Assessment of the indoor environment of existing Norwegian dwellings

Abstract

Hensikten med dette arbeidet har vært å undersøke om et tilfredsstillende inneklima kan oppnås i soverom kun gjennom å åpne vinduet på natten. Det overordnede målet var å se om bruk av naturlig ventilasjon, i kombinasjon med balansert ventilasjon i resten av huset, kan være en tilfredsstillende ventilasjonsløsning i bygninger som skal energioppgraderes. Dette arbeidet har vært en videreføring av et fordypningsprosjekt gjennomført høsten 2019.

Det har blitt gjennomført et litteratursøk relatert til inneklima i skandinaviske hus og soverom. De undersøkte studiene indikerte at luftkvaliteten i naturlig ventilerte bygg ofte karakteriseres av et lavt luftskifte og tidvis høye CO2 nivåer. Med et økende søkelys på et sunt inneklima har også balansert ventilasjon blitt et vanlig ventilasjonssystem i norske boliger, ettersom det er en enkel måte å kontrollere luftkvaliteten på. De gjennomgåtte studiene har vist at overgangen fra et naturlig ventilasjonssystem til et mekanisk, kan bringe med seg noen utfordringer knyttet til støy, trekk og tilføring av overskuddsvarme til soverommet. Det ble også vist at mange verdsetter muligheten til å kontrollere omgivelsene sine, derav kan naturlig ventilasjon føre til mer fornøyde beboere.

I utviklingen av metoden for å evaluere inneklimaet i soverommene, ble to forskjellige inneklimasensorer testet. En ikke-kommersiell sensor utviklet ved NTNU ble valgt for å utføre inneklimamålingene. To forskjellige vindusåpningssensorer har også blitt testet og utviklet; et akselerometer for å måle åpningen av topp- og bunnhengslede vinduer, og en ultrasonisk lydsensor for å måle åpningen av sidehengslede vinduer. Ti soverom i seks case hus ble undersøkt gjennom målinger av CO2, temperatur, RH, PM, formaldehyd og TVOC. Målingene i mars og april, og hadde en varighet på 2-3 uker. I tillegg til dette ble værdata samlet inn fra værstasjoner i nærheten. Deltakerne ble også bedt om å svare på et spørreskjema om huset, motivasjonen for å åpne vinduet om natten og årsaker til hvorfor vinduet eventuelt ikke ble åpnet. På spørsmålet om hvorfor de eventuelt ikke åpnet vinduet om kvelden, var de vanligste grunnene knyttet til lav utetemperatur. Vinduet ble åpnet hver natt i nesten alle soverommene.

Høye konsentrasjoner av CO2 ble funnet i to av ti soverom. I begge disse soverommene var også vinduene mer åpne. På de andre soverommene var CO2 konsentrasjonen på et tilfredsstillende nivå gjennom de fleste nettene. I noen soverom ble det funnet høyere nivåer på dagtid. Gjennomsnittskonsentrasjonen av PM var generelt lav, mens høye gjennomsnittlige nivåer ble funnet for både formaldehyd og TVOC i de fleste av soverommene. De høye nivåene av formaldehyd og TVOC kan ha en sammenheng med noe usikkerhet knyttet til inneklimamålerne. Seks soverom hadde en gjennomsnittlig temperatur under 18°C på natten, mens det samme tallet var over 21°C for de fire andre soverommene. Høyere soveromstemperaturer ble funnet i kombinasjon med lavere RH-nivåer. Det ble også sett en moderat sammenheng mellom RH-nivået og utetemperaturen. Ingen stor korrelasjon ble funnet mellom luftkvaliteten og størrelsen på vinduets åpningsområde.

Disse undersøkelsene har vist at det er mulig å oppnå høy luftkvalitet og et godt inneklima på soverom med kun naturlig brukerstyrt ventilasjon gjennom vinduet. Å åpne vinduet om natten garanterer ikke nødvendigvis et godt inneklima, og dette bør tas med i betraktningen når en slik løsning blir vurdert.

The objective of this work has been to investigate if a satisfying indoor environment can be ensured in bedrooms only by opening the window at nighttime. The superior goal was to investigate if natural ventilation in the bedroom, in combination with balanced ventilation in the rest of the house, can be a satisfying ventilation solution in buildings that are energy-upgraded. This work has been a continuation of a specialization project conducted during the fall of 2019.

A literature review of the indoor environment in Scandinavian buildings and bedrooms has been conducted. The reviewed studies indicated how the IAQ of naturally ventilated buildings are often characterized by low air change rates and occasionally high CO2 levels. As a healthy indoor environment is becoming more important, the installation of balanced ventilation systems has also come to be more common - as it provides an easy way of controlling the IAQ. The reviewed literature illustrated how the transition from a natural ventilation system to a mechanical one, can lead to problems with noise, draught, and oversupply of heat to the bedroom. It was also shown how many occupants valued the opportunity of being able to control their indoor environment and how natural ventilation systems may, therefore, lead to a higher user satisfaction.

In the development of the methodology for evaluating the indoor environment in bedrooms, two different IAQ sensors were tested. A non-commercial sensor developed at NTNU was chosen to conduct the IAQ measurements. Two different window opening sensors were tested and developed; an accelerometer to measure the opening of top-and bottom-hinged windows, and an ultrasonic sound sensor to measure the opening of side-hinged windows. Ten bedrooms in six case houses were investigated through measurements of CO2, temperature, RH, PM, formaldehyde and TVOC. The measurements were conducted over 2-3 weeks, during March and April, and weather data was collected from nearby weather stations. The participants were asked to answer a questionnaire about the building, their motivation for opening the bedroom window and reasons for why the window might be kept closed at night. On reasons for why the window would be closed, the most common answers were related to the outdoor temperature. The windows were open every night in most of the bedrooms.

High CO2 levels were found in two out of ten bedrooms. These two bedrooms were also found to have a more extensive window opening behavior. In the other bedrooms, the CO2 concentration was at a satisfying level during the nighttime. Although, higher levels were found during the days for some of the bedrooms. The average measurements of PM were found to be low, while high average levels were found for both formaldehyde and TVOC in most of the bedrooms. The high levels of formaldehyde and TVOC may be related to some inaccuracy of the IAQ sensors. Six bedrooms had an average nightly temperature below 18°C, whereas the value was higher than 21°C for the remaining four bedrooms. Higher bedroom temperatures were found in combination with a lower RH level. Some correlation between the RH level and the outdoor temperature was also indicated. No strong correlation was found between the IAQ and the size of the window opening area.

These investigations have shown that it is possible to ensure a high IAQ and a good indoor environment in bedrooms with only natural ventilation through occupant-controlled window openings. However, opening the window at night does not necessarily guarantee high IAQ, and this should be taken into account when this solution is considered.