VentilatiemetenmetCO2alstracergas2009

Transcriptie

1 VentilatiemetenmetCO2alstracergas2009

2 Ventilatie meten met CO 2 als tracergas December 2009 G. Meijer F. Duijm GGD Groningen Postbus AN Groningen

3 Samenvatting De capaciteit van mechanische ventilatie is moeilijk te meten bij een opening waaromheen niet een paar decimeter vrije ruimte zit, bijvoorbeeld bij een afzuigopening boven een keukenkastje vlak onder het plafond. Een dergelijke opening kan overigens wel goed afzuigen. In die situatie is het mogelijk een indicatieve meting te doen met een gewone CO 2 -logger en een CO 2 -bron die te koop is voor diverse toepassingen. Aan de hand van de afname van de CO 2 -concentratie wordt het ventilatiedebiet berekend. De uitvoerbaarheid van deze methode in de praktijk is getest in een kantoorruimte en een klaslokaal met mechanische afzuiging en natuurlijke toevoer. Er zijn enkele ventilatoren geplaatst. Nadat CO 2 op een bepaalde plek in die ruimte is gespoten, is de verdeling over de ruimte gemeten. De menging met lucht blijkt snel en volledig genoeg plaats te vinden. Daarnaast is gekeken naar de mogelijke invloed is van de natuurlijke luchttoevoer. Wanneer meer roosters dicht zijn, blijkt er minder lucht te worden afgezogen. Uit deze testen is gebleken dat de beschreven methode goed bruikbaar is in de praktijk, mits aan een aantal voorwaarden is voldaan. 2

4 Inhoud Samenvatting Vraagstelling Onderzoeksopzet Onderzoek kantoorruimte Onderzoek klaslokaal Berekeningsformule en toetswaarden Resultaten Resultaten kantoorruimte Resultaten klaslokaal Conclusie Aanbevelingen Bijlage 1. Plattegrond kantoorruimte Bijlage 2. Foto s klaslokaal Bijlage 3. Plattegrond klaslokaal Bijlage 4. Ruwe data en resultaten klaslokaal

5 1. Vraagstelling Is het mogelijk het ventilatievoud indicatief te meten door met eenvoudige middelen CO 2 in een ruimte te brengen en daarna de snelheid te meten waarmee de concentratie daalt? Bij het inbrengen van puur CO 2 -gas in een binnenruimte kan op de vloer een laag met een hoge concentratie CO 2 -gas ontstaan die slecht mengt met de lucht erboven, doordat CO 2 - gas zwaarder is dan lucht. De soortlijke dichtheid van CO 2 kan extra groot zijn doordat het gas na het vrijkomen uit een drukcilinder koud is. Het is dus de vraag of er voldoende verticale menging door de hele ruimte optreedt. Verder is het ook de vraag of er voldoende horizontale menging bestaat zodat er geen dode hoeken zijn. Bij onvoldoende menging zou de methode niet geschikt zijn voor het berekenen van de ventilatievoud. Daarnaast is de vraag wat de invloed van beperken van de luchttoevoer via de roosters is op de mechanische afzuiging. 4

6 2. Onderzoeksopzet 2.1 Onderzoek kantoorruimte De metingen zijn uitgevoerd op 21 juli 2009 in een kantoorruimte van circa 110 m 3 met mechanische afzuiging via 1 of 2 TL-armaturen. Voor de test zijn alle ramen en deur gesloten. Er bevonden zich geen personen of andere CO 2 -bronnen in de ruimte tijdens het deel van de meting dat gebruikt is voor het berekenen van de ventilatievoud. Er is gebruik gemaakt van Telaire 7001 'dual beam NDIR' CO 2 -meters met ATX-ATVdatarecorders van Atal. Deze loggers kunnen waarden opslaan tot 4000 ppm. De CO 2 -meters zijn vooraf met elkaar vergeleken en met behulp van een 1-punts kalibratie aan elkaar gelijk gesteld bij een concentratie van 460 ppm CO 2 (het gemiddelde van alle apparaten). Op verschillende plaatsen en hoogtes in de ruimte zijn 6 meetapparaten plus loggers geplaatst. In bijlage 1 staat een plattegrond van de ruimte met daarin aangegeven waar gedurende test 3 en 4 de meetapparaten en ventilator hebben gestaan. Deze test is uitgevoerd zoals omschreven staat in de richtlijn beoordeling ventilatie woningen. Een koolzuursneeuwblusser is gebruikt als CO 2 -bron. Voor elke test is met behulp van de brandblusser een hoeveelheid CO 2 in de ruimte gebracht. Door middel van een korte krachtige stoot werd CO 2 van dichtbij de vloer richting plafond gespoten. Eén of twee ventilatoren droegen zorg voor de verspreiding van het gas in de ruimte. Gedurende minimaal een half uur is de CO 2 -concentratie gemeten. Per minuut is een gemiddelde CO 2 -waarde opgeslagen. Wanneer omlaag of minder krachtig wordt gespoten, valt er veel CO 2 in de vorm van sneeuw direct op de vloer. Hierdoor duurt het langer voordat de menging in de ruimte volledig is. In totaal zijn 4 tests uitgevoerd: 1. De CO 2 -meters zijn bij elkaar in het midden van de ruimte op een tafel geplaatst. Hiermee kan worden beoordeeld of de meters ook in het hogere meetbereik ongeveer hetzelfde aangeven. 2. De CO 2 -meters zijn verdeeld over de ruimte op verschillende hoogtes geplaatst. De menging van CO 2 en lucht werd gerealiseerd met behulp van een tafelventilator op 1 meter hoogte (45W, doorsnede van 25 cm) en een ventilator op poot op 1 meter hoogte (50W, doorsnede 50cm). De ventilatoren waren gericht op de CO 2 -bron en werkten op de zwenkstand gedurende de gehele meting. 3. Deze test is aansluitend aan test 2 uitgevoerd om te kunnen beoordelen of de menging van CO 2 met de lucht in de ruimte ook met een kleine tafelventilator te realiseren is. Dit maakt toepassing in de praktijk eenvoudiger. Opstelling CO 2 -meters als bij test 2. De menging van CO 2 en lucht vond plaatst met behulp van alleen de tafelventilator (45W, doorsnede van 25 cm). Deze was op de grond geplaatst, gericht op de CO 2 -bron en werkte in de zwenkstand gedurende de gehele meting. 4. Opstelling als bij test 3. Hierbij is n.a.v. de resultaten van de eerdere tests de ventilator in de hoek geplaatst. Ook is de ventilator 15 minuten na het spuiten van de CO 2 uitgezet, om te voorkomen dat de luchtbeweging extra ventilatie tot stand brengt en daardoor de capaciteit van de mechanische ventilatie wordt overschat. 5

7 2.2 Onderzoek klaslokaal In een klaslokaal van circa 154 m 3 met mechanische afzuiging in een multifunctioneel gebouw dat is opgeleverd in 2005 zijn op 25 november 2009 metingen gedaan met de toevoerroosters op verschillende standen. De lucht wordt via twee buizen boven het verlaagde plafond met daarin roosters afgezogen. Volgens de bouwtekening wordt 600 m 3 / h afgezogen. De toevoer van verse lucht vindt plaats via roosters in de ramen. Per lokaal zijn er 4 grote roosters (114 bij 5 cm) en 1 kleiner rooster (62 bij 5 cm). De roosters waren erg vuil. Verder is er onder de deur naar de gang en spleet van 180 bij 2,8 cm. In bijlage 2 staan foto s van het onderzochte lokaal. Voor de test zijn de deur en alle ramen gesloten. Er bevonden zich geen personen of andere CO 2 -bronnen in de ruimte tijdens het deel van de meting dat gebruikt is voor het berekenen van de ventilatievoud. Er is gebruik gemaakt van Telaire 7001 'dual beam NDIR' CO 2 -meters met ATX-ATVdatarecorders van Atal. Deze loggers kunnen waarden opslaan tot 4000 ppm. De CO 2 -meters zijn vooraf met elkaar vergeleken en met behulp van een 1-punts kalibratie aan elkaar gelijk gesteld bij een concentratie van 1000 ppm CO 2 (het gemiddelde van alle apparaten). Op verschillende plaatsen en hoogtes in de ruimte zijn 5 meetapparaten plus loggers geplaatst. In bijlage 3 staat een plattegrond van de ruimte met daarin aangegeven waar gedurende de test de meetapparaten en ventilatoren hebben gestaan. Er is een aantal malen CO 2 gespoten op dezelfde wijze als bij de metingen in de kantoorruimte. Met behulp van 4 ventilatoren in het midden van het lokaal werd de CO 2 verspreid. In totaal zijn 3 tests uitgevoerd: 1. De test is uitgevoerd met een groot en een klein rooster helemaal open. De CO 2 - concentratie is verhoogd tot circa 2000 ppm. Na 25 minuten was de CO 2 - concentratie al gedaald tot circa 1150 ppm, terwijl de ventilatoren nog aan stonden. De CO 2 -concentratie is nogmaals verhoogd, nu tot circa 2100 ppm. Na 8 minuten zijn de ventilatoren uitgezet en is gedurende 20 minuten gemeten. 2. Alle roosters zijn gesloten en de CO 2 -concentratie is verhoogd tot circa 3600 ppm. Na 10 minuten zijn de ventilatoren uitgezet. Er is 25 minuten gemeten. 3. Vervolgens zijn alle roosters ongeveer ¼ open gezet. De CO 2 -concentratie was aan het begin van deze test circa 2200 ppm. Na 30 minuten is de meting gestopt. Na afloop van de metingen zijn de gegevens overgezet op de computer met behulp van de Atal software voor recorders en vervolgens verwerkt in Excel. 6

8 2.3 Berekeningsformule en toetswaarden Het ventilatievoud van de ruimte is berekend met behulp van onderstaande formule: ACH = ln ( C t2 / C t1 ) / - t waarin: ACH = Air Changes per Hour = het ventilatievoud (in h -1 ) ln = de natuurlijke logaritme C t2 = de concentratie binnen op tijdstip t 2 min de concentratie in de buitenlucht (in ppm) C t1 = de concentratie binnen op tijdstip t 1 min de concentratie in de buitenlucht (in ppm) t = de tijdsduur tussen t 1 en t 2 (in h) De capaciteit van de mechanische afzuiging in de ruimte is te berekenen door het ventilatievoud te vermenigvuldigen met het luchtvolume van de betreffende ruimte. Gezondheidkundige criteria voor het beoordelen van de capaciteit van ventilatievoorzieningen in woningen staan in tabel 1. In tabel 2 staan de gezondheidskundige toetswaarden voor scholen en kinderdagverblijven vermeld. Tabel 1. Gezondheidkundige criteria voor ventilatiecapaciteit van ruimten in woningen bij afwezigheid van personen bij aanwezigheid van personen zonder sterke andere bronnen bij aanwezigheid van personen tegelijk met sterke andere bronnen bij aanwezigheid van extra gevoelige personen ventilatievoud > 0,1/uur > 25 m 3 /h per persoon m 3 /h per persoon m 3 /h per persoon Het Arbobesluit bevat beleidsregel 6.2 waarin staat dat de ventilatie van een kantoorruimte tenminste 30 m 3 /h per persoon moet zijn. Tabel 2. Gezondheidkundige toetswaarden voor ventilatie in scholen en kindercentra Ventilatieklasse CO 2 gehalte (P98) in ppm (incl. achtergrond van 400 ppm) Omschrijving 0. zeer goed < 650 Streefniveau nieuw gebouw I. goed Streefniveau bestaand gebouw II. matig Acceptabel III. onvoldoende Tijdelijk acceptabel IV. slecht > 1400 Onacceptabel Het maximale debiet (de luchtstroom in de hoogste ventilatie stand) moet volgens het Bouwbesluit bij oplevering tenminste 2,8 l/s/m 2 per lokaal bedragen en 3,5 l/s/m 2 voor lokalen die samen een verblijfsgebied vormen. Voor een lokaal van 55 m 2 (het onderzochte lokaal) betekent dit dat het maximale debiet tenminste 3,5 x 55 = 192 l/s moet zijn, dus 693 m 3 /h. Volgens de norm uit de ééndagsmethode is per persoon een maximaal debiet van tenminste 36 m 3 /h nodig om de CO 2 -concentratie lager te houden dan 1000 ppm (en 22 m 3 /h om lager te blijven dan 1400 ppm). 7

9 3. Resultaten 3.1 Resultaten kantoorruimte Het CO 2 -verloop gedurende test 1, 2 en 3 is weergegeven in figuur :24:00 13:29:00 13:34:00 testen CO 2 -meters 13:39:00 13:44:00 13:49:00 13:54:00 13:59:00 14:04:00 14:09:00 14:14:00 14:19:00 14:24:00 14:29:00 14:34:00 14:39:00 14:44:00 14:49:00 14:54:00 Figuur 1. Weergave CO 2 -verloop gedurende test 1, 2 en 3. 14:59:00 15:04:00 15:09:00 15:14:00 15:19:00 15:24:00 15:29:00 15:34:00 Test 1 In het eerste deel van figuur 1 is te zien dat de meters ook in het hoge meetbereik vergelijkbare waarden geven. De spreiding is +/- 5% van de gemiddelde meetwaarde. Test 2 In de figuur is goed te zien dat de CO 2 -meters na circa 15 minuten allemaal ongeveer dezelfde waarden weergeven, met uitzondering van 12L. Deze meter was op de grond geplaatst, achter de ventilator. Blijkbaar is de menging in de ruimte met deze opstelling niet optimaal. Tevens is te zien dat de eerste 5-15 minuten het concentratiebeloop minder constant is dan daarna. Test 3 De gegevens van deze test zijn gebruikt voor de berekeningen. Hiertoe zijn de gegevens van meter 11K gebruikt, omdat deze de meest continue daling weergaven. De afname in CO 2 -concentratie is circa 160 ppm per 10 minuten. De buitenluchtconcentratie is gesteld op 450 ppm. Wanneer de gegevens worden ingevuld in de formule komt dit neer op een VV van 0,82 en een debiet van 91 m 3 /uur. 6F 9I 8H 11K 12l 13M 8

10 Test 4 Het CO 2 -verloop gedurende test 4 is weergegeven in figuur :00:00 14:04:00 14:08:00 test 4 14:12:00 14:16:00 14:20:00 14:24:00 14:28:00 14:32:00 14:36:00 14:40:00 14:44:00 14:48:00 14:52:00 14:56:00 15:00:00 15:04:00 15:08:00 15:12:00 Figuur 2. Weergave CO 2 -verloop gedurende test 4. 15:16:00 15:20:00 15:24:00 15:28:00 15:32:00 15:36:00 15:40:00 15:44:00 De andere opstelling van de ventilator bij test 4 heeft er toe geleid dat het CO 2 beter door de gehele ruimte is verdeeld. In eerste instantie werd te veel CO 2 gespoten, de loggers zijn niet in staat om gehaltes boven 4000 ppm op te slaan. Na het luchten van de kamer is opnieuw gespoten, vervolgens heeft de ventilator in zwenkstand op de grond in de hoek van het vertrek gestaan. Na 15 minuten is de ventilator uitgezet. Voor de berekening wordt gebruik gemaakt van de periode daarna. Wanneer de gegevens worden ingevuld in de formule komt dit neer op een VV van 0,62 en een debiet van 68,0 m 3 /uur. Het ventilatievoud bij test 4 is in dezelfde ruimte 25% lager gemeten dan bij test 3, uitgevoerd 2 dagen eerder. Een mogelijke verklaring is dat de ventilatie bij test 3 beter is geweest door wisselende drukopbouw doordat de ventilator toen aan bleef staan. Ook kan het zijn dat de ventilatie bij test 4 lager was doordat het debiet van de mechanische afzuiging intussen veranderd is. Het is dus aan te bevelen de ventilator uit te zetten na 15 minuten stabilisatietijd. 6F 9I 8H 11K 12l 13M 9

11 3.2 Resultaten klaslokaal Het CO 2 -verloop gedurende test 1, 2 en 3 is weergegeven in figuur testen in klaslokaal 12:08:00 12:12:00 12:16:00 12:20:00 12:24:00 12:28:00 12:32:00 12:36:00 12:40:00 12:44:00 12:48:00 12:52:00 12:56:00 13:00:00 13:04:00 13:08:00 13:12:00 13:16:00 13:20:00 13:24:00 13:28:00 13:32:00 13:36:00 13:40:00 13:44:00 Figuur 3. Weergave CO 2 -verloop gedurende test in klaslokaal. 13:48:00 13:52:00 13:56:00 14:00:00 14:04:00 14:08:00 14:12:00 14:16:00 Tabel 3. Activiteiten in schema test tijd roosters ventilatoren actie CO 2 -conc groot (A) en klein rooster (E) open * aan CO 2 spuiten ± ± CO 2 spuiten ± uit ± ± Alle 5 roosters dicht aan CO 2 spuiten ± uit ± Alle 5 roosters ¼ open ± ± 1200 In bijlage 4 staan de ruwe data per meter vermeld en de berekeningen van de ventilatiecapaciteit. In figuur 4 worden de gemiddelden per test gepresenteerd. Figuur 4. Gemeten luchtverversing bij verschillende roosterstanden. C3 D4 E5 F6 G7 m 3 /u ventilatiedebiet lokaal EH 1/ roosters helemaal open alle 5 roosters dicht alle 5 roosters 1/4 open * Zie voor de plaatst van de roosters de plattegrond van het lokaal in bijlage 2 10

12 De stand van de roosters is van invloed op de mate van luchtverversing, ook al is er een aanzienlijke spleet onder de deur naar de gang. Het gebouw is blijkbaar goed luchtdicht gebouwd. Wanneer de aanvoer wordt beperkt, is de luchtverversing geringer. Met 2 roosters open is de gemeten luchtstroom (=debiet) 471 m 3 /h. Volgens de bouwtekening is het maximale debiet voor dit lokaal 600 m 3 /h. Als dat zo is, dan is het openen van 1 groot en 1 klein rooster niet toereikend om dit maximale debiet te halen en moeten meer roosters worden geopend. Het kan ook zijn dat schoonmaken leidt tot een grotere luchtstroom. 11

13 4. Conclusie Uit deze test is gebleken dat de beschreven methode goed bruikbaar is in de praktijk om de ventilatievoud bij benadering te meten. CO 2 wordt goed gemengd met de lucht in de ruimte bij het op de juiste wijze inbrengen van CO 2. Er bestaan geen storende dode hoeken bij het plaatsen van een losse ventilator in een hoek van het vertrek. In het klaslokaal was de menging van de lucht minder goed. Dit werd veroorzaakt door de vele obstakels in het lokaal. Vooral onder het speelhuisje bleek de concentratie CO2 lager dan in de rest van het lokaal. De luchttoevoer via de roosters bleek van groot belang voor de ventilatie. Bij minder toevoer is de gemeten afzuiging lager. Mogelijk dat een beperkte toevoer ook van invloed is geweest op de berekening van de afzuiging in de kantoorruimte. 5. Aanbevelingen Spuit voldoende CO 2, maar laat de concentratie niet hoger oplopen dan het meetapparaat kan meten en de logger kan opslaan. Spuit de CO 2 over een een zolang mogelijk traject door de lucht voordat het zware gas op de vloer komt. Laat een ventilator over de vloer blazen onder de plaats waar de CO 2 neerdaalt. Gebruik twee of meer ventilatoren indien de ruimte groter is dan 35 m2, veel obstakels bevat of bijvoorbeeld L-vormig is. Plaats de ventilator in een hoek van de ruimte zonder obstakels ervoor, omdat anders de menging niet goed is. Kies voor de berekening meetwaarden van minimaal een kwartier na het spuiten voor een goede menging van CO 2 in de ruimte. Kies de meetwaarden voor de berekening op een half uur na elkaar. Zorg voor voldoende luchttoevoer. Zet voorzieningen voor natuurlijke ventilatie in een stand die tenminste overeenkomt met de vereiste capaciteit. Berekening van de benodigde open oppervlakte is mogelijk met de hulpmiddelen van de ééndagsmethode. 12

14 Bijlage 1. Plattegrond kantoorruimte locatie apparatuur en CO 2 -bron test 3 en 4 Ventilator test 4 11K 11K = 2 m hoogte 12L = 0 m hoogte CO 2 - bron Ventilator test 3 12L 13M 13M = 1 m hoogte 6F 6F = 1 m hoogte 9I 8H 8H = 2 m hoogte 9I = 0 m hoogte xx = CO 2 -meter 13

15 Bijlage 2. Foto s klaslokaal Foto opstelling ventilatoren in het lokaal; op de achtergrond het speelhuisje Foto afzuiging Foto vervuild rooster 14

16 Bijlage 3. Plattegrond klaslokaal rooster D rooster C rooster B rooster A rooster E 7G 4D = 0 m hoogte 4D 4D = 0 m hoogte speelhuisje 6F CO 2 - bron 4 ventilatoren 6F = 1 m hoogte 3C 5F 3C = 1,5 m hoogte 5E = 0 m hoogte deur xx = CO 2 -meter 15

17 Bijlage 4. Ruwe data en resultaten klaslokaal logger C3 D4 E5 F6 G7 Gem. CO 2 buiten gesteld: minimum conc loggers ppm DATUM TIJD :08: :12: spuiten CO 2, 2r open :16: :20: :24: :28: :32: :36: spuiten CO :40: :44: ventilator uit :48: :52: t1 test :56: :00: :04: t2 test :08: spuiten CO 2, 5r dicht :12: :16: ventilator uit :20: :24: t1 test :28: :32: :36: :40: t2 test :44: r 1/4 open :48: t1 test :52: :56: :00: :04: :08: :12: :16: t2 test 3 Resultaten: C3 D4 E5 F6 G7 gem test 1 (2 roosters open); t2-t1=12min beginconcentratie CO2-afname op t1 ppm concentratie in midden van afnamecurve op t2 ppm ventilatievoud luchtwisselingen/uur 2,77 3,30 3,03 2,91 3,27 3,06 ventilatiecapaciteit m 3 /uur test 2 (roosters dicht); t2-t1=16 min beginconcentratie CO2-afname op t1 ppm concentratie in midden van afnamecurve op t2 ppm ventilatievoud luchtwisselingen/uur 1,26 1,23 1,19 1,13 1,38 1,24 ventilatiecapaciteit m 3 /uur test 3 (alle roosters 1/4 open); t2-t1=28 min beginconcentratie CO2-afname op t1 ppm concentratie in midden van afnamecurve op t2 ppm ventilatievoud luchtwisselingen/uur 1,48 1,59 1,65 1,72 1,69 1,63 ventilatiecapaciteit m 3 /uur