LowTechLue – Low tech ventilation in office buildings

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502516

Short description (German)

Low-tec-Gebäude geraten zunehmend in den Fokus des fachlichen Diskurses. Als Bestandteil von low-tec Konzepten liegt es nahe, Lüftungstechnik wesentlich zu reduzieren oder ganz wegzulassen. Bei Bürogebäuden kann jedoch nicht immer ganz auf eine Lüftungsanlage verzichtet werden. Daher werden einfache Lüftungskonzepte eingesetzt, z.B. mit Zuluftöffnungen in der Fassade, ggf. Überströmöffnungen und einer zentralen Fassung für die Abluft. Ziel des Projektes ist es herauszufinden, wie sich diese einfachen Lüftungskonzepte in der Praxis bewähren und Planungshinweise für Büro und Verwaltungsgebäude zu geben. Dazu werden etwa zehn Gebäude mittels Gebäudebegehungen, einer Nutzendenbefragung und Kurz- und Langzeitmessungen in acht Räumen untersucht. Ergänzt werden diese Untersuchungen mit Berechnungen der grauen Energie, um Aussagen zum Einsparungspotential von low-tec Lüftungen im Vergleich zu Standardlüftungsanlagen machen zu können.

Short description (English)

Buildings with low-tec concepts are increasingly in the focus of specialist discourses. As a component of low-tech concepts, it is obvious to significantly reduce or completely omit forced ventilation technology.In office buildings, however, it is not always possible to do without a forced ventilation system altogether. In this case simple ventilation systems for example with air inlets in the façade, cross flow elements and a central extract fan are used. The project aims to explore how these simple ventilation systems perform in real life and to give planning advice for office and administration buildings. To this end, about ten buildings will be investigated by means of site visits, a survey among the users and short- and long-term measurements in eight rooms. These investigations will be supplemented with calculations of the grey energy in order to be able to make statements on the savings potential of low-tech ventilation systems in comparison to standard ventilation systems.

Short description (French)

Les bâtiments low-tec sont de plus en plus au centre du discours des professionnels. En tant que partie intégrante des concepts low-tec, il est évident que la technique de ventilation doit être considérablement réduite, voire supprimée. Dans les immeubles de bureaux, il n'est toutefois pas toujours possible de se passer totalement d'un système de ventilation. C'est pourquoi on utilise des concepts de ventilation simples, par exemple avec des ouvertures d'entrée d'air dans la façade, éventuellement des ouvertures de débordement et une prise centrale pour l'air sortant. L'objectif du projet est de déterminer comment ces concepts de ventilation simples font leurs preuves dans la pratique et de donner des conseils de planification pour les bureaux et les bâtiments administratifs. Pour ce faire, une dizaine de bâtiments seront examinés au moyen de visites de bâtiments, d'une enquête auprès des utilisateurs et de mesures à court et à long terme dans huit pièces. Ces études seront complétées par des calculs de l'énergie grise afin de pouvoir faire des déclarations sur le potentiel d'économie des ventilations low-tec par rapport aux installations de ventilation standard.

Final report (German)

In diesem Forschungsprojekt geht es um einfache Lüftungskonzepte und Lüftungsanlagen in Bürogebäuden. Ziel ist es herauszufinden, wie sich diese einfachen Lüftungskonzepte in der Praxis bewähren und Planungshinweise für Büro- und Verwaltungsgebäude zu geben. Dazu werden zehn Gebäude mittels Gebäudebegehungen, im Winter und Sommer mit jeweils einer Befragung der Benutzenden sowie gleichzeitigen Kurz- und Langzeitmessungen in acht Räumen (vier Gebäude) untersucht. Ergänzt werden diese Untersuchungen mit Berechnungen der Grauen Treibhausgasemissionen (THGE), um Aussagen zum Einsparungspotential von low-tech Lüftungen im Vergleich zu Standardlüftungs-anlagen machen zu können. Alle zehn Gebäuden weisen eine reduzierte, oder keine mechanische Lüftungstechnik auf. Die vier Messgebäuden werden allesamt über manuell oder automatisch betriebene Fenster belüftet. In allen Messgebäuden, vor allem in den Grossraumbüros, ist die Belegung eher tief, wodurch die von der Belegung abhängigen Lüftungswärmeverluste die Standardwerte unterschreiten. Bei der Befragung von 553 Benutzenden gibt es insgesamt grosse Unterschiede zwischen den Gebäuden. Dies betrifft auch die Messgebäude, von denen ein Gebäude und ein Gebäudeteil in vielen Aspekten positiver bewertet werden als die anderen Gebäude, ein Gebäude und ein Gebäudeteil sind im Mittelfeld und ein Gebäude wird weniger gut bewertet. Beim Vergleich zwischen Sommer und Winter zeigt sich, dass in allen Gebäuden vor allem die Raumlufttemperatur und Störungen durch Lärm von aussen signifikant unterschiedlich bewertet werden. Dabei empfinden im Winter rund 41 % der Befragten die Raumtemperatur als «etwas zu kalt» oder «zu kalt», 50 % finden es angenehm. Im Sommer ist es 64 % der Befragten «etwas zu warm» oder «zu warm», ein Drittel findet die Raumtemperatur angenehm. Die Messungen zeigen, dass im Winter der thermische Komfort und die Raumlufttemperatur innerhalb von Kategorie I (hohes Mass an Erwartungen, MaE) oder II (mittleres MaE) liegen. Im Sommer ist die Spannweite mit Messergebnissen in Kategorie I bis III (moderates MaE) grösser. Lärm von aussen wird von 78 % der Befragten im Winter «nie» oder «selten» als Störung wahrgenommen, im Sommer geben dies nur 42 % an. Mit der Luftqualität sind 60 % aller Befragten «etwas zufrieden» oder «zufrieden», im Sommer sind dies nur 40 %. Die Messergebnisse zeigen eine umgekehrte Tendenz mit Werten in Kategorie I bis II im Winter und besseren Werten in Kategorie I im Sommer. Beim Vergleich des Energiebedarfs zwischen einer mechanischen Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (80 %) und zusätzlicher Fensterlüftung sowie einer natürlichen Lüftung bei realer Nutzung zeigen sich für Grossraumbüros deutlich höhere Energiebedarfswerte bei der mechanischen Lüftung. In Einzel- und Gruppenbüros ist der Energiebedarf mit mechanischer Lüftung nur etwas höher. In beiden Fällen ist die Luftqualität mit einer mechanischen Lüftungsanlage konstant und zeitweise besser als mit einer natürlichen Lüftung. Bezogen auf die Grauen THGE fallen für die Messgebäude Werte zwischen 0.1 und 1.2 kg/(m2 a AE) für die Lüftung an. Die höheren Werte rühren von einer mechanischen Lüftung auf Teilflächen.

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• Schlussbericht_deutsch [PDF] 8'034 kB

Final report (English)

This project deals with simple ventilation concepts and systems in office buildings. The aim of the project is to explore how these simple ventilation concepts prove themselves in practice and to give planning advice for office and administration buildings. To this end, ten buildings are examined by means of building inspections in winter and summer, with a survey of users and simultaneous short- and long-term measurements in eight rooms (four buildings). These investigations are supplemented by calculations of embedded greenhouse gas emissions in order to be able to make statements about the savings potential of low-tech ventilation systems in comparison to standard ventilation systems. All ten buildings have reduced or no mechanical ventilation technology. The four measurement buildings are all ventilated via manually or automatically operated windows. In all measurement buildings, especially in the open-plan offices, occupancy is rather low, which means that the occupancy-dependent ventilation heat losses are below the standard values. The survey of 553 users revealed significant differences between the buildings. This also applies to the measurement buildings, one of which and one part of which are rated more favourably than the other buildings in many respects, one building and one part of a building are in the middle range, and one building is rated less favourably. A comparison between summer and winter shows that, in all buildings, the room temperature and disturbances from outside noise are rated significantly differently. In winter, around 41 % of respondents find the room temperature ‘slightly too cold’ or ‘too cold’, while 50 % find it comfortable. In summer, 64 % of respondents find it ‘slightly too warm’ or ‘too warm’, while one third find the room temperature pleasant. The measurements show that in winter, thermal comfort and room air temperature fall within categories I (high level of expectation, LoE) or II (medium LoE). In summer, the range of measurement results is greater, reaching from categories I to III (moderate LoE). External noise is ‘never’ or “rarely” perceived as a disturbance by 78 % of respondents in winter, compared to only 42 % in summer. 60 % of all respondents are ‘somewhat satisfied’ or ‘satisfied’ with the air quality in winter, compared to only 40 % in summer. The measurement results show a reverse trend, with values in categories I to II in winter and better values in category I in summer. When comparing the energy demand of a mechanical ventilation system with heat recovery (80 % recovery rate) and additional window ventilation to natural ventilation under real occupancy conditions, mechanical ventilation shows significantly higher energy requirements for open-plan offices. In individual and group offices, the energy demand with mechanical ventilation is only slightly higher. In both cases, the air quality with a mechanical ventilation system is constant and at times better than with natural ventilation. In terms of embedded greenhouse gas emissions, the measured buildings generate values between 0.10 and 1.2 kg/(m² a AE) for ventilation. The higher values are due to mechanical ventilation in some areas.

Final report (French)

Ce projet concerne des concepts et des installations de ventilation simples pour bâtiments administratifs. L'objectif du projet est de découvrir comment ces concepts de ventilation simples font leurs preuves dans la pratique, et de donner des conseils de planification pour bâtiments administratifs. À cette fin, dix bâtiments sont examinés au moyen d'inspections, en hiver et en été, avec un questionnaire destiné aux utilisateurs et des mesures à court et à long terme simultanées dans huit pièces (quatre bâtiments). Ces études sont complétées par des calculs des émissions de gaz à effet de serre (GES) afin de pouvoir se prononcer sur le potentiel d'économies des systèmes de ventilation low-tech par rapport aux systèmes de ventilation standard. Les dix bâtiments présentent tous une ventilation mécanique réduite, voire inexistante. Les quatre bâtiments mesurés sont tous ventilés par des fenêtres à commande manuelle ou automatique. Dans tous les bâtiments mesurés, en particulier dans les bureaux en open space, le taux d'occupation est plutôt faible, ce qui fait que les pertes de chaleur liées à la ventilation sont inférieures aux valeurs standard. L'enquête menée auprès de 553 utilisateurs révèle des différences importantes entre les bâtiments. Cela vaut également pour les bâtiments mesurés, dont un bâtiment et une partie de bâtiment sont évalués de manière plus positive que les autres bâtiments à bien des égards, un bâtiment et une partie de bâtiment se situent dans la moyenne et un bâtiment est moins bien évalué. La comparaison entre l'été et l'hiver montre que, dans tous les bâtiments, la température ambiante et les nuisances sonores extérieures sont évaluées de manière très différente. En hiver, environ 41 % des personnes interrogées trouvent la température ambiante « un peu trop froide » ou « trop froide », tandis que 50 % la trouvent agréable. En été, 64 % des personnes interrogées trouvent qu'il fait « un peu trop chaud » ou « trop chaud », tandis qu'un tiers trouve la température ambiante agréable. Les mesures montrent qu'en hiver, le confort thermique et la température ambiante se situent dans les catégories I (attentes élevées) ou II (attentes moyennes). En été, l'écart entre les résultats des mesures est plus important, avec des valeurs comprises entre les catégories I et III (attentes modérées). En hiver, 78 % des personnes interrogées ne sont « jamais » ou « rarement » gênées par les bruits extérieurs, contre seulement 42 % en été. 60 % des personnes interrogées sont « plutôt satisfaites » ou « satisfaites » de la qualité de l'air, contre seulement 40 % en été. Les résultats des mesures montrent une tendance inverse, avec des valeurs comprises dans les catégories I à II en hiver et de meilleures valeurs dans la catégorie I en été. La comparaison des besoins énergétiques entre une installation de ventilation mécanique avec récupération de chaleur (80 %) et ventilation complémentaire par ouverture des fenêtres, et une ventilation naturelle en conditions d’occupation réelles, montre que les besoins énergétiques sont nettement plus élevés pour la ventilation mécanique dans les bureaux en open space. Dans les bureaux individuels et collectifs, les besoins énergétiques avec une ventilation mécanique ne sont que légèrement supérieurs. Dans les deux cas, la qualité de l'air est constante avec un système de ventilation mécanique et parfois meilleure qu'avec une ventilation naturelle. En ce qui concerne les GES, les valeurs pour les bâtiments mesurées se situent entre 0,1 et 1,2 kg/(m2 a SRE) pour la ventilation. Les valeurs les plus élevées sont dues à une ventilation mécanique dans certaines parties d´un bâtiment.