SLUTTRAPPORT. Utvikling og anvendelse av IR-måler for å ivareta innemiljøet (helse, miljø og sikkerhet) i helseinstitusjoner

Transkript

1 SLUTTRAPPORT Utvikling og anvendelse av IR-måler for å ivareta innemiljøet (helse, miljø og sikkerhet) i helseinstitusjoner Svein Otto Kanstad Siv.ing., dr.techn. Oppdragsgiver: RIT 2000 FKF, Trondheim Regionsykehuset i Trondheim Delfinansiering: SND, Møre og Romsdal Leverandør: ktsensor AS, Volda Rapport kts/ofu/rit/irgass-05 Volda, november 2001

2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Innledning, bakgrunn, sammendrag Gjennomføring av prosjektet Prosjektets økonomi; sluttregnskap Oppsummering av resultater fra prosjektet A1:Utvikling av IR-kilden A2:Prototyp IR-sensor for CO A3:Signalutganger og bus-teknologi A4:Design og produserbarhet A5:Industrielt format for sensoren A6:Innledende produksjon og markedsføring B1:Andre aktuelle gasser B2:Konsepter/sensorer for andre gasser Resultater fra målingene på RiT Kommentarer til resultater fra målingene på RiT Behovstyrt ventilasjon, ENØK, inneklima m.v Behovstyring av inneklima Energiforhold ved ventilasjon ENØK-beregninger Dimensjonering av ventilasjonskanalene Valg av vifteanlegg Systemtekniske forhold Argumenter og motargumenter Sikkerhetsmessige aspekter Krav til sensorer CO-basert brannalarm Nyhetsverdi og anvendelse av prosjektets resultater Erfaringer og kommentarer vedr. bruk av OFU-modellen SNDs rolle RiT og RIT2000s rolle Kommentar til OFU-modellen Erfaringer og kommentarer vedr. bruk av underleverandører i utlandet Samlet evaluering av prosjektet; forslag og muligheter Industriell videreføring Sluttord Vedlegg (brosjyrer) ktsensors PPM4001H CO 2 sensor for styring av inneklima og ventilasjon ktsensors PPM4001D CO 2 sensor med minne for logging av inneklima ktsensors PPM4001DKIT inneklimakuffert med programvare for analyse av inneklima...32 N 6101 Volda Page 2

3 1 Innledning, bakgrunn, sammendrag På grunnlag av ktsensors teknologi innenfor infrarød (IR) måling av gass har prosjektet hatt som primær målsetning å utvikle en sensor for CO 2 til styring av ventilasjon og inneklima i det nye regionsykehuset for Sør-Trøndelag. Målsetningen har vært meget ambisiøs - sensorer med tilsvarende egenskaper og spesifikasjoner har ikke tidligere vært realisert - og er oppfylt med god margin. Denne rapporten representerer den formelle avslutningen av prosjektet, og gir en samlet og bred oversikt over alle de forhold og perspektiver som prosjektet har omfattet - tekniske såvel som økonomiske og administrative m.v. De innledende kontakter mellom partene ble tatt allerede på høsten 1997, etterfulgt av en lengre periode hvor man søkte å konkretisere og avgrense målsetningen både i teknisk omfang, tid og økonomi samt legge til rette for å gjennomføre og finansiere prosjektet under OFU-ordningen til SND. I løpet av 1999 ble rammen for prosjektet endelig fastlagt, både i forhold til oppdragsgiver såvel som SND, og en detaljert fremdriftsplan forelå på nyåret Formelt startet prosjektet opp pr 1. februar 2000, men for å vinne tempo hadde ktsensor da allerede innledet enkelte langsiktige arbeider basert på signaler fra RIT2000. For ktsensor har prosjektet vært en teknologisk suksess, idet man har utviklet IR-sensorer for gass som langt overgår hva som tidligere har vært tilgjengelig industrielt. I tillegg har man gjennom engasjement av underleverandører og partnere i inn- og utland etablert en bred og solid plattform for videre industriell og markedsmessig fremgang. Dette har resultert i nye og verdifulle erfaringer særlig i forhold til industriell produksjon og internasjonal markedsføring, og har gitt bedriften et solid fotfeste i Nord-Amerika - det største og viktigste markedet. Med tiden vil denne kanalen kunne utnyttes til industrialisering og markedsføring også av andre FoU-baserte teknologier som bedriften har under utvikling. De tekniske resultater fra arbeidene er beskrevet i stor detalj underveis. Denne sluttrapporten gir en oppsummering av de brede linjer i prosjektet sett i et samlet perspektiv, primært hva angår selve IR-sensoren men også med kommentarer til den innsikt man har vunnet av teknisk/industriell art såvel som i forhold til de ulike parter, oppgaver og forhold som prosjektet har involvert. ktsensors PPM4001H (Mark4-serien) 2 Gjennomføring av prosjektet Prosjektet er definert i "Søknad om tilskudd til OFU-prosjektet: 'Utvikling og anvendelse av IR-måler for å ivareta innemiljøet (helse, miljø og sikkerhet) i helseinstitusjoner'," Rev. 3.1 datert 4/ , med en detaljering av konkret innhold og oppgaver i "Gjennomførings- og fremdriftsplan" av Hoveddelen av prosjektet, utvikling av CO 2 -sensoren, har bestått av seks delprosjekter, hvor de viktigste arbeidene har vært på prototyper for IR-kilde og sensorelektronikk, industrialisering og produksjon samt innledende markedsføring. I tillegg har der vært to mindre delprosjekter på å utrede og foreslå sensorer for andre aktuelle gasser i sykehus, samt administrative gjøremål og andre fellesoppgaver for prosjektet som helhet. N 6101 Volda Page 3

4 For den overordnede styringen av prosjektet ble det oppnevnt en egen styringsgruppe, med deltakere fra RIT2000 (Brita Steig, Leif Inge Hassel og Rolf Sørlie, sistnevnte erstattet av Audun Askimdal fra juni 2001), fra RiT (Otto Koch) og fra ktsensor (advokat Børge Jørgensen-Dahl og Signe Rønnestad Kanstad), med sistnevnte (SRK) som leder for gruppen. SRK har også fungert som administrativ prosjektleder internt i ktsensor. Styringsgruppen har avholdt i alt seks møter, og har fungert som en meget nyttig og effektiv møteplass for partene ved utveksling av informasjon og oppfølging av fremdriftsplanen. SND har deltatt på ett av møtene i styringsgruppen, på et annet møte deltok representanter fra Starec AS i Molde og fra InterConsult Group ASA. Ved en anledning ble det også organisert en omvisning på anestesiavdelingen ved RiT, med diskusjoner og vurderinger angående overvåkning og kontroll av anestesigasser både i operasjonsrom, fødestuer og avdelingen generelt. I tillegg har det vært to møter pluss et par ekstra servicebesøk fra ktsensor på RiT for å avklare og tilrettelegge rent tekniske forhold ved prosjektet, særlig i forbindelse med montering og avlesing av IR-sensorer som ledd i å teste ut teknologien og innhente konkrete måledata for ventilasjon og inneklima i det eksisterende sykehuset. Forøvrig har partene i stor grad utvekslet kommentarer, synspunkter og informasjon pr telefon og e-post. ktsensor har hatt den administrative ledelsen av prosjektet v/srk, med ansvar for oppfølging av fremdriften og kommunikasjon mellom partene m.v., samt for gjennomføring av egne og eksterne tekniske arbeider. Kanstad Teknologi AS i Volda har vært engasjert til særlig å arbeide med de IRtekniske sidene ved sensorene, mens utvikling av tilhørende elektronikk og dataprogrammer samt prototyp-sensorer for industrialisering og produktutvikling har vært satt bort til Comag IR Technology Inc. i Winnipeg, Canada. Som følge av dette har SOK tilbragt om lag halve prosjekttiden i Canada, for å ivareta samarbeidet med Comag og følge opp arbeidene der. Comag har engasjert egne underleverandører i Canada og USA særlig for produksjon av elektronikk og mekaniske komponenter til sensorene. Gjennomføringsplanen har fungert som underlag og rettesnor for arbeidene, og har tjent til å fordele innsatsen på en saklig måte både i tid og omfang innenfor den totale rammen. Tekniske resultater fra arbeidene har vært utførlig presentert i fire prosjektrapporter underveis, det er skrevet to egne rapporter hhv med forslag til IR-sensor for anestesigasser og om bruk av Starecbus for kommunikasjon mellom sensorer og SD-anlegg, og det foreligger referater fra samtlige møter med faktisk informasjon som utgjør en vesentlig del av dokumentasjonen fra prosjektet. Dagens Næringsliv var til stede på ett av møtene og fikk en innføring både i RIT2000's program for "Næringsutvikling i sykehussektoren" såvel som en orientering om prosjektet, hvilket resulterte i en positiv og fordelaktig omtale i avisen. Kalibrering av Mark 1 - prototyper hos Comag IR Technology Inc i Winnipeg, Canada. Fra venstre: Eng. Mng. Mohinder S. Kaulder, SOK, Prod.Mng. Tom Parker N 6101 Volda Page 4

5 3 Prosjektets økonomi; sluttregnskap N 6101 Volda Page 5

6 4 Oppsummering av resultater fra prosjektet Sensoren består av et IR-sensorhode med IR-kilde, en IR-detektor og et IR-fargefilter for den gassen som skal måles, med en egen IR-optikk til å lede IR-strålingen gjennom gassen til detektoren. Avhengig av hvor mye gass som er til stede absorberes en del av strålingen slik at signalet inn på detektoren synker som funksjon av gasstettheten. Detektorsignalet vil være av str.orden 1 millivolt, og må forsterkes opp til typisk 5 volt med en egen elektronisk forsterker for registrering og signalbehandling. Den tekniske utfordringen består i å utføre sensoren til alltid å gi samme måleresultat for samme mengde gass. Dette er i hovedsak en kamp mot støy og mot annen intern og ekstern påvirkning som oppstår når man må forsterke signalene med faktorer på ganger og mer for å se de aktuelle signalendringene. Utsnitt av teknologiforklaring på Prosjektet har gitt resultater som i teknisk sammenheng langt overgår de målsetninger som var satt. Ingen kommersiell IR-sensor for gass med tilnærmelsesvis samme ytelser har vært kjent fra tidligere. I tillegg til utvikling av tekniske funksjoner for selve sensoren har prosjektet også omfattet en vurdering av sensorer for andre gasser enn CO 2, innledende industrialisering og produksjon samt markedsføring og salg. Alle resultater fra prosjektet har vært omfattende rapportert og kommentert i de nevnte delrapporter underveis, og vil kun bli gjentatt i hovedtrekk her for hvert av de åtte delprosjektene. 4.1 A1:Utvikling av IR-kilden Med betydelig bidrag fra canadisk side er IR-kilden utviklet til et industrielt nivå; denne blir nå produsert i Canada. Kilden består av en 5? m tykk folie av et elektrisk ledende materiale som skal gis en bestemt form, monteres i en egnet holder innkapslet i et passende "hus" og varmes opp med elektrisk strøm til svak gløding. Mye arbeid er lagt ned for å finne det beste egnede materialet, som både tåler de høye temperaturene og har god emisjonsevne, og få dette levert i riktig tykkelse. Utforming av folien gjøres av en liten spesialbedrift i Winnipeg; dette er et kritisk steg i produksjonen. Likeså har det vært gjort brede søk både i Canada og USA mht teknologi for innkapsling, hvor både lyspæreteknikk og transistorkanner har vært vurdert og forkastet. IR-kilden integreres nå med IRoptikk og IR-detektor til en egen, selvstendig enhet. IR-kilden må drives ved meget stabil og reproduserbar temperatur, ellers vil det emitterte spektret og dermed også kalibreringen variere selv over kort tid. Utvikling av en elektronisk drivekrets som tilfredsstiller disse kravene har vært en betydelig oppgave, som etter hvert har funnet en god løsning. IR-kilden gir nå signaler som er ca 100 ganger kraftigere enn for tidligere elektronisk modulerte kilder. Sammen med den stabile drivekretsen er dette en hovedårsak til de gode signal/støy-forholdene og den robuste kalibreringen for sensoren. N 6101 Volda Page 6

7 4.2 A2:Prototyp IR-sensor for CO 2 Prototyputviklingen fant sted i tre stadier av sensoren, Mark1, Mark2 og Mark3. Den første ble laget i bare to eksemplarer, for å se at de valgte løsningene ville fungere som tenkt. Deretter ble det laget noen få Mark2-sensorer, hvorav et par ble gitt en innledende utprøving på RiT. I disse to seriene ble det anvendt IR-kilder som ktsensor hadde til overs fra tidligere arbeider. Mark3-serien ble fremstilt i to dusin stk, hvorav ti stk har vært brukt i mer langvarige målinger og tester på RiT. Her ble første variant av det endelige IR-sensorhodet utprøvd, med egenutviklet IR-optikk og IR-kilder. I tillegg til drivekretsen for IR-kildene består elektronikken av en kraftforsyning, en analog forsterker av signalene fra IR-detektoren, og en digital del for signalbehandling. Videre er der temperaturmåling med egen elektronisk krets, tilpasning for analoge og digitale utganger av både gass- og temperaturmålinger, datalager for målinger og en digital klokke. Den digitale styringen av sensoren skjer i en mikroprosessor, med en egen og omfattende programvare som det også har krevd mye arbeid å utvikle. Sensoren kommuniserer med en datamaskin, som ved hjelp av et annet dataprogram både gjør en utvidet og mer detaljert signalbehandling og presenterer resultat av målingene på en dataskjerm. SOK med en Mark2 sensor Mark3-sensorene bekreftet de teoretiske beregningene som lå til grunn for sensorutviklingen, dvs at man med en enkel liten IR-kilde vil ha millivolt signaler inn på IR-detektoren mens den interne støyen er mindre enn mikrovolt. Dette gir signal/støy-forhold bedre enn 1.000, hvilket medfører at man kan observere signifikante signalvariasjoner på mindre enn 0,1 % tilsvarende ca 5 ppm CO 2. Prototyputviklingen hadde da tjent sin hensikt, alle tekniske funksjoner var tilfredsstillende realisert og de gjenstående små problemer var identifisert og kunne håndteres. Med så god oppløsning på signalet ble elektronikken imidlertid følsom også for andre, eksterne påvirkninger bl.a. gjennom jordkopling til PC og ved elektromagnetisk kopling via luft. Dette forhindret ikke at eksemplarer av Mark3-sensorer ble solgt til kunder i Canada, men målingene måtte da helst midles over et antall pulser for å dempe virkningen av slik støy. For den videre produktutviklingen ble det bl.a. en hovedoppgave å fjerne denne eksterne støyen, for å oppnå at målingene begrenses av den internt genererte støyen i sensoren. 4.3 A3:Signalutganger og bus-teknologi Allerede fra starten av ble det tatt sikte på at sensorene skulle forberedes for bruk av buskommunikasjon til/fra den sentrale driftskontrollen. Det ble også uttrykt at det ville være Echelon/LON-bus som ville være mest aktuelt. Senere kom det kontrabeskjed til dette, både ved at LON-bus er kostbart og at man måtte overlate valg av bus-format til den leverandør som ville få entreprisen på å levere kontrollsystemet for ventilasjonen. Det ble også klarlagt at analog signalering ikke måtte ses bort fra f.eks. som en løsning fra sensor til lokale LON-noder. Senere kom så informasjonen inn fra SND om Starec-bus, og det ble i møter avklart at Starecs løsning vil by på mange tekniske og økonomiske fordeler. RIT2000 ville således ikke være i stand til å spesifisere en endelig bus-standard for sensorene. Der er dessuten et stort antall ulike bus-formater på markedet, mange større selskaper tilbyr sine egne i konkurranse med de mer etablerte som LONWORKS og EIB. Undersøkelsene bragte også fram at N 6101 Volda Page 7

8 ASHRAE, som organiserer VVS-bedrifter innen varme, ventilasjon og air-condition i Nord-Amerika har begynt promoteringen av sitt eget bus-system BAC-NET mot systemleverandører i Nord-Amerika, og et økende antall leverandører går av økonomiske årsaker bort fra lisensierte systemer som LONWORKS og over på det lisensfrie BAC-NET. I betraktning av den størrelsen og innflytelsen som ASHRAE har er det sannsynlig at BAC-NET vil få meget stor utbredelse og kanskje bli bestemmende for hele bransjen. Men det er også blitt klart at analog signalering særlig ved 4-20 ma format fortsatt er meget utbredt, både for etterinstallasjon i eksisterende systemer men også for nybygg. Ikke minst er dette tilfellet i Nord-Amerika, det største markedet. ktsensor har derfor utstyrt sensorene for å kunne benytte alle de aktuelle bus-formatene, men med Starec-bus som standard der hvor brukeren står fritt i forhold til valg av løsning. Dette skjer ved at sensorene er forberedt for innmontering av egne datterkort for de aktuelle bus-formater, som ivaretar ekstern digital kommunikasjon av målinger samt styringssignaler inn til sensoren. Forøvrig leveres sensorene med analoge signalutganger som standard montert inn på hovedkortet. På denne måten oppnår man at sensoren kan benyttes i alle aktuelle systemer, digitale som analoge, nye såvel som gamle. Illustrasjon fra Starecs hjemmesider på N 6101 Volda Page 8

9 4.4 A4:Design og produserbarhet På grunnlag av Mark3-serien ble Mark4-versjonen utviklet som den første kommersielle produktrekken av sensoren. Utlegget av elektronikken ble da lagt om og løsningen forøvrig oppgradert for å bedre støy-egenskapene. Bl.a. ble forforsterkeren avdelt fra den øvrige delen av elektronikken både for å vinne plass men også for å kunne utnytte samme hovedkortet overfor sensorer med ulike detektorer og anvendelser. Med signal/støy-forhold på nærmere er ytelsen nå nær de teoretiske grenser som settes av fysikalske forhold på IR-siden, med oppløsning for målingene på ca 0,5 ppm CO 2. Samtidig ble IR-enheten fysisk adskilt fra sensoren forøvrig med en skillevegg, for å unngå å fylle hele sensoren med "gammel" gass hvilket sinker responsen for endringer i gasskonsentrasjoner. Elektronikken består av mer enn 400 enkeltkomponenter, og utlegget har tatt sikte på å benytte overflatemontasje så langt som mulig. Dette sparer plass og legger til rette for automatisert, maskinell produksjon. En egen test-jigg ble utviklet for test av kortet under produksjonen og identifisering av dårlige komponenter; design av hovedkortet måtte også ta hensyn til dette. IR-enheten med IR-kilde ble endret til å bygges sammen i én enhet for å forenkle produksjon og montasje, og selve IR-kilden ble gitt en ny form for å optimalisere signal og levetid. Det ble funnet fram til en standard kommersiell boks å bygge sensoren inn i; denne har et tiltalende format og vil bli anvendt inntil man eventuelt utvikler et eget design. Boksen er utstyrt med et spesielt mønster av åpninger for luftkjøling og for å utveksle gass til IR-hodet. Denne gassutvekslingen skjer ved passiv diffusjon uten bruk av pumpe, men hvor både selve IR-enheten såvel som sensoren forøvrig er utformet for å sette opp en svak luftstrøm assistert av varme fra hhv IR-kilden og kraftforsyningen. Utvendig sett fremstår sensoren som en anonym enhet uten glorete symboler eller signalgivere; også dette gjør at den skiller seg ut fra andre konkurrende IR-sensorer. 4.5 A5:Industrielt format for sensoren CO 2 -sensoren skal kunne produseres i to ulike formater, som hhv en enkeltstående datalogger for inneklima og som en av mange tilsvarende sensorer i en bus-linje eller sløyfe for styring av ventilasjonen. Dataloggeren skal kommunisere til PC for avlesning av lagrede CO 2 -målinger, mens sensorene som opererer i et system skal kommunisere til en sentral på analogt eller ulike digitale formater. Dette løses ved at hovedkortet inneholder alle mulighetene, men "befolkes" med komponenter kun for de aktuelle anvendelsene. F.eks. har dataloggeren en stor innebygd hukommelse som system-sensorene mangler. Programvaren vil da også bli forskjellig for de ulike anvendelsene. Det er utviklet fire ulike kommersielle versjoner av programmene, med forskjellige funksjoner avhengig av hvor kompleks informasjon og signalbehandling som ønskes fra målingene. Programvaren er en kritisk del av sensorens funksjon, og produksjon av denne vil derfor ikke bli satt ut til underleverandører. Derimot er alle fysiske og elektroniske komponenter valgt for såvidt mulig å kunne finne alternative produsenter. Moderne produksjonsteknologi vil gjennom bedrifter i Winnipeg bli utnyttet særlig for elektronikken; for IRhodet planlegges en egen produksjon fortrinnsvis i Norge hvor det vil bli gjort bruk av roboter for montering og sammenstilling. Skjermbildeutsnitt fra standard- programvaren. Temperatur (underst) og CO 2 (med 2 x lufting) N 6101 Volda Page 9

10 4.6 A6:Innledende produksjon og markedsføring Mark3-serien på 24 prototyper representerte den første produksjonen av sensoren. For å vinne erfaringer ble det innhentet tilbud på produksjon av elektronikken fra to ulike leverandører; den billigste ble valgt hvilket resulterte i en del feil som måtte rettes opp internt i Comag. Forøvrig monterte også Comag sammen noen kort selv, samt at alle IR-enhetene ble fremstilt hos Comag av ktsensors personell. All mekanisk montasje og sammenstilling ble gjort hos Comag, mens ktsensor har hatt ansvar for nødvendig kalibrering og justering forøvrig. Denne formen for arbeids- og ansvarsdeling ble fulgt opp for produksjon av 200 stk Mark4-sensorer sommeren Om lag halvparten av kortene ble produsert av en underleverandør i Winnipeg, mens de øvrige ble gjort hos Comag. På denne måten vinner man konkret erfaring både om produksjonen i seg selv og om problemer som oppstår ved eksternt engasjement. Den optiske delen av IR-hodet ble produsert av en underleverandør som ktsensor hadde funnet fram til i Møre og Romsdal. Ved avslutning av prosjektet er kapasiteten til stede for å produsere ca sensorer pr år med de nåværende ressurser i Norge og Canada. Allerede før arbeidene startet opp i Canada hadde ktsensor fått utarbeidet en meget grundig og omfattende rapport fra Scientific Generics, et fremtredende europeisk FoU/konsulentselskap i Cambridge, UK. Teknologi og anvendelser ble der vurdert opp mot markedspotensialer, på grunnlag av en kritisk analyse av de grunnleggende patentene og deres styrke. Svarene var meget fordelaktige både hva teknologi, patenter og markeder angår. Generics-rapporten blir nå lagt til grunn for markedsføringen både fra ktsensors og Comags side. Forøvrig har både ktsensor og Comag arbeidet aktivt med markedsføring av sensorene siden sommeren I Canada har dette skjedd ved at tidlige prototyper har vært lånt bort til potensielle kunder, mens ktsensor i Norge har konsentrert seg om å utarbeide materiell og presentasjoner spesielt for Internet. I mai 2001 viste ktsensor med stort hell fram Mark3-sensoren på en messe i Nürenberg, Tyskland sammen med en ledende europeisk produsent av IRsensorer for gass, som nå selger våre sensorer til sine kunder. ktsensor og Comag har også fått fremstilt en felles "stand" for bruk på messer, som på en stor skjerm illustrerer hva våre sensorer gjør - ser den usynlige gassen i luften - gjennom et iøynefallende bilde. Presentasjonen hadde sin debut på en messe i Atlanta i Georgia, USA i oktober 2001 hvor Comag deltok med CO 2 - sensoren fra Mark 4-serien. Sales Mng. Lloyd Fell hos Comag IR Technology Inc. I Norge har ktsensor vært presentert i flere medier, først i Dagens Næringsliv sammen med RIT2000 tidlig i desember 2000, og senere samme måned i Sunnmørsposten. Den regionale NRK-kanalen i Møre og Romsdal, Nordvest Revyen, hadde et nyhetsinnslag om ktsensor og CO 2 -sensorene i slutten av januar I mars 2001 hadde Finansavisen en positiv omtale av selskapet, og Perspektiv, magasinet ombord på Widerøe-flyene, hadde et tosiders oppslag om selskapet og sensorene i maiutgaven Denne publisiteten har hatt god virkning, det er kommet tilbakemeldinger både fra kundegrupper og potensielle samarbeidspartnere såvel i Norge som i naboland, og drøftinger om mulige samarbeid er innledet. N 6101 Volda Page 10

11 Parallelt med utprøvingen av sensorer på RiT, laget ktsensor en egen presentasjon som ble vist i lobbyen til RIT2000. Man ble der møtt av en PC-skjerm som forklarte at luften var overvåket av en sensor fra ktsensor, med forklaring av hvordan sensoren kan brukes til styring av helse, miljø og sikkerhet i det nye sykehuset. Sammen med teksten var der vist løpende, sanntidsmålinger av CO 2 fra en faktisk sensor som var plassert i lobbyen. Det antas at budskapet har nådd ut til et flertall av de besøkende hos RIT2000 det siste året. [ Se ] På selskapets hjemmeside vises det en animasjon om hvordan sensoren i prinsippet fungerer. Sammen med denne er der tekst som forklarer grunnlaget i infrarød fysikk og teknologi. ktsensor har også utarbeidet detaljerte brosjyrer med tekniske spesifikasjoner for sensorene (vedlagt), som er tilgjengelig for aktuelle kunder via hjemmesiden. Nylig er det på en ny web-side lagt ut en egen animasjon som selskapet har fått utviklet sammen med medielinjen ved Høgskolen i Volda. Animasjonen viser hvordan behovstyring av ventilasjon fungerer i praksis. Etter hvert vil der bli lagt ut ytterligere materiale som forklarer mer detaljert om bruk av (selskapets) IR-sensorer til styring av ventilasjon og inneklima. Som respons på selskapets hjemmeside på Internet kommer det en jevn flyt av henvendelser fra mange kanter av verden om IR-sensorer til ulike formål, ofte med forespørsel om leveranser av flere tusen stk. Dette bekrefter at markedene er til stede i vid monn, og at eksisterende sensorer ikke tilfredsstiller de krav som brukerne setter. I Canada har sensorene fått ord på seg for å være de beste som fins. ktsensor har nå utarbeidet materiell som blir sendt til de fleste større kommuner i landet, med informasjon om behovstyrt ventilasjon som et lønnsomt tiltak for å bedre inneklima i skolene, og selskapet arbeider med konkrete prosjekter for å demonstrere effekten ved oppgradering av eksisterende anlegg. 4.7 B1:Andre aktuelle gasser Blant andre aktuelle gasser som sykehuset kunne ønske å kontrollere mengden av i inneluft, er anestesigasser (særlig i operasjons- og fødestuer), CO (brannvarsling) og propan (som føres i rørledninger) vurdert som de mest aktuelle. Etter hvert ble det avklart at interessen var størst for eventuelle sensorer for anestesigasser, særlig fluraner og lystgass. RiT har hentet fram informasjon om gassenes kjemiske sammensetninger og egenskaper, og på slikt grunnlag har ktsensor utarbeidet forslag til nye sensorer. Det har som nevnt også vært møte med fagpersonale på RiT om dette, og om virkninger særlig av lystgass for personalet som daglig ferdes i inneluft med konsentrasjoner av slik gass som kan være potensielt skadelig. 4.8 B2:Konsepter/sensorer for andre gasser Infrarød gassmåling er generell i den forstand at samme sensormodul vil kunne tilpasses måling av forskjellige gasser, i prinsippet kun ved skifte av det infrarøde fargefilteret. Dette legger til rette for fleksibel og effektiv utnyttelse av teknologien, eventuelt i form av multi-sensorer som måler flere gasser i samme enhet. Basert på spektrale simuleringer på datamaskin har ktsensor utarbeidet konsepter for slike sensorer, spesielt CO og lystgass. Disse forekommer i lavere konsentrasjoner enn CO 2, og krever derfor visse endringer både i optisk konfigurasjon, elektronikk og programvare. ktsensor har demonstrert eksperimentelt at Mark4-modulen har følsomhet nok til å måle og varsle de aktuelle konsentrasjoner av kullos og lystgass, i området 10 ppm, innenfor volumet av det eksisterende sensorhuset. På grunnlag av den fungerende CO 2 -sensoren vil det da være en realistisk oppgave å utvikle sensorer for begge disse gassene. Brannvarsling på grunnlag av CO ble det imidlertid tidlig klarlagt å være liten interesse for. Når det gjelder narkosegasser syntes det å herske en del uenighet på høyt hold - og mellom profesjonene - i sykehuset, om behovet for måling av lystgass såvel som for andre anestesigasser. Spørsmålet om utvikling av sensorer for andre gasser er derfor stilt i bero, og vil eventuelt bli fulgt opp av ktsensor senere. N 6101 Volda Page 11

12 4.9 Resultater fra målingene på RiT Kontor RiT CO SmartScan 7:11:14 8:00:34 8:49:54 9:39:15 10:28:35 11:17:55 12:07:15 12:56:36 13:45:56 14:35:15 15:24:36 16:13:56 17:03:16 17:52:37 18:41:56 19:31:17 Tid 20:20:37 21:09:58 21:59:18 22:48:38 23:37:57 0:27:18 1:16:39 2:05:59 2:55:19 3:44:39 4:34:00 5:23:20 Eksempelet over viser når rommet har vært brukt, trolig av mer enn en person, og at det ved begge anledninger raskt har oppstått for dårlig inneklima. Målingen viser at cellekontor ikke er egnet til møter, ettersom CO 2 nivået hurtig overskrider grenseverdien på 1.000ppm CO 2. Natt - > Morgen Pasientrom CO SmartScan 4:36:54 4:47:16 4:57:37 5:07:59 5:18:21 5:28:42 5:39:04 5:49:26 5:59:47 6:10:09 6:20:31 6:30:52 6:41:14 6:51:36 7:01:57 7:12:19 7:22:40 7:33:31 7:43:53 7:54:15 8:04:37 8:14:59 8:25:20 8:35:42 8:46:03 8:56:25 9:06:47 9:17:15 Tidspunkt Målingen i pasientrom viser lavere CO 2 -verdier på nattestid - hvor produksjonen av CO 2 er lavere som en følge av sovende pasienter enn på dagtid. Ventilasjon på natt kunne vært ytterligere redusert. Fødestue CO Tid Målingen på fødestuen (over) går over ett døgn fra klokken til klokken påfølgende dag, og viser at man har frisk og god luft selv under to fødsler med flere personer til stede. Det ventileres også meget godt når fødestuen ikke er i bruk. N 6101 Volda Page 12

13 Møterom RiT ATA CO Målingen over viser aktiviteten på møterommet hos RiT ATA over en 10 dagers periode. Som det fremgår er det kun i en lav prosentdel av denne perioden hvor det er behov for ventilasjon, men luften tilfredsstiller ved alle anledninger (såvidt!) de fastsatte forskriftene på ppm. Tid Avtrekk fra tre etasjer RiT Kirurgibygg CO Tid Målingene viser avtrekket fra tre etasjer i Kirurgibygget på RiT over en måleperiode på en uke. Det fremkommer at kvaliteten på luften som trekkes ut av etasjene er langt innenfor grenseverdiene. Kontor CO Tid Målingen over viser aktivitetsnivået fra klokken til påfølgende dag, i et kontor. Ventilasjonssystemet klarer såvidt å holde god nok luftkvalitet i kontortiden, luftkvaliteten er i gråsonen. N 6101 Volda Page 13

14 4.10 Kommentarer til resultater fra målingene på RiT De seks kurvene vist på foregående sider synes å være typiske for de resultater som er kommet fra målingene. Hovedinntrykket er at CO 2 -innholdet overveiende ligger rundt 550 ppm både i kontorer, pasientrom og møterom, med betydelig bedre ventilering i fødestuen. De fleste registreringene fremviser kun små variasjoner i CO 2 -konsentrasjon over tid, målingene som er gjengitt hører til dem som varierer mest. Innluft snarere enn personers nærvær synes oftest å karakterisere luftkvaliteten. Kontor: Ser man nøye etter kan det anes en liten stigning i CO 2 rundt kl 0800, og en svak senking noe etter 1600, i begge tilfeller ca 50 ppm. Dette kan antyde at CO 2 -responsen på en person i rommet er ca 50 ppm ved full ventilasjon. Kontoret er i tilfelle sterkt overventilert med en person til stede, men tåler ikke møter hvor flere deltar slik det ser ut til fra kurvene. Alternativt stiger CO 2 -innholdet generelt ca 50 ppm på dagtid; selv med full ventilasjon er kontoret i så fall uegnet selv for normal bruk. Pasientrom: Nattestid er CO 2 -innholdet på ca 570 ppm, som på morgenen stiger til ca 610 ppm. Det er ikke opplyst i hvilken grad RiT praktiserer nattsenking av ventilasjonen, og i tilfelle med hvor mye. Fra målingene kan man se hvordan CO 2 -utviklingen øker utover morgenen ettersom pasienter våkner opp og forbrenningen øker; samtidig antas personale også å komme i aktivitet på stuen. Rommet ville godt tålt lavere ventilasjon om natten i forhold til CO 2 -krav om luftkvalitet. Fødestuen: Fødestuen har markert bedre luft enn sykehuset forøvrig, både når den står tom (ned mot 400 ppm) og under bruk ( ppm). CO 2 -forløpet er påfallende likt for de to episodene, antatt å være to fødsler. Mot slutten av hver periode kan man se hvordan aktivitetsnivået har steget brått, trolig med ekstra personale til stede og økt innsats fra den fødende - samt et nytt barn kommet til verden! Detaljrikdommen og systematikken i målingene antyder at CO 2 -målinger også har potensiale som ledd i pasientovervåkning og til å karakterisere grad og art av aktivitet i de ulike rom. Møterom: Målingene fra møterommet er meget klare: Rommet står for det meste tomt og ventileres til glede for kråkene; når det er i bruk er luftkvaliteten vesentlig dårligere enn i andre rom i sykehuset og tett oppunder arbeidsmiljøgrensen. Sammenliknet med sykehuset forøvrig er rommet følgelig for svakt ventilert når det brukes; overkapasitet fra andre deler av sykehuset burde da vært flyttet dit. Avtrekk fra kirurgibygget: Avtrekksluften holder jevnt over et nivå like under 600 ppm hele uken, med et par-tre ekskursjoner opp mot 650 ppm av varighet ca en arbeidsdag. Avtrekket gir et gjennomsnitt av all luften fra de tre etasjene, og tilsvarer omtrent nivået fra pasientrommet ovenfor. Dette kan tyde på at episodene på ca 650 ppm skyldes rom hvor nivået har vært betydelig høyere enn normalt over hele dager, kanskje ppm eller mer. Disse rommene burde i så fall identifiseres og ventileres kraftigere à la fødestuen. Kontor/lobby (?): Rommet har vært brukt kontinuerlig en hel arbeidsdag, tilsynelatende uten avbrudd og med (omtrent?) like mange personer til stede. Det mangler informasjon om hvilket rom det dreier seg om. Luftkvaliteten ligger like under den yrkeshygieniske grensen hele dagen, og er vesentlig dårligere enn for øvrige rom i sykehuset. De som arbeider i rommet ville utvilsomt ha glede av å få utnyttet overkapasitet i andre deler av komplekset. Konklusjon: Generelt får man inntrykk av at sykehuset overventileres. Samtidig er der rom som ventileres vesentlig dårligere enn andre selv under normal bruk, som f.eks. kontoret, møterommet og kontor/lobby (?). Med behovstyring av ventilasjonen synes her å være rom for en betydelig ENØKgevinst på total energi til varme og ventilasjon. Med mer detaljert informasjon om hvor mange personer som var til stede i de enkelte rom ville det kunne trekkes langt klarere konklusjoner. Oppløsning og detaljrikdom i målingene antyder at sensorene kan brukes til å karakterisere luftkvalitet og grad/art av arbeid og nærvær for de ulike rom med stor presisjon. Et mer systematisk gjennomført måleprogram, med supplerende data om nærvær, ville gi muligheter for i større grad å kvantifisere ENØK-gevinster og vurdere ventilasjonsbehovet for ulike typer rom også i det nye sykehuset. N 6101 Volda Page 14

15 5 Behovstyrt ventilasjon, ENØK, inneklima m.v. 5.1 Behovstyring av inneklima Inneluft forurenses i hovedsak fra de mennesker som oppholder seg i de enkelte rommene. Dette kan gjelde vanndamp, CO 2 og andre gasser fra respirasjon og kroppslukt såvel som støv som bringes inn med klær og fottøy eller virvles opp fra gulv. I helseinstitusjoner vil en rekke andre gasser knyttet til sykdomstilstand, behandling m.v. også være til stede. I tillegg kommer avdamp og partikler fra materialer særlig i såkalte moderne bygninger, men slike bidrag kan nå i stor grad reduseres ved bruk av nyere kunnskaper og vilje til å prioritere menneskers helse og miljø. Personbelastningen i de enkelte rom vil derfor som regel være bestemmende for kvaliteten av inneklimaet. Mange års forskning og erfaringer har vist at luftens innhold av CO 2 er et godt mål for hvor sterkt vi forurenser vårt eget miljø, ikke bare med CO 2 men også med andre komponenter som i likhet med CO 2 øker med personbelastningen. CO 2 er forholdsvis lett å måle med ulike metoder; problemet har vært å gjøre dette pålitelig og reproduserbart over lang tid for en rimelig penge. Det problemet er nå løst i og med ktsensors nye CO 2 -sensorer. Frisk uteluft inneholder ppm CO 2. Ved behovstyring av ventilasjonen har man en CO 2 - sensor i hvert rom, og ventilerer når CO 2 -innholdet i luften overskrider de yrkesmessige grenseverdier som er satt, vanligvis i området ppm. Det blir da mulig å senke eller slå av ventilasjonen når luften i et rom er god nok, samt øke ventilasjonen når grenseverdien passeres i rom som er befolket av en eller flere personer. Man flytter så å si ventilasjonen rundt om i bygningen etter lokale behov, avhengig av hvilke rom som til enhver tid er i bruk, jfr vedlagte Flash animasjon (animasjonen er også lagt ut på domenet Denne funksjonen kan lett automatiseres ved hjelp av kommunikasjon fra sensorene til en sentral driftskontroll med datastyrte beslutningsrutiner. På den måten kan man sikre god kvalitet på inneluften overalt hvor folk er til stede. De digitale CO 2 -sensorene fra ktsensor er tilpasset alle aktuelle kommunikasjonsformater, analog signalering ved oppgradering av eldre systemer og digitale bus-nettverk for mer moderne anlegg. All øvrig teknologi for behovstyring av ventilasjon har lenge vært til stede. Det samme har motivasjonen for bedret inneklima: Fra undersøkelser i USA er det kjent at nærmere halvparten av korttidsfravær i bedrifter er knyttet til faktorer i inneklimaet. De nye CO 2 -sensorene fjerner de siste tekniske hindringer for å introdusere behovstyrt ventilasjon såvel i eksisterende ventilasjonsanlegg som i nyinstallasjoner. Som det vil fremgå nedenfor kan dette også være meget lønnsomt rent økonomisk. Utsnitt fra animasjon på N 6101 Volda Page 15

16 5.2 Energiforhold ved ventilasjon Ved at det ikke ventileres hvor det ikke er behov kan man spare store mengder energi til V&V, dvs til oppvarming/avkjøling av luften såvel som til drift av ventilasjonssystemet i seg selv. Dette i motsetning til vanlige, eksisterende systemer hvor ventilasjonen står på for fullt hele tiden med unntak for nattsenking o.l. - uavhengig av folks nærvær eller ikke. En enkel modell vil vise hvordan man kan beregne ENØK-potensialet ved behovstyring av ventilasjonen: D M v L Anta at ventilasjonsluften beveger seg fra utgangspunktet og inn i et kanalsystem med tverrsnittareal D. En lengde på L = 1 m av kanalen vil da inneholde et visst volum luft M = D. L, som beveger seg med en hastighet v gjennom kanalen slik det er illustrert i figuren ovenfor. Dette luftvolumet vil inneholde en viss mengde energi, som er av to slag: Termisk energi E T som er proporsjonal med luftvolumet M, og mekanisk bevegelsesenergi E v som er proporsjonal med M og med v 2 - hastigheten i kvadrat - (jfr bremselengden for en bil som firedobles når hastigheten fordobles). Denne "pakken" med energi blir så skjøvet frem gjennom kanalene av ventilasjonsviftene, som derved også tilfører "pakken" den aktuelle hastigheten v. Siden "pakken" har en lengde på 1 m og en hastighet v m/s, vil det for hvert sekund bli levert v "pakker" av luft som hver inneholder en mengde energi lik E T + E v. Over et visst tidsrom av varighet t vil det da være levert et antall "energipakker" n = v. t. Herav fremkommer følgende energiregnskap for den ventilerte luften i løpet av tidsrommet t: Termisk energi lik n. E T som følgelig er proporsjonal med det totale luftvolumet n. M som har passert gjennom systemet i løpet av tiden t. 30 % reduksjon av ventilert luft vil da spare 30 % av opprinnelig energi til oppvarming/kjøling. Mekanisk energi n. E v som følgelig blir proporsjonal med v 3 - lufthastigheten i tredje potens - siden det totalt ventilerte volumet (eller antallet "pakker" n) øker proporsjonalt med hastigheten v, og den mekaniske energien E v i hver pakke øker med v 2. I et gitt system med gitte dimensjoner på ventilasjonskanalene vil lufthastigheten øke i takt med luftbehovet - dobbelt så mye luft krever dobbelt så stor lufthastighet; dette medfører at energipådraget på de mekaniske viftene i tilfelle ville åttedobles, (2) 3 = 8. Reduserer man derimot luftbehovet med en viss faktor, så vil behovet for mekanisk energi tilsvarende synke med tredje potens av den samme faktoren. 30 % reduksjon av luftbehovet vil følgelig redusere det mekaniske energibehovet til (0,7) 3 = 0,35 eller 35 % av det opprinnelige, dvs 65 % spart. Den mekaniske energien leveres av viftene som driver luften gjennom kanalene, og reduseres altså langt sterkere enn reduksjonen av det ventilerte luftvolumet. Her ligger et ekstra stort sparepotensial. N 6101 Volda Page 16

17 5.3 ENØK-beregninger Med denne analysen som grunnlag kan man beregne den mengden energi som spares ved behovstyring av ventilasjonen. Den viktigste parameteren å fastlegge er den såkalte samtidighetsfaktoren S, som forteller hvor stor andel av alle rom som til enhver tid er i bruk. (S vil samtidig fortelle hvor mye luftbehovet kan reduseres ved behovstyring). S kan fastlegges empirisk for ulike bygninger eller også ved analyser og simuleringer av planlagte bygg; vanlige verdier for S er i området 0,4-0,9 med S = 0,6 som en typisk verdi for kontorbygninger. Fra analysen ovenfor vil man innse at det termiske energibehovet reduseres proporsjonalt med S, dvs i samme forhold som lufthastigheten, mens den mekaniske energien til drift av viftene reduseres med tredje potens av S. Vi betrakter en bygning som i utgangspunktet har et energibehov E = A + B for ventilasjon og varme, hvor A er det termiske energibehovet og B er vifteenergien. Uten varmegjenvinning viser det seg gjerne at energibehovet er fordelt med noe mer enn halvparten på termisk og resten mekanisk energi, f.eks. A = 0,55E og B = 0,45 E. Med moderne varmegjenvinning på % kan man redusere inngående termisk energi til en faktor F = 0,6 fra utgangspunktet, mens energi til viftene forblir den samme. Dette vil spare 40 % av termisk energi tilsvarende 22 % av totalt energiforbruk. Den største delen av energien vil deretter gå til drift av viftene, med A = 0,33E mens B = 0,45E som før. Behovstyring uten (F = 1) eller med (F = 0,6) varmegjenvinning vil følgelig redusere den samlede energien E som trengs for V&V til: - Redusert energiforbruk ved behovstyring: R = F. A. S + B. S 3. - Dette gir en ENØK-gevinst ved behovstyring = E - R Herav kan følgende tabell beregnes for de to tilfellene, for hhv med og uten varmegjenvinning: ENØK-gevinst ved behovstyring: Uten varmegjenvinning Med varmegjenvinning S-faktor A = 0,55E B = 0,45 E A = 0,33E B = 0,45E 1,0 0 % 22 % 0,9 18 % 37 % 0,8 33 % 51 % 0,7 46 % 61 % 0,6 57 % 70 % 0,5 67 % 78 % Tabellen antyder hvilken innsparing som kan oppnås ved full behovstyring av ventilasjonen; både med og uten varmegjenvinning vil dette kunne dreie seg om langt mer enn halve energi-budsjettet til varme og ventilasjon. Mer nøyaktige beregninger krever bedre informasjon om hvordan energibruken fordeler seg i en aktuell bygning. Tabellen gir likevel et første inntrykk av ENØK-gevinsten ved behovstyring av ventilasjonen. I tillegg har man et godt og kontrollert inneklima essensielt gratis, det betales av den reduserte strømregningen, hvilket ikke vil være mulig uten at ventilasjon og luftkvalitet overvåkes og styres etter lokale behov i bygningen. Men fremfor alt demonstrerer tabelleksemplet at behovstyring av ventilasjonen vil være et langt mer slagkraftig og lønnsomt ENØK-tiltak enn konvensjonell varmeveksling. Trolig er tallene likevel konservative i favør av behovstyring; f.eks. vil varmeveksling kreve mer energi på viftene for å drive luften gjennom veksleren, avhengig av hvilken teknologi som benyttes. Tallene som er benyttet som inngangsparametre er også konservative i forhold til informasjon som er hentet inn fra ENØK-sentrene i Norge, som mener at med moderne varmeveksling vil inntil 70% av gjenværende energiforbruk gå til drift av viftene. Dette vil i så fall ytterligere øke gevinsten ved behovstyring av ventilasjonen. N 6101 Volda Page 17

18 Varmeveksling alene kan vanskelig gi vesentlig mer enn 20 % reduksjon av energibudsjettet, mens behovstyring av ventilasjonen reduserer energiforbruket to - tre ganger mer selv uten varmeveksling i tillegg. Som det fremgår ovenfor skyldes dette både et lavere ventilert volum til konsum av termisk energi samt enda sterkere reduksjon av vifteenergien. Alt tyder derfor på at en og samme investering vil gi bedre uttelling på behovstyring enn på varmeveksling, selv uten at man tillegger noen verdi i et bedret inneklima. Sett i et helhetlig perspektiv som omfatter både økonomi, helse og miljø kan det derfor være grunn til å spørre om man ikke burde vurdere å snu helt om på nåværende praksis, starte med behovstyrt ventilasjon som standard ENØK-tiltak og eventuelt ta med varmeveksling som et ekstra bidrag. 5.4 Dimensjonering av ventilasjonskanalene Med mindre behov for luft vil man tro at det også lar seg gjøre å redusere dimensjoneringen av ventilasjonssystemet tilsvarende, og dermed tjene noe inn også på investeringene. Men dette er ikke nødvendigvis tilfellet. Anta at luftbehovet ønskes redusert med faktoren S som i eksemplene ovenfor. Dette kan man også oppnå ved å redusere tverrsnittarealet D i ventilasjonskanalen i samme forhold S som luftvolumet, men beholde lufthastigheten uforandret. Samme hastighet bringer da fram en redusert luftmasse; dette reduserer den mekaniske energien inn på viftene med samme faktor S som for termisk energi. I virkeligheten vil det likevel ikke være fullt så bra, fordi en trangere viftekanal vil yte større strømningsmotstand enn den opprinnelige og følgelig gi større energitap ved friksjon, som må kompenseres ved ytterligere pådrag på viftene. Siden det største ENØK-potensialet jo nettopp ligger på driften av viftene, blir det derfor i det hele tatt tvilsomt om det vil kunne være særlig lønnsomt å redusere dimensjonene på kanalene når luftbehovet synker som resultat av behovstyring. Bare svært detaljerte analyser kan gi svar på dette. Snarere vil man tro at det motsatte vil kunne lønne seg: Øke dimensjonene på kanalene når kravet til ventilert volum synker pga behovstyring! Øket tverrsnitt vil bidra til å redusere lufthastigheten enda mer, hvilket forsterker ENØK-gevinsten på drift av (de samme) viftene på bekostning av en litt større investering i kanalene. Spørsmålet vil da essensielt avgjøres av hvor lang tid som tolereres før investeringene er tjent inn gjennom lavere driftskostnader. 5.5 Valg av vifteanlegg For behovstyrt ventilasjon vil det trengs frekvensstyrte vifter for å tilpasse pådrag til behov, og disse er mer kostbare enn konvensjonelle anlegg. På den annen side vil man potensielt kunne spare investeringer i starten ved å benytte mindre og derved billigere vifteanlegg enn hva som ellers ville vært mulig, dimensjonert for lavere hastigheter på luften. Eventuelt vil det også kunne være lønnsomt med større kanaltverrsnitt for ytterligere å redusere lufthastigheten og kravet til viftekapasitet. Ventilasjonskanalene utgjør et komplekst, hydrodynamisk strømningssystem med ulineær respons til påtrykk fra viftene. Optimalisering av kostnader i relasjon til vifteeffekt, kanaldimensjoner og ventilert luftvolum vil kunne skje ved avanserte simuleringer på datamaskin; slike metoder er nå tatt i bruk av enkelte VVS-selskaper i utlandet. Ofte vil man dessuten også legge vekt på at viftene må kunne dimensjoneres for større total kapasitet enn behovstyringen alene ville tilsi. Totalbildet er således ganske komplekst, og har hittil muligens vært noe neglisjert i VVS-hverdagens virkelighet. Innføring av behovstyrt ventilasjon vil måtte endre på dette, idet bare en meget grunnleggende og detaljert tilnærming til problemet kan gi de gevinster som nå er teknisk realiserbare, såvel for ENØK som for helse og miljø i inneklima. N 6101 Volda Page 18

19 5.6 Systemtekniske forhold I konvensjonelle ventilasjonssystemer hvor man har søkt å kontrollere lufttilførsel etter andre kriterier enn CO 2 -måling, har det vært vanlig å benytte såkalte VAV- (Variable Air Volume) regulatorer i tillufts- og avtrekkskanalene for hvert rom. Det kreves minst to stk pr rom, de er kostbare, og vil med ktsensors rimelige CO 2 -sensorer være begrensende for økonomien ved behovstyrt ventilasjon. VAVregulatorer kan fjernstyres til å kontrollere luftstrømmen inn i og ut av et rom ganske i detalj, f.eks. i forbindelse med nattsenking av ventilasjonen. Det har også vært vanlig antatt at man alltid må ha minst % av full ventilasjon i alle rom, bl.a. for å fjerne forurensninger som f.eks. avgasser fra materialer; luften skal ikke kjennes "gammel" ut når man kommer inn i et rom som har stått tomt en tid. Eventuelle CO 2 -målere har det i slike sammenheng vært vanlig å plassere i avtrekkskanalen. Med behovstyring av ventilasjonen vil imidlertid billigere og langt mer fleksible løsninger være aktuelle. For det første vil man kunne erstatte VAV-regulatorene med enkle og rimelige motorstyrte spjeld, og kun regulere dem til "Åpen" eller "Lukket". Hvert rom ventileres for fullt inntil luftkvaliteten når et fastsatt nivå, og så stenger man av inntil det igjen er behov for frisk luft. Det blir omtrent som å åpne vinduet i gamle dager. Og for det andre vil CO 2 -sensorene måtte plasseres inne i rommet (billigere) og ikke i ventilasjonskanalene, for at det skal være mulig å vite når ventilasjonen skal slås på. Dette har mange praktiske konsekvenser. Nattsenking som begrep og praksis vil falle bort, unntatt for en eventuell senking av temperaturen. Under søvn er fysisk aktivitet redusert og forbrenningen derfor lavere, og man produserer mindre CO 2 og andre avgasser såvel som støv. Senking av ventilasjonen om natten særlig i soverom har således tidligere vært en noe primitiv måte å søke å tilpasse behovet for frisk luft på og spare litt energi. Med aktiv og dynamisk behovstyring vil det ikke lengre være noen grunn til å gjøre forskjell på dag og natt, ventilasjonsbehovet vil til enhver tid bli ideelt tilpasset etter behov samtidig som ENØK-gevinsten optimaliseres. Behovet for "alltid" å ha en minimumsventilasjon på % selv i rom som ikke er i bruk vil også falle bort. Rom som står ubrukt vil bli identifisert av den sentrale driftskontrollen ved at der ikke utvikles CO 2. Man kan da enkelt legge inn rutiner som regelmessig ventilerer også slike rom for fullt noen få ganger pr time i arbeidstiden, og med lengre opphold på nattestid, dog ikke alle rom til samme tid for å minimalisere det instantane energibehovet for viftene. Som resultat vil romluften alltid oppleves som frisk når man kommer inn. I tillegg vil man spare termisk energi ved at varmen ikke utluftes kontinuerlig fra rommet som tidligere. 5.7 Argumenter og motargumenter Mot en slik "På - Av" regulering av ventilasjonen til de enkelte rom har det vært anført at styring av viftene skjer via trykksensorer i kanalene, ved at man måler mottrykket fra kanalsystemet som uttrykk for luftbehovet. Full åpning og lukking av spjeld rundt i rommene vil da - hevdes det - bl.a. skape forstyrrende trykkpulser som forplanter seg rundt i kanalene og påvirker viftereguleringen feilaktig. Det hevdes derfor å være umulig å benytte "På - Av"-spjeld i et behovstyrt system, - VAV-regulatorer påstås å være nødvendige. Til dette er det å bemerke at denne type umulighets-argumenter alltid blir brukt mot ny teknologi - og nettopp av dem som har mest å vinne ved den nye teknologien. Det forestilte problemet forekommer trivielt, og har sannsynligvis allerede i dag trivielle løsninger. For eksempel vil "På - Av"-spjeldene langt fra operere instantant, det tar tid både å lukke og åpne, og de myke trykkendringene som derved oppstår vil det være enkelt for et styringssystem å tilpasse seg. Alternativt kan viftene justeres etter det totale romvolum som til enhver tid skal ventileres. All informasjon fins, både om romstørrelser, romfordeling og ventilasjonsbehov, det eneste som trengs er et dataprogram som styrer viftene etter denne informasjonen. N 6101 Volda Page 19

20 Dagens praksis for trykkstyring av vifter, bruk av VAV-regulatorer osv er basert på gårdagens teknologi for ventilasjon, og er ikke nødvendigvis tilpasset de muligheter som behovstyrt ventilasjon tilbyr. Det nye regimet - behovstyring - vil utvikle sine egne metoder og teknikker i den grad slikt utstyr ikke allerede eksisterer. Det vil da være helt misforstått å la konvensjoner og vanetenking stå i veien for det som kanskje er det største fremskrittet innen styring og kontroll av ventilasjon, inneklima og ENØK på en mannsalder. 5.8 Sikkerhetsmessige aspekter I tillegg vil behovstyring av ventilasjonen og bruk av spjeld som har veldefinert "Åpen" og "Lukket" tilstand, gi nye muligheter f.eks. ved brann og branntilløp: Aktuelle rom stenges for friskluft men ventileres for branngasser samtidig som ventilasjonen styres til overtrykk i tilstøtende rom og rømningsveier, for å isolere og forsinke brannutviklingen og sikre rømningveier i en kompleks bygning. Med en CO-basert brannvarsler i tillegg (se nedenfor) vil brannen dessuten identifiseres til dels mye tidligere enn med vanlige røykvarslere, og derved gi ekstra tidsmarginer. CO-brannvarslerne går deretter over til å varsle for giftig CO-gass, slik at man fra driftsentralen kan sikre rømningsveiene ytterligere med mulighet for å styre en evakuering langs ruter som er fri for dødelig kullos. Ganske særlig i sykehus og andre helseinstitusjoner, hoteller, boligplattformer, passasjerskip m.v. hvor tidsfaktorer og persontetthet vil være langt mer kritiske enn i vanlige bygninger, kan dette gi de nødvendige marginer som berger liv. Dette introduserer et nytt perspektiv ved design og operasjon av bygninger, som bare er mulig ved behovstyrt ventilasjon. Multi-sensorer for flere relevante gasser vil utvide slike alternativer til også å omfatte andre sikkerhetsaspekter ved driften. 5.9 Krav til sensorer Sensorer til bruk i behovstyrt ventilasjon må være meget pålitelige og nøyaktige. Dette er ikke nødvendigvis tilfellet med tidligere sensorer. En verdensledende bedrift i Winnipeg har f.eks. hatt noen av våre Mark3-sensorer til utprøving sammen med etablerte toppmodeller av sensorer fra ledende firma i Europa og Nord-Amerika. Målingene har avslørt at de konkurrerende sensorene gjerne viser minst et par hundre ppm for mye eller for lite. I forhold til behovstyring av ventilasjonen vil dette kunne ha til dels alvorlige konsekvenser: Viser sensorene systematisk for lite, vil det ha betydning for inneklimaet, som da ikke vil tilfredsstille de krav som er satt til luftkvaliteten. Og viser de systematisk for mye, vil det føre til overventilering med konsekvenser både for økonomien og for balansering av driften etter de tekniske og økonomiske forutsetninger som ligger til grunn. Skal man kunne optimalisere driften ved behovstyring av ventilasjonen, krever det sensorer som er nøyaktige, stabile og reproduserbare over lang tid. Dette synes ikke å være tilfelle med de sensorer som hittil har vært på markedet, jfr målingene fra Winnipeg samt informasjon fra bruk av CO 2 -sensorer i en norsk barnehage og en større norsk bedrift (ref. kap. 7 nedenfor), hvor målingene viser CO 2 -verdier på ppm i inneluft. Slikt utstyr er naturligvis ubrukelig for styring av ventilasjon etter saklige kriterier. Enda verre vil dette bli når slike sensorer brukes til kontroll av industrielle prosesser, som kan være langt mer kritisk avhengig av nøyaktige målinger. Ganske særlig er det et stort problem at ikke bare elektrokjemiske sensorer men også eksisterende IRsensorer taper sin kalibrering etter kortere eller lengre tid. Det kan da bli nødvendig med rekalibrering av hver enkelt sensor kanskje flere ganger pr år. I tillegg til driftsavbrudd kan dette koste opptil halve N 6101 Volda Page 20