Opleiding Duurzaam Gebouw: Polluenten in het gebouw: hoe ze te verminderen? Leefmilieu Brussel
VENTILATIE: DIAGNOSE EN VOORZIENINGEN VOOR EEN GOEDE LUCHTKWALITEIT IN DE SCHOLEN
Catherine MASSART Architecture et Climat - UCL
Doelstelling(en) van de presentatie
● De context en de specifieke uitdagingen van de ventilatie en de luchtkwaliteit in de scholen begrijpen ● De beperkingen analyseren en mogelijkheden aanreiken voor verbetering van de natuurlijke ventilatie ● Het nut van gecontroleerde mechanische ventilatie (GMV) aantonen en stilstaan bij alle elementen die bij een dergelijke installatie in aanmerking moeten worden genomen 2
Plan van de uiteenzetting
●
Context en uitdagingen
●
Natuurlijke ventilatie in scholen
●
Mechanische ventilatie in scholen
3
UITDAGINGEN
De polluenten in een klas: ●
VOS, solventen, troposferische ozon (meubelen, bouwmaterialen, onderhoudsproducten, schoolactiviteiten, …)
●
Fijne deeltjes (buiten, activiteiten, krijt, …)
●
(CO2 ) (personen in de klas)
●
…
4
Uitdagingen
De impact van een onvoldoende luchtkwaliteit in de klaslokalen: ●
Meer overdracht van besmettelijke ziekten
●
Verergering van allergische problemen en meer afwezigheden
●
Achteruitgang van de schoolprestaties van de kinderen en de professionele prestaties van de leerkrachten
Bron: S. Déoux: “Bâtir pour la santé des enfants” (“Bouwen voor de gezondheid van de kinderen”)
5
UITDAGINGEN
Concentratie van CO2 in de lucht (ppm)
Het CO2-gehalte als indicator van de luchtkwaliteit Veelvuldig gemeten concentraties in de klaslokalen
Maximum vastgelegd door internationale normen
Meeteenheid van de concentratie: een miljoenste, of ppm (part par million). Bijvoorbeeld: 0,5% van CO2 = 0,005 =
0,005 000 = 5.000 miljoenste = 5.000 ppm
Maximum vastgelegd door de WGO Typische concentratie in de buitenlucht
6
DE CONTEXT VAN EEN SCHOOL ●
Hoge leerlingdichtheid
●
Steeds grotere luchtdichtheid (renovatie, vervanging van ramen)
●
Personen in gebouwen tussen 2,5 jaar en meer dan 60 jaar oud
●
Uiteenlopende soorten van beheer (regeling, onderhoud, …)
●
In België zijn zeer veel scholen niet uitgerust met een mechanische ventilatie
7
NATUURLIJKE VENTILATIE
Natuurlijke ventilatie in klaslokalen: werkt dat wel?
Voorstelling van een meetcampagne in 5 scholen: 5 leerkrachten passen verschillende strategieën voor natuurlijke ventilatie toe
8
Ruime klaslokalen, met verschillende plafondhoogte:
Pont-à-Celles
Les-Bons-Villers 9
Lasne
3 h 32
1 h 32
9 h 32
4000
7 h 32
5000
5 h 32
0
3 h 32
3000
0 h 00 1 h 00 2 h 00 3 h 00 4 h 00 5 h 00 6 h 00 7 h 00 8 h 00 9 h 00 10 h 00 11 h 00 12 h 00 13 h 00 14 h 00 15 h 08 16 h 08 17 h 08 18 h 08 19 h 08 20 h 08 21 h 08 22 h 08 23 h 08
1000
1 h 32
7000
9 h 32
LLN- Biéreau 18/10 2000
7 h 32
8000
0 h 00 1 h 00 2 h 00 3 h 00 4 h 00 5 h 00 6 h 00 7 h 00 8 h 00 9 h 00 10 h 00 11 h 00 12 h 00 13 h 00 14 h 00 15 h 00 16 h 00 17 h 00 18 h 00 19 h 00 20 h 00 21 h 00 22 h 00 23 h 00
6000
5 h 32
6000
3 h 32
1 h 32
3 h 32
1 h 32
9 h 32
7 h 32
5 h 32
Startsituatie: ramen en deuren de hele dag gesloten houden. 6000
Pont à Celles 4/10
3000
2000
1000
0 Les Bons Villers 3/10
CO2-gehalte
5000
4000
3000
2000
5000
Meting op een woensdag
4000 1000 0
“Zeer, zeer zwaar…” Warm, hoofdpijn, futloze leerlingen, … Beslagen ruiten … 10
Analyse van deze laatste situatie:
8000 7000 6000 5000 4000
3000
In deze school (LLN – Biéreau) zijn de ramen niet zo lang geleden vervangen:
2000
23 h…
21 h…
19 h…
17 h…
15 h…
13 h…
11 h…
9 h 32
7 h 32
5 h 32
3 h 32
1 h 32
23 h…
21 h…
19 h…
17 h…
0
15 h…
1000
Dichtingen laten vrijwel niets door! 11
LLN- Biéreau 18/10
Strategie 1: de ventilatieroosters overdag openzetten … Resultaat in dit klaslokaal: 7000 6000
Grilles fermées la nuit
5000
Open roosters 4000 3000
Vrije doorsnede van de roosters: 6 m x 0,03 m = 0,18 m²
2000 1000
09:00:13
08:00:13
07:00:13
06:00:13
05:00:13
04:00:13
03:00:13
02:00:13
01:00:13
00:00:13
23:00:13
22:00:13
21:00:13
20:00:13
19:00:13
18:00:13
17:00:13
16:00:13
15:00:13
14:00:13
13:00:13
12:00:13
11:00:13
10:00:13
09:00:13
08:00:13
07:00:13
06:00:13
05:00:13
04:00:13
03:00:13
02:00:13
01:00:13
0
00:00:13
Naleving van de normen…
LLN- Biéreau 22 en23/10
Analyse: geen luchtstromen door de deur, geen afzuiging in de gangen, geen afzuiging in de sanitaire ruimten, …
Strategie 2: een venster de hele dag in kantelstand open laten staan 5000 4500 4000 3500 3000 2500
Middagpauze
2000
Speeltijd
1500 1000 500
23:00:36
22:00:36
21:00:36
20:00:36
19:00:36
18:00:36
17:00:36
16:00:36
15:00:36
14:00:36
13:00:36
12:00:36
11:00:36
10:00:36
9:00:36
8:00:36
7:00:36
6:00:36
5:00:36
4:00:36
3:00:36
2:00:36
1:00:36
0:00:36
0
Les Bons Villers , 9/10
Analyse: onvoldoende afvoer van vervuilde lucht …
Strategie 3: de deur van het klaslokaal de hele dag open laten staan 3500 3000 2500 2000 1500 1000
23:00:…
22:00:…
21:00:…
20:00:…
19:00:…
18:00:…
17:00:…
16:00:…
15:00:…
14:00:…
13:00:…
12:00:…
11:00:…
9:00:14
8:00:14
7:00:14
6:00:14
5:00:14
4:00:14
3:00:14
2:00:14
1:00:14
0:00:14
0
10:00:…
500
Pont à Celles , 11/10 …. Met slechts 14 leerlingen in de klas
Analyse: onvoldoende afvoer van vervuilde lucht …
Les Bons Villers , 5/10 Uren
23:00:36
22:00:36
21:00:36
20:00:36
19:00:36
18:00:36
17:00:36
16:00:36
15:00:36
14:00:36
13:00:36
12:00:36
4000
11:00:36
10:00:36
9:00:36
8:00:36
7:00:36
6:00:36
5:00:36
4:00:36
3:00:36
2:00:36
1:00:36
0:00:36
Strategie 4: twee vensters om het uur 5 minuten openzetten CO2-gehalte
3500
3000
2500
2000
Alleen open deur
1500
1000
500
2 open vensters
Leeg klaslokaal
0
Opmerking: Energiekosten van een tijdelijke koeling?
Zeer laag! Er zit 150 x meer energie opgeslagen in 10 cm dikte van de wanden (vloer, plafond, muren) dan in het luchtvolume in de klas.
Zodra het venster weer wordt gesloten, warmt de klas snel weer op.
Pont à Celles , 5/10 23:00:14
22:00:14
21:00:14
20:00:14
19:00:14
18:00:14
17:00:14
16:00:14
15:00:14
14:00:14
13:00:14
12:00:14
11:00:14
10:00:14
9:00:14
8:00:14
7:00:14
6:00:14
5:00:14
4:00:14
3:00:14
2:00:14
1:00:14
0:00:14
Strategie 5: twee vensters 15 minuten lang open laten staan tijdens de korte speeltijden en de langere middagpauze
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Strategie 5: twee vensters, in tegenoverstaande gevels, 15 minuten lang open laten staan tijdens de speeltijden 4000 3500 3000
Deur openzetten
2500 2000
Turnles
1500
Roosters weer openzetten voor de nacht
1000
Aankomst leerlingen 500
2 vensters wijd open gedurende 15 min. 23 h 00
22 h 00
21 h 00
20 h 00
19 h 00
18 h 00
17 h 00
16 h 00
15 h 00
14 h 00
13 h 00
12 h 00
11 h 00
10 h 00
9 h 00
8 h 00
7 h 00
6 h 00
5 h 00
4 h 00
3 h 00
2 h 00
1 h 00
0 h 00
0
LLN Martin V, 11/10 - 23 leerlingen overdag – 14 leerlingen in de opvang tot 17 uur.
Analyse: 1. maatregel is tijdelijk zeer efficiënt … 2. afkoeling indien de roosters ‘s nachts open blijven …
Strategie 6: twee vensters permanent open in kantelstand, in tegenoverstaande gevels, bij wind. Als we kijken naar hetzelfde klaslokaal: 4000 3500 3000 2500 2000 1500
10 leerlingen Zwem- Middag-21 leerlingen pauze bad
1000
15 h 00
14 h 00
13 h 00
12 h 00
11 h 00
10 h 00
9 h 00
8 h 00
7 h 00
6 h 00
5 h 00
4 h 00
3 h 00
2 h 00
1 h 00
0
0 h 00
500
LLN Martin V , le 11/10 - 10 leerlingen ‘s ochtends – 21 leerlingen na de middag
Analyse: zeer efficiënte ventilatie … maar klachten over gebrek aan thermisch comfort!
Strategie 6: twee vensters permanent geopend in kantelstand in tegenoverstaande gevels, bij wind. Als we kijken naar het temperatuurdiagram in dit klaslokaal: Temperatuur 19,6 19,4 19,2 19
Graden
18,8 18,6 18,4 18,2 18 17,8
Uren
Inderdaad te koud …
15 h 00
14 h 00
13 h 00
12 h 00
11 h 00
10 h 00
9 h 00
8 h 00
7 h 00
6 h 00
5 h 00
4 h 00
3 h 00
2 h 00
1 h 00
0 h 00
17,6
Conclusies voor natuurlijke ventilatie
●
Ramen en deuren gericht openzetten mag dan wel efficiënt zijn, maar het volstaat niet.
●
Voor een efficiënte natuurlijke ventilatie is het belangrijk dat de ventilatie doorlopend plaatsvindt: ►
Voldoende openingen voor luchtaanvoer
►
Voldoende openingen voor luchtafvoer
►
►
Een “ventilatiemotor” tussen de twee in (wind, schoorsteeneffect) Doorvoeropeningen tussen de luchttoevoer en -afvoer indien deze openingen zich niet in hetzelfde lokaal bevinden 21
Conclusies voor natuurlijke ventilatie
●
Natuurlijke ventilatie is dus: ►
Vaak onvoldoende en altijd afhankelijk van de weersomstandigheden
►
Een bron van thermisch ongemak in koude periodes
►
Een bron van warmteverlies › Klaslokaal minimum 500 m³/uur gedurende 1.000 uur 250 liter stookolie of m³ aardgas/jaar/klas. (150-175 euro) Een recuperatie van 80% zou neerkomen op een winst van 200 liter stookolie per klaslokaal …
22
Conclusies voor natuurlijke ventilatie Tips die kunnen helpen: ●
ex: CLIMI – 120 €
Voor een maximale “luchtspoeling” in zo kort mogelijke tijd: ►
zet de vensters gedurende 3 tot 5 min. open om het uur + 10 min. tijdens de speeltijd
►
en laat terwijl ook de deur openstaan,
►
… en een venster in de gang of het venster van de klas aan de andere kant van de gang!
●
Geef elke leerkracht een CO2 -display zodat hij/zij een eigen strategie kan uitwerken en de effecten ervan beoordelen.
●
Zorg dat de roosters ‘s nachts en in de weekends gesloten zijn om het energieverlies te beperken.
23
De behoefte aan ventilatie Type van lokalen
luchtdebiet
Specifieke vervuiling?
Bezettingsgraad
Bezettingsfrequentie
Klaslokaal Bibliotheek Kantoren EHBO-lokaal Vergaderzaal, leerkrachtenlokaal Werkplaats, laboratorium*
22 m³/u.pers.
nee
+++
+++
22 m³/u.pers.
nee
+
++
22 m³/u.pers.
nee
+++
+++
22 m³/u.pers.
ja
+
+
22 m³/u.pers.
nee
variabel
++
45 m³/u.pers.
ja
+++
++
Geïsoleerd sanitair Gegroepeerd sanitair
25 m³/u.pers.
ja
+
++
25 m³/u. per wc of urinoir of 15 m³/h.m³
ja
variabel
++
22 m³/u.pers.
nee
+++
+
20-30 (1/u) of 20-25 m³/h per (tegelijk) geserveerde maaltijd
ja
+++
+
Afhankelijk van uitrusting
ja
+++
+
5-8 (1/u)
ja
+++
+
24 m³/u per sporter + 22 m³/u per toeschouwer
nee
variabel
++
Archieven – opslagplaats
Geen voorschrift
nee
+
+
Gangen, doorlopen
Geen voorschrift
nee
variabel
++
Refter Keuken (dimensionering)** Keuken (voordimensionering bij benadering)** Voedingsvoorraad – keuken koude bereidingen Sportzaal **
* bron: CETIAT ** gedetailleerde methoden voor dimensionering op Energie+:: *** bron: energie+, op basis van de Franse wetgeving:
24
MECHANISCHE VENTILATIE Mechanische ventilatie is nodig om voor de juiste debieten te zorgen. Ventilatie
met natuurlijke luchtaanvoer en mechanische extractie:
Ademhalingscomfort
Thermisch comfort? (Mogelijkheid van voorverwarming van de lucht aan de roosters)
Warmteverlies (behalve indien warmtepomp op afgevoerde lucht)
Akoestisch comfort?
Afbeelding: Renson
25
MECHANISCHE VENTILATIE De
GMV met dubbele stroom en warmteterugwinning Vervuilde lucht
Verse lucht Afgevoerde lucht
Ademhalingscomfort
Thermisch comfort
Energiebesparingen (warmteterugwinning op de afgezogen lucht)
Akoestisch comfort? 26
De ventilatie in de passiefschool van Biéreau
25 m³ verse lucht per kind en per uur De lucht in de klaslokalen wordt 3 x per uur ververst
De ventilatie in de passiefschool van Biéreau ●
De ventilatielucht wordt gratis voorverwarmd +18°
+4° +16° +20° -5°
+2°
+20° +18°
De lucht gaat in de grond (aardwarmtewisselaar) … … en vervolgens in een wisselaar met de warme lucht die uit het gebouw wordt afgevoerd.
De ventilatie in de passiefschool van Biéreau ●
Er is bijverwarming van de lucht +18°
+4° +16° +30° -5°
+2°
Een aanwezigheidsvoeler en een thermostaat bepalen of dit nodig is.
Gedecentraliseerde ventilatie
Afbeelding: Codume
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
Ingenomen ruimte
De installatie van een GMV vereist ruimte voor de groep en voor de kokers
31
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
De kostprijs
Een gedecentraliseerd systeem van 500 m³/uur (max. 22 leerlingen): 5.225 euro excl. btw en zonder plaatsing …
Gecentraliseerd systeem: zeer variabel, op het eerste gezicht minder duur dan het gedecentraliseerde systeem. 32
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
De akoestiek
Lagere school in Brussel “Zuinige” oplossing, maar geluidshinder Toestellen afgesteld op lage luchtsnelheid, 100 m³/uur, wat onvoldoende is 33
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
Het onderhoud
Wie is in een school verantwoordelijk voor het onderhoud? 34
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
De regeling
Het debiet en de bedrijfsuren hangen af van: ►
het aantal personen in het gebouw
►
de uren gedurende dewelke het gebouw wordt gebruikt
Variabelen?
Twee mogelijkheden: ►
Een vast jaarlijks programma opgesteld door wie?
►
Sensoren (CO2/aanwezigheid) kostprijs
35
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
Warmterecuperatie impact van de warmterecuperatie op de netto-verwarmingsbehoefte - gemiddelde van 64 gevallen met variabele prestaties 120
kWh/m³/jaar kWh/m².an
100 80 60 40 20 0 zonder warmterecuperatie sans récupération de chaleur
met warmterecuperatie avec récupération de chaleur
Factoren die impact van de warmterecuperatie op de verwarmingsbehoefte beïnvloeden: ●
De prestatie van het gebouw
●
De luchtdichtheid van het gebouw 36
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
Goed ontwerp
Gecentraliseerd/gedecentraliseerd, type van warmtewisselaar, regeling, positie van de openingen, onderhoudsmogelijkheid, dichtheid van het netwerk, beperking van belastingverliezen, akoestiek van het systeem, … Hier is een belangrijke rol weggelegd voor de bouwheer, de beleidsverantwoordelijke en de aannemer die verantwoordelijk is voor de installatie.
37
Een GMV in een school: aandachtspunten ●
Inbedrijfstelling en opvolging van de installatie
De monitoring en de controle van de werking van de installatie zijn essentieel. Dit moet in het contract en in de budgetten worden voorzien.
38
Conclusies voor mechanische ventilatie met dubbele stroom Controle
van de debieten
Thermisch
comfort
Warmterecuperatie Isolatie
van geluiden van buiten af (verkeer, …)
(Filtratie
van de lucht – pollen, enz.)
Kostprijs Ingenomen
ruimte – ruimtelijke beperkingen
Onderhoud Elektriciteitsverbruik
Eventuele
van de ventilatoren
geluidshinder 39
De ideale ventilatie: een hybride oplossing? Voor hygiënische ventilatie: GMV: essentieel in de winter Buiten de verwarmingsperiode kan worden gedacht aan natuurlijke ventilatie
40
Ventilatie: meer dan luchtkwaliteit ●
De instant warmtebalans van een “passief” klaslokaal (T° buiten: 15°C): 70 m² 20 personen in klas 22 m³/u.pers. n50 = 0,6 (1/u) delta T° = 5°C
1 verliesgevel: Umuur=0,15 W/m²K Uvenster=0,8 W/m²K verlichting: 7 W/m² personen: 50 W/pers
Verliezen gevels: -59 W Verlies ventilatie: -748 W Verlies infiltratie: -12 W Zontoetreding 0W Interne toevoer personen 1000 W Interne toevoer verlichting 490 W 671 W
Hygiënische ventilatie voor de luchtkwaliteit Intensieve ventilatie voor de strijd tegen oververhitting 41
Ventilatie: meer dan luchtkwaliteit
Bron: [Seppänen, 2006]
Verband tussen de temperatuur en het schoolwerk van kinderen van 10-12 jaar. de impact van hoge temperaturen op het schoolwerk van kinderen is groter dan die op het kantoorwerk van volwassenen. Verklaring: •Kinderen zijn gevoeliger voor temperatuur •Het aspect “verwerken van nieuwe leerstof” dat eigen is aan het schoolwerk.
Bij een temperatuur van 25 tot 20 °C kan een termperatuurdaling met 1 °C het taal- en rekenwerk met 2% tot 4% verbeteren. (Tussen 25 °C en 20 °C kan dit verschil dus oplopen tot 20%). [Wargocki and Wyon, 2006] 42
Pas à pas vers une école durable (Stap voor stap naar een duurzame school): Website over de renovatie van scholen (on line tegen september 2016)
43
Andere gidsen, handleidingen en tools: ●
Ventilation performante dans les écoles: guide de conception (Performante ventilatie in scholen: ontwerpgids) - CETIAT
http://www.cetiat.fr/fr/downloadpublic/index.cfm?docname=guide_venti lation_ecoles.pdf S. Déoux: “Bâtir pour la santé des enfants” ” (“Bouwen voor de gezondheid van de kinderen”)
●
Referenties Gids duurzame gebouwen en andere bronnen: ●
Gids duurzame gebouwen: http://www.leefmilieubrussel.be/gidsduurzamegebouwen
44
Te onthouden uit de uiteenzetting
●
Ventilatie van scholen: een essentieel element voor de gezondheid en de “prestaties” van de leerlingen en de leerkrachten (Doelstelling: niet meer dan 1.000 - 1.500 ppm CO2 in de klaslokalen!)
●
Natuurlijke ventilatie: geen ideale oplossing voor scholen
●
Ventilatie met dubbele stroom, JA, aan te bevelen! maar niet op om het even welke manier.
45
Contact
Catherine Massart Ir architecte – onderzoeksassistente Architecture et climat – UCL
: 010 47 26 36
: 0473 56 41 41
E-mail:
[email protected]
46