Moderna kontorsbyggnader

Transkript

1 INNEMILJÖ Sedan Kista Science Tower stod klart samlas mätdata in från ett par tusen punkter. De används för att styra inomhusklimatet och ge låg energianvändning. Resultaten behöver också återföras till konstruktörer för att framtida byggnader ska utformas bättre. Rumstemperaturer samlas in för glastornet i Kista Av pär carling, tekn lic, Skanska Teknik, per isakson, tekn dr, installationsteknik KTH och per wetterström, energisamordnare, Vasakronan Moderna kontorsbyggnader har ofta stora glasfasader. Det finns flera skäl till det. Viktigast är nog att de ger dagsljus och rymd långt in i ett kontorslandskap. Det finns idag bra glas med beläggningar, som ger låga U-värden, solskydd och neutral färg. Systemen för att bygga glasfasader har utvecklats mycket. Det finns uppmärksammande internationella förebilder och det finns visioner om att med glasfasader skapa miljövänliga lågenergihus. Arkitekter ser spännande möjligheter att skapa byggnader som svarar mot moderna krav på öppenhet och exklusivitet. Men det ställs även skeptiska frågor: Är glaskontor energieffektiva? Hur blir inomhusklimatet? Lagrar data Kista Science Tower med det karakteristiska höga glastornet färdigställdes under år Tornet har heltäckande fasader av glas, vilket ger ett luftigt och ljust intryck. Utsikten är storslagen. Ett bra inomhusklimat skapas med solskydd och komfortkyla. För att kunna följa upp inomhusklimatet och energianvändningen så lagrar byggnadens styroch övervakningssystem historiska data för praktiskt taget alla in- och utsignaler med koppling till inomhusklimatet och vvs-installationer. Vi har alltså data och eftersom det finns många presentationer av nya kontorsbyggnader i glas, men få om hur det gick sedan, så redovisar vi här mätresultat för inomhusklimatet i glastornet i Kista under dess första år i drift. Bärande betongkärna Glastornet har formen av en prisma med en liksidig rätvinklig triangel som bas. Basens area är 700 kvadratmeter och dess långsida vetter mot nordost. Tornets stomme består av en bärande kärna av betong, som innehåller hissar och trapphus, samt samverkande stålfackverk. Fasaderna mot syd och väst är utförda som dubbelskalfasader och fasaden mot nordost som enkelskalfasad. Alla fönster är fasta. Dubbelskalfasaderna är uppdelade i fyra våningar höga sektioner. Mellanrummet ventileras utåt via fasta öppningar och i detta finns rörliga solskyddspersienner, som styrs av solinstrålningen. Innanför nordostfasaden finns manuellt styrda solskydd. Hyresgästen påverkar planlösningen och därför är det skillnad mellan planen. Mot syd- och västfasaden är det dock mer öppna lösningar och längs nordostfasaden finns det fler små rum. Inflyttningen har skett successivt sedan år 2004 och nu pågår uthyrning av de sista våningarna. Styrs av termostat Byggnaden värms med konvektorer som är placerade längs fasaden. De styrs lokalt av termostatventiler, som sitter i golvnivå. Byggnaden kyls med aktiva kylbafflar, som är infällda i undertak. Vätskeflödet genom kylbafflarna styrs så att lufttemperaturen nära taket ska nå ett börvärde, som har ett centralt inställt basvärde. Hyresgästen kan ändra detta börvärde ±3 grader Celsius med ett vred, som är placerad nära taket. Framledningstemperaturen till kylbafflarna är daggpunktsreglerad på basis av fukthalten i frånluften. Dess börvärde är +15 grader Celsius, men det höjs när det finns risk för kondensation på kalla ytor. Byggnaden försörjs med fjärrvärme och fjärrkyla. Ventilationsaggregaten har roterande värmeväxlare samt värme- och kylbatterier. Alla fläktar har frekvensom- FÖRFATTAREN FÖRFATTAREN FÖRFATTAREN Pär Carling, tekn lic, arbetar med energioch installationsfrågor på Skanska Teknik. Han var tidigare konsult med inriktning mot beräkning och uppföljning av byggnader och vvs-anläggningar. Per Isakson, tekn dr, är forskare på installationsteknik KTH. Han har tidigare arbetat vid mätcentralen på KTH och med solvärmeforskning. Nu är han engagerad i att utveckla verktyg för besiktningsstöd och funktionskontroll av installationer. Per Wetterström är energisamordnare på Vasakronan. Han har tidigare arbetat som konsult och entreprenör med kyl- och värmepumpanläggningar, därefter som installationssamordnare och driftchef. Nu deltar han i olika energiprojekt inom Vasakronan. 30 husbyggaren nr 6 B 2007

2 Figur 2. Relativ frekvensfördelning för rumstemperatur i taknivå på våningsplan 16 under dagtid, vardagar för en period om två år. Värdena är grupperade efter årstid. Figur 3. Relativ frekvensfördelning för rumstemperatur i taknivå på våningsplanen 8 till och med 16. Figur 1. Uppmätta signaler som påverkar funktionen i ett rum mot den södra fasaden på våningsplan 16 i glastornet under en aprilvecka (måndag till söndag). 1: Rumstemperaturen och börvärde för rumskyla samt tilluftstemperatur då ventilationen är i drift. Börvärdet har ändrats några gånger under veckan, vilket är ett undantag. Reglerfelet är ganska stort under måndag och tisdag. 2: Specifik verksamhetsel (W/m 2 ) för belysning och elektriska apparater på plan 16. 3: Styrsignal till kylbaffel i rummet samt till våningsspjäll för ventilation. I början av veckan är ventilen kontinuerligt öppen. När börvärdet höjs stänger ventilen för att åter öppna då rumstemperaturen stiger. Styrsignalen till våningsspjället är inverterad (100 procent = stängd). 4: Styrsignal till solskyddspersienn i dubbelglasfasaden utanför rummet. Molnfria dagar är solskyddet nedfällt hela arbetsdagen. 5: Solstrålning (W/m 2 ) för givare riktad mot syd respektive väst. Lördagen är helt molnfri. Solarimetrarna visar för låga värden. 6: Utomhustemperaturen. Figur 4. Relativ frekvensfördelning för inställt värde på reglagen för individuell styrning av kylbafflarna på våningsplan 16. formare som styr mot ett konstant kanaltryck och distributionspumparna har frekvensomformare som styr mot konstanta differenstryck. Spjäll i distributionskanalerna gör det möjligt att våningsvis ha egna drifttider. Data från mätpunkter Byggnaden har ett öppet styr- och övervakningssystem, som på översta nivån integrerar solskydd, vvs, hissar, belysning, brand och reservkraft. En gång per dygn lägger systemet ut ett dygnspaket med historiska data till en hemsida. Paketet innehåller ett par tusen signaler med koppling till inomhusklimat, vvs och mediaförbrukning. Från våningsplanen ingår 15-minutersvärden för rumstemperaturer, börvärden och styrsignaler till kylbafflarna för ett par hundra moduler, varav 104 i glastornet. Punkterna valdes av besiktningsmannen och insamlingen startades inför funktionsbesiktningarna och har sedan dess pågått oavbrutet. Rum åt söder Figur 1 består av sex stycken diagram med signaler som påverkar rumstempe- Fortsättning s. 32 P nr 6 B 2007 husbyggaren 31

3 grader Celsius på någon timme eftersom tilluften är undertemperad och baffeln nu ger full effekt. Den börjar sedan sakta stiga på grund av interna värmelaster och viss solstrålning. Längre fram i veckan, när börvärdet för rumskylan höjts, reglerar kylbaffelns ventil ned eftersom rumstemperaturen nu understiger börvärdet. Under helgen svänger rumstemperaturen mera fritt eftersom börvärdet höjts, ventilationen är avstängd och kylbaffelns effekt är liten. Vi vet inte om konvektorerna var i drift eftersom termostatventilernas styrsignal inte loggas. De styrs troligen mot grader Celsius beroende på inställning. Eftersom de påverkas av förhållanden närmare golvet och i närheten av glasfasaden finns en viss risk för samtidig värmning och kylning av rummen. P Ända sedan Kista Science Tower stod klart har mängder av mätdata samlats in. Driften av en så stor och komplicerad byggnad fordrar ett ständigt justerande och trimmande, som görs bättre med tillgång till mätdata. Foto: Vasakronan raturen. Figuren visar förhållanden i ett rum vid söderfasaden på plan 16 i det stora glashuset under en aprilvecka i år (måndag till söndag). I april sätter vädret klimatanläggningen på prov. Dagarna är ofta varma och nätterna kalla. Solinstrålningen mot vertikala ytor är hög eftersom solen inte står så högt och luften ofta är klar. Den röda linjen i diagram 1 (överst i figuren) visar rumstemperaturens förlopp. Temperaturgivaren sitter vid undertaket, men eftersom ventilationen sker med aktiva kylbafflar så är temperaturskiktningen i rummet liten. Den gråblå linjen visar börvärdet för kylbaffeln; om rumstemperaturen överstiger detta värde så öppnar baffelns reglerventil. Den gröna linjen visar temperaturen på tilluften från luftbehandlingsaggregatet när ventilationen är i drift. Diagram 2 visar verksamhetsel på det aktuella planet dividerat med golvarean, vilket ger en indikation på planets interna värmebelastning på grund av belysning och elektriska apparater. Diagram 3 och 4 visar styrsignaler i vvs-anläggningen; ventilen som styr vätskeflödet genom kylbaffeln (blå), spjället som styr ventilationsflödet till det aktuella planet (ljusblå) och solskyddspersiennerna i dubbelskalfasaden i utrymmet utanför rummet. Diagram 5 visar uppmätt solstrålning mot syd- respektive västfasaden. Diagram 6 ger överblick över utomhustemperaturen. Mätdata tolkas På måndagen är rumstemperaturen under arbetstid cirka 23 grader Celsius, tillluftstemperaturen grader Celsius, utomhustemperaturen grader Celsius, himlen är klar på förmiddagen, solskyddspersiennerna är nedfällda under hela arbetsdagen och kylbaffelns ventil är helt öppen. När ventilationen stängs av stiger rumstemperaturen på grund av att solen ännu inte försvunnit och att viss värme finns lagrad i byggnad och möbler. Köldbärarflödet är fortfarande igång, men kylbaffelns effekt är liten då luftflödet enbart drivs av egenkonvektion. Under natten sjunker temperaturen av förluster genom fasaden och baffelns kylande effekt. När ventilationen startas på tisdag morgon sjunker temperaturen nästan två Två års redovisning Figur 2 och 3 är stapeldiagram över den relativa frekvensen av rumstemperaturer i taknivå under vardagar mellan kl 08:00 och 18:00 i glastornet. Diagrammen omfattar perioden till Enbart observationer när ventilation är i drift ingår. Det är dessutom några följder av dagar, som saknar data på grund av problem med datainsamlingen. Stapelns höjd visar under hur stor andel av tiden som någon av de ingående rumstemperaturerna har legat inom det intervall, som stapeln representerar. Summan av alla staplars höjd är ett. Intervallens storlek är en halv grad och de är centrerade kring hela och halva grader. Värdena är grupperade efter årstid; gula ytor avser månaderna mars, april och maj, gröna ytor avser juni, juli, och augusti, etcetera. Figur 2 avser elva temperaturgivare på plan 16 och diagrammet är baserat på cirka minutersvärden. Drygt 18 procent av dessa temperaturvärden ligger i intervallet 23 ±0.25 grader Celsius. Värden från givare nära planets spetsiga hörn och nordostfasaden är sannolikt överrepresenterade i fördelningens svansar. Tidiga sommarmorgnar kan det bli varmt i rum mot nordost där det är enkelskalfasad och inre, manuellt styrda solskydd. Figur 3 avser 49 givare på planen 8, 9, 10, 12, 13, 15 och 16. Skillnaden mellan de två figurerna är liten. Svansen mot låga Fortsättning s. 34 P 32 husbyggaren nr 6 B 2007

4 Figur 5. Två års (okt sept 2007) mätvärden för en rumstemperatur nära nordostfasaden på våning 16. Temperaturerna varierar mellan 21 grader Celsius (mörkblå) till drygt 26 grader Celcius (vitt). Y-axeln anger dygnets timmar och x-axeln anger datum. Figur 6. Två års mätvärden för en rumstemperatur nära fasaden mot söder på våning 16. Figur 7. Två års mätvärden för en rumstemperatur nära fasaden mot väster på våning 16. P temperaturer är lite längre än i figur 2. Det är påfallande hur liten skillnad det är mellan årstiderna. Hyresgästen kan påverka börvärdet för kylbafflarna. Figur 4 visar ett stapeldiagram över reglagens inställningar. Diagrammet är konstruerat på samma sätt som stapeldiagrammen för rumstemperaturerna. Tre inställningar dominerar; - 3, 0 och +3 grader Celsius. Reglagen vill alltså gärna hamna i ändläge eller så rörs de inte alls. Visar data visuellt Figur 5, 6 och 7 visar rumstemperaturer nära de tre fasaderna på plan 16. Med dessa ryamattor går det att visa förvånande mycket data på en liten yta. På den vertikala axeln är dygnets timmar och på den horisontella axeln är dygn. Temperaturen är färgkodad. Varje dygn bildar ett smalt vertikal band. Den vertikala bandstrukturen, som syns tydligt i vissa områden, bildas av arbetsveckor och avvikande helger. Grå ytor och ytor utan variationer betecknar saknade data. Diagrammen omfattar samma tvåårsperiod, som tidigare figurer, och temperaturerna under arbetstid, som visas i dessa diagram, ingår i frekvensdiagrammen 2 och 3. Denna typ av diagram är effektiv för att visa dygnsperiodiska förlopp, och speciellt vissa typer av styrproblem syns tydligt. Figur 5 visar en temperatur nära nordostfasaden. I detta diagram finns mer ljusa fläckar (höga temperaturer) tidigt på dagen sommartid än i ryamattorna för de två andra fasaderna. På denna fasad är det en enkelskalfasad och inre, manuellt styrda solskydd. Det lite mörkare bandet vid arbetsdagens början under vintern beror naturligtvis på att ventilationen startar då och sänker rumstemperaturen en aning. Stråk av nattkyla I juli och augusti 2006 syns mörka stråk av nattkyla, som sträcker sig in en bit på arbetsdagen, vilket beror på överdriven nattkylning. Det mörka bandet vid arbetsdagens början under hösten 2006 måste också vara en effekt av styrningen. Figur 6 visar en ryamatta för samma rumstemperatur som visades i figur 1. Här finns också stråken av nattkyla, som under sommaren når ett stycke in på förmiddagen. Solskyddet är automatiskt och det finns inte lika tydliga ljusa fläckar. Fläcken i början av juni 2007 beror på att solskyddet var ur funktion. I samband med fuktigt väder höjs framledningstemperaturen till kylbafflarna för att undvika kondensvatten på installationerna. Denna daggpunktsreglering illustreras med varaktighetsdiagrammet i figur 8. Normalt är framledningstemperaturen 15 grader Celsius, men daggpunktsregleringen är aktiv och höjer temperaturen under femton procent av tiden. Detta sker under en stor del av juli och augusti, vilket är mycket jämfört med andra anläggningar. Vår stora bank av historiska data är en värdefull resurs för att följa upp och ana- 34 husbyggaren nr 6 B 2007

5 Figur 8. Varaktighetsdiagram, som visar tre köldbärartemperaturer till kylbafflar i glastornet. Data för arbetstid vardagar under sommarmånaderna åren 2006 och 2007 ingår i diagrammet. Daggpunktsregleringen medför att temperaturerna är över femton grader Celsius mer än hälften av tiden. Tornet värms med konvektorer som styrs av termostatventiler. Hyresgästen kan påverka värmen och kylan med ±3 grader Celsius. Ofta verkar reglagen hamna i ändlägena. Foto: Vasakronan lysera hur byggnaden och dess klimatstyrande installationer fungerar. Denna artikel visar några exempel från vårt pågående arbete med rumstemperaturer i Kista Science Tower. För tillbaka kunskap Exemplen pekar på möjligheter att trimma några funktioner. Daggpunktsregleringens säkerhetsmarginal är stor och begränsar därmed bafflarnas kyleffekt väl mycket. Solarimetrarna visar för låga värden, vilket påverkar styrningen av persiennerna. Rumstemperaturen sjunker när ventilationen startar på morgonen. På vintern ger detta ofta väl låga rumstemperaturer under någon timme. Under vissa perioder sommartid tillåts temperaturen sjunka så mycket under natten att rumstemperaturen förblir låg en bit in på arbetsdagen. Den individuella styrningen av bafflarna är på gott och ont. Det tar lång tid innan rumstemperaturen svarar på en förändring av börvärdet, vilket gör det svårt att hitta en lämplig inställning. Kan man förvänta sig att hyresgästen ska sköta denna funktion på ett systematiskt sätt? För att arbeta med stora datamängder fordras ett snabbt och användarvänligt datorprogram. Användaren ska kunna koncentrera sig på att analysera funktioner hos byggnaden och dess installationer. Programmet får inte fördröja och distrahera. Svarstiderna måste vara korta. Presentationer ska snabbt ge överblick. Vi använder en uppsättning funktioner, som vi konstruerat med datorprogrammet Matlab. Det fungerar anmärkningsvärt bra. Det är svårt att köra stora kontorshus energisnålt och med fullgott inomhusklimat. I flera byggnader har vi sett att intensiv insamling av mätdata i kombination med kraftfull visualisering är till stor hjälp för att köra byggnader på ett effektivt sätt. Noggrann uppföljning av den verkliga funktionen och erfarenhetsåterföring till aktörerna i byggprocessens tidiga skeden skulle hjälpa dem att skapa byggnader med ett bra inomhusklimat och låg energianvändning. Uppföljning och erfarenhetsåterföringen kan förbättras mycket jämfört med hur det brukar ske idag. Beställare och projektörer skulle vara hjälpta av att få reda på vad som fungerar bra och vad som fungerar mindre bra. Många beslut i tidiga skeden grundas på resultat från simuleringsberäkningar. Med uppmätta resultat från tidigare projekt är det möjligt höja kvaliteten på simuleringsstudierna och därmed på besluten. D Fotnot: Vid avdelningen för energi och byggnadsdesign på Lunds tekniska högskola (LTH) pågår forskningsprojektet Glazed Office Buildings Project. Projektet ingår i EUprojektet BestFacade Best practise for double skin facades. Se mer på välj forskning, samt på Dessa hemsidor är bra startpunkter för att botanisera bland byggnader och aktiviteter inom området. nr 6 B 2007 husbyggaren 35