Doorzoek volledige site
12 februari 2015 | KEVIN MOENS

Simulatieondersteunende ontwerpoptimalisatie van een Geotabs-kantoorgebouw

CAW Brugge Illustratie | Gino Debruyne & architecten

Karel-Jan Smet en Eveline Van Poucke, twee masterthesisstudenten aan de Ugent, winnen de Atic prijs Marcel Herman met hun eindwerk:"Simulatieondersteunde ontwerpoptimalisatie van een GEOTABS-kantoorgebouw". Op 24 maart geven ze een lezing in de Faculty Club in Leuven, maar nu lichten ze hun eindwerk al toe op Architectura.be. 

Als gebouwontwerp kozen de studenten het toekomstig CAW-kantoor in Brugge, een ontwerp van Gino Debruyne architecten. De conceptsimulaties in TRNSYS, met variatie op gebouwschil, gebouwgebruik en aansturing, werden iteratief doorgevoerd om op zoek te gaan naar een goed evenwicht tussen bodembalans, energiegebruik en comfort. “Met als resultaat een frisse en doorgedreven multidisciplinaire optimalisatieoefening op een door een geothermische warmtepomp duurzaam geklimatiseerd gebouwontwerp, in combinatie met betonkernactivering,” stelt promotor porfessor Wim Boydens van studiebureau Boydens.

Hieronder een geven Karel-Jan Smet en Eveline Van Poucke een korte samenvatting van hun onderzoek.

"SIMULATIEONDERSTEUNDE ONTWERPOPTIMALISATIE VAN EEN GEOTABS KANTOORGEBOUW"

"Bij het GEOTABS concept wordt gebruik gemaakt van de combinatie van een bodemgekoppelde warmtepomp (GEO), die zorgt voor de warmte- en koudeopwekking, en betonkernactivering (Thermally Activated Building Systems, kortweg TABS) als afgiftesysteem voor koeling en verwarming. Dit GEOTABS concept heeft een groot potentieel op het vlak van energiezuinigheid en duurzaamheid.

De moeilijkheid aan het GEOTABS concept is het feit dat de optimalisatie ervan een interdisciplinaire aanpak vergt, waarin zowel het gebouw (gebouwschil, gebruiksprofielen,…) als de installaties (betonkernactivering, warmtepomp, boorveld,…) optimaal gecombineerd en geregeld moeten worden.

Het is in deze masterproef dan ook de bedoeling om een generieke leidraad op te stellen voor de ontwerpoptimalisatie van GEOTABS kantoorgebouwen, die dan relatief eenvoudig gebruikt kan worden om een efficiënter gebouw te bekomen. Hiervoor worden vele gebouw- en installatieparameters onderzocht, waarbij telkens gekeken wordt naar de relevantie ervan en gezocht wordt naar een optimum.

De gehele masterproef is gebaseerd op de plannen van een nieuw te bouwen kantoorgebouw in Brugge. Deze ontwerpoptimalisatie van een GEOTABS kantoorgebouw wordt voornamelijk gedaan met behulp van dynamische simulaties in TRNSYS, waarin gestreefd wordt naar een gebouw dat zowel op energetisch vlak als op comfort hoog scoort.

In eerste instantie wordt uitgegaan van een basisgebouw dat redelijk dicht aansluit bij het werkelijke gebouw. Bij elke simulatie wordt gekeken naar het totale comfort van de gebruikers, de hoeveelheid gebruikte energie en de hoeveelheid onbalans in de bodem op jaarbasis. Deze drie factoren geven samen een indicatie voor de kwaliteit van het gebouw samen met zijn installaties.  De optimalisatie verloopt in meerdere fasen. In totaal worden in deze fasen 22 parameters beschouwd, waarvan de invloed onderzocht wordt en getracht wordt de beste combinatie van parameters te kiezen.

Een eerste groep van parameters die onderzocht wordt, heeft betrekking op de gebouwschil. De tweede groep heeft betrekking op de volledige hydraulische sturing van het gebouw. De bedoeling is dat door een gepaste combinatie van deze verschillende parameters, gekomen wordt tot een comfortabel kantoorgebouw met een minimaal energieverbruik en onbalans op jaarbasis.

In de eerste drie fasen wordt telkens uitgegaan van een basisgebouw waarop telkens per parameter meerdere variaties gemaakt worden. Bij elke overgang naar de volgende fase wordt getracht een beter basisgebouw te construeren. In fase vier tot zes worden slechts nog variaties beschouwd met een beperkte selectie aan parameters, waarvan uit de vorige drie fasen gebleken is dat deze het interessants zijn om verder te onderzoeken. Hierbij wordt niet meer uitgegaan van een basisgebouw waarbij telkens slechts één parameter verandert, maar worden onmiddellijk meerdere parameters gewijzigd. De keuze van de waarde die deze parameters telkens aannemen is gebaseerd op het onderzoek uit de vorige fasen. Na deze zes fasen worden enkele van de beste gebouwen geselecteerd, waarop vervolgens een sensitiviteitsonderzoek gebeurt. Dit onderzoek omvat twee categorieën van extreme omstandigheden waaraan de gebouwen onderworpen worden; klimatologische extremen en een hogere bezettingsgraden.

Uit de vele gemaakte simulaties blijkt dat het perfect mogelijk is om door gebruik te maken van een combinatie van betonkernactivering en een secundair snel reagerend systeem, zoals convectoren, een kantoorgebouw te bekomen dat in staat is met een relatief beperkt energiegebruik voor een comfortabel binnenklimaat te zorgen. Hierbij is het tevens mogelijk om op jaarbasis evenwicht in de bodem te bekomen. De factoren die het meest invloed hebben bij de ontwerpoptimalisatie van een GEOTABS kantoorgebouw zijn de thermische weerstand van het gebouw, de keuzen tussen verwarmen en koelen, de aanvoertemperatuur van de betonkernactivering tijdens verwarmen en de perioden wanneer dit gebeurt. Algemeen blijk het GEOTABS principe voor kantoorgebouwen, mits een voldoen goede regeling, te kunnen zorgen voor een goed werkend gebouw."

Karel-Jan Smet & Eveline Van Poucke

GERELATEERDE DOSSIERS