W rozprawie doktorskiej podjęto temat komfortu cieplnego w niskoenergetycznych budynkach użyteczności publicznej w okresie letnim. Założono na wstępie, że możliwe jest zapewnienie komfortu termicznego lub znaczące ograniczenie przegrzewania w wybranych pasywnych budynkach użyteczności publicznej nawet w trudnych warunkach zewnętrznych gorącego lata, dzięki prostym rozwiązaniom i przy racjonalnym użytkowaniu obiektu.
Głównym celem pracy jest więc określenie wpływu rozwiązań projektowych oraz różnych scenariuszy użytkowania budynku i jego wyposażenia technicznego na warunki we wnętrzu w okresie wysokich temperatur zewnętrznych. Opierając się na wstępnych badaniach doświadczalnych warunków termicznych w trzech istniejących pasywnych obiektach użyteczności publicznej, utworzono modele symulacyjne badanych obiektów. Poprzez rozbudowane analizy symulacyjne w programie Design Builder, rozpatrywano warunki termiczne jakie powstają w różnych wariantach ich wykonania i użytkowania, dążąc do wskazania efektywnych rozwiązań ochrony termicznej.
Badania doświadczalne dotyczyły pomiarów komfortu cieplnego podczas wybranych gorących okresów letnich. Obejmowały one kilkudniowe pomiary warunków termicznych w obiektach pasywnych użyteczności publicznej w Małopolsce (hale sportowe) i na Dolnym Śląsku (szkoła podstawowa). Dodatkowo, w hali sportowej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie przeprowadzono ankiety wśród 104 losowo wybranych użytkowników, na temat odczuć związanych z komfortem cieplnym w tym obiekcie.
Analizy symulacyjne dotyczyły m.in. zastosowania zewnętrznych łamaczy światła oraz osłon wewnętrznych, a także wpływu wentylacji mechanicznej i naturalnej na parametry komfortu cieplnego. Przeprowadzono również symulacje wpływu nocnego przewietrzania na ograniczanie dyskomfortu latem. Oceniono rolę orientacji bryły i masy termicznej w kształtowaniu środowiska wewnętrznego. Do oceny warunków cieplnych w mechanicznie wentylowanych wnętrzach stosowano głównie skalę Fangera, ale w mieszanych warunkach wentylacji mechanicznej i naturalnej uzasadnione jest zastosowanie metody komfortu adaptacyjnego. Takie podejście, zbieżne z faktycznym sposobem funkcjonowania analizowanego budynku szkolnego, w istotny sposób łagodzi stawiane wymagania i racjonalizuje jego użytkowanie.
W celu obiektywnej oceny warunków komfortu, autorka zaproponowała proste narzędzie do szacowania ryzyka przegrzewania. Wprowadzona ważona miara dyskomfortu związanego z przegrzewaniem, jest łatwym do obliczeń i obiektywnym sposobem określania godzin dyskomfortu.
Na podstawie szczegółowej analizy symulacyjnej wskazano korelacje jakie zachodzą pomiędzy podstawowymi parametrami budynku, a mikroklimatem termicznym we wnętrzu. Z uwagi na znaczne ryzyko przegrzewania się budynków pasywnych w lecie wskazano proste rozwiązania natury projektowej jak też eksploatacyjnej, pozwalające na eliminację lub istotne ograniczenie tego zagrożenia. Sformułowano uproszczone zasady projektowania i użytkowania budynków niskoenergetycznych, umożliwiające utrzymanie we wnętrzu warunków komfortu cieplnego bez lub przy ograniczonym udziale energochłonnych instalacji. Tego typu działania są w pełni zgodne z tak aktualnymi dziś wymaganiami zrównoważonego rozwoju.
In the doctoral dissertation the subject of thermal comfort in low-energy buildings in the summer period was taken up. At the outset it was assumed that it is possible to ensure thermal comfort or the significant limitation of overheating in selected passive public buildings even in difficult external conditions of the hot summer thanks to simple solutions and rational use of the object.
The main purpose of the work is to determine the impact of design solutions and various scenarios of the use of the building an d its technical equipment on indoor conditions during high outdoor temperatures.
Based on preliminary experimental analysis of thermal conditions in three existing passive public objects, simulation models of the studied objects were made. Through extensive simulation analysis in the Design Builder program, the thermal conditions that arise in different variants of their execution and use were analysed, striving to indicate effective thermal protection solutions.
Experimental studies concerned measurements of thermal comfort during selected hot summer periods. They included several-day measurements of thermal conditions in passive public utility buildings in Malopolska (sports halls) and Lower Silesia (primary school). Additionally, in the sports hall of the University of Agriculture in Krakow, surveys were conducted among 104 randomly selected users, on the subject of feelings related to thermal comfort in this object.
Simulation analyses concerned, among others, the use of external light breakers and internal shields, as well as the influence of mechanical and natural ventilation on the parameters of thermal comfort. Simulations of the influence of night ventilation on reducing discomfort in the summer were also carried out.
The role of the orientation of the building and thermal mass in shaping the internal environment was assessed. For the assessment of thermal conditions in mechanically ventilate interiors Fanger scale was mainly used, but in mixed mechanical and natural ventilation conditions, the adaptive comfort method is justified. This approach, in line with the actual functioning of the analysed school building, significantly alleviates the requirements and rationalizes its use.
In order to objectively assess the comfort conditions, the author proposed a simple tool for estimating the risk of overheating. The introduced weighted measure of discomfort associated with overheating is an easy to calculate and objective way of determining hours of discomfort.
On the basis of a detailed simulation analysis, correlations between the basic building parameters and the thermal microclimate in the interior were indicated. Due to the significant risk of overheating of passive buildings in the summer, simple design and operational solutions were identified, allowing for the elimination or significant reduction of this threat. Simplified rules for the design and use of low-energy buildings were formulated, allowing for maintaining indoor thermal comfort conditions with or without a limited participation of energy-intensive installations. These types of activities are fully in line with so current today requirements of sustainable development.
