Komfort cieplny w praktyce

Wellbeing w miejscu pracy to jeden z najważniejszych trendów projektowych i ważny element strategii nowoczesnych firm. Coraz więcej organizacji rozumie, że zdrowie psychiczne, fizyczne i emocjonalne zespołu jest bezpośrednio związane z jakością środowiska pracy. Liczy się nie tylko przemyślana aranżacja biura, ale też odpowiednie oświetlenie, właściwa akustyka czy parametry klimatu wewnętrznego (m.in. temperatura i jakość powietrza). Jednym z fundamentalnych czynników wpływających na dobrostan pracowników w miejscu pracy jest komfort cieplny. Można go optymalizować już na etapie projektowania budynku, wykonując odpowiednie symulacje i obliczenia. Dobrym przykładem takiego działania jest analiza biurowca przeprowadzona przez inżynierów z biura Graner + Partner.  

Optymalizacja na etapie projektowania

Klient zwrócił się z prośbą o pomoc w wykonaniu analizy komfortu termicznego wybranych pomieszczeń budynku biurowego, szczególnie narażonych na przegrzewanie (rys. 1). Jego celem była chęć zapewnienia dobrych warunków ich użytkowania oraz poprawa efektywności pracy osób, które były tam zatrudnione.

Analizowany budynek ma pięć kondygnacji i przeszklone fasady. Do celów analizy wybrano kilka pomieszczeń, których stosunek powierzchni przeszklenia do powierzchni pomieszczenia był największy, a szklana fasada wyeksponowana na stronę o największym natężeniu promieniowania słonecznego. Najbardziej nagrzewało się biuro, którego okna skierowane były na stronę południową i południowo-wschodnią, o stosunku powierzchni przeszklenia do powierzchni pomieszczenia równym 1,32.
Symulacje przeprowadzono w okresie od kwietnia do listopada, przy założeniu, że biuro nie jest otwarte w weekendy. Uwzględniono zyski ciepła od pracowników i urządzeń. Analizowane pomieszczenia nie zostały wyposażone w instalację chłodzenia, nie było zatem możliwości obniżenia w nich temperatury. Stanowiło to dodatkowe wyzwanie projektowe.

W stanie pierwotnym, przy tradycyjnym przeszkleniu (współczynnik przepuszczalności energii promieniowania słonecznego g = 0,5, brak rolet) i niewystarczającym wietrzeniu, średnia temperatura w pomieszczeniu wynosiła 30,2°C, a maks. 39,7°C. W okresie letnim wskaźniki komfortu cieplnego były wyraźnie niekorzystne: wartość PMV stale przekraczała 2, a PPD wskazywał na 75% niezadowolonych użytkowników (patrz ramka).

Jak ograniczyć przegrzewanie pomieszczeń

Podczas symulacji mającej na celu ocenę warunków termicznych panujących w pomieszczeniu zastosowano kilka zabiegów, których celem było obniżenie temperatury wewnętrznej:

• wietrzenie przez okna,
• zastosowanie rolet zewnętrznych,
• zamknięcie rolet w weekend,
• zastosowanie bardziej efektywnych okien z powłoką redukującą ilość przenikającego promieniowania słonecznego.

Przeanalizowano sześć wariantów i porównano ich skuteczność (tabela):

1. Wariant pierwotny – bez zmian.
2. Wietrzenie w tygodniu – 5 min/h.
3. Montaż rolet zewnętrznych.
4. Całkowite zamknięcie rolet w weekend.
5. Połączenie dwóch wariantów: wietrzenie w tygodniu (5 min/h) oraz zamknięcie rolet w weekend.
6. Wariant kompleksowy: wietrzenie w tygodniu (5 min/h), zamknięcie rolet w weekend, zastosowanie szklenia z powłoką selektywną (g = 0,4).

Rozwiązania przyjęte w wariancie 5 zmniejszyły średnią temperaturę w pomieszczeniu do 23,7^oC (maks. 30,8^oC) oraz spowodowały spadek wartości PMV poniżej 2 w okresie letnim. Przez większość czasu PMV utrzymywał się poniżej 1, a jego średnia wartość wynosiła 0,1.
Średni odsetek niezadowolonych użytkowników (PPD) wynosił 7,8% (rys. 2).
Otwieranie okien odbywało się wg harmonogramu: po każdej godzinie pracy okno powinno być otwarte przez 5 minut. Całkowite zamknięcie rolet na czas nieobecności pracowników (weekendy) pozwoliło zredukować nagrzewanie się pomieszczeń w soboty i niedziele. Dzięki temu pokoje nie były przegrzane, a temperatura w poniedziałek rano była wyraźnie niższa.

Ciekawe wyniki wykazała analiza wariantu 6, w którym zastosowano na przeszkleniu dodatkową powłokę selektywną (g = 0,4). To spowodowało niewielki spadek średniej temperatury i wskaźników PMV i PPD w okresie letnim, ale zwiększyło całkowite zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie. Powodem były większe nakłady na ogrzewanie ze względu na mniejszą ilość promieniowania słonecznego docierającego do pomieszczeń w miesiącach zimowych.

Wpływ na koszty klimatyzacji

W analizie rozpatrzono także koszty energii elektrycznej potrzebnej do zasilania ewentualnej klimatyzacji. Uwzględniono cały rok (01.01-31.12) oraz założono, że w biurze będzie stała temp. 23^oC. Analiza dotyczyła wariantu 1 i 5.
W wariancie 1 ilość energii potrzebnej do zapewnienia stałej temperatury w pomieszczeniu wynosiła: 1 557 kWh (ogrzewanie), 1 296 kWh (chłodzenie). Po wykonaniu działań optymalizacyjnych (wariant 5) zapotrzebowanie zmniejszyło się do 1 060 kWh na ogrzewanie i 59 kWh na chłodzenie. Dzięki temu zaoszczędzono rocznie 1 734 kWh, czyli

1 200 zł (cena 693 zł/MWh, 2024 rok). Dane te dotyczą tylko jednego, wybranego pomieszczenia, które było krytyczne.

Optymalizacja komfortu termicznego

Optymalizacja komfortu termicznego powinna zostać przeprowadzona wielowariantowo, aby wyeliminować zabiegi, które potencjalnie obniżają temperaturę, ale w rzeczywistości zwiększają koszty operacyjne inwestycji lub znacznie wpływają na obniżenie jakości innych działań, np. zacienienie roślin znajdujących się w biurowcu. W rozpatrywanym przypadku nie uwzględniono obecności zielonych roślin w biurach, które po całkowitym zamknięciu rolet na weekendy wymagałyby sztucznego doświetlania, co mogłoby zwiększyć koszty utrzymania budynku. Takie analizy i działania powinny uwzględniać wszystkie kluczowe aspekty i ich wzajemne oddziaływania i należy je przeprowadzać w porozumieniu ze specjalistą odpowiedzialnym za jakość wellbeingu w biurze i mającym wszelkie informacje o stanie budynku i pracy wewnątrz.

Ewaluacja działań

W przypadku opisywanej inwestycji nie prowadzono oceny poziomu zadowolenia z użytkowania przestrzeni, ponieważ planowane optymalizacje wprowadzono już na etapie projektowym. Stanowi to idealny przykład, jak w odpowiedzialny i świadomy sposób zapewnić bezpieczeństwo i komfort termiczny od pierwszych dni użytkowania budynku.

Ewaluacja prowadzonych działań jest ważnym elementem w procesie zarządzania komfortem cieplnym w miejscu pracy. Umożliwia systematyczne monitorowanie, analizowanie i wprowadzanie korekt, które bezpośrednio wpływają na jakość warunków cieplnych w budynku. Regularna ocena pozwala na bieżąco dostosowywać działania do zmieniających się potrzeb i warunków, co przekłada się na lepszy komfort pracy. Poprzez systematyczne badanie opinii pracowników oraz analizę danych z systemów zarządzania budynkiem (BMS), można zidentyfikować obszary, w których jest odczuwalny dyskomfort cieplny. Może to dotyczyć zbyt wysokiej lub niskiej temperatury w określonych strefach budynku, problemów z cyrkulacją powietrza, czy niewłaściwego działania systemów HVAC.

Symulacje na etapie projektowania

Przeprowadzanie dynamicznych symulacji już na etapie projektowania budynków w celu analizy klimatu wewnętrznego i jego optymalizacji ma wiele zalet. Można dokładnie przewidzieć warunki termiczne w poszczególnych pomieszczeniach oraz wprowadzić usprawnienia techniczne i technologiczne, np. zainstalować lamele, zastosować odpowiednie przeszklenia redukujące dopływ promieni słonecznych i rolety z odpowiednią regulacją, a nawet system wentylacyjno-klimatyzacyjny. Symulacje dostarczają też wielu innych ciekawych informacji, np. dotyczących zużycia energii przez budynek czy jakości oświetlenia światłem dziennym itp. Dzięki temu możliwe jest kompleksowe zaplanowanie przestrzeni w sposób sprzyjający zarówno efektywności energetycznej, jak i komfortowi użytkowników.