Nowoczesne budynki biurowe zmieniają oblicza polskich miast. Coraz bardziej wyrafinowane rozwiązania architektoniczne, intrygująca forma i zakładana wysoka funkcjonalność to czytelne z zewnątrz symbole wysokiej klasy budynków. W wielu przypadkach towarzyszy im zakładany wysoki poziom komfortu wewnętrznego, a nawet oczekiwanej jakości powietrza w pomieszczeniach. Aby móc sprostać tak złożonym założeniom niezbędne staje się zaprojektowanie równie zaawansowanych systemów wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania (HVAC) zintegrowanych systemami automatycznej regulacji i sterowania. W niniejszym cyklu przedstawiono zasady jakimi powinno charakteryzować się nowoczesne projektowanie obiektów biurowych, ze szczególnym uwzględnieniem wielokryterialnego wyboru systemów HVAC. 

Budynki biurowe w Polsce

     Współczesne budownictwo stanowi znakomity przykład poszukiwania odpowiedzi na wciąż rosnące wymagania użytkowników. Wymagania te stawiane są co do funkcji i formy jakim powinny sprostać przestrzenie budynku jak i warunków panujących w pomieszczeniach, których zapewnienie staje się obecnie integralną częścią kompleksowej oceny budynku. Kwintesencją owego proklienckiego podejścia do budynku staje się zatem dążenie do tworzenia szeroko rozumianego komfortu ich użytkownikom. Szereg składowych, w tym zaspokojenie potrzeb estetycznych, tworzenie komfortu wizualnego, akustycznego jak i sprostanie wymaganiom dotyczącym funkcji pomieszczeń leży w znacznej mierze w gestii architektów i konstruktorów. Zapewnienie właściwych warunków komfortu dla użytkowników pomieszczeń staje się natomiast domeną inżynierów odpowiedzialnych za systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC). Ponieważ efekt końcowy w postaci zadowolenia użytkowników wnętrz stanowi wypadkową wielu cech, niezbędnym staje się poszukiwanie wspólnych rozwiązań i właściwa koordynacja prac już na etapie projektowym [1].
     Jedną z wartych podkreślenia cech nowoczesnych budynków biurowych jest dbałość o dobór materiałów budowlanych i technologii wykonania budynku. Panującym obecnie trendem jest wykonywanie obudowy budynku z materiałów o podniesionym standardzie ocieplenia oraz dobór elementów okiennych o znacząco niższym od wymaganego współczynnika przenikania ciepła. Budynki te zachowują także stosunkowo dużą szczelność, choć przyjmowanie że są całkowicie szczelne wydaje się nieuzasadnione.
     Cechą charakterystyczną prezentowanych obiektów biurowych jest ich możliwie duża funkcjonalność. Oznacza to dążenie do możliwie największego wykorzystania przestrzeni budynku jako przestrzeni do wynajęcia. Z drugiej strony, w przypadku budynków biurowych z powierzchnią „pod wynajem” niezbędnym staje się zachowanie dużej elastyczności w podziale powierzchni, co najczęściej oznacza modularność, ale z możliwością dowolnego przearanżowania wnętrz.
     Budynki biurowe posiadają szereg złożonych funkcji, zawierając w swej strukturze pomieszczenia o różnym charakterze, takie jak: halle i recepcje, pomieszczenia biurowe, sale konferencyjne, serwerownie, atria, restauracje, maszynownie, garaże. Każde z nich wymagać może odrębnego systemu HVAC gwarantującego zakładany poziom komfortu i bezpieczeństwa, całość zaś powinna być spójna i racjonalnie funkcjonująca.

Systemy HVAC w budynkach biurowych
     Współczesne projektowanie systemów klimatyzacji staje się poszukiwaniem rozwiązań technicznych odpowiadających na złożone wymagania użytkownika pomieszczeń lub realizowanego procesu technologicznego. Oznacza to uwzględnienie współczesnej wiedzy związanej z komfortem użytkowników, jakością powietrza w pomieszczeniach, wymianą ciepła, zjawiskami termicznymi i wilgotnościowymi w budynku, akustyką, aerodynamiką. Dodatkowo zakres projektu ulega stałemu poszerzaniu. Obecnie oczekuje się od projektanta oszacowania energetycznego i finansowego przygotowywanego systemu na etapie inwestycji oraz eksploatacji [2].
     Poza wymienionymi powyżej zagadnieniami świat coraz częściej zwraca uwagę na zagadnienia zaawansowanych analiz, w tym wpływu komfortu i jakości powietrza na produktywność użytkowników, czy oceny budynku pod kątem jego zrównoważenia. (...)

Wybór systemu HVAC w polskich warunkach projektowych
     Proces projektowy zawiera w teorii etapy: analiz przedprojektowych, projektu architektoniczno - budowlanego,  dokumentacji przetargowej, projektu wykonawczego (technicznego), dokumentacji powykonawczej i dokumentacji eksploatacyjnej [4] (rys.1).

Biorąc pod uwagę moment wyboru systemu najważniejszym etapem jest opracowanie projektu architektoniczno - budowlanego. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego w projekcie powinny się znaleźć: „rozwiązania zasadniczych elementów wyposażenia budowlano - instalacyjnego... w szczególności instalacji i urządzeń budowlanych: sanitarnych, grzewczych, wentylacyjnych, klimatyzacyjnych … założenia przyjęte do obliczeń instalacji oraz podstawowe wyniki tych obliczeń z uzasadnieniem doboru, rodzaju i wielkości urządzeń budowlanych”. Oznacza to konieczność uzasadnienia dokonanego doboru systemu na etapie projektu architektoniczno - budowlanego. W warunkach polskich znalezienie uzasadnienia doboru systemu HVAC w opisie technicznym nie należy - delikatnie mówiąc - do najczęstszych. A z drugiej strony wszyscy jak mantrę powtarzamy, że wybór systemu dokonywany na etapie projektowym generuje skutki podczas całego okresu eksploatacji (co nierzadko oznacza kilkanaście lub kilkadziesiąt lat). Jeżeli dodamy do tego problemy na płaszczyźnie inwestor - projektant - wykonawca - użytkownik powodujące, że znakomita większość projektów wykonywana jest w ogromnym stresie terminowym, finansowym, a ponadto w ogólnie panujących konfliktach interesów powyższych stron otrzymujemy obraz nacisków jakim poddawany jest projektant podczas wyboru systemu. Czy rzeczywiście zawsze musi tak wyglądać etap wyboru systemu?

Nowe podejście do wyboru systemu HVAC
     Nowa koncepcja podejścia do wyboru systemu HVAC wymaga wprowadzenia zmian na wszystkich początkowych etapach procesu projektowego. Oznacza to powiększenie zakresu pracy zwłaszcza na etapie koncepcji  przedprojektowej oraz nieznaczne poszerzenie zakresu analiz w ramach projektu budowlanego (rys. 2).

     Chcąc dokonać prawidłowego i pełnego wyboru systemu HVAC warto skorzystać z zaprezentowanej poniżej procedury:
1. Przeprowadzenie analizy przedprojektowej uzupełnionej o stworzenie wytycznych projektowych (tzw. Design Brief’u).
2. Dokonanie wstępnej analizy systemowej z identyfikacją źródeł, instalacji, urządzeń i elementów.
3. Wstępny wybór systemów HVAC.
4. Zbudowanie modelu budynku wraz z możliwością wprowadzenia systemów.
5. Symulacja funkcjonalna modelu z wybranymi systemami HVAC.
6. Dokonanie pełnej analizy systemowej (tzw. System Benchmarking).
7. Wybór systemu HVAC.

     Przedstawiona powyżej procedura bywa stosowana w wielu krajach, w których zrozumiano, iż zwiększenie środków na projekt czemu towarzyszy zwrócenie uwagi na rozwiązania na etapie opracowania dokumentacji skutkuje drastycznym zmniejszeniem problemów na etapie wykonawstwa oraz racjonalną eksploatacją. Co więcej, w wielu przypadkach inwestor, a następnie użytkownik dysponuje znacznie większą wiedzą o zastosowanych rozwiązaniach, co oznacza dla projektanta możliwość współpracy ze świadomym klientem. A to jak się okazuje jest jednym z najczęstszych problemów pojawiających się w procesie inwestycyjnym [5].
     W kolejnych punktach szczegółowo opisano poszczególne kroki proponowanej procedury.

Przeprowadzenie analizy przedprojektowej uzupełnionej o stworzenie wytycznych projektowych (tzw. Design Brief’u) (...)

Dokonanie wstępnej analizy systemowej z identyfikacją źródeł, instalacji, urządzeń i elementów
     Na podstawie opracowanych wymagań projektant może wykonać koncepcję projektową. W niektórych przypadkach towarzyszą temu dodatkowe opracowania, takie jak np. Feasibility Study.
     W ramach przygotowania koncepcji możliwe staje się dokonanie wstępnej analizy identyfikujące możliwe do wykorzystania źródła ciepła czy energii elektrycznej. Trudno tutaj pominąć źródło „chłodu” dla instalacji chłodniczej.
     W nastepnym kroku warto przeanalizować dostępne instalacje wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania. Jako kolejną część analizy warto wyróżnić element „końcowy” obsługujący pomieszczenie. Przeanalizowanie różnych elementów dla systemów wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania pozwala na zamknięcie zestawienia.
     Dla tak przedstawionego zestawienia możliwe staje się kolejne łączenie źródeł ciepła, energii elektrycznej z wydzielonym źródłem „chłodu” z instalacjami oraz elementami końcowymi. Opracowanie tego zestawienia w postaci tablicy pozwala na wykonanie „matryc” połączeń. łączyć
     Wspomniana „matryca połączeń” pozwala na dokonanie czytelnego dla wszystkich stron procesu połączenia źródeł, instalacji i elementów końcowych. W ten sposób można przedstawić kolejne możliwe z technicznego punktu widzenia rozwiązania. Przedstawiony poniżej przykład ukazuje propozycję systemu z wykorzystaniem czterorurowych klimakonwektorów wentylatorowych (fan - coil’i) podłączonych do wodnych instalacji grzewczych i chłodniczych. System ten łączy się z sieciami za pomocą agregatu wody lodowej i wymiennika ciepła połączonego z siecią ciepłowniczą. Do zapewnienia właściwych ilości powietrza świeżego wykorzystano niezależne nawiewniki sufitowe z systemu centralnej instalacji wentylacji mechanicznej ze stałą ilością powietrza.
     W następnej części publikacji przedstawione zostaną kolejne kroki analizy wyboru systemu wraz z przykładami ich wykorzystania w praktyce projektowej.

LITERATURA
[1] BARTKIEWICZ P. „Znaczenie klimatyzacji we współczesnych budynkach komercyjnych” Wnętrza Komercyjne, Warszawa 2006.
[2] BARTKIEWICZ P. „Specyfika symulacji zużycia energii w nowoczesnych budynkach biurowych w Polsce” - Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce, Łódź 2007.
[3] BARTKIEWICZ P. „Symulacje jako kolejny krok rozwoju narzędzi komputerowego wspomagania projektowania” Chłodnictwo i Klimatyzacja, Warszawa 2004.
[4] BARTKIEWICZ P. LIS P. Kurs „Zarządzanie procesem projektowania”, Warszawa 2007.
[5] Raport z projektu PeBBu - Performance Based Building - WG5 - “Organisation and Management”; WG 9 - “Information and Documentation”. 

wydanie 12/2007 

CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ:

TRADYCYJNĄ                         E-WYDANIE