HOVEDPROSJEKT. Einar Krisitian Furu, Jesper Mæx Moe og Vegard Navelsaker Klæboe

Transkript

1 GRUPPE NR. 1 TILGJENGELIGHET Institutt for Bygg- og energiteknikk Postadresse: Postboks 4 St. Olavs plass, 0130 Oslo Besøksadresse: Pilestredet 35, Oslo Åpen HOVEDPROSJEKT Telefon: Telefaks: HOVEDPROSJEKTETS TITTEL «Evaluering av rehabilitering på Kampen skole» DATO ANTALL SIDER / ANTALL VEDLEGG 72/6 FORFATTER Einar Krisitian Furu, Jesper Mæx Moe og Vegard Navelsaker Klæboe VEILEDER Peter Schild UTFØRT I SAMMARBEID MED KONTAKTPERSON Kampen skole SAMMENDRAG Prosjektets mål var å evaluere rehabilitering av Kampen skole, prosjektert av SINTEF, utført i Det ble valgt et hybrid ventilasjonsanlegg som skulle være både energieffektivt og funksjonelt. Gruppen utførte en rekke målinger og beregninger som skulle avdekke blant annet bygningnens ventilasjonseffektivitet, den termiske massens effekt på tilluftstemperaturen, luftmengder i tilluft, avtrekk og grunnventilasjon, trykkfall i anlegget, virkningsgrader, SFP og energiforbruk. Rapporten avdekker at rehabiliteringen ved Kampen skole sørger for et godt inneklima og lavt energiforbruk. Grunnet behovsstyringen, god virkningsgrad på varmegjenvinneren og lav SFP har skolen et energiforbruk som er lavere enn det prosjekterte og så lavt at det nesten oppfyller kravene for nye skolebygninger etter TEK 10. Ventilasjonsanlegget har ikke nok naturlige termiske drivkefter for å kunne oppnå tilfredsstillende grunnventilasjon, men oppbygningen som sørger for lavt trykkfall og lave lufthastigheter resulterer i et effektivt ventilasjonsanlegg. Det ble avdekket to tekniske feil i anlegget, men disse hadde ikke resultert i signifikante negative endringer av inneklimaet. Dette tyder på at ventilasjonsanlegget er robust. 3 STIKKORD Hybrid ventilasjon Behovstyring Ventilasjonseffektivitet

2 Hovedprosjekt «Evaluering av rehabilitering på Kampen skole»

3 Forord Denne rapporten er utarbeidet av tre bachelorstudenter i «Energi og miljø i bygg» ved Høgskolen i Oslo og Akershus, Institutt for bygg- og energiteknikk. Hovedprosjektet er den avsluttende delen av utdanningen og resultatene fremlegges i denne rapporten. Gruppen hadde tidligere i prosessen et tilsvarende prosjekt med en bygning på Akershus festning. Da det viste seg at det ikke gikk å få sikkerhetsklarering til dette bygget, kom gruppen og veileder Peter Schild til enighet om at rehabiliteringen av Kampen skole var et prosjekt som hadde mange likhetstrekk. Det første møte om Kampen skole og prosjektets problemstilling fant sted Det var lagt opp til ukentlige møter med veileder Peter Schild. Dette sikret god veiledning og var nyttig for gruppen med tanke på spørsmål og diskusjoner som eventuelt dukket opp underveis i prosessen. Driftsansvarlig på Kampen skole, Jon Andreassen, var også tilgjengelig når gruppen hadde spørsmål. Prosjektets start var og innlevering av hovedprosjektet var tirsdag Rapporten levers i 3 eksemplarer, et til administrasjonen og to til intern veileder. Det er også krav om at rapporten leveres elektronisk med alt av data, og i tillegg skal det lages en poster der prosjektet oppsummeres. Presentasjon og eksaminering av prosjektet skjer primo juni. Gruppen vil spesielt få takke vår veileder Peter Schild og driftsansvarlig ved Kampen skole, Jon Andreassen. I tillegg vil gruppen takke HIOA v/øystein Andersen for konstruktive tilbakemeldinger og lån av måleapparater. Einar Kristian Furu Jesper Mæx Moe Vegard Navelsaker Klæboe

4 Innholdsfortegnelse 1 SAMMENDRAG INNLEDNING BAKGRUNN FOR PROSJEKTET HYPOTESER BEGRENSNINGER BYGNINGSBESKRIVELSE Styring og regulering av anlegget TEORI INNEKLIMA FORTRENGNINGS- OG OMRØRINGSVENTILASJON NATURLIG, MEKANISK OG HYBRID VENTILASJON CAV, VAV SFP EFFEKTIVITETSMÅL FOR VENTILASJONEN GRUNNVENTILASJON NATTKJØLING STYRING OG REGULERING LOVER, FORSKRIFTER, NORMER OG STANDARDER METODER OG MÅLEINSTRUMENTER METODER Oppsett av VAV styring Luftmengder Beregning av tilluftsareal i fortrengningsvegg SFP og totalvirkningsgrad vifter Ventilasjonseffektivitet Måling av CO 2-Konsentrasjoner Temperaturlogging Energiberegninger Trykkfallsberegning Styring og regulering Temperaturvirkningsgrad varmegjenvinner MÅLEINSTRUMENTER MÅLEUSIKKERHET RESULTATER LUFTMENGDER Tilluft- og avtrekksmengder Grunnventilasjon SFP og virkningsgrad Fortrengningsvegg/kortslutning Ventilasjonseffektivitet Konsekvenser av defekt tilluftsvifte Total luftmengde med defekt tilluftsvifte og SFP TEMPERATUR Termisk effekt tilluftstårn Termisk effekt kulvert Termisk effekt fortrengningsvegg ENERGIFORBRUK TRYKKFALLSBEREGNING STYRING OG REGULERING TEMPERATURVIRKNINGSGRAD VARMEGJENVINNER... 52

5 6 DRØFTING LUFTMENGDER Tilluft- og avtrekksmengder Grunnventilasjon SFP og virkningsgrad Fortrengningsvegg/kortslutning Ventilasjonseffektivitet Konsekvenser av defekt tilluftsvifte TEMPERATUR Termisk effekt tilluftstårn Termisk effekt kulvert Termisk effekt fortrengningsvegg ENERGIFORBRUK TRYKKFALLSBEREGNING STYRING OG REGULERING TEMPERATURVIRKNINGSGRAD VARMEGJENVINNER KONKLUSJON LUFTMENGDER Tilluft- og avtrekksmengder Grunnventilasjon SFP og virkningsgrad Fortrengningsvegg/kortslutning Ventilasjonseffektivitet Konsekvenser av defekt tilluftsvifte TEMPERATUR ENERGIFORBRUK TRYKKFALLSBEREGNING STYRING OG REGULERING, SD-ANLEGG VIRKNINGSGRAD VARMEGJENVINNER OPPSUMMERING AV ANBEFALTE TILTAK REFERANSELISTE VEDLEGG... 73

6 SAMMENDRAG 1 1 Sammendrag Hensikten med denne rapporten var å evaluere rehabiliteringen av Kampen skole, prosjektert av SINTEF, utført i perioden Det ble valgt utradisjonelle løsninger i form av et energieffektivt og funksjonelt hybrid ventilasjonsanlegg. Det skulle kartlegges hvilke egenskaper i ventilasjonsanlegget som sørger for godt inneklima og lavt energiforbruk. Gruppen gjorde seg kjent med ventilasjonssystemet ved å studere rapporter knyttet til rehabiliteringen og ved å utføre befaring av bygget. Første befaring ble gjennomført i samarbeid med driftsansvarlig for Kampen skole og veileder Peter Schild, der virkemåte og oppbygning av systemet ble gjennomgått. På bakgrunn av tilegnet informasjon ble det satt opp hypoteser slik at målemetoder kunne bli utarbeidet. Vurdering av data i SD-anlegg er benyttet for å forstå ventilasjonsanleggets automatikk og virkemåte. Ventilasjonseffektiviteten ble beregnet ved hjelp av sporgassmålinger, temperaturlogging ble utført for å finne den termiske massens effekt på tilluftstemperaturen, luftmengdemålinger ble gjennomført for å finne tilluft, avtrekk og grunnventilasjonsmengder. Det ble gjennomført trykkfallsmålinger over enkeltkomponenter for å avdekke det totale trykkfallet i anlegget og effektmålinger av viftene for å finne SFP. Resultatene av målingene ble sammenlignet med det som var prosjektert og krav fra TEK 97 som var gjeldende under rehabiliteringen. Rehabiliteringen av ventilasjonsanlegget ved Kampen skole sørger for et godt inneklima og lavt energiforbruk. Ventilasjonsanlegget er bygget med gjennomgående lavt trykkfall og utnytelse av naturlige drivkrefter. Målinger har avdekket at de naturlige drivkreftene ikke sørger for tilstrekkelig drivtrykk, som resulterer i at grunnventilasjonen ikke tilfredsstiller kravene i TEK 97. Det er allikevel en stor fordel at systemet er bygget opp med lavt trykkfall og lave lufthastigheter. Dette bidrar til at viftene har meget god SFP og varmegjenvinnerbatteri med høy temperaturvirkningsgrad. Ulempen er at det lave trykkfallet gir en skjevfordeling av luft og det oppstår derfor problemrom med høye CO2-konsentrasjoner. Ventilasjonsanlegget viste seg å være veldig robust. I måleperioden avdekket gruppen to store tekniske feil, som i et konvensjonelt ventilasjonsanlegg trolig ville hatt store konsekvenser. Ventilasjonsanlegget har kapasitet til dekke over disse feilene i så stor grad at det ikke har vært registrert signifikante endringer i inneklimaet. Dette skyldes at viftene har god kapasitet og at behovsstyringen funger godt. Energiforbruket til skolen er lavere enn prosjektert og er så lavt at det nesten oppfyller kravene for nye skolebygninger etter TEK 10 standard. Avgjørende faktorer for lavt energiforbruk på Kampen skole er behovsstyring, god temperaturvirkningsgrad på varmegjenvinneren og lav SFP.

7

8 2 INNLEDNING 2 Innledning 2.1 Bakgrunn for prosjektet Prosjektet tar for seg rehabiliteringen av ventilasjonsanlegget på Kampen skole, prosjektert av SINTEF, utført i perioden Prosjektets tittel er «Evaluering av rehabilitering på Kampen skole». Det som gjør rehabiliteringen interessant er at dagens konvensjonelle ventilasjonsprinsipper ikke ble benyttet fordi begrensninger ble gitt av byantikvaren på grunn av skolens verneverdige arkitektur. Undervisningsbygg Oslo KF engasjerte SINTEF ved rehabiliteringen. Rammene rundt rehabiliteringen gikk ut på å utvikle og integrere et energieffektivt og funksjonelt ventilasjonssystem som ikke skulle gå på akkord med bygningens arkitektoniske stil. I 2004 ble rehabiliteringen av bygget tildelt VVS-prisen, der det i utnevnelsen sies: «Bygget viser at ved å benytte moderne teknikk i kombinasjon med byggets naturlige forutsetninger, har man fått et meget godt innemiljø kombinert med akseptabel energibruk». Rehabiliteringen har blitt evaluert etter at bygget ble ferdigstilt i 2004, men det har ikke blitt kartlagt hvilke egenskaper som er de viktigste bidragsyterne til at anlegget fungerer. Det er derfor spennende å gjennomføre en evaluering av ventilasjonsanlegget for å avdekke om det faktisk lever opp til forventningene og fungerer som prosjektert. /1,2/ I tidsperioden for rehabiliteringen var det generelt en oppfatning i byggebransjen om at hybrid ventilasjonsanlegg var en god løsning som sørget for godt inneklima og høy energieffektivitet. I ettertid har det blitt diskutert om de naturlige drivkreftene gir et tilstrekkelig bidrag til å forsvare merkostnadene, og de tekniske utfordringene et hybrid ventilasjonsanlegg medfører. Med å bruke mer konvensjonelle metoder ville det vært behov for å øke vifteeffekten, men man ville stått friere til å velge føringsveier og systemoppbygging som blant annet kunne gitt muligheter for mer effektiv varmegjenvinning. Ved å bruke mer konvensjonelle ventilasjonsløsninger ville investeringskostnaden vært lavere.

9 INNLEDNING Hypoteser Som et grunnlag til rapporten utarbeidet gruppen noen hypoteser rundt problemstillinger knyttet til prosjektet. Disse hypotesene skulle etterprøves og være med på å forme rapporten og dens innhold. Hypoteser Fordelen av de naturlige drivkreftene i et hybrid ventilasjonsanlegg er neglisjerbare sammenlignet med fordelene i konvensjonelle ventilasjonsanlegg Ventilasjonsanlegget fungerer som prosjektert o Det prosjekterte trykkfallet og den prosjekterte SFP-verdien samsvarer med de målte verdiene o Luftmengdene i ventilasjonsanlegget er tilstrekkelige i henhold til de prosjekterte verdiene og oppfyller kravene til TEK 97 o Temperaturvirkningsgraden på varmeveksleren ligger innenfor forventede verdier, mellom 0,5 og 0,65 o Energiforbruket per kvadratmeter ligger ikke over de prosjekterte verdiene Enkelte komponenter i ventilasjonssystemet er viktigere bidragsytere enn andre for et godt inneklima og en god energieffektivitet Ventilasjonsanlegget er robust og har automatikk som sørger for optimal drift 2.3 Begrensninger Ventilasjonssystemet på Kampen skole hadde to tekniske feil som ingen hadde kjennskap til ved oppstart av målingene. Tilluftsviftene var ikke i drift, og hadde ikke vært det siden Dette hadde ikke blitt oppdaget da det er et behovstyrt anlegg, der viftene reguleres etter behov. Det er derfor vanskelig å oppdage feilen ved visuell inspeksjon av ventilasjonsanlegget. Det er i enkelte rom kortslutning mellom tilluft og avtrekk i fortrengningsveggen. Feilen har vært der siden rehabiliteringen av anlegget. Disse feilene påvirket målingene i slik grad at alle målinger som var gjort måtte gjentas etter at feilene ble oppdaget og tilluftsviftene reparert. Dette påvirket også

10 4 INNLEDNING analyseringen av data fra SD- anlegget da det bare var 3 uker loggehistorikk som lå tilgjengelig i datasystemet og denne perioden hadde overnevnte tekniske feil. Det var ønskelig fra gruppen sin side å vurdere varmekapasiteten til bygningsmassen i perioder med oppvarmings- og kjølebehov. Et godt grunnlag for å vurdere varmekapasiteten til den termiske massen ville derfor vært målinger fra en varm periode og en kald periode. Dette lot seg ikke gjennomføre fordi det av praktiske årsaker bare var mulig å logge temperatur i perioden til Bygningsbeskrivelse Kampen skole er en grunnskole i Oslo oppført 1887 som ble tatt i bruk Nytt skolebygg (bygg B) ble ferdigstilt i Skolen står på byantikvarens liste over bygninger med særlig kulturhistorisk verdi. Bygningen ble rehabilitert på grunnlag av ny læreplan og et generelt behov for oppgradering i perioden Kampen skole var tidligere delt i to bygninger, bygning A og B. Det ble besluttet å koble disse to sammen med et nytt tilbygg E. I dette tilbygget ble det plassert en inntakssjakt som transporter tilluften ned til en kulvert, der den videre blir fordelt etter behov. Ventilasjonsprinsippet er behovstyrt hybrid fortrengningsventilasjon. Opprinnelig hadde skolen et integrert ventilasjons- og oppvarmingssystem som benyttet seg utelukkende av naturlige drivkrefter. I det originale ventilasjonssystemet kom tilluften inn i luftinntakene ved bakkeplan og ved oppvarmingsbehov ble luften varmet opp med kullfyrte ovner. De opprinnelige murte sjaktene, både tilluft og avtrekk, hadde tilstrekkelige dimensjoner slik at de kunne bli benyttet i det nye rehabiliterte systemet. Bilde 1 Flyfoto Kampen skole

11 INNLEDNING 5 Luftmengdene blir i dag regulert på grunnlag av CO2- konsentrasjon i vinterdrift og temperatur i sommerdrift. Dette blir registrert av følere plassert i hver oppholdssone. I de fleste rom på skolen er det installert en fortregningsvegg der både tilluft og avtrekk er plassert. For å oppnå riktige termiske forhold i ventilasjonssystemet er det benyttet tre faktorer. Varmelagringskapasiteten som ligger i den tunge konstruksjonen av tilluftsveiene, batterivarmeveksler og varmebatteri. Kjølebehovet blir dekket av varmelagringskapasiteten, mens oppvarming skjer ved hjelp av alle tre faktorer. Den maksimale totale luftmengden ble dimensjonert til m 3 /h. Dette ut ifra materialbelastning på 1 l/s*m 2 og en personbelastning på 7 l/s*person. Rehabiliteringen tar utgangspunkt i at det skal bli benyttet kjente og utprøvde lavemitterende bygningsmaterialer. I og med at fortrengingsventilasjon gir bedre utnyttelse av ventilasjonsluften enn omrøring, alle rom ikke vil være i bruk samtidig og brukes av færre personer enn det er dimensjonert for, vil anlegget være overdimensjonert i forhold til det nødvendige luftbehovet Ventilasjonsanlegget vil være overdimensjonert i forhold til det nødvendige luftbehovet. Dette skyldes at fortrengingsventilasjon gir bedre utnyttelse av ventilasjonsluften enn omrøring, alle rom ikke vil være i bruk samtidig og brukes av færre personer enn det er dimensjonert for. Før rehabiliteringen var energiforbruket kwh/år for bygg A og B. Dette er basert på det opprinnelige gulvarealet som var 6400 m 2. Det blir da et spesifikt forbruk på 205 kwh/m 2 pr. år. Etter rehabiliteringen ble energiforbruket anslått til kwh i elektrisitet for år Oljeforbruket ble estimert til kwh. Totalen blir da kwh. Arealet i nybygget, bygg E, har et areal på 1000 m 2. Det spesifikke forbruket ble da estimert til 237 kwh/m 2 pr. år. Det totale oppvarmingsarealet som blir dekket av el-kjelen, som ble installert under restaurering, er på 9604 m 2, dette fordi el-kjelen dekker oppvarmingen til gymsal (bygg C), SFO (bygg D) og Kampen menighetshus. El-kjelens kapasitet er 600 kw. Oljekjelene benyttes i dag kun som spisslast eller når el-kjelen er ute av drift. Kampen menighetshus blir fakturert 3 % av totalt el-kjelforbruk pr. år og ikke fra avleste verdier.

12 6 INNLEDNING Styring og regulering av anlegget Figur 1 Ventilasjonssystemet Driftstid på Kampen skole er normalt mellom og i ukedagene. SD- anlegget er levert av det som i dag heter Schneider Electric. I alle oppholdsrom sitter det en føler som registrerer tilstedeværelse, temperatur og CO2-konsentrasjon. På bakgrunn av dette reguleres luftmengden ved hjelp av styring av viftepådrag og åpning av spjeld. Spjeld har enten åpen eller lukket posisjon, mens viftepådraget er styrt ved hjelp av frekvensomformere. I vintermodus har ventilasjonsanlegget tre nivåer av CO2-konsentrasjon det reguleres ut ifra. CO2> 700 Spjeld åpner CO2> 900 Vifteeffekt lav CO2> 1000 Vifteeffekt høy Bilde 2 Spjeld

13 INNLEDNING 7 Vifteregulering Anlegget har to tilluftsvifter, regulert som én, og fire avtrekksvifter. Tilluftsvifte og avtrekksviftene / / / Avtrekksviftene har to nivåer som er definert Vifteeffekt lav (30 %) Vifteeffekt høy (60 %) Når CO2- konsentrasjonen i rommene endres reguleres viftepådraget til den tilhørende avtrekksviften slik at luftmengden øker. Hvis et av rommene som eksempelvis tilhører avtrekksvifte får en CO2- konsentrasjon over 900 ppm vil avtrekksviften gå på 30 % vifteeffekt. Hvis CO2- konsentrasjonen øker ytterligere til 1000 ppm vil avtrekksviften øke til 60 % vifteeffekt. Viften vil fortsette å gå med denne vifteeffekten til CO2- konsentrasjonen synker lavere enn 1000 ppm. Tilluftsviften har fire innstillinger som kan styres manuelt fra teknisk rom. 0 - AV 1 - Automatisk regulering 2 - Vifteeffekt lav (25 %) 3 - Høy drift (70 %) Normalt skal anlegget være stilt på «automatisk». Da vil viftepådraget reguleres ut ifra nivået på alle avtrekksviftene (slavestyrt). Anlegget er programmert med utgangspunkt i at avtrekksviftene til enhver tid skal trekke tilnærmet lik luftmengde som tilluftsviften tilfører oppholdssonene. Dette er gjort for å sørge for at luftmengden er balansert og man unngår unødvendig overtrykk eller undertrykk i oppholdssonen som resulterer i stor grad av infiltrasjon eller eksfiltrasjon gjennom konstruksjonen. Hvis en avtrekksvifte reguleres til 30 % vil tilluftsviften gå på 10 % vifteeffekt. Hvis avtrekksviften øker til 60 % vil tilluftsviften øke til 20 %. Hvis ytterligere en vifte reguleres til 30 % vifteffekt vil tilluftsviften øke til 30 %. Hvis alle avtrekksvifter går på 60 % vil tilluftsviften gå på 80 % vifteeffekt (se Tabell 1).

14 8 INNLEDNING Tabell 1 Avtrekksvifter Dato og tid Bør verdi Diff. mellom er og bør % % % % % % % :33 0,0 0,0 0,0 30,0 10,0 10,0 0, :32 0,0 0,0 0,0 30,0 10,3 10,0 0, :31 0,0 0,0 0,0 30,0 16,4 10,0 6, :30 0,0 30,0 0,0 30,0 22,4 20,0 2, :29 30,0 30,0 30,0 30,0 41,7 40,0 1, :28 30,0 60,0 60,0 30,0 60,0 60,0 0, :27 30,0 60,0 60,0 30,0 60,0 60,0 0, :26 30,0 60,0 60,0 30,0 60,0 60,0 0, :25 30,0 60,0 60,0 30,0 60,0 60,0 0, :24 30,0 60,0 60,0 30,0 60,0 60,0 0, :23 30,0 60,0 60,0 30,0 60,0 60,0 0, :22 30,0 60,0 60,0 30,0 60,0 60,0 0, :21 30,0 60,0 60,0 30,0 59,9 60,0-0, :20 30,0 60,0 60,0 30,0 58,6 60,0-1, :19 30,0 60,0 60,0 60,0 70,0 70,0 0, :18 30,0 60,0 60,0 60,0 70,0 70,0 0,0 Ventilasjonssystemet har spesielle innstillinger for hva som skjer ved brann, stans ved eksempelvis motorvern, jordfeil og andre sikkerhetsfunksjoner og egen automatikk i forbindelse med sommerkjøling. Temperaturen reguleres ut ifra tre temperaturfølere plassert før varmeveksler, mellom varmeveksler og varmebatteri og etter varmebatteriet. En slik ordning gjør at tilluftstemperaturen i oppholdssonene er tilnærmet lik. Ytterligere behov for oppvarming blir tilført hvert enkelt rom ved hjelp av radiatorer som er plassert under vinduer i yttervegg For å redusere trykkfall er det er plassert bypasspjeld over alle hovedkomponenter med unntak av filter (se Figur 1). For innregulering er det plasser spjeld i toppen av avtrekkssjaktene Bilde 3 Innreguleringsspjeld i avtrekk

15 TEORI 9 3 Teori 3.1 Inneklima Inneklima omhandler faktorene termisk miljø, atmosfærisk miljø, akustisk miljø, aktinisk miljø og mekanisk miljø. Termisk miljø kroppens varmebalanse i forhold til omgivelsene, temperaturer, trekk, varme- og kuldestråling, bekledning og aktivitet. Atmosfærisk miljø Luftkvalitet, partikulære og mikrobielle forurensninger og lukt. Akustisk miljø Støy og lydoppfattelse. Aktinisk miljø Belysning, radon og elektromagnetisk stråling. Mekanisk miljø sikkerhet mot ulykker, ergonomi og lignende. Et godt inneklima er avgjørende for helse, trivsel og produktivitet. Dårlig inneklima kan føre til forskjellige plager og sykdom. Spesielt hos personer med allergi, astma eller andre plager. De vanligste plager som oppstår ved et dårlig inneklima er: /3/ Luftveisinfeksjoner Hodepine Tørr hud Tretthet Såre slimhinner Dårlig arbeidsevne Plager i øre/nese/hals Noen av de viktigste faktorene som kan påvirke et inneklima er: Temperatur Trekk Fukt og muggsopp Renhold/støv/partikler Ventilasjon/luftskiftninger Avgasser/forurensning

16 10 TEORI 3.2 Fortrengnings- og omrøringsventilasjon Ved fortrengningsventilasjon tilføres tilluften med lavimpuls og med lavere temperatur enn luften i oppholdssonen. Den kalde luften legger seg som et lag ved gulvflaten. Ved kontakt med personer eller andre varmekilder vil den undertempererte luften bli varmet opp, ta med seg forurensninger, og stige mot taket på grunn av tetthetsforskjeller. Avtrekket er plassert ved, eller i taket, slik at den forurensede luften blir transportert vekk. Tilluftsventilene burde ikke være plassert i nærheten av der mennesker oppholder seg over tid, da det vil føre til opplevd ubehagelig trekk. /4/ Prinsippet i omrøringsventilasjon er at luft med høyimpuls blåses inn ved taknivået. Tilluften blandes med luften i rommet. Luften blir fortynnet og forurensningene reduseres til et akseptabelt nivå. Deretter trekkes den vekk via avtrekksventiler som sitter i eller ved takflaten. Med omrøringsventilasjon er man avhengig av riktige kastelengder fra tilluftsventilene, slik at det sikres frisk luft i hele oppholdssonen. /4/ Bilde 4 Fortrengningsventilasjon Bilde 5 Omrøringsventilasjon 3.3 Naturlig, Mekanisk og hybrid ventilasjon I naturlig ventilasjonsanlegg benyttes naturlige termiske oppdriftskrefter, også kalt skorsteinseffekten. Denne oppstår på grunn av temperaturforskjeller mellom inne- og uteluft. Varm luft har lavere tetthet enn kald luft og er av den grunn lettere. Dette gjør at den stiger. Drivkraften er avhengig av temperaturdifferansen og høydeforskjellen mellom tilluft og avkaståpningen. Ved 20 C temperaturdifferanse og 8 m høydeforskjell vil drivtrykket grunnet skorsteinseffekten være 7 Pa. Vind vil også påvirke drivtrykket ved at den bidrar til økte krefter ved avkasteluftens utløp. Disse kreftene vil øke kraftig med økende vindhastighet, men en vindhastighet i størrelsen 4 m/s gir maksimalt utnyttet drivtrykk på 20 Pa. Til sammenlikning gir 2 m/s et maksimalt drivtrykk på 5 Pa /5/.

17 TEORI 11 Oppdriftskreftene vil avhenge av utetemperatur og vindkrefter, og vil derfor ikke være konstante. I et mekanisk ventilasjonsanlegg benyttes vifter for å skape det nødvendige drivtrykket. I sin enkleste form trekkes luften ut av en avtrekksvifte, mens friskluft blir tilført gjennom spalter i rommene. Man kan også ha mekanisk balansert ventilasjon med vifte på tilluft og avtrekk. Dette gir mulighet for varmegjenvinning, filtrering og oppvarming av luften. Hybrid ventilasjon tar bevisst prinsipper både fra naturlig og mekanisk ventilasjon. Essensen er å benytte termiske drivkrefter sammen med mekaniske vifter slik at summen av de naturlige og mekaniske drivkrefter til enhver tid gir tilfredsstillende luftmengder. Dette gjør at man utnytter de positive sidene til begge prinsipper. Luftføringsveiene i hybrid ventilasjon fungerer på samme måte som i mekanisk ventilasjon, men de er konstruert slik at man også får utnyttet naturlige oppdriftskrefter når dette er tilgjengelig. Dette gjør at man kan redusere vifteeffekten og få lavere spesifikk vifteeffekt (SFP). I moderne mekanisk ventilerte næringsbygg utgjør viftedrift % av byggets totale energibruk. /6/ 3.4 CAV, VAV CAV (Constant Air Volume) ventilasjonsprinsippet baserer seg på at man har en konstant luftmengde til alle oppholdssoner. Luftmengdene til oppholdssonene er bestemt ut ifra utforming og forventet bruk av sonene. Dette blir innregulert ved igangkjøring av ventilasjonsanlegget. Konstant luftstrømventilasjon har normalt minst to innstillinger. En for driftstid når mennesker er i bygget, og en for grunnventilasjon slik at bygget ventileres når det ikke er i bruk. VAV (Variabel Air Volume) blir normalt beskrevet som behovstyrt ventilasjon. I et slikt system regulerer anlegget luftmengder ut ifra CO2, temperatur eller bevegelsessensorer. Anlegget reguleres med motoriserte spjeld og viftepådrag slik at luftmengdene til de forskjellige oppholdssonene samsvarer med hva følerne registrerer. På denne måten ventileres det bare der det er et behov, og man oppnår derfor et lavere effektforbruk enn ved konstant luftmengde. Ved behovstyrt ventilasjonsanlegg utgjør normalt det reelle behovet mellom 30 og 70 % av den maksimale kapasiteten til et ventilasjonsanlegg. /6/ I et bygg kan man anta at ikke alle oppholdssoner blir benyttet samtidig. Det kan derfor beregnes at den totale kapasiteten til ventilasjonsanlegget ikke trenger å være summen av behovet i alle oppholdssoner siden denne situasjonen sannsynligvis ikke vil oppstå. Som et eksempel vil det på en skole ikke være aktuelt å benytte alle klasserom og kantiner samtidig, da elever og lærere enten har undervisning eller spisefri. Fordelen med dette er at dimensjoner på hovedkanaler, vifter og andre komponenter

18 12 TEORI kan dimensjoneres korrekt ut ifra hva som er realistisk maksimal bruk av oppholdssonene. 3.5 SFP SFP står for Spesific Fan Power, altså spesifikk vifteeffekt. SFP er et nyttig verktøy for vurdering av energieffektiviteten til viftene i et ventilasjonsanlegg. SFP er forholdet mellom den elektriske effekten som kreves for å drive viftene og luftmengden i ventilasjonssystemet. Formelen som beregner SFP: SFP [ kw ] = m3 s Totalt effekt luftmengde = Totalt trykkfall Totalvirkningsgrad vifter (0.1) De anbefalte SFP-verdiene er ifølge Statsbygg: SFP < 2, 0 for nye bygg med begrenset driftstid (under timer/år) SFP < 1, 5 for nye bygg med døgnkontinuerlig drift. For VAV-anlegg økes SFP med 1,0 ved maksimal luftmengde SFP < 2, 5 ved nyinstallasjoner i eksisterende bygg SFP < 4, 0 ved nyinstallasjoner i eksisterende bygg med spesielt trange tekniske rom og vanskelige føringer. Bransjen trenger å utvikle kompetanse, produkter og produktkjennskap for å oppnå disse anbefalte normnivåene. I en introduksjonsfase over et par år er det derfor fornuftig å legge SFP-kravene 0,5 høyere enn de anbefalte verdiene. Ettersom det stadig er utvikling av ventilasjonsanlegg må også SFP-kravene følge etter. /7/ Tabell 2 SFP SFP [kw/(m 3 /s)] Varmegjenvinning årsmiddel TEK 1997 TEK 2007 TEK 2010 Ingen krav. Normal standard 3,0 2,0 2,0 Ingen krav 70 % 80 % Tidligere har kravene til ventilasjonsanlegg vært rettet mot luftmengder, varmegjenvinning, støy og termisk komfort. En viktig utgiftspost hva gjelder energibruk

19 TEORI 13 har da vært utelatt. Nemlig energibehovet til transport av ventilasjonsluften. Å stille krav til SFP vil være en effektiv måte å redusere energibehovet til viftedrift. Prosjektert SFP for et lavtrykkfalsanlegg som ikke utnytter naturlige drivkrefter er 0,40 når prosjekterende totalt trykkfall gjennom ventilasjonsanlegget er 120 Pa. For et ventilasjonsanlegg som utnytter de naturlige drivkreftene er forventet SFP 0,167 ved et totalt trykkfall på 50 Pa (Vedlegg 5). 3.6 Effektivitetsmål for ventilasjonen Det benyttes flere forskjellige metoder som sier noe om ventilasjonseffektiviteten. De som oftest benyttes er: Ventilasjonseffektivitet Lokal ventilasjonsindeks Luftvekslingseffektivitet Lokal luftvekslingsindikator Ventilasjonseffektiviteten er en gjennomsnittsverdi fra lokale ventilasjonsindekser fordelt over hele romvolumet. Det vil si middelverdien av alle punktene i rommet. Luftvekslingseffektiviteten er tilsvarende en gjennomsnittsverdi av lokal luftvekslingsindikator. /4/ Bilde 6 Ventilasjonseffektivitet Bilde 7 Luftvekslingseffektivitet Ventilasjonseffektiviteten måles med sporgass. På samme måte som man ønsker å radiomerke dyr ønsker man å merke ventilasjonsluften slik at luftstrømningene kan måles og observeres. Gassen som benyttes er en gass som ikke vanligvis forekommer i det miljøet den benyttes, slik at det ikke forekommer noen tvil om at gassen stammer fra vårt kontrollerte utslipp. Det er vanlig å benytte SF6 som er en giftfri klimagass. Det benyttes gass med tilnærmet like egenskaper som luft. Denne gassen blandes inn med ventilasjonsluften. Ut ifra konsentrasjoner av sporgass sett opp mot det

20 14 TEORI kontrollerte utslippet kan det avdekkes luftstrømninger inn i soner og luftbevegelsene internt i en sone. Sporgassmålinger kan gi oss informasjon om: - Infiltrasjon - Luftlekkasjer mellom soner - Ventilasjonseffektivitet - Luftvekslingseffektivitet Ved målinger vil det alltid være en tidsforsinkelse grunnet tiden det tar for luften å gå igjennom slanger som benyttes til dosering og måling. Det vil på bakgrunn av dette registreres måledata senere enn hva som er den faktiske virkeligheten. Dette kompenseres det for ved behandling av måledata ved å legge til en Δt. /9/ Graf 1 Forsinkelsens betydning for beregning av arealet 3.7 Grunnventilasjon Grunnventilasjonen på Kampen skole baserer seg på utnyttelse av termiske drivkrefter og drivkrefter grunnet vind. Disse kreftene vil avhenge av temperaturforskjellen inne og ute, samt hvor høy hastighet luften som strømmer over avkaståpningen har. Hvor stor luftmengde som vil tilføres rommet vil avhenge av drivkreftene og hvor mye trykktap det er i ventilasjonsanlegget. Graf 2 Oppdriftskrefter

21 TEORI 15 TEK 97 sier at man for yrkesbygninger og publikumsbygninger skal ha en konstant tilførsel av friskluft, bestemt til å være 1 l/(s*m 2 ), for yrkesbygninger med normalt emitterende materialer. /6,10/ Ref. TEK97: Uteluftmengden som må tilføres på grunn av lukt og irritasjonseffekter fra stoffer som avgis fra bygningsmaterialer og inventar, må være minst 1 l/s pr. m brutto gulvareal (innvendig målt fra yttervegg til yttervegg) under forutsetning av at det i hovedsak benyttes kjente og godt utprøvde materialer som er bedømt å være lavemitterende. Dersom det benyttes godt utprøvde og dokumentert lavemitterende materialer som ikke avgir kjente irriterende eller helseskadelige stoffer, kan uteluftmengden reduseres til 0,7 l/s pr. m brutto gulvareal. Høyemitterende produkter må benyttes i lite omfang. /6,10/ 3.8 Nattkjøling Prinsippet nattkjøling avhenger av en termisk tung konstruksjon. Dette er som regel betong, tegl eller andre tunge materialer. Nattkjøling skjer ved at bygget ventileres med kjølig luft om natten slik at den termisk tunge massen blir eksponert for den kjølige luften. På dagtid vil den termiske massen ha lavere temperatur enn tilluften og vil derfor kjøle denne ned. Den tunge massen innehar en god varmekapasitet, men har en heller moderat ledningsevne. Det er denne sammenhengen som gjør at den termiske massen kan opptre som et kjølingsmedium på varme dager om sommeren. Massen vil lades og tømmes i samsvar med døgnsyklusen grunnet den moderate ledningsevnen. Enkelte forutsetninger må være oppfylt for at nattkjøling skal kunne fungere: Den termiske massen må være eksponert mot rom som skal klimatiseres Den termiske massen som skal opptre som et energireservoar må ligge innenfor eventuell isolasjonssjikt Den termiske massen må kunne settes i kontakt med kjølig natteluft På Kampen Skole bør nattkjøling i prinsippet fungere: Bygningens tunge konstruksjon og den naturlige ventilasjonen gjør at den er godt egnet for gratis nattkjøling om sommeren. Dette bør redusere behovet for mekanisk kjøling Den termiske massen kommer i kontakt med den kjølige natteluften Effekten av nattkjøling vil være redusert kjølebehov på grunn av utnyttelse av termisk masse

22 16 TEORI 3.9 Styring og regulering Et SD-anlegg (sentralt driftsanlegg) er et verktøy for å styre og overvåke tekniske installasjoner. SD-anlegget styres fra en PC som kommuniserer med undersentraler som er programmert til å utføre forskjellige driftsfunksjoner. Videre er systemet bygget opp av følere og sensorer plassert nødvendige steder i bygget. SD anlegget benyttes til: Styring Oppsett av regulering Overvåkning (temperaturer, CO2- konsentrasjoner, tilstedeværelse og trykk) Kontroll av driftsstatus Loggføring Bilde 8 SD-anlegget 3.10 Lover, forskrifter, normer og standarder Det finnes mange lover, forskrifter, veiledninger, normer og anbefalinger som beskriver akseptable inneklimaparametere. Helsemyndighetene, bygningsmyndighetene og arbeidstilsynet er de viktigste aktørene som legger føringer for inneklima i bygninger. Lovverket er delt opp i flere deler som definerer krav til byggets ytelse ved prosjekteringen og ved byggingen, samt krav som gjelder for hvem som skal benytte bygget. For yrkesbygg er det krav til innemiljøet i bygget ved levering og når det er tatt i bruk. /11,12,17/ Arbeidsmiljøloven (AML) er en lov som skal sikre et godt arbeidsmiljø og sørge for trygge og rettferdige ansettelsesforhold. Loven gjelder ikke bare ansatte, men også

23 TEORI 17 elever som benytter seg av lokalene. 4-4 omtaler det fysiske arbeidsmiljøet, som skal være forsvarlig for arbeidstakernes og elevenes helse, miljø og sikkerhet, uten at det er spesifikke krav i loven. Isteden henvises det til normerte tall fra Nasjonalt Folkehelseinstitutt. /13,17/ Plan og bygningsloven(pbl) gjelder for planlegging av arealbruk og byggesaksbehandling. Dagens lov ble vedtatt i 2008 og trådte i kraft juli Loven har ikke tilbakevirkende kraft, eksisterende bygg må derfor ikke oppfylle kraven til de nye endringene, kun de krav som gjaldt det året det ble oppført. PBL nevner ikke inneklima eller innemiljø spesifikt med ord og har dermed ingen paragrafer tilknyttet til dette. /14,17/ Byggeteknisk forskrift er en forskrift til den norske plan- og bygningsloven og er delt inn i fire deler. Den første delen inneholder generelle bestemmelser som inneholder forskriftenes formål, samt sikring av kvalitet, helse, sikkerhet og energibruk og hvilke tekniske krav som stilles for å oppfylle disse formålene. Del to består av bestemmelser for sikring av bygget mot naturpåkjenninger, krav om nok uteareal, tilpasning til terrenget, tilfredsstillende gang- og kjøreankomst og til slutt vern om det ytre miljøet som skal hindre helse- og miljøskadelige stoffer å komme ut i nærmiljøet. I den tredje delen tar forskriftene for seg krav til byggverket der konstruksjon- og brannsikkerhet er blant de viktigste kapitlene. Denne delen inneholder også til krav miljø og helse og omfatter ventilasjon, termisk inneklima, stråling av radon, lyd, lys, våtrom i tillegg til bestemmelser om energibehov og energiforsyning. Her er det også krav til installasjoner og anlegg som omfatter blant annet sentralvarme, varmepumpe, vann- og avløpsinstallasjoner. Den fjerde og siste delen inneholder bestemmelser om sikkerhetskontroll av heiser og overgangsbestemmelser fra den tidligere utgaven av TEK. /15,17/ Norsk Standard er frivillig å bruke, men blir mye brukt fordi de inneholder løsninger som ligger innenfor lovverket. Det er hovedsakelig tre Norske standarder som blir brukt for å vurdere å dimensjonere for inneklima i bygg. Det er NS 3031 som tar for seg energiytelsen til bygget, NS-EN ISO 7730 for vurdering av termisk komfort og NS-EN 15251:2007 som blir brukt for vurdering av energiytelsen, inneluftkvalitet, belysing og akustikk. /15,16,17/ Nasjonalt folkehelseinstitutts «Anbefalte faglige normer for inneklima» er frivillig å bruke og inneholder helsebaserte normer for emner som karbondioksid, karbonmonoksid, flyktige organiske forbindelser, svevepartikler, støy, fukt og biologisk forurensning. Den ble gitt ut av Folkehelsa (i dag Nasjonalt folkehelseinstitutt) i 1996 på oppdrag fra Sosial- og helsedepartementet og har som oppgave å oppdatere det faglige grunnlaget for normene for inneluftkvalitet. /17/

24 18 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER 4 Metoder og måleinstrumenter 4.1 Metoder Oppsett av VAV styring For å oppnå en realistisk og stabil situasjon i ventilasjonsanlegget ble det analysert SDdata for normal bruk av rommene på dagtid og hvor høy CO2- konsentrasjon det var i de forskjellige rommene. Verdien på CO2- konsentrasjonen i følerne ble på bakgrunn av dette manipulert slik at det ble en normal driftssituasjon i bygget. Dataene benyttet i analysen er i perioden fra til som i utgangspunktet var representativt for resten av året. Tabell 3 VAV bygg A Rom som ble tvangstyrt CO 2 [PPM] Rom som ble tvangstyrt CO 2 [PPM] AU A AU A AU A A A A A A A A Bygg B og E ble analysert og verdiene ble manipulert på samme måte som bygg A. For å kontrollere tvangsstyringen analyserte gruppen hvilke spjeld som sto i åpen stilling og hvilken vifteeffekt anlegget regulerte seg inn på. Dette ble sammenliknet med normal driftssituasjon. Etter reparasjon av tilluftsviften ble dataene i SD-anlegget på nytt analysert og en ny standard driftssituasjon ble vurdert (situasjon 2). Dette ble gjort for å finne det som mest sannsynlig var normal driftsituasjon når alle viftene fungerte som de skal skulle. Driftssituasjonen varierer kontinuerlig ut ifra endringene i CO2- konsentrasjonen og stabiliserte seg aldri på et nivå. Det ble derfor bestemt å finne en situasjon som representerte en gjennomsnittlig driftssituasjon for så å tvangsstyre anlegget deretter.

25 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER 19 Tabell 4 Vifteeffekt situasjon 1 Tabell 5 Vifteeffekt situasjon 2 Vifteeffekt situasjon 1 [%] Tilluftsvifte (felles) Avtrekksvifte bygg A Avtrekksvifte bygg A Avtrekksvifte bygg B Avtrekksvifte bygg B Vifteeffekt situasjon 2 [%] Tilluftsvifte (felles) Avtrekksvifte bygg A Avtrekksvifte bygg A Avtrekksvifte bygg B Avtrekksvifte bygg B Luftmengder Luftmengden til tilluften er målt ved å ta måletrakt over alle filterkassettene for deretter å summere opp den totale tilluftsmengden (Bilde 9). Måletrakten har en åpning på 60x60 cm, som er lik dimensjon som filterkassettene. Det ble i tillegg gjennomført kontrollmålinger av enkelte kassetter etter fullført måling for å se om luftmengden hadde endret seg over den tiden det tok å utføre målingen. Bilde 9 Luftmengdemålinger tilluft Bilde 10 Luftmengder avtrekk I avtrekket ble luftmengden målt på tilsvarende vis ved å måle luften over hele arealet av varmevekslerbatteriene som sitter før viften (Bilde 10). Luftmengdene ble deretter summert for å få total mengde. For å måle luftmengden til enkeltrom ble munningen på måletrakten tilpasset tilluft- og avtrekksventilene. Før registrering av måling ble det kontrollert at det ikke var luftlekkasjer rundt åpningen i munningen. For å finne luftmengde ved grunnventilasjon ble tilsvarende metoder benyttet.

26 20 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Beregning av tilluftsareal i fortrengningsvegg Det er fortrengningsvegger i undervisningsrommene på skolen. Prinsippet er kort forklart at tilluften slippes inn i fortrengningsveggen som befinner seg langs den innerste langsiden av klasserommene. Nedre del av vegg er perforert slik at tilluften slippes ut ved lav hastighet. Luftmengdene blir i prinsippet fordelt likt over hele veggen ved hjelp av innsnevring i overkant av det perforerte tilluftsfeltet. De fleste rommene på skolen har løsningen som beskrevet over, kun enkelte mindre rom har vanlige tilluftsventiler for fortrengningsventilasjon. For den perforerte veggen med sirkulære åpninger, med diameter på 1 cm, er det slik at utslippskoeffisienten ikke er lik 1. Det vil si at ikke hele åpningsarealet slipper ut luft. Dette kalles vena contracta som er reduseringen av areal for et fluid etter det har passert en sirkulær åpning, her vil diameteren på strømningen være minst, og fluidhastigheten er maksimal (Figur 2). Areal på vena contracta Cc = Åpningsareal (1.0) En typisk verdi kan antas å være 0,64 for en åpning med skarpe kanter og er det som er benyttet i beregningene. /18/ Figur 2 Vena contracta Bilde 11 Fortrengningsvegg

27 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER SFP og totalvirkningsgrad vifter Effektmålingene er gjennomført i koblingstavlen før frekvensomformeren for å få med tap i alle komponenter. Målingene er gjort under stabile driftsforhold med tvangsstyrte luftmengder uten mennesker til stede i bygget. Effektmålingene er gjennomført så tett opp til luftmålingen som det i praksis lar seg gjøre. Det er benyttet to-wattmetermetoden, ved hjelp av ett wattmeter. Dette er gjort ved å måle strømmen i L1 og spenningen over L1 og L2 for å finne P1, deretter strømmen i L3 og spenningen over L3 og L2 for å finne P2. Total effekt er P = P1 + P2. Figur 3 Effektmåling Ventilasjonseffektivitet Oppsprangsmetoden er en av to metoder som benyttes under sporgassmålinger. Oppsprang betyr at en konstant mengde sporgass tilføres i form av et sprang ved starttidspunktet, t=0. Ved å måle konsentrasjonen av sporgass i avtrekket, får man informasjon om luftens alder i rommet. Målingen avsluttes når konsentrasjonen i avtrekket er stabil. Fraksjonsfunksjonen er gitt av uttrykket: F(e) = C e(t) C e ( ) Ce(t) = Konsentrasjonen av sporgass i avtrekket som en funksjon av tiden. Ce( ) = Stasjonærkonsentrasjonen i avtrekket. (0.2) Forholdet mellom konsentrasjonene vil representere fraksjonen av molekyler med alder mellom 0 og t.

28 22 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Omsetningstiden blir beregnet ut i fra (0.3)τ t = (1 C e (t) beregnet ut i fra (0.4). 0 C e ( ) )dt. og middelalderen blir τ t = (1 C e (t) 0 C e ( ) )dt. (0.3) < τ t >= 1 (1 C e (t) ) t dt. τ 0 C e ( ) (0.4) Fordelen med oppsprangsmetoden er at mengden infiltrasjon kan bestemmes, ulempen er at man kan få registrert en pulserende respons i avtrekket som kan gjøre at alderen er vanskelig å bestemme. Nedsprangsmetoden baserer seg på at man ved t=0 nedjusterer tilført sporgassmengde. Metoden forutsetter at det er homogen konsentrasjon i rommet (fullstendig omrøring) og at stasjonære forhold er oppnådd før nedspranget iverksettes. Når overnevnte forutsetninger er oppnådd i rommet stoppes omrøringsviftene samtidig som målingene startes. Konsentrasjonene i avtrekket registreres over tiden. /9/ F(e) = 1 C e(t) C e ( ) Ce(t) = Konsentrasjonen av sporgass i avtrekket som en funksjon av tiden. Ce( ) = Stasjonærkonsentrasjonen i avtrekket. (0.5) Figur 4 Fraksjonsfunksjonen i avtrekket og strømningsforhold internt i systemet Omsetningstiden blir beregnet ut i (0.6) og middelalderen blir beregnet ut ifra (0.7).

29 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER 23 τ t = ( C e(t) C e ( ) )dt 0 < τ t >= 1 τ ( C e(t) ) t dt C e ( ) 0 (0.6) (0.7) Fordelen med nedsprangsmetoden er at den gir nøyaktige resultater, mens ulempen med denne metoden er at det er vanskelig å oppnå homogen konsentrasjon i hele rommet ved målingens begynnelse. Måling av lokal middelalder kan også gjennomføres. Dette gjøres ved hjelp av samme prosedyre som måling ved avtrekk og funger både for oppsprang og nedsprangsmetoden. /9/ Lokal luftvekslingsindikator ε o = τ t τ p = τ n τ p (0.8) τt: Transporttid for forurensinger fra kilde til avtrekk τp: lokal middelalder (Kalkulert ved å integrere sporgasskurven) τn: Nominell tidskonstant for rommet (lik middelalder i avtrekket) (Romvolum/volumstrøm) Luftvekslingseffektivitet ε a = τ n 2 < τ t > (0.9) < τ t >: Midlere alder for alle molekyler i rommet (kalkulert ved å integrere sporgasskurven). τn: Nominell tidskonstant for rommet (lik middelalder i avtrekket) (Romvolum/volumstrøm).

30 24 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Numeriske verdier for luftvekslingskvaliteten, som en funksjon av strømningsforholdene i rommet. εa =1.0: Ideell fortrengning 0.5 < εa <1.0: Fortrengende ventilasjon εa= 0.5: Fullstendig omrøring (middelalderen i rommet er lik omsetningstiden) 0 < εa < 0.5: Omrøringsventilasjon εa= 0: Kortslutning (middelalderen i rommet er uendelig stor) Gruppen gjorde fem forskjellige sporgassmålinger. Den første (Se Bilde 12) ble gjort i klasserom A104 og den andre i klasserom A120, begge med elever og lærere tilstede. Det ble senere utført tre sporgassmålinger til i rom A104, en med elever og to uten elever. Fremgangsmåten under en sporgassmåling var å plassere doseringsledningen inne i fortrengningsveggen slik at gassen fulgte luftens naturlige strømninger ut av den perforerte delen av veggen. Gruppen valgte tre samplingsledninger. En ved avtrekket, en ute i klasserommet og en nede i tilluftskanalen før doseringen. Det var to ledninger som målte gasskonsentrasjonen der den var større enn null, og en ledning nede i tilluftskanalen der gasskonsentrasjonene skal være null. Gruppen utførte både oppsprang- og nedsprangsmålinger, men det er resultatene fra nedsprangsmetoden som er benyttet i rapporten. Dette fordi det ble registrert veldig pulserende SF6-konsentrasjoner i avtrekket da oppsprangsmetoden ble benyttet. Radiatorene var ikke på under noen av sporgass målingene. Tilluftsmengdene som er benyttet i sporgassmålingene er beregnet ved hjelp av den lokale gjennomsnittsalderen på luften slik at den lokale luftvekslingsindikatoren er lik 100 %, uavhengig av strømningsmønsteret i rommet. Bilde 12 Sporgassmåling rom A104

31 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Måling av CO2-Konsentrasjoner CO2-konsentrasjon som er brukt i rapporten er registrert av romfølere og avlest fra SDanlegget. I tillegg ble måleinstrumentet Q-Trak benyttet som en indikasjonsmåler på inneklimaet og er ikke blitt benyttet til målinger som er tatt med i rapporten. Det ble utført et ukjent antall målinger på forskjellige steder i bygget Temperaturlogging Det ble gjort temperaturmålinger på Kampen skole over perioden Det ble satt ut følere på totalt 18 steder i ventilasjonssystemet. Hensikten var å avdekke hvordan temperaturen forandret seg gjennom systemet, for å finne hvilken innvirkning inntakstårn, kulvert og fortrengningsvegg har på tilluftstemperaturen. Måledataene er også benyttet for å finne temperaturvirkningsgrad over varmevekslerne. Da målingene skulle utføres ble temperaturfølere tilkoblet loggeren og plassert rundt i ventilasjonssystemet. Selve loggeren ble plassert 3 meter etter varmebatteriet i tilluftssjakten der den kunne stå uten å bli påvirket av temperaturendring og forstyrelser fra personer (ved målepunkt 17). I avtrekket ble det benyttet Kistock type KT-200 AO datalogger med fire temperaturfølere. Denne er benyttet fordi det ikke var gjennomførbart å strekke ledninger til temperatursensorene opp til avkasttårnet. For å være sikre på at de to temperaturloggerne var kalibrert opp mot hverandre ble de puttet i et tilnærmet isotermt rom i 48 timer. Deretter ble loggeresultatene gjennomgått slik at eventuelle temperaturdifferanser ble oppdaget. De 14 loggerne på Intab PC logger lå alle innenfor en temperaturdifferanse på +/- 0,1 grad bortsett fra nr. 6 som viste flere grader forskjell fra de andre, nr. 6 ble derfor byttet ut med nr. 15 og en ny kalibrering ble gjennomført med tilfredsstillende temperaturdifferanse. Temperaturloggerne Kistock type KT-200 AO lå begge 0,2 grader over gjennomsnittsverdien til de 14 loggerne på Intab PC logger, dette ble tatt hensyn til da resultatene ble vurdert. Temperaturføler 3,10 og 11 ble plassert 1,2 m over gulvnivå, slik at de ikke ble påvirket forskjellig fra vertikale temperaturdifferanser i kulvert.

32 26 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Figur 5 Plassering temperaturfølere Energiberegninger Det har vært vanskelig å finne samsvarende verdier for arealet på skolen. Skolens areal før restaureringen har vært oppgitt til både 4500 m 2 og 6400 m 2 fra SINTEFs rapporter. Arealet etter restaurering er oppgitt fra 7400 m 2 og til 9406 m 2 i SINTEF sine rapporter, hvor nybygget utgjør 1000m 2. Fra sivilarkitekt Rickard Engelbrektsson er skoleareal etter restaurering oppgitt til 7600m 2, hvorav 665 m 2 er bygg E. Gruppen har fått tilgang til energidata fra Kampen skole via Entro sine hjemmesider, Her er det benyttet et oppvarmingsareal på 9406 m 2 for beregninger av energibruk pr. kvadratmeter. Differansen i skolens areal har sannsynligvis å gjøre med at el-kjelen dekker oppvarmingsbehovet til skolebygget, gymsalen (bygg C), SFO (bygg D) og Kampen menighetshus. Fordi el-kjelen skal dekke oppvarmingsbehovet til alle disse byggene og det ikke er individuell energimåler for disse byggene er det det totale oppvarmingsarealet som er blitt benyttet for energiberegninger i denne rapporten. For utarbeiding av ET-kurver ble klimadata for Blindern fra Meteorologisk Institutt innhentet og benyttet sammen med logget energiforbruk.

33 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Trykkfallsberegning Trykkfallet over komponentene ble gjort med måleinstrumentet Velocity Calc. Den ene slangen ble plassert før komponenten og den andre etter. Deretter ble trykkfallet over komponentene målt. Det ble målt trykkøkning over tilluftsviften, men ikke over avtrekksviften. Dette skyldes at det ikke var mulig grunnet avtrekksviftenes plassering i avkaststårn. Trykkfall ble målt over filter, varmeveksler tilluft, varmebatteri, spjeld og varmeveksler avtrekk. De steder gruppen ikke fikk målt er det benyttet SINTEFs estimerte verdier. Samtlige bypass var lukket under trykkfallsmålingene. Trykkfallet ble målt når tilluftsviften gikk med 80 % vifteeffekt og avtrekksviftene på 60 % (situasjon 1, se side 32). Dette er den høyeste reelle driftssituasjonen som oppstår, og gruppen tvangsstyrte derfor anlegget etter dette. Det ble også gjort målinger når tilluftsviften var på 50 % og avtrekkene på henholdsvis 60 og 30 % (situasjon 2, se side 32) Styring og regulering Informasjon om styring og regulering er innhentet i SD-anlegget, informasjon fra driftsleder og ansatte i Schneider Electric Temperaturvirkningsgrad varmegjenvinner Figur 6 Varmegjenvinner

34 28 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Temperaturvirkningsgrad er beregnet etter følgende formel: Ƞ = Vd(T2 T1) Vmin(T3 T1) (1.1) Ƞ = Temperaturvirkningsgrad T1 = Temperatur inntak T2 = Temperatur tilluft T3 = Temperatur avtrekk Vd = Luftmengde tilluft [m³/h] Vmin = Laveste luftmengde av tilluft og avtrekk grunnventilasjon [m³/h] Vmaks = Høyeste luftmengde av tilluft og avtrekk grunnventilasjon [m³/h] * for beregning av temperaturvirkningsgrad som tar høyde for infiltrasjon og eksfiltrasjon er Vmin byttet ut med Vmaks Gjennomsnittlig temperaturvirkningsgrad er beregnet etter følgende formel: Ƞgjennomsnitt = ( td Vt Ƞd ) + ( tg Vg Ƞg ) ( td Vt ) + ( tg Vg ) (1.2) Vd Vg td tg Ƞd Ƞd = Luftmengde tilluft [m³/h] = Luftmengde grunnventilasjon [m³/h] = Antall timer driftstid [timer] = Antall timer grunnventilasjon [timer] = Temperaturvirkningsgrad driftstid = Temperaturvirkningsgrad grunnventilasjon I driftstid er målt luftmengde ved 50 % viftepådrag benyttet. Dette er ansett for å være en gjennomsnittlig driftssituasjon (situasjon 2, se side 32).

35 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Måleinstrumenter Tabell 6 Måleinstrumenter Målinger VAV-styring Måleinstrumenter VAV styring av anlegget skjer via SD-anlegget som styres fra PC-en på driftsansvarlig sitt kontor på Kampen skole. Programvaren som benyttes er TAV Vista versjon Module: TAC Vista server Sporgass Temperaturlogger SFP/effektmålinger Sporgassinstrumentet består av gassmonitor, doser/sampler og gassbeholder med gass. I tillegg er det nødvendig med PC som har nødvendig programvare, og slanger som kan dosere og sample gassen. Instrumentene er av typen Multi Gas Monitor Type 1302, Multipoint Sampler and Doser Type Som programvare ble det brukt Application Software Type 7620 for Tracer Gas Measurement and Gas Monitoring. Alt er av fabrikat Innova AirTech Instruments. Temperaturmålerne som ble brukt i tilluftssystemt var Intab PC-logger 3100i Nøytralleder type K ø: 4,2 mm, tversnittareal: 0,244mm2 Med dette instrumentet følger programvaren EasyView pro 5 der målingene kan sees online og/eller hentes offline. Det kan utføres målinger der loggeren er koblet til PC og resultatene kan leses av og analyseres direkte, eller det kan gjøres målinger over en lenger periode der loggeren ikke er koblet til PC-en og logger offline. I prosjektets tilfelle ble det gjort offline målinger. I avtrekket ble det benyttet Kistock type KT-200 AO datalogger med fire temperaturfølere. Dette er benyttet fordi det ikke var gjennomførbart å strekke ledninger til avkasttårnet. Effektmålingene ble gjort med et wattmeter av typen Fluke 41 power Harmonics analyser. Denne kan måle strøm, effekt og spenning og gir ut resultater i amper, watt og spenning. Strøm måles med en tang man holder rundt en leder mens

36 30 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER Luftmengder Velocity Calc Q-Trak spenning måles med to målepinner. Effekten beregnes av effektmåleren. Alle målinger av luftmengder ble gjort med måletrakt av typen AccuBalanse. Fabrikat er TSI (Trust, Sciences, Innovation) AccuBalanse modell Velocity Calc er et trykkmålerinstrument. Det ble brukt TSI (Trust, Sciences, Innovation) VelociCalc Instrumentet består av et måleapparat der det tilkobles to slanger som måler trykkdifferansen mellom to punkter. Q-Trak er et måleinstrument som kan måle forskjellige parametere. Blant annet temperatur, CO2, CO og luftfuktighet. Fabrikat TSI (Trust, Sciences, Innovation). 4.3 Måleusikkerhet Å måle er å estimere eller anslå et resultat. Måleusikkerheten beskriver et område der det er sannsynlig at den reelle verdien ligger innenfor. Ingen instrument kan måle eksakt og derfor benyttes måleusikkerhetsberegning for å komme «nærmere» den eksakte verdien. /19/ Det finnes flere modeller for å måle usikkerheten. Det benyttes type A og B usikkerhet. Type A usikkerhet er en «statistisk analyse av en serie repeterte målinger». For å kunne benytte type A må det kunne gjennomføre mange målinger under tilnærmet identiske forhold. Type B er alle målinger som ikke er type A. Eksempler på dette kan være usikkerhet i kalibrering og spesifikasjoner gitt i datablader. Hvilken type fordeling som velges, er igjen avhengig av målemetoden. Eksempelvis digital avlesning av tallet 7, forteller oss at det kan være alle verdier mellom 6,5 og 7,5, og at alle de verdiene er like sannsynlige. Tabell 7 Måleusikkerhet Figur 7 Måleusikkerhet

37 METODER OG MÅLEINSTRUMENTER 31 Eksempel usikkerhetsberegning: Måleusikkerhet ved trykkfallsmåling over filter. Apparat VelociCalc Air Velocity Meter Model 9555 Series. Nøyaktighet: +/- 1 % [Pa], +/ % [H2O], +/ % [mm Hg]. Oppløselighet: 1 [Pa], [H2O], 0.01 [mm Hg]. Målt verdi 32 Pa. Dette er en enkeltmåling og det benyttes derfor type B-usikkerhet. Siden dette er et eksempel beregnes det firkantfordelingen, trekantfordeling og U-fordeling. Reelt ville det bare vært nødvendig med firkantfordeling. Standard usikkerhet forteller hvilket område der det er sannsynlig at den reelle verdien ligger innenfor. Utvidet måleusikkerhet beskriver et område der den reelle verdien ligger innenfor med 95 % dekningssannsynlighet. Tabell 8 Usikkerhetsberegning Metoder Målt verdi [Pa] Standard måleusikkerhet [Pa] Utvidet måleusikkerhet [Pa] Firkantfordelingen 32 +/ / Trekantfordelingen 32 +/ / U-fordelingen 32 +/ /

38 32 RESULTATER 5 Resultater 5.1 Luftmengder Tilluft- og avtrekksmengder Tilluft- og avtrekksmengder er målt mellom kl og den Anlegget er tvangsstyrt i to forskjellige driftsituasjoner, der den ene situasjonen (situasjon 1) er når tilluftsviften går på 80 % vifteeffekt og avtrekksviftene på 60 %. Den andre situasjonen (situasjon 2) er når tilluftsviften går på 50 % og avtrekksviftene ligger på 0 %, 30 %, 60 % og 60 %. Disse driftssituasjonene er vanlige i løpet av en dag. Gruppen tar utgangspunkt i at driftsituasjon 2 er representativ for den gjennomsnittlige luftmengden. Tabell 9 Situasjon 1 Situasjon 1 Luftmengder [m 3 /h] Vifteeffekt [kw] Tilluft (80 %) ,32 Avtrekk (60 %) ,78 Avtrekk (60 %) ,76 Avtrekk (60 %) ,48 Avtrekk (60 %) ,47 Total avtrekksmengde ,81 Differanse tilluft- og avtrekksmengder Tabell 10 Situasjon 2 Situasjon 2 Luftmengder [m 3 /h] Vifteeffekt [kw] Tilluft (50 %) ,35 Avtrekk (0 %) ,1 Avtrekk (60 %) ,77 Avtrekk (60 %) ,47 Avtrekk (30 %) ,27 Total avtrekksmengde ,96 Differanse tilluft- og avtrekksmengder 5301

39 RESULTATER Grunnventilasjon For å avdekke den totale grunnventilasjon ble luftmengden gjennom filterkassettene i tilluftssystemet målt Det ble også gjort grunnventilasjonsmålinger til klasserom A104. Tabell 11 Total grunnventilasjon Total grunnventilasjon Total grunnventilasjon [m 3 /h] 3751 Total grunnventilasjon [l/s] 1042 *Grunnventilasjon pr. m 2 [l/s*m 2 ] 0,14 * Krav ifølge TEK 97 = 1 [l/s*m 2 ] Differanse krav og reell verdi [l/s] 0,86 Tabell 12 Grunnventilasjon rom A104 Grunnventilasjon rom A104 Grunnventilasjon A104 [m 3 /h] 54 Grunnventilasjon A104 [l/s] 15 Grunnventilasjon pr. m 2 [l/s *m 2 ] 0,25 * Krav ifølge TEK 97 = 1 [l/s*m 2 ] Differanse krav og reell verdi [l/s] 0,75 Krav Kampen skole ifølge TEK 97 [l/s] 7400 Differanse [l/s] 6358 Krav rom A104 ifølge TEK 97 [l/s] 61 Differanse [l/s] 46 En visuell gjennomgang av alle ventiler i bygg A avdekket at det var mange rom som ikke hadde egen grunnventilasjonsventil i kulverten. Det er heller ikke observert andre luftespalter i rommet som gjør at luften blir trukket inn gjennom eksempelvis spalter under dører, eller lufteluker i vegger. Når hovedspjeldet lukker grunnet lav CO2- konsentrasjon vil det derfor ikke komme inn luft fra kulverten i kjelleren og det eneste bidraget til ventilering av sonene er gjennom eventuell uønsket infiltrasjon gjennom konstruksjonen. Rom uten grunnventilasjon er i hovedsak mindre rom som grupperom og kontorer. Rommene i bygg A som er listet opp i Tabell 13 har ikke grunnventilasjonsventil. Tabell 13 Rom uten grunnventilasjonsventil U.etg 1.etg 2.etg 3.etg 4.etg AU AU AU

40 34 RESULTATER SFP og virkningsgrad For å beregne SFP er den totale vifteeffekten og den største luftmengden av tilluft og avtrekk benyttet. Dette er fordi det er den største luftmengden som forteller hvor mye luft som ventilerer oppholdssonene (se side 32). Tabell 14 Vifteeffekt situasjon 1 Tabell 15 Vifteeffekt situasjon 2 Situasjon 1 Luftmengde m 3 /h Effekt kw 6,81 SFP [kw/(m 3 /s)] 0,50 Totalvirkningsgrad 0,35 Situasjon 2 Luftmengde m 3 /h Effekt kw 3,96 SFP [kw/(m 3 /s)] 0,47 Totalvirkningsgrad 0, Fortrengningsvegg/kortslutning Tilluften i klasserommene blir tilført gjennom en fortrengningsvegg hvor luften blir sluppet ut gjennom perforerte plater. I klasserom A104 er det 5 plater i sittehøyde med 1622 hull og 7 plater ved gulvet med 348 hull. Noe som totalt utgjør tilluftshull. Hvert hull har en diameter på 1 cm. Totalt tilluftsareal er 0,828 m 2. (Se Tabell 16) Tabell 16 Kortslutningsareal Kortslutningsareal Rom A104 A304 A318 A319 B103 B104 B321 Tettet glippe mellom tilluft og avtrekk Nei Ja Delvis Delvis Nei Nei Nei Areal avtrekkskanal [m²] 0,44 0,44 0,30 0,44 0,44 0,44 0,44 Tilluftsareal [m²] 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,70 Vena contracta (64 % av totalt areal) [m²] 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 0,45 Kortslutningsareal [m²] 0,04 0,00 0,01 0,02 0,06 0,06 0,04 Prosent kortslutning [%] 4,57 0,00 1,36 1,81 7,64 6,68 6,23 Prosent reel kortslutning (64 % av totalt areal) [%] 7,14 0,00 2,12 2,83 11,94 10,44 9,73 Glippen mellom tilluftssjakten og avtrekket på rom A104 er på 0,0387m 2, og utgjør dermed ca. 5 % av tilluftsarealet. Det reelle kortslutningsarealet på grunn av vena contracta er på 7 % for rom A104 og hele 12 % for rom B103. Det vil likevel være mulighet for at det er en større prosentandel av luften som går rett til avtrekk enn arealet tilsier fordi luften vil velge minste motstands vei. Det har vært vanskelig å avdekke hvor mye luft som egentlig går gjennom åpningen rundt avtrekket da klasserommene ikke har tette dører og bygningskroppen har høy infiltrasjon. Gruppen gjorde også ytterligere inspeksjoner av avtrekket i syv klasserom. Det ble oppdaget at problemet tydeligvis var kjent siden det i enkelte rom var påsatt en

41 RESULTATER 35 gummilist som hindrer kortslutning. Et av disse var fullstendig tettet, to var delvis tettet og tre hadde ingen tetting. Bilde 13 Kortslutning uten tetningslist Bilde 14 Kortslutning uten tetningslist Ventilasjonseffektivitet Alle sporgassberegninger er basert på nedsprangsmetoden. Av de fem utførte sporgassmålingene er det måling fire som er den mest representative. Da fungerte tilluftsviftene, det var mennesker tilstede og kortslutningen var provisorisk tettet. Tabell 17 Beregningsgrunnlag for Sporgassmåling Dato Måling nr. 1 2* 3* 4* 5 Tilluftsvifte [%] 0** 0** 0** Avtrekksvifter [%] 60,60,60,60 60,60,60,60 60,60,60,60 0,60,60,30 60,60,30,0 Rom A104 A120 A104 A104 A104 Areal [m 2 ] Volum [m 3 ] Antall personer i rommet Luftmengde (AccuBalanse) [m 3 /h] Avtrekk (AccuBalanse) [m 3 /h] * Målingene ble utført med tape rundt kortslutning mellom tilluft og avtrekk ** Tilluftsvifte ikke operativ, SD-anlegg viste 80 %, mens virkelig verdi var 0 % Tabell 18 Ventilasjonseffektivitet basert på målte luftmengder Måling nr. 1 2* 3* 4* 5 Luftmengde [m3/h] Lokal luftvekslingsindikator [εo] 126 % 121 % 116 % 94 % 91 % Luftvekslingseffektivitet [εa] 45 % 81 % 54 % 50 % 52 % Luftskifte per time 3,6 2,2 3,7 6,2 8,7

42 36 RESULTATER Tabell 19 Ventilasjonseffektivitet basert på beregnede luftmengder Måling nr. 1 2* 3* 4* 5 Luftmengde (sporgass) [m3/h] Lokal luftvekslingsindikator [εo] 99 % 102 % 100 % 100 % 99 % Luftvekslingseffektivitet [εa] 36 % 70 % 46 % 53 % 58 % Luftskifte per time (sporgass) 4,5 2,7 4,3 5,8 8 Tabell 18 viser lokal luftvekslingsindikator, luftvekslingseffektivitet og luftskifte per time basert på målte tilluftsmengder ved spjeld i kulvert. I de første tre målingene hvor tilluftsviftene ikke går som normalt er luftskifte meget lavt, mens den lokale luftvekslingsindikatoren er over 100 %. Luftvekslingseffektiviteten oppfyller kriteriene for fortregningsventilasjon i måling to og tre, mens måling én har en luftvekslingseffektivitet som skulle tilsi omrøringsventilasjon. Måling fire og fem, som ble utført etter at tilluftsviftene igjen var i drift, viser at luftvekslingseffektiviteten akkurat ligger over verdikravene for fortregningsventilasjon. Luftskiftet er nesten dobbelt så høyt i måling fire sammenlignet med måling én og tre. I forsøk fem er luftskiftet nesten 8,7 per time. Tabell 19 viser lokal luftvekslingsindikator, luftvekslingseffektivitet og luftskifte per time basert på beregnede tilluftsmengder. Ved å benytte beregnede tilluftsmengder ble luftvekslingsindikatoren omtrent 100 % i avtrekket under alle målingene. Dette fører til at luftskiftet øker i de tre første målingene og at luftvekslingseffektiveteten synker i forhold til de målte tilluftsverdiene. I måling fire og fem skjer det motsatte, luftskiftet per time går ned og ventilasjonseffektiviteten øker. I de tre første målingene hvor det kun var avtrekksviftene som gikk var det mye infiltrasjon, og i de to siste målingene hvor tilluftsviftene gikk var det mye eksfiltrasjon. På grunn av dette er det de beregnede luftmengdene, hvor luftvekslingsindikatoren i avtrekket er tilnærmet lik 100 %, som er brukt for å finne fraksjonsfunksjonen til sporgassen.

43 tracer concentration [ppmv] Dosing rate [mg/s] RESULTATER 37 Oppsprangsmetoden Forsøk 1 Rom A Uten tilluftsvifte ,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 (C_amb.,Supply) (C_ideal-mixed) (C_max, t=inf.) Tilluftssjakt Oppholdssone Avtrekkssjakt Dosing [mg/s] time [s] Graf 3 Oppsprangsmetoden rom A104 Grafen over viser hvordan det ble avdekket at det var kortslutning mellom tilluftssjakten og avtrekkssjakten. Konsentrasjonen av sporgass i avtrekkssjakten steg mye raskere enn i oppholdssonen. Forsøket ble dermed stoppet, fortrengningsveggen ble inspisert og det ble avdekket at det ikke var utført tetting mellom avtrekksjakten og fortregningsvegg. Nedsprangsmetoden Etter å ha flyttet doseringsslangen vekk fra avtrekksjakten og nærmere den perforerte delen av fortregningsveggen startet ble det utført en ny måling. I graf 1a (Vedlegg 4) over følger sporgasskonsentrasjonen fraksjonsfunksjonen for fortrengnings ventilasjon, på tross av en luftvekslingseffektivitet på 36 % som skulle tilsi omrøringsventilasjon. Forsøk 2 Rom A Uten tilluftsvifte I forsøk nummer to i klasserom 120 kan vi se i fraksjonsfunksjonen i graf 2a (Vedlegg 4) at ppm konsentrasjonen ved to tilfeller stiger i oppholdssonen, dette kan skyldes turbulens pga. høy aktivitet på elevene rett ved slangen der luften ble analysert i den perioden. Luftvekslingseffektivteten er på 70 % som er det høyeste for alle forsøkene. Dette kan ha noe med det veldig lave luftskifte på kun 2,7 luftskifter per. time. I rommet

44 tracer concentration [ppmv] Dosing rate [mg/s] 38 RESULTATER lengst vekk fra tilluftsviftene har vi veldig lave luftmengder, kun 615 m 3 /h. At det likevel har gitt en høy luftvekslingsindikator og luftvekslingseffektivitet selv med lavt luftskifte kan skyldes at det ble varmt i rommet og den varme luften har blitt fjernet raskt fra oppholdssonen og blitt sugd inn i avtrekket. Forsøk 3 Rom A Uten tilluftsvifte Det tredje sporgass forsøket ble utført mens tilluftsviften ikke gikk. Sporgass konsentrasjonen følger likevel fraksjonsfunksjonen for fortrengningsventilasjon se graf 3a (Vedlegg 4). Luftvekslingseffektiviteten ble beregnet til 46 % som er litt under den numeriske verdien for fortregningsventilasjon som er mellom 50 % og 100 %. Forsøk 4 Rom A Med tilluftsvifte 1,8 1 1,6 0,9 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 (C_amb.,Supply) (C_ideal-mixed) (C_max, t=0) Tilluftssjakt Oppholdssone Avtrekkssjakt 0,4 0,2 0,2 0, time [s] Graf 4 Nedsprangsmetoden rom A104

45 Ln (normalized concentration) RESULTATER (Ideal-mixed) Tilluftssjakt 0,1 0,01 0,001 (Tilluftssjakt tail fit) Oppholdssone (Oppholdssone tail fit) Avtrekkssjakt (Avtrekkssjakt tail fit) 0,0001 Graf 5 Nedsprangsmetoden rom A104 time [s] I det fjerde forsøket med tilluftsvifte som fungerte som normalt ser det ut som om fraksjonsfunksjonen følger forventet kurve for fortrengningsventilasjon. På grunn av større luftmengder ble ppm konsentrasjonen av SF6 ganske lav og på grensen til linearitetsområdet for gassanalysatoren. At kurvene stemmer godt overens med fraksjonsfunksjonen for strømmingsforholdene for fortrengningsventilasjon tyder på at ppm konsentrasjonene av SF6 ikke var for lave. Forsøk 5 Rom A Med tilluftsvifte Forsøk fem ble gjennomført med kun en person tilstede i rommet og uten tetting av glippe mellom tilluftssjakten og avtrekksjakt. Dette er den målingen hvor fraksjonsfunksjonen har størst avvik fra forventet graf, se graf 4a (Vedlegg 4). Dette kan ha sammenheng med store luftmengder som gjorde at ppm konsentrasjonen av SF6 ble veldig lav og lå på grensen for linearitetsområdet for gassanalysatoren. Andre ting som kan ha påvirket målingen var få personer i rommet, kortslutningen mellom tilluftssjakten og avtrekkssjakt, samt eksfiltrasjon ut av klasserommet. Graf 4a viser likevel at sporgass konsentrasjonen nærmer seg forventet kurve etter omtrent 600 sekunder.

46 40 RESULTATER Konsekvenser av defekt tilluftsvifte Det er gjort sammenligninger av CO2- konsentrasjon og viftepådrag for tilluftsviften fem dager før og fem dager etter at viften ble reparert. Viftepådraget representerer ikke det faktiske viftepådraget, men den styrende verdien fra SD-anlegget. I perioden før viften ble reparert var det 0 % viftepådrag selv om SD-anlegget prøver å regulere den til eksempelvis 80 %. Verdien representerer allikevel et mål for det samlede CO2 - konsentrasjonen i hele bygget da det er dette som regulerer viftepådraget. Sammenlikningen er gjort dagtid mellom og for å se konsekvensen av en defekt tilluftsvifte. Resultatene viser at det i de rommene der CO2- konsentrasjonen ligger på et akseptabelt nivå ikke er store inneklimakonsekvenser. Dette er fordi avtrekksviftene klarer å øke luftmengden tilstrekkelig til å kompensere for at tilluftsviften ikke fungerer. Sammenlikningen viser at CO2- konsentrasjonen vil ligge i gjennomsnitt cirka 120 ppm høyere på dagtid mellom og ved defekt tilluftsvifte. I de rommene som har høy CO2- konsentrasjonen, over 1000 ppm på dagtid selv når tilluftsviften funger, er det langt større konsekvenser. Her viser resultatene at avtrekksviften ikke klarer å trekke nok luft, og konsentrasjonen kommer opp på nesten 2000 ppm. I dette rommet vil den gjennomsnittlige CO2- konsentrasjonen over måleperioden ligge 385 ppm høyere når tilluftsviften ikke virker. Den maksimale konsentrasjonen uten tilluftsvifte er 1939 ppm, og den maksimale konsentrasjonen med tilluftsvifte er 1316 ppm. Tabell 20 viser et lite utdrag fra tabellen over CO2- konsentrasjon, viftepådrag og differansen mellom målinger med defekt tilluftsvifte og tilluftsvifte i drift.

47 RESULTATER 41 Tabell 20 CO2-Konsentrasjon ved defekt tilluftsvifte tilluftsvifte defekt Onsdag tilluftsvifte OK Onsdag Diff Rom A 122 Tilluftsvifte defekt Rom A122 Tilluftsvifte OK Diff tid Viftepådrag Viftepådrag CO 2 CO 2 hh:mm [%] [%] [%] [ppm] [ppm] [ppm] 16: : : : : : : : : : : : : : : G.snitt Tot G.snitt Resultatene for viftedriften viser at det i gjennomsnitt er 18 % høyere viftepådrag da tilluftsviften var defekt, enn etter at den var reparert. Det er gjort en vurdering av CO2- konsentrasjonene før elevene var til stede i klasserommet. Målingene viser at det for alle ti måledagene var ca. 420 ppm klokken Den største differansen mellom CO2- verdiene på starten av dagene som ble sammenliknet var 23 ppm. Denne differansen er ansett for å være så liten at den blir sett bort i fra i sin helhet i beregningene. Tabell 21 CO2- konsentrasjon ved oppstart CO 2- konsentrasjon ved oppstart på måledagene Tilluftsvifte Defekt Tilluftsvifte OK Differanse Dato ppm Dato ppm ppm Gj.snitt

48 42 RESULTATER Total luftmengde med defekt tilluftsvifte og SFP De totale luftmengdene målt med under forhold med defekt tilluftsvifte viser at det går 1,8 ganger så mye luft ut gjennom avtrekket enn det kommer inn gjennom tilluften. Den manglende tilluften blir trukket inn igjennom konstruksjonen og andre åpninger som dører vinduer og luftespalter som ikke er lukket. Tabell 22 Luftmengder og vifteeffekt for tilluft og avtrekk Vifte Luftmengde [m 3 /h] Styrende vifteeffekt [%] Reel vifteeffekt [%] Effekt [kw] Tilluft ,00 Avtrekk , , , ,41 Tot. Avtrekk ,14 Tabell 23 SFP defekt tilluftsvifte SFP Luftmengde [m 3 /h] Effekt [kw] 2,14 SFP [kw/(m 3 /s)] 0,40 Totalvirkningsgrad Trykkfall ikke beregnet 5.2 Temperatur Gruppen plasserte ut 18 temperaturfølere, fra tilluftssjakten til toppen av avtrekkstårnet. På den måten kunne temperaturendringen luften har fra inntak til avkast, og over essensielle komponenter avdekkes. Temperaturloggerne logget fra til Under vises tabellene over målepunktenes minimum, maksimum og gjennomsnittlige verdi, og tilhørende grafer. Målepunktene i avtrekket er kun benyttet for å beregne temperaturvirkningsgraden til varmeveksleren.

49 RESULTATER 43 Tabell 24 Temperaturlogg inntakstårn til tilluft Min. [ C] Maks.[ C] Gjennomsnitt[ C] Topp inntakstårn 6,1 21,8 11,63 Bunn inntakstårn 7,4 20,8 11,93 Etter vifte, før varmeveksler 8,1 19,7 12,4 Topp innvendig V.V 12,2 28,3 16,69 Midt innvendig V.V 11,8 20,9 16,48 Bunn innvendig V.V 11,3 20,7 16,21 Topp utvendig varmebatteri 14,2 47,4 19,41 Midt utvendig V.B 12,2 52,3 18,88 Bunn utvendig V.B 11,1 26,5 18,43 Kulvert start 11 24,3 17,47 Kulvert ved spjeld A104 15,8 24,4 19,28 Kulvert ende 15,6 22,8 19,18 Inntak tilluft, fortrengningsvegg 17,6 21,9 20,12 Uttak fortrengningsvegg 18,2 22,5 20,3 Graf 6 Temperaturlogging tilluft Graf 7 Temperaturlogging avtrekk Termisk effekt tilluftstårn Perioden fra 23. april til 27. april var den perioden med høyest temperatur der tilluftsviften virket. Denne perioden er derfor benyttet til å vurdere den kjølende effekten til inntakstårnet. I denne perioden gikk ventilasjonsanlegget i sommermodus, men dette påvirker ikke temperaturmålingene da føler 1 og 2 sitter før varmebatteriene (se Figur 5).

50 Temperatur C 44 RESULTATER : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 Dato og tid nr 1 Topp inntakstårn nr 2 Bunn Inntakstårn Graf 8 Termisk effekt inntakstårn Tabell 25 Gjennomsnittstemperaturer i tilluftssjakt Ukedag Onsdag Torsdag Fredag Lørdag søndag Ttopp - Tbunn -0,26-0,43-0,02-1,13-2,18 ΔTmaks 0,80 1,00 0,70 3,20 3,80 Målinger er hentet ut fra perioden mellom og De tre første toppene i Graf 8 representerer temperaturforløpet onsdag, torsdag og fredag. De to siste toppene er helgedager uten personer i bygget. Måleresultatene fra inntakstårnet viser at i de periodene der bygget kun har grunnventilasjon og luften går sakte igjennom systemet, vil kunne få en kraftig reduksjon/økning av lufttemperaturen grunnet overføring av energi fra sjakten til luften. I løpet av den varmeste dagen (søndag) er ΔTmaks = 3,80 C og har gjennomsnittlig temperaturreduksjon på ΔT=2,18 C. I driftstid der lufthastigheten er høyere viser målingene at temperaturdifferansen er i snitt 0,24 C som viser at sjakten har liten effekt på temperaturen.

51 05:00 05:20 05:40 06:00 06:20 06:40 07:00 07:20 07:40 08:00 08:20 08:40 09:00 09:20 09:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 13:40 14:00 14:20 14:40 15:00 15:20 15:40 16:00 16:20 16:40 17:00 17:20 17:40 18:00 18:20 18:40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 Temperatur C RESULTATER Termisk effekt kulvert Graf 9 Termisk effekt kulvert Tabell 26 Gjennomsnittstemperaturer i kulvert Klokken nr 8 start kulvert nr 10 midten av kulvert nr 11 enden av kulvert Fra til Driftstid til Nr. 8 Start Nr. 10 Nr. 11 enden Nr. 8 Start Nr. 10 Nr. 11 enden midten midten T gjennomsnitt 19,34 19,31 19,30 18,93 18,91 19,05 T maks 23,20 21,00 20,10 23,20 21,00 20,10 T min 16,70 17,10 17,80 16,70 17,10 17,80 Målingen av temperaturforløpet i kulvert er målt i perioden mellom og den Denne dagen representerer en normal ukedag der tilluftsviften virker og ventilasjonsanlegget er innstilt på vinterdrift. Dette døgnet er representativt for et normalt døgn med vinterdrift. Gjennomsnittstemperaturen i kulverten er tilnærmet uendret gjennom kulverten både på døgnbasis og i driftstid. Forskjellen på temperaturene er at man i enden og midten av kulverten vil ha mye mindre temperatursvingninger enn det er i starten. Rett etter varmeveksleren svinger temperaturene med maksimalt 6,5 C, ved midten av kulverten med 3,9 C og i enden med 2,3 C.

52 05:00 05:20 05:40 06:00 06:20 06:40 07:00 07:20 07:40 08:00 08:20 08:40 09:00 09:20 09:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 13:40 14:00 14:20 14:40 15:00 15:20 15:40 16:00 16:20 16:40 17:00 17:20 17:40 18:00 18:20 18:40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 Temperatur C 46 RESULTATER Termisk effekt fortrengningsvegg Klokken nr 10 spjeld i koridor nr 14 bunn fortrengningsvegg nr 13 inngang fortrengningsvegg Graf 10 Termisk effekt fortrengningsvegg Tabell 27 Gjennomsnittstemperaturer i sjakt og fortrengningsvegg Grunnventilasjon til og Driftstid til til Nr. 10 Spjeld Nr. 13 Inn Nr. 14 Bunn Nr. 10 Spjeld Nr. 13 Inn Nr. 14 Bunn T gjennomsnitt 19,67 20,03 20,13 18,91 19,46 19,85 T maks 20,20 20,30 20,30 21,00 20,20 20,40 T min 19,00 19,80 20,00 17,10 18,50 19,30 Målingen av temperaturforløpet i Fortrengningsveggen er målt i perioden mellom og den Denne dagen representerer en normal ukedag der tilluftsviften virker og ventilasjonsanlegget er innstilt på vinterdrift. Utetemperaturen var mellom 7,0 C og 8,5 C i hele tidsrommet. Målingene viser at temperaturøkningen i fortrengningsveggen fra inngang til utgang er på gjennomsnittlig 0,4 C i driftstid. Man ser også at sjakten fra spjeldet og opp til inngangen til fortrengningsveggen reduserer svingningene i lufttemperaturen betraktelig. I driftstid er det svingninger mellom 17,1 C og 21 C (ΔT=3,9 C), mens det ved inngangen svinger mellom 18,5 C og 20,20 C (ΔT=1,7 C). Målingene er gjort med en gjennomsnittlig romtemperatur på 21,5 C mellom og

53 RESULTATER Energiforbruk Før rehabiliteringen var det temperaturkorrigerte energiforbruket på kwh/år som tilsvarer 205 kwh/m 2 pr. år. Beregnet energibruk i prosjekteringen ble kalkulert til kwh/år og 237 kwh/m 2 pr. år. Det ble anslått at energibruken kunne reduseres med % ved optimalisering av driften. I tabellen nedenfor er de målte og temperaturkorrigerte verdiene for perioden Tabell 28 Energi etter rehabiliteringen Etter rehabilitering År Energiforbruk Energiforbruk pr. m 2 Temperaturkorrigert Temperaturkorrigert Avlest Avlest Forbruk Forbruk kwh/år kwh/m 2 år kwh/år kwh/m 2 år , , , , , , , , , , , ,46 Snitt , ,57 Gjennomsnittlig energiforbruk per år er kwh som tilsvarer 149 kwh/m² som er langt lavere enn de prosjekterte verdiene på 237 kwh/m². Det temperatur korrigerte forbruket er på 154,6 kwh/m²pr. år som også er langt lavere enn det som ble prosjektert og er kun 34 kwh/m² mer enn kravet for skolebygg som blir bygget etter TEK 10. Benyttes kun arealet til hovedbygget på 7400 m 2 til beregninger ligger energibehovet pr. kvadratmeter pr. år på omtrent rundt 200 kwh/m 2. Dette tilsvarer en redusering på ca. 15 % av energibruken som ble beregnet i prosjekteringen. Kampen menighetshus blir fakturert 3 % av totalt el-kjelforbruk pr. år og ikke fra avleste verdier. Fordi det ikke foreligger andre avlesningsverdier en fra og har denne perioden blitt brukt som beregningsgrunnlag for å finne ut hvor stor andel av energiforbruket til el-kjelen som blir brukt av menighetshuset. Avleste verdier for perioden gir et forbruk på kwh for menighetshuset, mens det totale elkjelforbruket var på kwh i samme periode. Dette utgjør 5,7 % av el-kjelens totale forbruk.

54 48 RESULTATER Graf 11 Totalt årsforbruk energi Grafen over illustrerer akkumulert totalt energiforbruk for 2012, 2013 og de fire første månedene i Energiforbruket for er kwh høyere enn for samme periode i 2013, som enkelt kan forklares med at det var mye kaldere i 2013 enn i Tilluftsviftene virket ikke i perioden Grunnlasten er på kwh/måned. Graf 12 Totalt årsforbruk energi, temperaturkorrigert Grafen over viser totalt temperaturkorrigert forbruk for 2012,2013 og de fire første månedene i Her er energiforbruket i 2013 kun kwh mer enn i 2014 som er en økning på under to prosent. Den lilla kurven illustrerer energiforbruksmålet for 2012.

55 W/m² W/m² W/m² RESULTATER 49 ET kurve for el-kjel i skoletid Utetemperatur C Graf 13 ET kurve for elkjel i skoletid 2013 ET kurve el-kjel i helg Utetemperatur C ET kurve el-kjel natt ( ) Utetemperatur C Graf 15 ET kurve el-kjel i helg 2013 Graf 14 ET kurve el-kjel natt 2013 På dagtid i uken er grunnlasten på 2 W/m 2 med en balansepunktstemperatur på 13,7 grader. Det vil si at når utetemperaturen er over 13,7 grader er energibehovet kun 2 W/m 2. Varmetapstallet når temperaturen er under 13,7 grader er 1,58 W/m 2, noe som gjør at energibehovet stiger med 1,58 W/m 2 når temperaturen synker med en grad. Grafen over viser at det er ganske stor spredning i målerverdiene i forhold til utetemperaturen. Dette kan ha sammenheng med vindforhold som ikke er tatt med i beregningen eller at bygget ikke har vært i normal drift, som for eksempel planleggingsdag.

56 W/m² 50 RESULTATER Tabell 29 Et kurve 2013 Grunnlast Balansepunkt H" [W/m²K] [W/m²] temperatur ET kurve dagtid 1,936 13,68 1,585 ET kurve helg 1,160 12,47 1,198 ET kurve natt ,239 11,53 1,210 Tabell 29 viser grunnlasten, balansepunktstemperatur og varmetapstallet til el-kjelen på dagtid, helg og nattmodus. Når temperaturen ute er over balansepunktstemperaturen er det kun grunnlasten som trengs for å opprettholde ønsket innetemperatur. Synker temperaturen under balansepunktstemperaturen øker varmebehovet lineært med varmetapstallet. Varmetapstallet på grunn av endring i luftskifte er 0,387 W/m²K fra helgemodus til dagtid hvor tilluftsviftene går. Dette er naturlig fordi temperaturdifferansen mellom utetemperaturene og innetemperaturene er høyere når det er personer til stede som fører til høyere varmetransport ut av bygget. Forskjellen mellom verdiene for nattmodus og helgemodus kan sannsynligvis forklares med at bygget av og til er i bruk etter kl Ved å beregne en ET kurve fra kl til ligger grunnlasten kun 0,01 W/m² høyere enn for grunnlasten i helgen. ET kurve el-kjel i skoletidtid januar, februar, mars y = -1,3894x + 24, Utetemperatur C Graf 16 ET kurve el-kjel i skoletidtid januar, februar, mars 2013

57 RESULTATER 51 W/m 2 ET kurve el-kjel i i skoletid januar, februar, mars y = -1,5103x + 24, Utetemperatur C Graf 17 ET kurve el-kjel i skoletid januar, februar, mars 2014 Graden over viser ET-kurve for de første tre månedene i 2013 og De første tre månedene i 2014 virket ikke tilluftsviftene. Varmetapstallet er 0,12 W/m 2 høyere for 2014 når tilluftsviftene ikke virket og utgjør ca. 8 % økning i energibruk. 5.4 Trykkfallsberegning Tabell 30 Trykkfall Komponenter Målt [Pa] Prosjektert [Pa] Tilluftsvifte ,4 Filter Varmeveksler tilluft A 34,7 26 Varmebatteri A 16,1 11 Åpent spjeld rom A Varmeveksler avtrekk ,5 - Varmeveksler avtrekk * 21 Varmeveksler avtrekk ,2 - Varmeveksler avtrekk ,5 - Diverse 7,5 ** 7,5 Kulvert 0,23 ** 0,23 Luftinntakssjakt 0,27 ** 0,27 Sjakter tilluft 2,6 ** 2,6 Sjakter avtrekk 2,6 ** 2,6 Kanaler mellom vifte og avkast 0,3 ** 0,3 Totalt trykkfall 172,3 114,5 *Det er denne føringsveien som er benyttet i trykkfallsberegningen **SINTEFS beregnede verdier fra prosjektering Trykkfall i anlegget ved driftssituasjon der tilluftsviften gikk på 80 % og avtrekksviftene 60 %. Tabell 30 representerer trykkfallet fra inntak til avkast.

58 52 RESULTATER 5.5 Styring og regulering Feil på anlegget. Ventilasjonsanlegget har siden hatt en kritisk feil på en modul som styrer frekvensomformeren til tilluftsviften. Denne feilen kom opp som en feilmelding i SD anlegget og ble kvittert for av driftspersonell Samme dag viser SD- anlegget at modulen er «normal» og den burde ut ifra informasjonen i SD- anlegget virke som normalt. Det er ikke registrert noen feil på denne modulen etter denne dagen :49 modul til tilluftsviften er «offline» :57 modulfeil «acknowledged» modul «normal» - Ingen nye feilmeldinger registrert på denne modulen fra til modul resatt av servicepersonell fra Schneider Electric. Historikk fra SD- anlegget tyder på at anlegget ikke har hatt en operativ tilluftsvifte etter denne dagen. 5.6 Temperaturvirkningsgrad varmegjenvinner Tabell 31 Virkningsgrad varmegjenvinner Sommermodus 22/4-29/4 Vintermodus 7/4-14/4 Temperatur driftstid gr.vent driftstid gr.vent T ute [ C] 16,6 14,0 10,3 9,8 T1 Inntak [ C] 15,7 14,3 10,9 11,0 T2 Tilluft [ C] 17,5 15,5 15,7 16,5 T3 Avtrekk [ C] 20,6 20,7 19,3 18,70 Ƞ 0,36 0,19 0,58 0,71 Ƞ gjennomsnitt 0,32 0,62 * * For usikkerhetsberegning se Tabell 32 Temperaturvirkningsgraden er vurdert for ventilasjonsanlegget i vintermodus og i sommermodus. Dette er gjort fordi varmegjenvinningsbatteriet er regulert til alltid å gi 100 % i vintermodus, mens det i sommermodus igangsettes etter behov. Alle gjennomsnittlige temperaturvirkningsgrader er beregnet med 40 timer driftstid og 128 timer i grunnventilasjonsmodus per uke. Luftmengde i driftstid er beregnet ut i fra gjennomsnittlig luftmengde ved 50 % viftepådrag på tilluftsviften og luftmengden i grunnventilasjonsmodus er beregnet ut i fra målingen gjort (Se side 33). For å finne usikkerheten rundt målingen er det gjort en vurdering av usikkerheten til måledataene. Denne vil være knyttet opp imot usikkerheten til temperaturloggerne og

59 RESULTATER 53 luftmengdemåleren. Dette er sett bort ifra, da den er neglisjerbar sammenliknet med metodeusikkerheten. Temperatur T1 og T2 er verdier gruppen anser for å være korrekte fordi de stammer fra logging over mange døgn. Temperatur T3 stammer fra temperaturloggingen i ett avtrekkstårn, og det er usikkerhet om denne temperaturen er representativ for samtlige avtrekkstårn. Det er i tillegg usikkerhet tilknyttet luftmengdemålingene fordi dette er øyeblikkmålinger som muligens ikke representerer den gjennomsnittlige luftmengden for den respektive perioden. Gruppen antar at det i verste fall vil være en gjennomsnittlig temperatur T3 som er 1 C høyere, og i beste fall 0,3 C kaldere enn det som er logget. For luftmengdene antas det på bakgrunn av tidligere luftmålinger at det i verste fall er dobbelt så mye luft ut igjennom avtrekket som inn i inntaket under grunnventilasjon. I driftstid vil det alltid være høyere andel luft inn enn ut. På bakgrunn av dette er det satt opp ett verst og ett best tenkelig scenarioet, for å finne ut hvilket spekter det er hensiktsmessig å vurdere at temperaturvirkningsgraden befinner seg innenfor. Tabell 32 Usikkerhet ved temperaturvirkningsgrad Temperaturvirkningsgrad for gjenvinneren isolert sett Korrigert i forhold til infiltrasjon og eksfiltrasjon Verste scenario Beste scenario Verste scenario Beste scenario dag natt dag natt dag natt dag natt Luft inn (m³/h) Luft ut (m³/h) T1 ( C) T2 ( C) T3 ( C) Ƞ Ƞ gjennomsnitt

60 54 DRØFTING 6 Drøfting 6.1 Luftmengder Tilluft- og avtrekksmengder Den totale tilluftsmengden som representerer en gjennomsnittlig driftssituasjon ligger på m 3 /h. Det er prosjektert m 3 /h som maksimal luftmengde. Den totale tilluftsmengden utgjør da 50,2 % av den maksimale kapasiteten til ventilasjonsanlegget, og er i den størrelsesordenen man kan forvente av et behovstyrt ventilasjonsanlegg (mellom 30 % og 70 %). Ved 50 % viftepådrag skal det ifølge prosjekteringen være m 3 /h. Det er altså bare 0,2 % avvik fra den beregnede luftmengden. Ved 80 % vifteeffekt kunne det forventes m 3 /h, den målte luftmengden ved denne effekten ble m 3 /h, altså 1,8 % avvik fra forventet luftmengde. Tabell 33 Avvik luftmengder tilluft Avvik luftmengder tilluft 100 % 80 % 50 % Defekt vifte Prosjektert luftmengde (m 3 /h) Målt luftmengde tilluft (m 3 /h) * Målt luftmengde avtrekk (m 3 /h) Avvik fra prosjektert luftmengde tilluft 1,8 % 0,2 % - * Beregnet ut ifra luftmengden ved 80 % viftepådrag i tilluftsviften Differansen i avtrekk- og tilluftsmengder viser at det er mye tap gjennom konstruksjonen i form av eksfiltrasjon. Måleresultatene viser at ved 80 % vifteeffekt forsvinner 30,5 % til eksfiltrasjon, ved 50 % vifteeffekt forsvinner 17,6 % til eksfiltrasjon Grunnventilasjon Som vist i resultater (se side 33) ligger grunnventilasjonen under kravene fra TEK 97. Det er naturlig å sammenligne verdiene med TEK 97 da denne var gjeldende under rehabiliteringen på Kampen skole. Grunnventilasjonen skal være minimum 1 l/s*m 2, for å fjerne lukt, forurensning og emisjoner. Ved måling av den totale grunnventilasjonen ble resultatene 1042 l/s og 0,14 l/s*m 2. Ved måling av rom A104 ble det avdekket at grunnventilasjonen i enkeltrom også var for lav. På rom A104 var grunnventilasjonen 15 l/s og 0,25 l/s*m 2. Det kan diskuteres hvorvidt klasserommene og dens materialer faktisk er lavemitterende. Det er mye tegninger, maling, permer og andre gjenstander som avgir

61 DRØFTING 55 emisjoner, og det kan derfor diskuteres hvorvidt materialbelastningen burde vurderes som høyemitterende. Som vist ble enkeltmålingen av luftmengden i rom A104 litt høyere enn målingen av hele anlegget. Henholdsvis 0,25 l/s*m 2 og 0,14 l/s*m 2. Dette har sannsynligvis en sammenheng med at KSO-spjeldet til rom A104 ligger nærmest inntaket i kulvert A, og målinger indikerer at spjeld som ligger lenger ifra tilluften i kulverten vil ha en lavere luftmengde. I tillegg er det mange oppholdsrom i bygget som ikke er ventilert med grunnventilasjon. Dette vil bidra til at de rommene som er ventilert får en større andel luft enn den gjennomsnittlige luftmengden for hele bygget. Grunnventilasjonen blir drevet av termiske drivkrefter og drivkrefter grunnet vind og temperatur ute. Da målingene av grunnventilasjonen ble gjort den , var maksimumstemperaturen 17,9 C, minimumstemperaturen på 5,3 C og gjennomsnittstemperaturen på 7,8 C. Vindstyrken var 9,4 m/s på det meste og 3,4 m/s i gjennomsnitt. Disse verdiene (innhentet fra klimadata) ligger innenfor det man anser som normalen for perioden, og verdiene bør ikke utgjøre en vesentlig forskjell for trykk og drivkrefter i forhold til andre dager. Det vil være dager i løpet av året som er varmere, med mindre vind og derfor mindre naturlige drivkrefter som gjør at grunnventilasjonen reduseres ytterligere. En annen faktor som også kan ha en innvirkning på grunnventilasjonen er trykkfall i anlegget. Ved dimensjonering av anlegget ble det estimert et lavere trykkfall enn det reelle trykkfallet som gruppen kom frem til (se side 51). Ved et lavere trykkfall i anlegget ville grunnventilasjonen sannsynligvis vært høyere SFP og virkningsgrad SFP ligger som forventet langt under 3.0 kw/m 3 /s, som er normal standard ifølge TEK 97. Dette må sees i sammenheng med det lave trykkfallet gjennom ventilasjonssystemet og sannsynligvis høy virkningsgrad på viftene. Det sammenlignes med TEK 97 fordi anlegget ble rehabilitert da denne forskriften fortsatt var gjeldende. Både driftsituasjon 1 med m³/h og driftssituasjon 2 med m³/h hadde lave SFP-verdier, med henholdsvis 0,50 og 0,47. SFP og virkningsgraden viser at anlegget tilfredsstiller kravene. Hvis anlegget hadde hatt konvensjonelle kanaler og mindre komponenter ville trykkfallet vært høyere og viftene måtte derfor hatt en høyere tilført effekt for å flytte lik mengde luft. SFP er beregnet med luftmengde og vifteeffekt i gjennomsnittlig driftssituasjon (se side 32).

62 56 DRØFTING Fortrengningsvegg/kortslutning Under den første sporgassmålingen som ble gjort i rom A104 var det tydelig for gruppen at det var en feil. Sporgasskonsentrasjonen i avtrekket ble veldig høy med en gang målingene startet, var veldig ustabil og samsvarte ikke med konsentrasjonen i oppholdssonen. Etter at målingen var utført sjekket gruppen hvordan fortrengningsveggen så ut på baksiden. Da avdekket gruppen hvor tilluften kom ut og hvordan det var åpning mellom denne og avtrekkssjakten. Det ble da veldig tydelig at det var en kortslutning mellom tilluftskanalen og avtrekket. Kortslutningen skyldes dårlig håndverksarbeid og kunne veldig enkelt vært forhindret. Som vist på bildet under er det en åpning langs undersiden på avtrekkskanalen som burde vært tettet. Bilde 15 Kortslutning rom A104 Gruppen sjekket senere avtrekket i forskjellige klasserom i forskjellige etasjer. Det viste seg at seks av syv klasserom hadde tilsvarende kortslutning i større eller mindre grad. Det som også kom frem ved inspeksjonen var at enkelte klasserom hadde utbedret problemet med en tetningslist av gummi rundt avtrekket, nettopp for å forhindre kortslutning. Problemet har dermed vært kjent, men kun utbedret i enkelte klasserom. Rommene på Kampen skole er behovstyrt med følere på temperatur og CO2. Et resultat av denne kortslutningsfeilen er hvis tilluft- og avtrekksviftene må ha en høyere effekt for å klare å holde CO2-konsentrasjonen og temperaturen på et akseptabelt nivå. Dette vil da nødvendigvis føre til et høyere energiforbruk. En slik feil kan også ha en direkte innvirkning på ventilasjonseffektiviteten og inneklimaet i klasserommene. Et annet element som bør vurderes opp mot fortrengningsveggen er kostnaden ved en slik investering kontra virkningen den har. Fortrengningsveggen er sannsynligvis dyrere enn vanlige konvensjonelle tilluftskanaler og tilluftsventiler. Det må også da regnes med timer som har gått med i forkant til utredning, beregning, montering og testing av fortrengningsveggen. Det er vanskelig å dra en konklusjon på dette, siden det ikke foreligger noen dokumentasjon på timer og økonomi, men det kan antas at

63 DRØFTING 57 konvensjonelle tilluftskanaler og tilluftsventiler krever mindre ressursbruk både i forkant og under montering og er dermed sannsynligvis billigere Ventilasjonseffektivitet Sporgassmålinger viser at luftskiftet i målingene som ble utført var betydelig lavere i perioden når tilluftsviften ikke virket. Dette er naturlig med tanke på at tilluftsmengden var mye lavere i dette tidsrommet. At luftvekslingseffektiviteten ikke hadde like store avvik kan ha sammenheng med infiltrasjonen inn i rommene når det kun var avtrekksviftene som virket. Infiltrasjonen gav et stort undertrykk og gjorde at luft ble trukket inn fra andre steder som vinduer, bygningskropp og korridorer. En konsekvens av dette kan ha vært at ufiltrert kald luft kom inn, la seg ved bakken og presset varmere luft opp. Dette kan ha gjort at tilluften gjennom perforeringen ble presset opp mot avtrekket. Resultatet av store undertrykk i alle rom førte til at hver gang inngangsdørene ble åpnet ble store mengder kald ufiltrert luft sugd inn fra korridorene. De dagene hvor det ble utført målinger og tilluftsviften ikke fungerte opplevde gruppemedlemmene at det var kjølig i arealene utenfor klasserommene. Når tilluftsviftene igjen virket som normalt og det ble tilført store luftmengder ble resultatet et overtrykk som førte til eksfiltrasjon istedenfor infiltrasjon. Målinger med AccuBalanse viste at over 200 m 3 /h luft nå gikk gjennom døren og ut i gangen, tilsvarende forsøk ble ikke gjort når det kun var avtrekksviftene som gikk. Som vist i Tabell 18 Ventilasjonseffektivitet basert på målte luftmengdertabell 19 Ventilasjonseffektivitet basert på beregnede luftmengdervarierer luftvekslingseffektiviteten en del. Dette er på grunn av defekt tilluftsvifte under de tre første sporgassmålingene. De to siste målingene utført og fungerte tilluftsviften og ventilasjonseffektiviteten forbedret seg da betraktelig. I de to første målingene i rom A104 kommer det klart frem (se Tabell 17 side Tabell 1735) at det var svært lave luftmengder når målingene ble gjennomført. For første måling ligger luftskiftet 0,2 over luftskiftet fra målingen , med nesten like luftmengder. Dette på tross av at under forsøket ikke var personer til stede i rommet, og det ble brukt varmelamper og radiatorer som varmekilder. Dette er ikke en fullgod erstatning for personer som er spredt rundt i rommet og beveger seg rundt, men gav likevel nesten identiske måleresultater. Luftvekslingseffektiviteten var i begge forsøkene lavere enn det numeriske verdikravet for fortrengende ventilasjon. Måling fire og fem ble gjort etter at tilluftsviftene virket igjen. Dette syntes ved at luftmengdene er 30 % og 60 % høyere enn når det kun var avtrekksviftene som gikk, dermed er luftskiftet mye høyere enn i de første tre målingene. At det er så stor forskjell

64 58 DRØFTING på luftmengdene mellom disse to målingene har sannsynligvis sammenheng med at det kun var fem spjeld som stod åpne i kulverten under forsøket selv om tilluftsviftene gikk på 50 %. Siden det kun var fem åpne spjeld gikk nesten all tilluft gjennom disse slik at luftskiftet ble veldig høyt under det femte forsøket. Luftvekslingseffektiviteten er høyere enn 50 % i begge målingene, noe som tilsier at fortrengningsventilasjonen så vidt fungerer. Fordi fortregningsventilasjon bruker personer til å varme opp tilluften er det knyttet usikkerhet til luftvekslingseffektiviteten. Flere mennesker gir høyere varmetilskudd til luften og øker luftvekslingseffektiviteten, mens færre personer gir motsatt effekt. Luftvekslingseffektivitet på 50 % er mulig å oppnå med omrøringsventilasjon og det er derfor mulig at ekstrakostnaden ved å installere fortregningsvegg var unødvendige. Luftskiftet var nesten dobbelt så stort i måling fire og nesten tre ganger så høyt i måling fem som i de to første forsøkene i rom A104. I rom A120 som har inntakssjakt lengst vekk fra tilluftsviftene har man veldig lave luftmengder, kun 615 m 3 /h, som skyldes at det kun var avtrekksviftene som gikk. At det likevel har gitt en høy luftvekslingsindikator og luftvekslingseffektivitet selv med lavt luftskifte kan skyldes at det ble varmt i rommet og den varme luften har blitt fjernet raskt fra oppholdssonen og blitt sugd inn i avtrekket. Måling nummer fire er vurdert til å være den mest representativ for Kampen skole, da forsøkene ble gjort med elever til stede, fungerende tilluftsvifte og provisorisk tettet kortslutning Konsekvenser av defekt tilluftsvifte Inneklimakonsekvensene av at tilluftsviften ikke fungerer er at man reduserer luftskiftet. Ved normal driftssituasjon med defekt tilluftsvifte vil det være m 3 /h som ventilerer oppholdssonen (se side 42). I en normal driftssituasjon hvor tilluftsviften fungerer er denne luftmengden m 3 /h. Med en fungerende tilluftsvifte vil man ha en kapasitet opp mot m 3 /h når tilluftsviften yter 80% (se side 32). Den lave luftmengden med defekt tilluftsvifte vil gjøre at luftkvaliteten blir dårligere og at temperaturen på sommerstid kunne blitt ubehagelig høy. Med en fungerende tilluftsvifte vil tilluftsmengden være høyere enn avtrekksmengden, noe som gjør at det blir overtrykk i bygget. Dette fører til eksfiltrasjon av luft (se side 32). Når tilluftsviften ikke var operativ var det 1,8 ganger så høy mengde luft som gikk ut igjennom avtrekket enn det som ble tilført gjennom inntaket (se side 42). Dette førte til et undertrykk i bygget, noe som ga høy infiltrasjon. Denne infiltrasjonsluften var uoppvarmet og ufiltrert, mye av luften som er i oppholdssonene gikk ikke via varmeveksleren der tilluften får gratis oppvarming fra varmeveksleren.

65 DRØFTING 59 CO2-konsentrasjonen i aktuelle rom viser at defekt tilluftsvifte ikke hadde store konsekvensene for inneklimaet. Dette skyldes at ventilasjonsanlegget har høy kapasitet som klarer å kompensere for den reduserte tilluftsmengden. Anlegget viser seg å være robust ved eventuelle feil noe som også var hensikten og en fordel ved dette ventilasjonsanlegget. De rommene der problemet med defekt tilluftsvifte var tydeligst, er de samme rommene som også sliter med dårlig inneklima når tilluftsviften og ventilasjonsanlegget fungerer. Her ligger avtrekksviftene på maksimal kapasitet når anlegget er i vanlig drift, og man kan se en betydelig forverring av CO2- konsentrasjonen i perioden tilluftsviften ikke fungerte. Problemet ble sannsynligvis ytterligere forverret av kortslutninger mellom tilluft og avtrekk. 6.2 Temperatur Temperaturlogging er benyttet for å avdekke temperaturforløpet i inntakstårnet, kulvert, sjakter og fortrengningsvegg. Den passerte utetemperaturen 18 C, ved denne temperaturen gikk ventilasjonsanlegget over i sommermodus og det ble en drastisk endring i temperaturforløpet etter varmeveksleren (Se Graf 18). Graf 18 Endring Dette kan forklares med at i sommermodus tvangsstyres ikke varmegjenvinneren til å konstant stå på 100 % slik den gjør i vintermodus. I sommermodus er varmegjenvinneren sannsynligvis regulert til å skru seg av og på etter behov. Dette gir mindre stabile temperaturer inn til varmebatteriet som på grunn av dette skrur seg av og på oftere for å varme opp den kalde tilluften. Når luften ikke får «gratisoppvarming» fra gjenvinneren er tilluften kjøligere før varmebatteriet og det kreves mer arbeid fra batteriet til oppvarmingen. Dette gir utslag i større svingninger, spesielt nattestid når det er kjølig ute, og derfor større svingninger i

66 60 DRØFTING temperaturene i bygget. Dette vil ha en negativ innflytelse på energibruket da man ikke benytter gratis energi fra varmeveksleren. I Graf 18 er det enkelte høye verdi-topper som ikke er reell lufttemperatur (rosa og grønn). Dette har en sammenheng med at temperaturfølerene har ligget i direkte kontakt med varmebatteriets overflate og det har derfor blitt forstyrrelser som har ført til signifikant svingning. Ved beregning av kjøleeffekten grunnet den termiske massen i ventilasjonssystemet er det kun mulig å se indikasjoner ut i fra våre målinger, da det maksimalt var 20 C under loggeperioden og dette var over et kort tidsrom. Det er derfor ikke mulig å gi noen konkrete svar på kjøleeffekten til den passive delen av ventilasjonssystemet. Dette skyldes at man forventer å få andre resultater med høyere utetemperaturer over en lengre periode. Dette vil blant annet gjøre at den tunge termiske massen til bygget rekker å bli varmet opp og temperaturforløpet vil bli endret Termisk effekt tilluftstårn I perioder hvor bygget kun blir tilført grunnventilasjon og luften derfor beveger seg sakte, ser man kraftig reduksjon eller økning av temperaturen i luften. På grunnlag av dette ser man tydelig at det er stor grad av varmeoverføring mellom sjakt og luft. Dette indikerer at det er stort potensiale for å hente inn undertemperert luft på natten som kjøler ned den termiske massen i veggene. Utfordringen ut ifra måledataene er at luften ikke rekker å bli kjølt ned i stor nok grad når lufthastigheten øker til normalt nivå i driftstid. (Se side 44) Den høye hastigheten gjør at luften ikke får lang nok oppholdstid til å avgi tilstrekkelig energi og dermed redusere tilluftstemperaturen til et tilfredsstillende nivå. Det anbefales at temperaturlogging blir gjennomført over en lengre periode med høyere utetemperatur, hvis man ønsker å vurdere den faktiske kjøleeffekten Termisk effekt kulvert Temperaturloggingen viser at kulverten har liten påvirkning på temperaturen annet enn å dempe svingningene. Reduksjonen i temperatursvingningene utover i kulverten indikerer at det er god varmeoverføring mellom vegg og luft. Når ventilasjonsanlegget går inn i nattkjølemodus vil temperaturen etter varmebatteriet bli redusert på den tiden av døgnet der temperaturen er tilstrekkelig lav, dette gjør at man får en nedkjøling av kulverten. Dette vil kunne gjøre at kulverten har en lavere temperatur enn tilluften og man kan forvente å få en kjølende effekt i driftstid. Dette har ikke vært mulig å måle, da det ikke har vært høy nok temperatur i loggeperioden til at ventilasjonsanlegget gikk inn i nattkjølemodus.

67 DRØFTING Termisk effekt fortrengningsvegg Målingen av temperaturforløpet fra kulverten og opp igjennom fortrengningsveggen viser at sjakten glatter ut temperatursvingningene ytterligere, slik at det blir en langt mer stabil lufttemperatur i oppholdssonene enn det som blir sendt ut fra varmebatteriet i kulverten. Dette indikerer at den termiske massen i sjakten potensielt vil kunne bidra til nattkjølingen da den har en høy termisk masse og man ser en energitransport fra sjakt til tilluften. Temperaturforløpet i fortrengningsveggen viser med en temperaturøkning på 0,4 C fra inngang til utgang, selv med høy lufthastighet i driftstid, at luften har tilstrekkelig oppholdstid og derfor rekker å hente energi fra rommet via veggen. Dette er målt i en periode der det har vært en gjennomsnittlig temperaturdifferanse på 1,7 C mellom rommet og tilluften. Under de varmeste dagene på sommeren antas det at romtemperaturen vil kunne bli langt høyere og temperaturdifferansen derfor vil bli mye større. Dette gjør at det blir en betraktelig økning av varmeoverføringen og en enda større effekt av den store kjøleflaten fortrengningsveggen representerer. Oppvarmingen av tilluften er ikke i seg selv målet, men derimot veggens evne til å fungere som en stor kjøleflate. 6.3 Energiforbruk Energiforbruket viser seg å være mye lavere enn anslått. Dette kan ha sammenheng med at el-kjelen i dag står for oppvarmingen av et totalt areal på 9406 m 2, mens den beregnede energibruken i prosjekteringen brukte et areal på 7400 m 2. Dette fordi elkjelen står for oppvarmingsbehovet til gymsalen, SFO og Kampen menighetshus i tillegg til hovedbygget. En annen medvirkende årsak til at energi forbruket er lavere enn beregnet kan være at grunnventilasjonen ikke leverer nok luft i forhold til prosjekteringen og forskriftene. Forskjellen i varmetapstallet når første kvartal for 2013 og 2014 sammenlignes, kan ha sammenheng med økt infiltrasjon i bygget når det kun var avtrekksviftene som var i drift. En annen medvirkende årsak kan være at gruppen tvangsstyrte anlegget tre ettermiddager for å utføre målinger i en periode hvor energiforbruket egentlig skulle vært lavere.

68 62 DRØFTING 6.4 Trykkfallsberegning Anlegget ble i sin tid rehabilitert som et lavtrykkfallsanlegg. SINTEF estimerte under rehabiliteringen at anlegget skulle ha et totalt trykkfall på 114,5 Pa ved en luftmengde på m³/h. Ventilasjonsanlegget har i dag et trykkfall på 172,3 Pa ved sammenlignbar driftsituasjon med en målt luftmengde på m³/h. Generelt har alle enkeltkomponenter i anlegget litt høyere trykkfall enn prosjektert, men det er spesielt varmevekslerne ved avtrekksviftene som trekker det totale trykkfallet opp. Ser man på verdier som for eksempel filtrene er de estimerte verdiene gjort av SINTEF gode i forhold til målingene (se side 51). Selv om trykkfallet i anlegget overstiger det som ble prosjekterte er anlegget allikevel innenfor hva som kan sees på som et lavtrykkfallsanlegg. 172,3 Pa er et lavt trykkfall i forhold til konvensjonelle anlegg der luften blir presset inn i kanaler og bend som skaper høyt trykkfall. Ventilasjonsanlegget på Kampen skole store arealer der luften beveger seg, dette fører til at luften føres med lav hastighet som resulterer i et lavt trykkfall over enkeltkomponenter og føringsveier. Se Vedlegg 1 og Vedlegg 2 for ytterlige beregninger. 6.5 Styring og regulering Behovsstyring av ventilasjonen sørger i utgangspunktet for at det kun tilføres nødvendig mengde luft der det er behov. Uten behovsstyring ville man i driftstid levert den mengden luft som er prosjektert som det totale luftmengdebehovet for skolen. Dette tilsvarer for Kampen skole m³/h. Gjennomsnittlig driftssituasjon er for skolen målt til m³/h, som tilsvarer litt over 50 % av den prosjekterte luftbehovet. Tilluftsviften vil i løpet av en vanlig dag variere med hvilken effekt den ligger på. I store deler av døgnet vil den på grunn av behovsstyringen ikke være aktiv selv når anlegget fungerer som det skal. SD-anlegget viser ikke faktisk viftepådrag, men styrende verdi tilført frekvensomformer. På denne måten vil det på SD-anlegget fremstå som om alt fungerer som normalt, selv om komponenter i anlegget ikke er i drift. Dette kan gjøre det vanskelig å oppdage eventuelle feil. Dette gjelder også andre komponenter i anlegget. Når avtrekksviftene går på 60 % av maksimal kapasitet viser det seg at de ikke klarer å trekke av like mye luft som tilluftsviften gir ved 80 % effekt. Med utgangspunkt i at avtrekksviftene trekker m 3 /h ved 60 % vifteeffekt, burde avtrekksviftene ideelt sett øke sin øvre grense til 86,4 % for å kunne trekke en lik luftmengde som tilluftsviften ( m 3 /h). Dette forutsetter at tilluftsmengden ikke påvirkes nevneverdig av avtrekksluftmengden.

69 DRØFTING 63 Avtrekksviftene har forskjellige effekter og vil derfor ha et behov for forskjellige viftepådrag fra tilluftsviften. I dag er tilluftsviften slavestyrt helt likt i forhold til alle avtrekksviftene, selv om avtrekksviftene flytter forskjellig mengder luft. Dette er programmert med utgangspunkt i at man skal få en tilnærmet lik luftmengde inn og ut av oppholdssonene, men dette er gjort uten å ta hensyn til størrelsesforskjellen på avtrekksviftene. Slavestyringen av tilluftsviften fungerer slik at avtrekksviftene gir likt pådrag hos tilluftsviften, selv om avtrekksviftene og flytter cirka 1,7 ganger så mye luft som avtrekksviftene og Dette gjør at det ikke oppnås en god balanse og det blir uønsket eksfiltrasjon av luft (se side 32) Gruppen har satt opp et forslag til regulering av viftepådraget til avtrekk- og tilluftsviften. Med en slik regulering oppnår man en bedre balanse mellom luftmengdene inn og ut av bygget. I gruppens forslag reguleres viftepådraget til tilluftsviften slik at avtrekksvifte og gir et høyere viftepådrag enn og Tabell 34 Forslag regulering. Viftepådrag [m 3 /h] Økning av viftepådrag tilluftsvifte Tilluftsvifte Avtrekksvifte Vifteeffekt høy (80 %) % Vifteeffekt lav (40 %) % Avtrekksvifte Vifteeffekt høy (80 %) % Vifteeffekt lav (40 %) % *Beregnet ut ifra middelverdien mellom de målte luftmengdene i avtrekkstårn 004 og 005, eller 006 og 007 ved 60 % viftepådrag i alle avtrekksviftene og 80 % viftepådrag i tilluftsviften. Tabell 35 viser resulterende viftepådrag i tilluftsviften ved å benytte de foreslåtte verdiene i tabellen ovenfor. Dette viser hvor liten differanse som forventes å få mellom inntak og avkast hvis reguleringen endres i henhold til foreslått tiltak. Differensen er i favør av tilluftsviften, og det vil derfor alltid være litt eksfiltrasjon.

70 64 DRØFTING Tabell 35 Forslag regulering. Luftmengde Avtrekksvifter Total luftmengde avtrekk [m 3 /h] *1 representerer 40 % viftepådrag og 2 representerer 80 % viftepådrag i avtrekksviftene Tilluftsvifte Resulterende viftepådrag tilluftsvifte Total luftmengde tilluft [m 3 /h] Differanse Avtrekk og tilluft [m 3 /h] 12 % 24 % 40 % 24 % 36 % 44 % 56 % 60 % 80 % Temperaturvirkningsgrad varmegjenvinner Temperaturvirkningsgraden er beregnet til 0,62 i vintermodus, men det er usikkerhet knyttet til dette (se side 53). Forventet temperaturvirkningsgrad for batterigjenvinner uten varmepumpe er 0,5 0,65. Hvis man tar høyde for infiltrasjon og eksfiltrasjon vil temperaturvirkningsgraden ligge mellom 0,46 0,63. Virkningsgraden i sommermodus på 0,32 er ikke det den faktiske temperaturvirkningsgraden til gjenvinneren, men en indikasjon på at gjenvinneren skrur seg av og på i alt for stor grad, på tross av at det i perioden var et oppvarmingsbehov. /20/ I vintermodus er varmegjenvinneren styrt til å alltid være på, mens den i sommermodus reguleres ut ifra varmebehovet. Dette gjør at varmebatteriet må dekke en unødvendig stor del av oppvarmingsbehovet. Det er særlig temperaturvirkningsgraden under grunnventilasjonen som trekker ned, denne er i sommermodus bare 0,19. Grunnventilasjonen representerer den delen av døgnet med lavest temperatur, og det var derfor forventet at virkningsgraden på dette tidspunktet var opp imot 0,62. Da det viste seg at virkningsgraden bare var 0,19, er det tydelig at varmeveksleren skrur seg av og på unødvendig mye, og varmebatteriet derfor må dekke opp det resterende oppvarmingsbehovet. Gruppen antar at årsaken til dette kan ha en sammenheng med at temperaturføleren ved veksleren blir påvirket av varmebatteriet, og registrerer en temperatur som er høyere enn den reelle lufttemperaturen. Dette påvirker energiforbruket negativt i perioder med ventilasjonsanlegget sommermodus og hvor det er et oppvarmingsbehov.

71 KONKLUSJON 65 7 Konklusjon 7.1 Luftmengder Tilluft- og avtrekksmengder Tilluftsviften er godt dimensjonert i forhold til prosjekteringen, men differansen i tilluftog avtrekksmengder avslører at det er mye tap i form av eksfiltrasjon. Det er tydelig at avtrekksviftene ikke klarer å trekke lik luftmengde som tilluftsviften gir, slik anlegget er styrt i dag (se side 54). Etter beregninger kan det sees at avtrekksviftene bør øke sin effekt avhengig av hvordan effekten på tilluftsviften er. Under dagens situasjon når tilluftsviften går på 80 % effekt trekker avtrekksviftene 60 %. Skulle tilluft- og avtrekksviftene ha samsvarende luftmengder bør avtrekksviftene øke sin effekt til 86,4 % (se side 63) Grunnventilasjon Grunnventilasjonen på Kampen skole tilfredsstiller ikke kravene fra TEK 97 og den prosjekterte luftmengden på 1 l/s*m 2. Grunnventilasjonen er derfor for lav for sin funksjon, som er å fjerne uønsket lukt, forurensning og stoffer fra emitterende materialer. I tillegg er det mange oppholdsrom som ikke har grunnventilasjon fra ventilasjonssystemet grunnet at det ikke er bygget ventiler for dette fra kulverten i kjelleren. Forslag til utbedring for rom uten egen grunnventilasjonsventil er primært å bygge om kanalene i kjelleren slik at man får inn nye KSO-ventiler der det er nødvendig. Dette kan gjøres ved å forlenge kanalstussene og sette inn en tilsvarende ventil som er allerede er benyttet. Alternativ løsning som ikke krever ombygging er å endre spjeldåpningen av romspjeld til åpen stilling når ventilasjonssystemet står i grunnventilasjonsmodus. De naturlige drivkreftene i det hybride ventilasjonsanlegget bidrar ikke med tilstrekkelige drivkrefter til å alene sørge for tilfredsstillende grunnventilasjon. I driftstid vil de naturlige drivkreftene utgjøre en liten del i forhold til de mekaniske drivkreftene og anses derfor ikke som en avgjørende faktor for lavt energiforbruk. For å oppnå tilfredsstillende grunnventilasjon må det tilføres mekanisk drivtrykk fra viftene for å øke luftmengden fra dagens nivå på 1042 l/s til det nødvendige nivået på 7400 l/s. Trykkfallet i anlegget er høyere enn prosjektert og kan ha påvirket grunnventilasjonen slik at denne er lavere enn kravene. Et lavere trykkfall vil sannsynligvis være med på å øke grunnventilasjonen, men vil ikke alene være nok til å tilfredsstille kravene i TEK 97.

72 66 KONKLUSJON SFP og virkningsgrad SFP og totalvirkningsgrad samsvarer i høy grad med de prosjekterte verdiene. Sammenliknet med prosjektert SFP på 0,40 kw/m 3 /s, er målt SFP på 0,47 og 0,50 litt høyere. Derimot var denne beregnet med utgangspunkt i et prosjektert trykkfall på 120 Pa, som er lavere enn det målte trykkfallet på 172,3 Pa. TEK 97 angir anbefalt maksimal SFP på 3,0, noe Kampen skole tilfredsstiller med god margin. Dette betyr at viftene bruker lite energi på å flytte mye luft og er derfor meget energieffektive. Viftedrift utgjør en vesentlig del av energiforbruket til bygninger og lav SFP er derfor en bidragsyter til lavt energiforbruk på Kampen skole. Totalvirkningsgraden ble prosjektert til 0,30, den målte virkningsgraden er 0,26 for gjennomsnittlig driftssituasjon (situasjon 2) og 0,35 ved maksimal normal driftssituasjon (situasjon 1) Fortrengningsvegg/kortslutning Det ble avdekket kortslutning ved avtrekket i fortrengingsvegg i seks av syv klasserom som ble kontrollert. Omfanget av kortslutningsarealet er forskjellig, men det viste seg at det i enkelte rom var installert en gummilist laget for å hindre kortslutning. I klasserommene med omfattende kortslutning var arealet av glippen mellom tilluft og avtrekk på mellom 7 og 12 % når konsekvensen av vena contracta er tatt med i betraktningen. Luftmengden gjennom kortslutningen vil sannsynligvis være enda høyere fordi luften går minste motstands vei. Utbedring av kortslutning kan gjøres enkelt med en tetningslist og vil ikke medføre store kostnader. Det vil bidra til bedre inneklima og lavere energiforbruk. Selv med omfattende kortslutning i en stor andel av skolens undervisningsrom anses luftkvaliteten generelt som god. Dette i kombinasjon med andre faktorer, viser at ventilasjonsanlegget er robust og har kapasitet utover det som ble prosjektert Ventilasjonseffektivitet Når tilluftsviften virker og kortslutningen er tettet er ventilasjonseffektiviteten 5,7 luftskifter per time og luftvekslingseffektiviteten over 53 %. Luftvekslingseffektiviteten er akkurat innenfor det numeriske kravet for fortregningsventilasjon. Det bør undersøkes nærmere hvorfor luftvekslingseffektiviteten til fortregningsveggen ikke er høyere. Det er sannsynlig at kostnaden til installering av fortregningsvegger var unødvendig høy i forhold til hvor stort bidrag fortregningsveggen gir til et godt

73 KONKLUSJON 67 inneklima. Nesten tilsvarende luftvekslingseffektivitet er mulig å oppnå med billigere konvensjonell omrøringsventilasjon Konsekvenser av defekt tilluftsvifte Konsekvensen av defekt tilluftsvifte var for lav tilført luftmengde. Luftmengden var 2/3 av behovet, noe som ga stort utslag på inneklimaet i rom som hadde for lite tilluft selv med fungerende tilluftsvifte. På tross av lave luftmengder fikk mange rom tilstrekkelig luft til å gi tilfredsstillende CO2-konsentrasjoner, dette viser at ventilasjonsanlegget er robust, sammenliknet med mer konvensjonelle ventilasjonsanlegg. Når avtrekksviftene gikk for fult, men ikke tilluftsviftene ble det undertrykk i alle rom. Dette resulterte i høy infiltrasjon og økt kortslutning i fortrengningsveggene. Økt infiltrasjon gir store mengder ufiltrert luft inn til klasserommene som kan gi dårlig inneklima. I tillegg vil luften som kommer inn igjennom konstruksjonen ikke få tilført varme fra varmeveksleren og energiforbruket knyttet til oppvarming blir flyttet over på radiatorene, som ikke har en gjenvinnerfunksjon. Dette gjorde at varmetapstallet økte. 7.2 Temperatur Det er ikke mulig å trekke noen klare konklusjoner på effekten av den termiske massen i ventilasjonsanlegget fordi det i loggeperioden ikke var varmt nok til å avdekke kjøleeffekt, eller kaldt nok til å avdekke varmetilskuddet. Resultatene viser allikevel at det er god varmeoverføring mellom luft og termisk masse som indikerer at systemet potensielt fungerer som prosjektert. Hvis det er ønskelig å avdekke varmetilskuddet anbefaler gruppen at nye målinger i varmere perioder blir gjennomført.

74 68 KONKLUSJON 7.3 Energiforbruk Energiforbruket er lavere enn prosjektert, som mest sannsynlig har sammenheng med at el-kjelen dekker et mye større oppvarmingsareal en kun hovedbygningen. For å få ned energibruken ytterligere anbefales det at alle glipper i fortrengningsveggen mellom tilluft og avtrekk tettes igjen med gummilist. Et annet tiltak som kan bidra til å få skolens energikostnader ned vil være å fakturere Kampen menighet etter sitt faktiske forbruk, ved hjelp av måleravlesninger, istedenfor tre prosent av el-kjelforbruket som de blir fakturert etter i dag. Det gjennomsnittlige temperaturkorrigerte forbruket over perioden er kun 34 kwh/m² høyere enn kravene for skolebygninger i TEK 10 som må sies å være bra med tanke på at bygget er oppført for over 100 år siden og var ferdig restaurert i Varmetapstallet i første kvartal 2014 når tilluftsviftene ikke gikk var høyere enn første kvartal Dette har sammenheng med økt infiltrasjon som følge av undertrykk i rommene når det kun var avtrekksviftene som gikk. 7.4 Trykkfallsberegning SINTEF prosjekterte anlegget med et trykkfall på 114,5 Pa. Målinger viste et trykkfall på 172,3 Pa, som er litt høyere enn prosjektert, men allikevel innenfor hva som kan oppfattes som et lavtrykkfallsanlegg. Hadde anlegget hatt et like lavt trykkfall som prosjektet ville grunnventilasjonen økt, men ikke nok til å tilfredsstille kravene i TEK 97. Gruppen har ikke funnet noen økonomisk forsvarlige tiltak for å senke trykkfallet eller øke det naturlige drivtrykket for å oppnå tilstrekkelig grunnventilasjon. 7.5 Styring og regulering, SD-anlegg Bygget har regulering som sørger for tilfredsstillende inneklima i store deler av skolen, men reguleringen av viftepådraget til viftene burde programmeres slik at balansen mellom tilluft og avtrekk forbedres og eksfiltrasjon reduseres. Forslag til nytt oppsett av vifteregulering finnes på side 63 og 64. Behovsstyringen regulerer den gjennomsnittlige luftmengden i driftstid til cirka 50 % av det prosjekterte totale behovet, og sørger derfor for å redusere energiforbruket vesentlig. Behovsstyring er regnet for å være en av de viktigste faktorene til Kampen skoles lave energiforbruk. SD-anlegget burde programmeres slik at vedvarende feil på moduler tydeliggjøres på oversiktsbilder selv etter at feilmeldingen har dukket opp og blitt godkjent. Det burde gjøres en kostnadsanalyse av en serviceavtale med Schneider Electric slik at

75 KONKLUSJON 69 feil blir oppdaget på et tidlig stadium. Fordeler med en slik avtale er høyere driftssikkerhet, forutsigbare vedlikeholdskostnader og rapporter der det legges frem kontinuerlig status på installert utstyr. Dette vil være enda viktigere hvis vaktmestertjenestene til undervisningsbygg blir desentralisert. /21/ Skjevfordelingen av luft til forskjellig rom i bygget viser at innreguleringen av ventilasjonsanlegget ikke er god nok. Ventilasjonssystemet har et innreguleringsspjeld på toppen av hver avtrekkssjakt. Dette spjeldet har kun manuell innstilling og har til hensikt å sørge for riktig luftfordeling slik at alle rom får tilstrekkelig luft. Når ventilasjonssystemet er behovsstyrt og har naturlig ventilasjon som utnytter skorsteinseffekten er dette en ekstremt komplisert oppgave. Dette er fordi man ved å innregulere spjeldene øker trykktapet, samtidig som det hele tiden vil være endringer i CO2- konsentrasjon som gir endringer i spjeldåpning i kulverten og viftepådrag fra viftene. I dag står nesten alle innreguleringsspjeld i åpen stilling og tjener derfor ikke til noe formål. En avtrekksvifte sørger for avtrekk fra flere rom. Hvis kun et av rommene får CO2- konsentrasjon som gir «vifteeffekt høy», så er det kun dette rommet som får åpent spjeldet i kulverten. I avtrekket derimot er det ingen motoriserte spjeld, og avtrekksviften vil derfor trekke av luft fra samtlige rom den tilhører. Det oppstår på grunnlag av dette et undertrykk i alle rom som ikke har åpent spjeld i kulverten og man får uønsket infiltrasjon. Ved å plassere motoriserte spjeld i toppen av avtrekkssjaktene, ville man unngått å hente store mengder luft fra rom uten behov og på denne måten unngått store mengder infiltrasjon. Avtrekksspjeld må slavestyres i forhold til tilluftsspjeld. Dette ville gitt et lavere viftepådrag, fordi den totale luftmengden ville blitt redusert. For å opprettholde grunnventilasjon må de nye spjeldene vært perforert, eller så må det legges til en grunnventilasjonsventil på lik linje med de i kulverten. 7.6 Virkningsgrad varmegjenvinner Varmegjenvinneren har meget god temperaturvirkningsgrad sammenliknet med forventede verdier for batterigjenvinner uten varmepumpe. Hvis man hadde bygget et ventilasjonsanlegg som ikke baserer seg på det hybride ventilasjonsprinsippet kunne man i mye større grad stått fritt til å velge en oppbygning av ventilasjonsanlegget som hadde gitt rom for roterende varmegjenvinner med virkningsgrad på mellom 70 og 80 %. En slik løsning ville gitt økt trykkfall, dårligere SFP og derfor økt behov for energi til viftedrift, men besparelsen grunnet vesentlig bedre temperaturvirkningsgrad i varmegjenvinneren ville høyst sannsynlig gjort det totale energiforbruket lavere. /20/

76 70 KONKLUSJON Varmegjenvinneren fungerer meget godt i vinterdrift. I sommerdrift er det en innstilling i systemet som gjør at den aktiveres etter behov. En feil i systemet fører til gjenvinneren skrur seg av og på unødvendig mye. Dette resulterer i store temperatursvingninger i lufttemperaturen og varmebatteriet må derfor dekke en unødvendig stor del av oppvarmingsbehovet til luften. Varmegjenvinneren er en avgjørende for skolens lave energiforbruk i perioder med oppvarmingsbehov. Utbedring av feilen i sommermodus vil bidra til å redusere energiforbruket. 7.7 Oppsummering av anbefalte tiltak - Tilluft- og avtrekksvifter programmeres i henhold til det som er foreslått, slik at god balanse oppnås, og eksfiltrasjon reduseres. - Der det ikke er grunnventilasjonsventil må dette installeres slik at bygget oppfyller kravene i TEK Det naturlige drivtrykket sørger ikke for tilstrekkelig grunnventilasjon. Ventilasjonssystemet må programmeres slik at tilluft og avtrekksviftene bidrar med tilstrekkelig mekanisk drivtrykk, slik at nødvendig luftmengde oppnås. - Årsaken til lav ventilasjonseffektivitet burde utredes og nødvendige tiltak gjennomføres. - SD- anlegget må programmeres slik at det er lettere å oppdage vedvarende feil. Dette gjelder spesielt ved sentralisering av vaktmestertjenestene i Oslo. - SD- anleggets sommermodus må evalueres slik at varmeveksleren reguleres bedre og energiforbruket reduseres. - Motoriserte avtrekksspjeld burde installeres, slik at bedre luftfordeling oppnås og lokal infiltrasjon reduseres. - Kortslutninger i fortrengingsvegg bør utbedres med tetningslist. - For å finne kjølende effekt av den termiske massen i systemet anbefales temperaturlogging gjennom sommerhalvåret. Denne kan gjennomføres etter samme metode som er beskrevet på side 26.

77 REFERANSELISTE 71 8 Referanseliste 1. Arkitektur.no. Kampen skole ombygging og rehabilitering. Hentet fra 2. Mysen M. m.fl., Oppdragsrapport Evaluering av rehabiliteringstiltak på Kampen skole. Oslo: Norsk byggforskningsinstitutt. 3. Sosial- og helsedepartementet utarbeidet av Folkehelsa. Anbefalte faglige normer for inneklima. Hentet fra 4. Sørensen Bjørn R., Ventilasjon og ventilasjonseffektivitet. Hentet fra 5. Dokka T. Mysen M. Schild Peter G., Tjelflaat P Bygningsintegrert ventilasjon en veileder. Utgitt av ØkoBygg- programmet. 6. Stensaas Leif. I.,1999. Ventilasjonsteknikk 1. Oslo: Universitetsforlaget 7. Mysen M. Juni Energieffektiv viftedrift, prosjekteringsveiledning. Oslo: Statsbygg-Norges Byggforsk. 8. Systemair, Energimerking, Energivurdering og TEK i praksis. Oslo: Systemair 9. Eikan Pål K., Sørensen Bjørn R., Bestemmelse av ventilasjonseffektivitet med sporgassanalyse. Narvik: Høgskolen i Narvik 10. Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap. Ventilasjon i yrkesbygning og publikumsbygning. Hentet fra Arbeidstilsynet. Veiledning om klima og luftkvalitet på arbeidsplassen-fulltekst. Hentet fra Norsk standard Inneklimaparametere for dimensjonering og vurdering av bygningers energiytelse inkludert inneluftkvalitet, termisk miljø, belysning og akustikk. Oslo: Norsk Standard 13. Arbeids- og sosialdepartementet, Lov om arbeidsmiljø, arbeidstid og stillingsvern mv. (arbeidsmiljøloven). Hentet fra Kommunal- og moderniseringsdepartementet. Lov om planlegging og byggesaksbehandling (plan- og bygningsloven). Hentet fra Norsk Standard. Beregning av bygningers energiytelse Metode og data. (NS-EN 3031). Oslo:Norsk Standard 16. Norsk Standard Ergonomi i termiks miljø- Analytisk bestemmelse(ns-en 7730, 2005). Oslo: Norsk Standard

78 72 REFERANSELISTE 17. Hareide B., Dybing E. Anbefalte faglige normer for inneklima. Rapport fra en arbedisgruppe nedsatt av Folkehelsa på oppdrag fra Sosial- og helsedepartementet 18. Cengel A. Yunus, Cimbala John M Fluid Mechanics Fundamentals and applications second edition. The McGrall-hill s Store Norske leksikon 2007.Måleusikkerhet. Oslo: Store Norske leksikon 20. SINTEF Byggforsk, Varmegjenvinnere i ventilasjonsanlegg. Hentet fra 2/ 21. Schneider Electric. Produkter og tjenester. Hentet fra

79 VEDLEGG 9 Vedlegg Vedlegg 1 Vedlegg 2 Vedlegg 3 Vedlegg 4 Vedlegg 5 Vedlegg 6 Trykkfalsberegninger Trykkfalsberegninger estimat Tilluft og avtrekksmengder Sporgassmålinger SINTEF sin beregning av SFP Milepæl godkjenning

80 VEDLEGG Vedlegg 1 Trykkfalsberegninger