Issuu on Google+

Meer kennis en kwaliteit dankzij de LG Academy

Mei 2012 | Jaargang 41 | Nr 5

JAARGANG 41 NR. 5 TVVL MAGAZINE MEI 2012

Adaptieve gevels Optimaal gebouwontwerp Convectieve warmteoverdracht

Kosteloze trainingen voor installateurs en adviseurs LG streeft naar een optimale samenwerking met haar

geven we sinds dit jaar ook commerciële trainingen aan

partners. Daarom doen we méér dan het leveren van

adviseurs. Het unieke van de LG Academy is dat we

hoogwaardige duurzame producten. We leveren óók de

onze trainingen ook volledig op maat kunnen maken.

kennis en de kunde. Speciaal daarvoor hebben we de

Zelfs individuele trainingen zijn mogelijk. Dankzij de LG

LG Academy opgericht. Hier krijgen jaarlijks zo’n 1.000

Academy kunt u het kennisniveau in uw bedrijf verhogen

cursisten een kosteloze training in de laatste technieken

en de kwaliteit borgen. En zo uw voorsprong in de markt

en trends in de markt. De trainingen spelen in op actuele

vasthouden of vergroten. Interesse in een training? Neem

onderwerpen, zoals EIA, Breeam, LEED, duurzame

dan contact op met de coördinator Kennis & Opleiding,

totaaloplossingen en slimme installatietips. Daarnaast

via (020) 456 32 82 of kijk op www.lgklimaat.nl

Thema:

Gebouwsimulatie

Kijk voor meer informatie op www.lgklimaat.nl

TM0512_cover.indd 1 adv.indd 1

12-03-2012 16:19:12

3-5-2012 10:19:55


Inhoudsopgave Redactieraad: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J. (Jan) Aufderheijde Mw. dr. L.C.M. (Laure) Itard H. (Henk) Lodder G.J. (Geert) Lugt Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. O.W.W. (Oscar) Nuijten Mw. drs.ir. I. (Ineke) Thierauf Ing. J. (Jaap) Veerman Ing. R (Rienk) Visser Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) Redactie: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J. (Jan) Aufderheijde Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) Redactie-adres: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV Leusden Postbus 311, 3830 AJ Leusden Telefoon redactie (033) 434 57 50 Fax redactie (033) 432 15 81 Email c.mulder@tvvl.nl

TVVL MAGAZINE Mei 2012 Geïntegreerde elektrische en thermische simulaties op wijkniveau

R. (Ruben) Baetens et al

6

Dynamische gebouwsimulatie voor iedereen

R. (Roel) De Coninck et al

10

Brandveiligheidsanalyse van semi-open parkeergarages

Ir. M.G.M. (Mike) van der Heijden et al

14

Optimalisatie gebouwontwerp met een robuustheidsindicator

Ir. P. (Pieter-Jan) Hoes et al Uitgave: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl www.merlijnmedia.nl secretariaat: Email info@merlijnmedia.nl Abonnementen: Merlijn Media BV Postbus 275, 2740 AG Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl Benelux € 109,Buitenland € 212,Studenten € 87,Losse nummers € 18,Extra bewijsexemplaren € 13,Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd. Advertentie-exploitatie: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) 631717 Email r.struijk@merlijnmedia.nl Prepress: Yolanda van der Neut Druk: Ten Brink, Meppel

REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door redactieraadleden’. De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.

22

Pv-systemen voor industriële hallen

B. (Bruno) Lee et al

26

Convectie in energiesimulaties tijdens nachtventilatie

S. Leenknegt et al

30

Adaptieve gevels

Ir. R.C.G.M.(Roel) Loonen

34

‘Virtual Natural Lighting’ systemen

R.A. (Rizki) Mangkuto et al

38

Interview: Maarten Veerman

Convectieve warmteoverdracht in gebouwsimulatie

Dr.ir. L.F.R. (Leen) Peeters

68

42

Computersimulatie voor product- en ontwerpontwikkeling

Ir. J.V.F. (Jeroen) Houben et al

46

Ontwerpen en analyseren van hydronische installaties

ISSN 0165-5523

R. (Roel) Vandenbulcke et al

© TVVL, 2012

Voorspellen van schimmelgroei

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.

4 29 61 67 68 71 72 75 76 77 78

18

Meting ven de energetische kwaliteit van individuele woningen

F.G.H. (Frans) Koene

editorial Nieuws Actueel Uitgelicht Interview regelgeving Projectbeschrijving Internationaal summary voorbeschouwing Agenda

Ir. E. (Evy) Vereecken et al

50

54

Evaluatie energieprestatie passieve schoolgebouwen

B. (Barbara) Wauman et al

58

Project: MFC Brede School

72

Cover: Vabi Elements, M3E en Dok 40 in Dordrecht

TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 113,- per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.

3

TM0512_inhoud.indd 3

1-5-2012 15:17:45


editorial

Gebouwsimulatie: recent onderzoek Gebouwsimulatie kan, als het efficient en effectief wordt gebruikt, een krachtig hulpmiddel zijn bij het streven naar duurzame gebouwen met een optimale binnenmilieukwaliteit. De (internationale) interesse in gebouwsimulatie is de laatste jaren sterk toegenomen. Zo is het ledenaantal van de International Building Performance Simulation Association (Ibpsa, www. ibpsa.org ) gegroeid tot circa 5.000 en bestaan er ondertussen 25 regionale afdelingen waaronder die in Nederland + Vlaanderen (www.ibpsa-nvl.org ). Prof.dr.ir. J. ( Jan) Hensen Hoogleraar gebouwprestatiesimulatie TU/Eindhoven Er wordt ieder jaar een aantal internationale congressen op dit gebied georganiseerd. Building Simulation 2011 in Sydney is een recent voorbeeld. Met twintig van de in totaal 450 participanten waren Nederland en Vlaanderen goed vertegenwoordigd. Deze uitgave van TVVL Magazine bestaat uit uitgebreide samenvattingen van de bijdragen van een aantal van deze deelnemers. Daarmee wordt een beeld geschetst van het huidige onderzoek rond gebouwsimulatie in onze contrijen. Hieruit blijkt dat waar het onderzoek rond gebouwsimulatie zich vroeger concentreerde op de fysische en technische aspecten, er ondertussen veel meer aandacht is voor efficient en effectief gebruik en voor de mensaspecten in het geheel.

  Meer informatie Veel meer informatie over de huidige praktijk en onderzoek rond gebouwsimulatie is te vinden in het recente Ibpsa-boek Building Performance Simulation for Design and Operation, Spon Press, Londen, 2011. Dit boek is geschreven door veertien internationaal erkende experts en geeft een uitgebreid overzicht van de rol en werking van gebouwsimulatie vanaf het eerste ontwerp tot het einde van de levenscyclus van gebouwen.

4

TM0512_editorial.indd 4

TVVL Magazine | 05 | 2012 EDITORIAL

1-5-2012 11:56:35


Uw water, onze zorg! Apparatuur

Al ruim 30 jaar is Lubron dĂŠ specialist in waterbehandeling. Met hedendaagse technieken ontwikkelen wij voor iedere specifieke toepassing een optimale oplossing. Onze werkwijze is een goed samenspel tussen apparatuur, additieven en service. Daarmee zijn wij uniek, want wij: ontwikkelen en maken zelf apparatuur op maat voor uw toepassing; formuleren zelf de additieven voor een optimale conditionering; hebben zelf ons eigen serviceteam dat uw installatie 24 uur per dag en in heel Nederland in optima forma kan houden. Dat geeft zekerheid. Lubron heeft de kennis en de middelen om voor u vrijblijvend systeemscans uit te voeren voor bestaande of nieuwe te realiseren systemen. Daarmee krijgt u een goed beeld of het systeem (nog) voldoet aan de huidige regelgeving en de laatste stand der techniek. Uw eerste stap: www.lubron.eu

Service

Klant

Additieven

Lubron Waterbehandeling B.V. Mechelaarstraat 38 4903 RE Oosterhout Tel 0162 426931 Fax 0162 459192 www.lubron.eu

PERFECTE LUCHTVERDELING MET EURO AIR LUCHTVERDEELSLANGEN

ONTWERP INMETEN MONTAGE ONDERHOUD

EURO AIR LUCHTVERDEELSLANGEN AFZUIGSYSTEMEN VOOR LABORATORIA, INDUSTRIE, LASROOK EN UITLAATGASSEN

TM0512_05_BLT.indd 5

WWW.BLTLUCHTTECHNIEK.NL

3-5-2012 10:28:06


Geïntegreerde elektrische en thermische simulaties op wijkniveau

Gevoeligheid voor tijdsresolutie Een herziening van de Europese richtlijn 2002/91/EG over de energieprestaties van gebouwen verplicht elke EU-lidstaat om vanaf 2020 enkel nog bijna nulenergie gebouwen te bouwen. Een energieconcept dat ook in Vlaanderen haalbaar is, bestaat erin om warmtepompen te combineren met zonneboilers en pv-panelen. Een hoog aandeel pv-panelen en/of warmtepompen kan echter voor een pieklevering of -vraag aan het net zorgen, wat op zijn beurt kan leiden tot problemen met de spanningskwaliteit van het elektriciteitsnet. Om deze problematiek te onderzoeken werd een geïntegreerde simulatieomgeving ontwikkeld. R. (Ruben) Baetens1, R. (Roel) De Coninck2,3, L. (Lieve) Helsen2, D. (Dirk) Saelens1 1. Building Physics Section, Department of Civil Engineering, KU Leuven, 2. Applied Mechanics and Energy Conversion Section, Department of Mechanical Engineering, KU Leuven, 3. 3E, Brussels, Belgium

Ideas – Integrated District Energy Assessment by Simulation – is ontwikkeld in Modelica en laat een gedetailleerde modellering van het huishoudelijk elektrisch verbruik, de thermische installatie, lokale pv-productie en elektriciteitsdistributie in gebouwde omgevingen toe [1]. De in Ideas onderzochte wijk bestaat uit 33 alleenstaande woningen die alle voldoen aan de volgende definitie van nul-energie: elke woning produceert op jaarbasis evenveel energie als nodig is voor klimaatbeheersing, sanitair warm water, verlichting en het gebruik van huishoudelijke apparaten. Dit artikel analyseert de gevoeligheid van dit model voor de tijdsresolutie van de randvoorwaarden, zijnde het residentieel gebruikersgedrag en de meteorologische gegevens die de lokale elektriciteitsvraag en -productie bepalen [2]. De resolutie van de randvoorwaarden is belangrijk omwille van volgende

6

TM0512_baetensa_2085c.indd 6

redenen: (1) elektrische netwerken hebben een veel snellere respons in vergelijking met thermische processen in de gebouwde omgeving, (2) de tijdsresolutie van de randvoorwaarden is van belang om het evenwicht tussen energievraag en -aanbod op wijkniveau correct in te schatten en (3) ten slotte bepaalt het detail dat noodzakelijk is voor een kleine tijdsresolutie de vereiste detailkennis over de randvoorwaarden en de resulterende simulatietijd.

 IDEAS Figuur 1 illustreert het model van de wijk die bestaat uit een mix van vier representatieve woningen. De gekozen isolatiediktes zijn gebaseerd op economische optima voor de residentiële sector [3]. De woningen zijn verder zeer luchtdicht (n50 = 0,6 h-1) zodat de jaarlijkse warmtevraag voldoet aan de lage-energie standaard (QH < 60 kWh/(m².a)). In elke

woning zorgt een modulerende lucht/waterwarmtepomp gekoppeld aan een buffervat voor de productie van sanitair warm water en ruimteverwarming. Een gebalanceerd ventilatiesysteem met lucht/lucht-warmterecuperatie met een rendement van 84% zorgt voor de hygiënische ventilatie. Het gebruik van buitenzonwering en het openen van ramen voorkomen oververhitting van de woning bij warm weer. Er is geen actieve koeling voorzien. Alle gebouw geïntegreerde pv-panelen zijn zuidgeoriënteerd met een helling van 34 graden. In een traditioneel net met enkel gebruikers daalt de spanning naarmate men het einde van de lijn bereikt. Om te lage spanningen te vermijden, stelt men de spanning aan de voedingstransformator traditioneel hoger in (hier ingesteld op 234,6 V). De injectie van elektriciteit afkomstig van pv-panelen zorgt voor een bi-directionele vermogensstroom en

TVVL Magazine | 05 | 2012 SIMULATIE

1-5-2012 11:59:51


-Figuur 1- Voorstelling van het model voor geïntegreerde dynamische simulatie van thermische en elektrische systemen op wijkniveau

een lokale spanningsstijging. De hedendaagse normen eisen dat de stijging beperkt blijft tot 6% van de nominale spanning. Bij overschrijding van deze spanning schakelen de omvormers de pv-panelen van het elektriciteitsnet en wordt er geen vermogen meer geleverd.

 TIJDSRESOLUTIE-GEVOELIGE RANDVOORWAARDEN Het stochastische karakter van het gebruikersgedrag en de werking van de elektrische apparaten zorgen ervoor dat elke woning zijn eigen karakter heeft. Zo ontstaat het noodzakelijke realistisch beeld van de tijdsafhankelijke energiestromen in de wijk. Het stochastische profiel van aanwezigheid, het gebruik van verlichting en het gebruik van toestellen in residentiële gebouwen is geïmplementeerd door gebruik te maken van een ‘Markov chain’ consistent met het model van Richardson et al. [4]. Dit gebruikersgedrag beïnvloedt zowel het thermisch gedrag van de gebouwen als de respons van het elektrische net. De originele output van het stochastisch model heeft een tijdsresolutie van 1 minuut. Minder gedetailleerde randvoorwaarden met een tijdsresolutie van respectievelijk 5, 10, 15, 30 en 60 minuten (G5 tot G60) werden verkregen als rekenkundig gemiddelde van de meest gedetailleerde data (G1). Voor de simulatie van de elektriciteitsproductie van de pv-panelen is gebruik gemaakt van 1-minuut gegevens (G1) voor de zoninstraling verkregen uit Meteonorm v6.1 [5] voor het gematigde klimaat van Ukkel (België). Ook hier zijn minder gedetailleerde randvoorwaarden met eenzelfde tijdsresolutie als voor stochastisch gebruikersgedrag berekend als rekenkundig gemiddelde van de meest gedetailleerde data.

TVVL Magazine | 05 | 2012 SIMULATIE

TM0512_baetensa_2085c.indd 7

 GEVOELIGHEID TIJDSRESOLUTIE De gebruikte tijdsresolutie heeft slechts een kleine invloed op het thermische gedrag van de gebouwen. Zowel het jaarlijkse thermisch comfort als het totale elektriciteitsgebruik voor ruimteverwarming en sanitair warm water tonen weinig verschil. De voornaamste reden hiervoor kan gevonden worden in de grote thermische massa in gebouwen. De gemiddelde afwijkingen in ruimtetemperaturen tussen G1 en G60 blijven beperkt tot 0,2°C. De maximale afwijking bedraagt 2,8°C en is het gevolg van kleine verschuivingen in tijd van setpunttemperaturen en het al dan niet behalen van temperaturen die zorgen voor

statuswijzigingen in de regelaars, zoals het openen van ramen. De momentane afwijking op de elektriciteitsvraag bedraagt tot 3 kW. Die kan eveneens verklaard worden door verschuivingen in het startmoment van de warmtepomp. Omdat elektrische systemen amper traagheid kennen, is de invloed van de gebruikte tijdsresolutie op de respons van de elektrische systemen veel groter. Zoals getoond in figuur 2 is de belangrijkste afwijking hierbij de onderschatting van overspanningen in het net ten gevolge van de afvlakking van zoninstraling in G60-data. Piekoverspanningen van 9 V ontstonden voor de gesimuleerde netsterkte bij het gebruik van G60-data, terwijl overspanningen

-Figuur 2- (links) De frequentieverdeling en (rechts) Tukey-boxplot van de momentane afwijking en de Pearson’s product-moment en de Spearman’s rank correlatiecoëfficiënt ρ,r (-) voor de verschillende tijdsresoluties van de netspanning

7

1-5-2012 11:59:52


tot 18 V ontstonden bij G1-data. Deze worden veroorzaakt door de grote gelijktijdigheid van netto-overproductie van elektrische energie op gebouwniveau, die resulteren in een accumulerende spanningsstijging. Die gelijktijdigheid wordt veroorzaakt door het samenvallen van pv-piekproductie bij elke woning, doordat deze enkel afhankelijk is van het (zelfde) klimaat. Zoals getoond in figuur 3 verschilt de verloren elektrische energie door het afschakelen van de omvormer bij een spanning van 253 V sterk tussen de verschillende tijdsresoluties, vanwege de gesimuleerde netsterkte en onderschatting van de overspanning. Op wijkniveau verschilt het energieverlies van 1,9 MWh bij het gebruik van G60-data en 3,6 MW bij het gebruik van G1-data. De verloren energie bedraagt respectievelijk 1,4% en 2,5% van de totale energielevering door pv.

gebruikersgedrag is minder cruciaal.

 REFERENTIES 1. R. Baetens et al., ‘Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation’, Applied Energy, no. Special issue on Smart Grids, Renewable Energy Integration, and Climate Change Mitigation - Future Electric Energy Systems, 2012. 2. R. Baetens, R. De Coninck, L. Helsen, and D. Saelens, ‘Integrated dynamic electric and thermal simulations for a residential neighborhood: Sensitivity to time resolu-

tion of boundary conditions’, in Proc. of the 12th Conf. of The International Building Performance Simulation Association, 2011, pp. 1745-1752. 3. G. Verbeeck, ‘Optimisation of extremely low energy residential buildings’, K.U.Leuven, 2007. 4. I. Richardson, M. Thomson, and D. Infield, ‘A high-resolution domestic building occupancy model for energy demand simulations’, Energy and Buildings, vol. 40, no. 8, pp. 1560-1566, 2008. 5. Meteotest, ‘Meteonorm Version 6.1 Edition 2009’. Bern, 2008.

 CONCLUSIE

www.remon.com

Variatie van de tijdsresolutie voor huishoudelijk energiegebruik en voor meteorologische data tonen het belang van het gebruik van gedetailleerde data voor onderzoek naar de integratie van elektrische netwerken in gebouwsimulaties. Grote gelijktijdigheid van netto vermogenslevering op gebouwniveau in een residentiële gebouwde omgeving met een hoog aandeel pv zorgt voor een sterke onderschatting van overspanningen in het net als klimaatdata op uurbasis gebruikt worden. Het gebruik van minuutwaarden voor zoninstraling is hierbij cruciaal voor een correcte beoordeling van mogelijke afschakeling van de pv-omvormer door spanningsstijgingen. Het gebruik van sub-uurlijkse waarden voor

8

TM0512_baetensa_2085c.indd 8

-Figuur 3- (links) De frequentieverdeling en (rechts) Tukey-boxplot van de momentane afwijking en de Pearson’s product-moment en de Spearman’s rank correlatiecoëfficiënt ρ,r (-) voor de verschillende tijdsresoluties van de invertor-verliezen door overspanning

Aardwarmte - t zat‚ er al in ... ... en Remon haalt t er weer voor u uit Remon regelt voor installateurs, architecten en huiseigenaren het complete aardwarmtesysteem. En we leveren het sleutelklaar op tot aan de warmtepomp. Heel gemakkelijk, heel vertrouwd. Waarom zo stellig? Omdat Remon het meest competente boorbedrijf van Nederland is en omdat we zorgvuldig geperfectioneerde techniek gebruiken.

!

Wat betekent dat in de praktijk? • we boren snel de benodige schachten, tot 300 meter diep • we berekenen deskundig de bijbehorende leidingweerstanden • we werken netjes en schoon, zonder graafwerk in het terrein of boormateriaal dat achterblijft rondom het boorgat • we stemmen ‘t systeem af op uw behoeften • en we geven 25 jaar systeemgarantie

passie voor duurzame energie

Waarom Remon? • SIKB-erkend boorbedrijf • open en gesloten bronsystemen • grote en kleine boormachines, geschikt voor elk terrein • landelijk opererende servicedienst - 24/7 service • meer dan 25 jaar ervaring Marum | Dalfsen | Ospel 0594 64 80 80 0529 43 50 40 077 466 00 45

TVVL Magazine | 05 | 2012 SIMULATIE

1-5-2012 11:59:53


TM0512_09.indd 9

1-5-2012 13:39:35


Op maat gemaakte web-applicaties voor merk-specifieke producten

Dynamische gebouw­simu­latie voor iedereen Bouwproducten en -oplossingen worden steeds complexer en integreren steeds vaker in verschillende domeinen (verwarming, verluchting, zonwering, regeling, etc.). Gebouwsimulatie is nodig om tot een goed ontwerp te komen. Maar vele leveranciers en verdelers van gebouwproducten beschikken niet over de tools of expertise om (vaak ingewikkelde) simulatiemodellen te gebruiken. 3E heeft hiervoor een oplossing uitgewerkt. Deze bestaat uit een webplatform met een eenvoudige interface, waarmee ook onervaren gebruikers een achterliggend dynamisch simulatiemodel kunnen aansturen. Het model wordt voor elk specifiek product specifiek samengesteld om de impact van de oplossing op een willekeurig gebouw te kunnen simuleren. R. (Roel) De Coninck, D. (Dirk) Devriendt en B. (Bernard) Huberlant; 3E, Brussel, België

Om de CO2-uitstoot van gebouwen te verminderen besteden ontwikkelaars en producenten van bouwproducten steeds meer aandacht aan het energiegebruik van hun oplossingen. Daarnaast is er een evolutie van integratie gaande: de voorgestelde producten verenigen steeds vaker verschillende domeinen. Hierdoor worden de producten complexer en is het moeilijk om de impact van het product op het totale energiegebruik en gebruikerscomfort te bepalen. Dit geldt zelfs voor de verkopers van de producten die vaak vuistregels of eenvoudige statische berekeningen gebruiken om de klant te overtuigen van de voordelen van hun oplossingen. Maar als die verkopers zich positioneren als aanbieders van totaaloplossingen hebben ze ook behoefte aan een goede simulatie van het samenspel van hun producten met de rest van het gebouw.

10

TM0512_deconinck_2085d.indd 10

 WEBPLATFORM Een oplossing voor dit probleem is uitgewerkt door 3E, een studiebureau uit Brussel. 3E heeft een lange ervaring met dynamische gebouwsimulatie, maar stelt vast dat gebouwsimulatie slechts met mondjesmaat doordringt tot de ontwikkelaars en verdelers van de bouwproducten. Toch maken zij vaak de eerste berekeningen en staan ze de architect of ingenieur bij in de keuze van het energieconcept. Om dynamische gebouwsimulatie toegankelijk te maken voor deze partijen is een webplatform ontwikkeld. Dit platform biedt de gebruiker een eenvoudige interface aan met een minimum aan parameters en instellingen. Via deze interface kan de gebruiker een gedetailleerd simulatiemodel configureren, simulaties starten en resultaten opvragen. Een overzicht van deze structuur is weergegeven in figuur 1. Het bijzondere aan deze ontwikkeling is dat het

gedetailleerde simulatiemodel productspecifiek is; dat wil zeggen dat de experts van 3E voor elk product een nieuw model samenstellen. Dit model bevat de specifieke eigenschappen van het product en van andere (standaard) oplossingen, zodat de simulatie de impact van het product op het resulterende energiegebruik en comfort kan bepalen. Het opgezette platform laat toe om op efficiënte wijze nieuwe dynamische modellen op te bouwen en daarvoor een toegankelijke interface te maken. Deze gebruikersinterface wordt ontworpen in samenspraak met de klant en bevat enkel de parameters die de gebruiker moet kunnen aanpassen.

 VOORDELEN De voordelen voor de producenten en verdelers van bouwproducten zijn legio: -  geen investering in simulatiesoftware; -  expertise in modelleren is niet vereist;

TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

1-5-2012 12:05:16


-  beheersbare initiële kosten; - modellen zijn opgebouwd en geverifieerd door onafhankelijke simulatie-experts; - simulaties met gevalideerde pakketten zoals Trnsys of Modelica; - inbreng in de opbouw en complexiteit van de webinterface; - automatische rapportering van simulatieresultaten mogelijk; - betere service naar klanten (ingenieurs, architecten, bouwheren); - geen installatie en eenvoudig updaten via de webinterface; - alle gebruikers gebruiken exact dezelfde versie; - uitwisselen van modellen, inputs en resultaten tussen gebruikers van hetzelfde bedrijf via de webinterface.

 TOEPASSINGEN

-Figuur 1- Overzicht van webplatform en simulatieserver

-Figuur 2- Voorbeeld van de gebruikersinterface (profielen)

TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

TM0512_deconinck_2085d.indd 11

In principe is deze aanpak geschikt voor alle gebouwproducten, met name warmtepompen, ketels, ventilatiesystemen, zonwering, isolatie, beglazing, regelstrategieën, etc. De voordelen van simulatie komen echter vooral tot uiting in toepassingen waar het dynamisch gedrag een grote rol speelt. Het is namelijk niet erg moeilijk om de impact van isolatie op het jaarlijks gasverbruik te bepalen aan de hand van een eenvoudige, statische, berekening. Het is echter onmogelijk om dit te doen voor pakweg zonwering of een grondgekoppelde warmtepomp. Dergelijke systemen kunnen enkel correct gedimensioneerd worden met een gedetailleerde dynamische simulatie. Op het moment van schrijven heeft 3E reeds twee toepassingen draaien: één voor buitenzonwering met horizontale lamellen en één voor reflecterende dakbedekkingen. Beide toepassingen zijn gebaseerd op een Trnsysmodel, maar dat is geen vereiste: de software is ontworpen om ook andere modellen aan te kunnen maken en om alternatieve simulatieengines aan te sturen. Voor beide toepassingen is een eerder uitgebreide interface opgesteld, waarin de gebruiker details kan meegeven over de gebouwgeometrie (één thermische zone), randvoorwaarden aan alle wanden, gebruikte wandsamenstellingen en glaseigenschappen, details van de zonwering respectievelijk dakbedekking, setpunten voor koeling, verwarming en ventilatie, en gebruikersprofielen. Figuur 2 toont een voorbeeld van de gebruikersinterface. De opgestelde modellen blijven bewaard op de site en kunnen ook door collega’s (van hetzelfde bedrijf) gebruikt worden voor nieuwe simulaties of als basis voor een nieuwe studie. De simulaties worden simultaan uitgevoerd voor drie cases: een referentie en twee varianten. Zo kan in de resultaten meteen

11

1-5-2012 12:05:17


de impact van de varianten tegenover een ‘business as usual’ scenario getoond worden (zie figuur 3). De resultaten komen desgewenst automatisch in een word document dat met minimale nabewerking naar de klant gestuurd kan worden.

 BESLUIT Met de ontwikkeling van een webplatform als interface naar gedetailleerde modellen wil 3E de toegankelijkheid van dynamische gebouwsimulatie verhogen. De modellen worden specifiek ontworpen in functie van het te evalueren product, en de interface wordt voor elke klant opnieuw op maat gemaakt. Deze ontwikkeling kan gebouwsimulatie binnen het bereik brengen van partijen die dat tot nog toe moesten ontberen: in eerste instantie leveranciers van technologie die zo de impact van hun producten kunnen aantonen of laten evalueren. Maar ook studiebureaus of installateurs kunnen via dergelijke laagdrempelige modellen dynamische gebouwsimulatie in de dagelijkse praktijk toepassen.

-Figuur 3- Voorbeeld van simulatieresultaat: maandelijkse koudevraag voor een situatie met klassieke dakbedekking (Reference) en met twee soorten reflecterende dakbedekking (Case 1 en 2)

 NOTA Dit artikel is een samenvatting van een Engelstalige publicatie die werd gepresenteerd op de Building Simulation 2011 conferentie te Sydney. De volledige paper kunt u downloaden op de website van 3E via deze link: http:// www.3e.eu/projects/publications-and-downloads/

Tijdelijk of semi permanent behoefte aan extra warmte en/of energie? Uw bron van informatie bij het kopen of huren van ketelinstallaties voor stoom, warm en heet water. Verhuur • warmwaterketels tot 8 MW • heetwaterketels tot 12 MW • automatische expansie-inrichtingen • stoomketelunits tot 28 barg van 400 kg/hr tot 16.000 kg/st • ontgassers, voedingswatertanks, ontharders • olietanks 3, 5, 10 en 20m3 • in container, buitenopstelling of romneyloodsen Services • 24 uurs storingsdienst • leidingwerkmontage • onderhoud • engineering Milieuzorg • Low-NOx installaties • geluidsbesparende omhuizingen • CE normering

www.ecotilburg.com Postbus 899, 5000 AW Tilburg - Hectorstraat 23, 5047 RE Tilburg - Tel: 013 5839440 - Fax: 013 5358315 - E-mail: info@ecotilburg.com

TM0512_deconinck_2085d.indd 12

1-5-2012 12:05:18


Bij alles wat we doen, denken we voortaan groen Duurzaamheid is niet alleen een woord. Duurzaamheid moet je doen. Vandaar dat we ons assortiment en onze diensten vanaf heden meer ‘groen’ kleuren. Het vinden van zogenaamde ‘groene’ producten via de website is een stuk makkelijker geworden. Of het nu gaat om producten die energie besparen of zelfs energie opleveren. We geven adviezen voor alternatieve oplossingen die het milieu minder belasten, bijvoorbeeld op het gebied van efficiënt installeren. En we dragen ook ons steentje bij. Zo is Technische Unie gecertificeerd voor niveau 3 van de CO2 -prestatieladder. Het bewijs dat techniek en ‘groen’ prima samen gaan.

Technische Unie. Daar heb je meer aan.

www.technischeunie.com

advDuurzaamTU01_210x297.indd 1 TM0512_13.indd 13

29-04-11 10:47 1-5-2012 13:40:52


Brandveiligheidsanalyse van semi-open parkeergarages De ontwerprichtlijn NEN2443 schrijft met betrekking tot het brandveilig ontwerpen van semi-open parkeergarages ofwel (1) een minimale hoeveelheid open geveloppervlak voor, of (2) een minimale ventilatievoud. Dit heeft als doel om in geval van brand de ontwikkelde rook en warmte op een effectieve manier af te voeren uit de parkeergarage. In deze studie zijn zeven verschillende varianten beoordeeld op hun brandveiligheid door middel van gevalideerde Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties. Deze varianten voldoen alle aan de NEN2443. Geconcludeerd wordt dat drie van de zeven varianten een onvoldoende hoog brandveiligheidsniveau hadden. Ir. M.G.M. (Mike) van der Heijden, Technische Universiteit Eindhoven, dr.ir. M.G.L.C. (Marcel) Loomans, Technische Universiteit Eindhoven, ir. A.D. (Tony) Lemaire, Efectis Nederland B.V., prof.dr.ir. J.L.M. ( Jan) Hensen, Unit Building Physics and Services, Technische Universiteit Eindhoven.

Uit onderzoek in de Verenigde Staten blijkt dat er in 2002 ongeveer 329.500 voertuigbranden waren, die zorgden voor 17% van het totaal aan brand gerelateerde slachtoffers en voor ongeveer $1.400.000.000 aan directe schade [1]. Daarnaast is duidelijk uit statistieken van het CBS [2] dat het aantal motorvoertuigen in Nederland de afgelopen zes jaar met ongeveer 11% is toegenomen. Hierdoor neemt de vraag naar parkeerruimte toe. Dat zorgt samen met het niet voorhanden zijn van bruikbare grond in grote steden, tot het bouwen van parkeergarages [3]. Maar dit kan, zoals hiervoor aangegeven, leiden tot een significant risico. Dit risico wordt tot een geaccepteerd niveau gereduceerd door een ontwerp te toetsen aan het bouwbesluit. Parkeergarages voldoen vaak niet aan de in het bouwbesluit genoemde prestatie-eis voor de maximale grote van een brandcompartiment. Het bouwbesluit staat dit toe zolang wordt aangetoond dat het ontwerp

14

TM0512_vanderheijden_2085e.indd 14

een gelijkwaardig brandveiligheidniveau heeft [4]. Voor het aantonen van gelijkwaardigheid bij semi-open parkeergarages wordt in praktijk vaak de ontwerprichtlijn NEN2443 [5] gebruikt, die als eis voor de geometrie van de garage stelt dat: - ten minste twee tegenover elkaar liggende geveldelen open dienen te zijn; - deze gevelopeningen een oppervlakte dienen te hebben van tenminste 1/3 van het totaal aan geveloppervlak en oppervlak van binnenwanden, of 2,5% van het totale vloeroppervlak; - deze geveldelen maximaal 54 meter van elkaar verwijderd mogen zijn; - binnenwanden geen beperking mogen opleveren voor de ventilatie (te bereken m.b.v. NEN1087); - de laagste vloer in de garage niet meer dan 1,4 meter onder het maaiveld mag liggen.

Maar of deze eisen daadwerkelijk tot een voldoende hoog brandveiligheidniveau leiden voor veilig brandweer ingrijpen, is nog nooit systematisch onderzocht. Het doel van dit onderzoek was om vast te stellen in hoeverre de eisen uit de NEN2443 resulteren in een brandveilig ontwerp.

 METHODOLOGIE Om de Nederlandse regelgeving voor semi-open parkeergarages te toetsen, is een inventaris gemaakt van de dimensies van 75 semi-open parkeergarages in Nederland (zie figuur 1). Hieruit is een typische semi-open parkeergarage voor Nederland afgeleid. Voor deze parkeergarage zijn zeven varianten gecreëerd die voldoen aan de NEN2443, waarbij gevelopeningen zijn verschoven en verschillende winddrukken zijn opgelegd. Het brandveiligheidniveau van deze zeven varianten is getoetst aan de hand van gevalideerde com-

TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

1-5-2012 12:09:43


putational fluid dynamics (CFD) simulaties. Hierbij werd verondersteld dat de brandweer een brand enkel veilig kan benaderen indien: - de maximale temperatuur op hoofdhoogte niet hoger is dan 100°C;. - de maximale temperatuur van de rooklaag niet hoger is dan 270°C; - een minimale zichtlengte van 30 meter richting de brandhaard aanwezig is. Met behulp van deze criteria wordt uiteindelijk een uitspraak gedaan over de brandveiligheid van semi-open parkeergarages indien deze worden ontworpen volgens de NEN2443. Validatie De validatie van de CFD-simulatie werd verkregen aan de hand van een onderzoek zoals beschreven door Hu et al. [6]. In dit onderzoek werd beschreven hoe een dieselvuur van 1,5 MW werd gecreëerd aan het gesloten uiteinde van een 88 meter lange gang. In deze gang werd door middel van 49 thermokoppels en acht thermistors de temperatuur langs het plafond gemeten gedurende de brandtijd van het vuur. Door het uitvoeren van een CFD-simulatie van deze situatie is nagegaan of de gebruikte modellen en aannamen tot een voldoende nauwkeurig resultaat leiden. In figuur 2 is de vergelijking tussen de meet- en simulatieresultaten zichtbaar. Deze resultaten zijn vertaald naar een 3D-situatie en vergeleken met de empirische Alpert-correlaties [7]. Hieruit is geconcludeerd dat de resultaten van de CFD-simulatie voldoende nauwkeurig zijn voor het kunnen toetsen van de verschillende varianten. Brandcurve Op basis van 405 parkeergaragebranden die door de brandweer van Parijs zijn gerapporteerd, kan worden geconcludeerd dat het het meest waarschijnlijk is dat er slechts één auto brandt tijdens een parkeergaragebrand [8]. Eveneens blijkt dat het onwaarschijnlijk is dat er meer dan drie auto’s branden. Voor de simulaties zijn daarom drie verschillende volumes gecreëerd waarbij op verschillende momenten de hitte en rook van een brandende auto wordt vrijgelaten. Er is aangenomen dat de brand tien minuten na de ontsteking overslaat naar een tweede auto en vijf minuten daarna naar de derde auto. Voor de brandweer is aangenomen dat er vijf minuten nodig zijn voor de detectie en doormelding van de brand, vervolgens tien minuten om de locatie van de brand te bereiken, nogmaals vijf minuten om de inzet voor te bereiden op locatie en uiteindelijk nogmaals vijf minuten om de brand te blussen. Dit is in lijn met de ontwerpnorm NEN6098 [9].

TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

TM0512_vanderheijden_2085e.indd 15

-Figuur 1- Overzicht van de steekproef van 75 semi-open parkeergarages

-Figuur 2- Vergelijking van CFD-resultaten met de metingen (metingen uitgevoerd door Hu et al. [6] )

-Figuur 3- Temperatuur nabij de brandende auto’s in variant één (afgebeeld als een dwarsdoorsnede door deze auto’s)

15

1-5-2012 12:09:45


-Figuur 4- Overzicht van de geometrie van de zeven varianten samen met het resulterende veilige en onveilige oppervlak op verschillende tijden

veiligheidsniveau twijfelachtig. Er is namelijk een klein gebied nabij de brand van waaruit de brandweer zou kunnen opereren. Het is echter onduidelijk hoe snel deze situatie zou kunnen veranderen.

 CONCLUSIE Dit onderzoek had als doel om vast te stellen in hoeverre de eisen uit de NEN2443 leiden tot een brandveilig ontwerp. Uit dit numerieke onderzoek blijkt dat drie van de zeven onderzochte varianten als onveilig worden beschouwd. Van één variant was het brandveiligheidsniveau twijfelachtig. Op basis hiervan is vastgesteld dat wanneer een garage is ontworpen volgens de NEN2443, dit kan leiden tot een onvoldoende hoog brandveiligheidsniveau wanneer wordt gelet op veilig brandweeringrijpen.

 RESULTATEN

Varianten Er zijn zeven verschillende varianten gebruikt in dit onderzoek. Hierbij wordt de eerste variant als referentie gebruikt. Bij deze variant is de lange zijde volledig open en is geen winddruk opgelegd. Hij voldoet dus ruimschoots aan de NEN2443. Verder zijn vier varianten gecreëerd die exact voldoen aan de NEN2443; er is namelijk enkel 1/3 van het totale geveloppervlak open. Deze vier varianten verschillen onderling in locatie van de opening en/of het in rekening brengen van de constructie (TT-liggers). Met behulp van twee extra varianten is de invloed van wind onderzocht. Bij deze twee varianten is de lange zijde volledig open en is een winddruk opgelegd die (bij afwezigheid van de brand) resulteert in een windsnelheid van 1,5 m/s en 5 m/s. Een overzicht van deze varianten is afgebeeld in figuur 4.

16

TM0512_vanderheijden_2085e.indd 16

Zoals aangegeven zijn drie verschillende volumes gedefinieerd waar de hitte en rook wordt afgegeven. In figuur 3 is te zien hoe de temperatuur nabij de brandende auto’s toeneemt naarmate de tijd verstrijkt. Uit deze figuur is eveneens op te maken dat de verschillende auto’s op een ander tijdstip ontbranden (zoals besproken bij de methodologie). De stratificatie van de rooklaag is eveneens zichtbaar; de temperatuur nabij het plafond is namelijk significant hoger. Om een uitspraak te kunnen doen over het brandveiligheidsniveau van de verschillende varianten, zijn de resultaten van de drie veiligheidscriteria voor veilig brandweeringrijpen gecombineerd. Door het maken van deze combinatie is vervolgens het gebied aan te wijzen dat na bepaalde tijdsintervallen als veilig of onveilig kan wordt beschouwd. Een variant wordt als onveilig beschouwd indien binnen 20 minuten de brandhaard niet meer kan worden benaderd door de brandweer. Het resultaat van deze analyse is afgebeeld in figuur 4. Dit resultaat laat zien dat er significante verschillen zijn tussen de varianten. Zo blijkt dat voor referentievariant 1 en voor de varianten 4 en 6 het onbegaanbaar gebied minimaal is, en voornamelijk gelokaliseerd is nabij de brandhaard. Voor varianten 2, 3 en 7 blijkt dat er geen gebied is aan te wijzen waar het voor de brandweer veilig is. Voor variant 5 is het

 REFERENTIES 1. Ahrens M., 2004. U.S. vehicle fire trends and patterns. Fire Analysis and Research Division National Fire Protection Association, pp. 1-12 2. CBS 2010. Motorvoertuigen; aantal voertuigen en autodichtheid per provincie, Centraal Burau voor Statistiek, The Netherlands, URL: http://statline.cbs.nl/ StatWeb/ 3. Chow W. K., 1998, On Safety Systems for Underground Car Parks, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 13, No. 3, pp. 281-287 4. de Jong A. 2003. Bouwbesluit 2003, Op de voordracht van de Staatssecretaris van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer, The Netherlands, nr. MJZ2000153138 5. NEN 2000. Parkeren en stallen van personenauto’s op terreinen en garages, NEN2443, Nederlandse Norm, The Netherlands, ICS 91.040.99 6. Hu L.H., Huo R., Li Y.Z., Wang H.B., Chow W.K., 2005. Full-scale burning tests on studying smoke temperature and velocity along a corridor, Tunneling and Underground Space Technology, Vol. 20, No. 3, pp. 223–229 7. Alpert R.L. 1972. Calculation of response time of ceiling-mounted fire detectors, Fire Technology, Vol. 8, No. 3, pp.181-195 8. Joyeux D., Kruppa J., Cajot L., Schleich J., Leur P., Twilt L., 2001. Demonstration of real fire tests in car parks and high buildings pp. 53-66 9. NEN 2010. 2e Ontwerp norm, Rookbeheersings- systemen voor mechanisch geventileerde parkeergarages, NEN6098, Nederlandse Norm, The Netherlands, ICS 13.220.20; 91.140.99

TVVL Magazine | 05 | 2012 GEBOUWSIMULATIE

1-5-2012 12:09:47


TVVL magazine mei 2012