Hormivaikutuksen aiheuttamien painesuhteiden ja ilmavirtojen hallinta korkeissa rakennuksissa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2016-03-21
Department
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
K3008
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
116
Series
Abstract
Korkeissa rakennuksissa muodostuu hormivaikutus sisä- ja ulkolämpötilaeron aiheuttaman termisen paine-eron johdosta. Korkea rakennus käyttäytyy kuin savupiippu ulkoisten ja sisäisten rakenteiden vuotokohtien johdosta kylmissä olosuhteissa. Luonnollisella konvektiolla ilma virtaa alempiin kerroksiin sisääntuloreittien ja vuotokohtien kautta. Alemmista kerroksista ilma virtaa edelleen ylöspäin kuiluja pitkin rakennuksen yläosiin poistuen vuotokohdista. Hormivaikutus aiheuttaa huomattavia paine-eroja rakenteiden yli. Rakennukseen muodostuu neutraali painetaso, jonka kohdalla ulko- ja sisäilman paineet ovat yhtä suuret. Hormivaikutuksen synnyttämä paine-eron suuruus on verrannollinen rakennuksen korkeuteen ja ulko- ja sisätilojen lämpötilaeroon. Rakennuksen alaosiin virtaava ulkoilma aiheuttaa veto-ongelmia ja lisää lämmitystarvetta. Rakennuksen yläosissa ulos vuotavan ilman mukana kulkeutuva kosteus voi tiivistyä ikkuna pinnoille. Suuret ilmavuodot aiheuttavat meluhaittoja ja epäpuhtauksien leviämistä. Suuret paine-erot vaikeuttavat ovien toimintaa ja käyttöä. Kaupungistuminen takia korkea rakentaminen on yleistymässä Suomessa, mutta Suomesta ei kuitenkaan löydy suunnitteluohjeita tai -ratkaisuja hormivaikutuksen hallintaa varten. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää ratkaisuja hormivaikutuksen hallintaan. Tutkimuksessa tarkasteltiin hormivaikutuksen ja tuulen vaikusta sekä ikkunoiden ja ovien avaamisen vaikutusta paine-eroihin, vuotoilmavirtoihin ja rakennuksen sisäisiin ilmavirtauksiin. Tutkimuksessa mitattiin hormivaikutuksen aiheuttamia paine-eroja ja äänitasoja 25-kerroksisessa koekohteessa talviaikaan. Hormivaikutuksen ratkaisumalleja tutkittiin ja valittiin laskennalliseen tarkasteluun kansainvälisten tutkimusten perusteella. Ratkaisumallit jaetaan rakenteellisiin ja taloteknisiin ratkaisuihin. IDA ICE-simulointiohjelmalla tutkittiin laskennallisesti hormivaikutuksen ratkaisumalleja sekä rakennuksen käytön ja tuulen vaikutusta rakennuksen painesuhteisiin. Ratkaisumalleja tutkittiin uudis- ja korjausrakentamisen näkökulmista. Simulointimallien vuotoaukkoja määriteltiin koekohteen mittaustulosten perusteella. Tutkimuksen perusteella rakenteiden ilmanpitävyyden parantaminen on tehokkain keino hallita hormivaikutusta ja sen aiheuttamia painesuhteita. Korkeassa rakennuksessa tulisi kuilut varustaa muita rakenteita tiiviimmällä osastoinnilla. Kuilujen osastointi tarkoittaa, että rakennuksen kuilut (porrashuoneet ja hissikuilut) erotellaan rakennuksen muista tiloista tiiviillä eteisellä. Osastointi vähentää rakennuksen vuotoilmavirtaa ja sisätilojen välisiä ilmavirtoja. Hormivaikutuksen aiheuttama paine-ero keskittyy osastoivan rakenteen yli, kun se on tiiviimpi kuin ulkovaippa ja muut sisärakenteet. Paine-erot osastoivan rakenteen yli nousevat suuriksi kovilla pakkasilla. Osastoinnin oven tulisi olla liukuovi tai pyöröovi, joka toimii korkeista paine-eroista huolimatta. Osastoidun rakennuksen paine-eroja voidaan pienentää kuiluja jäähdyttämällä. Kuilujen jäähdyttäminen vähentää termistä paine-eroa.

The stack effect occurs always when there exist temperature difference between indoor and outdoor air. High-rise building acts like a chimney: natural convection of air entering at the lower floors, flowing through the building and exiting from the upper floors. The vertical movement of the air within the building will occur in the shafts and staircases as well as any other openings that exist at the slab edge or in vertical piping sleeves at various locations which are not perfectly sealed. The stack effect can create significant pressure differences through constructions. Neutral pressure level (NPL) is the point at which the interior and exterior pressures are equal. As the building height and temperature difference between the indoor and the outside increases, the magnitude of the stack effect in buildings also increases. Uncontrolled air movement over the building envelope and further through the building increases draft risk and energy consumption. Over the neutral pressure level point, exfiltration happens and outflowing air could be condensate to windows. Also, high uncontrolled air movement could increase noise and the risk of spread of pollutions between apartments. Pressure differences also make it difficult to open and close doors and cause automatic doors failures. With the increasing migration of people into cities, high-rise building continues to be in demand, but however there is no design guide to stack effect in Finland. The objective of this study was to find solutions to minimize the stack effect. The study focused on pressure differences and air flows in buildings caused by stack effect, the effects of wind and opening doors or windows. The study included stack effect measurements in the building with 25 floors during the winter time. Solutions of stack effect were study from international research. Solutions of stack effect are short in two categories, construction and HVAC. Air pressure conditions and internal airflow rates were simulated with a multi-zone simulation model using IDA ICE simulation software in two high-rise buildings. Simulation models leak areas were valid by field measurements. Based on the carried out analysis together with air tightness of envelope, internal air tightness of shafts is playing a significant role in the stack effect. Thus staircases and lifts should be provided with own airtight anteroom. The compartments of the shaft decreased the total airflow rates in the building. As in spite of airtightness reinforcement, the pressure difference between indoor and outdoor remains the same. This pressure difference mainly exist over compartments of the shafts. Compartments doors should be revolving door or sliding doors because of existing pressure difference. The pressure differences of compartmented building can be decreased by cooling the shafts. By reducing the temperature difference between outdoor air and shaft air, the driving force of stack reduces.
Description
Supervisor
Kosonen, Risto
Thesis advisor
Kosonen, Risto
Keywords
painesuhteet, hormivaikutus, vuotoilma, korkea rakennus
Other note
Citation