Naturlig ventilasjon i skoler

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 oppdrift, fra ventilhetter, gjennom bygget og ut takhatter.

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. Vinduer er skiftet ut med nye vinduer 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 korridoren, følger luftekanaler og opp i hjørnetårnet (avbildet) der avtrekksspjeld åpner seg på den siden vinden er på le. Dette medfører et ekstra sug i tillegg til oppdriftskreftene, noe som kontinuerlig holder luftstrømmen i bevegelse.

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.

Vinduer og kulvert

Mykje skole, som ligger i Vormedal i Karmøy kommune, ble ferdig bygd i 2008 og med 100% integrert naturlig ventilasjon.

I tillegg til styrt vinduslufting, lik Lillesund, er Mykje skole utstyrt med ”kulvertsystem”, dvs. luft kommer direkte inn i kjellerrommet på 800 m2 BRA via en kulvert, som starter med overbygd luftinntak ca. 10 m fra hovedbygget (se bildet). Fra kjeller gjennom spjeld direkte inn i klasserommet, videre. Utluft ut fra klasserom til gangen og opp i utluftningstårn (2 stk.), delvis dradd opp ved oppdrift og delvis styrt sug ved spjeld som alltid er åpne på lesiden. Systemet er utstyrt med en tilluftsvifte som kun tas i bruk ved spesielle værforhold som gjør at ventilasjonen ikke starter av seg selv. Når ventilering er kommet i gang, 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 kun om sommeren og vinteren. Utenom det er vindusluftingen mer enn tilstrekkelig nok til å dekke ventilasjonskrav.

"Borggården" omkranset av skolebygget, Lillesund skole, oppført 1917. Foto: Karmøy kommune

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 CO2 målere og termostater.

Målingsresultatet fra værstasjon, sensorer og manuell vindusåpning leses og innreguleres ved hjelp av et beregningssystem kalt 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 CO2-nivå kan gjøres etter ønske.

Noen tall

Mykje skole, topp moderne, og med innebygd idrettshall endte opp med et regnskapstall på 21.500/ m3 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 forbruk på 140 kwh/m2. 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 5 mill. Da er nye vinduer tatt med. 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 på 120 kwh/m2. Hovedvarmekilde er også her gass. Energiforbruket før rehabilitering er ikke helt klart, men var trolig en del lavere. 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.

Lillesund skole har heller ikke fått negativ tilbakemelding på inneklimaet. Et lite unntak er 3. etg. som har problem med å holde romvarmen oppe når det er kuldegrader ute. 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

Systemet er fritt 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.

Ventilasjonsanlegg deles tradisjonelt i to hovedgrupper:

Mekanisk ventilasjon • Balansert ventilasjon – vifte på tilluft- og avtrekksiden. • Mekanisk avtrekk – vifte på avtrekksiden

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 over- oppvarming 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 CO2 regnskap. Det vil da svare seg å benytte kun naturlig ventilasjon.

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.

§ 13-1 Har lagt inn parametre som krever at det skal tas hensyn til: • Uteluftens kvalitet • Forurensingsbelastning fra personer CO2. • Prioritering etter krav til luftkvalitet. • Plassering av luftinntak og avkast. • Skjerming av forurensende aktiviteter. • Krav ved evt. omluft. • Krav til materialer.

§ 13-3 Oppgir minimum tilført friskluft på 26 m3 pr. time pr. person i ”byggverk for publikum og arbeidsbygning”.

§ 13-4 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 § 14-4”. §14-3 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.

§14-4 Angir på tabellfigur maks tillatt energibehov pr. år. For skolebygg blir makstallet 120 kWh/m3 oppvarmet BRA pr. år. For idrettsbygning er makstallet 170 kWh/m3.

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.

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.

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.