Hybrid ventilasjon: En klimatiseringsløsning for fremtiden?

Gjennom FoU-prosjektet Grønn VVS er det vist at VVS-installasjoner kan stå for 20-40 % av materialrelaterte utslipp i byggeprosjekter, og at klimatiseringsløsninger utgjør 70-85 % av dette. 

Er tiden inne for å revurdere hvordan vi klimatiserer våre bygg? Kan mindre være mer?

Et samarbeid mellom to forskningsmiljøer

Forskningsprosjektet Hybridene – Optimal hybrid ventilasjon i fremtidens bygg har som hypotese at hybride ventilasjonskonsepter, som kombinerer fordeler fra naturlig og mekanisk ventilasjon, er godt egnet for å kunne oppnå et markedsgjennombrudd i norske bygg. Målet er å oppnå et godt innemiljø med lavere energibruk og materialbehov, samt høyere robusthet og arkitektonisk kvalitet, sammenlignet med tradisjonelle mekaniske løsninger. 

I samarbeid med Grønn VVS er det utført et omfattende arbeid for vurdering og sammenligning av klimatiseringsløsninger. Denne artikkelen bygger videre på tidligere utgitt artikkel Klimatisering for klimaets skyld?, som sammenlignet klimagassbelastning for ulike mekaniske ventilasjonsløsninger, mens her dreies fokuset mot hybride ventilasjonsløsninger og deres karbonavtrykk.

Tilstreber en helhetlig tilnærming

Hypotesen i prosjektet er at valg av klimatiseringsløsning har stor betydning for klimagassutslipp, både fra materialer og drift. Og for å belyse dette er forskjellige løsninger for klimatisering studert ved å prosjektere dem som i et vanlig byggeprosjekt. Det er utarbeidet typiske plan for skole og kontor, for å danne basis for å beregne klimagassutslipp fra material- og energibruk, samt analysere oppnådd inneklima. 

BIM-modellene ble etablert i Revit og simuleringer foretatt i IDA ICE. Systemgrensene for modelleringen inkluderer alle installasjoner knyttet til varme-, kjøle- og luftbehandling lokalt i etasjer. I rapporten dekkes både skole og kontorbygg, men i denne artikkelen har vi valgt å fokusere på kontorbygg.

Mekaniske og hybride klimatiseringsløsninger

I arbeidene er det utviklet og studert fem mekaniske typologier (inkludert en nedskalert/trimmet løsning), to hybride typologier samt en ren naturlig ventilasjonstypologi. I denne artikkelen sammenlignes hybride ventilasjonsløsninger (H1 og H2) mot en konvensjonell mekanisk (MEK1) og en trimmet (TF) mekanisk ventilasjonsløsning i et kontorbygg.

• MEK1: Konvensjonell klimatisering, med 2-rørs kjølebafler til kjøling og radiatorer under vinduer. En historisk mye brukt løsning, som benyttes som sammenligningsgrunnlag. Løsningen vises i figur 1.
• TF: Trimmet fortrengning, med sentralt plasserte fortrengningsventiler, forenklet behovsstyring, lavtemperert gulvvarme og høytemperert gulvsvale. Løsningen vises i figur 2.
• H1: Hybridventilasjon Alt. 1, med nedskalerte, konstante luftmengder og sentralt plasserte fortreningsventiler. Oppvarming via radiatorer under vinduer og mekanisk kjøling kun via ventilasjonsluft. I tillegg kommer her motorisert vinduslufting ved behov (hovedsakelig sommerhalvår). Løsningen vises i figur 3.

H2: Hybridventilasjon Alt. 2, med identisk ventilasjonsløsning som Alt. 1 (inkludert motorisert vinduslufting), men med lavtemperert gulvvarme og høytemperert gulvsvale. Løsningen vises i figur 4.

En sentral forutsetning for å oppnå tilfredsstillende lokal termisk komfort ved hybride ventilasjonsløsninger, er at de dimensjoneres med mekanisk basisventilasjon for å holde behovet for vinduslufting på et minimum i kalde vintermåneder.

Det er sannsynlig gitt de riktige forutsetninger at det finnes alternative løsninger med en større naturlig komponent som fungerer bra, eksempelvis løsningene i Nydalen Vertikal. Men denne prosjekteringsmåten er vår utgangshypotese for hvilke løsninger for hybrid ventilasjon som kan få bredt markedsgjennombrudd i Norge, dvs. at de har en god mulighet for å få aksept fra både myndigheter, byggherrer og brukere.

Godt inneklima er en forutsetning

For at klimatiseringsløsninger skal være sammenlignbare med tanke på klimagassutslipp, må det forutsettes at alle alternativer har tilfredsstillende inneklima, som tross alt er hovedformålet med installasjonene. 

Omfattende simuleringer er derfor utført i verktøyet IDA ICE 5.0. Resultater er vurdert opp mot kriterier i NS-EN 16798-1 Bygningers energiytelse - Del 1: Inneklimaparametere for dimensjonering og vurdering av bygningers energiytelse inkludert inneluftkvalitet, termisk miljø, belysning og akustikk. Her deles innemiljøkvalitet inn i fire kategorier / forventningsnivåer; I (Høyt), II (Middels), III (Moderat) og IV (Lavt). Resultatene viser at mekaniske alternativer oppnår adaptiv termisk komfort innenfor kategori II (normalt nivå) hele året. 

Hybride alternativer ligger innenfor kategori II sommer- og vintersesongen, mens de i overgangsperioder vår og høst havner innenfor kategori III (moderat nivå) deler av tiden. Dette indikerer et behov for fokus på optimalisering av styrestrategier i overgangsperioder mellom vinter og sommer, noe forskningsprosjektet ikke har dykket videre ned i. Praksis i bransjen (blant annet Nydalen Vertikal) har vist at pulsventilering via vinduer oppleves mer akseptabelt enn modulering, men dette er vanskelig å verifisere via simuleringer.

Atmosfærisk inneklima er undersøkt med tanke på CO2-nivå, og resultatene viser at alle alternativer er tilfredsstillende med nivåer under 1000 ppm gjennom hele driftstiden.

Kan brukere akseptere pollen?

Pollen er en utfordring som hittil ikke er håndtert, og som i praksis kan vise seg å være et betydelig hinder for aksept av hybride løsninger. Det foreligger ikke et krav om å filtrere luft som kommer direkte gjennom luker eller vinduer, eller et krav om at det ikke skal være pollen innendørs. Men det er klart at pollen vil kunne være sjenerende for de som har pollen allergi. 

Foreløpige resultater fra Nydalen Vertikal, som ikke ennå er publisert, indikerer at de som har allergi merker pollen innendørs, men at de fortsatt gir gode tilbakemeldinger på inneklima. Vi tror det er lurt å være litt forsiktige mht. pollen, men at det bør ikke anses som en stopper for hybride løsninger.

Lavere energibruk med hybrid ventilasjon

Figur 5 viser resulterende netto energibehov for klimatiseringsløsningene i kontorbygget, med bakgrunn i internlaster fra NSPEK. En ser at hybride alternativer ligger ca. 40-45% lavere enn MEK1, og ca. 20-30 % lavere enn TF. Romoppvarming er noe lavere i H1 og H2 enn mekaniske alternativer, grunnet lavere luftmengder med undertemperatur som må varmes opp. Ventilasjonskjøling og viftedrift ligger lavere ved hybridventilasjon grunnet bidrag fra vinduslufting, som reduserer luftmengdebehov fra mekanisk anlegg. H2 kommer totalt sett noe bedre ut enn H1. Dette skyldes lavere behov for ventilasjonskjøling og viftedrift ved bruk av løsning med gulvvarme/-svale, fremfor radiatorer.

Les hele artikkelen her: