Energieffektivisering i offentliga byggnader Jämförelse i elanvändning för ventilation med olika luftflödesstyrsystem

Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Avdelningen för energi-, miljö- och byggteknik Jasmina Mucic Energieffektivisering i offentliga byggnader Jämförelse i elanvändning för ventilation med olika luftflödesstyrsystem Energy efficiency of public buildings Comparison of electricity use for differet airflow control system Examensarbete 30 hp Civilingenjör: Energi- och miljöteknik Datum: Vårtermin 2012 Handledare: Jonas Berghel Examinator: Roger Renström Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 Information@kau.se www.kau.se

Sammanfattning Den ständiga ökningen av energianvändning i världen har resulterat till klimatförändringar och andra miljöproblem. För att motverka klimatförändringen och miljöproblemen energieffektiviseras de olika system i samhället. Ett exempel är energieffektivisering av ventilationssystem i offentliga byggnader. Ventilationens syfte är att hålla en god luftkvalitet inomhus då frisk luft är en förutsättning för människans välbefinnande. Den dominerande föroreningen i lokaler är koldioxid. Den används som indikator på luftkvaliteten. Koldioxiden härrör från människors utandning och emission från byggmaterial. Boverkets Byggregler säger att ventilationsflödet inte bör understiga 7 liter/ sekund och person samt minst 0,35 liter/sekund och meter 2. Större delen av offentliga lokaler ventileras med konstant luftflöde. Utvecklingen har gått framåt och applikation av behovsanpassad ventilation blivit allt vanligare i offentliga lokaler. Att det konstanta luftflödet är dimensionerat utifrån maximal personbelastning i rummet innebär möjlighet att anpassa luftflödet till det verkliga ventilationsbehovet och på så sätt sänka energianvändning. I detta examensarbete studeras energianvändning för ventilering av två skolor i Kristinehamns Kommun. Samt beräknas energianvändning för tre olika ventilationssystem som är uppdelade efter luftflödesstyrning, konstant luftflödesstyrning (CAV), närvarostyrt luftflödet (DCV- IR) och luftflödet som styrs efter koldioxidhalten i rummet (DCV- CO2). Konstant luftflödesstyrning innebär som sagt att lokaler ventileras med ett konstant tilluftsflöde under ventilationens drifttid. Ett DCV- IR- system styrs med en rörelsesensor, den reglerar luftflödet till rummet, till det maximalt dimensionerade då personer vistas i rummet och till det minimalt dimensionerade då rummet är tom. För ett DCV- CO2- system styr luftflödet efter det exakta behovet. Detta sker genom en koldioxidgivare som styr luftflödet till rummet efter koldioxidhalten i rummet och det uppsatta kravet, koldioxidhalten i rummet får ej överstiga 1000 ppm. Resultatet visade att elanvändning för ventilering av lokaler i offentliga byggnader kunde minska med nästan 60 procent om man ersätter ett CAV- system med ett DCV- IR- system. För ett DCV- CO2- system kunde elanvändningen minska med mer än 60 procent i jämförelse med ett CAV- system. Slutsats som drogs var att ett DCV- CO2- system var mest lönsam i lokaler där antalet ockupanter skiljer sig, markant, från det antal ockupanter för vilket lokalen är dimensionerad. Detta då elanvändningen för en sådan lokal minskade med 78 procent. 2

Abstract The continuous increase of energy consumption in the world has led to climate change and other enviromental problems. In order to prevent climate change and environmental problems, energy efficient systems are developed. One example is the energy efficiency of ventilation systems in public buildings. Ventilation purpose is to maintain a good indoor air quality, since fresh air is a prerequisite for the well being and high productivity for occupants. The dominant pollutant in buildings are carbon dioxide and which is used as an indicator of air quality. The carbon dioxide is generated from human trought breathing and by emission from building materials. Boverkets Byggregler says that the ventilation flow should not be less than 7 liters/second per person and a minimum of 0.35 liters/second and meter 2. Most of the public buildings are ventilated with constant airflow. The development is progressing and application of needs- ventilation has become increasingly common in public buildings. That the constant air flow is designed based on maximum occupancy in the room anables adjustmen of the airflow to the actual ventilation requirements, thereby reducing energy consumption. This thesis studied energy use for ventilation of two schools in Kristinehamn. As well is the energy consumption calculated for three different ventilation strategies, constant air volume (CAV) ventilation system, demand- controlled ventilaton system with infrared occupancy DCV- IR and demand- controlled ventilation system based on carbon dioxide control (DCV- CO2). Constant air flow ventilation system is dimensioned for the maximum pollutant load for the ventilated space. A DCV- IR system is controlled by a infrared motion sensor, it regulates the flow of air to the room, to the maximum rated when people enter the room and to the minimally when the room is empty. A DCV CO2 system is controlled air flow after the exact needs of the air flow. This is donne through a carbon dioxide sensor that controls the airflow to the room after the carbon dioxide level in the room and the stated requirement, carbon dioxide level in the room can not exceed 1000 ppm. The results showed that electricity consumption for ventilation of rooms in public buildings could be reduced by almost 60 percent by replacing a CAV system with a DCV- IR systems. A DCV- CO2 system could reduce electricity use by more than 60 percent compared to a CAV system. Conclusion drawn was that a DCV- CO2 system was most profitable in areas where the number of occupants is different, distinct, from the number of occupants for which the facility is undersized. This is as the electricity use for such facilities reduces by 78 percent. 3

Innehållsförteckning Sammanfattning... 2 Abstract... 3 Nomenklatur... 5 Förord och tackord... 6 Inledning... 7 Bakgrund... 8 Uppdelning av ventilationssystem efter teknisk lösning... 9 Uppdelning av ventilationssystem efter luftflödesstyrning... 9 Metod... 12 Skolorna... 12 Brogårdsskolan... 12 Södermalmsskolan... 12 Studiebesök... 13 Elmätningen på ventilationens undercentraler i respektive skolan... 13 Beräkning av elanvändning... 14 Teoretisk beräkning av elanvändning för respektive luftflödesstyrningssystem... 14 Teoretisk beräkning av luftflödet för de olika luftflödesstyrningssystem... 14 Teoretisk beräkning av fläktens effekt för de tre olika tilluftsflödestyrsystem... 15 Teoretisk beräkning av koldioxidhalten inomhus... 16 Resultat... 18 Elmätningen på ventilationens undercentraler i respektive skolan... 18 Brogårdsskolan... 18 Södermalmsskolan... 19 Teoretisk beräkning av elförbrukning för respektive luftflödesstyrningssystem... 21 Brogårdsskolan... 21 Södermalmsskolan... 23 Teoretisk beräkning av koldioxidhalten inomhus... 24 Brogårdsskolan... 25 Södermalmsskolan... 26 Diskussion... 27 Resultat... 27 Elmätningen på ventilationens undercentraler i respektive skolan... 27 Teoretisk beräkning av elförbrukning för respektive luftflödesstyrningssystem... 27 Teoretisk beräkning av koldioxidhalten inomhus... 28 Metodkritik... 28 Vidare arbete... 29 Slutsats... 30 Referenser... 31 Bilaga 1: Klasschema för klassrum 2617 med ifylld antalet elever... 32 Bilaga 2: Klasschema för klassrum 2616 med ifylld antalet elever... 33 Bilaga 3: Klasschema för klassrum C3019 med ifylld antalet elever... 34 4

Nomenklatur Antal elever Antalet elever i ett klassrum [person] Area En klassrumsarea [m 2 ] Cinomhus Koldioxidhalten inomhus [ppm] Ctilluft Koldioxidhalten i tilluften [ppm] Cr(t) Koldioxidhalten vid tiden (t) [ppm] Cr(0) Startvillkor för koldioxidhalten i rummet [ppm] gco2 Produktion av koldioxid från en person [mg/s] I1 Elström i fas 1 [Amper] I2 Elström i fas 2 [Amper] I3 Elström i fas 3 [Amper] M Koldioxid produktion i rummet [kg/h] N Maximal antal elever i klassrummet [person] P Eleffekten [W] PCAV Eleffekt för CAV- system [W] PDCV- IR Eleffekt för DCV- IR [W] PDCV- CO2 Eleffekt för DCV- CO2 [W] qarea Krav på ventilation beroende på arean [l/m 2, s] qcav Krav på ventilation [l/person, s] qdcv- CO2 Krav på ventilation med avseende på gco2 [l/person, s] U Spänning mellan elfaser [volt] V Ventilationsflödet [m 3 /h] v Klassrummet volym [m 3 ] v CAV Luftflödet till rummet för CAV- system [m 3 /s] v DCV!IR Luftflödet till rummet för DCV- IR- system [m 3 /s] v DCV!CO 2 Luftflödet till rummet för DCV- CO2- system [m 3 /s] W Elanvändning [kwh] Δptot Den totala tryckförlusten över ventilationen [Pa] ηtot Den totala verkningsgraden för ventilation [%] τ Tidssteg mellan två mätningar [h] 5

Förord och tackord Detta arbete är en rapport för ett examensarbete som har genomförts vid Karlstads Universitet på civilingenjörs utbildning med inriktning Energi och Miljöteknik. Arbetet är en avslutande examination på utbildningen. Examensarbetet har även redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete. Jag vill tacka personer som har möjliggjort detta arbete och bidragit med kunskap vid genomförandet. Ett stort tack till Anna Norberg, Energi och Klimatrådgivare vid Kristinehamns kommun för att hon ha gjort det möjligt att genomföra arbetet. Jonas Berghel, som är min handledare, vill jag tacka för god vägledning vid utförandet och rapportering av arbetet. 6

Inledning Energianvändning har spelat en viktig roll i människans utveckling. I takt med populationsökningen på jorden har även energianvändningen i världen ständigt ökat. Den framgångsrika utvecklingen har under sista decenniet visat sig ha en dålig sida. Den har resulterat till klimatförändringar och miljöproblem orsakade av koldioxidutsläpp och utsläpp av övriga föroreningar vid förbränning av lagrade energikällor. För att motverka klimatförändringen och de miljöproblem som uppkommer sätter regeringen mål för att öka användningen av flödande (förnybara) energikällor (Energimyndigheten, Faktabasen). På regional och lokal nivå sätts mål inom den offentliga sektorn för energieffektivisering med syftet att sänka energianvändningen. För att motverka ökad energianvändning utvecklas energisnålasystem och apparater alternativt sker energieffektivisering av redan befintliga system och apparater som ska sänka energianvändningen. I Sverige står bostads- och servicesektorn för drygt 40 % (Sara Björkroth, Lisa Lundmark, Mia Jöhnemark el al. 2011) av den totala energianvändningen år 2011. Den är fördelad över fem olika energibärare; oljeprodukter, fjärrvärme, el, biobränsle och övriga bränslen. Elanvändningen står för den största delen av sektorns totala elanvändning (Boverket & Energimyndigheten 2007). El Fjärrvärme Oljeprodukter Biobränslen Övriga bränslen Figur 1 Fördelad energianvändning för bostad och service sektor (Boverket & Energimyndigheten 2007). Av sektorns elanvändning står drift- el för den större delen. Till drift- el räknas fastighets- el och verksamhets- el. Elen som används av verksamheten som bedrivs i byggnaden kallas för verksamhets- el. Under fastighetselen sammanfaller elanvändning till fasta installationer för klimatanpassning av byggnader och övrigt, som till exempel elanvändning för hissar och allmän belysning. För att kunna uppnå de nationella miljömålen och minska klimatpåverkan har den offentliga sektor som tillhör bostads- och servicesektor målet att sänka energianvändningen i byggnader, skolor, boende, kontor och övriga (Boverket & Energimyndigheten 2007). 7

En undersökning gjord av Energimyndigheten (Boverket & Energimyndigheten 2007) visar att belysning och fläktar är de två största elanvändarna i skolor. Tillsammans utgör dem mer än hälften av skolornas elanvändning (Boverket & Energimyndigheten 2007). Att belysning och fläktar har hög elanvändning kan innebära möjligheten till en betydlig energibesparing genom energieffektiviseringsåtgärder.! 70 kwh/m 2 och år 60 50 40 30 20 10 0 1 Övrig verksamhetsel Tvättutrustning Kök och pentry Persondatorer (PC) Storkök Belysning Övrig fastighetsel Fläktar Figur 2. Fördelad elanvändning i skolor enligt STIL2 (Boverket & Energimyndigheten 2007). Kristinehamns kommun som tillhör till offentliga förvaltare har som mål att minska energianvändning i offentliga lokaler främst skolor. Idag används i snitt 22-23 [kwh/m 2, år] el av skolverksamheten i Kristinehamn (Norberg 2012). Bakgrund En av dagens behagligheter och krav som kostar energi i dagens samhälle är välventilerade utrymme där människor vistas mer än tillfälligt. I offentliga byggnader är ventilation vanligen dimensionerad utifrån maximal personbelastning och med ett konstantluftflöde under verksamhetens drifttid. Detta kan innebära onödig ventilation av lokaler då de inte är fullt utnyttjade. Undervisningsklassrum är vanligen dimensionerad till för 30 elever lika så ventilation i klassrummet. Färre än 30 elever i rummet innebär onödig ventilation. Genom att matcha luftflödet i ett rum med det verkliga behovet kan energianvändningen minska, för ventilation i en byggnad. Syftet med ventilationen är främst att hålla luften i rummet ren då ren inomhusluft är en förutsättning för människans välbefinnande och hög produktivitet (Abel & Elmroth 2006a). Ventilationen sker genom att ren luft tillförs rummet samtidigt som rumsluften och de alstrade föroreningar i rummet bortfors. De gasformiga föroreningar som tillförs till rummet alstras av människor samt avges av byggmaterial och inredning. Koldioxid, CO2, är den dominerande förorening inomhus som härrör från människors utandning. CO2- halten i ett rum samvarierar med övriga av människan alstrade föroreningar. Samvariationen gör den lämplig att användas som en indikator på luftkvaliteten. CO2- halten kan enkelt mätas med billiga 8

mätinstrument. Utgångsläget är utomhus luften som har en koldioxidhalt på ungefär 350 ppm. Utöver kravet på luftkvaliteten inomhus ställs även krav på termisk komfort inomhus. Ventilationen kan även användas för att föra bort värme från ett rum eller tillföra värme till ett rum för att bemöta kraven på termisk komfort. Den termiska komforten bestäms av luftens temperatur, luftens fuktighet och luftens hastighet (Abel & Elmroth 2006b). Uppdelning av ventilationssystem efter teknisk lösning En byggnads ventilationssystem kan delas in efter teknisk lösning beroende av om det är en fläkt som skapar ett luftflöde eller om flödet skapas av självdrag, om luften passerar ett luftaggregat innan lokaler eller om uteluft skickas direkt till lokaler. De typerna av ventilationssystem är: Självdragssystem (S- system), Frånluftssystem (F- system), Från- och tilluftssystem (FT- system) och Från- och tilluftssystem med värmeåtervinning (FTX- system). I ett S- system transporteras frånluften från rummet genom självdrag, skorstensverkan och tilluften tas direkt utifrån. Detta system kan vara ett alternativ för små luftflöden på grund av dess låga effektivitet. F- system skiljer sig från ett S- system genom att frånluften förflyttas med hjälp av en fläkt. I vissa fall kan uteluften som ska tillföras till rummet vara förorenat eller av fel temperatur och därför behöva passera genom specifikt filter i ett luftaggregat. Ett sådant system kallas FT- system. Då ett FT- system utrustas med en värmeåtervinnare fås ett FTX- system. Värmeenergi i frånluften återvinns och används för att värma tilluften. Ett FTX- system är den mest effektiva lösningen för ventilationssystem där luftflöden är stora och idag det mest vanliga ventilationssystem. Uppdelning av ventilationssystem efter luftflödesstyrning Ventilationsluftflödets storlek till och från ett rum bestäms av föroreningsalstringen i rummet och kravet på luftkvaliteten. Det är den största föroreningskälla som bestämmer luftflödet. Luftflöde till rummet kan tillföras med hjälp av tre i princip olika luftflödesstyrningssystem. Dessa är, ventilationssystem med konstant luftflöde (CAV), ventilationssystem med variabelt luftflöde (VAV) och ventilationssystem med behovsstyrt luftflöde (DCV). Det styrsystemet som vanligen används i skolbyggnader har konstant flöde, det vill säga ett CAV- system. Den är dimensionerad utifrån maximala belastningen i rummet som kan förkomma under ventilationens drifttid. Ett ventilationssystem med konstant luftflöde är vanligen tidsstyrd med en av/på styrning under en tid på dygnet. Systemet har ingen kontinuerlig kontroll av luftflödet till rummet, luftflödet är konstant under drifttiden. Då systemet är dimensionerat utifrån en maximal last kan luftflödet oftast vara överdimensionerad. 9

I en ventilations system med variabelt luftflöde (VAV) är luftflödet anpassad till de särskilda förhållandena i rummet. Ventilationssystem med variabelt luftflöde kan variera enligt förutbestämt mönster. Ett exempel på VAV är på/av- styrning mellan specifika klockslag. Y. Yao et al. har visat att genom att ersätta ett CAV system med ett VAV- system för en kontorsbyggnad i Peking kan energianvändningen sänkas med 19,2 procent (Yao et al. 2007). Ett DCV- system är ett system med variabelt luftflöde som baseras på att rummet ventileras med rätt luftflöde i rätt tidpunkt. Luftflödet styras efter det faktiska behovet. För ett DCV- system kommer luftflödet att bli lägre och energi som behovs för att distribuera luften samt värma eller kyla reduceras (Apte 2006). Ett DCV- system kan styras utifrån olika parametrar, som koldioxidhalten i rummet, temperatur, fukt och närvaro. DCV- system är passande för skolbyggnader där närvaro i utrymmen kan varierar i stor omfattning. I detta arbete kommer DCV- system som styrs av koldioxidhalten i rummet (DCV- CO2) och närvarostyrt system (DCV- IR) att studeras. Ett DCV- CO2- system dimensionerar momentana behovet av luftflöde utifrån den i tillfället uppmätta CO2- halten och på så sätt matchar den luftflödet med antalet personer i rummet. Därför är det viktigt att placera CO2- givaren i andningszonen (Apte 2006). I ett DCV- IR- system är luftflödet till rummet dimensionerad efter det maximala möjliga antal personer i rummet då personer vistas i rummet. Luftflödet kommer att sänkas till det minimalt dimensionerade då rummet är tomt. Nackdelen med ett DCV- IR- system är att rummet är överventilerat då antalet personer i rummet är lägre än vad luftflödet i rummet är dimensionerad för. Detta leder till en större energianvändning till skillnad från DCV- CO2- system. Många studier har visat att det finns möjligheten att sänka elförbrukningen för ventilering av lokaler genom att ersätta ventilationen med konstant flödet till en ventilation med variabelt flödet. I Sverige finns det stor potential att spara elenergi för ventilationssystemen då de flesta offentliga byggnader är ventilerade med konstant luftflödet. Enligt Mayers et al. kunde elförbrukningen för ventilationen sänkas från 52 kwh/m 2, år med ett CAV- system till 23 kwh/m 2,år med ett DCV- IR- system och till 19 kwh/m 2, år med ett DCV- CO2- system. Dessa siffror gäller då drifttiden för ventilationen är 12 timmar (Mysen et al. 2005). Trots den stora möjligheten att spara elenergi i ett ventilationssystem genom att sänka tilluftflödet kan man inte överskrida de uppställda kraven på inomhusklimatet. En dansk studie har visat att ersätta ett ventilationssystem med konstantluftflödesstyrning till ett ventilationssystem med behovsanpassad luftflödet i ett lägenhetshus påverkar inte luftkvaliteten i rummet. (Pavlovas 2004), (Afshari & Bergsoe 2005) Studier som har nämnts ovan har visat att genom att anpassa ventilationsflödet i rummet till det faktiska behovet kan energianvändningen för ett ventilationssystem minskas avsevärt. Syftet med arbetet är att redovisa elanvändningen för ventilationen i två skolor i Kristinehamns kommun, samt undersöka hur stor elbesparing kan göras på 10

skolorna genom att ändra styrning från konstantluftflöde (CAV) till ett behovsanpassadluftflöde (DCV- IR och DCV- CO2). Målet är att genom mätningar och beräkningar fastställa energibesparing på från uppdragsgivarens givna byggnader utan att bryta mot de krav som ställs på inomhusklimatet. För att kunna uppnå målet definieras tre olika frågeställningar: Hur mycket el använder ventilationssystemet som idag finns i respektive byggnad? Hur stor är elanvändning för de tre olika ventilationssystemen, CAV, DCV- IR och DCV- CO2? Påverkas inomhusklimatet då de nämnda ventilationssystemen appliceras i ett rum? 11

Metod En utveckling av ökad användning av fläktsstyrda ventilationssystem har resulterat till ökad elanvändning för ventilationssystem i byggnader (Svensk byggtjänst 2008). För att energieffektivisera ventilationssystem och sänka elförbrukningen har olika luftflödesstyrsystem utvecklats. Kristinehamns kommun vill genom detta arbete få reda på hur mycket kan elanvändning sänkas genom att applicera en energieffektiviseringsåtgärd i form av behovsanpassad luftflödesstyrningssystemen, DVC- IR och DCV- CO2. För att kunna svara på nämnda frågeställningar i arbetet utfördes inledningsvist en litteraturstudie över ventilation i skolbyggnader och behovsstyrt ventilation. Litteraturstudiens syfte är att förstå vilka energieffektiviseringsåtgärder kan utföra på ett ventilationssystem för att spara en betydlig mängd energi. Metoden består av en praktisk mätning av elströmmen på ventilationens undercentraler för respektive skola, för att få fram hur mycket el de befintliga systemen förbrukar idag. En modellering av fläktens elförbrukning för ventilering av ett klassrum på respektive skolan gjordes för de olika luftflödesstyrsystemen, CAV, DCV- IR och DCV- CO2. Samt gjordes en modell av koldioxidhalten i klassrummen för varje styrsystem. Antalet skoldagar under ett år antogs vara 220 dagar. Skolorna Byggnaderna som undersöktes är belägna i Kristinehamns kommun, som är uppdragsgivare för detta examensarbete. De givna skolorna är Brogårdsskolan och Södermalmsskolan. Gemensamt för skolorna är ventilationssystemets drifttider, ventilationen är igång måndag till fredag mellan klockan 06:00 och klockan 18:00. De befintliga ventilationssystemen på skolorna är FTX- system med en roterande värmeväxlare. De är utrustade med vattenburet luftvärme, som används då värmeväxlaren inte klarar av att värma tilluften till den önskade temperaturen. Då luftvärme är kopplad på fjärrvärmesystemet bortses energiberäkningen för uppvärmning av tilluften. Brogårdsskolan Brogårdsskolan är en gymnasieskola som är byggd i två delar. År 1860 byggdes den så kallade gamla delen som har under tiden anpassats till dagens verksamhet. Den nya delen blev klarbyggd år 1996. Ventilationssystemet i den gamla delen har konstant flödet till lokaler, CAV. Den består av tre luftaggregat (LA7, LA8 och LA9) som är placerade i ett fläktrum. Den nya delen består av fyra luftaggregat (LA1, LA2, LA3 och LA4) som är närvarostyrda, det vill säga den har ett DVC- IR styrsystem. De fyra luftaggregaten är placerade i samma fläktrum. Totalt har Brogårdsskolan en area på 6150 m 2 (Christer L. 2012). Södermalmsskolan Södermalmsskolan består av flera byggnader där olika verksamheter pågår, i detta arbete studeras byggnaden med namnet KV Valen 1, Södermalms högstadieskola har en area på 3350 m 2 (Christer L. 2012). Ventilationssystemet består av fem olika luftaggregat (LA1, LA2, LA3, LA4 och LA5) som är placerade i tre olika fläktrum. Luftflödet är konstant (CAV) under drifttiden för alla luftaggregat. 12

Studiebesök Ett studiebesök gjordes på skolorna för att lokalisera de fläktrum som finns på varje skola. Med på besöket fanns en fastighetstekniker, vaktmästare på skolan och kontaktpersonen från Kristinehamns kommun som gav information om skolorna och ventilationssystemet på respektive skolan. Vi besökte även flertal klassrum för att se hur dessa är ockuperade under veckan. De flesta klassrum är byggda för 30 elever och har en golvarea på 50 m2 och en takhöjd på 4 m. Elmätningen på ventilationens undercentraler i respektive skolan För att få en energiförbrukning på det befintliga ventilationssystemet för respektive skolan utfördes strömmätningar på de undercentraler som ombesörjer ventilationssystemen med el. Undercentraler var placerade i fläktrum på respektive skola, se figur 3. Figur 3. En undercentral på Brogårdsskolan. El- mätningar gjordes tillsammans med en el- tekniker då behörigheten behövdes för att öppna de undercentraler som strömmen skulle mätas på. Strömmen på undercentraler mättes med tre strömtänger då strömmen är trefasig. Tängerna som användes klarar upp till 500 ampere. Tängerna ansluts till en datalogger från MITEC vid namnet AT40g som vid mätning visar Ampere direkt i displayen på AT40g. Först utfördes mätningar på Brogårdsskola och därefter på Södermalmsskolan. Mätningen gjordes måndag till fredag då ventilationen var i drift. Mätningen startads första veckan i mars månad. Samplingstiden valdes till en timme då strömmen inte varierade mycket. Strömmen som registreras varje timme består av ett 20- tal mätningar. På Brogårdsskolan fanns det en undercentral för respektive del. Mätningen startade på den gamla delen och pågick under fyra 13

dygn och på den nya delen under tre dygn. Medan det på Södermalmsskolan fanns det en undercentral i varje fläktrum, det vill säga tre undercentraler och mätningen pågick under tre dygn på respektive undercentral. Den erhållna data överfördes till dator för vidare bearbetning. Beräkning av elanvändning För att beräkna hur mycket eleffekt, P, användes till ventilationssystemen ska effekt [W] för respektive undercentral beräknas enligt formel (1). Formeln gäller för ett trefassystem. ( ) P = I 1 + I 2 + I 3 3!U! 3 [ W ] (1) Spänningen, U, uppmättes som ett momentanvärde med hjälp av en spänningsmätare, till 386 V för respektive undercentral. Eleffekten som beräknades för drifttiden användes sedan för att beräkna den förbrukade elenergi, W, genom att multiplicera effekten med driftstiden, t, enligt formel (2). W = P!t [ Wh] (2) Teoretisk beräkning av elanvändning för respektive luftflödesstyrningssystem Elanvändning för CAV-, DCV- IR och DCV- CO2- system ska modelleras för tre olika klassrum under en dag. För att kunna modellera elanvändningen för respektive system ska effekten modelleras med hjälp av ett modellerat luftflöde som är framtaget för respektive system. Två klassrum valdes på Brogårdsskolan, ett klassrum i den gamla delen, 2617 och ett i den nya delen, 2316. Detta då det vid studiebesöket konstaterades att antalet personer i klassrummen var låg på den gamla delen och därmed fanns stor potential för minskad elanvändning. Antalet personer i klassrummen på den nya delen varierade inte mycket, ett klassrum med normal ockupation valdes. På Södermalmsskolan är antalet elever i klassrummen lika, därför valdes enbart ett klassrum, C3019-30. Dessa klassrum ska föreställa ett typisk klassrum för skolorna. Närvaro i de tre klassrum studerades för att få fram det exakta behovet av tilluftsflöde. Ett klasschema för varje klassrum skrevs ut och lämnades till lärarna som hade lektioner i klassrummet där de bads antecknar antalet elever under lektionen. Närvaro är presenterad i bilagor som klassrumsschema för 2617, 2316 och C3019. Teoretisk beräkning av luftflödet för de olika luftflödesstyrningssystem Tilluftsflödet (m 3 /s) beräknas teoretisk för alla tre luftflödesstyrningssystem, CAV, DCV- IR och DCV- CO2. CAV: Tilluftsflöde till klassrummet är konstant under hela drifttiden. Den dimensionerades för det maximala antalet personer i klassrummen, N, 30 personer, med ventilationskrav (qcav) 7 liter/ sekund, person och (qarea) 0,35 liter/ sekund, m 2 enligt formel (3) (Mysen et al. 2005). 14

v CAV = N! q CAV + Area! q area 1000 "m # 3 / s$ % (3) DCV- IR: Flödet styrs utav en IR- sensor mellan ett maximalt flöde då personer vistas i klassrummet och ett minimalt flöde då inga personer vistas där. Det maximala flödet är designat för 30 personer med ventilationskrav 7 l/s person och 0,35 l/s m 2. Det minimala tilluftsflödet är designat enbart för kravet 0,35 l/s m 2. Tilluftsflödet beräknas enligt formel (4). I fallet då personer vistas i rummet är N lika med 30 personer, då inga personer är i rummet är N lika med noll personer. v DCV!IR = N " q CAV + Area " q area 1000 #m $ 3 / s% & (4) DCV- CO2: Är det optimala ventilationssystemet, som är dimensionerad efter det verkliga behovet av tilluften. Ett nytt krav på luftflöde per person och sekund, qdcv- CO2, dimensioneras efter den koldioxidalstring som sker i rummet. Luftflödet per person och sekund, qdcv- CO2, modellerades med hjälp av formel (5) för en koldioxidhalt i rummet, Cinomhus, 1000 ppm, som är kravet på inomhusklimatet (Arbetsmiljöverket ). Koldioxidalstringen, gco2, från en person antogs vara 19 l/ s, person. [3] Detta då elevernas koldioxidalstring antogs vara likt koldioxidalstring från en person med maskinskrivning som aktivitet. q DCV!CO2 = g CO 2 "1000 C inomhus! C tilluft [ l / s, person] (5) Halten koldioxid i tilluften antogs vara 400 ppm för alla luftaggregat då de var utrustade med en roterande värmeväxlare (Kristinehamns kommun). För att vidare beräkna tilluftsflödet till klassrummen användes formel (6) där det erhållna värdet ur formel (5) för luftflöde, qdcv- CO2, användes. Här multipliceras luftflödet (l/s, person) med det exakta antalet elever i klassrummen som togs fram vid närvarostudien. Även här ventilerar man på grund av det från byggmaterial alstrad koldioxid med kravet 0,35 l/s, m 2. v DCV!CO 2 = Antalet elever " q DCV!CO 2 1000 + Area " q area 1000 #m $ 3 / s% & Area för de tre valda klassrum är 50 m 2. + (6) Teoretisk beräkning av fläktens effekt för de tre olika tilluftsflödestyrsystem Fläktens effekt som behövs för att transportera luften i ett ventilationssystem är den effekt som behövs för att överkomma den totala tryckförlusten Δptot [Pa] i systemet. Ventilationssystemets verkningsgrad, ηtot, antogs vara 70 procent. CAV: För ett system med konstant luftflödet, PCAV [kw], beräknas effekten enligt formel (7). 15

P CAV = v CAV! "p tot [ W ] (7)! tot DCV- IR och DCV- CO2: I och med att dessa styrsystem har variabelt luftflöde kommer även fläktens effekt att variera då den är beroende av luftflödet. Enligt en norsk studie [7] kan effekten för dessa DCV- system beräknas enligt formel (8). P DCV!IR/CO2 = v DCV!IR/CO 2 " #p tot [ W ] (8)! tot De ovanstående ekvationerna kommer att ge skillnaden i luftflödet och effekten för de tre olika styrsystemlösningar, CAV, DCV- IR och DCV- CO2 system. Den totala tryckförlusten uppmättes på respektive luftaggregat som ombesörjer de angivna klassrum med ventilationsluften. Tryckförlusten för respektive aggregat presenteras i tabell 1, nedan. Tabell 1. Tryckförlusten för respektive luftaggregat. Ventilationssystem Δptot [Pa] Brogårdsskolan (gamla delen) 742 Brogårdsskolan (nya delen) 678 Södermalmsskolan 446 Teoretisk beräkning av koldioxidhalten inomhus Koldioxidhalten modelleras för respektive styrsystem, CAV, DCV- IR och DCV- CO2, i de tre valda klassrummen. Detta för att kontrollera att de krav som ställs på inomhusklimatet inte överskrids då de tre styrsystemen appliceras. Den dominerande källa av koldioxid i rummen är personer, som producerar 19 l/h, person. CAV: Koldioxidhalten modellerades för konstantluftflödet, 7 l/s, person och 0,35 l/ m 2, sekund under dagen. Maximalt antal elever i alla tre klassrum är 30 personer. Koldioxidhalten i rummet beräknas enligt formel (9) där M [m 3 /h] står för den totalt producerade koldioxidhalten i rummet (Pavlovas 2004). C r ( t) = C tilluft + M "! C tilluft + M $ # v CAV " " % % (exp $! $ v CAV ' $ V '! ' $ ' # # & & [ ppm] v CAV ( )! C r 0 Ctilluft är koldioxidhalten [ppm] i tilluften, Cr(0) är koldioxidhalten vid ventilationens start som antogs vara 400 ppm, V är klassrummets volym och τ är tidssteg mellan två uträkningar. DCV- IR: Ventilationen är dimensionerad för 7 l/ s, person och ytterligare 0,35 l/ s, m 2 då personer vistas i rummet. Klassrummet som är tom ventileras bara utifrån kravet 0,35 l/s, m 2 för koldioxidalstring från byggmaterial. % ' & (9) 16

Koldioxidhalten under drifttiden dimensioneras för de tre valda klassrum enligt formel (9). DCV- CO2: Koldioxidhalten modelleras enligt formell (10) där vdcv CO2 är beräknad enligt formell (5). C r ( t) = C tilluft + # & M! % M C " tilluft+! C " r ( 0 ( % )( $ v DCV!CO2 ' v DCV!CO2 # # "exp! v " & & % % DCV!CO 2 ( % V (! ( % ( $ $ ' ' [ ppm] (10) Koldioxidhalten i klassrummen, 2617, 2316 och C3019 mättes under ett dygn med hjälp av en koldioxidgivare och AT40g loggaren. Detta för att jämföra med den beräknade koldioxidhalten i respektive klassrum. 17

Resultat Elmätningen på ventilationens undercentraler i respektive skolan Strömmätningen som utfördes på skolornas undercentraler för ventilationen, två undercentraler på Brogårdsskolan och tre undercentraler på Södermalmsskolan, resulterade till framtagning av effektkurvor på respektive undercentral och en total elanvändning på skolorna under en normal skoldag. Brogårdsskolan Strömmätningen som utfördes under tre dygn, på undercentralen i gamla delen, resulterade till effektkurvan i figur 2. Här ser man att effekten hålls konstant under tiden då ventilationen var i drift och även då ventilationen var avstängd. 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Mätt effekt för ventilationens undercentral på Brogårdsskolans gamla delen [kw] 01.00 04.00 07.00 10.00 13.00 16.00 19.00 22.00 01.00 04.00 07.00 10.00 13.00 16.00 19.00 22.00 01.00 04.00 07.00 10.00 13.00 16.00 19.00 22.00 01.00 04.00 07.00 10.00 13.00 16.00 19.00 22.00 Figur 4 Effektkurvan för undercentralen o Brogårdsskolans gamla del. För ventilation beräknades för en normal skoldag, med hjälp av formel (2), uppgick till 380 kwh/dygn (se figur 4). Strömmätningar på den nya delen gav effektkurvan som presenteras i figur 3. I figuren ser man att effekten minskar vid lunchtiden. Detta förklaras av att ventilationssystemet är närvarostyrt. 18

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Figur 5. Effektkurvan för undercentralen i Brogårdsskolans nya del. Elanvändningen för ventilationen en normal skoldag uppgick till 458 kwh/dygn (se figur 5). Den årliga specifika elenergianvändningen för ventilation av Brogårdsskolan är 30 kwh/m 2, år. Södermalmsskolan Mätt effekt för ventilationens undercentral på Brogårdsskolans nya delen [kw] 08.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 00.00 02.00 04.00 06.00 08.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 00.00 02.00 04.00 06.00 08.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 Södermalms högstadieskola är en byggnad som har tre undercentraler för ventilationen. Figur 5, 6 och 7 är effektkurvona på respektive undercentral på Södermalmsskola. Dessa är ungefär 5, 8,5 och 12,8 kw för respektive undercentral. 19

Mätt effekt för ventilationen i Södermalmsskolans undercentral 1 [kw] 14 12 10 8 6 4 2 0 08.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 00.00 02.00 04.00 06.00 08.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 00.00 02.00 04.00 06.00 08.00 10.00 12.00 Figur 6. Effektkurvan för Södermalmsskolans undercentral 1. Mätt effekt för ventilationen i Södermalmsskolans undercentral 2 [kw] 14 12 10 8 6 4 2 0 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 01.00 03.00 05.00 07.00 09.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 01.00 03.00 05.00 07.00 09.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 Figur 7. Effektkurvan för Södermalmsskolans undercentral 2. Elanvändning för undercentral 1 uppgick till 69 kwh/dygn under en normalskoldag (se figur 6). Medan det för undercentral 2 uppgick till 104 kwh/dygn under en normal skoldag (se figur 7). 20

Mätt effekt för ventilationen i Södermalmsskolans undercentral 3 [kw] 14 12 10 8 6 4 2 0 09.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 01.00 03.00 05.00 07.00 09.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 01.00 03.00 05.00 07.00 09.00 11.00 13.00 15.00 17.00 Figur 8. Effektkurvan för Södermalmsskolans undercentral 3. Elanvändning för ventilation i undercentral 3 uppgick till 153 kwh/dygn för en normal skoldag. Summan av elförbrukningen för respektive central på Södermalmsskolan gav en årlig specifik elförbrukning av ventilationen för Södermalmsskolan till 21,4 kwh/m 2, år. Teoretisk beräkning av elförbrukning för respektive luftflödesstyrningssystem Modellering av elförbrukning för de tre luftflödesstyrningssystemen, CAV, DCV- IR och DCV- CO2 i klassrummen sker med hjälp av en modellerad effekt för ventilering av klassrummen 2617, 2316 och C3019 och system under drifttiden (kl. 06:00-18:00). Brogårdsskolan För klassrummet som liggen i Brogårdsskolans gamla del sänktes eleffekten till ventilationen betydligt genom att byta från konstant flödet till behovsanpassat flöde. Effekten för CAV, DCV- IR och DCV- CO2 system presenteras i figur 7. 21

Effektbehovet för de tre ventilationsstyrningssystem i klassrummet 2617, måndag kl 06:00-18:00 250 200 150 100 50 0 06.00 06.20 06.40 07.00 07.20 07.40 08.00 08.20 08.40 09.00 09.20 09.40 10.00 10.20 10.40 11.00 11.20 11.40 12.00 12.20 12.40 13.00 13.20 13.40 14.00 14.20 14.40 15.00 15.20 15.40 16.00 16.20 16.40 17.00 17.20 17.40 18.00 Effekten CAV [W] Effekten DCV- IR [W] Effekten DCV- CO2 [W] Figur 9. Eleffektkurvor för CAV, DCV- IR och DCV- CO2 styrning av ventilation i klassrummet 2617. Elanvändningen [kwh/år] för ventilering av klassrummet (2617) under drifttiden blev följande för respektive styrsystem: CAV: 495 kwh/år DCV- IR: 171 kwh/år DCV- CO2: 106 kwh/år Effektbehovet för att ventilera klassrum 2316 med de tre olika styrsystemen presenteras i figur (9). Klassrummet ligger i Brogårdsskolans nya del där ockupationen av klassrummen är normal, det vill säga antalet elever under lektioner är nära antalet som klassrummen är dimensionerade för. 22

Eleffektbehovet för de tre olika venilationsstyrningssystem i klassrummet 2316, måndag kl 06:00-18:00 250 200 150 100 50 0 06.00 06.30 07.00 07.30 08.00 08.30 09.00 09.30 10.00 10.30 11.00 11.30 12.00 12.30 13.00 13.30 14.00 14.30 15.00 15.30 16.00 16.30 17.00 17.30 18.00 Effekten CAV [W] Effekten DCV- IR [W] Effekten DCV- CO2 [W] Figur 10. Eleffektkurvor för CAV, DCV- IR och DCV- CO2 styrning av ventilation i klassrummet 2316. Elanvändningen [kwh/år] för ventilering av klassrummet (2316) under drifttiden blev följande för respektive styrsystem: CAV: 452 kwh/år DCV- IR: 186 kwh/år DCV- CO2: 176 kwh/år Elanvändningen för ventilering av klassrummet 2316 under en dag, minskade med nästan 60 procent då man byter ett CAV- system med ett DCV- IR. Då man byter från ett CAV- system till ett DCV- CO2- system sänks elförbrukningen med drygt 60 procent. Södermalmsskolan Eleffektbehovet för att ventilera klassrummet C3019 med de tre luftflödesstyrsystemen, CAV, DCV- IR och DCV- CO2 presenteras i figur (9). Ventilationen dimensionerades för drifttiden mellan kl. 06:00 till 18:00. 23

Eleffektbehovet för det tre olika ventilationsstyrningssystem i klassrummet C3019, måndag kl 06:00-18:00 250 200 150 100 50 0 06.00 06.30 07.00 07.30 08.00 08.30 09.00 09.30 10.00 Figur 11. Effektkurvor för CAV, DCV- IR och DCV- CO2 i klassrummet C3019. Elanvändningen [kwh/år] för ventilering av klassrummet (C3019) under drifttiden blev följande för respektive styrsystem: CAV: 297 kwh/år 10.30 DCV- IR: 114 kwh/år DCV- CO2: 108 kwh/år 11.00 Elanvändning för ventilering av klassrummet C3019, under en dag, minskade med mer än 60 procent då man byter ett CAV- system med ett DCV- IR eller ett DCV- CO2- system. De ovanstående resultaten av elanvändning för respektive styrsystem och klassrum presenteras i tabell 2. Tabell 2. Resultatet för elförbrukning för respektive styrsystem. Elförbrukning [kwh/år] Klassrum 2617 Klassrum 2316 Klassrum C3019 CAV 495 453 297 DCV- IR 171 186 114 DCV- CO2 106 176 108 11.30 Teoretisk beräkning av koldioxidhalten inomhus Kravet på koldioxidhalten i ett rum där folk vistas får inte överskrida 1000 ppm. Koldioxidhalten i klassrummen 2617, 2316 och C3019 presenteras i figur (10), (11) och (12) för respektive klassrum. 12.00 Effekten CAV [W] Effekten DCV- IR Effekten DCV- CO2 12.30 13.00 13.30 14.00 14.30 15.00 15.30 16.00 16.30 17.00 17.30 18.00 24

Brogårdsskolan På Brogårdsskolan studerades två klassrum på grund av antalet elever under skoldagar varierar i klassrummen på den nya delen respektive den gamla delen. Koldioxidhalten i 2617, för styrsystem CAV, DCV- IR och DCV- CO 2 1200 Koldioxidhalten [ppm] 1000 800 600 400 200 0 06.00 06.40 07.20 08.00 08.40 09.20 10.00 10.40 11.20 12.00 12.40 13.20 14.00 14.40 15.20 16.00 16.40 17.20 18.00 CAV DCV- IR DCV- CO2 Uppmätt Figur 12. Koldioxidhalten i klassrum 2617 för de tre luftflödesstyrsystemen. 2617: I figur (12) presenteras koldioxidhalten för CAV, DCV- IR och DCV- CO2- system i klassrummet. Halten överstiger aldrig 1000 ppm. Koldioxidhalten i 2316, för styrsystem CAV, DCV- IR och DCV- CO 2 1200 Koldioxidhalten [ppm] 1000 800 600 400 200 0 06.00 06.40 07.20 08.00 08.40 09.20 10.00 10.40 11.20 12.00 12.40 13.20 14.00 14.40 15.20 16.00 16.40 17.20 18.00 CAV DCV- IR DCV- CO2 Uppmätt Figur 13. Koldioxidhalten i klassrum 2316 för de tre luftflödesstyrsystemen. 2316: I figur (13) presenteras koldioxidhalten för CAV, DCV- IR och DCV- CO2- system i klassrummet. Här överskrider koldioxidhalten gränsen 1000 ppm. Detta då det i salen vistas flera eleven än klassrummet är dimensionerad för. 25

Södermalmsskolan Koldioxidhalten i C3019 för styrsystem CAV, DCV- IR och DCV- CO 2 1200,00 Koldioxidhalten [ppm] 1000,00 800,00 600,00 400,00 200,00 CAV DCV- IR DCV- CO2 Uppmätt 0,00 06.00 06.40 07.20 08.00 08.40 09.20 10.00 Figur 14. Koldioxidhalten i klassrum C3019 för de tre luftflödesstyrsystemen. 10.40 11.20 12.00 C3019: koldioxidhalten i klassrummet för CAV, DCV- IR och DCV- CO2 presenteras i figur (14). Kurvan visar att gränsvärdet aldrig överskrids under den dimensionerade dagen. 12.40 13.20 14.00 14.40 15.20 16.00 16.40 17.20 18.00 26

Diskussion Resultat Elmätningen på ventilationens undercentraler i respektive skolan Resultatet av elströmmätningar på skolornas ventilation visade att idag uppgår den specifika elförbrukningen till 30 kwh/m 2, år för Brogårdsskolan och 21,4 kwh/m 2, år för Södermalmsskolan. Detta beror på att Brogårdsskolan har en större area och ett större antal elever än Södermalmsskolan. Enligt energimyndighetens STIL undersökning, figur 2, ligger Brogårdsskolan över medeltalet för fläktar i svenska skolor medan Södermalmsskolan representerar medeltalet. Stor potential finns att sänka elanvändningen på Brogårdsskolan. I figur 4 som representerar effekten på Brogårdsskolans nya del går ventilationen igång klockan 06:00. Eleffekten är konstant under drifttiden beroende av att ventilationsflödet är konstant under drifttiden. I figur 5 varierar eleffekten för ventilationen i den nya delen då den är närvarostyrt. Man kan se att effekten sjunker vid lunchtiden på grund av att vissa klassrum blir tomma och tilluftsflödet går ned till det minimala kravet 0,35 liter/ sekund, meter 2. Att luftflödet sjunker innebär att eleffekten som behövs för att tillgodose lokaler med ventilation sjunker. I så fall sjunker elförbrukningen i jämförelse med om ventilationsflödet varit konstant. Att ett minskat luftflöde innebär en reducering i elförbrukning visas även i en Norsk studie (Mysen et al. 2005). I figur 6-8 är eleffekten konstant under drifttiden som innebär att luftflödesstyrningssystemet även på Södermalmsskolan är CAV- system. Teoretisk beräkning av elförbrukning för respektive luftflödesstyrningssystem I figur 9 presenteras effekten för att ventilera klassrum 2617 med respektive styrsystem. Det finns en tydlig skillnad i effekten för CAV-, DCV- IR- och DCV- CO2 system. Effekten för CAV- system är dimensionerad för maximalt antal elever i klassrummet, under drifttiden, effekten blir därför konstant. Ockupationen i klassrummet är mycket lägre än den är dimensionerad för, därav följer att effekten sjunker för DCV- systemen då dessa har behovsanpassad flödet efter antalet personer i klassrummet. Effekten för nämnda luftflödesstyrsystemen för ventilering av klassrum 2316 och C3019 presenteras i figur 10 och figur 11. Här sjunker effekten betydligt då klassrummet är tom. Antalet elever under lektionstiderna för dessa två klassrum är nära antalet personer, 30 elever, för vilken den är dimensionerad. Detta resulterar i att effekterna för DCV- IR- system och DCV- CO2- system sammanfaller med varandra. I figur 10 förekommer ett topp för DCV- CO2- system vid kl15 som överstiger effekten för CAV- och DCV- IR- system. Detta beror på att i klassrummet vistas flera elever än klassrummet är dimensionerad för som ger en större ventilationsflödet till klassrummet. Ett av målen med examensarbetet att undersöka hur mycket elenergi man kan spara genom att ersätta ett CAV system med antigen närvarostyrt system, DCV- IR eller koldioxidstyrt system, DCV- CO2. Den beräknade elenergianvändning för de tre klassrum som studerades presenteras i tabell (2). 27

Elanvändning som beräknades för ventilering av klassrum 2617 sänktes med 65 procent genom att byta från CAV till DCV- IR och med 78 procent genom att byta från CAV till DCV- CO2- system. Den beräknade elanvändning för klassrummen 2317 och C3019 visade att elanvändningen kunde sänkas med nästan 60 procent för DCV- IR och lite över 60 procent med DCV- CO2. Som sagt är detta på grund av att antalet elever under lektionstiderna i klassrummen är nära eller exakt det för vilka klassrummen och ventilationen i klassrummen är dimensionerade. Detta resultat sammanfaller väl med resultatet som togs fram i den norska studien (Mysen et al. 2005). Den presenterade resultaten i tabell 2 har visat att DCV- CO2- system ger en mindre elanvändning än de andra två luftflödesstyrningsalternativen. Här ser man att systemet är speciellt lönsamt då användningen av klassrummen är lägre än vad den är dimensionerad för. Som exempelvis klassrummen som befinner sig på Brogårdsskolans gamla del. Investeringskostnaden för DCV- IR- och DCV- CO2- system har inte beräknats men det är känt att IR- sensorer är billigare alternativ än CO2- givare. En byggnads ventilationsbehov, drifttid, variation i närvaro bestämmer lönsamheten för investering i behovsanpassad ventilation (Mysen et al. 2003). Jag tycker att den stora möjligheten att sänka elanvändningen för ventilationen i skolorna med ett DCV- CO2 gör den alternativet lönsamt att investera i. Teoretisk beräkning av koldioxidhalten inomhus Koldioxidhalten för de tre klassrummen beräknades för CAV, DCV- IR och DCV- CO2- system för att se om den överskrider kravet på 1000 ppm. För klassrummet 2316 överskrider kravet för CAV och DCV- IR- system på grund av att antalet elever i klassrummet är större än för vilken ventilationen är dimensionerad, 30 elever. För DCV- CO2- system hålls koldioxiden under 1000 ppm. I figur 12, 13 och 14 kan man se att koldioxidhalten för DCV- systemen är något högre än koldioxid halten för CAV- system. Ökningen av koldioxidhalten i klassrummen kan påverka människans prestations förmåga men koldioxidhalten överskrider inte kravet på 1000 ppm förutom ett undantag då antalet elever i klassrummet är större än vad den är dimensionerad för. Den uppmätta koldioxidhalten i klassrummen 2617 och C3019 sammanfaller med den dimensionerade koldioxidhalten i dessa klassrum för CAV- system. I klassrummet 2316 följer den uppmätta koldioxiden den koldioxidhalten som beräknades för DCV- IR- system för respektive klassrum. Detta visar att den beräknade koldioxidhalten och modellerade kurvor representerar verkliga fall. Metodkritik I undercentralen som befinner sig på Brogårdsskolans gamla del mättes enbart under ventilationens drifttid utan att få reda på hur stor elanvändning var då ventilationen är avstängd. Detta gjordes i efterhand som visade att elanvändningen var låg. Även för de övriga undercentraler blev strömförbrukning efter ventilationens drifttid låg. 28

Den begränsade tillgången på mätutrustningen resulterade till att strömmätningen på alla undercentralerna inte kunde ske under samma tidsperiod. Detta för att jämföra hur mycket el undercentraler drar under en och samma dag. Trots att effekterna för respektive undercentral är ganska lika för de olika veckodagarna avgjorde dilemman med begränsad mätutrustning att effekten för en skola inte kund summeras. Den beräknade effekten för Södermalmsskolan kunde inte summeras då mätningen inte gjordes under samma tidpunkt för att sedan beräkna elförbrukning under ett dygn. Däremot kunde den beräknade elförbrukningen för respektive undercentral på Södermalm summeras då ett medelvärde kwh/dygn beräknades under en vecka. Studien utfördes på tre klassrum, två på Brogårdsskolan, 2617 och 2316 och en på Södermalmsskolan, C3019. På Brogårdsskolan valde jag två klassrum då ockupationen av klassrummen på den gamla delen var låg medan på den nya delen var ockupationen normal, nära antalet elever klassrummen är dimensionerade för, 30 elever. Att ockupationen i klassrum 2617 var låg innebär det att klassrummet är överventilerad. Att anpassa ventilationsflödet innebär att elenergi som förbrukas av fläkten för att tillförse klassrummet med frisk luft kan sänkas. Eleffekten för ventilationen i klassrummen för luftflödesstyrsystemen CAV, DCV- IR och DCV- CO2 beräknades med formel (7) och (8). Effektkurvor presenteras i figurer 9, 10 och 11. Den totala tryckförlusten över ventilationssystemen mättes på plats tillsammans med elteknikern, värdena kunde variera med 5 Pascal. Ett medelvärde av den totala tryckförlusten antogs. Vidare arbete En fortsättning på detta arbete kan vara att studera om det är lönsamt att ersätta det konstanta luftflödet med en variabelstyrt luftflöde på skolorna beroende på de investeringskostnader som variabelluftflödesstyrning innebär. I studien kan även ingå en övervägning mellan ett DCV- IR eller DCV- CO2- system. Kravet med max halt koldioxid 1000 ppm ifrågasätts allt mer och mer. En studie med hur luftkvaliteten upplevs av de som vistas i rummet då koldioxidhalten överstiger 1000 ppm kan ge revolutionerande resultat. Frågan kan besvaras genom att variera ventilationsmängden och att brukarna fyller i enkäter efter förändringen utförts. Hur samvarierar halten övriga föroreningar och partiklar med koldioxidhalten kan besvaras genom praktiska mätningar. 29

Slutsats Arbetet visade stora möjligheter att sänka elanvändning för ventilation av fastigheter genom att anpassa ventilationsflöde. Elanvändning för ventilering av offentliga byggnader kan minska med 60 procent genom att på ett redan befintlig ventilationssystem med konstant luftflöde (CAV), ändra luftflödessyrning till behovsanpassat luftflöde (DCV- IR och DCV- CO2). Ett DCV- CO2- system är optimal för lokaler med varierande ockupation och för lokaler med ockupation som skiljer sig från det lokalen är dimensionerad. Detta med avseende på att resultatet för ett lokal med varierande ockupation visade att elanvändningen för fallet kunde minska med 78 procent. 30

Referenser 1. Sara Björkroth, Lisa Lundmark, Mia Jöhnemark el al. (2011). Energiläget 2011. (211). Tillgänglig: http://energimyndigheten.se/global/statistik/energiläget/energiläget%202011.pdf. 2. Boverket & Energimyndigheten (2007). Energianvändnig & innemiljö i skolor och förskolor - förbättrad statistik i lokaler, STIL2. (2007). 3. Norberg, A. (2012). Kristinehamns kommun. 4. Abel, E. & Elmroth, A. (2006a). Ventilation. 166. 5. Abel, E. & Elmroth, A. (2006b). Inneklimat. I Inneklimat.Byggnaden som system. 28. 6. Yao, Y., Lian, Z., Liu, W., Hou, Z. & Wu, M. (2007). Evaluation program for the energy-saving of variable-air-volume systems. Energy and Buildings, 39 (5), 558-68. 7. Apte, G., Michael (2006). Review of demand control ventilation. (2006),. 8. Mysen, M., Berntsen, S., Nafstad, P. & Schild, P.G. (2005). Occupancy density and benefits of demand-controlled ventilation in norwegian primary schools. Energy and Buildings, 37 (12), 1234-40. 9. Pavlovas, V. (2004). Demand controlled ventilation a case study for existing swedish multifamily buildings. Energy and Buildings, 36 (10), 1029-34. 10. Afshari, A. & Bergsoe, N. (2005). REDUCING ENERGY CONSUMPTION FOR VENTILATION IN DWELLINGS THROUGH DEMAND CONTROLLED VENTILATION. Danish Building Research Institute Dr. Neergaards Vej 15,. 11. Ventilation. En handbok i anslutning till boverkets byggregler. Byggvägledning 7. (2008). Svensk Byggtjänst. 12. Christer Lilja (2012). Kristinehamns kommun. 13. Arbetsmiljöverket Koldioxid som indikator. Tillgänglig: http://www.av.se/teman/ventilation/skolor_kontor/koldioxid/ [2012-05/30]. 14. Mysen, M., Rydock, J.P. & Tjelflaat, P.O. (2003). Demand controlled ventilation for office cubicles-can it be profitable? Energy and Buildings, 35 (7), 657-62. 15. Energimyndigheten, Faktabasen. http://www.energikunskap.se/sv/faktabasen/vad-arenergi/energibarare/fornybar-energi/ [2013-01-71]. 31

Bilaga 1: Klasschema för klassrum 2617 med ifylld antalet elever 32

Bilaga 2: Klasschema för klassrum 2616 med ifylld antalet elever 33

Bilaga 3: Klasschema för klassrum C3019 med ifylld antalet elever 34