekommer det lokale miljøet. Fire vanlige miljø
Det finnes veldig mange forskjellige typer klima rundt i verden, men nedenfor klassifiserer vi det fire vanligste ekstremtypene. Mildere klimaet en de nevnte kan bruke mildere versjoner av disse, eller mikse og trikse for å få det til å passe.


Aridstrøk

Strøk med så lite nedbør at det aller meste brukes av planene/planteveksten på stedet eller fordampet direkte, mens lite siger ned gjennom jorden og renner bort. I Norge er det enkelte aridstrøk, særlig større områder i Nord-Gudbrandsdalen, spredte bygder i indre Sorg, Saltdal, Skibotn i indre Troms, og deler av Øst-Finnmark. (snl.no).


Typisk for aridstrøk i andre deler av verden er klima som er veldig tørr, og vanligvis varm, men ofte med store temperatursvigninger mellom dag og natt.


Vanlige tiltak i disse strøkene er termisk masse på utsiden av bygningen, slik at varmen på dagen vanskeligere trenger inn, men samtidig bevares lengre inni veggene når natta kommer. I de varmere klimaene hjelper det med høy takhøyde, breezeway, lyse farger og reklektert dagslys.


audience_hall_city_palace-tweaked3.jpg
Gårdsplasser med naurlig ventilering og basseng eller fontener kan også lage en kjølende effekt.


Tropisk klima

Varme og fuktige strøk. Dermed er det topp prioritet å holde varmen fra sola borte, samtidig som man maksimerer ventilasjonen. Det ideele er et reklkterende, isolert tak med vegger som slipper gjennom luftstrømmer men ikke regn.


Kaldt klima

Blandet kaldt/varmt klima

Termiske egenskaper

Termisk conductivity

Et materiales evne til å videreføre varme.

Termisk conductance

Conductivity per enhet areal for en spesifisert tykkelse. Brukt for standard byggemateraielr.


U-faktor

Totalt conductance til et byggelement. Brukt for byggeelementer satt sammen av flere lag.


Termisk resistanse

Et materiales evne til å motstå varmeoverføring.


Termisk masse

Thermisk masse er et materales motstand til å forandre temperatur når varme blir tilført eller fratatt, og er en nøkkelfaktor i forhold til dynamisk varmeoverføringsinteraksjoner innen en bygning. Det er fire faktorer som må forstås:
  • Tetthet: Materialer med høyere tett kan vanligvis lagre mer varme.
  • Spesifikk varme: Høy spesifikk varme krever mye energi for å endre temperaturen.
  • Termisk kapasitet: Tetthet x spesifikk varme = hvor mye varme som kan lagres mer enhet volum.
  • Termisk forsinkelse: Med høy termisk masse kan det ta timer før varmen å overføres fra den ene siden av bygningskroppen til den andre.


Vindus egenskaper

Gode vindus egenskaper er vikig for å kontrollere mengden dagslys, kvalitet på lys, og mengde varmestråling fra sola som slipper inn i bygningen, for å nevne noen faktorer. De avgjør i stor grad den termiske  og visuelle komforten i rommet.


Termisk conductance

Måler hvor godt eller dårlig et vindu isolerer. Jo lavere verdi, jo lavere ledeevne av varme, altså bedre isolering. Refereres til som U-faktor.


Solar Heat Gain Coeffecient (SHGC)

Måler hvor mye av varmestrålinga fra sola som kommer inn i bygningen, mot hvor mye som blir rekflektert bort. Denne kommer an på type glass, antall lag, farge, og belegg. Verdien er uavhenging av dimensjoner, og kan i terorien gå fra 0 (hvor ingen varme slipper gjennom) til 1 (hvor all varme slipper gjennom). I praksis varierer denne verdien mer mellom 0.2 og 0.9.
window_heat_trans.jpg


Visible Light Transmittance  (VT, VLT, Tvis)

Prosent lys som kommer seg gjennom glasset. En vegg som ikke slipper gjennom noe lys vil har en Tvis på 0%, mens en hul åpning vil har en Tvis på 100%. Vanlige verdier på vindusglass ligger melom 30-80%. Dette avgjøres av belegg og antall lag.


Adaptive egenskaper

Noen avanserte glasssystem kan endre sin Tvis, SHGC og andre egenskaper.
  • Liquid crystal windows - forandrer seg fra klart, gjennomsiktlig til frostet/matt eller mørkt glass, når en spenning blir slått på av et kontrollsystem. Endrer ikke SHGC.
  • Thermochomic coatings - forandrer seg fra klart til mørkt ved høye temperaturer (som regel når det blir truffet av sollys), som da reduserer Tvis og SHGC.
  • Photochromic coatings - slår seg fra klart til mørkt når det blir truffet av lys.
  • Electrochromic coatings - slår seg fra klart til mørkt når en spenning blir slått på av et kontrollsystem. Reduserer både Tvis og SHGC.




Mindre avgjørende egenskaper

Men selv om de er mindre avgjørende enn de overstående, betyr det ikke at vi ikke må vurdere dem og ta hensyn til dem.
  • Infiltrering
  • Lysditributeringvinkel
  • Kondens
  • Akustisk demping

Energistrøm

Varmestrøm kan strømme på tre ulike måter
  • Convection - Overføring av varme, fra et sted til et annet, grunnet temperaturforskjell. Når en gass eller væske blir varmet opp vil den utvide seg og bli lettere, og dermed flytte seg oppover, samt at varme alltid vil bevege seg mot kulden for å utligne temperaturforskjeller.
  • Conduction - Overføring av varme gjennom væske eller gass, forårsaket av molekylær bevegelse. Dette skjer når substander er i direkte kontakt med hverandre. F. eks uteluft-lag i vegg-inneluft.
  • Varmestråling - elektromagnetisk stråling vil reise fra kilden sin, i en rett bane til den treffer noe, hvor den da enten reflekteres eller absoberes, eller en blanding av begge. Eksempel på kilde er sola eller et bål.


Fuktighetsstrøm er også en viktig del av dette, da fuktighetet holder på energi som “latent varme”, da vannmokekylene holder store mengde med energi for å holde seg i gassform.


Det finnes to type varmestrøm:
  • Latent varme: resulterer i en endring i luftfuktigheta.
  • Følbar varme resulterer i en endring i temperaturen.


Den totale varmestrømmen er da altså en sum av disse. Komfort for mennesker er avhenging av akseptable nivåer for begge. Høyere luftfuktighet får det til å føles varmere.




conduction-buildingheatflow.jpgconvection-buildingheatflow.jpgradiation-buildingheatflow.jpg

ELEMENTER

1: Faktorer som påvirker miljøpåvirkningen til bygningen

Skriv om dette først: http://autodesk.efrontlearning.com/courses/www/student.php?view_unit=2179
  • Forespørsel?
  • Valg av HVAC
    NZEB er et ambisiøst mål for de fleste byggeprosjekter, og når passive energikilder ikke blir nok, må vi ha et effektivt HVAC-system. Ikke bare er disse kritisk for å oppnå god komfort når temperaturen når topp og bunn punktene sine etterhvert som sesongene kommer og går, men valget av HVAC-system har enormt mye å si for energikonsumet til bygningen, derav miljøbelastingen.  HVAC-system blir vanligvis designet av mekaniske ingenører, så hvis du vil forbedre effektiviteten, så velg et system med høy prestasjonskoeffisient (COP). COP er forholdet mellom varmingen eller kjølingen, som har blitt tilført (Q), og arbeidet (W) som måtte til.

    COP=QW
  • Valg av materialer
    Materialer har deres egen form for miljøpåkjenning når det gjelder utvinning og produksjon. De har også mye å si i forhold til den termiske, visuelle og akustiske prestasjonen til bygningen. Og tilslutt så er valget av materialer og bygningsprodukter det som lager prisen på byggeprosjektet.

    Man måler gjerne miljøbelatningen med karbonutslipp i forbindelse med materialutvinning, prosessering, produksjon, og distribusjon, men nå er det også slik at termiske og strukturelle verdier kan være mye viktigere. F. eks kan bedre termiske verdier på bygningskroppen forbedre energikonsumet betraktelig. Og livssyklusen er også viktig. Er materialene resirkulerbare eller nedbrytbare? Er de laget av gjennvunnet materiale eller raskt fornybart materiale? Ser her (http://greenspec.buildinggreen.com/) for å få en liten oversikt over miljøpåkjenningene til de forskjellige kjente materialene.

    Ulike typer miljøvennlig materalevalg:
    - Gjenvunnet materiale (krever mindre nye resurser, krever mindre energi og kjemikalier for å prosesseres.)
    - Gjenbruk av materiale (krever ingen nye resurser, og krever mye mindre prosessering)
    - Bærekraftig utvinning av materiale (sørger for at kilden til resursen ikke blir tømt)
    - Lokalt materiale (kortere transport, positiv økonomisk påvirkning til lokalmiljøet)
    - Materialer som ikke er giftige (giftige materialer kan gi et skadelig innemiljø, giftrisiko for anleggsarbeidere, industriarbeidere og grunnvann)
    - Materiale med høy strukturell prestasjon, sterkt men lett. (billigere transport, enklere å håndtere)
    - Materiale med lang varighet (gir bygningen en lengre levetid)
    - Materiale med høy akustisk prestasjon, som absorberer eller blokkerer lyd for bedre komfort. (Levetiden for bygningen forlenges og bygget vil bli brukt mer)
  • Vannforbruk
    Vann et fundmentalt for god helse og overlevelse for mennesker, og det spiller også en viktig rolle for å holde økosystem i balanse. Vannmangel er et reelt problem i mange deler av verden. Innendørs brukes det til drikkevann, rengjøring og sanitering, mens utendørs blir det brukt til landskapsarkitektur og landskapspleie. Samtidig er det viktig at vannavfall og kloakk blir håndtert på en bærekraftig måte.

    Vann blir målt både på kvalitet og kvantitet. Man kan måle menge ved å måle strømningshastighet i armaturer som f. eks. vannkraner eller måle størrelsen på vanntanker, mens kvalitet kan måles på mange forskjellige måter, alt etter hva det er man er ute etter. Indikatorer som pH, oppløste stoffer, organismer, suspendert stoff og turbiditet, kan gi et god bilde på kvaliteten til vannet.
  • Bygningskropp
    Varmen kan strømme gjennom bygningskroppen må flere forskjellige måter.
    - Varmeoverføring fra/til bygningskroppen til/fra utelufta eller bakken.
    - Solstråling som kommer gjennom vinduer og varmer opp innsiden av bygningen eller lagrer energi i termisk masse.
    - Sollys varmer opp utsiden av bygget.
    - Varme siver ut eller inn av bygningen gjennom lekasjer og infiltreringer.
    - Luft blir bevist tatt inn i bygningen for å gi frisk luft/ventilasjon eller blir trukket ut fra punktkilder.
  • Termisk belastning

2: Verktøy

  • for å sette tall på hvordan faktorene påvirker energikonsumet til bygningen
Tutorial på hvordan man får tak i programvaren man trenger for dette kurset.
Programvare som må lastes ned og settes opp:
  • Revit
  • Skriv deg opp for en Green Building Studio konto
  • Last ned to pluins til Revit: Flow Design og LEED Lighting Analysis
  • GUID-BFE988A1-6772-4A26-B1DA-A6B0D2664CD4.png
  • Tidlig analyse: Conseptual Energy Analysis
  • Detaljer analyse: green building studio
  • Visualisere luftstrøm med Computitional Fluid Dynamics: Visual Quantitative Energy and CFD Analysis
  • Whole Building Energy Analysis: måler forventet energiforbruk (brensel og elektrisitet) basert på bygningens geometri, klima, bygnigstype, egenskaper til bygningskropp, og aktive systemer (HVAC og lys). Den tar med i beregningen samspillet av disse som et helt system, så den er spesiselt hending når du skal  holde tellingen mens du prøver å redusere energiforbruket. Analysen har flere standarverdier, for de forsjellige byggetypene, som den bruker under utregningene. Her har du en oversikt: https://knowledge.autodesk.com/support/revit-products/learn-explore/caas/CloudHelp/cloudhelp/2015/ENU/Revit-Analyze/files/GUID-4F8A6D09-4334-47EE-B99B-DBA434CA8855-htm.html
Eksempel:

2016-01-28_1311.png

Vedier vi får i rapporten:

Termisk belastning

Varmebelastning er det som forårsaker at vi må øke temperaturen for å holde beboerne komfortable, og den tilsvarerer varmen vi må tilføre, mens kuldebelasting er det som forårsaker at vi må redusere temperaturen, og den tilsvarer varmen vi må få bort. For å tilføre eller fjerne varme må vi bruke energi. Dermed er varme- og kuldebelastning direkte tilknuttet energiforbruk til et bygg. Vi kan ha varme- og kuldebelasting både inne og ute.
- Innvendige belastninger: lys, mennesker, elektrsk utstyr
- Utvendige belastinger: sol, luft, fuktighet (Hvorfor er luft og fuktigheten en termisk belastning?)
energyloads_vasari_heatingcooling_0.jpg
Her kan det være greit å merke seg om de største varmetapene eller varmeoverskuddene kommer fra innvendige eller utvendige belastininger. Rett forståelse av termisk belastning kan hjelpe oss å velge HVAC-system med den beste størrelsen, slik at det blir så effektivt som mulig. Det er de største verdiene for kuldebelasting og de minste verdiene for varmebelastning som ingenørene bruker når de skal avgjøre størrelsen på HVAC-utstyret. Verdiene i diagrammene for termiske belastninger representerer hvor mye enegri som kreves, ikke hvor mye enegi som et HVAC-system ville brukt for å generere det som kreves.

Energy Use Intensity (EUI)

Energiintesivitet er energiforbruket per kvadratmeter eller square feet, eller lignende.  Dette tilater oss å sammenligne egenrigforbruket til bygninger med forskjellige størrelser. Dette er en ganske nyttig enhet når du skal sette milepæler og mål. EUI varierer vanligvis veldig i forhold til byggeprogrammet, klimaet og størrelsen på bygget. Her får du en liten idé:
  • Performance-based Design Studies: Autodesk (Revit og Vasari) har noen innebygde verktøy med evnen til å utføre prestasjonsbaserte designstudier som solbane, solstråling, vind, luftstrøm, klima og dagslys.


Tutorial - sign up for Green Building Studio

Autodesk Revit har flere vektøy for å sette tall på hvor bærekraftig og høyt-ytende en bygning er. Den mest omfattende er energianalysen (Whole Building Energy Analysis) som ikke bare gir et estimat på energiforbruk, men også en lang rekke med andre ting. Her er et eksempel på en rapport:
2016-01-27_1215.png2016-01-27_1216.png2016-01-27_1216_001.png2016-01-27_1216_002.png
2016-01-27_1216_003.png2016-01-27_1217.png2016-01-27_1217_001.png2016-01-27_1217_002.png
Rapporten vil alltid komme med informasjon på de samme tingene, men tallene vil selvsagt variere. Man kan også lage flere rapporter, for så å sammenligne dem side ved siden inne på visningen du får på Revit. Skal du eksportere rapporter fra Revit, vil de komme ut i en pdf-fil og se ut som bildene ovenfor.


Andre verktøy er Flow Design og LEED Lightig Analysis for Revit. Flow design går grovt sett ut på å analysere vind, mens LEED analyserer dagslys innvendig på huset.


Forutsetningen for at du skal få gjennomført disse analysene er at du du må ha Revit eller Vasari. Jeg har bare prøvd med Revit med Windows programvare, og derfor har jeg bare grunnlag for å vise dere hvordan dette utføres med disse forutsetningene. Og før dere begynner må jeg gi dere en viktig advarsel: dere kommer til å bli plaget. Blir dere ikke plaget, så er det fordi du har solskinn i ræva di, og du burde feire som om du har vunnet i lotto. Forhåpentlig blir dere mindre plaget ved å følge denne tutorialen. Her er tutorialen til Sustainability Workshop: http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/downloading-autodesk-software
  1. Logg deg inn på din Green Building Studio konto, her: https://gbs.autodesk.com/GBS. Du bruker sammen innloggingsinformasjon som Autodesk-kontoen din. Når du har logget deg inn er det veldig viktig at du går inn på “My Profile” og fyller ut informasjonen der og trykker på “Submit”.
  2. Det er viktig å merke seg at dette produktet er gratis hvis du er er registrert gjennom Autodesk Education Community. Er du ikke registert som student eller lærer, så koster det “credits” å gjennomføre diss analysene. Hvis du følger denne tutorialen, og du fortsatt blir spurt etter å bruke credits, selv om du er student eller lærer, så må du ta direkte kontakt med Autodesk slik at dem får ordnet dette internt. Dette kan ta tid, så hvis du planlegger å gjennomføre denne workshoppen i et gitt tidsrom, så foreslår jeg å få alt av programvare, registrering og pluins på plass en stund før.
  3. Green Builing Studio plattformen vil være tilgjengelig like lenge som lisensen til Autodesk programmet ditt, i dette tilfellet Revit. Du kan sjekke hvor lenge lisensen din varer inne på Revit slik:
2016-01-27_1528.png
Nå skal det være nok å bare logge inn  på Autodesk kontoen din inne på Revit, og trykk “Run Energy Simulation” under “Enery Analysis”under “Analyze”.


2016-01-28_1015.png
Rapporten finner du under “Results & Compare”. Får du ikke til å utføre analysen uten å må kjøpe credits , etter å ha fulgt denne prosedyren (gjelder studentmiljøet) , så er det viktig at du tar kontakt direkte med Autodesk (https://autodesk.zendesk.com/anonymous_requests/new). De order dette for deg, men det tar tid, så du må smøre deg med tålmodighet. Heldigvis er det nok av lesing å gjøre før vi begynner med programvare, så hvis du ikke blir ferdig med dette før du må begynne med workshoppen, så er det bare å kaste seg i lesing.

Tutorial - installer Plugins

Dette er ganske enkelt og rett frem. Gå hit: http://www.autodesk.com/education/free-software/flow-design (for Flow Design) og hit: http://www.autodesk.com/education/free-software/lighting-analysis-revit (for LEED), husk å logge inn. Selv om dette ikke er noe vanskelig, så kan selve nedlasting en og installeringen ta litt tid. Og siden alle andre programmer skal være avsluttet når du utfører installasjonen, så kan det være greit å ikke bruke studietid til dette (så fremt du har en annen data å jobbe på).

Tutorial - Energy Analysis for Revit 2015

For å kunne gjennomføre dette anlysen må du være innlegget med din Autodesk ID. Du kan velge om du vil analysere conseptual mass eller om du vil analysere en modell. Valget vil selvsagt avhenge på hvilken prosjektfase du er i. Er du ikke kommet lengre enn conseptual design vil det selvsagt være mest naturlig å analysere conseptual mass, og har du kommet lengre enn det vil builing analysis være mest naturlig. Ved analysering av consptual mass kan du velge om du vil designe en mass eller om du vil importere en mass. Alternativet til Conseptual Mass er Building Element.

Designe en conseptual mass

  1. Massing & Site → Conseptual Mass → In-place Mas
2016-02-14_1356.png
  1. Du får opp en beskjed “Massing-Show Mass Enabled”. Trykk “Close”.
    - Betyr at visning av masses blir slått på. Du kan slå de av igjen når du ikke trenger de lengre, eller hvis de blir i veien.


  1. Velg navn og trykk ok. Kan være greit å velge et beskrivede navn.
2016-02-14_1357.png
  1. Du får opp en ny meny på Ribbon. Den forsvinner ikke før du trykker “Finish Mass” eller “Cancel Mass”.
2016-02-14_1357_001.png
  1. Under fanen “Draw” ser du forskjellige verktøy til å tegne en figur somgrovt sett ligner mest mulig på formen til det planlagte bygget.
2016-02-14_1357_002.png
  1. Tegn grunnriss
  2. Trykk “Create Form”
  3. Lag 3D-view
  4. Juster høyde og andre former og dimensjoner på modellen
  5. Trykk “Finnish Mass”
  1. Lag etasjer på bygget ditt.
  1. Velg en view under “Elevations”.
2016-02-14_1400.png
  1. Plasser lever etter hvor du vil ha etasjene på bygningen.
2016-02-14_1404.png
  1. Gå til 3D-view igjen. Trykk på modell slik at den er valgt, og trykk på “Mass Floors”.
2016-02-15_0049.png
  1. En dialogboks kommer opp. Velg hvilke leves du vil ha som etasjer.
2016-02-15_0109.png
  1. Analyze → Energy Analysis → Use Conseptual Mass Mode
2016-02-14_1407.png

Building Element

Dette er som sagt alternativet til Conseptual Mass. Dette går ut på at du tegner et du med de standard elementene du trenger for å lage en bygningskropp; vegger, tak, gulv, grunnmur, vindu, dører…


Her har du muligheten til å trykke “Edit type” når du har valgt et element.
2016-02-15_0158_001.png
Her ser du at jeg har tegnet et par vegger rundt Conseptual Mass modellen fra tidligere. Dette er helt uavhenging av hva som er i filen fra før. En vegg er en vegg, og du har muligheten til å endre materialene uansett hvor du tegner den og hva du tegner den med. Og dette gjelder også alle de andre elementene.


Du får opp denne dialogboksen:
2016-02-15_0159.png
Du trykker “Edit” på “Structure”. Og kommer hit:
2016-02-15_0159_001.png
Gitt at du har noe som helst kunnskap i Revit fra før, så vet du velger materiale i kolonnen “Material” på det git laget, og at du kan legge til flere lag. Øverst i denne dialogboksen står den en liste med informasjon over den totalte “Resistance” og “Thermal Mass”. Siden det ikke er valgt noe spesifikt materiale i denne veggen enda, står disse verdiene på null. Men dette er tatt du kan komme til å trenge i løpet av prosjektet.


Velg et materiale. F. eks “Common Brick”.
2016-02-15_0201.png
Da ser du at det er flere forskjellige faner øverst til høyre som beskriver ulike sider ved materialet. Den fanen som er viktigst i denne sammenhengen er fanen “Thermal”. Det kan være greit å merke seg at det ikke er sikkert at det ferdige materialet du vil bruke har alle de fem mulige fanene, men da vil det være et plusstegn til høyre for dem, som du kan trykke på, og da få muligheten til å opprette den fanen du mangler. Uanvhengig om fanen “Thermal” var der fra før eller ikke, så kan du direkte endre verdiene som står der. Dette kan være greit hvis har mer nøyaktig informasjon om materialet som skal brukes, eller hvis informasjonen magler på det materialet du ønsker å bruke.


Når du hr valgt et materiale og du trykket på “Apply” og “OK”, vil du se at verdiene for veggen har endret seg.


2016-02-15_0202.png
Hvis du går tilbake tilbake til Type Properties og du blar ned til nederst på menyen vil du også oppdage et tall du kan komme til å få bruk for, nemlig Heat Transfer Coefficient U.
2016-02-15_0206.png

Utføre Energy Analysis

  1. Analyze → Energy Analysis → Enable Energy Model
    Hvis du ikke har trykket på denne vil Revit komme med en beskjed om at Revit må slå den på for å fullføre anlysen når du har trykket på Run Energy Simulation.
2016-02-14_1407_b.png
  1. Velg om du skal bruke Conseptual Mass Mode eller Building Element Mode.
2016-02-14_1407_c.png
  1. Gå inn på Energy Settings. Her er det tre felter du minimum burde fylle ut; Building type, Location, og Ground Plane.
2016-02-14_1414_001.png
Disse er ganske selvforklarende, men jeg vil nevne et par ting likevel.
  1. Location er veldig avgjørende for hvordan materialer vil fungere. Det er viktig å merke seg at de ikke nødvendigvis er den værstasjonen som er nærmest som er mest nøyaktig med tanke på forholdene. Klimaet til stedet avhenger av breddegrad, høyde og terreng. I tillegg har du mikroklimaer å ta hensyn til. Dette er små områder som har differanser fra fra klimasonene de ligger i. Grunnene til at de differensierer kan være topografi, store vannmasser, vegetasjon og omgivelser på stedet. Med andre ord kan det være mer gunstig å velge en værstasjon som er litt lengre unna, hvis topografien, vannmasser, vegetasjon og omgivelser stemmer bedre overrens med byggeplassen.
  2. Ground Plane vil si den etasjen som ligger nærmest bakkenivå.
Resten av innstillingene avhenger av hvor nøyaktig du trenger analysene. Veldig ofte trenger du bare analysene for å vurdere differansen etter en endring på modellen din, mens andre ganger trenger du tall som er så nær virkeligheten som mulig.
Spesielt når du jobber med Conseptual Mass er Conseptual Constuction et nyttig verktøy for å gi mer informasjon om modellen, men er også nyttig hvis ved Building Model hvis du har en modell som er veldig enkelt tegnet og du vil tilføre informajson. Informasjonen det gjelder er termiske egenskaper til bygningskroppen. Hvis du ikke vil bruke Conseptual Construction må du huke av på Include Thermal Properties.
2016-02-14_1414_001.png
Det er ikke alltid like enkelt å bruke Include Thermal Properties. Dette vil si at analysen bruker de termiske verdiene du har oppgitt i materialene på bygningkroppen. Det er veldig viktig at bygningskroppen ikke har noen hull, så her er nøyaktig tegning alfa omega. I tillegg kan det være nødvendig å justere ned Analytical Space Resolution og Analytical Surface Resolution for å i det hele tatt få gjennomført analysen.


  1. Nå er du endelig klar for å trykke på Energy Simulation. Veldig viktig at du bruker godt beskrivende navn på analysen, da alle du noen gang lager lagres på samme sted. Et lite tips om Run Name  er å begynne navnet med nummerering, slik at du klarer å holde oversikt på hvilken rekkefølge du har gjennomført analysene - de sorteres alfabetisk.
  2. Resultatene finner du på knappen ved siden av Run Energy Simulation og den heter Results & Compare.


2016-02-14_1414.png
Du kan enkelt sammenligne flere rapporter ved å bruke Compare-knappen øverst til venstre. Da blir rapportene satt opp ved siden av hverandre. I tillegg kan du konvertere en rapport til pdf-fil slik at du kan sende den til andre.

3: Tiltak for å endre tallene.

  • Vi kan benytte oss av varmestråling fra sola for å varme innboerne. Termisk og conductive masse - PCM
  • VI kan bruke vind eller takvifter for å sirkulere lufta når det er for varmt.
  • Vi kan holde flatene på omgivelsene i rett temperatur ved å bruke god isolasjon.
  • HVAC? - 1 Resource Use
  • Resirkulering av vannavfall - det er mange ting vi bruker vann til som ikke krever drikkevann, og da er det er godt alternativ å gjenbruke vann.
  • Mer effektiv vanning ved å bruke bedre utstyr og forme landskapet på en gunstigere måte.
  • Samle regnvann.
  • Living machines?
  • Lifecycle analysis
  • REDUSER varme- og kuldebelastninger med passive metoder FØR du finner utstyr til å utligne belastningene. Har du en god forståelse over de termiske belastningene kan du mer effektivt ta energi fra sola og vinden til å passivt varme, kjøle, ventilere og lyse opp bygningen din.
  • Smart planlegging over når bygningen kommer til å bli brukt.
  • Bruke en god forståelse av de termiske belastningene til å velge det mest passende HVAC-systemet.
  • Optimaliser bygningskropp; materialer, design, forsegling - endrer dramatisk mengden med solenergi som kommer inn og forlater bygningen - påvirker komforten til beboerne. I hvilken grad kommer an på temperatur- og fuktihetsforskjeller mellom inne og ute.

  • Lys: mer effektive lyskilder og apparater reduserer ikke bare hvor mange lys du trenger, men også kuldebelatningen.
  • Latent varmejustering - når luftfuktigheten er for høy må den avfuktes for å bevare beborerens komfort. Dette er en viktig funksjon fra HVAC-system. Litt mindre vanlig, er at noen ganger blir det nødvenig å øke fuktigheten inni bygninger når været er svært kaldt, for å kompansere for den manglende evnen til kalt luft om å holde fuktighet. http://autodesk.efrontlearning.com/courses/www/student.php?view_unit=2325, http://autodesk.efrontlearning.com/courses/www/student.php?view_unit=2325.


Tips for å redusere energiforbruk
  • Se på alle resursene som er tilgjengelig for de til å oppnå målet ditt. Vind, vann, sol og lokasjon kan hver enkelt være viktige kriterier i designet ditt. Ikke overs en til fordel for en annen, ellers kan du fort miste en nyttig resusrs.
  • Begynn med det du har minst av og prøv å få mest mulig ut av den.
  • Det handler ikke kun om prestajson. Å oppnå mål betyr noe hvis du oppnår et bærekraftig prosjekt, men det burde ikke gå på bekosting av appeleringen til designet. Konsekvent bruk av karakteristiske designtrekk mens man integrerer bygningen og systemer inn i settingen får deg langt med tanke på å spre bevisthet og aksept mot karbonnøytrale strategier.


Kostnad
Building performance analysis gjør LCCA mer tilgjengelig under designprosessen. Gjennom å kombinere BPA metoder og BIM teknologi blir dataen rask tilgjengelig for analyse. Denne dataen kan på hvilket som helst tidspunkt blir kjørt gjennom LCCA for å sammenligne investeringer, operasjoner og avkastning.


Det er mest energieffektivt med en størrelse mellom 920.1-2322.6 kvadreatmeter. (2003 CBECA Survey Data for USA)
Energy Star Portfolio Manager
  • Flott resurs for å sette seg mål og milepærler?
  • Mens måling av site energy, som brukes til termisk og visuell komfort, er best egnet ved å måle energien som blir produsert eller kjøpt på stedet. Men, når man skal måle enegriforbruk for å bestemme miljøpåvirkningen, så er måling av source enegry mer nøyaktig - da den ikke bare måler enegien som blir brukt ab bygningen, men også av energien som har blitt brukt for å utvinne, prossesere og levere energien. source-site_ratios_for_energy_-_energystar_performance_ratings.jpg
I store deler av verden blir elektrisitet generert av brenning av fossilt brennstoff. Denne måten å produsere elektrisitet gjør at “forbruket til en bygning” blir mye større enn energien son blir forbrukt innad bygningen, da det er store energitap under utvinningen, prosseseringen og leveringen i forbindelse med overføringer og distrubering.


Termisk og conductive masse

Effektiv metode i klima som har store temperaturforandringer mellom dag og natt. Tommelregler:
  • Velg riktig mengde masse. Dette avgjøres av hvormye varmeenergi  rommet trenger (basert på klima, massing og byggeprogram), og hvor mye sol det er på stedet (basert på klima, orientering og omgivelser). Generellt sett blir komfort og prestasjon økt når man øker termisk masse, og det er ingen øvre grense for menden med godt designet termisk masse.
  • Store overflater med termisk masse, med nok soleskponering. Tommelregelen sier at forholdet påoverflate med termisk masse og glassområder er cirka 6:1.
  • For direkte opptak til lagring er tynn masse mer effektivt enn tykk masse. Den mest effektive tykkelsen er murverk med en tykkelse på 100mm. Tykkelse større enn 150mm hjelper som regel ikke, da varmen bare blir ledet bort fra overflaten og tapt. Den mest effektive tykkelsen for treverk er 25 mm.
  • Isoler den termiske massen fra eksteriøre klimapåvirkninger slik at den ikke mister for mye varme. I noe klimaet, derimot, er det mest guntig med dirkete solopptak og dirkete varmetap til bakken.
  • Det er viktig å få så mye termisk mass i dirkete sollys som mulig. Men, massen som ikke ligger i direkte sollys må også ha en god prestasjon.
  • Lagring av energi i termisk masse er så mye som fire ganger mer effektiv nå massen blir varmet av både direkte sollys og convective varme, i motsetning til bare bli varmet gjennom convection.
  • Å ha termisk masse som invendige segmenter er mer effektivt enn å ha det som ytervegger. Antatt at begge har like stor tilgang til sol, vil den innvendinge veggen overføre varme ut av begge overflatene sine, mens ytterveggen ofte vil miste halvparten til utsiden av bygget.
  • De mest effektive termisk masse-veggene for energilagring, er de som er plassert mellom to direkte-opptak rom.
  • Termisk masse kan kombineres med gall for å lage “Trombe walls”. http://autodesk.efrontlearning.com/courses/www/student.php?view_unit=2325

Annen interessant informasjon

Phase Change Materials (PCM)

En relativt ny type materialer, som blir brukt til å økte termisk masse, uten å å økte vekt eller tykkelse. De kan komme til å erstatte vanlige veggplater, eller komme i tillegg inni vegger og gulv. De er relativt sjeldne nå, men øker veldig popularitet errerhvert som teknologien forbedres og prisene går ned.


Disse materialene lagrer varme ved å bruke materiales “endring i fase”, vanligvis fra fast til flytende og tilbake. Det kreves en stor mengde med energi for å forvandle et fast materiale til et flytende et, eller en gass, selv uten at temperaturen endrer seg. F. esk, kreves det 100 kalorier med energi til å varme et gram vann fra 0 til 100 grader celsius, mens det tar 539 kalorier å forvandle et gram med vann med temperatur 100 grader celsius til et gram med vanndamp med en temperatur på 100 grader celsius. Når vanndampet forvandles tilbake til vann, frigjøres energien igjen.


De fleste PCM bruker voks eller salter som går fra fast til flytende. Noen produkter har lommer med materialet, på samme måte som bobleplast, men de fleste produktene har mikrokapsler som er blandet inn med vanlig gips eller betong.




Simulation CFD: Detailed Heat Tranfer and Flouid Flow Analysis

Et kraftfutl analysevertøy som kan hjelpe deg å forbedre energiorbruket og termisk komfort i desinget ditt. Dette er ikke en del av workshoppen, men det er et eget kurs du kan ta for å lære om dette: http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/simulation-cfd Merk deg at dette regnes som et vanskelig kurs som er beregtet for ingeniører og fremadskridende studenter.

Etterord


Denne artikkelen om bærekraftig design er mangelfull. Dette blogginnlegget mangler fotnoter.

Lagt inn av kl.

Ingen kommentarer:

Legg inn en kommentar

Abonner på: Legg inn kommentarer (Atom)