Energibruk og inneklima i skoler og barnehager med "mixed-mode" ventilasjon

Abstract

Oppgaven er en studie av energibruk og inneklima i skoler og barnehager med mixed mode ventilasjon, med fokus på termisk- og atmosfærisk inneklima ved vinduslufting og resulterende energiforbruk. Det er tatt utgangspunkt i Brunla ungdomsskole i Larvik kommune, som er rehabilitert med mixed mode ventilasjon. Ventilasjonsløsningen er basert på en kombinasjon av mekanisk- og naturlig ventilasjon ved bruk av avtrekksvifter og tilluft gjennom automatisk styrte fasadevinduer. For å undersøke energibruk og inneklima ved Brunla ungdomsskole er befaring og målinger gjennomført. På befaringene ble informasjon om skolens energibruk, samt ventilasjons- og oppvarmingssystem innhentet. Videre ble målinger av ulike inneklimaparametere som CO2-konsentrasjon, temperatur, lufthastighet og vindusåpning gjennomført. Resultatene fra målingene viser at temperaturen holder seg på et akseptabelt nivå, mens CO2-nivået er over anbefalt krav store deler av dagen ved full brukerbelastning. Målingene gir ingen indikasjon på trekk i klasserommet, men fra samtale med ansatte antas en foreliggende risiko for trekk om vinteren, spesielt nær vinduer og høyere i rommet der luften tilføres. Simuleringsmodeller av skolebygningen med mekanisk balansert- og mixed mode ventilasjon er satt opp i simuleringsprogrammet IDA ICE 4.6. Simuleringene er utført for sammenligning av termisk og atmosfærisk miljø, samt energiforbruk. Ved simulering av mixed mode ventilasjon ble ulike reguleringsmessige tiltak benyttet for å optimalisere vindus- og avtrekksstyringen. Avtrekksmengde, settpunkter, størrelse på vindusåpning, driftstid for avtrekk og ulike begrensninger for vindusåpningen med tanke på temperatur og CO2 ble variert. Energi- og effektberegningene gir et høyere effektbehov for oppvarming ved vinduslufting, da det benyttes vinduer for tilluft som til ulike tider av året står åpne og medfører lavere innetemperaturer. Ved å tillate høyere CO2-verdier og begrense vindus-åpningen unngås store temperaturfall om vinteren som medfører energibesparelser og redusert oppvarmingsbehov i kalde perioder. Effektbehovet reduseres også ved at det ikke benyttes noen annen form for kjøling enn tilluft gjennom vinduer. Dette kan imidlertid medføre en fare for underventilasjon og høye temperaturer om sommeren når temperaturforskjellen mellom inne- og uteluft er liten. Videre styres avtrekket etter en kontrollstrategi som reduserer avtrekk, og dermed energiforbruk til viftedrift, i ugunstige perioder. Simuleringene inneholder noen usikkerhetsmomenter knyttet til optimalisering av vindus- og avtrekkstyringen som kan ha innvirkning på resultatet. Ved årssimulering har skolebygningen et årlig energibehov på 109,5 kWh/m2 ved mekanisk balansert ventilasjon, sammenlignet med 105 kWh/m2 for mixed mode løsningen.Resultater fra simuleringsmodellen for mixed mode ventilasjon er sammenlignet med måledata. Det er vanskelig å verifisere simuleringer mot målingene da det mangler en fullstendig CFD-beregning for å sette opp modellen tilsvarende løsningen ved Brunla ungdomsskole. Ulikhetene ved simuleringsmodellens vindus- og avtrekksstyring må tas i betraktning, da det oppstår en tydelig forskjell mellom målingene og simuleringene. Værdata benyttet ved simuleringer er fra Osloklima, mens skolen ligger i Larvik. Dette bidrar til at resultatene fra simuleringene avviker fra målingene utført.Det er per i dag gjort få studier av mixed mode ventilasjon sin egnethet for norske forhold. Denne rapporten er derfor et bidrag til ytterligere forskning av temaet. Flere lignende studier bør gjennomføres ved ulike geografiske plasseringer og ulike norske værforhold for å få bredere kunnskap om temaet.