Hur kan kylning med naturlig ventilation skapa komfortvärme och minska energiförbrukningen i kommersiella byggnader?

Mekanisk kylning som luftkonditionering används ofta när värmen stiger inomhus. Men med en passiv kylningsstrategi som kylning med naturlig ventilation kan energiförbrukningen minska med så mycket som 50 procent (CE-klassificeringar enligt EN-standard).

Hur uppstår överhettning i en byggnad?

Överhettning innebär att inomhustemperaturen i en byggnad blir så hög att det påverkar dem som vistas där negativt. Det kan beror på flera faktorer: hur många som befinner sig i ett utrymme, elektronik, belysning, utomhusklimat, termisk massa eller solvärme genom glasfasader.

Hur kan kylning med naturlig ventilation användas för att hantera inomhustemperaturen och skapa komfortvärme i en kommersiell byggnad?

Om varm luft inte kan ledas bort blir det obehagligt att vistas i byggnaden. Luftfuktighet, koldioxidnivåer, luftföroreningar och förhöjd inomhustemperatur kan bidra till ökad sjukfrånvaro och lägre produktivitet. Men med rätt ventilationsstrategi går det att höja produktiviteten med 10 procent (Olesen, 2010). Rapporter visar också att sjukfrånvaron kan minskas med upp till 3,2 procent (Sterling) genom att skapa en behaglig inomhusmiljö i en byggnad.

Vid kylning med ventilation används utomhusluften i naturlig temperatur för att förbättra komfortvärmen i en byggnad. På så sätt förbrukas bara lite eller ingen energi alls jämfört med mekanisk kylning. Såväl mekanisk som hybrid och naturlig ventilation kan användas till kylning. När det gäller naturlig ventilation finns det fyra underkategorier att välja mellan:

• Ensidig ventilation – förlitar sig på öppningar som sitter på samma eller olika höjd i samma fasad eller i taket till en byggnad
• Dragventilation (termisk bärighet) - förlitar sig på öppningar som sitter på olika höjd i fasaderna eller i taket till en byggnad eller ett rum
• Korsventilation (tvärdrag) - förlitar sig på öppningar som sitter i olika fasader till en byggnad eller ett rum
• Drag- och korsventilation – förlitar sig på öppningar som sitter på olika höjd och i olika fasader i en byggnad eller ett rum

Naturlig ventilation och vädring i förhållande till inomhusluftens kvalitet jämfört med mekanisk ventilation

Vägledning till designfasen under ett projekt med fokus på vilken typ av ventilation som ska användas.

Ensidig ventilation

Det här betraktas som en enklare lösning för naturlig ventilation, eftersom alla öppningar sitter i samma fasad, på samma eller olika höjd. Men det är också viktigt att tänka på att den här formen av naturlig ventilation är minst effektiv när det gäller luftväxling och att den kan vara svår att förutse på grund av vädrets påverkan. Man behöver ta hänsyn till flera faktorer vid planering av en naturlig ventilationsstrategi, exempelvis vindriktning, byggnadens plats och vilken typ av öppningar som ska användas.

Korsventilation (tvärdrag)

Korsventilation eller tvärdrag är en särskild variant av strategin med naturlig ventilation. Den innebär att öppningar i samma rum eller utrymme placeras på olika fasader eller takytor i en kommersiell byggnad. Den här sortens naturlig ventilation förlitar sig på att vindkraften skapar ett luftflöde i utrymmet. Korsventilation kan bilda höga luftflöden när det blåser mycket utomhus.

Drag

För att skapa drag bör öppningar placeras på olika höjd, så att fasadfönster kan fungera som luftintag och lanterniner och takfönster som luftutsläpp. Den här typen av naturlig ventilation förlitar sig på temperaturskillnader mellan inomhus- och utomhusluften för att skapa temperaturskillnader inuti en byggnad och på draghöjden (den lodräta höjdskillnaden mellan luftintag och luftutsläpp). Tack vare termisk bärighet (det faktum att varm luft stiger) sugs den kalla luft som kommer in i byggnaden genom de lägre öppningarna uppåt när den blir varmare och lämnar sedan byggnaden i hög hastighet genom de övre öppningarna.

Kommersiell byggnad med atrium som visar ett ventilationsflöde med drag

Vanliga orsaker till överhettning i kommersiella byggnader:

• Solvärme – n byggnad värms upp när den utsätts för solens strålar
• Termisk massa – byggnader med tung konstruktion (till exempel betong) lagrar värme under dagen och avger den till rummet, så att det kyls ner långsammare
• Material – en byggnads strukturella material påverkar hur värme överförs och lagras
• Utomhustemperatur – varm luft som kommer in i ett utrymme 
• Värmeökning inomhus – aktiviteter som matlagning, maskiner och värme som avges av människor

Hur fungerar nattkylning?

Nattkylning eller nattvädring drar nytta av lägre nattemperaturer för att snabbt byta ut varm och dålig inomhusluft mot svalare utomhusluft. Utomhusluft kyler ner en byggnads termiska massa, som fungerar som värmesänka under dagen. På natten frigörs värme från byggnadskonstruktionen som ska släppas ut genom nattkylning och leder till att byggnaden äntligen kyls ner. Fönster och lanterniner kan användas för att släppa in stora mängder kall luft i en byggnad, framför allt om drag och/eller korsventilation kan användas.

4 andra fördelar med nattkylning:

• En passiv lösning som är möjlig i de flesta byggnader
• Minskar energiberoendet
• Ger lägre koldioxidutsläpp med mindre beroende av mekaniska system
• Kostnadseffektivt 

Hur effektiv den här ventilationsmetoden är beror på byggnadens geometri och termiska egenskaper, liksom utomhustemperaturer och vindhastigheter. Kylning med naturlig ventilation kan minska och ibland till och med ersätta mekanisk kylning (luftkonditionering). 

Hur kan kylning med naturlig ventilation integreras i kommersiella byggnader för att förbättra komfortvärmen och bidra till en hållbar design?

Naturlig ventilation är en lösning som införs redan på planeringsstadiet av en byggnadsdesign. Solskydd kan läggas till på lanterniner och takfönster för att förbättra komfortvärmen genom att begränsa den solenergi som kommer in i byggnaden. Med solskydd och genomtänkt placering av takfönster och lanterniner blir det enklare för dem som vistas i byggnaden att uppnå komfortvärme och anpassa sig till temperaturväxlingar.

Lanterniner kan även specificeras med elektrokroma rutor. Det här smarta glaset motverkar solbländning och förbinder inom- och utomhusmiljön. Exempelvis har företaget ACTIC, en europeisk ledare inom reflekterande isolering, på sitt nya huvudkontor minskat behovet av luftkonditionering med 628 timmar på ett enda år.

Takljusmoduler ingår i designen på Actis nya huvudkontor i Limoux, Frankrike

Automatiserad kylning med naturlig ventilation utgör hjärtat i skolans design

Hessenwald-skolan i Tyskland är ett bokstavligt skolexempel på energieffektiv, modern arkitektur. I skolans mitt ståtar ett tre våningar högt atrium med öppningsbara takljusmoduler/lanterniner. Överhettning på sommaren undviks genom att utnyttja den termiska massan hos exponerade innertak och genom automatisk nattkylning via paneler i fasaden och öppningsbara takljusmoduler i atriumet. Resultatet beskrivs av skolans rektor Markus Bürger som ”en miljö där alla trivs, formad av storslagen arkitektur, genomtänkta ljusförhållanden och behaglig temperatur”.

När ute och inne blir ett: intervju med Alexander Vohl, partner på wulf architekten GmbH, om hur man designade Hessenwald-skolan med hänsyn till dagsljus och frisk luft

Bör jag integrera en passiv kylningsstrategi?

Passiva kylningssystem lägger grunden till en bra termisk miljö för dem som vistas i en byggnad och minskar behovet av hög energianvändning kopplad till mekaniska kylningssystem som luftkonditionering.

År 2050 räknar man med att den globala efterfrågan på kylning i kommersiella byggnader har ökat med 275 procent (O' & Donovan, 2020). Det kommer att leda till större efterfrågan på luftkonditionering och resultera i ökad energiförbrukning och stigande koldioxidnivåer. Kylning med naturlig ventilation är ett tillförlitligt sätt att minska behovet av luftkonditionering utan att kompromissa om komforten i byggnaden.

Hur skapar jag komfortvärme i en kommersiell byggnad med hjälp av kylning med naturlig ventilation?

När en kylningsstrategi med naturlig ventilation integreras i planerna för en kommersiell byggnad behöver man tänka på flera faktorer relaterade till termisk komfort. Det gäller till exempel det lokala klimatet – utomhustemperaturen på dagen och natten, antalet soldagar per år, vindhastighet med mera. Hur byggnaden ska användas, valet av material, fönstrens placering och möjligheterna till solskydd spelar också roll om man effektivt vill använda en sådan ventilationsstrategi.

Om de här viktiga avvägandena kombineras med informerad designplanering och genomtänkta produktval ökar möjligheterna att framgångsrikt använda kylning med naturlig ventilation i en byggnad.

Läs mer om våra lanterninlösningar som erbjuder ventilation för att skapa behaglig komfortvärme i kommersiella byggnader.

Källor 

FAIA, 2019. Sustainable Workplaces for Human Health and Productivity, Global, FAIA.

O' Donovan, A. et al. 2021. Passive control strategies for cooling a non-residential nearly zeroenergy office: Simulated comfort resilience now and in the future, Cork: Elsevier.

Olesen, B,W 2010. Productivity and Indoor Air Quality, Technical University of Denmark.

Sterling, E & A The Impact of Different Ventilation Levels and Flourescent Lighting Types on Building Illness: An Experimental Study, Canadian Journal of Public Health.