Naturlig ventilasjon i skoler på Haugaland

Transkript

1 Naturlig ventilasjon i skoler på Haugaland På Haugaland er det i løpet av de siste årene investert i naturlig ventilasjon på skolebygg. Resultat, både med tanke på driftsomkostninger og brukertilfredshet, er meget lovende. Fra før er i regionen Grindhaug skole i Karmøy kommune, Bjoa skule i Vindafjord kommune og Fløgstad skole i Sauda kommune, rehabilitert og utstyrt med naturlig ventilasjon. Siste par ut er Lillesund og Mykje skole i hhv. Haugesund og Karmøy kommune. Bruk av naturens prinsipper: I gamle skoler ble vinduene åpnet i friminuttet for å få frisk luft inn i klasserommet. I tillegg er gjennom tidene oppdrift blitt brukt for utskifting av luft. Lillesund skole i Haugesund, som ble bygd i 1919, baserte i utgangspunktet all ventilering ved vindusutlufting og luft inn bak radiatorer. Avtrekk ble ordnet med oppdrift, fra ventiler og murte kanaler, gjennom bygget og ut takhatter. Borggården omkranset av skolebygget, Lillesund skole, oppført i Her har man i deler av bygget gjenopptatt vinduslufting. Forskjellen er at luftingen nå skjer ved teknologi. Vinduene til klasserommene er delt med en horisontal hovedsprosse i midten. Over sprossene er det lukkevindu. Før rehabilitering var disse sidehengslet. Etter rehabilitering er disse bunnhengslet og utstyrt med mekanisk åpning og lukking. Glass i vinduer på sørfasaden er skiftet ut med nye glass som i tillegg er bedre isolerende og lysdempende (slipper inn 50% lys og 25% solvarme). Frisk luft kommer inn, siger ned og blander seg med luften i klasserommet. Luften følger innover klasserommet, gjennom rist til

2 korridoren, følger luftekanaler og opp i hjørnetårnet (avbildet) der avtrekksluften forsvinner ut. Et snitt av hvordan luften går inn i og ut av klasserommet. For å unngå trekk, bør innluft være > 2,7 m over golv. Haugesund kommune valgte naturlig ventilasjon da bygget i utgangspunktet var utstyrt med naturlig ventilasjon og var derfor bedre tilrettelagt for det i dette tilfelle. Det er derfor ikke sikkert at det neste bygget som skal rehabiliteres bør utstyres med naturlig ventilasjon. Dette må vurderes mht om bygget egner seg for slik ventilasjon. Vinduer og kulvert: Mykje skole, som ligger i Vormedal i Karmøy kommune, ble ferdig bygd i 2008 og med integrert naturlig ventilasjon i skolearealene. Litt av skolegården, Mykje skole. Legg merke til utluftningstårn på taket. Helt til høyre ser man så vidt luftinntakshuset til kulverten. I tillegg til styrt vinduslufting, lik Lillesund, er Mykje skole utstyrt med kulvertsystem, dvs. luft kommer direkte inn i kjellerrommet på 800 m 2 BRA via en kulvert, som starter med

3 overbygd luftinntak ca. 10 m fra hovedbygget (se bildet). Fra kulvert gjennom vertikale kanaler direkte inn i klasserommet. Overstrømning fra klasserom til gangen og videre opp i utluftningstårn (3 stk.), delvis dradd opp ved oppdrift og delvis styrt sug ved spjeld som åpner på vindens leside. Systemet er utstyrt med en tilluftsvifte som kun tas i bruk ved spesielle værforhold som gjør at den naturlige ventilasjonen ikke fungerer (hybrid ventilasjon). Når tilfredstillende luftkvalitet er oppnådd, slås vifte av automatisk. Luftstrøm går så sakte gjennom kulvert at pollen og andre grove partikler vil bli sedimentert, og blir ved jevne mellomrom fjernet av driftspersonell. Kulvertløsning gir jordvarme (begrenset) om vinteren og kjøling om sommeren. Kulverten brukes hovedsakelig om sommeren og i vinterhalvåret. Forøvrig er vindusluftingen mer enn tilstrekkelig nok til å dekke ventilasjonskrav. Figur som viser prinsippet naturlig ventilasjon med kulvert. Mykje skole har ikke varmegjenvinnerbatteri, heller ikke bypass-spjeld. Mykje skole er i tillegg utstyrt med vindusventilasjon. Avansert styring. Sentralt i dette systemet, er en værstasjon plassert på taket av bygget. Værstasjonen har sensorer for vindstyrke, vindretning, regnsensor og temperatursensor. Parallelt med styrt vindusåpning, kan brukere åpne og lukke vinduer manuelt alt etter individuelle behov. Etter en regulerbar tidsperiode skifter systemet tilbake til automatisk drift. Systemet kan, i likhet med dagens tradisjonelle systemer, tilknyttes sensorer i rommene, for eksempel CO 2 målere og termostater. Målingsresultatet fra værstasjon, sensorer og manuell vindusåpning leses og innreguleres ved hjelp av et intelligent styringssystem ved hjelp av CFD beregning. Til dette er det tilknyttet et visualiseringsverktøy til PC, som fremstiller en brukervennlig grafisk oppdeling av byggets på forhånd valgte soner, der justering av temperatur og CO 2 -nivå kan gjøres etter ønske. Noen tall:

4 Mykje skole, topp moderne og med innebygd idrettshall, endte opp med et regnskapstall på / m 3 inkl. inventar og MVA. Bygget sto ferdig i 2008, så tallene er fra før finanskrisen. Byggherren antar at totalprisen ville blitt den samme ved valg av balansert ventilasjonsanlegg. Kjelleren med kulvert sto for en vesentlig del av ventilasjonsinvesteringen slik at prosjektet ville vært langt rimeligere hvis kun vindusventilasjon hadde vært brukt. Mykje skole inkl. idrettshall har pr. dags dato et målt samlet energiforbruk på 140 kwh/m 2. Hovedvarmekilde er gass. Det er litt usikkert om dagens energikrav ville blitt oppfylt med dette, da energimåling ikke er separat for de to bruksområdene. Imidlertid finnes flere alternative muligheter for å tilfredsstille dagens energikrav ved valgte løsninger (enøk) hvis det blir nødvendig. Pris for naturlig ventilasjon, Lillesund skole kom på ca. 5 mill. Da er nye glass i vinduer på sørfasaden tatt med. Summen inkluderer også et balansert ventilasjonsanlegg i kjelleren, samt 2 tillufsvifter med kanaler som brukes for flere rom i 3.etg. (Hybrid ventilering) Utfra kalkyleberegninger ville balansert ventilasjon kommet på et sted mellom 10 og 15 mill. i dette prosjektet. Totalt energiforbruk på Lillesund skole etter rehabilitering ligger ca. på 120 kwh/m 2. Hovedvarmekilde er også her naturgass. Energiforbruket før rehabilitering er ikke helt klart, men var trolig en del høyere, da der nå er innstallert automatisk styring på radiatorer og lys. I dette prosjektet er det fra brukerhold antatt at energiforbruket ville vært høyere ved installering av balansert ventilasjon, selv med varmeveksler. Tilbakemelding fra brukere: Fra Mykje skole er det ikke kommet negative tilbakemeldinger i forhold til inneklima. Det er elever fra 3 skoler, hhv. Tuestad, Vormedal og Norheim skoler som flyttet inn i Mykje skole da den var ferdig. Tilbakemeldingene på inneklimaet har vært overveldende bra. Det er bla. kommet tilbakemelding fra foreldre til elever med allergi- og astmaproblemer om at disse har fått et bedre liv etter å ha startet på Mykje skole. En annen tilbakemelding er at man opplever 1 årstid hele året. Lillesund skole har heller ikke fått negativ tilbakemelding på inneklimaet. Vindusluftingen fungerer meget tilfredsstillende. Et lite unntak er 3. etg. som har hatt noe problem med for kald luft i de rommene som har hybid ventilering. Dette gjelder når der har vært mange minusgrader ute. (-10 til -15 gr C). Når det er sagt, er det nettopp i denne etasjen skolen i størst grad bruker mekanisk ventilasjon. Utfra brukeres tilbakemelding er begge disse prosjektene en suksesshistorie. Driftsmessige fordeler: Med unntak av de arealer som har hybridløsninger, er systemene fri for aggregater og filtre, dvs. ingen filtre og viftereimer å kontrollere eller skifte ut. Systemet har også minimalt med gjennomgående rør (støvsamlere). For eksempel er kjellerrommet i Mykje skole, som fungerer som luftekulvert, lett tilgjengelig og enkelt å holde ryddig og rent.

5 Slik ser det ut i mange skolekjellere i dag. Ikke så lett å komme til overalt. Kjeller, Mykje skole. Dette rommet fungerer som et stort ventilasjonsrør. I tillegg er øvrige tekniske føringer lagt inn, lett tilgjengelig og godt synlig. Generelt om naturlig ventilasjon: Ventilasjonsanlegg deles tradisjonelt i to hovedgrupper: Mekanisk ventilasjon Balansert ventilasjon vifte på tilluft- og avtrekksiden. Mekanisk avtrekk vifte på avtrekksiden

6 Naturlig ventilasjon ingen vifte Hybrid ventilasjon er en blanding av mekanisk og naturlig ventilasjon der en søker å få det beste fra to verdener. Innen naturlig ventilasjon er der og en rekke undergrupper avhengig av hvordan systemet er bygget opp: Fasadelufting som Lillesund. Kulvert, bruk av et kontrollert plenum på tilluftsiden. Dette kan være kulvert som på Mykje, større allrom eller glassoverdekte arealer (eks. fra Nürnberg). I kulvertsystem må fasadelufting medtas. Ved bruk av naturlig ventilasjon gjør man først en rekke grep med, og rundt bygningen: Optimalisere tilluftskvaliteten. Bevisst plassering av luftinntak i forhold til varme og forurensning. Aktiv bruk av vegetasjon / vann til å regulere temperatur og filtrere forurensning. Bevisst bruk av mikroklima til å lede vekk forurenset / varm luft. Redusere luftbehov. Bruke inneklimasikre materialer og rengjøringsmetoder. Bruke materialer med bufferkapasitet Varmeregulering Fuktregulering Forurensningsregulering Brukerstyring. Gi brukerne muligheten til selv å styre ventilasjonen etter behov. Denne muligheten gir i seg selv flere fornøyde brukere. Årstidstilpasning Legge inn mulighet for å regulere luftmengder etter årstid / ute temperatur og på den måten unngå for tørt inneklima med påfølgende økning i mengde svevestøv. Inneklima og helse: Komfort er ikke nødvendigvis ekvivalent med helse. Et innemiljø med varierende innetemperatur er sunnere enn et innemiljø der temperaturen holder seg konstant på 22 grader. Variasjonen reduserer risiko for fedme blant befolkningen. Ved naturlig ventilasjon aksepterer brukeren større variasjon i innetemperatur uten at det går ut over trivsel og antall fornøyde brukere. Med stadig økende krav til transmisjonstap i bygningene våre øker også risiko for overoppvarming i våre bygg og dermed behovet for kjøling. Energibruk til aktiv kjøling over et balansert ventilasjonsanlegg vil veldig fort spise opp innsparingen ved en varmeveksler. Derfor ser vi også at bygg med balansert ventilasjon i økende grad også får et naturlig ventilasjonsanlegg til bruk i sommerhalvåret. Fortsatt er det en del uavklarte momenter ved dette bl.a. hva skjer med tanke på biologisk vekst i et balansert ventilasjonsanlegg som står stille i den varmeste og fuktigste delen av året? prosedyrer for oppstart / nedstengning? I store deler av landet vil også en slik dobbelinvestering vanskelig kunne forsvares både med tanke på økonomi, energibruk og CO 2 regnskap. Det vil da svare seg å benytte kun naturlig ventilasjon.

7 Hva sier lovverket? Det er pr. dags dato i noen kretser uklarhet hvorvidt naturlig ventilasjon tilfredsstiller dagens krav. Kravene finner man i TEK 10, gjeldende teknisk forskrift til plan- og bygningsloven. Kap. 13 tar for seg krav til miljø og helse, deriblant krav til luftkvalitet Har lagt inn parametre som krever at det skal tas hensyn til: Uteluftens kvalitet Forurensingsbelastning fra personer CO 2. Prioritering etter krav til luftkvalitet. Plassering av luftinntak og avkast. Skjerming av forurensende aktiviteter. Krav ved evt. omluft. Krav til materialer Oppgir minimum tilført friskluft på 26 m 3 pr. time pr. person i byggverk for publikum og arbeidsbygning Omhandler termisk klima. Kap. 14 tar for seg energikravene. I 14-2 står følgende: Bygning skal tilfredsstille nivå angitt i 14-3 eller ha totalt netto energibehov mindre enn energirammer angitt i Tar for seg spesifikke tekniske krav i bygningsdeler, som bl.a transmisjonsvarmetap (for eksempel U-verdier og kuldebroverdier), infiltrasjons- og ventilasjonsvarmetap (lekkasjetall, virkningsgrad for varmegjenvinner etc.), vifteeffekt, natt- og helgesenking, kjøling etc Angir på tabellfigur maks tillatt energibehov pr. år. For skolebygg blir makstallet 120 kwh/m 3 oppvarmet BRA pr. år. For idrettsbygning er makstallet 170 kwh/m 3. Hvordan imøtekomme kravene? Tradisjonell ventilasjon (balansert) er basert på trygge, preaksepterte løsninger og vil ved hjelp av filtre, forvarmet luft, varmevekslere og tilstrekkelig luftkapasitet, klare å tilfredsstille disse kravene, med de fordeler og ulemper dette vil medføre. Bl.a. forutsettes det at varmeveksler til en hver tid fungerer som den skal, og at filtre ikke går tett. Naturlig ventilasjon kan ikke baseres kun på preaksepterte løsninger (enn så lenge). Det stilles da større krav til dokumentasjon overfor myndigheter ( bl.a. bygningsmyndigheter og arbeidstilsynet). Karmøy og Haugesund kommuner har vært gjennom denne prosessen og har utarbeidet rutiner for vordan gå fram ved neste korsvei. Ved bruk av naturlig ventilasjon velger må det i fremtiden fokuseres mer på energiøkonomiske løsninger for oppvarming hvis kravene i TEK 10 skal oppfylles.

8 Ved valg av løsning stilles det særlig krav til planlegging i forhold til inntak av innluft. I områder med stor utendørs luftforurensing (små partikler) frarådes valg av naturlig ventilasjon. For øvrig frarådes det generelt å planlegge skolebygg slike plasser. Beplantning, kartlegging av luftstrømninger/forurensningsstrømninger er noen stikkord for riktig utendørs plassering. Konklusjon: I favør: Stor inneklimagevinst. Fornøyde brukere. Rimelig løsning (vindusløsning). Gevinst på drifting. Ukomplisert. Ikke lenger teknisk rom. Jordvarme/kjøling (kulvertløsning). Sedimentering av pollen og andre store partikler (kulvertløsning). I disfavør: Begrenset gevinst på varmegjenvinning (kan ikke tilknytte varmeveksler). Vindusventilering håndterer ikke forurensningspartikler og pollen. Begrenset fagmiljø i Norge i forhold til naturlig ventilasjon både med tanke på leverandører og rådgivende ingeniører. Manglende vilje/skepsis fra ventilasjonsfaglige miljøer i Norge til å gå inn på dette. Større krav til dokumentasjon overfor myndigheter (ikke preaksepterte løsninger). Ved rehabilitering er bygg i utgangspunktet så forskjellige, slik at det anses fornuftig med naturlig ventilasjon i noen bygg og ikke fornuftig i andre bygg. Punktene nevnt i disfavør har vist seg stort sett å kunne løses på en fornuftig måte. Tallene kan tyde på at valg av naturlig ventilasjon ved nybygg ikke bare synes fornuftig økologisk, men også økonomisk. Det store minuset er liten varmegjenvinningsgevinst. Dette kan imidlertid kompenseres ved f.eks tilført geovarme, solvarme og/eller ekstra isolering uten at prosjektet blir vesentlig dyrere enn ved valg av balansert ventilasjon med varmeveksler. I tillegg kan dette gi en stor driftsgevinst, en stor inneklimagevinst og fornøyde brukere. Resultat beror nok en del på hvor godt planlagt prosjektet er, men det gjelder for så vidt for alle prosjekt uansett valg av system. Denne artikkelen er laget med hjelp av aktører fra Karmøy og Haugesund kommune og i samråd med Dag Roaldkvam fra Gaia Arkitekter AS.