98
Guidelines for Design and Construction of Energy-Efficient County Government Facilities and Schools June 2004

Guidelines for Design and Construction of Energy-Efficient

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Guidelines for Design and Construction of Energy-Efficient

County Government Facilities and Schools

June 2004

Prepared for:

Wake County Government and

Wake County Public School System

June 2004

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Table of Contents

Table of ContentsThis document, Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools, is organized into 4 sections. Section 1, General, introduces general energy conservation considerations such as energy budgets and goals, life-cycle costs, and selection criteria for A/E teams. Section 2, Design, is divided into 6 sub-sections, each representing a key interrelated component of energy-efficient design and contains design and good practice recommendations. The third section, Commissioning and Maintenance, offers considerations for the continuation of energy-efficient design. The last section, Appendices, offers additional information related to key energy and environmental design issues, practices and technologies.

1. General

Policy Statement Energy Goals, Budgets, Life Cycle Analysis, etc.

2. Design

A. Site

B. Daylighting and Windows

C. Energy Efficient Building Shell

D. Lighting and Power Systems

E. Energy Efficient Mechanical and Ventilation Systems

F. Water Conservation and Plumbing Systems

3. Commissioning and Maintenance

4. Appendices

A. Master List of Energy Conservation Opportunities

B. Codes, Standards, and References

C. Daylighting

D. Typical Efficiencies of Electric Motors

E. Full-Load Efficiencies

F. Energy Conservation Options for HVAC System

G. Maintenance and Replacement Cost

H. Potential Energy Conservation Measures for Existing Buildings

I. Indoor Air Quality Concerns

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

SECTION 1 – GENERAL

The Energy Conservation and Management Policy was adopted by the Wake County Board of Commissioners in 1992 in order to encourage energy efficiency and improve environmental quality in Wake County’s public facilities. The policy forms the basis for the development of Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools.

1.1 ENERGY CONSERVATION AND MANAGEMENT POLICY

All Wake County employees share in the responsibility for the implementation of this energy policy and must be diligent in their efforts to conserve resources and use energy efficiently. Because of the complex environmental, economic and social consequences of the use of finite energy resources, appropriate procedures must be employed in the design, construction, operation and maintenance of buildings as well as in the purchase, operation and maintenance of equipment and vehicles. Wake County shall employ appropriate staff and consultants whose assigned responsibilities include

the development and implementation of energy conservation programs.

The respective Energy Conservation Advisor for Wake County and Wake County Public Schools shall determine annually an energy consumption goal to be used in the preparation of facility operating budgets. Budget requests for the operation and maintenance of existing facilities’ equipment shall include adequate funds to maintain and enhance the operating efficiency of building systems and equipment.

Proposed capital budgets shall provide for quality, energy-efficient facilities and equipment which meet or exceed the performance criteria established in the Guidelines

The Guidelines, developed jointly by Wake County and Wake County Public School System, shall be periodically reviewed by the Wake County Citizens Energy Advisory Commission. The Guidelines shall include design standards, energy goals, economic assumptions for life cycle cost analysis and other building system and technology criteria. Architects and engineers shall be required to demonstrate that their designs conform to these Guidelines to the satisfaction of the professional staff of the governmental entity with primary responsibility for each project.

The process of selecting teams of architects, engineers and other design consultants shall assure that design teams are fully qualified to provide the necessary professional services including the demonstrated ability to conduct the energy analysis services as indicated in the Guidelines.

Professional services agreements with design professionals shall require designers to follow the Guidelines. The total design fee shall be adequate to support the requested comprehensive design services.

Energy analysis shall be performed by design teams at appropriate intervals after completion of new buildings at the request of the Owner if the actual energy consumption exceeds expected energy consumption based on the initial energy analysis. This shall be considered as an additional service to be negotiated with the facility management staff and not part of the basic design services.

Facilities Management staff shall develop and implement guidelines that specify procedures for the operation and maintenance of facilities during occupied and unoccupied times, and shall review guidelines annually.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

Energy use and cost data for each major facility shall be monitored monthly and reported upon request to the Wake County Citizen’s Energy Advisory Commission. Data shall be reviewed annually by the staff and, at which time, goals are established for each major facility.

The respective Energy Conservation Advisor for Wake County and WCPSS shall review consumption data and energy related maintenance and operational activity as presented in reports, facility audits and studies conducted during the previous year and shall prepare a report, in coordination with the Energy Commission, which recommends capital needs for energy retrofit to be considered in future building programs.

The Facilities Management staff of Wake County and the Wake County Public School System shall develop specific emergency energy conservation guidelines that may be implemented in the event of an energy emergency. These guidelines shall include shut-down priorities and procedures that may be implemented during periods of energy or funding crisis and be reviewed annually.

1.2 CONSTRUCTION BUDGET

The establishment of a reasonable construction budget is one of the most critical items in attaining a good quality, energy-efficient facility. An unrealistically low budget will cause problems throughout design, construction and after occupancy. A building may be inexpensive to build but may be very expensive to operate and maintain. Facility operating costs over the life of a building typically far exceed the initial capital construction cost. Therefore, long-term operating costs must be given special consideration separate from the initial “goal setting” for projects through each step of the programming, design and construction process.

Retrofitting and renovating facilities to improve energy performance is sometimes very costly and is generally difficult; therefore it is imperative that the Design Team be responsible for performing appropriate analyses of building systems during the design phase. This approach will increase the cost for professional fees, but it will result in higher quality facilities and lower facility operating costs. A careful balance between initial construction cost and projected long range facility operating costs is an essential part of a successful public project.

1.3 ENERGY EFFICIENCY

The Design Team must create an energy efficient facility that meets or exceeds energy efficient goals stated herein and still remains within the construction budget. The design must incorporate the best possible “life-cycle” energy solutions that provide reasonable payback periods and are serviceable by the maintenance staff. The facility should also be environmentally-sensitive and be a healthy building for employees, customers, students and visitors.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

1.4 ENERGY BUDGET AND ENERGY GOAL

The most important energy programming criteria is performance. The following Energy Budgets and Energy Goals were established as benchmarks upon which to judge a project’s success. The Energy Budget numbers, listed by the particular building type, reflect the minimum energy performance that is required. Achievement of the Energy Goal is considered to be excellent. These numbers were derived by analyzing standards applicable to our immediate climatic area as well as project data for local projects of similar type.

BUILDING TYPE * ENERGY BUDGET(BTU’S/SQ.FT/YEAR)

*ENERGY GOAL (BTU’S/SQ.FT/YEAR)

Human Services Facilities (Clinics) 53,900 44,100

Libraries (Community Center)*** 45,100 36,900

Maintenance Buildings and Warehouses 25,300 20,700

Office Buildings:- One and Two Story- High Rise

44,00048,400

36,00039,600

Schools:- K-5- Middle and High Schools- Gymnasiums

39,60050,60055,000

32,40041,40045,000

24/7 Facilities (see note**) (see note**)

Other Building Types: (see note**) (see note**)

* Energy Budget numbers reflect a value which is ten percent higher than the Building Energy Performance Standards developed by the US Department of Energy. The Energy Goals reflect values which are ten percent lower than the US Department of Energy’s Building Energy Performance Standards. It includes a ventilation rate recommended by recent ASHRAE Standard 62.1.

** If the building to be designed is not representative of any of the above categories, a specific “Energy Budget” and “Energy Goal” shall be developed by Wake County, with input from the Design Team. This Budget and Goal shall be established during the Programming Phase.

*** Energy Budget and Goal based upon 10 hours per day 12 months per year for typical annual operation.

1.5 ENERGY STATUS REPORT

The Designer must prepare and submit an Energy Status Report at each phase of the design. The reporting form, which is included at the end of the section, is intended to aid the designer in monitoring energy efficiency goals set by Wake County and Wake County Public School System.

1.6 PRIORITIES FOR ENERGY CONSERVATION STRATEGIES

In addition to evaluating quantifiable, analytical results and Btu consumption numbers, there are other factors which should be considered when evaluating overall energy design. In general, it is desirable to use natural energy solutions (i.e., daylighting, passive heating and cooling) before mechanical ones. Solutions should be used which have minimal environmental impact and result in better indoor air quality. Daylighting should be considered a high priority for projects because, in addition to energy savings, productivity and health are also improved. Low maintenance solutions requirements are, obviously, the best option.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

1.7 LIFE-CYCLE ANALYSIS

The purpose of a life-cycle analysis is to compare alternative design options available for the project and select the most cost-effective design option. Alternative design elements that (1) have different first costs and/or (2) will impact operating and/or maintenance costs differently must be compared using a common component.

A. The life-cycle cost analysis shall include, but is not limited to, the following components: The coordination, orientation, and positioning of the facility on its physical site; The amount and type of fenestration employed in the facility; Thermal characteristics of materials and the amount of insulation incorporated into the facility

design; and The variable occupancy and operating conditions of the facility, including illumination levels.

B. The initial estimated cost of each energy-consuming system being compared and evaluated shall include, but is not limited to, the following elements;

The estimated annual operating cost of all utility requirements; The estimated annual cost of maintaining each energy-consuming system; and The average estimated replacement cost for each system expressed in annual terms for the life

expectancy of the facility.

C. The life-cycle cost analysis shall be certified by a registered professional engineer or bear the seal of a North Carolina registered architect, or both as required by the respective licensing board.

D. The Designer shall use the life-cycle cost analysis over the life expectancy of the facility in selecting the optimum system or combination of systems to be incorporated in the design of the facility. The energy consumption analysis of the operation of energy-consuming systems in a facility shall include, but is not limited to:

The comparison of three or more system alternatives; The simulation or engineering evaluation of each system over the entire range of operation of

the facility for a year’s operating period; and The engineering evaluation of the energy consumption of component equipment in each system

considering the operation of such components expected at expected load based on hourly weather data other than full or rated outputs.

1.8 CRITERIA FOR LIFECYCLE COST ANALYSIS

A life-cycle cost analysis shall be used to evaluate the cost effectiveness of various design options to be implemented in building design. Various analytical methods have been used by designers to evaluate the appropriateness of incorporating optional energy saving measures. However, only the life-cycle cost (LCC) analysis totally evaluates what is in the best, long-term interest of the Owner. By incorporating life-cycle cost approaches throughout, all reasonable energy options can be compared on an equal level.

A comprehensive LifeCycle Cost Analysis (LCCA) method for North Carolina State Facilities was issued by the North Carolina State Construction Office on October 1, 2001. This method can be downloaded at:

HTTP://INTERSCOPE2.DOA.STATE.NC.US/GUIDELINES/LCCA_LINK.HTM

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

1.8.1 FACTORS TO CONSIDER IN ANALYSIS

The following factors should be included in a life-cycle cost analysis of various design options: Initial cost Energy operating costs Maintenance cost (over the expected life of a building) Useful life Energy inflation costs Replacement inflation costs

1.8.2 BUILDING COMPONENTS TO CONSIDER IN ANALYSIS

On the following page, Table 1-1 identifies most of the components that should be considered and analyzed by the designers in preparing life-cycle cost analysis for a project.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

Table 1-1Building

ComponentTypical Alternatives

SubstructureFoundationsSlab on gradeBasement excavationBasement and retaining walls

SuperstructureFloor constructionRoof constructionStair construction

Wall ConstructionIncreased insulation levels, insulation placement, etc.Mass (passive solar thermal storage)DaylightingBuilding envelope (exterior closure) type

FenestrationType, amount, and location/orientation of glassIndoor/outdoor shading devicesDaylighting

Interior space planSpace arrangementCirculationFinishes and colorsCeiling heights

Roof constructionIncreased insulation levels, type of insulationRoof membrane type and colorDaylighting

Architecture

ConveyancesSelection of elevators and dumbwaitersEscalators

Secondary HVAC system(s)System(s) type(s) and zoningEconomizer cycle(s)Heat recovery (exhaust air, internal source, etc.)

HVAC

Primary HVAC system(s)System(s) type(s) and energy sourcesPumping/piping configurationHeat recovery, waterside economizer cycle, etc.Thermal storage (electrical demand shifting)

Plumbing Plumbing system(s)Domestic hot water generation (method and energy source)

LightingArtificial lighting levels, methods, and control, including general lighting and task lighting.Daylighting

Electrical

PowerVoltage selection (building and large equipment)Transformers (quantity, locations, efficiencies)

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

1.8.3 ESTIMATING INITIAL COST FOR THE ANALYSIS

The capital costs associated with an alternative include all costs that would be incurred in the design and construction of that alternative. Using the Construction Standard Institute (CSI) format, relatively accurate cost estimates can be prepared by evaluating the cost associated with various assemblies that make-up the total building.

1.8.4 ENERGY CONSUMPTION

The following is a list of computer-based energy calculation software programs that engineers, architects and analysts use to model and analyze requirements for buildings.

DOE-2 is a whole-building energy analysis program that calculates energy performance and life-cycle cost analysis. It can be used to analyze the energy efficiency of given designs or the efficiency of new technologies. Other uses include utility demand-side management and rebate programs, development and implementation of energy efficiency standards and compliance certification.eQUEST (Energy Quick Simulation Tool) is based on DOE-2, but includes graphics and help wizards that provide sophisticated building energy use simulation without requiring extensive experience in the art of building performance modeling.HAP (Hourly Analysis Program) is a system design and energy simulation tool in one package. Version 4.0 of the program is Windows-based and uses a graphical user interface for input. The energy simulation module uses 1-hour time increments for a full year. This program, like TRACE 700, is designed for the practicing design engineer, but uses techniques very similar to DOE-2.1 to calculate systems performance.TRACE 700 (Trane Air Conditioning Economics) models virtually any building, any air system, any heating, cooling, or generating equipment, and any economic/utility scenario, and then helps to quickly compare them. The program takes you step-by-step from basic building parameters, such as geographic location, to complicated system modeling such as ice storage systems.TRNSYS, commercially available since 1975, is designed to simulate the transient performance of thermal energy systems. TRNSYS allows users to completely describe and monitor all interactions between system components. Because the components are written in Fortran, a user can easily generate a TRNSYScomponent to model any new technology that is created. Historically, TRNSYS has been used for simulating solar thermal systems, modern renewable energy systems including PV and wind power, more general HVAC systems, and buildings.

The designers are encouraged to investigate other programs for use in their analyses, but programs should be submitted for approval before final analyses are performed.

Finally, the construction estimate must include, as applicable, a number of costs that are sometimes overlooked by designers. They are listed as follows: Special equipment and/or rigging; Demolition; Additional architectural and/or structural requirements associated with mechanical alternatives; Additional mechanical or electrical requirements associated with architectural alternatives; Contractor Overhead (Insurance, bonds, taxes, and special conditions), typically 10-15%; and Contractor Profit, typically 4-5%.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 1 - General

1.8.5 ENERGY ESCALATION RATES

Each April, the National Institute of Standards and Technology (NIST) of the US Department of Commerce publishes an annual supplement to their Handbook 135. This supplement updates energy price indices. These energy price indices should be used in preparing life cycle cost analyses.

Additional financial information for use in preparing LCC analyses such as inflation rates or bond financing in North Carolina are available on the State Construction Office website.

1.8.6 TIMEFRAME FOR LIFE-CYCLE COST ANALYSIS

The “estimated life” of the measure determines the period over which the life-cycle cost analysis is to be run. If the project involves a new building, the estimated life would be longer than that of a renovated structure. Likewise, building shell component decisions should be viewed in a larger context than equipment which is often replaced by new technologies. To provide a guide for the design team, the following timeframes are to be used in the modified life-cycle analysis. This modified approach (which multiplies the projected life of the facility time a factor or percentage) reflects a balance between what is best for the life of the facility and the importance of keeping initial cost low.

Type Of Measure Projected Life Of Facility

Timeframe For LCC Analysis (% And Years)

New ConstructionBuilding Shell (Thermal Envelope)

Office Buildings, Schools, Libraries, Gymnasiums

Maintenance Facilities Mechanical Equipment,Electrical, Lighting and Controls

50 years

30 years30 years

50%, 25 years50%, 25 years50%, 15 years50%, 15 years

RenovationBuilding Shell (Thermal Envelope)

Office Buildings, Schools, Libraries, Gymnasiums

MaintenanceMechanical Equipment,Electrical, Lighting and Controls

*

***

50% *

50% *50% *50% *

* On renovation projects, Wake County and the design team will determine the projected remaining useful life of the facility or equipment. This projected life figure should be multiplied by the percentages listed above in order to determine the actual number of years to use in the modified life-cycle cost analysis.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

ENERGY STATUS: SCHEMATIC DESIGN REPORTING FORM

Project ………………………………………………… Project # ………………… DATE …………...

Submitted By………………………………………………………………………………………………

Building Type K-5 School □ Middle School □ High School □

Library □ Fire/EMS station □ Office Bldg □

Detention Facility □ Judicial Bldg □ Maintenance □

Office Bldg Renovation □ Other ………………………

Square Footage Conditioned …………………… Total ……………………

Project Design Team Architect ………………………………………………

Lighting / Electrical Engineer ………………………………………………

Mechanical Engineer ………………………………………………

Energy Consumption Energy Budget ………………....…………Btu/Square foot/Year

Energy Goal ……………………….……Btu/Square foot/Year

Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

The analysis of energy consumption is based upon computer simulation of the facility:

% of Consumption Btu/Square foot/Year Heating …………… …….% ………………….

Cooling …………… … …% ………………….

Ventilation/O.A.* ……………… …. % ………………….

Interior Lighting ……………… …. % ………………….

Other Electrical ……………… … % ………………….

Hot Water …… ………… … % ………………….

Other …………… … … % ………………….

Total Building 100%

Exterior Lighting and other loads …………… …… %

Total Facility 100%

* Assume 15 CFM/person ventilation rate

Time Frame for Life-Cycle Cost Analysis New Construction ……………….. Renovation……………. Projected Life Of Facility …………Years

Energy (And Daylighting) Computer Software Program(S) Used …………………………………………………………………………………………………Electrical Service Requirements □ Single phase □ Three-phase

Anticipated Energy Sources and Systems To Be Used

Fuel/Energy Source HVAC/Lighting/HW System Description Heating …………………...… …………………………………………………Cooling …………………...… …………………………………………………Hot Water …………………...… …………………………………………………Lighting …………………...… …………………………………………………Fire Pump …………………...… …………………………………………………Generator …………………...… …………………………………………………

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

ENERGY STATUS: DESIGN DEVELOPMENT REPORTING FORM

Project …………………………………………………………….………… Project # ………………… DATE …………...

Submitted By………………………………………………………………………………………………………………………

Building Type K-5 School □ Middle School □ High School □

Library □ Fire/EMS station □ Office Bldg □

Detention Facility □ Judicial Bldg □ Maintenance □

Office Bldg Renovation □ Other ………………………

Square Footage Conditioned …………………… Total ……………………

Project Design Team Architect ………………………………………………

Lighting / Electrical Engineer ………………………………………………

Mechanical Engineer ………………………………………………

Energy Consumption Energy Budget ………………....…………Btu/Square foot/Year

Energy Goal ……………………….……Btu/Square foot/Year

D.D. Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

S.D. Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

The analysis of energy consumption is based upon computer simulation of the facility:

% of Consumption Btu/Square foot/Year Heating …………… ……. . % ………………….

Cooling …………… … … . % ………………….

Ventilation/O.A.* ……………… …. . % ………………….

Interior Lighting ……………… …. …% ………………….

Other Electrical ……………… …. .. % ………………….

Hot Water …… ………… … … % ………………….

Other …………… … …. …% ………………….

Total Building 100 %

Exterior Lighting and other loads …………… %

Total Facility 100 %

* Assume 15 CFM/person ventilation rate

Time Frame for Life-Cycle Cost Analysis New Construction ……………….. Renovation……………. Projected Life Of Facility ………… Years………..

Energy (And Daylighting) Computer Software Program(S) Used …………………………………………………………………………………………………Electrical Service Requirements □ Single phase □ Three-phase

Anticipated Energy Sources and Systems To Be Used Fuel/Energy Source HVAC/Lighting/HW System Description

Heating …………………...… …………………………………………………Cooling …………………...… …………………………………………………Hot Water …………………...… …………………………………………………Lighting …………………...… …………………………………………………Fire Pump …………………...… …………………………………………………Generator …………………...… …………………………………………………

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

ENERGY STATUS: CONSTRUCTION DOCUMENTS REPORTING FORMThis form will be used for 60% Construction Documents Phase as well as 100% Construction Documents Phase.

Project ………………………………………………… Project # ………………… DATE …………...

Submitted By………………………………………………………………………………………………

Building Type K-5 School □ Middle School □ High School □

Library □ Fire/EMS station □ Office Bldg □

Detention Facility □ Judicial Bldg □ Maintenance □

Office Bldg Renovation □ Other ………………………

Square Footage Conditioned …………………… Total ……………………

Project Design Team Architect ………………………………………………

Lighting / Electrical Engineer ………………………………………………

Mechanical Engineer ………………………………………………

Energy Consumption Energy Budget ………………....…………Btu/Square foot/Year

Energy Goal ……………………….……Btu/Square foot/Year

C.D. Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

D.D. Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

S.D. Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

The analysis of energy consumption is based upon computer simulation of the facility:

% of Consumption Btu/Square foot/Year Heating …………… …… % ………………….

Cooling …………… …….% ………………….

Ventilation/O.A.* ……………… ….% ………………….

Interior Lighting ……………… …..% ………………….

Other Electrical ……………… ….% ………………….

Hot Water …… ……………. % ………………….

Other …………… ……..% ………………….

Total Building 100 %

Exterior Lighting and other loads …………… %

Total Facility 100%

* Assume 15 CFM/person ventilation rate

Analysis Completed During Construction DocumentsPlease explain any variance from previous energy consumption projections

MaintenancePlease explain the building maintenance ramifications of energy-saving features which require high maintenance.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

ENERGY STATUS: BIDDING PHASE REPORTING FORM

Project ……………………………………………………………………… Project # ………………… DATE …………...

Submitted By…………………………………………………………………..…………………………………………………

Building Type K-5 School □ Middle School □ High School □

Library □ Fire/EMS station □ Office Bldg □

Detention Facility □ Judicial Bldg □ Maintenance □

Office Bldg Renovation □ Other ………………………

Square Footage Conditioned …………………… Total ……………………

Project Design Team Architect ………………………………………………

Lighting / Electrical Engineer ………………………………………………

Mechanical Engineer ………………………………………………

Energy Consumption Energy Budget ………………....…………Btu/Square foot/Year

Energy Goal ……………………….……Btu/Square foot/Year

Bidding Phase Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

C.D. Energy Projection …. …………….…………..Btu/Square foot/Year

The analysis of energy consumption is based upon computer simulation of the facility:

% of Consumption Btu/Square foot/YearHeating …………… … % ………………….

Cooling …………… … % ………………….

Ventilation/O.A.* ……………… … % ………………….

Interior Lighting ……………… … % ………………….

Other Electrical ……………… … % ………………….

Hot Water …… ………… … % ………………….

Other …………… … … % ………………….

Total Building 100 %

Exterior Lighting and other loads …………….%

Total Facility 100 %

* Assume 15 CFM/person ventilation rate

Status Report

Please explain any variance from previous energy consumption projections that may result from accepted alternates/change orders/modifications during construction..

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Site

A. SITE 1. General

Decisions made early in the design can often have a significant impact on many other aspects of the design. By orienting a building effectively, designers can maximize solar access and boost the effectiveness of daylighting strategies, reducing the need for electrical lighting as well as heating and cooling loads. Orienting the building linearly on an east-west axis is one important example. By maximizing well-controlled, south-facing glass and minimizing east- and west-facing glass, the energy performance is greatly enhanced, comfort conditions are improved, and initial costs associated with cooling are reduced.

2. Selecting a Site

When selecting a building site, the highest priority should be given to sites that enable the building to be cost-effective and resource efficient.a. Consider the rehabilitation of an existing site or an urban in-fill area before choosing

an undeveloped site.

b. Select a site that can maximize solar access for daylighting and other solar systems and minimize east and west glass.

c. Consider the availability and cost of utilities and infrastructure required to develop the site.

d. Analyze mass transit and pedestrian accessibility as well as potential bus routes in the area.

e. Consider the topography, the soil conditions and the probability of encountering subsurface rock or other unsuitable soils.

3. Building Orientation

To minimize energy use, maximize energy-saving potential by siting the building appropriately.a. Elongate the building on an east-west axis when possible.

b. Develop a building design that minimizes east and west-facing glass.

c. Employ one-story designs, when possible (and cost-effective), to maximize the potential for daylighting. In multiple-story buildings, minimize the depth of the rooms to maximize the daylighting contribution.

4. Maximize Site Potential

Evaluate ground conditions at the site since this typically determines, to a great degree, both the economic and environmental success of the design.a. Establish floor grades that least impact site grading.

b. Consider existing trees and new landscaping as a means of providing shading in the warmer months.

c. Stockpile appropriate rock from site development for late use as ground cover.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Daylighting and Windows

B. DAYLIGHTING AND WINDOWS

1. General

a. Of all the high performance design features typically considered, daylighting may have the greatest impact on Wake County facilities. Optimum daylighting design significantly reduces energy consumption and also creates improved learning and working environments. Daylighting has been shown to result in increased attendance, improved grades for students, and increased productivity of the occupants. When properly designed, windows, clerestories, and roof monitors can provide a large portion of the lighting needs without undesirable heat gain or glare.

b. Electric lights produce more waste heat energy than daylighting, for the equivalent lighting effect. Waste heat must be removed in warmer months through ventilation or air conditioning, using additional energy. Sunlight, on the other hand, is a cooler light. Reductions in cooling loads due to daylighting strategies often enable designers to downsize air conditioning systems, reducing the initial cost of equipment. High performance windows help to minimize heat gain in warmer months and heat loss in colder months. Although windows can create glare and skylights may cause overheating, properly designed daylighting strategies can reduce both lighting and cooling energy consumption. Glare can also be controlled through good design practices.

Effective Daylighting strategies reduce both lighting and cooling loads.

2. Building Orientation and Solar Access

a. By elongating the building design on an east-west axis, the potential for cost-effective daylighting is maximized.

b. Consider daylighting strategies using south- or north-facing glass. This makes unwanted, excessive radiation much easier to control. An elongated building that has its major axis running east-west will also increase the potential for capturing winter solar gain as well as reducing unwanted summer sun that more often strikes on the east and west surfaces. Exposed, eastern- and western-facing glass should be avoided wherever possible because it will cause excessive summer cooling loads. South glass should incorporate properly sized overhangs, lightshelves or shading techniques that limit radiation in warmer months and prevent direct sun at critical cooling times of day.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Daylighting and Windows

To optimize solar access, develop a building plan elongatedalong an east-west axis.

c. Verify that other exterior design elements or existing site features do not negatively affect the daylighting design.

d. Make sure other building elements are not inadvertently shading glazing areas that are designed as daylighting elements.

e. Consider the reflectance of the materials in front of the glazing areas. The use of lighter roofing colors can reduce the glass area needed for roof monitors, while a light colored walkway in front of a lower window may cause unwanted reflections and glare inside areas of a building.

3. Daylighting Design Strategies

a. Because lighting is a significant component of a building’s energy consumption, efforts to use daylighting should be given a high priority.

1) Good daylighting design can reduce the electricity needed for both the lighting and cooling needs of a building. Daylight provides a higher ratio of light to heat than electrical sources. This ratio, known as lighting efficacy, is much higher for daylight than for electric light sources, meaning that daylight provides more light and less heat, greatly reducing cooling loads. The following chart compares the efficacy of various light sources.

Lighting Efficacy

Lighting Source Efficacy(Lumens/Watt)

Beam Sunlight / Diffuser Skylight 110-130High Intensity Discharge (high pressure sodium, metal halide)

32-124

Fluorescent 55-90Compact Fluorescent 50-60Incandescent 10-20Sunlight provides more lumens/watt then electrical lampsSource: Lawrence Berkeley National Laboratory Lighting Market Source Book for the United States

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Daylighting and Windows

2) Consider daylighting apertures to limit the amount of direct beam radiation entering during the hottest part of the day in the cooling season. This would mean that east- and west-facing glass should be minimized. South-facing vertical glazing is typically better because roof overhangs can be designed to effectively admit low-angle winter radiation for daylighting while excluding excessive higher-angle sunlight in the warmer months. North glazing is second best because it doesn't create overheating problems during the cooling seasons but it also doesn't provide any passive heating benefits.

3) Consider using a well-designed overhang to mitigate the potential drawbacks of summertime solar gains through south-facing glazing. An oversized overhang on the south is not recommended on daylighting apertures since it can also block significant amounts of diffuse radiation in addition to the direct beam.

4) Develop a daylighting design with primary emphasis on south- (typically best) or north-facing roof monitors and a secondary emphasis on south-facing lightshelves. Lightshelves can significantly enhance the natural lighting uniformity within a space and also provide good lighting in narrow rooms (less than 16 feet to 20 feet). Lightshelves may also be the only practical option on multiple-story buildings.

4. Roof Monitors and Clerestories

a. Roof monitors should be considered to typically perform two critical functions: they provide uniform light within the room, and they eliminate glare.

1) Design daylighting strategies to meet the different lighting needs of each major space while accounting for:

a) differing lighting level requirements by time of day; and

b) the ability to darken particular spaces for limited periods of time.

2) If south-facing roof monitors are employed, they should:

a) employ baffles within the light wells to totally block direct beam radiation from striking people, reflective surfaces, or computers;

b) block high summer sun with exterior overhangs; and

c) reduce contrast between very bright surfaces and less bright areas.

3) Optimize the design of roof monitors to enhance their benefits.

a) Minimize size and maximize transmission of glass to reduce conductive losses and gains.

b) Develop an overall building structural design that integrates the daylighting strategies and minimizes redundant structural elements.

c) Consider clear double glazing or clear double glazing with argon for south-facing windows.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Daylighting and Windows

d) Choose light-colored roofing materials in front of roof monitors to reflect additional light into the glazing.

e) In roof monitor/lightwell assemblies, consider incorporating white (or very light-colored) baffles that run parallel to the glass and are spaced to ensure that no direct beams can enter into the space. These baffles should be fire-retardant and UV resistant. Using light-colored translucent baffles reflects the sunlight into the space and eliminate contrast from one side of the baffle to the other.

f) At the bottom of the lightwell, consider providing a transition between the vertical plane surface and the horizontal by introducing a 45 degree transition, if possible. This will decrease the contrast between the higher light level inside the lightwell and the horizontal ceiling.

g) Ensure that the walls and ceiling of the roof monitor are well insulated and incorporate appropriate infiltration and moisture barriers.

5. Lightshelves

a. Consider the use of lightshelves made of a highly reflective material that can bounce the sunlight that strikes the top of the surface deep into the building. The reflected sunlight will hit the ceiling and, in turn, provide light for the room. This is an effective strategy for rooms up to 20 feet deep and can be employed in multi-story buildings or where roof monitors are not possible.

Using lightshelves on south-facing windows allows natural light to bounce deep into the room.

b. Select durable materials, capable of carrying the weight of a person, for both interior and exterior lightshelves.

c. Consider aluminum exterior lightshelves as a good compromise between good reflectance, little or no maintenance, and cost.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Daylighting and Windows

d. Consider incorporating white painted gypsum board on top of interior lightshelves. Aluminized, acrylic sheets applied to the top of the shelf allow light to bounce further back into spaces and can improve performance in deeper rooms without top lighting.

e. Use blinds as a strategy to enhance the performance of lightshelves.

f. Consider controlling the windows located above and below the lightshelves independently. On the south fa�ade, daylighting can be enhanced by incorporating vertical blinds that focus radiation to the perimeter walls within a space and away from people within the space.

6. Lighting Controls

Lighting controls can ensure that occupants always have adequate light while energy efficiency is maintained. Enhance the economic benefits and provide for smoother transition between varying light conditions by implementing multi-staged or dimmable lighting controls.

1) Provide sensors mounted in a location that closely simulates the light level (or can be set by being proportional to the light level) at the work plane

2) Implement a fixture layout and control wiring plan that complements the daylighting strategy

3) Provide means to override daylighting controls in spaces that are intentionally darkened for special uses or presentations..

7. Interior Finishes

a. The color of interior finishes will have a dramatic impact on the lighting requirements within the space.

1) Consider using white (or very light colored) paint inside the lightwell area.

2) Apply carpet or other floor coverings that are as light as is practical for maintenance. This will greatly enhance reflectance and require less glazing to produce the same light levels.

3) If there are television monitors, computers, or whiteboards in the classrooms, consider locating them so as to minimize glare.

4) Enhance the daylighting by considering placement of south-facing windows with lightshelves close to perpendicular interior north-south walls.

8. Skylights

a. Consider skylights if they can be specifically designed to avoid overheating during the cooling season and perform well with minimum maintenance.

1) If skylights are used, specify those that incorporate:

a) motorized, louvered systems that seasonally and hourly adjust to allow the optimum amount of radiation to enter the glazing; and

b) a means to reduce glare and diffuse the radiation once inside the space.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Daylighting and Windows

9. Windows

a. Windows have a significant impact on energy consumption. The characteristics of the windows and their location, orientation, design, and purpose will determine, to a great degree, the level of energy-efficiency the facility achieves.

b. In all cases, windows should be made of high-quality construction, incorporate thermal breaks, and include the appropriate glazing for the particular application. To determine the optimum glazing for each application, the designer should conduct computer simulations that compare options. The US Department of Energy’s DOE-2 program is one of the better analytical tools available for this purpose.

Solar Transmission Values for Typical Glass TypesGlazing Type Solar

TransmissionEquivalent U-Value

Clear, Single 75%-89% 1.11Clear, Double 68%-75% 0.49Low-e, Double, Clear 45%-55% 0.38Low-e, Tinted, Grey 30%-45% 0.38Low-e, Argon 45%-55% 0.30

Considering the transmission values of glass by orientation can greatly reduce cooling loads.

c. Analyze and select the right glazing for each orientation, location, and purpose. If windows are:

1) Oriented east and west and not externally shaded, the best choice is to use a tinted glazing with low-e or low-e with argon.

2) Well-shaded by building elements (e.g., overhangs) or north-facing, tinting is not advised since it restricts the transmission of diffuse radiation.

3) Located close to the floor, comfort becomes a more critical issue and low-e or low-e windows with argon glazing are appropriate.

4) Designed as daylighting components above lightshelves or in roof monitors, the best option is typically clear double glazing or clear double glazing with argon.

Window Selection ConsiderationsApplication Exposure Type

South clear double, low-e with argonNorth clear double, low-e with argon

East/West, unshaded Tinted, double, low-e with argonView Glass(non-daylighting apertures)

East/West, shaded clear double, low-e with argon

Windows Above Lightshelves South Clear double or clear double with argon

High Windows above view glass North Clear double or clear double with argon

Roof Monitors South Clear double or clear double with argon

The intended application and exposure of a window determines appropriate window selection.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Daylighting and Windows

5) For non-daylighting apertures, consider selecting spectrally selective, low-solar gain, low-e glazing glass.

6) If no other external shading is implemented, tinting glazing can be considered as a means of reducing excessive solar gain.

10. Exterior Window Treatments

The most efficient means of appropriately restricting unwanted solar gain from entering glass areas is to block the radiation before it gets to the glazing.

1) Properly-sized, fixed overhangs on south-facing roof monitors and lightshelf glazing block a large portion of the mid-day summer sun while still allowing the lower winter sun to reach the glass.

2) Incorporate overhangs or other design elements above east- and west-facing glazing so that they effectively block the morning and afternoon sun.

3) Consider the advantages of using seasonally adjustable or stationary awnings, solar screens, shutters, or vertical louvers when fixed overhangs are not possible or are impractical.

Transmission of light is greatly impacted by the typeof window treatments used.

11. Interior Window Treatments

If exterior window treatments can not effectively control the seasonal and daily variations in radiation (and resulting glare), or if it is necessary to be able to darken the particular space, blinds or shades may be considered.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Building Shell

C. ENERGY-EFFICIENT BUILDING SHELL

1. General

a. Because the building shell is typically responsible for 10%—20% of the total energy consumed in a building, focusing on this area of design is an important component of energy-efficient design. Increased insulation in the walls and ceiling helps to reduce heat loss and improve comfort. Light-colored exterior walls and roofs help to reduce cooling loads. These factors also contribute to reducing the size and cost of the HVAC system required. The useful life of building materials, systems, and equipment incorporated in buildings can vary considerably, so the building shell decisions the designer makes will impact the first cost of the building as well as the long-term costs associated with operation, maintenance, and replacement.

b. Wall insulation should be selected based on the likelihood that it will never be replaced. When selecting wall and roof systems, it is critical that the designer choose what is best for the entire life of the facility. Consider specifying interior and exterior finishes that are durable and as maintenance free as possible, and integrate insulation levels that are appropriate for the life of the facility. Also, incorporate durable strategies that prevent air infiltration.

High-mass exterior walls, light colored roof finishes, and window treatments including lightshelves and low- e glazing for view windows are among the energy-efficient building shell elements.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Building Shell

2. Massive Wall Construction

a. High-mass construction techniques have been historically employed to moderate the heat gain experienced during the hot days, delaying the impact until nighttime when ventilation strategies can cool the interior spaces. If adequate mass is incorporated, these strategies are just as effective today, particularly since county facilities are typically not occupied during evening hours.

b. Employing a high-mass wall construction technique, such as 16" brick-block and block-block cavity walls with rigid cavity insulation or adobe construction with insulation, thermal gains can be delayed by up to 12 hours.

c. Newer wall systems using insulated concrete forms or tilt-up insulated concrete panels have also proven effective.

Heat Gain Lags in High-Mass WallsUsing high-mass wall construction techniques can delay thermal gains by up to 12 hours.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Building Shell

3. Moisture and Infiltration Strategies

a. Controlling air flow and moisture penetration are critical elements in reducing energy consumption, maintaining structural integrity, and ensuring a healthy indoor environment.

b. Air flow retarders should be installed on the exterior of the building, and building assemblies should protect the outside wall surface from getting wet. Any moisture should be allowed to drain away or dry towards the interior, using permeable interior wall finishes and avoiding wall coverings.

c. Since air leakage can carry significant amounts of moisture into the building envelope, caulk and seal any building shell penetrations and tape the joints of insulating sheeting per the manufacturer’s recommendation.

4. Insulation Strategies

a. Evaluate the cost-effectiveness of varying insulation R-values to maximize long-term benefits.

b. When selecting insulation levels, refer to ASHRAE Standard 90.1. R-values required by local building codes should be considered a minimum.

c. When determining the choice of insulation, the designer should consider energy efficiency, initial cost, and long-term performance. Insulation products carefully considered for stability of R-value over time, and comparisons based on the average performance over the service life should be made.

5. Interior Finishes

a. By properly selecting light-colored interior finishes, lighting energy demands can be reduced and visual comfort can be improved for no additional cost.

b. Select light colors for interior walls and ceilings to increase light reflectance and reduce lighting and daylighting requirements.

c. Consider the color and finish of interior finishes. Light colored, glossy finishes can create glare problems that negatively impact visual comfort.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Building Shell

6. Stopping Radiant Heat Gains

a. Creating a building shell that is massive and well insulated can effectively address conduction gains and losses, but it is critical to also consider radiant solar gains. In the warmer months, up to 90% of the cooling load coming from the roof area can be attributed to radiant heat gain. The designer should address this problem to decrease the cooling load significantly.

b. Consider incorporating radiant barriers in the roof assemblies to reduce up to 95% of the radiant heat gain. When solar radiation strikes a roof, a certain percentage of radiation is reflected away and the balance is absorbed. When this occurs, it heats up that material and the material re-radiates downward. The low-emissivity properties of the aluminum in the radiant barrier stop this radiant process, allowing only 5% of the radiation to pass through. Radiant barriers that have coatings to protect against oxidation help ensure long-term performance. These types of radiant barriers are superior to reflective roofing strategies that tend to lose their reflective qualities over time. Dust accumulations on radiant barriers reduce their performance. When possible, they should be suspended from the joists or rafters to reduce dust accumulation.

Radiant Heat gain can be responsible for 90% of the heat entering through the roof. The use of a radiant barrier can block up to 95% of this gain.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Building Shell

c. To reflect solar gain away before it can create negative radiant impacts within the spaces below, incorporate highly reflective roofing systems. This strategy is important, particularly in areas where radiant barriers can not practically be installed.

d. Consider selecting a light color for the exterior finish to reflect solar radiation.

e. Consider shading exterior walls with architectural elements (or landscaping) to minimize the solar radiation that reaches the building shell.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Building Shell

7. Embodied Energy

a. When selecting building materials, consider that the amount of energy embodied in constructing the building typically exceeds two decades of energy consumption. To address the overall impacts of energy consumption, consider the energy involved in making each product, transporting the product to the site, and implementing the component into the building.

b. Because often half or more of the energy involved in constructing a building is related to transportation of materials, consider selecting locally made products and construction materials.

c. Consider the energy used in the manufacturing of materials and products incorporated in the building.

d. Consider the use of recycled products.

e. Evaluate the recyclability of construction materials once the building has passed its useful life.

f. If existing structures on the building site are to be demolished, consider how the typically wasted materials could be used in the new construction.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

D. LIGHTING AND POWER SYSTEMS

1. General

a. The design of a building’s lighting system has direct bearing on the performance of the occupants. The ability to perform visual tasks is strongly impacted by the type and quality of the lighting systems implemented. Lighting strategies that reduce glare while still producing the required lumen levels are essential components of a high performance energy efficient building.

b. Lighting represents 25%-40% of a typical building’s energy costs. An energy-efficient lighting system can save thousands of dollars annually in just one building, because improving the efficiency of the overall lighting system reduces the energy requirements for both lighting and air conditioning. The use of automated controls in daylit spaces can automatically decrease or increase light levels as needed, and occupancy sensors can automatically turn off lights in unoccupied spaces.

2. Lighting Design Strategies

a. The design team should create an energy-efficient, high-quality lighting system by typically following these three strategies.

1. Select efficient lamps, ballasts, lenses and fixtures that address the needs of each space and achieve the highest output of lumens per input of energy.

2. Provide occupancy sensors, electric timers, and other controls that limit the time the lights are on to only those hours when the space is occupied and the light is needed.

3. Provide automated daylighting controls that reduce or dim the electrical lighting when sufficient natural light is present.

b. Review current ASHRAE Standard to establish lighting power densities (LPDS) for each space within the facility. ASHRAE 1999-90.1 was used to prepare these guidelines.

c. In naturally lit spaces, the artificial lighting design should be compatible with the objectives of the daylighting. In non-daylit spaces, the objective should be to implement the most energy-efficient system possible that minimizes glare while providing the proper level of quality light. These objectives can be achieved by:

1. Maximizing illumination by considering the geometry and reflectances of finishes in each space.

2. Consider indirect lighting strategies as a way to complement daylighting.

3. Consider fixtures that are designed to minimize glare, particularly in rooms with computers.

4. Consider providing low-level ambient lighting supplemented by task lighting.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Lamp Plus Ballast (Lumens/Watt)

Standard Incandescent

Tungsten Halogen

Halogen Infared Reflecting

Mercury Vapor

Compact Flourescent (5-26W)

Compact Flourescent (27-40W)

Full Size & U-Tube Fluorescent

Metal Halide

Compact Metal Halide

High Pressure Sodium

White Sodium

5. Consider photovoltaic lighting systems for remote exterior applications such as greenways, parking lots, and walkways. It is often more cost-effective to use a localized photovoltaic system with its own battery storage than to provide underground electrical service to a building located more than 100 yards away.

d. Consider daylighting that could reasonably be incorporated in the overall design.

1. If significant daylighting is to be incorporated and the space is typically unused at night, consider standard back-up lighting systems in the daylit spaces. Because the amount of time that the electrical lighting is on will be minimal, it may be difficult to justify the more energy efficient, state-of-the-art, lighting strategies.

2. If daylighting is not possible within well-used spaces, compare various lighting and ballast combinations to determine the optimum design.

3. In conjunction with daylighting analyses, evaluate staged and dimable controls, staged lighting levels tied to a photocell that operates banks of lights in one to four stepped increments, and dimmable lighting, individually controlled by dedicated photocells.

e. Minimize glare and eyestrain by:

1. evaluating the location of the lighting sources and the occupant’s field of view;

2. avoiding glare problems commonly experience when viewing computer screens;

3. minimizing situation of “transient adaptation” where the eye can not properly adjust when going from one space to another with drastically different light levels; and

4. considering indirect lighting systems.

3. High-Efficacy Lamps

1. Efficacy is an important measure for energy-efficiency in light output per unit of energy used. High-efficacy lamps can provide the same illumination and color rendition as standard lamps, but at two to six times the efficiency.

2. To maximize efficacy, minimize the use of incandescent fixtures.

3. When selecting lamps, consider

maintenance and lamp replacement

costs.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

Figure illustrates different lamp efficiencies

4. Select the lamps with the highest lumens of output per Watt input that addresses the specific need.

4. Fluorescent Lamps

**Note: T-12 should not be specified for County and School Projects.

Fluorescent Lamp Technologies-Efficacy ComparisonsLamp Type Lamp

LifeLumen/Watt

C.R.I. Lumen Maint.*

Ballast Factor

Description and comments

T-5 Fluorescent (28Watts/4Ft)

20000 104 85 0.95 1 5/8” dia. Tube; high lamp and ballast efficiency, high CRI, similar output to T-8 with a 12% reduction in power usage

T-5 HO Fluorescent (54Watts/4Ft)

20000 93 85 0.95 1 5/8” dia. Tube; high lumen output, high CRI, 88% higher lumens than standard 4 Ft. T-8

T-8 Fluorescent (32Watts/4Ft)

20000 92 82 0.92 0.9 1” dia. Standard for efficient fluorescent lamps 23% efficiency improvement over T-12

T-12* Fluorescent (34Watts/4Ft)

20000 69 72 0.89 0.88 1 �” dia. Tube, still being used where efficiency is not being considered**

Developed by Padia Consulting from manufacturer’s literature (Philips, Osram Sylvania, General Electric)* The lumen maintenance percentage of a lamp is based on measured light output at 40% of that lamp’s rated average life. For T-5, after 8,000 hours of life time, the lumens/Watt will be 98.8 lumen/Watt (104x0.95)Fluorescent lamp selection should be based on the illumination needs of the area and lamp replacement frequency and cost.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

a. Consider the smaller diameter T-8 and T-5 fluorescent tubes over the traditional T-12s because they have a higher efficacy. The T-8 system produces 92 lumens per Watt as compared to 69 lumens per Watt for the T-12 system. The T-5 system produces 33% more lumens per Watt than the T-12 system.

b. Consider fixtures that are designed to enhance the efficacy of the T-8 and T-5 lamps by incorporating better optics in the luminaire design.

The graph compares efficacies of common fluorescent lamp/ballast combinations with the efficacy of a tungsten halogen lamp.

5. Compact Fluorescent Lamps

a. Consider compact fluorescent lamps that are energy efficient and long lasting. A 13-Watt compact fluorescent lamp (about 15 Watts with an electric ballast) provides the same illumination as a 60-Watt incandescent lamp and lasts up to 10 times longer. Additionally, have excellent color rendering.

b. In larger daylit spaces like gymnasiums or meeting rooms, consider ganged compact fluorescents as a practical means of addressing the need for dimmable lights.

c. Consider fixtures with effective reflector design.

6. Metal Halide and High-Pressure Sodium Lamps

a. Consider metal halide and high-pressure sodium lamps for exterior lighting applications.

b. Use metal halide and high-pressure sodium lamps only in areas where the long warm up and restrike time after a power outage will not affect the safety of students, visitors, and staff.

7. LED Exit Lights

a. Select light-emitting diode (LED) exit lights. Exit signs operate 24 hours a day, 365 days a year. LED exit signs offer energy savings between 80 kilowatt-hour/year and 330 kilowatt-hour/year per fixture with little maintenance. LED exit lights have a projected life ranging from 700,000 hours to more than 5 million hours and the standby battery requires replacement about every 80,000 hours. Typical fluorescent lamps will last only 15,000 hours.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

8. High Efficiency Reflectors

a. High-efficiency fixtures employ two main strategies to minimize the blockage or trapping of light within the fixture housing. These two strategies are high-efficiency lensed troffers and fixtures with parabolic reflectors.

1. Incorporate well-designed troffers that use the shape and finish of the inner housing to minimize inter-reflections and maximize lumens per Watt. A high-efficiency troffer with two or three lamps can produce the same illumination as a standard four-lamp fixture.

2. Selected fixtures with parabolic reflectors as an alternative means to improve optics and increase the performance of the light fixture.

9. Ballasts

a. Solid state electronic ballasts are available in both rapid-start and instant-start models. The instant-start ballasts have a very high efficiency but should be avoided in applications where sensors are used. Electronic and magnetic ballasts are identical in shape, size, and external wiring, but electronic ballasts can each operate up to four lamps.

b. While selecting a dimmable ballast, consider that magnetic ballasts will only dim to about 40% of full power before the flicker becomes problematic, whereas electronic ballasts may be dimmed to near zero output with no perceptible flicker. Electronic ballasts also have a higher lumen output at reduce power levels than magnetic ballasts.

c. Select high-efficiency electronic ballasts because they save energy, have a low propensity to attract dust, and incorporate a minimum of hazardous materials. These also operate at a cooler temperatures.

d. Select electronic ballasts because they minimize the characteristic humming from fluorescent lamps.

e. Consider that conventional ballasts cycle at 60 Hertz and create a perceptible flicker, whereas electronic ballasts cycle faster, reducing eye strain.

10. Lumen Maintenance

a. The output of a fluorescent lamp decreases over its rated life. The strategy used for maintained light level calculations is the initial light output of the luminaires multiplied by factors for lamp depreciation, luminaire depreciation, and room surface dirt depreciation. This will reduce the calculated output by at least 25%–30%.

b. The better strategy is to measure the light output at the work surface using a light sensor in an “open loop” control. This will save power initially, extend the life of the lamps, and compensate for dirt on luminaires and room surfaces. It is important to establish a program of group lamp replacement because this will ensure that overall lighting levels are even and maintenance labor costs by are reduced by 88% over “spot” replacement.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

11. Lighting Controls

a. Evaluate switching versus dimming strategies. The following comparison is offered as a guide for such evaluations.

b. Consider switching where daylight levels are consistently high and tasks are non-critical (atriums, walkways, warehouses, etc)

c. Consider dimming where daylight levels are close to target, tasks are critical and tolerance for controls is low (office areas, classrooms, etc.)

d. From an energy-savings perspective, switching typically outperforms dimming if daylight levels are consistently higher than target; dimming typically outperforms switching if daylight levels are close to or less than target.

e. Consider infrared, ultrasonic, or a combination of infrared and ultrasonic motion detectors in all major spaces to turn off the lights when the space is not occupied.

f. In daylit spaces, consider staged or dimmable lighting controls tied to photocells located within each space and capable of reading light levels at the work surface

g. Incorporate override switches for automatic daylight dimming controls only where the need to manually control lighting levels is necessary to function the space.

h. Consider photocell on outdoor lights to ensure that they are off during daytime hours.

Switching

Inexpensive

Abrupt light changes

HID lamp restrike time

May reduce lamp life

Increases service life

“Burnt out” lamp appearance

Better used for indirect lighting

Dimming

More expensive

Added flexibility

Gradual level change

May reduce lamp life

Increased incandescent lamp life

Reduces efficacy

Check dimming range and residual power use

May give color shift

Square law dimming effect

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

12. Power Systems

An inefficient electrical distribution system in a building can result in degraded power quality, the introduction of wasteful harmonics, and line losses up to 4%.

a. Evaluate the merits of a high-voltage distribution system, taking into consideration the initial cost and operational savings due to reduced line losses. Analyze the costs of delivering power at 208/120 volts versus 480/277 volts.

b. Consider more efficient transformers that operate at lower temperatures

c. Consider using K-rated transformers to serve non-linear equipment.

d. Wherever possible, minimize long runs of wire from power distribution panels to electrical equipment. Where equipment would be likely to operate at a low voltage due to distance from the distribution panel, install a larger size wire to reduce the voltage drop.

e. Consider high-efficiency motors and, where appropriate, variable frequency drives for motors. Compare motors using No. 112, Method B, developed by the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).

f. Consider fans and pumps for the highest operating efficiency at the predominant operating conditions.

g. Consider energy-efficient, ENERGY STAE-rated food-service appliances; washers, dryers, and other similar equipment.

h. Consider providing a grounding conductor in all raceways for the primary grounding path.

i. Segregate motor, equipment and lighting loads from other more sensitive equipment loads throughout the distribution system, as is practical.

j. Evaluate and specify the appropriate K-ratings for the distribution transformer where harmonics may be an issue.

k. Consider problems that may arise when equipment shares receptacles on the same circuit. Determine the number of circuits, the layout of receptacles on the same circuit, and equipment that will require dedicated circuits.

l. Evaluate and provide the following for computer circuits, sensitive equipment and panelboards, as required:

m. Dedicated Circuits

n. Isolated grounds and ground receptacles

o. Transient surge suppressors

p. Power conditioning

q. Uninterruptible power supplies for critical loads

r. Provide distribution class surge arrestors on the building power main.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Lighting and Power Systems

s. In some cases, transient surge protection in the branch circuit panelboards might be required. The focus should be on panels with dedicated circuits that have isolated grounding provisions.

t. Apply Transient Voltage Surge Suppression as needed at loads.

u. Implementation of Variable Speed Drives (VSD_ should be evaluated for PQ issues and should include auto restart and manual bypass on critical loads. The inclusion on line reactors to mitigate harmonics should be evaluated on an individual drive, based on its location in the distribution system.

v. Consider using Uninterruptible Power Supplies (UPS) to include online and line interactive only. Do not use standby or offline UPS on critical loads.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

E. ENERGY-EFFICIENT MECHANICAL AND VENTILATION SYSTEMS

1. General

a. Heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems are typically responsible for 35%–50% of the energy consumed in buildings. By using the "whole-building" approach —looking at how all the building's design elements work together — the design team can factor in energy-saving choices that reduce heating and cooling loads and downsize the HVAC system required.

b. HVAC systems have a significant effect on the health, comfort, productivity, andperformance of occupants. Most of these issues are directly or indirectly linked to HVAC system design and operation, and should be maximized by improved mechanical and ventilation systems.

c. Consider the HVAC design that relates all the interrelated building systems while addressing indoor air quality, energy consumption, and environmental benefit. To optimize the design to receive full benefits, the mechanical system designer and architect should address these issues early in the programming/schematic design phase and continue to assess energy consumption throughout the remaining design process. It is also important that the Owner implement appropriate levels of commissioning and routine preventative maintenance programs on mechanical systems.

d. Establish mechanical equipment location and space requirements and their service clearances for commissioning proper equipment maintenance and replacement.

2. Energy Analysis

a. To optimize the selection of efficient, cost-effective mechanical and ventilation systems, an energy analysis should be performed early in the process, during the schematic design phase. Several available computer programs can provide building simulations on an hourly basis to predict the energy behavior of the building’s structure, air conditioning system, electrical, and central equipment plant.

b. An energy analysis considers the building’s key components — the building walls and roof, insulation, glazing, the lighting and daylighting systems, as well as the HVAC systems and equipment. The analysis program can simultaneously assess and predict the results of choices associated with each component. For buildings in the design phase, computer models are generally useful for comparing alternatives and predicting trends.

c. Energy analysis computer programs that simulate hourly performance should include a companion economic simulation to calculate energy costs based on computed energy use. This model can estimate monthly and annual energy usage and costs. Some models allow the user to input estimated capital equipment and operating costs so that the life-cycle economics of the design can be evaluated and compared.

1. Prior to starting work on the design, establish an “energy budget” for the project that is lower than the maximum required for the facility.

2. Develop a clear understanding of balancing initial cost versus life-cycle cost and point out the long-term advantages of investing in more energy-efficient approaches.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

3. When evaluating life-cycle costs, take into account:

a. the initial cost of equipment;

b. the anticipated maintenance expenses;

c. the projected labor costs with escalation rates;

d. replacement costs;

e. life expectancy of equipment.

4. Incorporate the evaluation of different fuel and energy source options over the life-cycle period. There are many alternative designs that can be used to supply air conditioning to a building. The final selection of an air conditioning system should be primarily based on the option with the least life cycle cost. Other secondary factors like space requirements, degree of control, maintenance factors, flexibility, need for individual zoning, acoustics, reliability, and off-hour operation should also be considered.

5. Identify and evaluate appropriate HVAC systems based on the building type, new or existing, and its use.

6. The most efficient systems minimize the energy required during operation by matching their air supply to the load without adding a penalty for reheat. These include: variable air volume for interior air supply with perimeter radiation for heating, interior variable air volume with perimeter constant volume, and interior variable air volume central air handling supplying air to variable air volume terminal units equipped with re-heating coils.

7. Consider variable air volume (VAV) systems with different types of terminal units, including:

a. Variable air volume (VAV) with reheat coil;

b. Series fan-powered VAV terminal unit; and

c. Parallel fan-powered VAV terminal unit.

8. Evaluate the HVAC system and design criteria in accordance with applicable North Carolina Building codes and ASHRAE standards to:

a. Provide adequate ventilation for the building occupants and building intended function; and

b. Facilitate maintainability and cleanability of the HVAC system.

9. All potentially viable (at least two) HVAC systems should be identified and life cycle cost analyses performed on them. There are many options available with central plant-hydronic and central plant air delivery systems.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

10. Consider energy use and operating expenditures at the outset of the design process, so energy and resource-efficient strategies can be integrated at the lowest possible cost.

11. Optimize the mechanical system as a complete entity to allow for interactions between system components.

12. A report should be generated containing a life cycle cost analysis of HVAC systems with justification of recommended HVAC systems at schematic and design development phases of the project. If major changes in the building design are made, revised life cycle analyses should be performed at the construction document phase of the project.

13. A report and verification of the energy analysis is required at the eleven (11) month warranty inspection.

3. Cooling Systems

a. Consider cooling systems that match the profile and building loads.

b. Evaluate various cooling equipment sizes and models to select the unit that best matches the demand requirements. To accomplish this, use an hourly computer simulation tool to generate energy consumption profiles and the incidence of coincidental peak cooling loads. Select equipment that achieves a high efficiency at the predominant load but also remains efficient over the range of operating conditions.

Refrigeration UnitsThe Coefficient of Performance (COP) of refrigeration systems is the ratio of the net heat removal by

the evaporator to the total energy input to the compressor.

Type Size(Tons)

Condensing MinimumCOP

BestCOP

AverageCOP

A/C Package Units

ChillersCentrifugal:Screw:

Centrifugal and Screw:

Reciprocating:

Absorption:Direct-FiredSingle-StageTwo-StageIndirect-FiredSingle-StageTwo-Stage

< 5

> 5

100-2,000100-750

< 250> 250

50-25010-1,500

AirWater

AirWater

WaterAir

WaterWater

AirWater

WaterWater

WaterWater

2.932.642.492.78

5.412.40

4.404.40

2.553.64

0.48

0.68

4.705.304.705.3

7.333.06

5.907.33

3.004.20

0.671.02

0.711.14

3.503.003.503.14

6.402.80

4.525.87

2.783.92

0.58

0.70

Source: Developed by Padia Consulting from manufacturer’s literature

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

c. Evaluate an efficient arrangement of chiller(s), options for ∆T and subsequently its impact, chilled water ∆T, chilled water flow, and kW input/ton at full and part-load. Consider variable primary flow for the chiller to eliminate the use of a secondary chilled water pump and still have the advantage of a variable flow system.

0

100

200

300

400

kW

25% Load 50% Load 75% Load Full Load

BaseLow Flow

This graph illustrates chilled-water-system performance at part-load. Typically, higher chilled water ∆T with a low flow system results in lower kw input.

d. Evaluate type of cooling tower, condenser water ∆T, condenser water flow, condenser water temperature control and control of the cooling tower fan(s).

e. Analyze chiller plant efficiency as a whole considering:1. actual weather data;2. building load characteristics/profile;3. number of chillers with number of compressors;4. operational hours;5. economizer capabilities;6. auxiliary energy draws (e.g., pumps, fans, basin heaters, etc.); and7. energy source

f. Consider the use of air side economizer and/or waterside economizer to provide free cooling.

g. Use nighttime ventilation strategies to cool interior mass and flush out stale air prior to morning occupancy. This purging cycle can be effective in areas with low nighttime temperatures. Consider humidity levels inside building if this strategy is utilized.

h. Use environmentally friendly refrigerant alternatives. Also, as an alternative to chlorofluorocarbons (CFC's) refrigerants, the design team should consider absorption refrigeration units which are CFC free and use water as the refrigerant and lithium bromideas the absorbent. This option can also be an economical way of cooling and heating large buildings. These compact, high efficiency units are available in models providing from 40 to 1500 tons of cooling and operate on natural gas, propane, oil, exhaust heat or steam. Because they avoid the increasingly expensive use of electricity for air conditioning, these units can cut cooling and heating costs substantially.

i. Absorption cooling systems allow changing of the energy source from electricity to gas and can reduce energy costs. Direct-fired gas equipment can also be selected to provide hot water for building needs in addition to chilled water. This type of system is ideal for a solar thermal energy application.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

j. Consider thermal (ice) storage in situations where peak load avoidance is critical. Thermal storage is not necessarily an energy efficiency measure, but a cost-saving technique which takes advantage of off-peak utility rate schedules where applicable. Electric utilities may have promotions for thermal storage by offering an incentive for power usage that can be displaced from peak to off-peak time. Making of ice should be considered during non-occupied hour.

k. For cooling, consider the use of Dissicant Dehumidification Technology to resolve problems arising from mold and mildew.

The diagram on the following page illustrates the schematic design of ice thermal storage for the Wake County Human Services Building on Swinburne Street in Raleigh, North Carolina. Ice thermal storage should be considered when electric demand changes are high and cost of electricity is significantly lower during off hours.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

4. Boilers

a. When considering centralized systems, choose the most efficient heating for the particular need.

b. Evaluate type and arrangement of boiler(s), heating ∆T, hot water flow, and boiler efficiency.

c. Consider condensing boilers. They are typically 10% to 15% more efficient than conventional boilers.

On an average, fully-modulating and condensing boilers typically result in 20-25% higher efficiency when compared with staged or modulating non-condensing boilers.

d. Consider multiple, modular boilers that are more efficient at partial load.

e. Employ draft control devices that reduce off-cycle losses.

f. Design water reset control that is keyed to outside air temperature.

g. Incorporate burner flame controls.

h. For small renovation projects, install DDC control systems to control night and weekend set-back.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

5. Ventilation and Indoor Air Quality Strategies

This graph illustrates the relationship

between CO2 and ventilation

rates, assuming

adult occupants sitting or

involved in office-type

activity.

a. Use current building codes and ASHRAE Standards, which address the criteria necessary to meet ventilation and indoor air quality requirements. The outside air requirements for proper ventilation of an occupied facility are considerable and have a substantial impact on HVAC system energy consumption and operating costs. The strategy employed to achieve proper ventilation should be carefully considered.

b. Consider a dedicated ventilation system such that the quantity of air can be regulated and measured, providing a greater certainty that proper ventilation and humidity is maintained. Such a dedicated system can also improve overall energy efficiency.

c. Consider the use of a heat recovery system, like an air-to-air heat exchanger, that will transfer the heat between air supplied to and air exhausted from the building.

d. Separate and ventilate highly polluting spaces. Provide separate exhaust from kitchens, toilets, custodial closets, chemical storage rooms, dedicated copy rooms, and designated smoking areas with no recirculation through the HVAC system.

e. Evaluate the use of an outdoor air economizer cycle that will allow up to 100% outdoor air to be introduced into the distribution system to provide space cooling.

f. Locate outdoor air intakes a minimum of 7 feet vertically and 25 feet horizontally from polluted and/or overheated exhaust (e.g., cooling towers, loading docks, fume hoods, and chemical storage areas). Consider other potential sources of contaminants, such as lawn maintenance. Separate vehicle traffic and parking a minimum of 50 feet from outdoor air inlets or spaces employing natural ventilation strategies. Create landscaping buffers between high traffic areas and building intakes or natural ventilation openings.

g. Locate exhaust outlets at a minimum of 10 feet above ground level and away from doors, occupied areas, and operable windows. The preferred location for exhaust outlets is at roof level projecting upward or horizontally away from outdoor intakes.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

6. Air Distribution Systemsa. Design an air distribution system that is energy efficient and protects against poor indoor

air quality. Use ducted returns.

b. Where individual room control is desired or diverse loads are present, employ variable air volume systems (versus constant air systems) to capitalize on reduced fan loads during times of reduced demand.

c. Use constant volume systems when the load is uniform and predictable (e.g., kitchen).

d. If a particular mechanical system serves more than one space, ensure that each space served has the same orientation and fulfills similar functions. Consider independent mechanical rooms and systems on separate floors to reduce ductwork and enhance the balance of air delivered.

e. Consider a design that supplies air at lower temperatures to reduce airflow requirements and fan energy.

f. Provide proper air distribution to deliver conditioned air to the occupant's work areas. The selection and location of diffusers can save energy and improve operation of the HVAC system control. Select diffusers with high induction ratios, low pressure drop, and good partial-flow performance. Locate diffusers for proper airflow, not on the basis of a simplistic pattern. Coordinate the layout with furniture and partitions.

g. Minimize long duct runs and unnecessary turns and curves to keep static pressure losses to a minimum and, in turn, reduce the fan's energy consumption. Avoid elbows directly at AHU’s.

h. Specify ductwork that has smooth interior surfaces and transitions to minimize the collection of microbial growth. Design ductwork and plenums to minimize accumulation of dirt and moisture and provide access areas in key locations for inspection, maintenance, and cleaning. Use mastic to seal metal ductwork. Do not substitute rigid fiberglass or flex ductwork. Where possible, locate ductwork in conditioned or semi-conditioned spaces.

i. Specify duct leakage tests.

j. Make sure that air handling units and filters are easy to access and maintain.

k. Reduce duct pressures to minimize the amount of fan energy used to distribute the air. Use low-velocity coils and filters.

l. To minimize energy consumption, select fans for the highest operating efficiency at predominant operating conditions, and use lower fan speeds to reduce noise levels. Consider direct-drive fans for their improved efficiency. Consider plenum pressurization tracking.

m. Use filters that meet a minimum of 60% ASHRAE Dust Spot Method Standards.

n. Consider variable air volume air handling units with variable frequency drives for fans.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

Variable Frequency Drives (VFD) installed on fan motors save considerable amount of power input to the motors.

7. Controls

a. To ensure proper, energy-efficient operation, implement a control strategy that is tied to key energy systems. Include system optimization, dynamic system control, integrated lighting, and HVAC control.

Note: The size and complexity of the facility must be considered when determining the level of controls and the control system strategy.

b. Use direct digital control systems for greater accuracy, performance, and energy savings.

Note: The size and complexity of the facility must determine whether a DDC system is warranted.

c. Set up the HVAC control system to operate according to need. Limit electrical demand during peak hours by turning off (or rotating) non-essential equipment.

d. Install occupancy or CO2 sensors to reduce ventilation air requirements for unoccupied spaces and also to switch off lighting in the spaces.

e. Install sensors for relative humidity and temperature as close to occupants as possible. Consider carbon dioxide concentration sensors which may be a helpful in addition to a properly designed and maintained ventilation system.

f. Specify VAV controls to ensure that the proper amount of outdoor air is maintained, even when the total supply air is decreased.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

g. Ensure that building management control systems include the functions of:

1. comfort controls;2. scheduled operation (time-of-use, holiday & seasonal variations);3. sequence mode-of-operation (optimum start-up);4. alarms and system reporting;5. lighting and daylighting integration (including the elimination of at least the final

stage of lighting during peak load conditions);6. maintenance management;7. indoor air quality reporting (and control of the increase in outdoor air if quality is

low);8. remote monitoring and adjustment potential; and9. commissioning flexibility.10. consider Plenum Pressurization Tracking with VAV systems to ensure that the

proper amount of outdoor air is maintained.

h. At a minimum, the building management system should be programmed to:1. maximize use of economizer cycles;2. minimize operating time of all mechanical, electrical and solar systems;3. control programmed start and stop times;4. control chilled and hot water temperatures; 5. control and if necessary override lights in daylit spaces to ensure lights are out

during times of adequate natural light and simultaneous peak electrical conditions;6. control general outdoor and interior lighting; and7. control indoor air quality through the use of pollutant sensors.

i. Integrate engineering design strategies to maximize daylighting and integrate with artificial lighting and HVAC controls, to minimize HVAC load (particularly peak load).

j. Control strategies for chilled water plant operation should address:1. variable speed drives;2. selection of modular chillers or chillers with multiple compressors;3. chilled water reset;4. variable flow through chiller;5. condenser water reset;6. chiller sequencing;7. soft-starting of chiller motor; and8. demand control.

k. In smaller facilities, consider time clocks with night and weekend set-backs.

l. Coordinate with the owner to establish a means to commission and document the performance of the building management control system and provide training of future maintenance staff.

8. Hot and Chilled Water Distributiona. Consider primary pumping systems with variable-speed drives because of their effects on

a part-load energy use.

b. Prepare piping distribution system layout and pipe sizes to minimize friction losses and save pump energy. Minimize piping bends.

c. It may be advantageous to use one pipe size larger than those typically selected, in conjunction with a higher ∆T to reduce power input to pumps. In hot water systems, design for higher ∆T to enable a linear relationship between flow (GPM) and heat transfer and to also allow a linear relationship for heating hot water control valves.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

Higher ∆T with a low-flow chilled water system, coupled with a larger pipe size,results in a considerable reduction of power input to the motor for pump.

d. Carefully select heat exchangers with a low approach temperature and reduced pressure drops.

e. In large systems with multiple heat exchangers, designate a separate pump for each heat exchanger to maintain high efficiency at part-load operating conditions.

f. Evaluate type of pumps and pumping arrangement.

g. Consider variable flow pumping with variable frequency drives for pumps.

9. Heat Recovery and Waste Heat Systemsa. Significant energy savings can be achieved through the re-capture of waste heat. Outdoor

air can be pre-heated in the winter and pre-cooled in the summer by the exhaust air, using heat exchangers between the outdoor and exhaust air streams. To provide exchangers to transfer sensible heat only may be less costly than for both sensible and latent heat. However, both applications should be evaluated.

b. The use of waste heat or energy rejected at one level can be used for another process. Waste heat is available from many processes rejected heat of compression, refrigeration units, building exhaust air, heat from lights, hot water drains, and solar energy which has been stored in the building mass. A high degree of integration of systems is required to make maximum use of this energy but there is a very high potential for energy conservation.

c. It is important not to unnecessarily degrade heat which has been stored for later use. Multiple storage tanks are useful to take maximum advantage of the thermodynamic quality of the stored energy.

d. An exhaust air heat recovery system is used to reduce energy consumption by capturing the energy that would normally be lost to the exhaust airstream. Coil-to-coil exhaust air heat recovery can be applied to pre-cool and pre-heat outside/ventilation air. During "winter" operation, heat extracted from the exhaust airstream is used to pre-heat the temperature of incoming outside air. Preliminary warming of the outside air reduces the heating load placed on the HVAC equipment and, in turn, reduces energy consumption. Summer operation of the coil-to-coil exhaust air heat recovery is used to pre-cool incoming air and thereby reduces the energy consumption of the cooling equipment.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Energy-Efficient Mechanical and Ventilation Systems

e. Enthalpy-Wheel Exhaust Air Energy Recovery

1. The increased outdoor/ventilation air requirement mandated by the building code and prescribed by the current ASHRAE Standard creates the opportunity to use heatwheels to realize significant energy savings. Heat is recovered by passing adjacent supply and exhaust air streams through the wheel in a counter flow arrangement. The exchange medium inside the wheel transfers sensible heat by recovering heat from the hot air stream and releasing it to the cold one. Latent heat transfer occurs as the medium collects moisture from the more humid air stream and releases it, through evaporation, to the drier air stream.

f. Double Bundle Condenser Heat Recovery

1. The “waste heat” which is normally rejected to the cooling tower from the chiller's cooling condenser bundle is recovered and used to heat - or preheat – domestic hot water and/or for space heating. An example of a typical heat-recovery chiller application is illustrated above. In this instance, the rejected heat is used to satisfy concurrent cooling and heating loads. When a heating load exists, waste heat is recovered by reducing the amount of heat rejected to the cooling tower. This is accomplished by varying water flow to the cooling tower. Depending on the characteristics of the application and the heat-recovery chiller selected, hot water temperatures ranging from 95� F to 120� F can be obtained.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Water Conservation and Plumbing Systems

F. WATER CONSERVATION AND PLUMBING SYSTEMS

1. General

Efficiency and conservation in water use in Wake County facilities can result in an impressive savings of both water and money – not just in water-use fees, but also in sewage treatment costs, energy use, chemical use, and capacity charges and limits.

2. Water-Conserving Design Strategies for Landscaping

The demand for water will be greatly impacted by the amount of site irrigation required. By limiting new landscaped areas and considering the type of plants and vegetation installed, water needs should be reduced.

1. Minimize disruption to the existing site conditions and retain as much existing vegetation as is practical.

2. Consider Incorporating native and drought-resistant plants and xeriscape principles to minimize irrigation requirements.

3. Consider using drip irrigation technologies to minimize evaporative losses and concentrate water on plants.

4. Provide timers or controllers on watering systems to ensure that irrigation occurs during the night.

5. Consider using reclaimed water for irrigation, where available.

3. Conservation of Water During Construction

By including specifications addressing water during construction, Wake County can save a considerable amount of water during the construction process.

1. Include disincentives in specifications to the general contractor for excessive water use and incentives for reducing consumption during construction.

2. Specify that the general contractor is responsible for water cost during construction.

3. Minimize watering requirements by specifying appropriate times of year when new landscaping efforts should occur.

4. At pre-bid meetings, stress to the general contractor and sub-contractors the importance of water conservation.

4. Water-Conserving Fixtures

One of the most effective means to limit demand for water is to reduce the requirements associated with necessary plumbing fixtures.

1. Consider the standards of the 1992 Energy Policy Act as a minimum. Specify

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Water Conservation and Plumbing Systems

low-flow toilets that use less than 1.6 gallons per flush.

2. Install showerheads that require less than 2.5 gallons per minute .

3. Use aerators to reduce flow in lavatory faucets to as low as 1 gallon per minute.

4. Specify self-closing, slow-closing, or electronic faucets where it is likely that faucets may be left running in bathrooms.

5. Consider 1.0 gallon-per-flush urinals in remote locations.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Government Facilities and Schools Wake County, North Carolina

Section 3: Commissioning and Maintenance

SECTION 3 – COMMISSIONING AND MAINTENANCE

A. General

1. The complex interrelated building systems of today and the emphasis on indoor air quality and energy conservation, combined with owners, sometimes not receiving buildings that work well, warrant an enhancement to the building delivery process. Commissioning offers just such an enhancement, one that can be integrated into the current design and construction delivery process. The result is systems that work completely when turned over to the owner.

2. Commissioning is a systematic process of ensuring that all building components and systems are expertly designed and perform according to the contract documents, owner’s objectives and operational needs. Ideally, this is achieved by developing and documenting owner project requirements beginning in the pre-design phase; continuing through design, with reviews of design and contract documents; and continuing through construction and the warranty period with actual verification through review, testing and documentation of performance, including ensuring that operations personnel receive adequate training and system documentation.

3. The systems that should be considered for commissioning for buildings exceeding twenty thousand (20,000) square feet shall include the following:

a. HVAC systemb. Building control systemc. Life safety systemsd. Lighting system and controlse. Glass and glazing systemsf. Specialty equipment – elevator, generatorg. Roofing systemh. Voice/data infrastructure

B. Commissioning Activities

1. Commissioning services may include:

a. documenting the owner’s commissioning requirements;b. developing specific Commissioning Plans as the project progresses;c. working with designers to developing the commissioning specification;d. reviewing the design documents at various intervals as they are prepared;e. reviewing selected shop drawings and specific equipment submittals with designers as

they are integral with the commissioning process;f. working with designers in developing acceptance procedures;g. working with designers in developing training requirements;h. organizing and leading the commissioning team;i. developing a schedule for construction and acceptance phase commissioning activities

that is coordinated with the overall project schedule;j. performing on-site observations during construction;k. participate in the acceptance tests, including verification and functional performance

tests;l. organizing and monitoring the training of O&M personnel;m. reviewing the contractors’ final systems operation and maintenance manual;n. preparing and submitting a commissioning report;o. reviewing the final as-built records

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������� ����������������!�����"������������#��"$ %&

���������������� ������������ �������� ����������� ���������

'������(��������������������!�����"������������#��"$����������������������������)���!��(���������������������()���������*�����������+����!����������������)�������,������������������������������������(�������������������������������������������������*����*����,�(����������������(�����������������������������)�������)�����-�������������������������������,'��������������������������������������������*�������������(��������������*������������������)�)������������������,'�����������������������������������������������������������������)���������������)���������*���*�*�����!�����,.����������*����*��������������������������������������������������������(����*�����������������*����������������������,/�����������*�����������������������#0$����������������������������������������*����#1$������)����������������������������������#2�$,/��������������������3��)���������������������������������������������������������*�����������������������������������������������������������������4���,

������ � � � � � �����"����������"��������������.�������� �*���/*�����

���������������������5�3���� ��������3�����6�����'����� �� �� ��

6����������3���� �� �� ��

����5���� �� �� ��

����������� �� �� ��

5�(�����7��� �� �� ��

5��������3��� �� �� ��

7��������� �� �� ��

��������+�����* �� �� ��

"������������ �� �� ��

/��������/�������7��������� �� �� ��

/����������������7��������� �� �� ��

���3���(���8���6���)��'����*������� �� �� ��

���������3��� �� �� ��

"���.��� �� �� ��

�����5����������������6�������*��� �� �� ��

/���������������8����� �� �� ��

5������9�������.���+5��������������� ���� �� �� ��

�� � !"������#$����"�%�"�������

�**����������� �� �� ��

5������!�5(������� � � �

/������5������ � � �

'�*�����:���������� � � �

'��� ������� � � �

5�������'�*�����5������� ������� � � �

�(9��������� �*������ � � �

/*���!������������� � � �

8���/�������� ���������������� � � �

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������� ����������������!�����"������������#��"$ %;

��� � � � � �����"����������"��������������.�������� �*���/*�����

� !"��&�������'��

7�������*)�����������(���/*���!�� ����� �� � �

�����9���������5���� �

7�������������������5�� �

"!������ �

5������.���+5��������5��<5������ �

8���<�)���)������3��� �

7������!����3��� �

������������ � �

/�������9����+ ����� � �

9�����)��(������3���� � �

7�����5�����+6���*�7����

��������.������������� �

6�����7��5������

/��������9�������7���������

5������4�������������5������ �

7������9������� �

/��������/���������

�����/����������

�������8�����* �����

7�����8�����* �����

�-���*���8����������

���������3��/�������8���5������

5����5����*���/����� �

��������� �

/�+�����������7��������'�����-���

��������������&������'(��

�����*�3�������

�������'�(��

/��������!�������!�������

���������

����!�5�����)��������������� �

�����������8���.�*�

/�����������

"����)�������( � �

����������� �

����������� �

���������*�������(���9�������5������ �

5���9���������/�����������( �

:�����������������7�����"���������'�*��������

��#%���#� �$#%�����%�����

������������5������ �

/��5������ �

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������� ����������������!�����"������������#��"$ %=

������ � � � � �����"����������"��������������.�������� �*���/*�����

� !"��&�����#���

/�������/��������� � � �

7��������3������� �

��!�)��/��������� � �

�����/����������

�����������3���

�!���'���*��9������

7�����5�����+6���*�7����

�����5����������������'���*����*��� �

5���9���������������������� �

������������6����)��� �

��������3���

����������6����9������

��������>����������������

� ��������������&�����#!%"���

������������3��� �

5��������8������ �

/��������������3��� �

5������� �

����!�5����5����*� �

/�������9��������)������!��� �

7���!��8�����* �����

7���!��8�����*�-���*���

:��������8�����*(�����9�������

9��*��������

��#%��&����$#%�����%�����

�������+�����5������ �

.������������������� �

8�������5������ �

� ����

�� � !"���#� �

�( ������"���������/����� �*���� �

6��������������������9������"�������� �

7���������*�*"��������� �

���������2�������������8���� �

������������������#'���*������� �*����$ �

����7������������� �

�����8���7���!��� �

7�����5�����.������� �

�������������������� �

���/��������� �

��?����������:���������� �

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������� ����������������!�����"������������#��"$ &@

� ���� � � � � �����"����������"��������������.�������� �*���/*�����

� !"���#� �

���*������7����������7�����.���������� � � ��

7��������'�*���������

:�� ��������3�����7�����5����*�

�������'�(��9�����6��!�

� !"���)�%���#'�

���������� �

'�*�� �� ���������� �

�-���*���5��������� �

���9���'���*����� �

���������'���*������+�������� �

�����5��)���'���*�����+����������*<:�������� �

"���*��5����+5���5������� �

� !"���#*�%� �+!�%� �

��������������.�*��

���6���*������������ �

5�3�.������.��� ���.����*���� �

9������/*���!�9������.����*����

9��(��(��������+8���7���!���

���������������

�������9�������+��������(���5�-������� �

.����������(����+��*)���������

�������������5�����

���������5����* �

���������

�� � !"���#� �

.���+'���/���������

�����������!�����������

.�����:��8������

7�����'���*�����5�������

� !"���)�%���#'�

��������+'�*��� �

���������� �

'�*�� �� ���������� �

��������������&�����#!%"���

5�������������� �

8���.�*�

8���7���!���

5�������*�����8���.�*� �

������������� �����������������������������������������

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������� �����������!�������� "#

��������������� �� ������� �������������� �

�$ �������%����������������������������������&������������������������������&�������$ �������������'����������������������������������������(���������%���������������)���$ �%���������������������������������������������������������%�����������������$

#$ �* �

�$ ������������� ����������������+,---.������������������������&�����������������%���%����/

($ �������������������������0,--,�������

�$ �����������������������0,--,�������

�$ �������������1�������������0,--,�������

�$ ����������������������0,--,�������

,$ 2�� �!

�$ � 3!��3���(���

#/ ,--#�����%������

,/ ,---34�� ����%�����'���%���

5/ #66634��������������

7/ ,--,!�����������

($ �� .8� 3!��8.� �� �������6-$#9#6660������ ��������������������������:�&9!���!�������������������

�$ � 3!�� �������;,$#9#6664�������������������(��.��������<������

5$ !���!����

�$ :���������������������������������� ��������������*���(��#�,--#

($ ������������������ ����� ���������������������#66#$�$�$ $=$.$�!���������

�$ :��������=���������������������>������!������4�+#6""/

�$ �����&������%����#6"5�4�����*�����

�$ ��&���1�?����2��=����>� ���������������!�����$=������%%���=�+#6"6/

$ ����������2���� ����%� �����1������$

�$ 1���������� �������!��������1�����������������������'���%���������������@��������A ����+#6B-/

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������� �����������!�������� ",

�$ =����>� ����������������3���(���� �������������+#6B#/

�$ �����������>����%��� �>������:���������������:�(�������� ����������8�����& �����!�������=�������4��$#9,-�:�:�����$6-�!%5###������������67",-�#6B-

)$ ���������������%�����������+�*� $*$�$/�:����������2���%��*����������������>�����=������$5�#6"C

�$ .���%������������������ �������.$�$ $:�������3���(����������������

�$ .���%������������������ ������� ������������%%�����!���%%�����=�������� ����������: A��4��6���$,���(#6"6���,C9;#

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 68

APPENDIX C - DAYLIGHTING

The role of daylighting in the total energy balance and performance of a building is a significant one. The admission of useful daylight means that electrical lighting fixtures can be turned off, saving electricity. The daylighting effects of glazing also have direct and indirect influence on the building thermal loads. The glazed area that lets in light will either admit heat from insolation or lose it to the exterior through conduction, or both at the same time. Reduction in the use of electrical lighting will lower internal heat loads. Different types of buildings and building occupancies have different mechanical loads, sometimes heating, sometimes cooling.

No one concern will totally determine the final fenestration design. Therefore, it is best to evaluate each proposed building design according to its own significant features.

In any energy analysis, the final thermal balance of a proposed design will be compared to an alternate “standard” design in order to determine cost effectiveness. A cost analysis of an energy-conscious design includes operating costs as well as initial costs. The issues which must be considered in such an analysis are listed below:

1. Portion of occupied hours illumination is provided by daylight:a. Required illumination levelb. Hours of occupancyc. Availability of daylight

2. Electrical load of supplementary electrical lighting compared to electrical load of “standard” design lighting installation.

3. Heat loss through building envelope with daylight openings compared to heat loss of “standard” design envelope.

4. Heat gain through building envelope with daylighting openings compared to heat gain of “standard” design envelope.

5. Reductions in electrical lighting load due to lighting control systems.

6. Reductions in heat loss and heat gain due to insulating window treatments

7. Difference in lighting requirements during different times of day.

The building type and use will determine the required illumination and hours of occupancy. The climate will determine available daylight and quantities of heat loss and gain through the building envelope. Local electrical rates will determine the significance of electrical lighting fixture load. Design and operation of shading devices and lighting control systems will determine the probable reductions in operating load due to use of daylighting. Although general guidelines can be drawn up for typical skin-dominated and internal-load dominated buildings, the number of variables and the multitude of design decisions that affect them require individual analysis.

INFLUENCE OF CLIMATE

Daylight is a dynamic function of site, changing with the latitude, dominant weather patterns, the seasons, local atmosphere, the diurnal cycle, and specific site conditions. The relationship between daylight and useful interior illumination is affected by all these factors, the most important being weather.

The weather is changing constantly. According to weather experts, no two days are alike. The sky is, likewise, changing constantly. It is not possible to predict accurately exactly how many hours of sunshine we will have in a particular year or month. As the conformation of the sky varies, so does its daylight contribution. When the sky is clear, the sun's apparent movement causes the brightness distribution of the sky to change constantly. The "partly cloudy sky" covers myriads of combinations, ranging from 3/10 to 7/10 of the sky being covered with

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 69

clouds. In addition, these clouds can be opposite to the sun, reflecting light, or obscuring the sun and casting shadows. The fully overcast sky is likewise variable, with differing degrees of thickness of cloud cover and darkness. It is difficult to define design conditions among all these variables. There is no standard that exactly duplicates reality. Some assumptions must be made in order to test and compare design alternatives. In this case, a standard is extremely useful allowing the comparison among alternatives on a base which represents known conditions.

CLIMATE DATA FOR ENERGY CALCULATIONS

Information on the average number of clear and cloudy days is necessary for total energy use calculations in order to compare average daylight availability to average yearly radiation data. The amount of illumination from the sky will vary according to season of the year and time of day, so information on the average number of clear and cloudy days per month and associated average illumination levels are both necessary for a detailed analysis.

INFLUENCE OF BUILDING TYPE

Lighting does not play a significant role in residential energy consumption patterns, but it is a prime contributor to energy consumption in office buildings, schools, commercial low-rise buildings, health-care facilities, and warehouses. As interest in energy-conscious building design grows, lighting and daylighting become important considerations in the overall energy balance of these buildings. The lighting load can account for as much as half of the total energy loads in an office building, for example, depending on building design and location. In addition, each watt of electric lighting requires approximately 1/2 watt of mechanical cooling to counteract its heat generation. Mechanical equipment and distribution systems are still considered a necessity in most of these building types. If energy conserving design efforts in large buildings are not limited to mechanical "fixes" only, then site and climate-responsive considerations such as passive solar heating and daylighting become critical design issues. Daylighting is an integral part of the balance equation, both for its ability to eliminate large parts of the electric lighting load, and also for its intimate association with heat delivery and heat loss through glazing.

The first consideration in designing for daylight is occupancy of a building: who and when? It is important to determine if people inhabiting the building have special visual requirements that dictate certain lighting qualities or illumination levels (low or high), or if they will be restrained in their movement (in a hospital bed, at a desk all day, etc.) so that exposure to direct sunlight or harsh would cause discomfort.

Direct sunlight admitted to a space can have a very positive effect, but it should be restricted to ancillary areas, and places where people are free to move about; or sun controls should be provided. Several techniques are available for designing and evaluating sun control devices. The amount of illumination available from the clear sky alone even without direct sunlight is greater than that from an overcast sky in the same season. For this reason, calculating daylight illumination under overcast sky conditions alone is considered sufficient in most cases to provide an adequate quantity of daylight. In hot climates, however, care must also be taken that too high a level of illumination doesn't cause a sensation of a hot, rather than a cool, interior.

"When" the building is occupied determines the usefulness of daylight contribution, with major daytime occupancy providing the greatest opportunity for daylight utilization. Schools and offices are prime examples since their operating hours coincide with daylight hours. Some health care facilities, on the other hand, are operating day and night. In this case, daylight can reduce a major electrical load but cannot totally substitute for it. One of the large-scale results of effective utilization of daylight occurs in the summer when daylight is plentiful everywhere, and that is reduction of peak power demand on utilities.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 70

In the schematic design phase, consideration of occupancy patterns and lighting requirements will help determine the general configuration of the building and the location of various functions. An overall building configuration which is divided into wings rather than lumped together provides more daylight accessibility and, if properly oriented, optimum heat gain or heat loss. As another example, attention to the lighting requirements of various staff members could lead to locating personnel with visually demanding jobs near daylight sources. Individuals whose major office tasks are dictating, talking on the telephone, and holding conferences might be located in offices somewhat distant from the windows, while secretaries and clerks with predominately visual tasks might have stations near the windows. The architect's imagination might then be stretched to find another status symbol to compensate for the executive's loss of view.

Another example of energy-conserving building layout is grouping together functions that are on the same time schedule, so that the lighting and ventilation systems for that entire section can be shut down when it is not operating. This capability assumes an appropriate control system.

DESIGN GUIDLINES

In considering daylighting along with passive cooling approaches, it is important not to focus on "devices", but rather to keep one's mind set on merging the building form with local environmental forces in order to minimize consumption of nonrenewable energy sources to satisfy comfort requirements of the inhabitants. Two issues must be considered: 1) solar control (providing the right amount of heat gain); and 2) thermal balance.

The issue of solar control requires an evaluation of the role of the glazing as a heat and light transmitter. Heat gain control most often involves exterior shading devices for maximum effectiveness. The shading technique that allows daylight to be utilized without adverse heat gain is a combination of clear glazing with an exterior shading device, such as an open-work horizontal overhang. This technique proves more effective than using tinted or heat-absorbing glass which blocks much of the daylight (approximately 50% reduction factor). If properly designed, south facing glazing can often provide maximum benefit in many shell dominated buildings where passive heating can also be helpful. Deciduous trees are excellent shading devices, providing shade in the summer and access to the sun in winter. Their period of leafing should be matched to seasonal requirements for shade or insolation.

Areas adjacent to the building affect the entry of light and heat into rooms through windows as well as creating microclimate effects at the building perimeter. These effects can be used advantageously; for instance, reflecting sunlight off exterior light paving while using plants on walls to prevent glare from visible bright surfaces.

When considering daytime balance between heat transfer and daylight admission, north glazing may provide helpful thermal transfer as well as high quality diffuse light for buildings where the dominant mechanical load is cooling, such as office buildings. The location of north glazing with regard to proximity to people is critical, however, since radiant heat loss from the body would be increased in underheated periods.

HOW TO HANDLE DAYLIGHT

Daylight can ultimately be used.

Capture It

. Analyze site as to sources of light: sky, external reflectors (vertical, horizontal)

. Analyze shading patterns

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 71

- from existing obstructions - from existing vegetation

. Orient building so that available light can be received- Consider different qualities of light from different directions

N. - no direct, uniform S. - high direct, summer - mid-day E. - morning, direct - low angle W. - afternoon, direct - low angle

- Consider elongating building along E-W axis

. Use site and surrounds to direct lighting toward building- light-colored soffits - light-colored ground - light colored exterior walls - adjacent water - adjacent reflective buildings

. Open building to receive light - open sides (side windows effect of shape, size and locations of windows, greenhouse) - open roof (roof monitors, clerestories)

. Shape building to maximize penetration - narrow wings - stepped back form - sawtooth roof - courtyards or atriums

Modify It

. Block direct sunlight - plantings - horizontal overhang on south facade

. Selectively absorb it - exterior plantings - interior surfaces to delineate different areas

. Reflect it - ground and other horizontal surfaces - reflecting devices - clerestory reflecting devices - side window devices: bounce lighting deeper in room

(beam sunlighting) - baffles within roof monitor lightwells

. Direct, concentrate it - light shafts

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 72

. Selectively transmit it - well designed overhangs and wing walls - seasonal shading devices which control transmission

. Re-reflect it - light-colored interiors: ceiling - 70%

walls - 50% - 70% - shape interiors to help spread daylight

. Soften it - deep openings - splayed openings - surface parallel to light rays - light-colored window frames & mullions - interior baffles (translucent)

. Diffuse it - rough surfaces, matte surfaces - glass block - obscure glass - fine mesh curtains/shades

. Filter it - exterior plantings or screens - interior plantings or screens

. Play with it- color it: stained glass, colored shaft - fracture it with prism: chandelier for daylight, glass blocks

Control it

. Exterior shading devices to emit ideal amount of light

. Interior shading devices to block direct beam at particular times

. Operable electric lighting controls - switching: manual, photo-controlled, computer-controlled - dimming: photo-controlled

Use it Wisely

. Make sure no light source (daylight or electric light) is a source of. glare. Modify and control direct sun and skylight admission into building or

. Use plantings both to shade glazing and to provide views with low luminance, to counteract glare or

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 73

. If direct sun is admitted, it should be confined to areas where it will not disturb (overheat or cause glare for) inhabitants of the buildings. Direct sunlight can be modified to act as a sparking focus.

. Use electric lighting fixtures to balance daylight as well as provide the nighttime lighting required.

. Make sure that thermal insulating materials intended for daytime use do not block admission of daylight.

. As a rough estimate, figure 1/2 watt of cooling load for each watt of electric lighting load.

. In general, use efficient electric light sources (fluorescent & HID). However, the match light source to its use. A low-wattage incandescent lamp may be more appropriate for lighting a task from close-up than the same wattage fluorescent lamp which, emitting more light might cause glare conditions or too high a contrast with surroundings.

. Consider lighting and ventilation requirements separately at first. Openings to admit light need not be the same ones used for ventilation.

. Shading devices placed outside the glazing block heat more efficiently than ones placed inside glazing.

. Vertical glazings ("windows") are much preferable to horizontal glazings ("skylights") due to adverse heat gain and glare during overheated periods. Skylights should only be considered if sloped for passive heating and if coupled with shading options in the warmer months.

. Plan for reasonable levels of illumination. Provide higher levels for specific uses only where needed. If possible, group functions with similar illumination requirements together.

. Place functions which require high levels of illumination near daylight openings.

. Place some daylight openings (or all, if no view is required) high to let bright light wash to ceiling and reflect into the room without the inhabitants viewing the bright light source.

. Screen views of the sky or other possible sources of glare such as light-colored walls.

. Provide balanced daylighting and reduce contrast by admitting daylight from more than one side of a space.

. Minimize contrasts in light levels whenever possible.

DAYLIGHTING CALCULATIONS

Many methods have been developed to calculate the amount of daylight to be expected in a room due to a given fenestration design. The major determinants are the sky condition; the location, shape and size of the openings; the location, shape and size of exterior obstructions blocking direct skylight; and the interior surface reflectance. Different methods of calculation account for these factors in different ways.

DAYLIGHT FACTOR CONCEPT

The constant variation of sky conditions cannot be acknowledged in calculation procedures, which require standardized conditions. The two sky conditions that have been standardized are the completely overcast sky

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 74

and the totally clear sky. Calculations involving the overcast sky are accomplished easily since variations are minimal. The C.I.E. Standard Overcast Sky is a close approximation to reality. Its luminance distribution as represented by a formula has been compared to several sets of luminance measurements of actual overcast skies and found to be in close agreement. Since the sky distribution pattern does the same light distribution pattern as the same window facing west, or any other direction, all other factors being equal.

Since the clear sky luminance distribution depends on sun position, which changes constantly, it is a much more complicated matter to represent resulting interior light distribution under clear sky conditions.

The daylight factor calculation approach treats the illumination from daylight that occurs at a reference point inside a room as a percentage of the simultaneous illumination on a horizontal plane form an unobstructed sky outdoors. This value is called the daylight factor, and is composed of three different contributions of daylight to the room:

1. The sky component, or light received at the reference point directly from the sky;

2. The externally reflected component, or light reflected from surfaces external to the room to the reference point; and

3. The internally reflected component, which is light reflected from interior room surface to the referenced point.

PHYSICAL SCALE MODELING OF DAYLIGHTING SYSTEMS

The physical properties of light are such that daylight penetrates into and inter-reflects within a scale model almost identically to how it would in a full-scale building. Therefore, the use of scale models allows the design team to evaluate both the quantitative and the qualitative performance of the daylighting system during the design phases of a building project. Because of the accuracy and relative ease with which models can be constructed, they are often used to support mathematical calculations in predicting the performance of daylighting systems and the interaction of daylighting with the energy performance of a building.

A physical model provides visual and photographic records that cannot be duplicated by mathematical analysis alone. These records, especially photographs, offer the client a tangible image of how the daylighting system will provide light in the building.

In designing and analyzing the performance characteristics of daylighting systems, the design team should use both mathematical and physical modeling to establish the lighting performance characteristics of the building design. Mathematical analysis can be used to establish general performance characteristics, lighting patterns, and visual comfort, while scale models can be used to refine a design concept and to establish the relationship of daylight to other design issues such as interior architecture, space layout, interior partitioning, and visual comfort. The results of scale model analysis can then be used, along with mathematical performance data, to establish the criteria for energy and economic analysis.

MATHEMATICAL MODELING OF DAYLIGHTING SYSTEMS

Mathematical modeling offers several advantages over scale modeling:

. Mathematical modeling allows the design team to make quick analyses of various aperture configurations in order to gauge the sensitivity of a design concept to changes in room shape, aperture size, aperture location, or some other variable.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix C: Daylighting 75

. Most mathematical modeling techniques are available in computerized form, allowing fast and inexpensive analyses of a wide range of concepts that would be too time-consuming and costly to build and test properly with physical scale models.

. Most mathematical modeling techniques can be used to determine lighting system performance (daylighting plus electrical lighting) over an extended period of time -such as a month or year. This cannot be accomplished with a physical scale model.

Along with these advantages of using mathematical modeling are some disadvantages, including:

. The simplifying assumptions that allow the mathematical models to be used as simple manual design tools often limit their usefulness and reduce their accuracy in comparison to actual building performance or to performance by a physical scale model.

. The mode advanced and extensive mathematical modeling techniques such as the flux transfer method, are too complex to be used manually to analyze a design concept and can only be used readily in some form of computer analysis.

. All mathematical modeling techniques are limited by the number of cases that have been studied to develop the mathematical model. By comparison, a daylighting concept can be designed in an infinite number of ways, many of which cannot be mathematically analyzed by any existing mathematic model. These can only be analyzed with a physical model.

It should be kept in mind that limitations also exist in the use of physical scale models and that mathematical modeling is often the quickest and simplest way to determine the performance characteristics of a daylighting concept. Further, mathematical modeling is the only way to analyze lighting performance over an extended period of time or to perform building energy analysis. Therefore, the members of the design team need to learn the various methods of mathematical analysis in order to determine which techniques are the most logical ones to use in analyzing a particular design concept that is being developed. In practice, the design team must learn to use a combination of mathematical and scale model analyses.

Source: Energy In Design Process, Tennessee Valley Authority.

Refer to Appendix L Acceptable Energy Analysis Software for listing of lighting and/or daylighting computer programs.

Guidelines for Design and Construction of Energy Efficient County Facilities Wake County, North Carolina

Appendix D: Typical Efficiencies of Electric Motors 76

APPENDIX D – TYPICAL EFFICIENCIES OF ELECTRIC MOTORS

Typical standard and EE motor efficiencies are listed in this Table. Note that efficiency varies with the size. Motor specification should meet or exceed applicable NEMA and UL requirements.

TYPICAL STANDARD MOTORS TYPICAL ENERGY-EFFICIENT MOTORS

FULL LOAD EFFICIEENCIES OF NEMA DESIGN B INDUCTION MOTORS

FULL LOAD EFFICIENCIES OF THREE PHASE, FOUR POLE MOTORS

HORSEPOWER NORMAL EFFICIENCY

RANGE

AVERAGE NOMINAL

EFFICIENCY

HORSEPOWER NORMAL EFFICIENCY

RANGE

AVERAGE NOMINAL

EFFICIENCY

1.01.52.03.05.07.5

10.015.020.025.030.040.050.060.075.0100.0125.0150.0200.0250.0

68.0-78.068.0-80.072.0-81.074.0-83.078.0-85.080.0-87.081.0-88.083.0-89.084.0-89.085.0-90.086.0-90.587.0-91.588.0-92.088.5-92.089.5-92.590.0-93.090.5-93.091.0-93.591.5-94.091.5-94.5

73.075.077.080.082.084.085.086.087.588.088.589.590.090.591.091.592.092.593.093.5

1.01.52.03.05.07.5

10.015.020.025.030.040.050.060.075.0100.0125.0150.0200.0

80.0-84.081.0-84.081.0-84.083.5-89.585.0-90.286.0-91.087.5-91.789.5-92.490.0-93.091.0-94.191.0-94.591.5-94.591.5-95.091.5-95.092.0-95.093.0-95.093.0-95.493.0-95.894.0-96.2

83.083.083.086.587.688.589.691.091.592.692.893.093.293.293.594.094.294.495.1

Energy Auditor/Technical Assistance Analysis Training Manual. State Energy Office, State of Florida

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

��������������� ������������� !"

��������������� ����������������

#����������������������$����%�������&������������������%�������'��������������������(��)��������������������&��������������������%�����(*������'���*�&�����'���%�������%���%��������������%��������%���+�������������,��+������������,(*����$����������%�'�����'������'������������$����&��(

-.# �

/.# �

0.# �

!.# �

��� ��%������������

)���%����������

��%������������

)���%����������

��%������������

)���%����������

��%������������

)���%����������

�����������

1(21(3-(24(23(2"(312(213(2-2(2-3(242(2/2(232(202(2"3(2122(21-3(2132(2-22(2

555!2(2!-(3!-(3!3(3!3(3!"(3!6(362(-61(261(261("61("64(264(264(264(264(064(0

555""(2!2(2!2(2!-(3!-(3!3(3!"(3!!(3!6(3!6(362(-62(-61("61("61("61("6-(/6-(/

!-(3!-(3!-(3!0(3!0(3!!(3!!(362(-61(261("61("6-(/6-(/64(264(064(064(06/(16/(1

!2(2!2(2!2(2!/(2!/(2!0(3!0(3!!(3!6(362(-62(-61(261(261("6-(/6-(/6-(/64(264(2

""(2!-(3!/(2!3(3!0(3!!(362(-!6(362(-61(261("61("61("6-(/64(264(064(064(06/(1

"/(2!2(2!1(3!-(3!/(2!0(3!!(3!"(3!!(3!6(362(-62(-62(-61(261("6-(/6-(/6-(/64(2

"-(2"3(3!3(3!0(3!"(3!!(3!6(3!6(362(-62(-61(262(-61("6-(/64(064(064(064(064(0

0!(2"-(2!-(3!/(2!3(3!0(3!"(3!"(3!!(3!!(3!6(3!!(362(-61(26-(/6-(/6-(/6-(/6-(/

����������������

1(21(3-(24(23(2"(312(213(2-2(2-3(242(2/2(232(202(2"3(2122(21-3(2132(2-22(2

555"!(3!1(3!-(3!3(3!3(3!"(3!"(3!!(3!6(3!6(362(-62(-61("6-(/64(264(264(26/(1

555"3(3"!(3!2(2!-(3!-(3!3(3!3(3!0(3!"(3!"(3!!(3!!(362(-61(261("61("61("64(2

!2(2!1(3!-(3!/(2!3(3!"(3!"(3!!(362(-61(261(261("6-(/61("64(264(064(06/(16/(3

""(2"!(3!2(2!1(3!-(3!3(3!3(3!0(3!!(3!6(3!6(362(-61(262(-61("6-(/6-(/64(264(0

"3(3!-(3!-(3!/(2!3(3!"(3!"(3!6(3!6(362(-61(261("61("61("64(264(264(26/(16/(1

"-(2!2(2!2(2!1(3!-(3!3(3!3(3!"(3!"(3!!(3!6(362(-62(-62(-61("61("61("64(264(2

"-(2"3(3!-(3!1(3!/(2!3(3!"(3!!(3!6(3!6(362(-62(-61(264(264(264(264(064(06/(1

0!(2"-(2!2(2"!(3!1(3!-(3!3(3!0(3!"(3!"(3!!(3!!(3!6(361("61("61("6-(/6-(/64(2

�������������7*��������������������������*�������)������8����������#����8������������(

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ %&

���������������� ������������������������������� �����

'�����������������(�����������������������������������������������(�������!"�������$��������)'�� �����'��$������$�������������������������$���������������$�������������������)��������������������������������������(���������������������������������������������������)

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &*

������� �����$�+�� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������ReturnAir

Outdoor Air

SupplyAir

PackagedRooftopAir Condioner

Coil Filter Economizer

�������������������������������������������������������������� �

������������ �� � ���������������$�+������������,��������������(�������������������������������(�������-�����������)�����$(��������������������������������������,���������������������������������$�+����������������������������������(�������)����������������$�+����������������������$�������(�$��������������$�����������.������������������������) ����$(�����������������(���,���������������������������$�+������������������(�$������������������������$������������-����/0**�������1��������)�������������������$�����������������������(���,����������������������������������������������.�����������$������$����������$����������������������������$��������)����������������� ���������

�� '��������������$����$���(�����(���$����������������������$���������$������������,��������������������������.�����������$��������������$)

�� 2���$�����$���������$���(����������������������3(��$�������-�����3�������������������������(�������)

�� 2���������������4�����������������������$�������������,�������$��������������������������,����������$�����������������������������)

�� 5�����������������$�+����4��������������������������������4�������������������)�

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &0

���������� !���6������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

36.7 F

ToOutdoors

OutdoorAir

75 F

Efficiency =

-10 F

41.6 FToHVACSystem

ExhaustAir

41.6 - (-10)___________ = 60.7%75.0 - (-10)

85.5 F

ToOutdoors

OutdoorAir

75 F

Efficiency =

95 F

82.9 F

ToHVACSystem

ExhaustAir

95 - 82.9___________ = 60.7%95 - 75

WINTER OPERATION SUMMER OPERATION�

����������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������

'���������������������������������������$���������������������$�����(�����������������������,�������$����(�������������������������$)����������$������������(��������������������������������(��/�������������,�������������������-��-���1�����-��-�������������������������������)����-��-�����������������������������(����������������������$�����������������$��������������������������������(�������������������)2������������������������������������������$7*��8*���������(��������(�����������������������) �����9,�����:������������������������$������������������$������������������$�������������������);����$�����,��$�������������������������������������������������!"���4���$��������������������������������$�����)'�������������������������������������(�����-,��$���������������������������������9,�����:������������������������������$����������,��$�����������$�����������$����������������������������������$����������������)/'��������������$������������������$����������������������������)1#�$$�������������������-��-��������������������������$�������<�����������������,����������������������$����������������$�����������$���������������/(�����������������(��1����<�������������������������������������$)��������,������������$��������$�����������������������������3��������������$�����3����!"���4���$���)����������������� ���������

�� ����-��-�����������������������������������������������������������4����$������(�����������������������������������������������$)����$����������������������������������������������������������������(��(��������$���$����������)

�� '�����������������������6���������4������������������$����������(�������������$���)!�,���������-��-�����������������$�����,������������������$�����������������������������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &=

;����-���-���$������������ �

���������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������

������������� ��$���������������,����������������������$����������������������3����������������������������������������-���-��$�,�������������$�+������������������������,����(�������������������������)��������$(����,��(��(��$������������,���������������������������,������������������$����������������,���������,���������������$������������,��)>�,����������$������������,��������������������������������(�������������������������������$�����)�

����������������� ����������

�� '�������-���-��$�$������������������4����������������������������������������������������������������������$�(�����������������$����������������������������������)

�� �����������������������(��,�������$(����,��(��(/��?1��$������������,����������������������������,����/ 6��1��$������������������������������������/!��1��$��������/�)�)���?@ 6��A!��1)

�� '�����������,��$���(�����������,��������������)�

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &B

#������� -����� ����������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

CoolingTower

ChilledWater Pump

CoolingLoad

ConderserWater Pump

Strainer

���������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������>��������$��������������������������������������-�����,�������������$�+��������������������,����������������������$�����)'�������������$������������������,��,���������������(�������C������������)���������$(����,��(��(��$������������,����������������,��,������9������:��������������������������������������,��������)?������������������,��,��������������������������������(��������������������,����������������$��������������������$$���������������9�������������):�

����������������� ����������

�� ?���������������,��,��������$�����������������������������,��������������������������������������������)'�������������������(�$���������������$���������,���������$������������)

�� #�������-��������������������$�������������������������������(��,�������������������������(���������,������������,��,����)

�� '�����������,��$���(�����������,��������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &D

6���������E�������� ����������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

CoolingTower

CoolingLoad

40 F

Chiller

Cond.

Evap.

3 GPM/Ton43.2 F

50 F

2.4 GPM/Ton46 F

Note: Temperatures shown aretypical for a 25 percent load

Comp.Off

���������������������������������������������������������������������������������������������������

������������� ��$���������������������������$�����������������,�����������������������������$�����������������������) ������������������������������(��������������������������������$�����������������������������������������������)����,���������������$������������,������������������������,�����������������������,���������������������,�������������������������)'���������������������������������������������9(������:������������������������������,��������4����������,�(��������(������������������)���������������������������������������(��,�����������������������������������������,3����������������,���3������������)5���������(�����������������������$������������������������������$�����D*������������������C����������������)����������������� ���������

�� #�����������������������������������������������$��������������������������������������(�����,���������������������������,��,����������������$������������(�����������)

�� >�������������������������������������(��,�������$(����,��(��(��$�����������(���7*�����������������)

�� ������������������������,������$������������,������$��������������,���������������������������������������$�����,����������������������������������������$���)'������������������������+����$����������������������������$�����$�������C�������������������������)

�� '�����������,��$���(�����������,��������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &7

�������� #����$� ������������������������������������������������������������� �

���������������������������������������������������������� �

�������������5����������������������������������������$���,�����������-����������������$��������������������������������(���������(��������������(��,������������������$��,�����)�������������������$��������������$$����������������������(�������������(�������$��)�����,�������������������(�����������.��$���������������������������������������������������(����������)�������������������$�����,�������4����,����,�����,����3������3���(���������)2��$����������������������$����,����,�����,�������(����������������������(�����������������������)�������������������$�������������������,���������+����������$�.�����������)���,����������(���������,����������,������������������$���)2����������������,��������������$��������������,$��������(�������$�.���������������-������+��)'����������$��������������,����������(���������$��������������,�����������������������(�������,�)?�������������������$(������������������������������$�������$���������$���(�����������������������$�������,����������(������������������������$�������������$������������������������������)2������������������������$����������$�.���������������������(�������$�$���������������������������-���������4���������������)������������������ ����������

�� '��������$��4��������$��������������/�1��������������������������������(�������$�)

�� ����������������������3���(���������3$���(����������������������,���������$)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &8

;������� �������#�4������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������?�����������4���������������������$�����������$��������(��������,������������(���������������)?�����������$�����������������(�����������$�������������(�������$�������-������������$����������������(������������������,������������������������������) �����������������������������4���������������������������������(����������)!�,�����(������(�����$��������$������������������������������������������$��������������������������������$��������������������,�������������(�����,������,����������������������������)���������4��������������������������������(���������������$)2�����������������������4�����$�������������������$�������������������(������������������);�������-��4��������������������������������������������,���$�����������$���������������$���������������������,�����������������$��,�������������������������������������������$��/�����,��(���1)'�����$�+������������������4��������������������������������������90.B3=.B���-���:���(�����)2�������$���������������(��������$������������3,��������+����������������������(������������������3�������������)����������������������������������$�����$��������������������������������������������)��������,����������������������������������������$�����������$�����������������������������(���������������������)?�����������������������������$�+�����$����(��,���(���������������������������������������������������������$����������)������������������ ����������

�� 5������������������,�����������������$��������������������(�����(�����)

�� 2�������������������������,������$���������,����(���4������������$,������,,�����������������������������������.��$�����������4�������)'������������������$��,$����������$����������(�������,��������������������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &F

#����� �������#�4������� �

��������������?�����������������������������������������������(���������������$��,���������$������,��(�������������������$C������-'�����)'��������4���������(����������������������,������,)#�����������������,������,��������������������������������������������������������������$��������������������������������������������������,������������������������,��,����)�����4���������������$C�����������������������������������)�

�/?���������������������������������������,������$����������������������$�������,������������������������$������������������������������������������������������)1#�4����������������������������������$�����������$�����,������������������(�����)?�����������$�����������������(�����������$�������������(�������$�������-������������$����������������(������������������,������������������������������) �����������������������������4���������������������������������(����������)������������������������������������4�����$�������������������$�������������������(������������������)#����$��$������������������(�����$����������������,���) �����������������/���,��(���1���������������$��������������������������������C��������,������������)������������$������7*�����������������������������������������������������������4����$���/�)�)�����$���(���$������������+������������������������,������$��������1������������,����$����������4������������)��������$����������������7*������������������$����������������������������(��������,�������$���������������������������,������$��������)������������������$����������������������������)'����,������$������������������������������������������������������������$$������)�4����������������$�������(�������������$�����������������(���$�����������������,������$����)'��������(���������������������������������$���$�$��������)������������������ ����������

�� ?�����������,����������������������������������������������$��,���$�������$�������������������(�����������,�������(������������$�������������)

�� ���,������������������$��������$�������������������$��������,�����������������)

�� ������������$���(���������������$$�������������������-'����������������,��������������$�)/9 ����-'�������$������������������������(��,����������,�����������������������������������)1

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &%

��(�� -?����� ���������!���6������� GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG

CoolingCondenser

CoolingTower

95 - 120 F AuxilliaryHeat

Source

Heat-RecoveryCondenser

Hot - WeaterPump

HeatingLoad

Evaporator

ChilledWater Pump

CondenserWater Pump with

Variable-Speed Drive

CoolingLoad

�������������'�����(��-(�����$������������������������������(����������������������������$���$�+�����$����������������$�����������)���������4���$����������9,����:�������$������<�������������������,����$����������C�����������������(����������������������������3���������3,������!"�����$������������������������)�����$����������������-����������������������������������������(���)2�������������������<�������������������������������������������������������)��������������������������9,����:���������������(�������������$�����������<�������������������,��)'���������$�������,������,��(��������������$��������,������,�������3���������3������������,��)������������������,������$������������������,��(����������$�����������������������������$�����,������������(����������������������������������������������������������������-�����������������(�����)'���$�����������<�����������(������������$����(�����$�����,����(�������������/�)�)������������$�������1������������,��)2�����$���������������������������������$�����������������(���������) �����������������������������������������������������-���������������������������,������$������������������$&7�������������������0=*��������������������(��(������)������������������ ����������

�� �(���-����������������4���������9,����:������������(����������������������������������������������������)

�� ��(��-(�������������������������������4���$�������������$���(���������,����������������������)

�� '��������������������������H�������,������������������������$���)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ &&

'���$��#������ �����������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������

�������������2��������������������������!"�������$���������������������������������������,���(��������������(�������������$���4���$��������������$����-��������,-�����������)'�������������������������������$����������(��,��������������������3�������������$�������������������(����3���������(����$������������$����)E������������$�������������,������������������������������������������������$��������3������������������$��,�����������)'���������������������������������������$������������������$������������������$�������$�-�-����������������������������������$����������) ��$�������������������������������������,�����������������������������������������4���$���,��������������������,/�����������������������1���������������$����������������������������4�����)2��(����������������������������������$�����(�����������������$���������$���������(��������������$������+�������-����������������) ������-����/��,�����������1������������������������������.,����$������������������$����������������$�����=B�����������������)'���$�������������������������������(��,�����������(����,���������+����������������,����)��������������$�������������������������/���������������1����������������.,����$������3������(����(�����������3������������������������������������$���������)2���$$�������(������������������/����$��1�����������$�����������������������������,��������������������,�����������������������������������,����������������������)������������������ ����������

�� ?������������������������4������������������������������������������������,������������������$�)!�,�����������������������$�������$���������������$�����������������������������������������$����������������������������������������)

�� E�����������������(����������$����������������(�����������������������(��������)���������������������������������������$���$�+���������$�����������������$��������������$)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0**

>�, '�$����������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������

*

0*

=*

B*

D*

7*

8*

F*

%*

&*

0**

B* BD B% D= D8 7* 7D 7%

#��������'�$��������

������,/;���������1

����������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������>�,��$�����������$�����������$��������D=�������������������D%������������������������������$����������)�����������(���,���������������������������������������������������������������������$����������,��!"���4���$�����������,��������������$���������������������������)'���$���������������,������$�������4���������,��$����������������$���������������4���$���������(������������������������������������������-��-������������������)���3(�����������������$�����������,�����������,��3��������$�����$����������������$�������������������������������)����������������� ����������

�� ;���������$���(���������������������������������������������������,��������$�������)

�� #���������������������������������$�������������������4����������(���������,�����,�����)

�� ;�������������$���(�����������������������������4����$�������$�������4���������������/�)�)�������������$������������������1���,��������$�����������+���������������)�

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*0

��������2������� ������������������ ���������������������������������������������������������������������������������������������������

Exhaust Air Return Air

(Optional)Supply AirTo Space

To Conventional Chiller (Opt.)

100%Outdoor Air

Aux. Water Sources

LegendA = Direct CoilC = Conventional Cooling Coil (Opt)

FIGURE 1DIRECT EVAPORATIVE COOLING

Exhaust Air Return Air

(Optional)Supply AirTo Space

To Conventional Chiller (Opt.)

100%Outdoor Air

To Cooling Tower

LegendB = Indirect CoilC = Conventional Cooling Coil (Opt)

FIGURE 2INDIRECT EVAPORATIVE COOLING

Exhaust AirReturn Air

(Optional) Supply AirTo Space

To Conventional Chiller (Opt.)(Stage 3)

100%Outdoor Air

To Cooling Tower Loop(Stage 1)

LegendA = Direct CoilB = Indirect CoilC = Conventional Cooling Coil (Opt)

FIGURE 3STAGED EVAPORATIVE COOLING

Aux.WaterSource

(Stage 2)

C CA B

A CB

���������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������(�����������������$����������������$��(�$�����������������4���$���)',��������������������������������3�����������������3���������(��)'��������������������������$�������������������������������������������(��(��$���������������,��(��(��$���������������������������$) �����������������������/������01����������,���������������������������������$3�������,�����������,�����$����)�����,�����(���(�������$�������������������)������������������,���������(��(��$��������������������������$�������������������,��(��(��$��������(��������������$��������������)?������������������������������������/������=1����������������,����������������,�������������$��������)'����������������������������������������������������������������������$�����������������������,��,�������������������������������)?���������������������������,���������$������9����������:����������$����������������������(������$�,������������������������������������������)������������(�����(�������������������������������������������)��$(������������������������������/������B1�����$���������������������������������������������������������������������������������(��(��$��������,�������������������$��������������)'�����������������������������������������,����������(��(��$�����������������������,������������������������$��������������)����������������������4���������������(���������������������������/�����1)������������������ ����������

�� ����������������������������������$�����������������������4�����������������$�����������������4���$�����������������������$��������������������������������������)

�� ������������������������3���������*)=��*)D������,��������$�3����4�����(��������������������$,�����������������������������������<�������,���������������������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*=

!����� ?����� ��������������������������������������������������������������������������������������������������

Compressor

DischargeLine

Hot GasBypass Valve

From Evaporator

To Evaporator

ToCondenser

��������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������!�����(����������$����������(������������4���$�������������������������,�����������,��������������,����������������9���+�-��:�����$�����������������(��$�)��������������(���������������������,��(���)�������������������������������(��������������������$����������,�������������������$�������-��������/��$����������������1�������������������������$�������,-��������/��$��������������1����)������������(���+����$����������������������������+�-���������������������$���������������(��������������������(����������$�������(��������������������)������������������ ����������

�� ;�������<���$�������������(��������������������I�����9������:��������������������$��������$���(����(���+��0��=������������������(���������+������������������)�����������������������������(�����,�������(��,�������������������+����$���$�+���,�������$�����)

�� 2�������$���������������(�����,��������������(���$��������$�������������)

�� 2�$����������������������(������������������$�����(�����)

�� ��,���$�������������-������������$������������$�������$��������������������(�������������������������$��������������)/�����$��������������$������6 #'�'������������(���������'����������������������������$���������������)1

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*B

������� �����6���� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

Percent of Full Load Capacity

Example Unloading CharacteristicsFor a Centrifugal Chiller withChilled Water Reset

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percent ofFull LoadPower

0F Reset

Cycle Point

10F Reset

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

����������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������'���������,������������������������$�������������������������$�����(�����������,�������������������)2������������������,��������������������$�������������������,�����������������������,���,��������������������������������������������)'�������������,�����4����������������C���$������������������������������$��)������$��������������������,���������������������������,������$����������DD��������������������7D�����������������������������������$���$�$�����������D�����������������)2(��������������������$�����%*�������������������������-�����������������,���������������������,���(�=�������������������D8�����������������)2(�������������������������������������������<�������,�����������$���$�$��������������D%�����������������/�)�)�DDAD1����������)���9��������$(�:������������������,����������������������������������(��������$�������������-���-���-�����������,���������������$�<����������������������)������������������ ����������

�� �������,������������������������������$������������������,��������(��-��,�������,������$���������$�)

�� 2�����������$�����������������������������(�������������������������,���������������������������������������������$������������$������������/�)�)������,��$�������������$������������.���������������������$�������1)

�� '����������4����������������,���$����������������$���$���,���������������$���$�$������������������$���(�$���������(��,����������������������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*D

���������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

0%

50%

100%

12 A.M.6 A.M

12 P.M.6 P.M.

12 A.M.

0%

33%

66%

100%

12 A.M.6 A.M

12 P.M.6 P.M.

12 A.M.

Without Fan Cycling With Fan Cycling

ActualFanOperation

ScheduledFanOperation

���������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������2����$�������������$������������������$������$����������������������������������������������������������,������-�������,��������-���������������)��$�����$���������(�$��������������$����������������������$�����������������)�������������������$�������������$������$�/�)�)������,���$����$���������������������,�����,���������1��������������������������������$��(��������"�"�����$3������������������������$�����.�����(�$������������)2�$��(�������������������(�����������������������$���������������������������$������$�����$���$���������������������)?�$�����������������������������������������������������$���������$��(������(�����������$�������������������,�����������������������$���)/���9�:��$���������������7��07$������I9��:��$������������07��D7$����������)1����������������$����������$����������������������$����������������������$�����$��(������������������������������������������)������������������ ����������

�� �(�����������$����������$����4�������$����������������������������������)'�����������������$�������������������$������������������$�����������������������������������������$������������������������������������������$������$��)

�� ?��������������������������������$�������������������������������,����(�����$��������(�������)

�� '���������������������������������$���������������(�������������������)

�� �������������������$$��������������������=*�������,��)

�� ����������������������������������$������$�����I"�"�����$��������������������������������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*7

��� ������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

0%

50%

100%

12 A.M.6 A.M

12 P.M.6 P.M.

12 A.M.

0%

33%

66%

100%

12 A.M.6 A.M

12 P.M.6 P.M.

12 A.M.

Without Fan Cycling With Fan Cycling

ActualFanOperation

ScheduledFanOperation

����������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������'������������������������������������������������������������$��������������(����������+���4���$���9��:��$��)'���������������������������������������������!"�������$�,������������������������������������������������$�����������������)������$������������������(�������������������-�����������������������������$��������"�"�����$�3������������������$������,��$-��)?���������������������$������+�����$���������������������������$����������(��������)�������������������������������������������������$������������(�������������������������������$�������������(���)'�������������������������(������������������������������,������$(����$�������������������������������I�����������������������$����������������3����$���������������������3���(�����������������������$�������)������������������ ����������

�� �(�����������$���������$����4�������$������������������������������������)'�����������������$�������������������$������������������$�������������������������������������������$������������������������������������������$������$��)

�� ?�������4���$����������������������$��������,�������������������$���������������������������)

�� '�������4���$���������������������������$���������������(�������������������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*8

����� ;���� ����������������������������������������������������������������������������������������������������

������������'����������������������$�������������������������(������������������$��������������(�������)'���������(�������C�����$����������$�����������(���������������������(�������������(�����������������������������������������������������������������(���������������������������)2�$������$������$(������$���������������������$����������,������������������(�������)����������$���������������������������������������������������������������������$���������������������������������������������������������(����������������$�����������������$����������������������������)5����������������������������$����������������������������(��������������$����������$������9������,�:����������������������(������������������������������)

�������$���������������������������������������������$����������������4��������(���������������������������$�(����-�������������������)?�����������������4�������������������������������(�������,������������������������������������)������������������� ����������

�� '��������������$����$���(�����(���$����������$(�����������������$������������,���������������������������������$)

�� 2���$�����$���������$���(����������������������������������������(�(�������$�������-�����������������������(�������)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*F

���$�$ #����.#��� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������'������$�$�����.�����������������,��������������(�����������������������$��!"���4���$���)�����,�������������������(���)'���������$�������(�������������4���$���C�9�����:��$�,����������������9������,�:��$�) �����(�������C�!"���4���$���������������������������,������(����������$����������������(�������������������$�������������������������������������)'�����������$����4���$�������������������������������$���������������$��$������������������������)'������$�$�����.����������������������������(�������C�����$������������$���$�+��4���$��������$�)#����9�����:(��������������,�4�������������-�������4���$���9�����:��$����(���������������(������������������������������$������������$�,�������������������)9!����9(������������������������������������������,��������4���$���9�����:��$�$���(��������������������������������������$��������(������$�������������������(�����)?�������������������������$(�����������������(�����������$����������������������4���$�������������������������(��3������������������������(��3,��������������������������$���)?�$���$�+����4���$���-�����������$�������$���������������(���������+������������������������)������������������ ����������

�� '��������������$��������$���(�����(���$��������������������������������!"�������$)

�� '�������������������������$�$�����.����������������������������$������(�����(���9��������:��$��������(��������������������������������$�+��4���$��������������$���������(����)

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������������������������� ��������!"��#����$ 0*%

>��� -#������� �����$�+�� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

Heating

Cooling

Outdoor Air Temps:Hi = 39F Lo = 22F

700

600

500

400

300

200

100

0

2 4 6 8 10 : 2 4 6 8 10 :

A.M. Noon P.M. Midnight

Heating

Cooling

700

600

500

400

300

200

100

0

2 4 6 8 10 : 2 4 6 8 10 :

A.M. Noon P.M. Midnight

Heating/CoolingDemand

Heating/CoolingDemand

Aux. Heat

Recovered Heat

EconomizerCooling

Chiller

���������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������'���������-�������������$�+��������������������4�������������������(�������(���$(������,�������-����������������������������������$�+������������������)'����������������������������$�+������(����������������������������������������������$���$�+��������������������������4���$���)?������$�����������������������������(���������������$���������������������������(�����������$����������)!�,�������$(�����������,�������������$���$�+�(�������������������������������������������������������������)'�������������������������������������3������������$������������������������������������������������3,����������������$�������$�+�������$�+���������������������������������������������������������������(�����������)2�����,��������$�+�����������(�����������������������,�������$���������������������������$�����������������������������������������������)'��������������������������������$�������������������������(�����������������������$�+�����������)�����������$�������������������������������������(������������������������������������������������������������$���������)2���������$������������������������������������������������������������$����������������$�+����$��������)���������������������������������������$������������������������(��) �����������$�+���������������������-����������$���������������������$(��������������,������$��3����������������������������������$���,��������������$��������������������������������,��)'����$���������������������������������,���(�������-���������$������������)������$�������������-�����������������(������+��,��������-�������������$�+�������$�������������������������(��������������������,��(���)������������������ ����������

�� �����������-(���������$�+����������-�������������$�+���������,���,���������������$�������������$����������,�����������������������������)�

�� '�����������������$���(��4������,����������������������������������������������$����������(���(���������������������������$����(�����$�+��������$�+�����������)�

������� ���

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

������������������������ ������!������� "#$

�������������������� ����������� ������ ����

�% ������ �������������������������

"% ���������������!������������������&���'���������(��������������������������'������'�!�������������)�������*!�����������������%

+% ��������������������������(���,������������������������������������'����'������'�!��������������������!�����������������%

-% .��'���������������������������������������&���������!�������������!����&������������������!�/�����������!����������!�������������!�����'����������(������!��������������������!�����������������������������&����0������(������&�,(������!�������1��������������������2%���!���������������!����!��,����������������&���'�������������������%������!�����������������!����1�����"#,!����������������'���(�����������-#,!��������������������3�����!�����������������������������������������������4�����%.��������������&�����������5����'������'�!������������1������������!�����4-!��,������������%

4% 6�!�&���������!�������������������������������������������%��'�������'����!������'������'�!������������1����!�����(��������������������'����������������������������%��'����������'������'�!���������������%

7% �����������������������!��������!���&�����������������������!�����������������'�������������������������!���������&���������!�������������!%�������������!��������������������������������(������!����&���(���������������������������������������������������)�'������*����������&�����'����������!�����%

8% ������������ ����.������(�����&�����&�����'��������!����!�������&������&����.������!��������������������

������������������ ������ ���

�������������������� ���������� �������� ������� ������ ��

9:�������;���� <%#

�������������� 9 <%#

�������!������� -%7

�&�������� -%7

�������.�(�������'���/��6���� 7%7

���,=�������6����!� -%#

�������;���� -%#

:�!�� -%-

:������8����6���� 7%#

���'���/��6���� -%#

������ +%#

���� -%#

����� -%-

�������6����!� "#%#

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

������������������������ ������!������� ""#

�% ��� ������� ����������������������������!�����!������!������������������&�����!����������(��

��� ������������� ������ ���

�������������������� ���������� �������� ������� ������ 2

:�(�������� 4%#

>�(?������������ +%#

�����6������� +%7

6(������ +%7

% ���� ��� �����>��������������������������&���������������!�������������(����������&��������&������!��������������!������

�!��������� ����

��"� �������

@������������������� #%#7

@�������������������� #%#<

������������������������ #%"#

��������������������������� #%"7

����������������������������� #%"#

=@ �"#5!������� #%"#

=@ �"75!������� #%"7

=@ �+#5!������� #%+7

=@ �-#5!������� #%A#

=@ �4#5!������� "%##

"% ����������������!��,�����&�����'�����������!����������������������������������������������%�����������&�����������!&�������������!�������!&�����!��������������������������������������������������������������������%

+% �������� ������!���������

�% ���������������!���������������������������!����,���������'�����������������!�������&���������!�������������!%.������������� ���������!����!�����������������������!������1�������,���������'���<,"#��������������������1������������������������'���7�����������'��'�������������1�������(&��������'���-�����% ������!����������������(�'�����!���&�����������!�������������!�������������������������!�����%�����������!!���/���������!���������!���������������!&���&���������!���������������!�������&�������������������!���������������������!��������%

&% ����������������!�����������!�������������������!!�������A#B�����'�������!���������!!���/�����������(�����&���

�����!�����#�����������

��������

��������������$�������%�&���$����'(((����)����������

>�(�������������! "C�### 4

=����������������! "+,"7�### -

����������� "#,"7�### -

�������?���� +4�### 7

����������� +#�### 4

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������� ��������������������!�����"�����������������#�������� $$$

������������������� �������������������������������������������

��� ������

%���������������&�������������������������������������������������������������'���������������

������!���������("�����&&��������������!�����"�������)��"*����������������+�����������)$,*

����������(���������������������������"-��������������'�����'���&������&�����(

.��������������"-���������&�������������������������&����������������'����������������

���/�������������������'�����'���������&���&��������(

$( #���������!�����

�( 0���������'��1���������2���(

'( ��&��������������������&+����+�(

�( 3��������������)+�����1�������*(

�( 0������������������(

�( 3����������������+����������!������(

( 0��������������������(

�( 0���������������!����'����(

�( ������1����������������������(

�( 0�������������������������������+��������*(

4( �������

�( 3���������������'������(

'( 5��&�����������(

�( ���������2������&(

�( �+���2������&(

�( 3���������������'������(

( 0����������&���������&����(

�( 3�����������������+���������������������(

�( ��������&'���������1&�����+����+���+��������(

�( 3���!��+����������&����������������������������������������������������������

���������+��(

,( �������

�( 3�����������������������(�

'( 0������+����+����������������������������6����&����(

�( 0�����������&�2��������(

�( 5����2��!�������!�1����&�����������������(

�( "�����������������������������6�����(

( 0�������7������������������������+���(�( 3���������7����������������+������������+���(

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������� ��������������������!�����"�����������������#�������� $$4

8( 9����������1 �����'�����

�( 3��������!���&�('( 3��������:������������(�( ���!�����!����'�����!���&�(�( 0�������������������+���(�( 0����������&������&����(( ��������2�����&�����������(�( 3�������������������������(�( :����1��������������''���������+���������+���(�( 3�����1���&�������������������������(/( 5����2�����������������������(�( ���&�������&��������������������������(

;( <�������

�( ���!���������������������������������7������������������('( ���!���&������!������&�����������������&!����(�( "�����������)���������������+��������*(�( �&����������������(�( 0����������������������)������������������*(( 0������������+������(�( 0���������������(

=( �&�������������

�( 0��������+������������('( 0���������7�����������(�( ���������2����+�����������(�( ��������������������������(

�( 0������'������������������+�����������������������&���(

( ������������&+��������������(

>( <������

�( 0���������������&����������&���������+���+����('( 0���������������&����������&��������(�( 0������&�����������������������(�( 0�����������'������������(�( ���1�&���!�����������(

?( @������

�( 0����������7������������&�������!��!��(

'( 0������&�����������������������(

�( 0���������������&����������&�������������(

�( 0�������������&�����&��������&����(

�( 5����2����&��������+�����������&(( ���1�&���!�����������(

A( 5������ ����:����&�

�( 3���������&������'�������������(

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������� ��������������������!�����"�����������������#�������� $$,

'( 0�������'�������������(�( 0�������'��������'����������� �( 0�����������&�2���(�( 0�������������������(( 0������'��+��+���������(�( "������2�'�����������������������(

$B( �����������6���&���

�( �7������2��6���&���+�����������('( 3����������+��������6�����(�( 0�����������������������������&�����������������+�������(�( 3������������&��������'�����������������'��������(�( ���!������������������&�����(( 0������!����'��7�����&�����(�( 3�������!����2��&�����(

$$( ��������

�( 0����������&����������&�����&��������&('( 0��������&��������1���������������!����(�( 0����������1�������!����(�( 0��������������'�����!����(�( 0����������7����������!����(( 0�����������&����&�2�������'�����(�( 0����������������������(�( 3����������!��!��+�������&����!��!��(

$4( 3���+�'���

�( 0����������!��������!���������+���������&('( 0����������!��������!�����������������������(�( 5����2������!�������(�( ���!�����+���(�( ���!�����'��&���(( ���!����������(�( 5����2�+���������(�( 5����2�+������+��(�( 5����2��������&��(/( 5����2������������(

$,( "������������

�( 0�����������������������&(

'( 0����������&��������������&(

%����������&'������!��������'�����������������&&������!��������"C�(%���������������������

����+�����������������7�7���7����6���&�����������������������������&������&����'�����+�����������

�6���&���������2������+�������������&���������(

%������+���������������������������'�����������������2��������&&�������"(

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������� ��������������������!�����"�����������������#�������� $$8

<0��%0��

$( ���!������0������������������������

�( 5��������7�������'�����������&��(

'( �����������������������'������������&����'����&��)%7?.�����*(

�( 9����������+�������!���+���&�������������(

4( 3��������:�������"�������#���������<�&��+���������7�������.���

�( <�&�&���'���&����'��+������'������(

'( 9����������+�������!���&�������������(

�( �����������������������'������������&��(

�( ���������������������������'����������������������������'��������) �:�*(

#50< 0����9�<. �

$( ����5������+�

�( #��+�����������������'�������������!�������6����&����(

'( 9�������������+�������!��&�����������������(

�( �����������7����������'�'�����������������&���+����+�+����������������������(

�( �����������������������!������������6����&����(

4( 0������:���&�����+�

�( %���&���'����&���������������(

'( �����������������������!������������6����&����(

,( 0������3��0�����������

�( �����������&���'���������(

'( 0����������'�����������'�������������������+���'���&����������������������

����������(

�03�.� 0%0.�0��

$( 3���&&�����������������&�����"-�'��������+������7��������������(�!��'��������+����'�

��������������&�������������������+��������������������������&����'��+�����������������������(%����������!��������'�����&�������+�����������������+���&���������������'�����������������(

4( 0�����������+����������������������������������������������������+���������������(

�����������������������������+��(

,( ��������������������&���������������&���&�������������(��������������2���������+

�������(

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

���������� ��������������������!�����"�����������������#�������� $$;

���%0��

$( 0���������������'�������������������&�����������������������������'�����(

4( 0��'�������������������+���6������������&�!������������������+���������'�

��'��������(

9��%0<�%0.�

$( 0�����&&����������������������������������'���+�

�( $;�&1��������������������������&�

'( 4B�&1���������������������������

�( 4;�&1����������������������������&�(

�<��%30�".%.3:

$( #���&��������������������0���$$4"�����#(

4( :������������������&�����+��������������������&�����(

,( ���������������&�����������&�������������������������������&�����+���������7�������

�����(

8( ����������������'�������������&��������!�&����+���������������������7���������&���

�������&�������(

=( ����������+�������������+&����(

�.�%3.<:

$( 0�������������������������&�����&���������������&)�"�:*������������������������

�6���&�����������������������������(

4( #���&����'�����������������'�������������������)�*������'�������'����������������������

���&�����������������������"�:(

��%�3�.5�%�0�:

$( 0������"-��������+��������������+���������������������������������!��)�����������;��'*

�������������+����(

:�������������������1%�������������������������%�������"������:����������.����:������������(

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

������������������� �������������� !!"

���������������������� ��������������

�����#�������������$�������������������������������������������%���%���$�%���������&'��$��%�

��������������(������)�� *�����%��������#������������������������$��%������#���(�����������

������%+,���-�������,�����%�&+,�#������������%��������$����������$�����������������

��������#����������������������&

�������������� ����� ������ ��������� �������� ����������

!& .������$��'�����������

�&/�$�����%���)����������(�����������*$& ���������)%����������������������*�& '��������)$����������#������*

�& ��$��������%�����������$���

�& 0�����

1& ��������2�����

�& ���$��%�������)�0*

$& .����

�& 2����������������%������)20��*

�& 0��������������)�3�*

�& ���%��������)4�40*

& /��#�����������)�5�����06*

�& '��������������$��������)'�-�*

�& 0����

�& ��������

7& 0�����

������������������� ������ �������������

!& 4�������

1& �������

6& -����������

8& .��������

9& ,���������

:& �����������

"& .���������������������

;& -���������

<&'���%����

�������������������������������������

!& �%�����������������������������������������(�������

1& ���������$���������������������

6& .���������#��������������������=����������������$�������#������&

8& �����(����������������>������%����������

������������ �������������������������������������������������� ������������������������

������������������� �������������� !!;

9& '�������������(������

:& ��������������������������?��������%���������������������

"& -�������%������%����=���������������������������������������

;& '���%��������������������������7������$�������������

<& 2��������%$�������������$�#�&

����������������%����������$������������������������������������$������������������$��������

�������������%���!<83���������������!<"3�&'��%�$���������%�����������%�����������$���������

!& -��������%����$������(���%���

1& '������������#������

6& '�����������=���������%�

8& ���������=����%�������

9& .������(���%������������������%��������)���*���������������)�������*�������������

����

:& ��%����$����$�����=���$����)�����������*"& ���������������������������������������������&

���$�������������������������)��5������=�����*=���$���$����������������&.�������������������������������������#������������������������&������������'�����������������������������������@�����,�������������������%�����&�����#��������%����������������������������%������&�����������������%�������������������������������&,�%����������������������������������$��%������������������&�%�������������������������������������������������%&

/��������������� �����%������#����%�����4�����,��#��������������%����������3&31=��������#��)�A*�=������8����������������������������8������$����=������������%%������!33%�������%�����&/���������������%������������%��������%�����!>1?����������������������&

'����$�������������������������$�������=������$?��?����������������������$���%���������%�?��%�����������������������7������$���%�������>=���7������$���%������������������������������$���%�������������&

������������� ������������������ ��������� �������������������������������������������������������