Energieffektivisering av skolbyggnader genom behovsstyrd ventilation

Transkript

1 Energieffektivisering av skolbyggnader genom behovsstyrd ventilation Improved energy efficiency in school buildings using demand controlled ventilation Växjö, hp Examensarbete/2BY13E Handledare: Bruno Birgersson, VöFAB Handledare: Boel Holmstedt, Linnéuniversitetet, Institutionen för teknik

2 Organisation/ Organization Linnéuniversitetet Institutionen för teknik Linnaeus School of Engineering Författare/Author(s) Evelina Lann Julia Lysén University Dokumenttyp/Type of Document Handledare/tutor Examinator/examiner Examensarbete/Diploma Work Bruno Birgersson Boel Holmstedt Titel och undertitel/title and subtitle Energieffektivisering av skolbyggnader genom behovsstyrd ventilation Improved energy efficiency in school buildings using demand controlled ventilation Sammanfattning (på svenska) Syftet med arbetet är att ta fram uppgifter om normal utnyttjandegrad eller beläggning av klassrum. Underlaget ska kunna användas vid framtida beräkningar som syftar till energieffektivisering i skolor. Syftet är också att undersöka lönsamheten med att byta ut ventilationen på skolor mot ett mer energisnålt ventilationssystem. Nyckelord Behovsstyrd ventilation, energieffektivisering, värmeåtervinning, beläggning, ockupation, CAV- system, VAV- system, FT- ventilation, luftflöde Abstract (in English) The report aims to produce a study on how a classroom occupation looks like. The study could be used for future calculations of energy efficiency in schools. The aim is also to identify the most profitable ventilation system to replace the existing with. Key Words demand controlled ventilation, energy efficiency, heat recovery, occupation, CAVsystem, VAV-system, FT- ventilation, air flow. Utgivningsår/Year of issue Språk/Language Antal sidor/number of pages 2011 Svenska 74 Internet/WWW II

3 Sammanfattning På skolor startar ventilationen ofta tidigt på morgonen och stängs av på kvällen. Luftflödet är konstant och anpassas inte efter användningen av lokalerna. Ett klassrum används ca 6,5 timmar om dagen, medan drifttiden för ventilationen är ca 9,5 timmar om dagen. Ventilationen står då på flera timmar varje dag när lokalen är helt tom. Eftersom ventilationen drar energi och kostar pengar finns det stora besparingsmöjligheter i att installera ett system som anpassar ventilationen efter lokalernas beläggning. Syftet med arbetet är att ta fram uppgifter om normal utnyttjandegrad eller beläggning av klassrum. Underlaget ska kunna användas vid framtida beräkningar som syftar till energieffektivisering i skolor. Syftet är också att undersöka lönsamheten med att byta ut ventilationen på skolor mot ett mer energisnålt ventilationssystem. Det är viktigt att få fram en realistisk bild av hur ockupationen av ett klassrum ser ut för att kunna beräkna hur mycket energi och pengar som kan sparas in. Studien visar hur beläggningen av klassrum ser ut på Furutåskolan i Växjö. Under två veckors tid, mellan kl då ventilationen på skolan är på, registrerades antalet närvarande personer beräknats i 14 klassrum och två specialrum. Resultaten från studien om beläggning av klassrum används sedan för att räkna ut energiförbrukningen i skollokaler. I Furutåskolan använder man sig av ett ventilationssystem med konstant luftflöde utan värmeåtervinning. I denna rapport har lönsamheten mellan ett behovsstyrt ventilationssystem med värmeåtervinning så kallade CAV, VAV system och ett med konstant luftflöde utan värmeåtervinning jämförts. Materialet som har använts som underlag för arbetet har varit resultat från närvaroundersökningen, ritningar, energiberäkningar, annan litteratur och samtal med handledare. En slutsats av arbetets resultat är att det skulle löna sig mest att byta den nuvarande ventilationen till ett VAV-system. Eftersom klassrummen inte används under hela ventilationsdriftstiden blir energiförbrukningen lägre hos ett sådant system. III

4 Summary In schools the ventilation often starts early in the morning and turns off at night. The airflow is constant and does not adapt to the demands. A classroom are used approximately 6.5 hours a day, while the operating time of ventilation is approximately 9,5 hours a day. The ventilation is in use several hours a day even though the classroom is empty. Since the ventilation system consumes energy and costs money, there is a large potential for savings aim os the study is to show how many hours a day a classroom is actually used by using a ventilation-system that adapts to the room's load. The report aims to produce a study on how a classroom occupation looks like. The study could be used for future calculations of energy efficiency in schools. The aim is also to identify the most profitable ventilation system to replace the existing with. It is important to obtain knowledge regarding the actual occupation of a classroom seems to be. Otherwise it is hard to calculate how much energy and money that can be saved by replacing the existing ventilationsystem. The study of how a classroom is occupied has been made on Furutåskolan in Växjö. The number of people estimated in 14 classrooms and two special rooms where counted each half hour. The calculations were made in two weeks' time between 7:30 to 17:00 when the ventilation system at the school was on. The Results from the study of occupation in the classroom was then used to calculate energy consumption in classrooms. Furutåskolan now uses a ventilation system with constant air flow without heat recovery. In this report, the profitability of a demand-controlled ventilation system with heat recovery so called CAV, VAV systems and a constant air flow without heat recovery are compared. The material that has been used is the results from de study of occupation, drawings, energycalculations, other literature and conversations with mentors. Of the results of the work it can be concluded that it pays most to replace the existing ventilationsystem with a VAV-system. Since the classrooms are not used during the entire ventilation operating time, the energy consumption would decrease using such a systemis lower in this system. IV

5 Förord Examensarbetet gjordes våren 2011 på byggnadsingenjör/byggnadsutformnings-programmet på Linnéuniveristet i Växjö. Arbetet gjordes i samarbete med Växjö fastighetsförvaltning AB (VÖFAB) och föreningen energieffektiva byggnader i sydost (GodaHus). Undersökningar har gjorts på Furutåskolan och arbetet har skrivits på Linnéuniversitet. Vår handledare på VÖFAB var Bruno Birgersson, och vår handledare från universitetet var Boel Holmstedt som även är anställd på Bengt Dahlgren AB. Vi vill tacka våra handledare för all hjälp. Ett speciellt tack går till Bruno Birgersson som har haft tålamod med våra frågor, tagit sig tid och intresserat sig för våra problem och funderingar kring arbetet. Växjö V

6 Innehållsförteckning Sammanfattning... III Summary... IV Förord... V 1. Introduktion Ventilationssystem FT- ventilation utan värmeåtervinning FTX- system Furutåskolans ventilationssystem VöFAB Syfte och Mål Avgränsningar Tidigare studier på omådet Demand controlled ventilation (DCV) systems in commercial building Ventilationsystems and their impact on indoor climate energy used in schools Behovsstyrd ventilation - Ugglumsskolans gymnastikhall Skolventilation energibesparing med textkanaler och smarta sensorer Metod Tillvägagångssätt Urval Kritik till vald metod Genomförande Närvarostudien Energiberäkningar Mätinstrument... 14

7 5. Resultat Närvaroundersökning Studie 1 (14 klassrum) Studie 2 (9 klassrum) Energiberäkningar Studie Studie Pay-off tid Studie 1 (14 klassrum + 2 specialundervisningsrum) Studie 2 (9 klassrum) Analys Diskussion Slutsats Referenser Bilagor

8 1. Introduktion Att spara energi är något som blir alltmer angeläget, och det finns många saker vi kan göra för att bidra till minskad klimatpåverkan. Av den totala energianvändningen i Sverige står våra fastigheter för 30 % ( Minskad energianvändning i fastigheter skulle alltså minska den skadliga inverkan på jordens klimat. Det är därför av stort intresse inom byggbranschen att bygga mer klimatsmart. Ett sätt till minskad energianvändning är att byta ut ventilationen till ett ventilationssystem som styrs efter behovet. I lokaler där närvaron är låg, och om variationerna mellan låg och hög närvaro är stor sparas mest energi- och driftkostnader. ( on/_sv/dcv-overview.pdf). För att kunna beräkna lönsamheten med ett behovsstyrt ventilationssystem behövs kännedom om ett klassrums ockupation. Det finns få studier på hur mycket klassrum på skolor används. Därför är det oklart om det lönar sig att installera behovsstyrd ventilation på skolorna. I rapporten jämförs lönsamheten mellan tre energisnåla ventilationssystem och den befintliga ventilationen. Rapporten kommer även ge ett underlag om hur ockupationen i klassrum ser ut. Detta underlag ska kunna användas vid framtida beräkningar om energieffektivisering i skollokaler. Studien har gjorts på Furutåskolan i Växjö. 1.1 Ventilationssystem Här kommer det beskrivas om de fyra olika ventilationssystemen som jämförs i rapporten. Även Furutåskolans nuvarande ventilation och VöFAB som företag och kommer att beskrivas här FT- ventilation utan värmeåtervinning I FT-ventilation styrs både till- och frånluften av fläktar ( Ren luft tas utifrån genom en tilluftsfläkt. Innan luften sedan förs in i lokalen filtreras den och värms eller kyls till rätt temperatur. Luften kommer in i lokalen genom tilluftsdon som ofta är tak- eller väggplacerade. Den smutsiga luften sugs sedan ut från lokalen genom en frånluftsfläkt. FT- 1

9 ventilation har en konstant mängd luft som kommer in i lokalen hela tiden. Denna mängd luft regleras manuellt ( FTX- system FTX- system är FT-ventilation med värmeåtervinning. Till skillnad från FT-ventilation så återvinns värmen i ett FTX-system och därför sparas både pengar och energi. I ett FTXsystem tas luft in utifrån och värms upp i en värmeväxlare tillsammans med den varma frånluften. FTX system kan delas in i två grupper, CAV- och VAV system ( Frygner (2005) beskriver i sin artikel CAV- och VAV- system. I CAV(Constant Air Volume) -systemet varierar temperaturen på tilluften medan luftflödet är konstant. Temperaturen på tilluften är ofta lika med temperaturen på uteluften eller frånluften (som är lika med rumstemperaturen). Figur 1. CAV system. Tilluftstemperaturen varieras och luftflödet är konstant VAV (Variable Air Volume) system används ofta i större utrymmen där belastningen är varierande. VAV- system har samma konstanta tilluftstemperatur medan luftflödets hastighet ändras beroende på hur stor belastningen är i rummet. VAV- systemet ingår i en större enhet som kallas HVAC-system, som behandlar luftkonditionering, ventilation, uppvärmning och kontrollsystem (Frygner 2005). Det är inte bara temperaturen i VAV-system som reglerar luftflödet utan även CO2-halten. Då är det istället koldioxidhalten i rummet som styr luftflödet. De två styrningarna (temperatur 2

10 och koldioxidhalt) kan kompletteras med närvarostyrning ( Fördelarna med VAV- systemet är dels att energiåtgången för fläktar, värme, kyla och befuktning minimeras, samt att filterkostnaderna minskas. Ventilationen används i lokaler där belastningen varierar mycket, till exempel sjukhus, hotell, matsalar etc. Storleken på ventilationsanläggningen kan ofta minskas, vilket skulle reducera investeringskostnaderna ( Figur 2. VAV system. Tilluftstemperaturen är konstant och luftflödet kan variera efter behov. Det finns VAV-system med aktiva don och VAV-system med spjällösning. I ett VAV-system med aktiva don så regleras inblåsningsarean på donet för att sänka luftflödet. Luftstrålens hastighet blir då oförändrad och det finns ingen risk för dragproblem. Ett VAV-system med spjällösning har däremot samma inblåsningsarea hela tiden. Det gör att luftstrålens hastighet förändras vilket medför stor risk för drag. Ett mer vardagligt uttryck som används för VAVsystem är behovsstyrd ventilation ( c._system_technology.pdf) Furutåskolans ventilationssystem Furutåskolan använder sig av FT- ventilation utan värmeåtervinning. Ventilationen sätts på klockan på morgonen och stängs av klockan på eftermiddagen. Ventilationen anpassar sig inte efter hur mycket folk som rör sig i lokalerna eller efter hur stort behovet är. 3

11 Det används mer energi än vad som krävs, och eftersom ventilationen står på när det inte behövs så förbrukas pengar som skulle kunna sparas. Ventilation i klassrum är ofta anpassat efter 30 personer och inte på hur många personer som faktiskt vistas i klassrummet VöFAB Företaget VöFAB, som förvaltar många skolor i Växjö kommun, har ett intresse av att utreda lönsamheten med behovsstyrd ventilation på skolor ( VöFAB är att dotterbolag till Växjö kommunföretag AB och deras vision lyder: VöFAB ska vara det självklara valet av hyresvärd för kommunen genom en effektiv utveckling och förvaltning av lokaler. VöFAB är ett av de 27 företag som ingår i föreningen GodaHus. Föreningens syfte är att bli ett centrum i Sydostsverige genom forskning och utveckling kring energieffektivt byggande i Europa ( 1.2 Syfte och Mål Syftet med rapporten är att ta fram en studie på hur ett klassrums ockupation ser ut. Underlaget ska kunna användas vid framtida beräkningar om energieffektivisering i skolor. Rapporten ska även jämföra de två ventilationssystemen CAV och VAV mot FT- ventilation som Furutåskolan har för att ta fram det mest lönsamma och energieffektiva alternativet. 4

12 5

13 1.3 Avgränsningar Undersökningen utförs inte på hela Furutåskolan utan endast i klassrummen som visas i bild nr Studiehall Bild nr 1. Planlösning över lektionssalar på Furutåskolan Klassrum nr. 8 och 9 är specialundervisningsrum och är inte lika stora som övriga klassrum. Det kommer att räknas med ett konstant luftflöde för rummen vid energiberäkningarna. Specialundervisningsrummens ventilation är inte dimensionerad för 30 personer, därför räknas rummen bort vid beräkning av max-, min- och medelockupation. Studiehallens ockupation kommer inte att undersökas. Beräkningen sker inte då det är svårt att få ett exakt värde på hur stor ockupationen är eftersom studiehallen används som både passage, studierum och bibliotek. VAV och CAV-system jämförs ekonomiskt och ur energisynpunkt. Systemen jämförs även mot Furutåskolans nuvarande ventilation för att understryka den väntade lönsamheten. 6

14 Rapporten omfattar inte hur beteendet på elever och lärare förändras, om de blir effektivare eller om de upplever ett behagligare inomhusklimat. Vad lärare, elever och andra på skolan tycker om ventilationen kommer inte att behandlas i rapporten. I tidigare rapporter i ämnet har inte bara ockupationen av lokalen tagits i beaktande, utan då har även energiberäkningarna gjorts utifrån temperaturskillnad och CO2- halt i lokalen. CO2- halt och temperaturskillnader kommer inte undersökas, utan resultatet kommer endast att baseras på ockupationen i klassrummet. Utifrån den metod som används kommer resultatet visa hur mycket energi som går åt för uppvärmning av luften. Resultatet kommer däremot inte att ta någon hänsyn till hur effekten på fläktar påverkar energiförbrukningen. Det kommer heller inte att ta någon hänsyn till eventuella ökningar eller minskningar på verkningsgraden. 2. Tidigare studier på omådet Tidigare litteratur i ämnet kring ockupation i lokaler, behovsstyrd ventilation och energiberäkningar har granskats noggrant. 2.1 Demand controlled ventilation (DCV) systems in commercial building Maripuu (2009) har gjort en doktorsavhandling på Chalmers Tekniska Högskola i ämnet behovsstyrd ventilation. Det har genom närvarostudier räknats på om det skulle vara lönsamt att installera behovsstyrd ventilation i kontorslokaler. Ockupationen togs fram genom närvarosensorer. Närvarosensorerna kunde endast mäta när rummet var ockuperat men inte på hur många personer som vistades i rummet. Eftersom det ofta vistas enbart en person i ett kontorsrum hade det ingen större inverkan på resultatet. För att få fram ett ockupationsvärde så dividerades antalet ockuperade kontorsrum med det totala antalet kontorsrum (Maripuu 2009). 2.2 Ventilationsystems and their impact on indoor climate energy used in schools Mysen (2005) har gjort en doktorsavhandling om behovsanpassad ventilation och ockupation i klassrum på Norweigan university of science and technology. Där har det undersökts hur många elever som dagligen rör sig i klassrum på en lågstadieskola, samt hur många timmar 7

15 om dagen ett klassrum är ockuperat. I undersökningen har man räknat med att ventilationen i ett klassrum är avsatt för 30 personer. Efter att mätningarna på klassrummen har gjorts visade resultatet att det i genomsnitt vistades 22 personer i klassrummet. Det gav ett ockupationsvärde på 74 % när klassrummet används. Enligt deras uträkning så används ett klassrum i genomsnitt 4 h/dag (Mysen 2005). 2.3 Behovsstyrd ventilation - Ugglumsskolans gymnastikhall Larsson(2006) har gjort ett examensarbete om behovsstyrd ventilation på Chalmers Tekniska Högskola. Mätningar har gjorts på ockupation i en gymnastiksal. Mätningarna gjordes för att undersöka om det skulle löna sig med behovsstyrd ventilation. Det visade sig att gymnastiksalen var ockuperad 40 % av den tid som ventilationen stod på. I med att ockupationstalet var såpass lågt skulle det löna sig med behovsanpassad ventilation i gymnastiksalen (Larsson 2006). 2.4 Skolventilation energibesparing med textkanaler och smarta sensorer Det har gjorts en studie i lektionssalar om energibesparingar med smarta sensorer. I undersökningen jämfördes två ventilationssystem, CAV- och VAV- system. Då undersöktes hur temperaturen skiljer sig beroende på hur mycket folk som rör sig i klassrummet och vart i klassrummet personerna befinner sig. CAV- systemet kördes på ett konstant tilluftsflöde på 240 l/s. Temperaturen hamnade inte under 21 grader på hela dagen trots att det vid tillfällen är endast tio personer i klassrummet. VAV- systemet har ett varierande tilluftsflöde på l/s. Genom att personlasten minskar till tio personer som ovan så kan tilluftsflödet minska till 80 l/s om kylning inte behövs. 8

16 Lundbäck, Johansson (2002) har gjort Energibehovsberäkningar då en jämförelse har gjorts mellan CAV- och VAV- system. Beräkningarna har gjorts utifrån energibesparing på värme, fläkt och belysning. CAV- systemet som har konstant tilluftsflöde, räknar på att det alltid befinner sig 20 personer i klassrummet. VAV-systemet har undersökts när det är 20, 15 och 10 personer i genomsnitt i klassrummet. VAV-systemet beräknas med anseende på kombinerad CO2/ temperaturstyrning. Beräkningar har gjorts på båda systemen när ockupationen i klassrummet är 20 personer. Redan då sparas det 1012 kwh/år om man använder VAV- systemet. Genom att sedan installera smarta sensorer eller undertemperera tilluften så kan ännu mer energi och pengar sparas. Det är sensorer som tillexempel styrs av närvaro, kylventiler och värmeventiler. Det har även undersökts hur många kilowattimmar som sparas om temperaturen sänks på helger, vilket skulle spara energi och pengar (Lundbäck, Johansson, 2002). 9

17 3. Metod Här beskrivs hur vi kommer att gå tillväga under studien. 3.1 Tillvägagångssätt För att få en mer exakt bild över hur ockupationen i klassrum ser ut, räknas personer som rör sig där. Beräkningarna kommer göras en gång i halvtimmen mellan klockan under två veckors tid. Genom dessa beräkningar kartläggs klassrummens ockupation. Informationen sammanställs i tabeller och senare i diagram. Diagrammen ska visa hur mycket klassrummen används. Alla 14 klassrum kommer inte representeras i diagrammen utan endast det mest ockuperade klassrummet, det minst ockuperade klassrummet och ett genomsnittligt klassrum. Det genomsnittliga klassrummet beräknas genom att ta det genomsnittliga ockupationsvärdet från alla 14 klassrum. När ockupationen är kartlagd för klassrummen, och resultatet har redovisats i diagram ska energiberäkningar göras. Beräkningar görs kring vilket utav VAV-spjäll, VAV-aktiv eller CAV som är mest lönsamma. 3.2 Urval Beräkningarna har gjorts på Furutåskolan på Teleborg i Växjö. Skolan förvaltas idag av VöFAB. På flygeln där undersökningen har gjorts går årskurs 3-6. I årskurs 3-6 går det sammanlagt 170 elever. Den grupp som studeras i undersökningen är de som rör sig i klassrummen på skolan. Det är främst elever och lärare, men kan också vara vaktmästare, städerskor eller dylikt. Alla personer som befinner sig i de 16 klassrummen vid mättillfällena räknas med i närvaroundersökningen. Ålder, storlek eller kön spelar ingen roll i sammanhanget utan det är antalet personer i klassrummen som är det intressanta för undersökningen. 10

18 3.3 Kritik till vald metod Mättillfällena för denna studie gjordes varje halvtimme. För att få de ultimata värdena för studien skulle värdena behöva tas oftare. Närvaron i klassrummen kan under denna halvtimme variera. I vissa fall kan det variera stort men ofta rör det sig bara om någon enstaka elev som går på toaletten eller på annat sätt lämnar klassrummet en kort stund. För att få ett genomsnittligt resultat ansågs det att det räckte med att mäta närvaron varje halvtimme. De 16 klassrummen delades in i två grupper. Den ena undersökaren mätte närvaron i de första 8 klassrummen och den andra mätte de resterande 8. Närvaron mättes en gång i halvtimmen, vid en exakt tidpunkt och därför kunde inte siffrorna dubbelkollas eftersom antalet personer i klassrummen redan då hade kunnat förändras. Studien kommer bara att visa själva ockupationen på Furutåskolan. Om studien kommer att användas i framtiden bör tänkas på att den är gjord endast på en skola, och att det inte finns några bevis på att det är likadant på en annan skola. Förhoppningsvis har Furutåskolan en liknande ockupation som på många andra skolors så att studien kan användas som en sanningsenlig grund för fortsatta studier kring klassrums ockupation. 11

19 4. Genomförande Här beskrivs hur vi har arbetat under studiens gång. 4.1 Närvarostudien Förarbetet till undersökningen var att veckan innan undersökningen få tillgång till de sju klassernas scheman samt elevantal. En rundvandring på skolan gavs där alla klassrum, grupprum och specialundervisningsrum visades. Det gav en bättre överblick och orientering över skolan som underlättade senare när undersökningen skulle börja. Med hjälp av klassernas elevantal kunde det egentliga antalet elever och lärare som förväntas vara i klassrummen räknas ut. Eftersom alla klasser har sitt eget klassrum så anger schemat för varje klass även salens schema. Förberedelser gjordes också på datorer. Excel- dokument upprättades med tabeller över varje halvtimme och kolumner om antal människor som rör sig i klassrummen vid varje mättillfälle. En stor studiehall binder samman alla klassrum, grupprum och specialklassrum. I alla klassrum finns fönster ut till studiehallen, vilket gjorde det lättare att beräkna personer därifrån. Klassrummen har även fönster ut till skolgården, men därifrån var det svårt att räkna rätt på antalet personer i klassrummet då solen reflekterades i fönstren och bländade. Att räkna utifrån skolgården var även ett dåligt metodval ur synpunkten att det störde elever och lärare i klassrummet. Uppmärksamheten släpptes snabbt från läraren och riktades istället ut genom fönstren. Räknades ockupationen istället inifrån studiehallen gavs inte samma uppmärksamhet då eleverna är vana vid mycket rörelse ute i studiehallen. Vid varje halvtimma räknades exakt antal personer som rörde sig i klassrummen. Med penna och papper antecknades antalet personer och fördes sedan in i excel- dokumentet. 12

20 Bild nr 2. Bilder tagna vid närvarostudier på Furutåskolan Alla klassrum har olika maxantal eftersom klasstorleken varierar. I grupprum och specialundervisningsrum bestäms maxantalet av hur många personer det maximalt har varit vid ett tillfälle under de två veckor som undersökningen pågick. I klassrummen som används för undervisning bestäms maxvärdet av klasstorleken plus en lärare. 4.2 Energiberäkningar Siffrorna sammanställs sedan i diagram som visar max-, min-, och medelockupation (bilaga 1). Max-, min-, och medelockupationens procentsats beräknas när 30 personer är 100 % eftersom nuvarande ventilation är dimensionerad för 30 personer. Specialrummens ockupation redovisas i separat diagram då storleken på de rummen skiljer sig från de övriga. Värdena från diagram och tabell används sedan för att beräkna drifttid för max-, min-, och medelockupation. Drifttiden används för att beräkna energiförbrukningen och jämföra ventilationssystemen. De ventilationssystem som jämförs är det FT-system som Furutåskolan använder, ett CAV-system och två VAV-system, ett med spjällösning och ett med aktiva don. Grupprummen som är minimalt ockuperade drog ner medelvärdet avsevärt när klassrummen räknades ihop. Den första studien på 14 klassrum gav en trovärdig bild av ockupationen på Furutåskolan men en orealistisk bild över hur ett genomsnittligt klassrum används. Därför gjordes även en studie på de nio klassrummen som används mest. Resultatet från den studien ger en mer verklighetstrogen bild på hur klassrum används. Energiberäkningar gjordes på båda fallen(bilaga 3). 13

21 Det gjordes olika beräkningar för max-, min- och medelvärde. De olika värdena sattes in i energiberäkningsformeln. Resultatet multipliceras sedan med hur många drifttimmar som just den mängden luftflöde används. De olika resultaten för max-, min- och medelvärde adderas sedan ihop för att få ut den totala energimängd som används. När energimängden räknats ut så multipliceras den med pris för både el och fjärrvärme för att få ut priser för de två olika alternativen(bilaga 3). 4.3 Mätinstrument Instrument som användes vid genomförandet var bärbara datorer där indata från undersökningen fördes in. Resultatet från undersökningen presenterades sedan i form av diagram som visar hur mycket klassrummen används. Energiberäkningarna gjordes med hjälp av miniräknare. 14

22 5. Resultat Nedan kommer resultatet för närvaroundersökning, energiberäkningar och pay-off tid att redovisas. 5.1 Närvaroundersökning Enligt skolans schema börjar undervisningen alltid klockan 8.20 och slutar mellan till Skoldagarna är schemalagda med lektioner, lunchrast samt 2-3 småraster. All undervisning görs inte i de 14 klassrummen utan vid slöjd, idrott och språk går eleverna till klassrum som är speciellt avsatta för de ämnena. Vid speciella ämnen, under lunch och raster står klassrummen för det mesta tomma. Står klassrummen inte tomma vid de tillfällena utnyttjas de ofta enbart av någon enstaka lärare eller elev som sitter kvar och arbetar i klassrummet. Ofta är alla elever ute på rasterna eller står i kapprummet. På en del av lektionerna är klassen indelad i halvklass, då rör sig enbart halva klassen i klassrummet. När klassen delas in i halvklass används grupprummen som flitigast. Om inte grupprum används så brukas också bibliotek eller studiehall för den andra halvan av klassen. Det händer att klasserna åker på utflykt, studiebesök eller av annan anledning inte befinner sig i klassrummen trots att de enligt schemat ska vistas där. När elever har gått hem för dagen används klassrummen minimalt. Det är vid enstaka tillfällen som någon elev stannar en stund, eller någon lärare sitter kvar för att arbeta någon extra timma. Det är mycket sällan någon vistas i klassrummet ända till klockan då ventilationen stängs av. De grupprum som finns är aldrig schemalagda. De fungerar enbart som grupprum och avlastningsrum för anslutande klassrum. Vissa grupprum används mer än andra, men överlag används de ytterst lite. Vissa av grupprummen kan stå tomma flera dagar i rad utan att de används. Musiksalen är schemalagd, men den används inte i den utsträckning som schemat visar. Under de två veckor då undersökningarna gjordes var det 2-3 lektioner då musiksalen stod tom trots att den enligt schemat skulle användas. Biblioteket används även det i liten utsträckning. Rummet används mest då elever i smågrupper har sagostund, får information om hur biblioteket används eller när eleverna ska låna böcker. Ofta är det rörelse en kort stund i rummet då eleverna ska låna böcker och sedan är det tomt på folk. 15

23 Den delen av Furutåskolan som undersökningarna har gjorts på har två stycken specialundervisningsrum. Rummen är schemalagda och används för specialundervisning. Vid tillfällen då det används brukar det vistas mellan 1-5 elever i rummen samt en speciallärare. Rummen används nästan bara när de är schemalagda, resterande tid står de för det mesta tomma. Undersökningen gjordes v V 16 var påsklovsveckan och eftersom skolan då stod tom gjordes inte några mätningar den veckan. Under denna treveckorsperiod har temperaturen varierat stort från grader. Det har gjort att undervisningen kan ha förändrats. När det är fint väder rör sig elever och lärare mer utomhus än om det är kallt. Alla elever går ofta ut på rasterna och det är då mindre ockupation i klassrummen. Läraren kan i vissa fall t.ex. bestämma att undervisningen hålls utomhus. Dagarna innan påsklovet drog igång hände det mycket i klassrummen som inte stod på schemat. Det gjordes en tipspromenad i studiehallen och det forskades kring påsk. Då var det färre elever och lärare i klassrummen än vid en vanlig vecka. Den totala drifttiden på ventilationen är 9,5 timmar per dag. Skolan antas vara i bruk 220 dagar om året, vilket ger en total drifttid på 2090 timmar per år (bilaga 3) Studie 1 (14 klassrum) Den genomsnittliga maxockupationen i de 14 klassrummen är 30 %, vilket knappt är 9 personer. Drifttiden på maxockupationen är 0,5 timmar om dagen, 110 timmar/år. Minockupationen är 0 %, alltså när klassrummen står tomma. Drifttiden för minockupation är 2,0 timmar/dag, 440 timmar/år. Medelockupationen är 10 %, vilket är ca 3,6 personer. Drifttiden för medelockupation är resterande timmar på den totala drifttiden, vilket är 7,0 timmar/dag, 1540 h/år (Bilaga 3). 16

24 Antal personer Antal personer Följande diagram visar den uppmätta genomsnittsockupationen på klass- och grupprum: Ockupation 14 klassrum Ockupation Max 30 % Medel 10 % Min 0 % Drifttid Diagram 1. Medelockupation för studie 1. Det syns tydligt i diagrammet att den genomsnittliga ockupationen i klassrummen är låg. Maxockupationen ligger på 30 %, medelvärdet på 10 % och minockupationen på 0 %. Här nedan visas ockupationen i specialrummen: 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Ockupation Diagram 2. Medelockupation i specialundervisningsrum Ockupationen är även här låg. Den genomsnittliga maxockupationen är 1,3 personer och minockupationen är 0 personer. Nedan visas det mest ockuperade klassrummet med röd linje och det minst ockuperade med grön linje. 17

25 Antal personer Ockupation Medelockupation Maxockupation Minockupation Drifttid Diagram 3. Medelockupationen jämförs med det mest respektive minst ockuperade klassrummet. Det är stor skillnad på det mest ockuperade klassrummet jämfört med det minst ockuperade. Det minst ockuperade klassrummet är ett grupprum som under undersökningsperioden endast var ockuperat någon enstaka gång. Det mest ockuperade klassrummet används däremot mycket, och ofta av stora delar av klassen. I Diagram 3 tydliggörs den markanta skillnaden mellan medelockupation och de klassrum som är minst respektive mest ockuperade Studie 2 (9 klassrum) Eftersom de fem grupprummen drog ner medelockupationsvärdena i den första studien gjordes även en studie på de nio klassrum som används som lektionssalar. Resultatet ses nedan: 18

26 Antal personer Ockupation 9 klassrum Drifttid Ockupation Max 43 % Medel 17 % Min 0 % Diagram 4. Medelockupation för studie 2. Värdena har ökat i jämförelse med den tidigare studien. Maxvärdet ligger nu på 43 %, medelvärdet har stigit till 17 % och minvärdet ligger kvar på 0%. Eftersom grupprummen nu är borträknade från resultatet fås här ett mer realistiskt resultat av hur ett klassrum används. Energiberäkningarna som görs utefter resultatet kommer visa på ett mer trovärdigt sätt hur ett genomsnittsklassrum används. Resultatet från den första studien kommer däremot visa hur klassrummen på Furutåskolan används. 5.2 Energiberäkningar Energiberäkningarna gjordes utifrån båda ockupationsstudierna. Då jämfördes fyra olika ventilationssystem. Det FT-system som Furutåskolan använder jämfördes mot ett CAVsystem, ett VAV-system med spjällösning och ett VAV-system med aktiva don. Installationspriser på de olika alternativen har gjorts av Boel Holmstedt från Bengt Dahlgren AB (bilaga 2) Studie 1 Resultatet för studie 1 blev följande: FT-system Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: 19

27 CAV-system Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: Installationspris: VAV-system, spjällösning Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: Installationspris: VAV-system, aktiva don Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: Installationspris: Studie 2 Resultat för studie 2 blev följande: FT-system Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: CAV-system Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: Installationspris: 20

28 Kronor VAV-system, spjällösning Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: Installationspris: kr VAV-system, aktiva don Värmeenergi/år: Årskostnad el: Årskostnad fjärrvärme: Installationspris: kr 5.3 Pay-off tid Studie 1 (14 klassrum + 2 specialundervisningsrum) I följande diagram ser vi payoff-tiden för el respektive fjärrvärme: Pay-off tid 16 klassrum, el År CAV VAV spjäll VAV aktiv Bef Diagram 5. Pay-off tid på 16 klassrum räknat med kostnad för el. 21

29 Kronor Pay- off tid 16 klassrum. Fjärrvärme År CAV VAV spjäll VAV aktiv Bef Diagram 6. Pay-off tid på 16 klassrum räknat med kostnad för fjärrvärme. På diagrammen ser man alla fyra olika ventilationssystem. Den befintliga ventilationen finns med för att visa lönsamheten med att investera i ny ventilation. Payoff-tiden på ny ventilation gentemot den befintliga ligger på ca 3 år för el och ca 5 år för fjärrvärme. Det intressanta med studien är om det skulle löna sig med VAV-ventilation i förhållande till CAV-ventilation. På diagram 5 och diagram 6 konstateras det att det blir billigare med VAVventilation gentemot CAV-ventilation. Det tar 4 år vid användande av el och 6 år när man använder sig av fjärrvärme innan VAV-systemet lönar sig gentemot CAV-systemet. Anledningen till att man i längden sparar mer pengar på VAV-ventilation är för att närvaron i skolan är så pass låg att man med VAV-ventilation kan använda sig av mindre energi och således också mindre pengar Studie 2 (9 klassrum) Diagram 7 och Diagram 8 är för de nio klassrummen som används för undervisning och som har störst ockupation. 22

30 Kronor Kronor Pay- off tid 9 klassrum, el År CAV VAV spjäll VAV aktiv Bef Diagram 7. Pay-off tid på nio klassrum räknat med kostnad för el Pay- off tid 9 klassrum, fjärrvärme År CAV VAV spjäll VAV aktiv Bef Diagram 8. Pay-off tid på 9 klassrum räknat med kostnad för fjärrvärme Studien som endast gjordes på de 9 mest ockuperade klassrummen har liknande resultat som föregående studie. Payoff-tiden på att byta ut den nuvarande ventilationen mot ny är på el 3 år och fjärrvärme 5 år. Jämförelsen mellan CAV- och VAV- systemen ger även de ungefär samma resultat. Man tjänar på att installera VAV-system efter 4 år med el, efter 6 år med VAV-system med aktiva don och 7 år med VAV-system med spjällösning. 23

31 6. Analys Teorier och uppsatser inom området behovsstyrd ventilation ger ofta liknande resultat: att det skulle löna sig att byta ut ventilationen. I många av fallen används inte bara ockupationsvärdena, utan även temperaturskillnader och CO2-halter vid uträkningar av energiförbrukning. I ett utav fallen så har det mätts på ockupationen i gymnastiksalar. Där har ockupationsvärdet legat på 40 %. Resultatet visade sedan att det skulle löna sig att byta ut ventilationen i gymnastiksalen mot behovsstyrd ventilation. På Furutåskolan är medelockupationsvärdet betydligt lägre, 10 % i studie 1, och 17 % i studie 2. Eftersom ockupationsvärdet är lägre i de båda studierna tyder det på att det även skulle löna sig att byta ut ventilationen på Furutåskolan, som även resultatet visade. Många utav fallen beräknade lönsamheten med behovsstyrd ventilation utifrån både närvaro, temperatur och CO2-halt i lokalen. Närvaron i de flesta fallen har räknats ut med hjälp av närvarosensorer. I studie 1 och 2 har närvaron räknats ut genom att räkna personer varje halvtimma. Med närvarosensorer fås troligtvis ett mer noggrant resultat än vad som fås i studie 1 och 2. Men resultatet från studierna visar ändå på en låg ockupation precis som i de fall där ockupationen har mätts med närvarosensorer. Vid tidigare jämförelser mellan CAV-system och VAV-system har resultatet visat att det definitivt skulle löna sig med behovsstyrd ventilation. Det syns tydligt i diagram 5, 6, 7 och 8 att det även är så i det här fallet. 24

32 7. Diskussion Det vi först reagerade på när undersökningen hade gjorts var att klassrummen används väldigt lite. Vi märkte snabbt att de fem grupprummen skulle sänka medelockupationen. Eftersom det kändes lågt med en maxockupation på 30 %, 0,5 timmar om dagen, gjorde vi även en närmre undersökning på bara de 9 lektionssalarna där klasserna befinner sig mestadels. Dock blev inte det nya resultatet så högt som vi hoppats, endast en maxockupation på 43 %, en timme om dagen uppmättes. Vår förhoppning var att någon gång under dagen komma upp i 80 %, men eftersom att diagrammen räknades ut med hänsyn till ventilationens drifttid (9,5h) istället för skoldagens tid (ca 6,5h), så är det svårt att komma upp i höga siffror. Innan klockan och efter klockan är det högst en lärare kvar i klassrummet, om ens det. Det är viktigt att peka på att studien inte visar närvaron i klassrummen under skoldagen, utan under ventilationens drifttid. Medelockupationen i de 14 klassrummen var ca 10 % under två veckors tid, vilket motsvarar ca 3 personer. Tre personer i genomsnitt rör sig i de 14 klassrummen, 9,5 timmar per dag. Medelockupationen i de 9 undervisningsklassrummen var 16 %, vilket motsvarar ca 5 personer. Det finns många saker som spelade in i att maxockupationen blev så pass låg. Den första veckan vi var på skolan var det inte så varmt och elever stannade inne i klassrummet på rasten. Den andra veckan så blev det varmare ute och eleverna valde ofta att gå ut på rasterna. Det gjordes en hel del utflykter under perioden vilket också resulterade i lägre ockupation. Skolan hade även en tipspromenad och brandövning under mätningsperioden. Det finns alltså många saker som gjorde att maxockupationen blev så pass låg. Vi kan dock inte veta om det är vanligt att det görs så mycket aktiviteter utanför skolan som det gjorde de veckorna när ockupationsmätningarna utfördes. När man tittar på resultatet bör man veta att mätningen gjordes på våren då elever rör sig mycket ute. Hade mätningen istället gjorts på vintern så hade medelockupationen antagligen blivit högre. Mätningarna gjordes varje halvtimme. Resultatet skulle bli mer exakt om vi gjorde mätningarna varje kvart. Dessutom togs ingen hänsyn till om någon var på toaletten och var tillbaka efter någon minut, utan antalet elever och lärare som rörde sig i klassrummet just för tillfället var intressant och antecknades. Ibland var det också stor rörelse mellan undervisningsklassrummet och anslutande grupprum, vilket inte heller räknades om det inte var vid mättillfället. Även i den stora studiehallen var det mycket rörelse, vilket ledde till att vi inte räknar med den alls, då det var svårt att få realistiska siffror på närvaron där. Ett annat 25

33 alternativ att få mer exakta ockupationsvärden är att använda sig av närvarosensorer. Det hade vi inte förmånen att kunna använda oss av. När vi räknade på energiförbrukningen blev vi förvånade över hur dyrt det är med FTventilation. Det är kanske självklart för någon som jobbar med ventilation men för oss var resultatet överraskande. Att man tjänar in så mycket pengar och energi på att byta ut ventilationen gör att man undrar varför det inte har gjorts tidigare. Det tar inte lång tid innan man tjänar på att välja VAV- system framför CAV- system. Så därför känns det självklart att välja VAV- systemet. 26

34 8. Slutsats Närvarostudierna visar tydligt att ockupationen i skolklassrum överlag är väldigt låg. Klassrummen används inte alls i den utsträckning som de är avsatta för. Att vissa grupprum står tomma flera dagar i sträck med samma ventilationsflöde som övriga rum är anmärkningsvärt. Det finns många anledningar till klassrummens låga ockupation. Saker som spelar in kan bl.a. vara att klassen delas in i halvklass, man åker på utflykt, har tipspromenad eller liknande. Ockupationsmedelvärdet för 14 klassrum ligger på 10 % och stiger till 17 % när vi räknar bort de 5 grupprummen som inte används lika mycket. En stor bidragande orsak till det låga värdet är att mätningarna gjordes från klockan trots att klassrummen ofta bara är ockuperade mellan ca Klassrummen används överlag väldigt lite och står i vissa fall helt tomma under längre perioder. Att alla klassrum ventileras på samma sätt känns väldigt onödigt då rummen utnyttjas väldigt olika. Så för att spara pengar och energi känns det helt rätt att byta ut den nuvarande ventilationen mot ett VAV system istället för mot ett CAV- system som inte tar hänsyn till hur klassrummen används. I energiberäkningarna framkommer det att det skulle löna sig i längden att använda sig av ett VAV- system istället för ett CAV- system. Att det båda nya alternativen skulle löna sig mot den nuvarande ventilationen ses som en självklarhet och det bevisas i diagrammen. Uträkningarna visar att pengar sparas och energiförbrukningen minskas genom att investera i ett VAV-system. En minskad energiförbrukning leder också till en minskad klimatpåverkan. Att spara pengar, minska energiförbrukningen och således minska klimatpåverkan gör att det känns som en självklarhet att installera behovsstyrd ventilation där möjlighet och förutsättningar finns. 27

35 9. Referenser Backman, J (2008). Rapporter och uppsatser. Lund: Studentlitteratur AB. Bevent Rasch. VAV- allmänt. [Elektronisk]. Borås, Bevent Rasch. Tillgänglig: [ ]. Energimyndigheten. Från- och tilluftsventilation med återvinning (FTX- system). Tillgänglig: [ ] Eriksson, L T. & Wiedersheim-Paul, Finn (2008). Rapportboken: Hur man skriver uppsatser, artiklar och examensarbeten. Stockholm: Liber. Frygner, P.(2005). Komfortkyla distribueras med luft eller vatten. [ ] GodaHus. Om GodaHus. Tillgänglig: [ ] Jernkontorets Energihandbok. Från- och tilluftsventilation.tillgänglig: [ ] Lundbäck, S, & Johansson, B. (2002). Skolventilation energibesparing med textkanaler och smarta sensorer. [Elektronisk]. Järfälla, Kylovent. Tillgänglig: [ ] Larsson, R. (2006). Behovsstyrd ventilation- Ugglumsskolans gymnastikhall. Examensarbete. Chalmers Tekniska Högskola. Luftbutiken. Ventilation. [Elektronisk]. Stockholm, Luftbutiken. Tillgänglig: [ ]. Maripuu, M. (2009). Demand controlled ventilation (DCV) Systems in Commercial Building. Diss. Chalmers Tekniska Högskola. 28

36 Mysen, M. (2005). Ventilation Systems and their impact on indoor climate and energy use in schools. Diss. Norwegian University of Science and Technology. Nilsson, P-E. (2001). Komfortkyla. [Elektronisk]. Eskilstuna. Energimyndigheten. Tillgänglig: [ ]. Stiftelsen Stockholms Studentbostäder. Ventilation. Tillgänglig: [ ] Strömquist, S (2006). Uppsatshandboken. Stockholm: Hallgren & Fallgren Studieförlag AB. Swegon. (2010). Behovsstyrd ventilation. [Elektronisk]. Kvänum, Swegon. Tillgänglig: n/_sv/dcv-overview.pdf [ ] Swegon. (2006). e.r.i.c.teknikansnitt 2006 (s.13). [Elektronisk]. Kvänum, Swegon. Tillgänglig: [ ]. Swegon. Översikt- Behovsstyrd ventilation. [Elektronisk] Broschyr. Kvänum, Swegon. Tillgänglig: n/_sv/dcv-overview.pdf [?] USV Inomhusklimat.Ventilationssystem, med eller utan värmeåtervinning? [Elektronisk] Tillgänglig: [ ] VöFAB. (2011). Om VöFAB. Tillgänglig: [ ] 29

37 10. Bilagor 1. Närvaroberäkningar 2. Installationskostnader för ventilationssystem 3. Energi- och kostnadsberäkningar 30

38 Bilaga 1, Närvaroberäkningar Sal 1 Måndag Tisdag Onsdag Torsdag Fredag Antal elever Tid 11-apr 02-maj 12-apr 03-maj 06-apr 13-apr 07-apr 14-apr 08-apr 06-maj

39 Sal 2 Måndag Tisdag Onsdag Torsdag Fredag Antal elever Tid 11-apr 02-maj 12-apr 03-maj 06-apr 13-apr 07-apr 14-apr 08-apr 06-maj

40 Sal 3 Måndag Tisdag Onsdag Torsdag Fredag Antal elever Tid 11-apr 02-maj 12-apr 03-maj 06-apr 13-apr 07-apr 14-apr 08-apr 06-maj

41 Sal 4 Måndag Tisdag Onsdag Torsdag Fredag Antal elever Tid 11-apr 02-maj 12-apr 03-maj 06-apr 13-apr 07-apr 14-apr 08-apr 06-maj

42 Sal 5 Måndag Tisdag Onsdag Fredag Antal elever Tid 11-apr 02-maj 12-apr 03-maj 06-apr 13-apr 07-apr 14-apr 08-apr 06-maj