Project Island – projekt instalacji sanitarnych w budynku stacji meteorologicznej w Chile

Zadaniem studentów było zaprojektowanie trzech koncepcji projektu instalacji HVAC dla budynku stacji meteorologicznej. Projekt zrealizowano zgodnie z amerykańskimi standardami projektowania, w szczególności 90.1, 62.1 oraz 55.1.

Finalnym celem pracy był wybór optymalnego rozwiązania na podstawie wielokryterialnej analizy uwzględniającej koszty cyklu życia systemów w ciągu 50 lat.

Zakres opracowania obejmował projekt instalacji ogrzewania (wraz z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej), wentylacji, klimatyzacji.

Projekt nie obejmował instalacji wodociągowej i kanalizacyjnej.

Do zakresu projektu nie należała również ingerencja w bryłę budynku – na przykład dobór izolacji przegród budowlanych czy wybór orientacji budynku.

Głównymi celami projektowymi były:

• niski koszt cyklu życia,
• niewielki wpływ na środowisko naturalne,
• komfort i zdrowie użytkowników,
• zachowanie wysokiej sprawności energetycznej,
• współgranie z architekturą.

Charakterystyka obiektu

Budynek objęty opracowaniem to nowo projektowana stacja meteorologiczna. Jest to obiekt jednokondygnacyjny (z antresolą), niepodpiwniczony, o powierzchni ok. 2092 m².

• W budynku znajdują się kwatery mieszkalne dla ośmiu pracowników stacji, pomieszczenie biurowe, pomieszczenia cichej pracy oraz sala konferencyjna.
• Dodatkowo znajdują się tam serwerownia oraz duża hala serwisowa przeznaczona do naprawiania samochodów (i testowania ich silników), a także myjnia samochodowa i garaż.

Analizowany budynek – widok 3D; rys. archiwum autorów (D. Ćwiek, K. Kowal, B. Tokarzewski i T. Kolsicki)

Pomimo że w rzeczywistości wyspy Diego Ramirez są niezaludnione i brakuje na nich infrastruktury, na potrzeby konkursu konieczne było przyjęcie założenia, że dostępna jest sieć elektroenergetyczna, gazowa, wodociągowa i kanalizacyjna.

Klimat wysp można określić jako łagodny – temperatura powietrza w ciągu roku osiąga umiarkowane, niewysokie wartości.

Różnica wartości temperatury w poszczególnych miesiącach jest na tyle niska, że trudno jednoznacznie wyodrębnić pory roku.

Przez cały rok wieje tam wiatr, co daje możliwość wykorzystania energetyki wiatrowej.

Ze względu na położenie (duża szerokość geograficzna) oraz znaczne zachmurzenie w ciągu roku wartość promieniowania słonecznego jest tam relatywnie niska.

Modelowanie komputerowe

Model budynku stworzono w programie Integrated Environmental Solutions Virtual Environment (IES VE), wykonano też analizę godzinową funkcjonowania budynku wraz z instalacjami.

Część obliczeń przeprowadzono również w programie Microsoft Excel.

W celu wykonania potrzebnych analiz uwzględniono dane meteorologiczne w postaci typowego roku meteorologicznego. Wykorzystano 8760 rekordów danych odpowiadających każdej godzinie roku.

System baseline

Pojęcie systemu baseline odnosi się do podstawowego rozwiązania dla danego budynku, które może być zastosowane zgodnie z wymaganiami norm i standardów.

System baseline traktuje się jako punkt odniesienia w celu porównania alternatywnych rozwiązań. Należy dokonać analizy koncepcji przy takich samych warunkach założeniowych. Czynnikiem odróżniającym rozważane rozwiązania powinny być jedynie systemy instalacji sanitarnych.

Zgodnie ze standardem 90.1 wybrano system baseline wykorzystujący ogrzewanie powietrzne, w którym źródłem ciepła jest kocioł z palnikiem gazowym.

• Płomień palnika bezpośrednio ogrzewa powietrze zewnętrzne, które po obróbce ogrzewa pomieszczenia budynku.
• Po bezpośrednim ogrzaniu przez palnik gazowy powietrze jest nawilżane, do tego celu zastosowano gazowy nawilżacz parowy.
• Powietrze dostarczane jest w trybie stałoobjętościowym.

Wraz z systemem ogrzewania rozpatrywano także instalację przygotowującą ciepłą wodę użytkową – przewidziano gazowy pojemnościowy podgrzewacz c.w.u.

Literatura

1. ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1-2016 – Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings.
2. ANSI/ASHRAE Standard 55-2013 – Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy.
3. ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2016 – Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality.
4. ASHRAE Standard 15-2013 – Safety Standard for Refrigeration Systems.
5. ASHRAE Standard 34-2013 – Designation and Safety Classification of Refrigerants.
6. ASNSI/ASHRAE/USGBC/IES Standard 189.1-2014 – Standard for the Design of high-Performance Green Buildings.
7. ASHRAE GreenGuide – The Design, Construction, and Operation of Sustainable Buildings, 2nd edition.
8. ASHRAE Advanced Energy Design Guide for Small to Medium Office Buildings.
9. CEN-EN 15459-2007 – Energy Performance of Buildings – Economic Evaluation Procedure for Energy Systems in Buildings.
10. 2016 ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment.
11. 2015 ASHRAE Handbook – HVAC Applications.
12. 2014 ASHRAE Handbook – Refrigeration.
13. 2013 ASHRAE Handbook – Fundamentals LEED v4 for Building Design and Construction.

Czytaj też: Możliwości osiągnięcia niezależności energetycznej budynków mieszkalnych w Polsce >>>