Ventilation og køling i Skoler- design og praksis

1 6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

v/ Alice Andersen, Senior specialist, COWI A/S

Agenda

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 20192

PRAKSIS

› Status for indeklimaet i skoler i praksis

› Designstrategi og valg af ventilationsløsning

› Eksempler på 2 skoleprojekter

› Internationale erfaringer

Status – indeklimaet halter bagud

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 20193

PRAKSIS

› Danske børn tilbringer 20% af deres vågne timer i folkeskolen (gennemsnit 10.960 timer)

› Dårligt indeklima medfører nedsat indlæring ~ op til 1 helt skoleår!

Kilde: Geo Clausen mf. /DTU

79%

16%

5%Norge

84%

14%

2%Sverige

44%

36%

20%Danmark385-1000 ppm (acceptabelt)

1001-2000 ppm

>2001 ppm (uacceptabelt)

Status for indeklima i skoler

4

PRAKSIS

› 90% af skolearealerne (BBR) er bygget efter Bygningsreglement udenventilationskrav

› Målinger viser, at selvom skolerne er bygget med krav, er indeklimaet stadig uacceptabelt!

FØRSTE VENTILATIONS-KRAV I SKOLER (BR95)

BUILDING GREEN 6. NOVEMBER

Indeklimascreening af 8 skoler på Sjælland

5

PRAKSIS

Indeklimamålinger af 50 klasselokaler fordelt på 8 skoler

Målinger er foretaget om sommeren 2018

Både udeklima og indeklima måles

Teknisk rådgivning ift. prioriteret rækkefølge af teknisketiltag

BUILDING GREEN 6. NOVEMBER

6 31. OKTOBER 2018BUILDING GREEN

X

X

XX

X

X

XXX

X

X

Skolernes byggeår

Resultater for termisk indeklima mellem kl. 8-15

7

PRAKSIS

Temperatur:

Gennemsnit

INDENFOR: 24,6°C

UDENFOR: 20,5°C

Gennemsnitligmaksimum: 27,0°C

18

20

22

24

26

28

30

32

Temperaturer i de forskellige klasselokaler i skolerne

Minimum-temperatur Middel-temperatur Maksimum-temperatur

Skole 1 Skole 2 Skole 3 Skole 4 Skole 5 Skole 6 Skole 7 Skole 8 UDE

BUILDING GREEN 6. NOVEMBER

Effekt på præstationsevne pga. overtemperaturer

BUILDING GREEN8

PRAKSIS

8% forbedretpræstationsevne, nårrumtemperaturenændres fra 25 -> 21°C

~ 130 timers “gratis” undervisning per år

Kilde: Geo Clausen mf. /DTU

Giver det anledning til aktiv køling?

6. NOVEMBER

Designfase

BUILDING GREEN9

DESIGN

STEP 1: Reducer ventilations- og kølebehov mestmuligt med passivt design

PRIORITER indlæring og produktivitet så højt sommuligt

Indeklimatiltag er ofte tilbagebetalt indenfor 1-1½ år

Kilde: Geo Clausen mf. /DTU

6. NOVEMBER

Vinter solvarme

Sommer solafskærmning

Naturlig ventilation

Ventilations- og kølebehov vokser med høj belastning

10

DESIGN

› Interne belastninger iht. Branchevejledning› 28 elever + 2 lærer› 1 tablet per elev› 1 projektor› LED-belysning

› Typisk undervisningsrum› 79 m² og 2,8 m effektiv rumhøjde

› Vinduer: Opfylder netop BR18’s dagslyskrav› (10%-reglen jf. §379)

BUILDING GREEN

Beregningsmodel for indeklima

6. NOVEMBER

Ventilationsløsning uden køl krævermeget høje luftskifter i undervisning

11

DESIGN

BUILDING GREEN 4. APRIL 2019

4,712

4,7

15

4,7

15

4,713

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Med køling(ACR = 4,7 h-1)

Uden køling(ACR=12 h-1)

Med køling(ACR = 4,7 h-1)

Uden køling(ACR=15 h-1)

Med køling(ACR = 4,7 h-1)

Uden køling(ACR=15 h-1)

Med køling(ACR = 4,7 h-1)

Uden køling(ACR=13 h-1)

Krav

Nord Øst Syd Vest BR18

Antal varme timer og nødvendige luftskifter ved forskellige orienteringer

Nødvendigt luftskifte ACR (h-1)Antal timer over 26°C i brugstidenAntal timer over 27°C i brugstiden

Branchevejledningens interne varmebelastninger

BR18’s minimumsventilation er utilstrækkelig

12

DESIGN

BUILDING GREEN

Termisk indeklima med BR18 luftmængder

Antal timer > 26°C

Antal timer > 27°C

Antal timer

424 127

Krav 100 25

5,8

8,7

0,01,02,03,04,05,06,07,08,09,0

10,0

BR18 krav: 5 l/s pr.person + 0,35 l/s pr. m²

Minimumskrav om 1000PPM

Luft

mæ

ngde

pr.

pers

on

Forudsætning

Luftmængde pr. person

Luftmængde pr.person

CO₂-konc. = ca. 1335 PPM

6. NOVEMBER

En god løsning ift. ventilation og køling stiller mange krav

13

PRAKSIS

› At det er æstetisk

› At det tilfredsstiller et stabilt termisk indeklima› At det ikke giver træk› At det opfylder krav om luftkvalitet› At det giver en god akustik

› At det er økonomisk og miljørigtigt i drift› At det er robust og fleksibelt, og har en god økonomi

BUILDING GREEN 6. NOVEMBER

To overordnede mekaniske indblæsningsmuligheder

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201914

PRAKSIS

› Diffus indblæsning› Giver mindre risiko for træk› Kræver mindre hulrum over

nedhængt loft› Velegnet til mekanisk køling› Mindre synligt› God fleksibilitet, hvis det indtænkes i

design› God lyddæmpning over loft› Giver mindre risiko for træk selv for

høje luftskifte (omkring 10 h-1)

› Indblæsning via lofts- eller vægarmaturer

› Større risiko for træk ved høje luftmængder

› Kræver mere plads over nedhængt loft

› Velegnet til mekanisk køling› God fleksibilitet› Større støjrisiko pga. turbulens

Mulighed for større køleydelse med diffus indblæsning via lofter – træk er ingen problem!

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201915

PRAKSIS

› Designgraf med diffus loftindblæsning sammenholdt med 5 andre systemer for lufttilførsel.

› T: Temperaturdifferens mellem lufttilførsel og –afkast.

› qo: Luftmængdetilførslen (m³/s)

› Forsøg er udført i samme rum:

Kilde: P.V. Nielsen et al, 2009

Opmærksomhed på støj fra ventilationsarmaturer

16

PRAKSIS

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Sammenhæng mellem baggrundsstøj og testresultater

17

PRAKSIS

› Større engelsk undersøgelse af 16 forskellige skoler viser ca. 11% forbedring i standard test udført af 11-årige børn ved at reducere baggrundsstøj fra 55 dB til 50 dB

Sammenhæng mellem klasseværelsets baggrundsstøjog gennemsnitsscoren af 11-åriges testresultater.

Figur: Shield and Dockrell 20036. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Lisbjergskolen udenfor Aarhus

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201918

› Opførelsesår 2008› Omfang: 9.000 m²

› Bygherre: Aarhus Kommune› Arkitekt: Kjaer og Richter A/S› Entreprenør: MT Højgaard› Ingeniør: Bascon

Diffus indblæsning uden aktiv køling i undervisning

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201919

LISBJERGSKOLEN

› Tilfredse brugere› God akustik med lyddæmpende

lofter› God luftmængder (1200 m³/h pr.

undervisningsrum – ca. 6 h-1)› Naturlig ventilation i tilstødende

centralt atrium

AKUSTIKLOFT SOM INDBLÆSNINGSARMATUR

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201920

LISBJERGSKOLEN

Opbygning:› Det aktive areal af loftet er cirka 50%› 400 mm trykkammer over det nedhængte loft

AFKAST

AKUSTIKLOFT SOM INDBLÆSNINGSARMATUR

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201921

LISBJERGSKOLEN

Opbygning:› Jævn fordeling af luft over loft

› Ingen forhindringer i luftfordelingen

› Tætte gennemføringer og spalter mellem plader › Max 1-2 mm sprækker for at undgå træk

› Ingen kortslutning› Plader omkring afkast kan evt. vælges ikke at være

permeable

AFKAST

Opblanding med diffus ventilation er drevet af termik

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201922

LISBJERGSKOLEN

Typiske undervisningsrum

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201923

LISBJERGSKOLEN

Naturlig ventilation i fællesområder

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201924

LISBJERGSKOLEN

Målinger fra 3 undervisningsrum

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201925

LISBJERGSKOLEN

› Ca. 23 børn og 2 lærer (6,8 m³ pr. person)

› 6. klasseSYD 1

SYD 2

NORD

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

<20°C 20-21°C 21-22°C 22-23°C 23-24°C 24-25°C 25-26°C >26°C

Proc

entd

el a

f br

ugst

iden

[%

]

Rumtemperatur

Måledata fra maj-september 2019

Undervisningsrum Nord

Undervisningsrum Syd 2

Undervisningsrum Syd 1

Indeklimamålinger i 3 undervisningsrum

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201926

LISBJERGSKOLEN

Standard indeklimaklasse iht. branchevejledning

Indeklimamålinger i 3 undervisningsrum

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 201927

LISBJERGSKOLEN

› Målinger fra maj-september antyder en god luftkvalitet

25,1%

64,3%

8,0%

1,2% 1,0%

Undervisningsrum Nord

9,3%

73,0%

8,4%

3,9% 2,9%

Undervisningsrum Syd 2

8,9%

43,5%

34,6%

6,0%

2,5%

Undervisningsrum Syd 1

<400 400-600 600-800 800-1000 >1000

Frederiksbjerg Skole i Aarhus

28

› Opførelsesår: 2016› Omfang: 14.800 m²

› Bygherre: Aarhus Kommune› Bygherrerådgiver: COWI A/S› Arkitekt: Henning Larsen Arkitekter› Entreprenør: Hoffmann› Ingeniør: Niras A/S

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Mekanisk køling og VAV i undervisningsrum

29

FREDERIKSBJERG SKOLE

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Hybrid ventilation i atrium og fællesområder

30

FREDERIKSBJERG SKOLE

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Mekanisk ventilation

31

FREDERIKSBJERG SKOLE

› Balanceret ventilation med køling

Kapacitet pr. stamlokale:

• 1200 m³/h• Gulvareal: 62,3 m²•• Luftmængde: 6,6 h-1• Køleydelse: 4,4 kW

• Max. CO₂-koncentration: 1000 PPM

• Løsning: 3 loftsarmaturer til indblæsning og 1 udsugning i bagvæg.

• Princip for opblandingsventilation:

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Mekanisk ventilation

32

FREDERIKSBJERG SKOLE

› Balanceret ventilation med køling

Kapacitet pr. stamlokale:

• 1200 m³/h• Gulvareal: 62,3 m²

• Luftmængde: 6,6 h-1

• Max. CO₂-koncentration: 1000 PPM

• Løsning: 3 armaturer til indblæsning og 2 armaturer til udsugning

• Princip for opblandingsventilation:

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Fysiske indeklimamålinger i tre undervisningsrum

33

FREDERIKSBJERG SKOLE

UndervisningSV

UndervisningSØ Undervisning S Krav i

Byggeprogram≥26°C 4 31 3 100≥27°C 0 0 0 25

0

20

40

60

80

100

120

Ant

al t

imer

Målte varme timer i brugstiden i januar-september 2019

SV S SØ orientereret undervisningslokaler

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Temperaturmålinger i uge 36, 2019

34

FREDERIKSBJERG SKOLE

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

Tem

pera

tur

[°C]

Temperaturmålinger i uge 36 (den 2.- 8. september 2019)

Undervisningslokalemod SVUndervisningslokalemod SØUndervisningslokalemod SUdenfor

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Målinger af CO₂-koncentration i uge 4, 2019

35

FREDERIKSBJERG SKOLE

0

200

400

600

800

1000

1200

Mandag

Tirsdag

Onsdag

Torsdag

Fredag

Lørdag

Søndag

CO

2-ko

ncen

trat

ion

[PPM

]

Målinger af CO2-koncentration i uge 4 (21.-27. januar 2019)

Undervisningslokalemod SV

Undervisningslokalemod S

Undervisningslokalemod SØ

BR18-krav

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

Gårde og terrasser giver muligheder for at komme ud og effektiv udluftning i pauser

36

FREDERIKSBJERG SKOLE

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

USA

37

INTERNATIONALE ERFARINGER

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

› Overophedning i skoler i 2016-2017 gav flere dage med skolelukninger

› Skal køling i skoler være et krav ligesom mekanisk ventilation? (politisk bestemt)

› Grunde:› Mangelfuld ventilation

› Manglende vedligeholdelse og opmærksomhed på drift

› Dårlig økonomi til vedligeholdelse og skift af anlæg

OPGØRELSE FRA BALTIMORE

38

INTERNATIONALE ERFARINGER

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019

› Størstedelen af skolerne kræver renovering eller udskiftning

Studerende, forældre & advokater har kaldt på bedre indeklima i to årtier:

Spørgsmål?

41

DESIGN OG PRAKSIS

6. NOVEMBERINSTALLATIONSKONFERENCEN 2019