En av veilederne for masteroppgaven, seniorforsker Sverre B. Holøs, og masteroppgavens forfatter, Kamilla Heimar Andersen.
En av veilederne for masteroppgaven, seniorforsker Sverre B. Holøs, og masteroppgavens forfatter, Kamilla Heimar Andersen.

Feil i ventilasjonsanlegg stjeler inneklimakvalitet og energi

Feil i mekaniske ventilasjonsanlegg ser ut til å være den primære årsaken til uforutsett økt energiforbruk i bygg, viser flere utenlandske studier. Nå er det gjennomført en lignende studie i en norsk masteroppgave i prosjektet BEST VENT.

Published   Last updated

I masteroppgaven ble det gjennomført intervjuer av et utvalg representanter fra VVS-bransjen for å kartlegge typiske feil som oppstår i mekaniske ventilasjonsanlegg i norske skoler. Videre ble de typiske feilene modellert i bygningsimuleringsprogrammet IDA ICE for å undersøke konsekvensene av energiforbruk, termisk inneklima og luftkvalitet i en Oslo-skole. Den utvalgte skolen var Fernanda Nissen skole, casestudien i BEST VENT prosjektet.

Lavere energibehov er en nødvendighet for å kunne bidra til et fremtidig bærekraftig samfunn, blant annet har Undervisningsbygg KF har vært en pådriver for å bruke behovstyring av ventilasjon for å skape godt inneklima med lite energibruk.

- For å oppnå et lavt energibehov i bygg forutsetter det både riktig bruk av materialer og installasjoner i henhold til forskrift og veiledning. Ikke minst er drift av bygget en viktig forutsetning. Får en av disse forutsetningene lavere kvalitet og oppfølging enn planlagt, har bygget stor sannsynlighet for å oppnå en feil i enten byggeprosessen eller under drift, formidlet flere intervjuobjekter.

Brukerne avdekker viktige feil

En forutsetning for et godt kunnskapsgrunnlag var at både eldre og dagsaktuell kunnskap om feil i det mekaniske ventilasjonsanlegget var tilgjengelig. Dette stilte VVS-bransjen villig opp med, noe vi er veldig takknemlige for. De utvalgte representantene fra Statsbygg, Erichsen & Horgen, Drammen Eiendom KF, Undervisningsbygg KF, GK Inneklima, Folke Helsa og Utdanningsetaten i Oslo ble intervjuet om typiske feil som kan oppstå i mekaniske ventilasjonsanlegg i skolebygg.

Intervjuene avslørte at de fleste symptomene på feilene i mekaniske ventilasjonsanlegg i skoler blir rapportert av brukerne, enten i form av klage fra skolen til drift, eller ved eksterne brukerundersøkelser. Ofte er tilbakemeldingene fra brukerne tung luft, plagsom varme eller kulde og dører som er vanskelige å åpne eller lukke.

- Brukerne kan være effektiv og billig måte å avdekke eventuelle feil i det mekaniske ventilasjonsanlegget, selv om SD-anlegg er installert, da andre faktorer kan spille inn som for eksempel unormal støy fra ventilasjonsanlegget, forteller en av intervjuobjektene.

De fem mest nevnte feilene summert ut fra intervjuene:

1. Ubalanse mellom tilluft og avtrekk som skaper merkbart overtrykk eller undertrykk (dører til klasserommene blir litt vanskeligere å enten åpne eller lukke).

2. Høy CO2 konsentrasjon som følge av feil plassering av CO2 sensor, flere personer i klasserommet enn først designet eller feil innregulering av luftmengder.

3. Støy som følge av at spjeldet struper eller ingen støydemper implementert i installasjonsfasen.

4. Manglende tilkomst til målekors i VAV-enheter. Skitne målekors kan føre til feil luftmengde, og særlig i avtrekkskanaler må man ha tilkomst for å utføre rengjøring.

5. Luftmengdesensor plassert for tett etter bend (bøy/sving på rør) som fører til feil luftmengde til klasserommene.

Feilsimulering i IDA ICE

Feilene vi valgte ut til å mate inn i simuleringsmodellen i IDA ICE ble gjort på bakgrunn av resultatene fra intervjuene. Det ble valgt å benytte seg av symptom på feil, deretter årsak, og basert på dette simulert i IDA ICE med bruk av Monte Carlo simuleringer og grafisk script i et klasserom med DCV-anlegg (temperatur- og CO2 sensor).

Tabell 1 – Modellerte feil i IDA ICE. Tabellen viser symptom, årsak og simulerte feil. Tabellen er basert på resultatene fra intervjuene.

Symptom/feilÅrsak til symptom/feilSimulerte feil
Innetemperaturen føles kald eller varm- Feil plassering av temperatursensorForskjellige
- Defekt eller ikke kalibrert temperatur sensortilluftstemperaturer
- Lav eller høy tilluftstemperatur
- Feil eller defekt varme- eller kuldebatteri
- Temperatursettpunkt for lavt eller for høyt
- Høyere tilluftsmengde enn prosjektert (brukerne føler trekk)
- Lavere tilluftsmengde enn prosjektert
- Målekors plassert for tett etter bend, noe som fører til feil luftmengde inn i klasserom
- Feil innregulering av luftmengder
- Brukerne har på for lite klær
Tung luftLavt luftskrifteForskjellige
(høy CO2 konsentrasjon)- Feil plassering av CO2-konsentrasjonssensor, noe som bidrar til feil luftmengdeCO2 sensorsettpunkt
- Feil innregulering av luftmengder
- Feil på spjeldregulering
- For mange brukere i klasserommet
Vanskelig å åpne eller lukke døren til klasserommetUbalanseForskjellige tilluft- og avtrekksmengder
(Undertrykk eller overtrykk)- Innregulert med et merkbart overtrykk eller undertrykk
- Feil på spjeldregulering
- Slitasje på system
- Defekt komponent eller elektrisk feil
- Tilluft eller avtrekk starter forskjellig
- Feil innregulering av luftmengder

Tilfredsstiller ikke forskrift og stjeler energi

Sammenhengen mellom temperatur, produktivitet og helse har vært forsket på i lengre tid av ulike aktører og forskrifter, og mange byggherrer stiller krav til temperaturforhold. Inneklima er et viktig tema, spesielt siden vi tilbringer mer enn 90 % av tiden vår innendørs.

Feilene som ble modellert i IDA ICE hadde en negativ påvirkning både på termisk komfort og luftkvalitet, og tilfredsstilte ikke anbefalinger i henhold til teknisk byggeforskrift eller Arbeidstilsynets veiledning om luftkvalitet på arbeidsplassen. Den utslagsgivende feilen var et høyt CO2-sensorsettpunkt, som representerer årsakene i tabellen over. Denne feilen økte tiden over 1000 ppm med hele 20 %.

- Det er fremtiden vår som sitter i disse skolene; vi er nødt til å ta inneklimaet på alvor, ble formidlet av et intervjuobjekt.

Konsekvensene av feilene bidro til en betydelig økning i energiforbruket og den primære energityven var feilen ubalanse i begge sesongene. Denne feilen økte det årlige energiforbruket med opp til 37 %. Deretter var både en høy og lav tilluftstemperatur også ikke bare utslagsgivende på det termiske inneklima, men også på energiforbruket. Her med en økning opp til 29 %.

- Kost for å reparere eller erstatte deler som blir ødelagt av slitasje, design- eller installasjonsfeil i ventilasjonsanlegget er unødvendige konsekvenser av feil som mest sannsynlig kunne ha vært unngått. Ikke minst er det ofte nødvendig å flytte store klasser til brakker med dårligere ventilasjon i perioder med rehabilitering om det skulle være nødvendig, fortalte ett av intervjuobjektene.

Hvordan unngår vi feil i fremtiden?

Det store spørsmålet er å finne ut hvordan vi unngår at feil oppstår i det mekaniske ventilasjonsanlegget i fremtiden. Det er ikke nødvendigvis kritisk at feil oppstår i byggeprosessen, da prøveperioden i bygget fanger opp majoriteten av de eventuelle feilene som oppstår under installasjons- eller designfasen. I tillegg har det blitt utarbeidet veiledninger for både prosjektering, innregulering og systemvalg av mekanisk ventilasjon, og flere av intervjuobjektene merket en tydelig nedgang i antall feil etter at disse veiledningene ble utgitt 10 år tilbake.

Intervjuobjektene påpekte at brukerne ofte oppgir en sann vurdering av inneklima, og at disse tilbakemeldingene bør bli tatt til etterretning. Denne studien bekrefter nettopp det utsagnet; at brukernes tilbakemeldinger kan ha store konsekvenser for både inneklima og energibruk. Selv om fremtiden blir preget av mer sensorbruk, kunstig intelligens, automatisk feildeteksjon og -rettelse, skal man ikke undervurdere brukernes oppfatning av inneklimaet til å finne noen mulige feilkilder i det mekaniske ventilasjonsanlegget.

Siden denne studien også viser at energiforbruket er en god indikator på om tilstanden i bygget ikke er som den opprinnelig ble kalkulert eller prosjektert til, vil energiovervåkning være et mulig alternativ til å undersøke om det har oppstått, eller er feil i bygget etter overgangsfasen. Energiovervåkning og problemstillingene rundt dette teamet behøver mer forskning, men er et spennende og veldig dagsaktuelt forskningsområde.

Prosjektet er gjennomført sammen med seniorforsker Sverre Bjørn Holøs i SINTEF Community og assisterende professor Rasmus Lund Jensen ved Aalborg Universitet som veiledere for masteroppgaven.


Fakta:

  • BEST VENT står for BEST demand-controlled VENTilation strategies to maximize air quality in occupied spaces and minimize energy use in empty spaces, og er et fireårig kompetanseprosjekt for næringslivet (KPN). Prosjektet er tilknyttet Forskningsrådets program EnergiX.
  • Prosjektet ledes av SINTEF
  • Forskningspartnere er NILU – Norsk institutt for luftforskning, Høgskolen i Oslo og Akershus, Danmarks Tekniske Universitet, Universitetet i Uppsala, Høgskolen i Hedmark
  • Næringslivspartnere er Undervisningsbygg Oslo KF, GK AS, DnB Eiendom AS, Interfil AS, Camfill Norge AS, Erichsen & Horgen AS, Hjellnes Consult AS, Multiconsult AS, Swegon AS, Belimo Automasjon Norge AS, NEAS AS, Norsk VVS Energi- og Miljøteknisk Forenings Stiftelse for forskning

Les mer på http://www.sintef.no/prosjekter/best-vent/

Referanser

Marija Trcka and Ritesh Khire. Model Based Failure Mode Effect Analysis Whole Building Energy Performance (2013).

http://www.ibpsa.org/proceedings/BS2013/p_1069.pdf

Kurt W Roth, Patricia Llana, and Michael Feng. The Energy Impact of Faults in U. S. Commercial Buildings (2004).

https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1664&context=iracc

Per Kvols Heiselberg. CLIMA 2016 - proceedings of the 12th REHVA World Congress: volume 8. Aalborg: Department of Civil Engineering, Aalborg University. Air Handling Unit Faults Impact on Thermal Comfort, Energy Consumption and Indoor Air Quality in an Office Building (2016).

https://vbn.aau.dk/ws/portalfiles/portal/233777873/paper_336.pdf

REHVA Guidebook NO. 6 Indoor Climate and Productivity in Offices: How to integrate productivity in life-cycle cost analysis of building services. Pawel Wargocki Ollii Seppanen, Johnny Andersson, Atze Boerstra, Derek Clements-Croome, Klaus Fitzner and Sten Olaf Hanssen.

Utendørs 2½ time - menn mer enn kvinner.
https://www.ssb.no/kultur-og-fritid/artikler-og-publikasjoner/utendors-2-time-menn-mer-enn-kvinner