Sustainable Heating Cooling Buildings (2009)

8/11/2019 Sustainable Heating Cooling Buildings (2009)

http://slidepdf.com/reader/full/sustainable-heating-cooling-buildings-2009 1/46

P r of e s s or B j ar n e

W. Ol e s en ,P h D

P r of e s s or B j ar n e

W. Ol e s en ,P h D

D i r e

c t or

D i r e

c t or

I n t er n a t i on al C en t r ef or I n d o or E nvi r o

nm en t an d

I n t er n a t i on al C en t r ef or I n d o or E nvi r o

nm en t an d

E n e

r g y

E n e

r g y

T e c

h ni c al U ni v er si t y of D enm

ar k

T e c

h ni c al U ni v er si t y of D enm

ar k

S u s t ai n

a b l eH

e a t i n g

an

d C o ol i n

g

S u s t ai n

a b l eH

e a t i n g

an

d C o ol i n

g

of B

ui l

d i n g s

of B

ui l

d i n g s

I n t er n a t i o n a l C e n t r e f or I n d o or E n v i r o n m e

n t A n d E n er g y

S U S T A

I N A B L E

H E A T I N G

A N D C O O

L I N G OF B U I L D I N G S

L ow

T em

p er

a t ur eH

e a t i n g-

H i g

h T em

p e

r a t ur e

C o

ol i n g

E

m b e d d e d w a t e r b a s e d

E

m b e d d e d w a t e r b a s e d

r a d i an t s ur f a c e h e a t i n g an d c o o

l i n g s y s t e m s

r a d i an t s ur f a c e h e a t i n g an d c o o

l i n g s y s t e m s



N o c o ol i n

g–

d e

cr e a s e d p er f or m

an

c e

L ow

en

er g

y c o s

t s

L ow

o p er a

t i on

c

o s t s

F ul l A i r - C

on

d i t i oni n

g

C on

s t an

t t em

p e

r a t ur e

D r a

u gh

t ,N

oi s

e ,

S B S

H i gh

en

er g

y c o s t s

H i gh

o p er a

t i on

c o s t s

T h

er m

o- A

c t i v e- B

ui l d i n

g- S

y s t em

s

T em

p er a

t ur er am

p s

R e a s on

a b l e

en

e

r g y c o s t s

L ow

o p er a

t i on

c

o s t s

C OMF

OR T - P E

R F OR M

A N C E

P e o pl e

1 0 0

M ai n t en

an c e1 0

F i n an ci n

g

1 0

E n er g y

1

C OM

F OR T - P R

OD

U C T I V I T Y

B ui l d i n

g c o s t s



C ON C E P T S OF R A D I A N T H E

A T I N G

A

N D C O OL I N

G S Y S T E M

S

• H

e a t i n g

- c o ol i n

g p an

e

l s

• S ur f a

c e

s y s t em

s

• E m

b e d d

e d s y s t em

s

S u

s p en

d e d c o ol e

d c ei l i n g

s



R

a d i an

t

R

a d i an

t s ur f a c

e

s ur

f a c eh

e a t i n g

h e a t i n g

an d an d c o ol i n

g

c o ol i n

g s y s t em

s

s y s t em

s

F l o

or

F l o

or

W al l

W al l

T h

er m oA

c t i v eB

ui l d i n

g S y s t em

s

T h

er m oA

c t i v eB

u

i l d i n

g S y s t em

s

C ei l i n g

C ei l i n g

R ei nf or c

em

en

t

R ei nf or c

em

en

t F

l o or

F

l o or

C on

cr e t e

C on

cr e t e

P i p

e s

P i p

e s

R o om

R o o

m

R o om

R o o

mWi n

d ow

Wi n

d ow

S U R F A C E H E A T I N

GA N D C O O

L I N G

H e a t t r an

sf er

c o ef f i ci en

t 8 , 0

8 , 0

6 , 0

1 1 , 0

1 1

, 0

7 , 0

5 , 5

6 , 5

7 , 5

8 , 5

9 , 5

1 0 , 5

1 1 , 5

F l o or

C ei l i n g

W al l

W / m

2 K

H e

a t i n g C

o ol i n g



2 0 0 9 - 0 1 -2 7

B j a r n e W . Ol e s e n ,I C I E E -DT U

9

L o gi s t i k c e n t r um2 0 . 0 0

0 m2

,H ü c k e l h o v e n

2 0 0 9 - 0 1 -2 7


1 0

L T U -H an g ar H

am b or g



2 0 0 9 - 0 1 -2 7


1 1

S p or t s s k ol e O b er h a c h i n g

,2 2 . 5 0 0 m2 g ul v v ar m

eR a d i an

t F l

o or C o ol i n

g

R a d i an

t F l

o or C o ol i n

g



A i r p

or t B

an gk

ok

A i r p

or t B

an gk

ok

A i r p

or t B

an gk

ok

A i r p

or t B

an gk

ok



A i r p

or t B

an gk

ok



F l o

or

c

o ol i n

g



H E A T L

OA D

S

• On

c e t h eh

e

a t l o a d t o t h e s p a c eh

a d b e en

d e t er mi n

e d , t h e

c on

d i t i oni n

g

s y s t emw

a s b ei n

g d ev

el o

p e d

.

• T h

el o

a d sf o

r t h e c on

c o ur s

ew er e

9 7 W

/ m2

• T h

e c on

d i t i o

ni n g s y s t em

s t or em

ov

e t h i sh

e a t f r om

t h e

s p a c ew

a s d

i vi d e d a sf ol l ow

s:

–R

a d i an

t F

l o or

8 0 W

/ m2

–V

en

t i l a t i o

nA i r 1 7 W

/ m2



V E N T I L

A T I ON

•

T h e o u t d o or ai r A H U wi l l s u p pl y v ar i a b l e o u t d o o

r ai r q u an t i t i e s

a t a c on s t an t t e

m p er a t ur e t o t h ez on eA H U ’ s .

•

T h ev ol um e of o u t d o or ai r wi l l b

ev ar i e d d e p en d

i n g u p on t h e

C O2 l ev el s m e t

er e d i n e a c h z on

e , d own t o af i x e d mi ni m um

p o s i t i on

•

E a c h z on eA H U c an s u p pl y ai r

a t 1 6 C t o t h e s p a c ev i a t h e

d i s pl a c em en t d

i f f u s er s





I n s t al l a t i on

o

f P E X

pi p

e s



T er mi n

al

b ui l d i n

g



A i r p

or t B

an gk

ok

A i r p

or t B

an gk

ok



A i r p

o

r t

B an

gk

ok



L i

s b o aD

ol c

eV i t aT

e j o



L i

s b o aD

ol c

eV i t aT

e j o

T A

B S

T A

B S

T h

er m

oA c t i v eB

ui l d i n

g S y

s t em

s

T h

er m

oA c t i v eB

ui l d i n

g S y

s t em

s

I n s ul

a t i on

I n s ul

a t i on

F

l o or

F

l o or

C o

n cr e t e

C o

n cr e t e

R ei nf

or c em

en

t

R ei nf or c

em

en

t

P i p

e

P i p

e

R o om

R o om

R o om

R o om

Wi n

d ow

Wi n

d ow



A R T

M U S E

U M

B R

E GE N Z



A R T

M U S E

U M

I N B R E

GE N Z

•

D e si gnr e

q ui r em

en

t s

–A i r

t em

p er a

t ur ev ar i a

t i on

s d ur i n

g

a d a ywi t h i n4 K

–R

el a

t i v eh

umi d

i t yv

ar i a

t i on

sl e

s s

t h an

6 % d ur i n

g a

d a y.

– S e a s on

al v

ar i a

t i on

s b e t w e en4

8

an d 5 8 %

–R

o om

t em

p er a

t ur ei nwi n

t er 1

8 o C

t o2 2 o C

–R

o om

t em

p er a

t ur ei n

s umm

er 2 2 o

C t o2

6 o C

, o c c a s

i on al

u p t o2

8 o C

•

D e si gnl o

a d 2

5

0 p er s

on

s pr .

d

a y ,2 h

o ur s

•

D i s pl a

c em

en

t v

en t i l a t i on

< 0 ,2

h - 1

•

F l o or

ar e

a2 . 8

0

0 m²

,4 f l o

or s

•

2 8 . 0 0 0 m

pl a

s t i c pi p

e s em

b e d d e d i nw

al l s

an

d f l o

or

sl a

b s

A R T M

U S E

U M

B R

E GE N Z

• 3 .7

5 0 m² f l o

o

r ar e a

• 4 .7 2

5 m²

em

b

e d d e d pi p

e s

• C on

d en

si n

g b oi l er

• V en

t i l a t i on7

5 0 m

3 / h p er f l o

o

r

( f i r s t d e si gnw

a s2

5 . 0

0 0 m 3 / h



A R T M U S E U M

I N B R E GE N Z

A R T

M

U S E

U M

B

R E GE N Z



A R T

M

U S E

U M

B

R E GE N Z

A R T M

U S E

U M

B R E

GE N

Z -

M e a s ur em en

t s

1

5

1

6

1

7

1

8

1

9

2

0

2

1

2

2

2

3

2

4

2

5

2

6

2

7

2

8

2

9

3

0

3

1

3

2

3

3

3

4

3

5 2. Okt

3. Okt

4. Okt

5. Okt

6. Okt

7. Okt

8. Okt

9. Okt

10. Okt

11. Okt

12. Okt

13. Okt

14. Okt

15. Okt

° C

0 5 1 0

1 5

2 0

2 5 3 0 3 5

4 0

4 5 5 0 5 5 6 0 6 5

7 0

7 5 8 0 8 5 9 0 9 5

1 0 0

%

t -L uf t - 5 mi n-m e an

t -B o d en- 5 mi n-m e an

r F - 5 mi n-m

e an

V 2 3 0

5 0 0 -1 G

3 0 0 -R ! !

V 2 0 0

? ? ?

H umi d i t

y

Ai r T e m

p .

F l o or T e m p



Of f i c e s

M +

W Z an

d er

S t u t t g ar t ,

G er m

an

y

-T

A B S –

- i n

6 . 5

0 0 m2



MW- Z

an d

er

M e a s ur em

en t s

d ur i n gn

or

m al

o p er a

t i on

O p e r a t i v e t e m p e r a t ur e s e

n s or

Ai r t e m p e r a t ur e s

e n s or

T r a n s mi t t e r s



S t u t t g

ar t

S t u t t g ar t 2 4 . 0 7 .- 2 8 . 0 7 ,2 0 0 0

2 0

2 1

2 2

2 3

2 4

2 5

2 6

24. Jul

24. Jul

25. Jul

25. Jul

26. Jul

26. Jul

27. Jul

27. Jul

28. Jul

28. Jul

29. Jul

Z ei t

Temperatur [°C]

O1 - O p er

a t i v eB ü r o4 . S t o c k F en s t er - O s t

F 1 -F l ä c h e4 . S t o c k R u c k l a uf

O- O p er a

t i v eB ü r o 5 . S t o c k F en s t er -W e s t

O 6 - O p er a t i v eB ü r o 5 . S t o c k F en s t er - O s t

Of f i c

e b ui l d i n

g

M uni ch

• 1

9 9 9

• 4 f l o

or

s

• 4 2 . 0

0 0 m²

• 1

3 . 5

0 0 m²

c on

cr e

t e sl a

b

( 2

8 cm

) c o ol i n

g

• A

d d i t i

on al h

e a t i n g

• O p er a

b l ewi n

d ow

s

• E

s t i m

a t e d en

er g

y c o s t s

8 . 8 D M

m²

a



Of f i c

e b ui l d i n gi nM

un

i ch

F E

S T

S P I E L H A

U S B R E

GE N Z



F E

S T

S P I E L H A

U S B R E

GE N Z

R O OM4

0 4

R O O

M

3 0 4

H al l

S

k y-l i gh t

Wi n d o w

Wi n d o w

S t e e

l

s u p p or t

P i p e s

B RE GE

NZ



F E

S T S P I E L H A

U S B R E

G

E N Z

F E

S T

S P I E L H A

U S B R E

GE N Z



B RE G

E NZ

B RE G

E NZ



E n

e

r g y c on

c e p t i n

B OB .1



T em

p er

a t ur e

sf or

on

e y e ar i nB

OB .1

c o ol i n

g p er i o

d i nB

OB .1



H e a t i n g p er i o d i nB

OB .1

0

5 0 0 0

1 0 0 0 0

1 5 0 0 0

2 0 0 0 0

2 5 0 0 0

3 0 0 0 0

3 5 0 0 0

H ei z un g

K ü h l un g

L ü f t un g

B el e u c h t un g

P um p en

W ar mw a s s er

S umm e

Yearly energie costs [€/m²a]

B e s t an d

B OB .1

E n

er g

y ef f i ci en

c y of B

O

B .1

9 4

% en

er g

y s avi n

g c om

p ar e

d wi t h

c onv

en

t i on

al

c o ol i n

g

6 0 % en

er g

y s avi n

gf or l i gh

t i n g b y d

a yl i gh

t s t e er i n

g

T h

en

e e d of

e

n er g yf or h

e a t i n g , c o ol i n g

, ai r -

v en

t i l a t i on

l i gh

t i n g an

d w

ar mw

a t e

r i s2 7

, 8 k Wh

/ m²

p er

y e ar

E n

er g

y c o s t s

p er m² ,

p er

y e ar : 2

,7 E

U R ,

p er m

on

t h 2 2

, 5 C en

t



6 .E n er g y

s o ur c e s

D e u t s ch eP

o s t

H e a d q u ar

t er s

B onn

, G er m

an

y

• P r o j e c t f a c t s

–h

ei gh

t : 1

6

2 . 5 0 m

–f l o

or s

a b o

v e gr a

d e: 4

5

–f l o

or s

b el ow

gr a

d e:

5

–w

or k

pl a

c e s: a b o u t

2 , 0 0 0

– ar e

a:

a b o u

t 6 0 , 0 0 0 m²



C om

p

on en

t s of

t h e en

er g

y an d

c omf or t

c on c e p t

•

d o u b l e s k i nf a c a d ewi t h

pr o t e c t e d sh

a d i n g d evi c e

•

n a t ur al c o ol i n

g s o ur c e b y t w o

w el l s- t em p er a t ur e1 2 ° C

•

t h er m al m a s s

a c t i v a t i oni n t h e

o p en c ei l i n g

s

•

i n d i vi d u al m

an u al v en t i l a t i on

- o p er a b l ewi n d ow s

•

m e ch ani c al s u p p or t e d

d e c en t r al i s e d

v en t i l a t i onwi t h

h e a t r e c ov er

y b y t em p er i n g

t h e sk y- g ar d

en swi t h

exh a u s t ai r f

r om t h e of f i c e s

•

f r e sh ai r f or

t h e of f i c e s

al w a y s f r om t h e d o u b l e sk i n

b uf f er t h r o u gh wi n d ow s or

s o un d pr o t e c t e d s u p pl y uni t

wi t h h e a t i n

an d c o ol i n

C on

c e p t el em

en

t s



D

e u t s ch

eP

o s t T A B

S

I n s t al l

a t i on

•

c ov

er s

8 0 % of

c ei l i n

g

ar e ai n

of f i c e s , c onf er en

c er o

om s an

d

ci r c ul a

t i on

ar e

a s

•

t y pi c

al l y1 2

0 m

e t r e s / l

o o p of P E X 2

0

mm

t u b i n

g

•

al l i n

s t al l a

t i on

s ,i n

cl .

d i s t r i b u t i on

pi pi n

g ,i nr ai s

e d f l o

or

s

D e u t s ch

eP

o s t o p er a

t i o

n

m o d

e s

•

s

h a d i n

g d evi c

ei n

t h e d

o u b l ef a

c a d e

i

n d e p en

d en

t of wi n

d s p

e e d

•

n

a t ur al v

en

t i l a t i on

t o ex

t r a c t a b s or b

e d

s

ol ar

g ai n

si n

t h e d o u b

l ef a c a d e

•

i

n d i vi d

u al

c o ol i n

g of f r e

sh ai r

•

c

on cr e

t e sl a

b c o ol i n

gw

i t h R h i n

ew

a t er

a

sn a t ur al

s o ur c

e

•

h

i gh er

c omf or t

d u e t o c

o ol er

s ur f a

c e

t

em p er a

t ur e

s

•

n

i gh t - t i m ef l u

sh i n

gwi t h

c ol d

ai r

t o

•

pr eh

e a t i n g of f r e

sh

ai r b

y s ol ar

g ai n

si n

t h e d o u b l ef a

c a d e

•

i n d i vi d

u al h

e a t i n g b y un d er f l o

or

c onv

e c t or

•

b a si ch

e a t i n g b y c or

e s y s t emi n

c ei l i n

g s

•

exh

a u s t ai r h

e a t s un

c on d i t i on

e d sk

y

g ar d

en

; i n

d i r e

c t h

e a

t r e c ov

er y



E x

p er i en

c e sf r

omD

e u t s ch e

P o s t

• n

a t ur al v

en t i l a

t i oni s

p o s si b l e

ev

enwi t h

s t r on

gwi n d

b y u si n

g c o

n t r ol l e

d f a

c a d e

o p eni n

g s

i n t h e pr i m

ar y

sk i n

• d e c en

t r al i z e

d f r e

sh

ai r

u

ni t s pr ovi d

e

i n d i vi d

u a

l c on

t r ol

of f r e

sh ai r

s u p pl y

an

d

c omf or t

• h i gh

t h er

m al

c omf or t wi

t h c on

cr e

t e c or

e

c o ol i n

g

• e c on

omi c

al a d v

an

t a g e s

– on e t e ch ni c al f l o or sk i p p e d

–n o sh af t sf or s u p pl y an d exh

a u s t ai r

–n o s u s p e

n d e d c ei l i n g s

–m ai n t en a

n c e c o s t i nr an g e of c onv en t i on al s y s t e

m s

–

B al an

c e d Of f i c eB

ui l d i n g ( B OB

.1 )

A a ch en , G

er m an y

•

Gr o

s sf l o or

ar e

a2

,1 5 1

m²

•

4 s t or e

y s

•

E f f i ci en

t l yi n

s ul a

t e d

ex

t e

r n al

env

el o

p e

•

Gr o

un d - c

o u pl e

d h

e a t i n g

an

d

c o ol i n

gwi t h T A B

S

•

V en

t i l a t i on

s y s t emwi t h

h e a t r e

c ov

er y

•

D a yl i gh

t - c on

t r ol l e

d

l i gh

t i n g

•

R ai n

w a t er

c ol l e

c t i onf or

u s e

i n t oi l e

t f l u

sh i n

g



D o ck l an d

D o ck l an

d ,

H am b ur g





D ev

el o

pi n gL

ow

E x er g

y S y s t em

s

i n t h eT r o

pi c

s

( M a l a y s i

a , S i n g a p or e ,T h a i l a n d ,I n d on e s i a )

C l

i m a t e s wh e r e :

• E

v a p or a t i v e c o ol i n

gi s n o t p o s s i b l e

• E

a r t h c o u pl i n gi s n

o t u s e f ul

• D

e h umi d i f i c a t i oni s n e c e s s a r y

• A

m b i e n t t e m p e r a t ur e s a r e a b o v e i n t e r n a l c omf or t t e m p e r a t ur e

• C

o ol i n gi s 1 0 0 % a n d h e a t i n gi s z e r o



E N E R

GY - 1

0

O p t i mi s

a t i on

ME C MN R E L / A u t oB ui l d

S h o e b ox B a s e

C onv en t i on al

ME C ML E

O

0 1 0 0

2 0 0

3 0 0

C o ol i n g

L i gh

t s

O t h er

T o t al

1 2 0

6 4

6 2

1 1

9 3

2 5

2 7 5

1 0 0

k Wh

/ m² y e ar

E

N E R

GY - 1

0 O p

t i mi s

a t i on

0 2 5 5 0 7 5

1 0 0

1 2 5

C o ol i n

g

L i gh

t s

O t h er

ME C ML E O

S u

p er L owE .B ui l d i n g

6 4

3 7

1 1

6

2 5

8

1 0 0

5 1

k Wh / m2 y e ar

T o t al



u



S e c t i on

, Of f i c

e

B ,v

er si o

n 3

u t d o or

A t r i um

H i gh l y r ef l e

c t i v e c ei l i n g

L i gh t s h el f

B l i n d r ef l e

c t i n gl i gh t u pw ar d s

A i r d u c t s

N o d i r e

c t sk

yv

i ew

T r an s m. 0 . 8

T r an s m. 0 . 5

2 0 ° C

1 5 ° C

E v a p or

a t or

A H U

1 5 ° C

2 0 ° C

2 0 ° C

2 2 ° C

2 3 ° C

2 3 ° C

Of f c oi l t e m p e r a t u

r e of c h i l l e r i ni n c

r e a s e d f r om 7 o C t o1 8 o C

i n c r e a s e d C OP of

C h i l l e r



!

! "

1 5 o

#

#

$ % "

! !

& ' (

! !

$

S e c

t i on ,T h

er m

al C omf o

r t

2 0

° C

( c on c r e t e s

l a b c o ol i n g )

2 2 -2 3 ° C

( c e

i l i n g s ur f a c e )

2 2 -2 3 ° C

( f l o or s ur f a c e )

2 7 -2 8 ° C

( ai r

t em p er a t ur e )

T h

er m al C omf or t :

2 5 -2 6 ° C

( o p er a t i v e t em p er a t ur e )



P R E -

F A B R I C A T I ON



P R E - F A B R I C A T I O

N

L owE x er g y

L owE x er g yH y d r oni c

H y d r oni c

R a d i an t

R a d i an t H e a t i n g

H e a t i n g an d

an d

C o ol i n g

C o ol i n g

Wh y

Wh y

? ?

• •

W a t er

W a t er

b a s e d

b a s e d s y s t em s

s y s t em s

• •

L owL ow

t em

p er a

t ur e

t em

p er a

t ur e

h e a t i n g

h e a t i n g- - H i gh

H i gh

t em

p er a t ur e

t em

p er a t ur e

c o ol i n

g

c o ol i n

g

• •

M or eM or e

e c on

omi c

al

e c on

omi c

al

t o t om ov

e

m ov

eh

e a t

h e a t b y b yw

a t er

w

a t er : :

–– Gr e

a t er

Gr e

a t er h

e a t

h e a t c

a p a ci t y

c a p a ci t y

t h an

t h an

ai r ai r

––M

u ch

M u ch

sm

al l er

sm

al l er

d i am

e t er

d i am

e t er

pi p

e s

pi p

e s t h a

n

t h a

n ai r ai r - - d

u c t s

d u c t s

––E l e

c t r i c al

E l e

c t r i c al

c on

s um p t i on

c on

s um p t i onf or f or

ci r c

u

l a t i on

ci r c

u

l a t i on

p um

p

p um

pi si sl ow

er

l ow

er t h an

t h anf or f or f an

s

f an

s

• •

L ow

er

L ow

er n

oi s

e

n oi s

el ev

el

l ev

el

• •

L e s sL e s

sr i sk

r i sk f or f or

d r a

u

gh t

d r a

u

gh t

• •

L ow

er

L ow

er

b ui l d i n

g

b ui l d i n

gh

e

i gh t

h e

i gh t

• •

H i gh

er

H i gh

er

ef f i ci en

c y

ef f i ci en

c y

of of en

er g

y

en

er g

y pl an

t

pl an

t

• •

B u t B u

t –R

e d u c e d c a p a ci t y?

–A

c o u s t i c?

–L

a t en

t l o

a d ?



R E

H V A G U I D E B O OK N O: 7

J anB a b i ak

- B j ar n eW . Ol e s en- D u s anP e t r a s

Documents

Sustainable Heating Cooling Buildings (2009)