Bygningsintegrert. ventilasjon. en veileder

Transkript

1 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder

2

3 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder Utgitt av ØkoByggprogrammet mars 2003

4 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder Forord Veilederens funksjon Veilederen oppsummerer nåværende kunnskap om bygningsintegrert ventilasjon en ventilasjonsløsning som i stor grad integreres i bygningskroppen. Ventilasjonsløsningen kan gi flere gode synergieffekter som følge av klok utnyttelse av bygningens iboende egenskaper - eksempelvis utnyttelse av termisk masse og bygningsform for passiv kjøling, luftføringsveier med lavere trykkfall og ventilasjonsstøy, og øvrige forenklinger som kan gi lavere vedlikeholdsbehov. Veilederen skal være til hjelp i alle stadier av byggeprosjektet, fra forprosjekt (systemvalg) til detaljprosjektering, gjennomføring og oppfølging i bruksfase. Veilederen er bevisst skrevet kortfattet ved at den henviser til viktig og lett tilgjengelig referanselitteratur. Den er ikke ment som en uttømmende eller definitiv kilde leserne må utvise sitt eget profesjonelle skjønn i hver enkel byggesak når det gjelder å følge, eller avvike fra, rådene i veilederen. Veilederen fokuserer på skolebygg, men mye av innholdet gjelder også andre typer bygg, for eksempel kontorbygg. Veilederen refererer til flere rapporter på et assosiert CD-ROM Principles of Hybrid Ventilation. Engelskspråklig rapport med CD-ROM kan skaffes for spesielt interesserte. Målgrupper Del I av veilederen (grønn sidekant) henvender seg til byggherrer og andre beslutningstagere: Lettforståelig oversikt over egenskaper til alternative former for bygningsintegrert ventilasjon Oversikt over, og erfaringer fra, eksisterende norske bygg med bygningsintegrert ventilasjon Overordnet råd om systemvalg og designkonsepter Del II av veilederen er rettet mot prosjekterende, spesielt rådgivere innen ventilasjon, og entreprenører: Designprinsipper for forskjellige former for bygningsintegrert ventilasjon Råd om komponentvalg og styring Metoder for dimensjonering, utførelse, overtagelse, oppfølging Gjennomføring og finansiering Veilederen er utarbeidet av Byggforsk og NTNU/SINTEF i samarbeid og er ett av produktene fra et 3-årig forskningsprosjekt om bygningsintegrert ventilasjon og relaterte løsninger, både i Norge og utlandet, i regi av International Energy Agency s implementeringsprogram Energy Conservation in Buildings and Community Systems, med samarbeidsprosjektet Annex 36 HybVent ( Den norske innsatsen i forskningsprosjektet ble delfinansiert av bl.a ØkoBygg, Oslo Energi og Norsk Hydro. Rapporten utgis av ØkoBygg-programmet, men det er forfatterne som står ansvarlig for innholdet i veilederen. Forfattere Tor Helge Dokka Mads Mysen Peter G. Schild Per Olaf Tjelflaat SINTEF Byggforsk Byggforsk, også redaktør NTNU Referansepersoner Mange takk til de som har bidratt med konstruktive kommentarer til veilederens innhold: Laszlo Balas, Anders Bjørkås, Peter Blom, Mats Eriksson, Fredrik Horjen, Sidsel Jerkø, Dagfinn Jørgensen, Ole-Gunnar Søgnen, Jon-Viking Thunes. For ØkoBygg-programmet Erik A. Hammer Programleder Ole-Gunnar Søgnen Rådgiver energi 2

5 Innhold Sammendrag... 4 Del I Veileder for beslutningstagere 1 Hva er bygningsintegrert ventilasjon?... 6 Først noen definisjoner...6 Vil utnyttelse av naturlige drivkrefter føre til lavere energiforbruk?...7 Hvorfor bygningsintegrert ventilasjon? Erfaringer med bygningsintegrert ventilasjon i Norge...11 Ulike systemtyper i Norge Oppfølging Innemiljø FDVU Trender Oppsummering Del II Veileder for prosjekterende 3 Gjennomføring av integrert prosjektering...20 Integrert planlegging Planlegging tidligfasen er viktig Etterprøvbare spesifikasjoner Eksempler på integrert prosjektering Sjekklister Konsepter for bygningsintegrert ventilasjon...26 Tilpasning av ventilasjonssystemet til bygningen Svensk modell: Vifteassistert naturlig ventilasjon med kulvert Dansk modell: Direkte lufttilførsel i fasade Tysk modell: Forvarmet tilluft via fasaden eller atrium Norsk modell: Hybrid ventilasjon med varmegjenvinning og ev. kulvert Finsk modell: Lavtrykktapsventilasjon med kompakt ventilasjonsaggregat Hvilket konsept passer? Valg og dimensjonering av ventilasjonskomponenter...41 Luftinntak Filtrering Varmegjenvinning Avtrekksåpninger, avkasttårn, solskorsteiner Kulverter Byggautomatisering og kontrollstrategier...44 Behov for styringssystemer Styringsoppgaver Kvalitet Verktøy for prosjektering og dimensjonering...45 Hvorfor bruke analyseverktøy i prosjektering? Aktuelle beregningsverktøy Valg av metoder Referanser...49 Vedlegg A Norske bygg med bygningsintegrert ventilasjon B Anbefalt styringsstrategi for nattkjøling

6 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder Sammendrag Ventilasjon er nødvendig for å fjerne forurensninger som avgis i innemiljøet og for samtidig å sikre tilfredsstillende luftkvalitet i pustesonen for personer som oppholder seg der. Det er også vanlig å utnytte ventilasjonsluften til å fjerne overskuddsvarme for å bidra til akseptabel temperatur. Den primære funksjon for ventilasjon er derfor å opprettholde et helsemessig og komfortmessig tilfredsstillende innemiljø dette er sikret med minimumskrav i lover og forskrifter. Disse krav bør oppfylles med lavest mulig energibruk og miljøpåvirkning innenfor akseptable økonomiske rammer. Dårlig prosjekterte, utførte og vedlikeholdte ventilasjonsanlegg kan bidra til dårlig innemiljø, såkalt Sick Building Syndrom, og høyt energibruk. Konvensjonell mekanisk balansert ventilasjon, særlig de med luftkondisjonering (mekanisk kjøling) har av enkelte blitt assosiert med ovennevnte problemer. Som en motreaksjon på dette, har enkelte miljøer de siste årene fokusert på naturlig ventilasjon. Naturlig ventilasjon påstås å være enklere og mer robust enn konvensjonelle mekaniske anlegg. Det er også kjent at ren naturlig ventilasjon gir mindre stabile luftmengder, med periodevis lavere luftkvalitet og termisk komfort, eventuelt høyt energiforbruk til oppvarming. Ventilasjonsanlegg der både naturlige og mekaniske drivkrefter brukes bevisst kalles gjerne hybrid ventilasjon. Hybrid ventilasjon er et forsøk på å utnytte de positive sidene ved både mekaniske og naturlige ventilasjonsløsninger, og ligger i krysningspunktet mellom trendene i den teknologiske utviklingen av begge løsningene: Den teknologiske utviklingen av mekanisk ventilasjon har gått mot lavere trykkfall (lav SFP), automatikk for bedre behovsstyring, og alternativer til mekanisk kjøling. Naturlig ventilasjon har derimot blitt mer teknologiintensiv med bl.a. behovsstyring og hjelpevifter for mer kontrollert lufting. I gamle dager ble mange naturlige og passive teknikker benyttet for klimatisering og belysning. Eksempler på slike teknikker var naturlig avtrekk over tak, bygningsmessige luftsjakter, vinduslufting, store romvolumer/ stor takhøyde, tunge materialer, dagslysutnyttelse og begrensning av direkte solinnstråling sommerstid. Noen av disse løsningene har igjen fått oppmerksomhet i forbindelse med ønsket om å redusere behovet for mekanisk kjøling og energiforbruk til ventilasjon og kunstig belysning. Dagens problemer med dårlig innemiljø i mange norske bygg, inkludert skoler, er forårsaket av mangler i byggherrefunksjon/prosjektledelse, prosjektering, utførelse, drift og vedlikehold av bygningen (inkludert ventilasjon) og mangelfullt renhold. Det er derfor, det siste tiåret, skapt økende interesse for å prøve å bedre innemiljøet i Norske bygg ved å bruke integrerte byggeprosesser. Dagens krav til inne-/arbeidsmiljø og energieffektivitet i bygninger er annerledes og høyere enn for tidligere generasjoner. En ren kopiering av de løsninger som ble brukt da kan derfor ikke forsvares! For eksempel er varmegjenvinning og filtrering av ventilasjonsluft nå vanligvis ønsket. Dette krever normalt viftedrift fordi de naturlige drivkreftene alene er for svake til dette formål. De naturlige drivkreftene er i størrelsesorden 20~100 ganger svakere enn det nødvendige viftedrivtrykket i et typisk mekanisk ventilasjonsanlegg. Mesteparten av vifteenergien kan spares ved å installere et ventilasjonsanlegg med lavt trykkfall og energieffektive vifter, uten å måtte nyttiggjøre naturlige drivkrefter. En slik løsning gir lavt støynivå og god fleksibilitet. Utnyttelse av naturlige drivkrefter er derfor av underordnet betydning for energi- og miljøeffektiv ventilasjon. Det er derimot de andre egenskaper som assosieres med hybrid ventilasjon som har vakt mest interesse potensialet for svært lavt støynivå, tilsynelatende enkelhet og vedlikeholds- /renholdsvennlighet, god luftkvalitet, mulighet for bruker- /behovsstyring, og passiv kjøling ved at luftføringsveier integreres i bygningskroppen, og tunge bygningselementer eksponeres. Disse kvaliteter er egentlig uavhengige av ventilasjonsprinsipp, så erfaringene fra nye bygninger med hybrid ventilasjon vil ha utstrakt nytteverdi. Norge har over 25 nye bygg med hybrid ventilasjon; de fleste er skoler. Flere er under prosjektering. Det er fortsatt for tidlig å trekke klare konklusjoner relatert til systemvalg, men innemiljøet oppleves generelt som veldig tilfredsstillende. Foreløpig statistisk analyse antyder at bruk av tilluftsfilter kan være en negativ innemiljøfaktor. Det er registrert støyproblemer i noen anlegg. Mange har hatt innkjøringsproblemer og krever nitid oppfølging, men dette er symptomatisk for alle bygg med mye automatikk. Tilgjengelig energistatistikk for bygningene viser meget stor spredning. Det gjenstår å se ytterligere driftserfaringer og energistatistikken for disse bygninger etter enda et par år, og en grundig vurdering av livssykluskostnader. Siden utnyttelse av naturlige drivkrefter ikke er den viktigste egenskapen ved et ventilasjonsanlegg, bør man gå bort fra utstrakt bruk av uttrykket hybrid ventilasjon. Det viktigste er å se arkitektoniske, bygningstekniske og installasjonstekniske løsninger i sammenheng for å oppnå et godt inneklima med lavest mulig energibruk og miljøpåvirkning. Integrerte byggeprosesser og bør tas i aktiv bruk, så vel som begrep som i praksis. God bygningsintegrert ventilasjon innebærer en slik prosess. 4

7 Del I Veileder for beslutningstagere Lettforståelig oversikt over egenskaper til alternative former for bygningsintegrert ventilasjon, sett i et bredt skisseprosjekt sammenheng Oversikt over, og erfaringer fra, eksisterende norske bygg med bygningsintegrert ventilasjon Overordnet råd om systemvalg og designkonsepter 5

8 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder 1 Hva er bygningsintegrert ventilasjon? Først noen definisjoner Bygningsintegrert ventilasjon Bygningsintegrert ventilasjon er et resultat av prosjektering i et integrert byggeprosess, der samspillet mellom de arkitektoniske, bygningstekniske og installasjonstekniske løsninger harmoniseres for å sikre et godt innemiljø med lavt energibruk og miljøpåvirkning, innenfor et økonomisk ramme. Bygningsintegrert ventilasjon er derfor ikke et bestemt ventilasjonsprinsipp, men kan løses på mange måter. I byggeprosessen skal man først avgjøre ønskede funksjonskrav til bl.a. inneklima og energiforbruk (side 22), for deretter å vurdere muligheter og begrensninger ved forskjellige alternative sammensatte løsninger relatert til ventilasjon, for det enkelte bygg. Et mer harmonisert samspill mellom de tekniske installasjonene og byggets øvrige egenskaper kan gi mange gode synergieffekter som f.eks. klok utnyttelse av termisk masse og bygningsform for passiv kjøling, luftføringsveier med lavere trykkfall (dermed lavere vifteenergi, mindre ventilasjonsstøy og mindre kjølebehov, noe som ikke nødvendigvis innebærer bruk av naturlige drivkrefter), luftdistribusjon og romutforming som sammen gir høyere ventilasjonseffektivitet, og øvrige forenklinger som kan gi bedre driftsforhold og lavere vedlikeholdsbehov. Se Figur 1.1. Et eksempel på dette er behovsstyring av ventilasjonsluftmengde (f.eks. med CO2 sensor montert på vegg ved skuldernivå) kombinert med fortrengningsventilasjon (utformet for å gi lav trekkrisiko \5\) i et rom med større takhøyde. Disse tre forhold vil virke sammen for å gi høyere ventilasjonseffektivitet og noe lavere kjølebehov. Videre vil større takhøyde gi mulighet for bedre dagslysforhold, som igjen kan føre til reduksjon i varmetilskudd fra kunstig belysning, forutsatt god avskjerming. Løsninger bør alltid vurderes i forhold til FDVU (forvaltning, drift, vedlikehold, utvikling), og livssykluskostnader \3\50\. Mekanisk ventilasjon drivtrykk fra vifter Ventilasjonsanlegg for mekanisk ventilasjon med høyt trykkfall har vært den mest vanlige løsningen i kommunale- og næringsbygg de siste 50 år. I slike anlegg må ofte tilluftsviften og avtrekksviften yte mer enn 1000 Pa hver for å tvinge nødvendige luftmengder gjennom kanaler og aggregatkomponenter. Dette fører til unødvendig elektrisitetsforbruk, uønsket oppvarming av Integrerte løsninger (positive synergieffekter) Lavt trykkfall Kulvert Nattkjøling Stor takhøyde Solavskjerming Fortrengningsventilasjon Dagslysutnyttelse Lavemisjonmaterialer Behovsstyring Hybrid ventilasjon Automatikk Tunge materialer Figur 1.1 Illustrasjon som setter konseptet bygnings integrert ventilasjon i perspektiv. Se også Kap.3, side 20. tilluft, og støy. Vifteeffekten kan utgjør opp til 15% av bygningens totale energiforbruk. Mer nylig har lavtrykktapsanlegg blitt mer etterspurt, der vifteenergien er mer enn halvert, med et spesifikk vifteeffekt (SFP) så lav som 1.5 kw per m³/s luft \13\. Dette reduserer de ovennevnte problemer, og krever en mer integrert byggeprosess. Passiv og aktiv naturlig ventilasjon Naturlig ventilasjon for en bygning kan defineres som inn- og utstrømning av luft gjennom omhyllingsflaten grunnet trykkdifferanser som skyldes vind og oppdrift. Normalt blir en bygning bygget med det mål å oppnå en helt tett omhyllingsflate (bygningens fem fasader ). Det vil i praksis alltid bli lekkasjeåpninger, og infiltrasjon og eksfiltrasjon vil oppstå. Denne ventilasjonen er utilsiktet, og betegnes dermed som passiv naturlig ventilasjon. Aktiv naturlig ventilasjon er naturlig ventilasjon som styres bevisst, enten ved at brukeren manuelt åpner en luke, et vindu eller en dør (Figur 1.2), eller ved tilrettelagte åpninger styres automatisk. Hybrid ventilasjon Hybrid ventilasjonssystemer har vifter, men utnytter naturlige drivkrefter bevisst for å redusere vifteeffekt. Dette oppnås ved at vifteeffekten senkes (med intelligent styring) når de naturlige drivkrefter øker, slik at summen av de naturlige og mekaniske drivkrefter er 6

9 Kap. 1. Hva er bygningsintegrert ventilasjon? Figur 1.2 Eksempel på aktiv naturlig ventilasjon tilstrekkelig til enhver tid, eventuelt slås viften av når de naturlige drivkreftene alene er tilstrekkelige for å opprettholde ønsket luftomsetning og luftkvalitet. Hybrid ventilasjon er et forsøk på å utnytte de positive sidene ved både mekaniske og naturlige ventilasjonsløsninger, og ligger i krysningspunktet mellom trendene i den teknologiske utviklingen av begge løsningene: Mens den teknologiske utviklingen av mekanisk ventilasjon nå går mot lavere trykkfall, automatikk for bedre behovsstyring, og alternativer til mekanisk kjøling, har naturlig ventilasjon derimot blitt mer teknologiintensiv med bl.a. behovsstyring og hjelpevifter for mer kontrollert styring av lufting. Hybrid ventilasjonssystemer karakteriseres generelt med følgende egenskaper: 1. Luftføring og ev. luftbehandling er i større eller mindre grad integrert i, og utnytter, selve bygningskroppen. Eventuelle eksponerte flater i tunge materialer bidrar til passiv kjøling. 2. Ventilasjonsanlegget er utført som et lavtrykktapsanlegg, dvs. at trykkfallene i luftføringsveiene, i lufttilførselsåpninger og over luftbehandlingskomponentene er minimert. 3. Bevisst utnyttelse av de naturlige drivkrefter (vind og temperaturforskjeller), i større eller mindre grad. Dette påvirker bygningsutforming. Punkt 1. er ofte en forutsetning for å oppnå lave trykkfall (Punkt 2.) som igjen er nødvendig for at man skal kunne utnytte naturlige drivkrefter (Punkt 3.). Alle ventilasjonssystemer er bygningsintegrerte til en viss grad, men løsninger med hybrid ventilasjon er ofte i høy grad bygningsintegrert pga. ovennevnte egenskaper. Det finnes et bredt spekter av løsninger for hybrid ventilasjon, alt fra minimalistiske systemer (som opererer med ren naturlig ventilasjon nesten hele året bortsett for de varmeste sommerdager, når en hjelpevifte kan slås på manuelt) til løsninger som ligner mest på moderne balansert mekanisk ventilasjon med lav trykkfall (der de samme naturlige drivkrefter utgjør et minimalt bidrag, og god økonomi oppnås pga. varmegjenvinning og kontrollerte luftmengder, dvs. med behovsstyring og ingen overventilasjon forårsaket av variasjoner i naturlige drivkrefter). Se Figur 2.2. De fleste nye norske bygg med merkelappen hybrid ventilasjon har faktisk en god del arkitektoniske og tekniske kvaliteter som like godt kan utnyttes i bygninger med andre ventilasjonsprinsipper. Dette gjelder f.eks. behovsstyring med CO2-følere, fortrengningsventilasjon, store takhøyder, bruk av tunge lavemitterende materialer, og gode dagslysforhold. Hybrid ventilasjon er derfor bare en av mange valgfrie brikker i en større helhetsløsning for bygningsintegrert ventilasjon (Figur 1.1). Siden utnyttelse av naturlige drivkrefter ikke er den viktigste egenskapen ved et ventilasjonsanlegg, bør man gå bort fra utstrakt bruk av uttrykket hybrid ventilasjon som et fellesbetegnelse på alle egenskapene ved ventilasjonssystemet. Drivtrykk fra vind Vindtrykket øker kraftig med økende vindhastighet, men en vindhastighet i størrelse 4 m/s gir, maksimalt utnyttet, et drivtrykk lik 20 Pa. De fleste steder i innlandet erfares at vindhastigheten i lange perioder er under 2 m/s, og da blir utbyttet maksimalt 5 Pa. Tilgjengelige drivkrefter fra vind må utnyttes ved plassering av ventilasjonsåpninger slik at vindens fart utnyttes for å skape både overtrykk i tilluftsåpningen og undertrykk i avtrekksåpningen. Skorsteinseffekten : Drivtrykk fra termisk oppdrift Trykket skapt av termisk oppdrift øker med økende temperaturdifferanse mellom inne og ute og med høydeforskjellen mellom tillufts- og avkastsåpning. Med for eksempel 20 C temperaturdifferanse og 8 m høydeforskjell mellom tilluft- og avkaståpningene, blir drivtrykket ca 7 Pa. Infiltrasjon og eksfiltrasjon I enhver bygning oppstår infiltrasjon og eksfiltrasjon (inn- og utstrømning) av luft gjennom omhyllingsflaten. Graden av luftskifte beror på lekkasjeåpningenes karakteristika og plassering, drivtrykkenes styrke og bygningens lokalisering lokalt og regionalt \1\. Vil utnyttelse av naturlige drivkrefter føre til lavere energiforbruk? Det tilgjengelige naturlige drivtrykket for ventilasjon av en bygning, med basis i oppdrift og vind, er normalt i størrelse 5~15 Pa, sjelden over 30 Pa. Figur 1.3 viser varighetskurver for naturlig drivtrykk (vind pluss skorsteinseffekten) i 6 norske byer, for en 10 m høy bygning. Til tider kan drivtrykket forsvinne helt. I noen situasjoner kan endog drivtrykket bli negativt slik at uteluft strømmer inn gjennom en tiltenkt avkastsåpning. På værharde steder må et ventilasjonssystem som utnyt- 7

10 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder besparelsen i vifteenergi bli mindre enn økningen i ventilasjonsvarmetapet pga. lavere varmegjenvinning det totale energiforbrukt blir større (trykktapet gjennom et ventilasjonssystem kan selvfølgelig reduseres ved å tilpasse andre komponenter enn varmegjenvinneren). Dette kan aksepteres hvis målet er elkonvertering (dvs. å benytte fornybar energi, fjernvarme, o.l. i større grad); kun da vil det svare seg å redusere trykkfallet i vesentlig grad selv hvis varmegjenvinning blir dårligere eller fjernet helt. Dette er en av tankene bak flere bygg med naturlig ventilasjon. Hvorfor bygningsintegrerte ventilasjonsløsninger? Figur 1.3 Varighetskurve for naturlig drivtrykk (vind pluss skorsteinseffekten) forutsatt 10 m høydeforskjell og god utnyttelse av lokal vind. \47\ ter naturlige drivkrefter utformes for å unngå trekk og overventilasjon grunnet sterk vind. En drastisk reduksjon i trykkfallet gjennom luftveiene, sammenlignet med systemer for mekanisk ventilasjon, er derfor absolutt nødvendig dersom ventilasjonen skal baseres på naturlige drivkrefter. Vinduslufting er det enkleste eksempelet på at slike løsninger virker effektivt for å få til utskifting av luften i et rom. Trykkfall og vifteeffekt i et mekanisk ventilasjonssystem kan reduseres betraktelig uten at man må ty til å utnytte naturlige drivkrefter i nevneverdig grad. I et naturlig ventilasjonssystem skyldes nemlig 99% av besparelsen i vifteenergi at man har redusert trykktapet i forhold til et vanlig ventilasjonssystem; det resterende 1% er bidraget fra naturlige drivtrykk (som i et skolebygg utgjør ca. 1 kr/år per elev i reduserte utgifter til viftedrift). Naturlige drivkrefter er tilstede i alle bygg, også de som ikke benytter dette bevisst det er derfor et fornuftig prinsipp ved alle bygg å ta hensyn til bl.a. fremherskende vindretning ved f.eks. utforming og plassering av luftinntak og avkast. Lavtrykktapsventilasjon er derfor egentlig en mer korrekt betegnelse enn begrepet hybrid ventilasjon. Det er en myte at man totalt sett sparer energi ved å benytte naturlige drivkrefter: Det totale energibehovet til ventilasjon er avhengig av flere forhold (f.eks. kvalitet på utførelse, og driftsforhold) som ikke er betinget av valg av ventilasjonsprinsipp. Varmegjenvinnere med lavere trykktap har generelt sett også lavere virkningsgrad, forutsatt samme strømningstverrsnitt. Derfor dersom trykkfallet et ventilasjonssystem reduseres på bekostning av en eventuell varmegjenvinners virkningsgrad, kan Det verste og det beste fra mekanisk ventilasjon Dårlig prosjekterte, utførte og vedlikeholdte ventilasjonsanlegg, uansett type, kan bidra til dårlig innemiljø, såkalt Sick Building Syndrom (SBS), og høyt energibruk. Konvensjonell mekanisk balansert ventilasjon, særlig de med luftkondisjonering (mekanisk kjøling) har av enkelte blitt assosiert med ovennevnte problemer. Nyere inneklimaforskning viser at oppfattet luftkvalitet kan reduseres gjennom ventilasjonssystemet, særlig over filter \28\26\, samt at mekanisk kjøling gir økt risiko for alvorlige helseplager blant byggets brukere \27\. I tillegg gir mekanisk kjøling et høyt forbruk av elektrisk energi, og en uheldig løsning eller slett tilsyn kan øke risiko for legionellaspredning eller utslipp av kjølemedium/klimagass. En medvirkende årsak til de ovennevnte problemer er trolig at anleggene er kompakte, ute av syne og noen er vanskelig tilgjengelige for renhold. Problematisk inspeksjon og rengjøring av kanaler er nok det viktigste ankepunktet. Imidlertid er det mange gode sider ved moderne anlegg for mekanisk ventilasjon som kan utnyttes. Den sentrale egenskapen er at ventilasjon er kontrollert. En annen god egenskap er varmegjenvinning fra avtrekksluften. I tillegg kommer muligheten for behovstyring av ventilasjonen for å sikre luftkvaliteten gjennom fyringssesongen og for å sikre kjøling med ventilasjonsluft når slike behov oppstår. Mekanisk ventilasjon leverer selvfølgelig en gitt ventilasjonsluftmengde uavhengig av usikre naturlige drivkrefter. Alternativt, ved bruk av automatikk for behovsstyring (f.eks. CO 2 og temperatur følere) er ventilasjonssystemet selvinnregulerende. Som resultat av et vellykket integrert byggeprosess er det selvfølgelig mulig å tilvirke rimelige konvensjonelle balanserte ventilasjonsløsninger som tilfredsstiller alle nåværende krav til både luftkvalitet, støy, energieffektivitet, og fleksibilitet. Et eksempel på dette er Munkerud skole, et lavt trykktapsanlegg (SFP < 1.5 kw/m³/s) med varmegjenvinning (82% virkningsgrad) \35\. Krav til luftkvalitet opprettholdes uavhengig av utetemperaturen, og luften tilføres på en trekkfri måte med et støy- 8

11 Kap. 1. Hva er bygningsintegrert ventilasjon? nivå som er innenfor forskriftskravet på 32 db(a) i alle klasserom. Dessverre er det fortsatt for mange anlegg som prosjekteres og leveres med en lavere standard enn denne skolen. Fordeler og ulemper med ren naturlig ventilasjon Som en motreaksjon på ovennevnte risikofaktorer, har enkelte miljøer de siste årene fokusert på aktiv naturlig ventilasjon, eller bare naturlig ventilasjon som det blir kalt når infiltrasjonen er ubetydelig. Det har flere påståtte fordeler: Den er generelt enklere og mer robust enn konvensjonelle mekaniske anlegg. Den medfører, i sin enkleste form, lave installasjonskostnader. Imidlertid ser det ut for at grensene for at det føles for varmt kan utvides noe ved at brukere selv kan styre ventilasjonen etter behov (f.eks. åpne vindu), riktignok innenfor de begrensinger som bygningen, det ytre miljø og brukeren selv utgjør. Dette gjør at brukerne kan tilpasse seg forholdene i de perioder utetemperaturen er høy. I tillegg er enkle naturlige ventilasjonsløsninger lite plasskrevende, det oppstår ingen støy fra vifter, og luftveiene er enkle å inspisere og rengjøre. Dessuten kan mennesker trives mer i miljøer som er noe dynamisk (forutsatt de kan tilpasse seg til påkjenningene ved f.eks. å åpne/lukke et vindu) enn i miljøer med statiske forhold og ingen mulighet for å påvirke inneklimaet (f.eks. lokaler med luftkondisjonering og strenge temperaturkrav, med vinduer som ikke kan åpnes) \31\. I skoler er lav entalpi (lav temperatur og fuktighet) avgjørende for godt læringsmiljø sval temperatur og lav fuktighet kan innvirke på oppfattet inneklima og læringsmiljø mer enn luftmengder luften oppleves som friskere \29\. Dog bør ikke luftfuktigheten senke særlig under ca 25% \37\. Slik kunnskap åpner for spennende løsninger i lokaler med stor personbelastning, eller varmeproduksjon. Det er også viktig å skape løsninger med lav risiko for helsefarlig mikrobiell vekst. En metode er å ha oversiktlige og renholdsvennlige tilluftsveier med et minimum av komponenter, slik at tilfredsstillende vedlikehold kan gjennomføres til lav kostnad uten spesialkompetanse og spesielt utstyr. Imidlertid er det også klare ulemper ved ren naturlig ventilasjon (vinduslufting ev. kombinert med sensorer og automatikk for styring av luker): Det er kjent at ren naturlig ventilasjon gir mindre stabile luftmengder, med periodevis lavere luftkvalitet og termisk komfort, eventuelt høyt energiforbruk til oppvarming. Det blir et betydelig varmetap dersom normale ventilasjonsluftmengder skal opprettholdes ved lave utetemperaturer alternativt vil luftkvaliteten, inklusiv fuktinnhold, komme utenfor akseptable grenser. I noen bygg er dette problemet forsøkt redusert med automatikk for temperaturkompensasjon av luftmengder, såkalt årstidstilpasset ventilasjon. (Se rammen side 12). Avhengig av værforhold oppstår det lett trekk i oppholdssonen pga. lav lufttemperatur og høy lufthastighet Overhøring av støy mellom rom og utenfra Vinduer blir avglemt i åpen stilling Utilsiktet gjennomtrekk ved vind og oppdrift, spesielt ved mange etasjer. Partikler bringes med uteluften til pustesonen og avsettes på flater Brukere, som også fungerer som sensorer, styrer ventilasjonen hovedsakelig basert på den termiske opplevelsen, ikke basert på sann luftkvalitet Utnytting av vindskapt overtrykk på tilluftssiden medfører ofte fukttilførsel ved nedbør Tross de ovennevnte ulempene, ble det på 90-tallet reist over 100 bygg (mest skoler) i Sverige med naturlig ventilasjon. Disse har få, og eksponerte, ventilasjonskomponenter i håpet om å få til bygg som er lettere å holde ren, og er mindre påvirket av slett vedlikehold (ingen filter eller forvarmebatteri, noen har tilluftskulvert, det forventes at læreren styrer lufting manuelt, noen har enkel motorisert åpning av luker avhengig av romtemperatur, ev. hjelpevifte for bruk mot overoppheting om sommeren). Erfaringen fra disse har frembrakt spørsmål om ventilasjonsbehov kan opprettholdes i de lange perioder av året med svak drivtrykk. Derfor har vi siden slutten på 90-tallet sett en mer avbalansert tilnærming, både i Sverige og i Norge. Hybride løsninger I Norge er det bare et håndfull nye skolebygg som utnytter naturlig ventilasjon i større eller mindre grad; de innehar generelt flere ventilasjonskomponenter (bl.a. forvarming/gjenvinning og vifter, ev. filter) og automatikk for behovsstyring, for å sikre bedre kontroll av inneklimaet. Tanken bak konseptet hybrid ventilasjon er å utnytte fordelene ved begge ovennevnte ventilasjonsstrategier i ett og samme system, og dermed åpner for nye muligheter for videre optimalisering og forbedring av den generelle kvaliteten på ventilasjon i bygget. Noen påståtte egenskaper er: God styring av inneklimaforhold (både brukerstyring og automatisk), også når de naturlige drivkreftene er for svake. Potensielt stillegående under deler av året. Også under viftedrift, kan støynivået potensielt være lavere enn for vanlig mekanisk ventilasjon. Mulighet for tilfredsstillende energiforbruk vha. tiltak som behovsstyring og varmegjenvinning. Installasjonene er enklere, og synliggjort i større eller mindre grad, noe som letter renhold og sannsynliggjør bedre vedlikehold. Det henvises til Kap.2 for foreløpige svar på om bygningene har levd opp til forventningene. Slutning Mange, ja de aller fleste, av fordelene med integrert prosjektgjennomføring er uavhengig av valg av ventilasjonsløsning. Bygningsintegrert ventilasjon må derfor ikke bli et mål i seg selv. Godt inneklima er målet og energi er middelet, men energibruken i bygninger må på sikt komme innenfor rammer gitt av bærekraftig utvikling. 9

12 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder Et konkret eksempel er passive løsninger for kjøling. Et vanlig problem i næringsbygg og skolebygg er overoppheting om sommeren, noe som bare delvis kan skyldes mangelfull ventilasjon. En vellykket løsning på problemstillingen krever en helhetlig koordinering mellom de arkitektoniske, bygningstekniske og installasjonstekniske løsninger, for å oppnå et godt inneklima med lavest mulig LCC og miljøpåvirkning, innenfor de gjeldende rammebetingelser. Dette sikrer bl.a. at den endelige valgte ventilasjonsløsningen blir den beste. Bedre utnyttelse av termisk masse (f.eks. tilluftskulvert) er bare en av mange mulige bidrag til en løsning for et enkelt bygg. lite å gjøre med hvilke ventilasjonsprinsipp som er valgt, men er forårsaket av mangelfull prosjektering, montering eller vedlikehold. Alle ventilasjonssystemer kan rammes i større eller mindre grad av et slik problem. Det er fortsatt ubesvarte spørsmål, spesielt i forhold til kunnskap om FDVU- og innemiljøegenskapene ved de alternative løsninger for bygningsintegrert ventilasjon. Vi håper at videre forskning på dette, innenfor rammen av integrerte byggeprosesser, vil synliggjøre elementer som fortjener å bli en del av morgendagens energieffektive klimasystem. Et annet eksempel er årsaker til SBS. Der dette skyldes fuktinntregning i luftinntak, er dette et problem som har 10

13 2 Erfaringer med bygningsintegrert ventilasjon i Norge Ulike systemtyper i Norge Norge har minst 25 nye bygg med bygningsintegrert ventilasjon der man har valgt en løsning med svært lavt trykkfall, som utnytter naturlige drivkrefter i større eller mindre grad (Figur 2.1). Flere er under prosjektering. De aller fleste er skoler; noen få er helsebygg, og det finnes minst ett kontorbygg. Vedlegg A beskriver noen av disse. Tabell A.1 (side 63) oppsummerer egenskapene ved bygningene. Til tross for at det er et stort spekter av løsninger, finnes det noen fellestrekk ved mange av bygningene: For de fleste bygg var godt innemiljø en høy prioritet ved prosjektering. I de fleste tilfeller er det forsøkt benyttet sunne materialer og gode dagslysforhold. Over 70% av bygningene har tilluftskulvert. Det er utpreget bruk av automatikk. Flere av byggene har derfor SD-anlegg. Mange har en form for automatisk behovsstyring av luftmengde, basert på f.eks. CO 2 og temperatur følere. Figur 2.1 Plassering av norske bygg med bygningsintegrert ventilasjon Luftdistribusjon er ofte utformet for å gi en form for fortrengningsventilasjon (uten å bruke standard fortrengningsdon) kombinert med litt større takhøyder enn vanlig, for i gi høyere ventilasjonseffektivitet. Alle har selvfølgelig viftedrift av en eller annen form, alt fra løsninger som krever kontinuerlig drift av balanserte vifter, til løsninger en sikkerhetsvifte som kan slås på manuelt om sommeren. Nesten alle bygningene utnytter skorsteinseffekten. Generelt er løsningene utformet for å redusere uheldig vindpåvirkning. Borhaug barnehage, for eksempel, (side 56) er svært værutsatt, og luftinntak og avkast er utformet for å begrense uønsket trekk og overventilering. Karakterisering av systemer Det er mange måter å klassifisere bygningsintegrerte ventilasjonssystemer på. En viktig parameter er trykktap, dvs. i hvilken grad løsningen er avhengig av naturlige drivkrefter. Systemer kan inndeles avhengig av hvor de ligger på spekteret mellom ren naturlig og ren mekanisk ventilasjon (Figur 2.2). Følgende tre hovedinndelinger kan benyttes \4\: Naturlig ventilasjon med hjelpevifter: Dette prinsippet er basert på hovedsakelig naturlige drivkrefter, men er supplert med tillufts- eller avtrekksvifte som kjøres ved behov (se også beskrivelse av svensk og dansk modell under). Naturlig og mekanisk ventilasjon: Dette prinsippet er basert på to autonome systemer, et naturlig ventilasjonssystem og et mekanisk ventilasjonssystem, hvor et styringssystem skifter mellom de to systemene, eller hvor et system brukes til et formål, og det andre for et annet formål. Dette kan f.eks. være at det naturlige ventilasjonssystemet kjøres vår og høst, og at det mekaniske ventilasjonssystemet kjøres vinter og sommer. Et annet eksempel er at det mekaniske ventilasjonsanlegget brukes i vanlig brukstid, mens det naturlige ventilasjonssystemet brukes til nattkjøling. (se også beskrivelse av tysk modell). Mekanisk ventilasjon med naturlig assistanse: Dette prinsippet er et lavtrykktaps mekanisk ventilasjonsanlegg som ideelt sett skal utnytte naturlige drivkrefter i den grad det svarer seg å gjøre (se også beskrivelse av norsk og finsk modell). 11

14 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder naturlig ventilasjon med hjelpevifter naturlig og mekanisk ventilasjon mekanisk ventilasjon med naturlig assistanse ren naturlig ren mekanisk Svensk modell Vifteassistert naturlig ventilasjon med passiv luftbehandling i kulvert. Ingen posefilter eller gjenvinning. Kun tilluftsvifte. Dansk modell Distribuert lufttilførsel direkte fra fasade. Ingen filter. Kun avtrekksvifter. Tysk modell Forvarmet tilluft via fasaden eller atrium. Normalt kun avtrekksvifte. Norsk modell Balansert hybrid ventilasjon med bygningsintegrerte HVAC komponenter. Gjenvinning. Filter. Opsjonelt en kulvert e.l. Finsk modell Balansert lavtrykktaps system med veldig lav SFP kompakt - aggregat (gjenvinning, filtrering). Ikke nødvendigvis kulvert, men kan utnytte bygningens termiske masse Figur 2.2 Illustrasjon av spekteret av forskjellige typer hybrid ventilasjon. Bygnings integrerte ventilasjons systemer kan inndeles avhengig av sin plassering på skalaen fra ren naturlig til ren mekanisk ventilasjon. Systemer som er nærmere den høyere enden av skalaen kjennetegnes med flere men mer kompakte komponenter, f.eks. gjenvinner og filter, og dermed høyere trykkfall. De 5 typer under skalaen er beskrevet i Kap.4 f.om. side 26. Systemer som er aktuelle i Norge Tabell 2.1 lister konsepter/prinsipper vi anser som aktuelle løsninger for norske forhold, med særlig fokus på hvordan luften behandles og tilføres bygningen. Oppdelingen i konsepter er basert på allerede bygde eller prosjekterte bygg med hybride/ bygnings integrerte ventilasjons anlegg i Sverige, Norge, og Finland (sammenlignbare klima), men også løsninger som har blitt benyttet i Danmark og Tyskland, som har et mildere klima enn de fleste steder i Norge. Vi har derfor delt inn i fire ulike konsepter, med navn etter hvor de har størst utbredelse eller har sin opprinnelse. Disse fem konsepter er beskrevet i Kap.4. (side 26). I Norge finnes det to konkurrerende generelle tilnærminger til problemstillingen om å oppnå lav energiforbruk i bygg med bygningsintegrert ventilasjon, varmegjenvinning og årstidstilpassing. Varmegjenvinning utgjør et større trykktap, men potensielt et lavere energiforbruk. Se rammen til høyre. Mange bygg faller ett sted mellom de to gruppene, dvs. bruker elementer fra begge. De to konkurrerende typer bygningsintegrert ventilasjon i Norge Årstidstilpasset ventilasjon De fleste norske bygninger med såkalt hybrid ventilasjon har ingen varmegjenvinning eller avtrekksvarmepumpe. Dette konseptet er importert fra tidligere skoler i Sverige, se side 27. Løsningen utnytter kunnskap om at lav temperatur normalt betyr god oppfattet luftkvalitet. I praksis betyr dette reduserte luftmengder på kalde dager ved å tilpasse seg denne varme produksjonen i lokalet slik at man i større eller mindre grad reduserer behovet for varmegjenvinning. Luftmengder vinterstid kan enten styres alene av varmeproduksjon fra brukerne (dvs. ingen automatikk), eller ved hjelp av utetemperatur føler eller innetemperatur og/eller CO 2 -føler. Konseptet kombineres ofte med tilluftskulvert, som kan bidra med meget begrenset forvarming (tilluftskulvert kan ikke svare seg økonomisk ut i fra den begrensede forvarmingen, men er imidlertid attraktiv for passiv kjøling, se side 43). Ideen har vist seg å være attraktiv fordi den kan resultere i lavere vedlikeholdsintensitet. De har lavere trykkfall og kan drives mesteparten av året uten behov for drift av hjelpeviftene. Varmegjenvinning Tre hovedtyper varmegjenvinningssystemer har blitt demonstrert: luft/luft varmegjenvinning, luft/vann varmegjenvinning, og dynamisk isolasjon (de siste to i samme bygg). Disse systemer utgjør en større trykktap, noe som innebærer at viftene er vanligvis i kontinuerlig drift når bygningen er okkupert, assistert med naturlige drivkrefter. Disse bygninger har som regel CO 2 -følere for behovsstyring av luftmengden, og temperaturfølere for styring av forsering for sommerkjøling. Denne løsningen har svært mye felles med konvensjonelle balanserte mekaniske ventilasjonssystemer. Kombinasjonen behovsstyring og varmegjenvinning (forutsatt god virkningsgrad) gjør at lav energiforbruk kan oppnås. Både den norske modellen og finske modellen følger dette prinsippet. 12

15 Kap. 2. Erfaringer med bygningsintegrert ventilasjon i Norge Konsept Svensk modell Dansk modell Tysk modell Norsk modell Finsk modell Eksempler på bygg Gjerde skole, Frei skole, Jaer skole, Klokkeråsen skole, Sem skole, Lister sykehus, Kvernhuset skole, Fredkullaskolan i Kungselv, Risbergsskolan i Malmø Presterød ungdomsskole, Revetal u.skole, Tangå skole i Sverige, Bang&Olufsen HQ og Pihl&Søhn i Danmark Bertol Brechts gymnasium, Stadttor Düsseldorf, RWE Essen, alle i Tyskland Grong barneskole, Tredal barneskole, Kampen skole, Kvadraturen skole Kvarterhus Poikkiloakso i Finland, Bygning 64 på Akershus festning Oslo Tabell 2.1 Bygg som er bygd eller er under oppføring, kategorisert etter de fem ulike modellene definert i Figur 2.2 og Kap.4. f.o.m. side 26. De norske eksempelbygg er beskrevet i Vedlegg A (side 51); de utenlandske er beskrevet i \4\. Tabell 4.1 (side 40) gir en vurdering av de ulike konseptene: ut fra beliggenhet, hvilke type bygg det er, og hvilke forventninger det er til bygget. Oppfølging ungdomsskoler har en generell mer kritisk holdning enn barneskolebarn. Mer omfattende spørreundersøkelser vil derfor være nødvendig i fremtiden. All ovennevnt dokumentasjon er tilgjengelig på nett \38\. I regi av ØkoBygg er det utført detaljerte oppfølgingsprosjekter for to skolebygg, Grong barneskole (Norsk modell, \14\) og Jaer skole (Svensk modell \15\). Disse har fokusert på innemiljøforhold og energiforbruk. Videre har øvrige Norske bygg med bygningsintegrert ventilasjon blitt følgt opp ved å innhente generelle opplysninger om bl.a. kostnader, energiforbruk og driftserfaringer \38\. Det har også blitt utført flere spørreundersøkelser, mest nevneverdig i en hovedoppgave ved NTNU \16\. Sistnevnte omfattet også skoler med vanlig moderne balansert kanalbasert ventilasjon. Disse ble valgt for å ha en tilsvarende alder på elevene/bygget og utendørs miljø som skolene i undersøkelsen med bygningsintegrert ventilasjon. Referanseskolene var: Bratsberg skole (ny 1999, sør for Trondheim), Grong ungdomsskole (nyopppusset 1999), Hvalstad skole (ny 1999, Asker), Løkeberg skole (ny 1998, Bærum), Nordberg (Oslo). Spørreundersøkelsene ble utført i februar/mars slik at ventilasjonssystemer med mye termisk masse i luftveiene ikke fikk noen fordel i forhold til resulterende inneklima, slik de kan ha i sommerhalvåret. Figur 2.3 neste side viser tilbakemeldingene fra spørsmålene om helsetilstand (bare symptomer som kan skyldes innemiljøforhold). Figur 2.4 viser tilbakemeldinger fra spørsmål om innemiljøplager. Analyser basert på spørreundersøkelser vil aldri gi mer enn indikasjoner de er ofte ikke egnet til å finne generelt gjeldende sannheter. Ikke minst er undersøkelsen i meget stor grad påvirket av ulike psykososiale faktorer hos barna ved de forskjellige skoler, som f.eks. disiplinforhold, og ikke minst holdninger ved sin skole. Barna i skoler med bygningsintegrert ventilasjon kan trolig bli påvirket til å tro at innemiljøet skal være meget bra, og har derfor en høyere grense for å svare negativt. Da flere av de hybride skolebygg er tilbygg til eldre bygg som ikke nødvendigvis holder dagens innemiljøkrav, har elevene en annen referanse til hvordan innemiljøet kan være. En annen viktig faktor er at elever på Innemiljø Luftkvalitet Ved nesten samtlige bygninger med bygningsintegrert ventilasjon er det meldt tilfredsstillhet ved luftkvaliteten. På Grong er CO 2 konsentrasjonen under 1000 ppm 95% av tiden i okkuperte klasserom. Tilsvarende tall for Jaer skole er 86% ved utetemperaturer over 10 C skolen har årstidstilpasset ventilasjon, og styringssystemet ble etterjustert for å redusere for høy energiforbruk. Til gjengjeld har elevene ved Jaer tilsynelatende vist størst tilfredshet med innemiljøet blant alle skolene (7.6% i Figur 2.4). Elever ved de tre barneskolene av svensk modell i undersøkelsen (Frei, Gjerde, Jaer) viste totalt sett noe færre oppgitte helsesymptomer (Figur 2.3) og merkbart færre oppgitte innemiljøplager (Figur 2.4) enn andre skoletyper. Dette kan skyldes mange forhold, og skal ikke tolkes som en generell gjeldende sannhet for en spesifikk type bygningsintegrert ventilasjon. Det er forsøkt å analysere statistikk fra spørreundersøkelsene (Figur 2.3, Figur 2.4), med noen kulvertbaserte skoler med og uten filter, og noen skoler med forenklet tilluftssystem som trekker inn ufiltrert luft direkte fra vegg (dansk modell), for å se om det er signifikante forskjeller vedrørende inneklima som ikke åpenbart skyldes utenforliggende forhold. Foreløpig analyse indikerer at bruk av tilluftsfilter kan være en negativ innemiljøfaktor dette kan være en medvirkende faktor for at skolene med det svenske prinsippet viser tilsynelatende størst tilfredshet. Sistnevnte skoler har heller ikke statistisk signifikant større forekomst av astma/allergi blant barna. Tilluftsløsning uten filter forutsetter at en utførelsen ikke medfører andre negative konsekvenser, f.eks. ble det registrert fukt og mikrobiologiske spor i kanalene på skole med tilluft fra vegg (dansk modell). 13

16 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder Ungdomsskole mekanisk hybrid (dansk type) uten filter Er du trett? Er du tung i hodet? Har du hodepine? Er du svimmel eller ør i hodet? Har du problemer med å konsentrere deg? Barneskole mekanisk hybrid (svensk type) uten filter* hybrid (norsk type) med filter Har du kløe eller svie i øynene? Er du hes eller tørr i halsen? Har du rennende eller tett nese? Har du hoste? Er du forkjølet? Klør det i ansiktet eller på hendene? Er du kvalm eller uvel på annen måte? 0 % 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % BSI (bygnings-retalert symptom indeks); 0%=best, 100%=verst Figur 2.3 Bygningsrelatert symptom indeks (BSI) sammenlagt fra 12 spørsmål. Skolene er samlet her i 5 grupper avhengig av type ventilasjonsløsning og barnas alder (barneskole eller ungdomsskole). Hver elev fyller ut tre ganger over en 11 2 ukers periode. For hver spørsmål svarer eleven ja eller nei for nåværende situasjon. Et summert BSI på 100% betyr at alle barna i den bygningsgruppen svarte alle tre ganger at de opplevde alle 12 symptomer. Variasjonen mellom de enkelte skolene i hver gruppe er vist som H på enden av hver stolpe. N=1430 returnerte spørreskjemaer fra følgende 12 norske skoler: - Ungdomsskoler med moderne vanlig mekanisk ventilasjon: Grong og Nordberg ungdomsskoler - Ungdomsskole med dansk type bygningsintegrert ventilasjon uten filtrering: Presterød og Revetal skoler - Barneskoler med moderne vanlig mekanisk ventilasjon: Bratsberg, Hvalstad og Løkeberg barneskoler - Barneskoler med svensk type bygningsintegrert ventilasjon uten posefilter: Frei, Gjerde og Jaer barneskoler - Barneskoler med norsk type bygningsintegrert ventiiasjon med posefilter: Grong og Tredal barneskoler (* Frei barneskole har elektrostatisk filter). Ungdomsskole Barneskole mekanisk hybrid (dansk type) uten filter mekanisk hybrid (svensk type) uten filter* hybrid (norsk type) med filter Er det for varmt? Er det plagsom varme fra varmeovn? Er det plagsom varme fra sola? Er det for kaldt? Føler du trekk på føtter eller i nakken? Er du plaget av skiftende temperatur i rommet? Er det tung eller dårlig luft? Kjennes lufta for tørr? Er det ubehagelig lukt? Er det vanskelig å høre det som blir sagt i klasserommet? Er det forstyrrende støy fra elever eller lærere i klassen? Er det forstyrrende støy fra elever eller lærere i andre rom? Er det forstyrrende bråk utendørs? Er det forstyrrende susing eller dur fra ventilasjon eller annet? Er ikke det godt nok lys på arbeidsplassen din? Er det gjennskinn fra tavla? Er det plagsomt lys fra sola? Har du fått elektrisk støt ved berøring av noe? Er ikke det rent nok? 0 % 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % Innemiljøproblem indeks; 0%=best, 100%=verst Figur 2.4 Forekomsten av innemiljøproblemer, sammenlagt fra 19 spørsmål (N=1430 returnerte spørreskjemaer fra 12 norske skoler). Se også figurteksten ovenfor. 14

17 Kap. 2. Erfaringer med bygningsintegrert ventilasjon i Norge Ventilasjonssystemer med konvensjonell kanalføring må uansett ha tilluftsfilter for å beskytte komponenter og kanaler mot nedsmussing. Behovsstyring av luftmengder Ved både Jaer og Grong barneskoler ble det bekreftet at kombinasjonen fortrengningsventilasjon og behovsstyring gjør at luftkvalitetskravet i løpet av en normal klassetime kan tilfredstilles med ca. halvparten av byggets total designluftmengde (dvs. luftmengden ved vanlig CAV og omrøringsventilasjon). Det at disse skolene har noe større takhøyde kan være en medvirkende faktor. Ventilasjonssystemene ved disse skole er uansett dimensjonert med samme luftmengdekapasitet iht. forskriftene som ved et vanlig mekanisk ventilasjonsanlegg. Bruk av SD-anlegg gjør at luftkvalitet (f.eks. CO 2 -settpunkt) lettvint kan justeres. Termisk komfort Bygningene har moderne styringssystemer som gir generelt god temperaturstyring. Det har blitt rapportert om trekkproblemer i flere bygninger der bruktluft evakueres direkte fra hvert rom gjennom forholdsvis åpne lanterniner o.l. Skolene med forenklet tilluftsprinsipp (Presterød og Revetal) har statistisk signifikant større trekkproblemer enn skolene med vanlig mekanisk ventilasjon dette skyldes at uoppvarmet uteluft slippes direkte inn på taknivå. Utnyttelse av termisk masse Egenskapene ved kulvertene på Grong barneskole og Jaer skole har blitt målt over lang tid, og bekrefter en vesenlig kjøleeffekt i sommerhalvåret (side 43). Dette innebærer ventilasjon også om sommernetter (med naturlige drivkrefter) for å kjøle ned kulverten og bygget. Med henvisning til målingene på Grong barneskole, situasjonen vist Figur A.2 (side 58), vil utelukkende bruk av vinduslufting med stort åpningsareal, ha medført en lufttemperatur i størrelse 30 C i klasserommene hvis bygningen er en lett konstruksjon. Ren naturlig ventilasjon ville derfor ikke være et fullgodt alternativ. Det finnes nok noen eldre bygninger med god solavskjerming, stor innvendig termisk masse og store romvolum som vil kunne framby godt termisk klima når ventilasjonsraten er lav, men slike bygninger anses det ikke realistisk å bygge med dagens kostnadsnivå. I ovennevnte situasjon ville konvensjonell mekanisk ventilasjon, uten bygningsintegrering, typisk ført til lufttemperatur over 30 C i klasserommene uten mekanisk kjøling. Dette er den vanlige situasjonen for skolebygninger oppført de siste 20 år. Med dagens krav til inneklima, tyr man ofte til installasjon av mekanisk kjøling i konvensjonelle moderne ventilasjonssystemer, for å oppnå tilfredstillende klimaforhold. Men ved klok utnyttelse av termisk masse (f.eks. tilluftskulvert) kan altså mekanisk kjøling elimineres slik at betydelige mengder elektrisk energi kan spares. Kulverter er hovedsakelig et kjøletiltak; de yter et meget begrenset forvarming om vinteren. En plasstøpt betongkulvert med høyde 2,1 m og bredde 1,0~1,5 m koster ca ~ kr/meter. Med høyde 2,7 m og bredde 3,0 m blir kostnaden kr/meter. Kostnaden dobles hvis kulverten ligger under grunnvansstand. Denne kostnaden er høy i forhold til de energimessige gevinster (vinterdrift) og inneklima/ temperatur messige forbedringer som kan oppnås om sommeren. Andre forhold som enkel tilkomst for rengjøring, sedimentering av støv og pollen, osv. er positive faktorer som må medtas i vurderingen. Utover det å distribuere ventilasjonsluft, er kulverten egentlig å betrakte som en utvidelse av byggets termiske masse, som først og fremst kommer bygget til gode om sommeren. Det kan være rasjonelt å heller utnytte den iboende termisk massen i bygningens struktur enn å bygge kulvert det er estimert at i Nordeuropeiske land, kan en ved hjelp av nattventilasjon redusere den maksimale innendørs temperaturen om sommeren med 2~3 C i en typisk næringsbygg, eller 6~ 8 C under den maksimale utendørs temperatur. En mer avansert løsning er å integrere luftføring i gulvkonstruksjonen (forutsatt lettvint rengjøring) ett eksempel er Elizabeth Fry bygningen i England \36\, som har et energiforbruk på 89 kw/m² (hvorav halvparten strøm) og 2 kw/m³/s vifteeffekt. Brukerne er meget fornøyde. Et annet eksempel er Akershus festning bygning 64 (side 62), som er planlagt rehabilitert slik at korridorer og trappeoppgang utnyttes til føringsveier for tilluft. Sistnevnte løsning medfører lavere installasjonskostnad og mindre inngrep (kanaler), men vinduslufting bør unngås i fyringssesongen. Det er ennå ingen erfaringer med denne løsningen. Støy Det er noe mer klager på susing og dur fra ventilasjonsanleggene ved de hybride skolene. Det kan hende at vifter som skifter frekvens eller slår seg av og på, ev. motorer som styrer luker, er mer irriterende enn en jevn dur fra et mekanisk ventilasjonsanlegg, selv om støynivået målt i desibel er lavere. Prosjektering av fremtidige slike anlegg på være bevisst på dette potensielle problemet, med bl.a. anvendelse av komponenter som er mer tilpasset bruksområdet, ev. løsninger med støydempende egenskaper. FDVU Energiforbruk Figur 2.5 viser tilgjengelig energistatistikk for noen av skolebygningene på en fordelingskurve over spesifikk energiforbruk kwh/m² for 381 grunnskoler \17\. Energistatistikken viser meget stor spredning, men bekrefter 15

18 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder at det er mulig å oppnå normal energiforbruk uten kompromisser med hensyn til innemiljø. Det lave energiforbruket til Gjerde skole skyldes varmepumpe. Det lave energiforbruket på Frei skole skyldes trolig delvis den lave luftomsetningen. Figur 2.6 viser spesifikk energiforbruk per elev og arealeffektivitet, for skolene med tilgjengelige tall. Generelt for norske grunnskoler er det stor variasjon i tallene, mellom 1035 og kwh/elev, men gjennom snittet er 3636 kwh/elev og 17.3 m² oppvarmet areal pr elev \17\. Kostnader Figur 2.7 viser tilgjengelige tall for kostnader for bygg med hybrid ventilasjon, ev. naturlig ventilasjon. Huskostnadene (rød) er mer informative enn totale prosjektkostnader (grønn, som inkluderer utendørs arbeider), men vi har mottatt slike tall for bare få bygninger. De dyreste huskostnadene skyldes i stor grad arkitektoniske kvaliteter (f.eks. teglstein, store takhøyder), ikke nødvendigvis installasjonskostnader. Figur 2.5 Spesifikk energiforbruk (klimakorrigert) for 6 norske skoler med bygnings integrert ventilasjon, vist på en distribusjon over energiforbruk til 381 norske grunnskoler. Middelverdien for norske grunnskoler uten basseng er 191 kwh/m². (* betyr at bare en brøkdel av skolens oppvarmet areal har ny bygningsintegrert ventilasjon.) Når det gjelder investerings- og energikostnader, så er det klart at flere av de bygningsintegrerte løsninger ikke nødvendigvis medfører noe tydelig fremskritt. Driftsforhold Mange (ikke alle) av bygningene har hatt innkjøringsproblemer, så gode rutiner for overtagelse og oppfølging er veldig viktig for slike bygg. For generell veiledning om dette, se \11\og Kap.6 i \4\. Løsninger med forholdsvis åpne løsninger for evakuering av luft (f.eks. lanterniner) ofte har medført et visst problem med fukt/vanninntrengning. Man må bare erkjenne at det må benyttes bedre detaljer som samler vann som ledes ut på tak eller til sluk. Et gjennomgående problem med bygningene har vært innkjøringsproblemer med styringssystemene, som i de fleste tilfeller er skreddersydde løsninger. Bruk av SDanlegg tilrettelegger for bedre oversikt over funksjon, og muliggjør fjernkontroll over Internett. Figur 2.6 Spesifikk energiforbruk kwh/elev (klimakorrigert), og arealeffektivitet m²/elev. Formen av entreprise-kontrakter og underkontrakter kan ha store implikasjoner for utførelse av spesielt styringssystemer, ikke minst tiden som benyttes til kvalitetskontroll ved innregulering, overtagelse og innkjøring forsinkelser og kostnadsbesparelser kan føre til dårligere utførelse. Partnering kan tenkes å redusere dette problemet. Se Kap. 6. (side 44). En spørrerunde blant vaktmestere for bygg med bygningsintegrert ventilasjon, og som har hatt tidligere erfaring med drift av bygg med konvensjonell mekanisk ventilasjon, viste at omfanget av nødvendig vedlikeholdsarbeid for ventilasjonssystemets var ikke nevneverdig forskjellig fra et vanlig mekanisk ventilasjonssystem. Flere nevnte at kulvertens rengjøringsegenskaper var viktig. Figur 2.7 Oversikt over prosjektkostnader for 11 Norske bygninger med bygnings integrert ventilasjon (huskostnader i rødt) (år kroner). 16

19 Kap. 2. Erfaringer med bygningsintegrert ventilasjon i Norge Fleksibilitet / Levetid Bygningens fleksibilitet og elastisitet for å imøtekomme endrede brukerbehov har i liten grad blitt vurdert, men det kan være at dette representerer en større utfording ved bygningsintegrerte systemer. Samtidig har slike systemer ofte innebygget kapasitet til å takle ekstreme menneskeansamlinger i enkelte rom på grunn av sin behovsstyring og romslige luftføringsveier. Dette er selvfølgelig en egenskap som kan utnyttes med forskjellige ventilasjonsprinsipper. Trender Figur 2.8 viser størrelsen på eksisterende norske bygninger med bygningsintegrert ventilasjon (rød) og de som er under planlegging eller oppføring (grønn). Fra figuren ser vi at det bygges og planlegges stadig større bygninger med hybrid ventilasjon. Det indikerer at byggherrer tar sjansen på en slike bygningsintegrerte ventilasjonsløsninger i mer kompliserte bygninger, noe som antagelig skyldes at risikoen blir vurdert som liten basert på den erfaringen man til nå har opparbeidet. Selv om majoriteten av de pågående byggeprosjektene er skoler så er det også en økende interesse for å lage næringsbygg med slike løsninger. Den norske ventilasjonsbransjen opparbeider seg gradvis bedre kunnskap om hvordan man kan utforme pålitelige og kostnadseffektive lav-sfp ventilasjonssystemer som utnytter energieffektiv teknologi som behovsstyring, nattkjøling m.m. De klimatiske forhold i Norge begrenser (men ikke nødvendigvis utelukker) bruk av ren naturlig ventilasjon i moderne bygninger med normale inneklimabehov. Det er derfor ikke grunnlag for noe paradigmeskifte fra normal mekanisk ventilasjon til ren naturlig ventilasjon, men det kan tyde på at disse ekstreme systemvariantene er i ferd med å utvikle seg mot hverandre slik at energieffektive mekaniske ventilasjonssystemer med svært lav SFP blir den vanlige løsningen engang i fremtiden. m2 BTA Eksisterende bygg med bygningsintegrert ventilasjon Pågående prosjekter Bygning Figur 2.8 Størrelsen på bygninger med hybrid ventilasjon som er bygget (rød) og som er under oppføring eller planlegging (grønn). Oppsummering Utgangpunktet for ethvert bygg er å skape et ønsket innemiljø for brukerne. Videre skal bygning og klimatiseringsanlegg utformes slik at dette oppnås med minst mulig bruk av energi og miljøpåvirkninger sett i sammenheng med en livssyklusvurdering av alle utgifter. Godt innemiljø er et resultat av mange samkjørte tiltak. Mange av de positive kvalitetene ved norske bygg med bygningsintegrert ventilasjon kan derfor benyttes nesten uansett ventilasjonsprinsipp: tiltak mot for høye temperaturer (noe som kan lettere lar seg gjennomføre med en grad av bygningsintegrasjon): utnyttelse av termisk masse for passiv kjøling (f.eks. tillufskulvert) bedre temperaturstyring lavere vifteeffekt god luftkvalitet: utvalgte materialer med lav avgassing gode renholdsegenskaper og -rutiner tilfredsstillende luftskifte og god ventilasjonseffektivitet god dagslysforhold positiv holdning blant bygningens brukere Gjerde skole er et eksempel på at et bygningsintegrert systemløsning kan ha meget fornøyde brukere og lave driftsog investeringskostnader. Skolen har de laveste drifts- og investeringskostnadene av de skolene som er sammenlignet dette skyldes flere forhold, bl.a. et enkelt bygg med enkle velfungerende installasjoner og varmepumpe. Det er også funnet sterke indikasjoner som underbygger etablert kunnskap om at normale ventilasjonssystemer med posefilter kan ha en dårligere oppfattet luftkvalitet enn systemer uten posefilter, uten at man kan vite med sikkerhet i hvilken grad dette har påvirket de observerte forskjellene mellom skolene. Det er behov for ytterligere forskning for å klarlegge dette det kan godt være at annen filterteknologi, hyppigere filterskift m.m. ville gitt et annet resultat. Det er også en klar indikasjon på at man kan ha brukere som oppfatter inneklimaet som meget bra med relativt lave luftmengder (f.eks. Frei og Jaer skole), noe som bekrefter at det er flere viktige forhold, f.eks. sval oppfattet temperatur, som spiller inn på opplevd luftkvalitet. Også behovstyrt hybrid ventilasjon med varmegjenvinning kombinert med tilluftskulvert synes å være et prinsippielt attraktivt konsept for skolebygninger plassert på nesten et hvert sted i landet. Det er derimot ikke bekreftet forskjell på oppfattet luftkvalitet mellom tradisjonell mekanisk ventilasjon og de bygningsintegrerte løsninger med posefilter som så langt har blitt undersøkt. Det må poengteres at all bygningsintegrert ventilasjon krever mye arbeid med tilpasning og evaluering av løsningsalternativer. Imidlertid har vi tro på at det ekstra arbeidet som blir nedlagt i designprosessen er en meget lønnsom investering mht. produktivitet for brukerne og levetid for bygningen med ventilasjonssystem. 17

20 Bygningsintegrert ventilasjon en veileder 18