Building signatures correlating thermal comfort and low-energy cooling: in-use performance

Abstract

A detailed analysis of thermal comfort in summer is presented for eleven low-energy, mixed-mode, non-residential buildings and one residential building in Germany, applying the comfort standards EN 15251:2007–08 and EN ISO 7730:2005. The thermal comfort ratings are related to the cooling energy use and the efficiency of generating the cooling energy. The buildings employ environmental heat sinks (for example, the ground, ground water, rainwater, and the ambient air) together with thermo-active building systems. This reduces the primary energy use of buildings without compromising thermal comfort. For comparison, an office building cooled in summer by night ventilation only is also studied. Comprehensive monitoring with fine time resolution occurred, accompanied by evaluation of the building performance based on measurements of the energy use for cooling and auxiliary equipment, the performance of the environmental heat sink, thermal comfort, and local meteorological conditions. The investigated buildings demonstrate that low-energy cooling with appropriately designed environmental heat sinks can be an energy-efficient concept for non-residential buildings without an adverse effect on occupant thermal comfort. Une analyse détaillée du confort thermique en été est présentée pour onze bâtiments non résidentiels basse énergie, à mode mixte, et un immeuble d'habitation en Allemagne, appliquant les normes de confort EN 15251: 2007-08 et EN ISO 7730: 2005. Les indices de confort thermique sont liés à l'utilisation d'une énergie de refroidissement et à l'efficacité de la production de cette énergie de refroidissement. Les bâtiments ont recours à des puits de chaleur environnementale (par exemple, le sol, la nappe phréatique, les eaux de pluie et l'air ambiant) conjointement à des systèmes thermoactifs de climatisation des bâtiments. Cela réduit l'utilisation d'énergie primaire par les bâtiments sans compromettre le confort thermique. Aux fins de comparaison, un immeuble de bureaux uniquement refroidi en été par une ventilation nocturne est également étudié. Une surveillance d'ensemble dotée d'une résolution temporelle fine a été opérée, ceci s'accompagnant d'une évaluation des performances des bâtiments basée sur des mesures de l'utilisation de l'énergie servant aux équipements de refroidissement et auxiliaires, et sur le rendement du puits de chaleur environnementale, le confort thermique et les conditions météorologiques locales. Les bâtiments étudiés démontrent qu'un système de refroidissement à faible consommation d'énergie, équipé de puits de chaleur environnementale correctement conçus, peut constituer un concept offrant un bon rendement énergétique pour des bâtiments non résidentiels, sans effet indésirable sur le confort thermique des occupants. Mots clés: confort adaptatif, technologie alternative, surveillance des bâtiments, refroidissement, EN 15251: 2007–08, puits de chaleur environnementale, ISO 7730: 2005, bâtiments basse énergie, confort thermique, systèmes thermoactifs de climatisation des bâtiments