Ontwerp en beproeving van verbeterde geveltoevoer voor scholen

Transcriptie

1 TNO-rapport 034-DTM B Ontwerp en beproeving van verbeterde geveltoevoer voor scholen Bouw Van Mourik Broekmanweg 6 Postbus AA Delft T F info-beno@tno.nl Datum 8 oktober 2009 Auteur(s) P. Jacobs B. Knoll m.m.v. B. Warners Opdrachtgever GGD Groningen Projectnummer Rubricering rapport Titel Samenvatting Rapporttekst Bijlagen Aantal pagina's Aantal bijlagen 27 (incl. bijlagen) Alle rechten voorbehouden. Niets uit dit rapport mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan TNO

2 TNO-rapport 034-DTM B 2 / 21 Samenvatting De GGD Groningen heeft een luchttoevoerconcept via een geperforeerde borstwering voorgesteld, voor (in eerste instantie) toepassing in schoollokalen. De uitgangspunten zijn: - goede luchtkwaliteit door tochtvrije toevoer van afdoende capaciteit; - reine toevoerlucht doordat de toevoerweg bereikbaar is voor reguliere schoonmaak; - beperkt ruimtebeslag; - eenvoud van installatie. De GGD heeft twee onderzoeksvragen aan TNO: 1. Ontwerp een optimale uitvoering; 2. Toon in een proefopstelling aan dat met deze uitvoering voldoende lucht tochtvrij kan worden toegevoerd. De eerste stap betrof het ontwerp. Daarbij is de optimale uitvoering bepaald van luchttoevoer via een geperforeerde borstwering, c.q. omkasting van de radiator. Tijdens het onderzoek bleek echter nog een interessante variant te ontstaan. Deze gaat niet uit van een laag geplaatste toevoer maar van een hoog geplaatste. De variant bestaat uit een geperforeerde omkasting van de klapramen. De beide opties zijn onderling vergeleken en met een traditionele uitvoering met klapramen. Daaruit blijkt niet alleen dat de voorgestelde variant met geperforeerde borstwering op veel punten beter scoort dan de traditionele klapramen. Ook blijkt dat de hoog geplaatste toevoervariant op veel punten voordelen kan bieden ten opzichte van de laag geplaatste. Daarom is in overleg met de opdrachtgever besloten beide varianten in het verdere onderzoek te betrekken. Als tweede onderzoekstap zijn simulaties uitgevoerd om het tochtrisico globaal te kwantificeren. Hieruit bleek dat waarschijnlijk een combinatie van lage en hoge toevoer (radiatoromkasting en klapraamomkasting) nodig is, om het tochtrisico ook afdoende te beperken bij de frequent benodigde, hogere ventilatie voor temperatuurbeheersing (spuien volgens de op handen zijnde NPR 1090). Als derde stap zijn de varianten in de klimaatproefkamer van TNO getest. Naast de afzonderlijke concepten is ook de combinatie beproefd. De testen zijn uitgevoerd voor twee condities: 1. basisventilatie bij onverwarmde toevoer met 20 K temperatuurverschil (door het Bouwbesluit aangestuurde tochttoets volgens NEN 1087); 2. spuiventilatie (2 basiscapaciteit) bij 10 K temperatuurverschil (NPR 1090). De gecombineerde toevoer via radiator- en klapraamomkasting (combinatie van lage en hoge toevoer) blijkt aan beide testcondities te kunnen voldoen. Met alleen lage toevoer kan uitsluitend aan toetsconditie 1 (Bouwbesluit-eis) worden voldaan. Deze variant voldoet, evenals de combinatie, tevens aan klasse C van NEN- ISO-7730 (maximaal 30% ontevredenen over tocht). Uit de metingen blijkt dat toetsconditie 2 kritischer is voor tocht dan toetsconditie 1. De onderzochte varianten zijn op tochtrisico vergeleken met andere toevoerconcepten. Ze blijken een middenpositie in te nemen tussen de traditionele, natuurlijke toevoer (via gevelroosters) en optimaal gedistribueerde toevoer via een geperforeerd plafond.

3 TNO-rapport 034-DTM B 3 / 21 Uit het onderzoek kan worden geconcludeerd dat de onderzochte, nieuwe varianten van geveltoevoer potentie hebben. Om echter tot een succesvolle systeemuitvoering te komen, zijn meer aspecten van belang dan beheersing van tocht. Bij de verdere uitwerking dient aandacht te worden geschonken aan zaken als montage, gebruiksgemak, regeling, geluidwering en kosten. Vervolgens wordt aanbevolen een praktijkproef te houden om het concept in de praktijk te beproeven.

4 TNO-rapport 034-DTM B 4 / 21 Inhoudsopgave 1 Inleiding Ontwerp Uitgangspunten Ontwerpvariant Conclusie ontwerpvarianten Beproeving Beschrijving meetopstelling klimaatproefkamer Meetprotocol & meetresultaten Discussie Vergelijking meetresultaten met simulaties Vergelijking met andere toevoersystemen Toetsing Conclusies en aanbevelingen Conclusies Aanbevelingen Literatuur Ondertekening...21 Bijlage(n) A Simulatie tochtrisico B Meetresultaten

5 TNO-rapport 034-DTM B 5 / 21 1 Inleiding De GGD Groningen heeft een luchttoevoerconcept via een geperforeerde borstwering voorgesteld, voor (in eerste instantie) toepassing in schoollokalen. Het concept is geïnspireerd op verdringingsventilatie via verticale elementen zoals in de gevel of aan pilaren en uitgevoerd volgens het TNO frisse school distributiesysteem (gaatjesplafond). De uitgangspunten zijn: - goede luchtkwaliteit door tochtvrije toevoer van afdoende capaciteit; - reine toevoerlucht doordat de toevoerweg bereikbaar is voor reguliere schoonmaak; - beperkt ruimtebeslag; - eenvoud van installatie. Het idee is dat via een doorvoer in de borstwering verse lucht wordt ingebracht in een omkasting om de radiator (Figuur 1). Vanuit luchttoevoergaten in de genoemde omkasting stroomt de toevoerlucht vervolgens de ruimte in. De luchtstroom komt tot stand onder invloed van de onderdruk van een mechanische afvoervoorziening in de ruimte. De omkasting is eenvoudig te openen en goed bereikbaar voor periodieke reiniging. Dit is van belang voor het handhaven van een hoge mate van reinheid van de toevoerlucht. De voorkeur van de GGD gaat daarom uit naar natuurlijke toevoer. De GGD heeft twee onderzoeksvragen aan TNO: 1. Ontwerp een optimale uitvoering van de omkasting met zijn toevoeropeningen naar de ruimte; 2. Toon in een proefopstelling aan dat met deze uitvoering voldoende lucht tochtvrij kan worden toegevoerd. Dit rapport beschrijft de werkzaamheden die hiervoor zijn uitgevoerd. Figuur 1 Principeopzet luchttoevoer via radiatoromkasting

6 TNO-rapport 034-DTM B 6 / 21 2 Ontwerp 2.1 Uitgangspunten Het uitgangspunt is een tochtvrije toevoer van een ventilatiecapaciteit die afdoende is voor een schoollokaal. Primair is dat te allen tijde wordt voldaan aan de wettelijke eisen in het Bouwbesluit voor tochtvrije toevoer van ventilatielucht, bepaald volgens NEN 1087 [1]. Hierin wordt gesteld dat de luchtsnelheid in een doorsnede op 1 m evenwijdig aan de gevel op slechts 10% van de posities meer dan 0,20 m/s mag bedragen met een maximum van 0,24 m/s. De toetsconditie is bij een 20 K lagere temperatuur buiten en verwarming uit (dus geen opvang van koude, vallende toevoerlucht). Dit geldt bij de minimum voorgeschreven ventilatie van 3,5 dm³/s per m² vloeroppervlak (ca. 175 dm³/s per lokaal). De luchtverversing (luchtkwaliteit) die de GGD nastreeft, komt neer op tenminste 220 dm³/s voor een lokaal, ofwel 32 dm³/s per m gevelbreedte. Bij 30 leerlingen van groep 8 en een leraar levert dit een CO 2 -concentratie op van ca. 925 ppm. Er wordt in dat geval wel van uitgegaan dat de toegevoerde lucht bij koude buitenomstandigheden wordt verwarmd door de (bestaande) radiator in de omkasting. Daarom wordt bij deze grotere luchtstroom een ondertemperatuur van maximaal 10 K aangehouden. Nadere beschouwingen van TNO voor een herziening van de Praktijkrichtlijn voor scholen (NPR 1090 [2]) hebben duidelijk gemaakt dat in een gemiddeld klaslokaal 80% van de tijd de afvoer van overtollige warmte bepalend is voor de ventilatiebehoefte (Figuur 2). Ventilatie klaslokaal afhankelijk van buitencondities Tbu,dag [ C] debiet [dm³/s] qv_nacht qv_dag % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% cumulatieve kans buitentemperatuur overdag Figuur 2 Ventilatiebehoefte van een representatief klaslokaal De voornoemde capaciteiten voor realisatie van een afdoende luchtkwaliteit zijn dus in wezen ondergeschikt. De benodigde ventilatiecapaciteit voor temperatuurbeheersing van een representatief lokaal loopt bij aanwezigheid op tot circa 350 dm³/s. Deze lucht moet met een ondertemperatuur van 10 K tochtvrij kunnen worden toegevoerd. Het

7 TNO-rapport 034-DTM B 7 / 21 verhoogde ventilatieniveau levert een CO 2 concentratie op van ca. 725 ppm, waarmee dan wordt voldaan aan de streefwaarde van 800 ppm van GGD Nederland. 2.2 Ontwerpvariant Als eerste stap is de ontwerpopzet kritisch bekeken. De kernvraag is daarbij: Hoe kan (wellicht) nog beter worden voldaan aan de 4 hoofduitgangspunten (schoonmaakbaarheid, tochtvrij inbrengen van afdoende capaciteit, beperkt ruimtebeslag en eenvoud van installatie)? Op voorhand lijkt een variant aantrekkelijk, die hoog aan de gevel wordt aangebracht. Deze variant bestaat uit een transparante omkasting, die gebruik maakt van de bestaande geveltoevoer, bijvoorbeeld een klapraam (Figuur 3). De transparantie zorgt voor zowel een goede signalering van de schoonmaakbehoefte als voor een minimale belemmering van het daglicht. Voordeel van een geveltoevoer is dat een verlaagd plafond voor afvoer kan worden gebruikt, waarmee de (aanzienlijke) warmtelast van de zon op het dak direct kan worden afgevoerd. Figuur 3 Toevoervariant hoog in de gevel; omkasting klapraam

8 TNO-rapport 034-DTM B 8 / 21 Tabel 1 geeft een kwalitatieve inschatting van de prestaties van de twee nieuwe concepten voor toevoer van ventilatielucht. De score loopt van -- (slecht), - (matig), 0 (geen verschil), + (goed) tot ++ (zeer goed). Om de scores van de twee nieuwe concepten beter te kunnen duiden, zijn ook de scores van een hoog in de gevel geplaatst, goed regelbaar klapraam (met draaimechanisme) gegeven.

9 TNO-rapport 034-DTM B 9 / 21 Tabel 1 Kwalitatieve inschatting van de prestaties van drie toevoerconcepten Klapraam Toevoer via Omkasting criterium borstwering klapraam Reinheid toevoerlucht Tochtvrije basisventilatie Tochtvrij verhoogde ventilatie Nachtventilatie Ruimtebeslag Eenvoudige montage Daglicht Buitengeluid Kosten Toelichting op scores Reinheid van toevoerlucht De schoonmaakbaarheid van de toevoer via de omkasting van het klapraam scoort beter dan via de borstwering omdat er geen onbereikbare delen van de luchttoevoerweg meer zijn en vervuiling hier direct zichtbaar is. Dit geldt alleen onder de voorwaarde dat de omkasting van het klapraam zonder trap is schoon te maken. Tochtvrije basisventilatie Om het tochtrisico in te schatten zijn simulaties uitgevoerd met het programma Straal. De resultaten van de simulaties zijn in bijlage 1 weergegeven en in Tabel 2 samengevat. De variant met omkasting van het klapraam levert de laagste tochtindex (draught rate) op. Deze index geeft het te verwachten percentage klagers over tocht aan. Tabel 2 Resultaten tochtsimulaties, 220 dm 3 /s, 10 K ondertemperatuur, binnentemperatuur 22 C. Op 1 m uit gevel, 10 cm boven vloer Toevoer via borstwering Omkasting klapraam Ondertemperatuur [K] Luchtsnelheid [m/s] Tochtindex [%] Tochtvrij spuien Hiermee wordt een verhoogde ventilatiestroom bedoeld, die overdag wordt ingezet om momentaan overmatige warmte af te voeren. De spuistroom varieert van dm³/s en wordt in verband met installatiegeluid tijdens dagbedrijf begrensd op 350 dm³/s. Voor een goede temperatuurbeheersing blijkt deze maximale dagcapaciteit ruim de helft van de totale gebruiksduur te moeten worden aangesproken. Daarom is de toets op tochtvrij spuien essentieel. Nachtventilatie Klapramen en grote te openen (spui)ramen zijn niet inbraak- en vandalismevrij. Daarom worden ze in de praktijk direct na de laatste les gesloten. Voor een effectieve nachtventilatie zijn minimaal 10 luchtwisselingen per uur nodig en een voldoende zware bouwmassa. Dit komt neer op 500 dm³/s (1800 m³/h). De maximaal toelaatbare onderdruk in het lokaal bedraagt circa 5 Pa. Boven deze onderdruk wordt een invloed merkbaar op het openen van deuren. Ook wordt dan een

10 TNO-rapport 034-DTM B 10 / 21 relatief groot aandeel van de lucht via kieren in de constructie aangezogen. De maximale luchtsnelheid in de doorvoergaten in de gevel (variant toevoer in de borstwering) bedraagt dan 2 m/s. Voor de toevoer van 220 dm³/s zijn dan 9 gaten Ø150 mm in de gevel nodig (aerodynamische doorlaat 65% van bruto doorlaat). Voor de toevoer van 500 dm³/s zijn 21 gaten Ø150 mm benodigd. Ruimtebeslag De toevoer via de borstwering zal beperkt ruimte in beslag nemen, bijvoorbeeld 10 cm diep. Er geldt wel dat de toevoerlucht de ruimte moet krijgen om op te mengen met de binnenlucht. Hierdoor zal grofweg de eerste meter bij de gevel niet kunnen worden gebruikt. Dit komt overeen met het deel buiten de leefzone. Eenvoudige montage De doorvoergaten in de borstwering vergen speciale boorwerkzaamheden. De samenstelling van de gevel geeft mogelijk problemen bij het gaten boren, bijvoorbeeld bij aanwezigheid van eterniet platen (asbest). Voor de montage van de omkasting van het klapraam moet een zo generiek mogelijk bevestigingssysteem worden ontworpen. Bediening van de klapramen en dergelijke moet er doorheen kunnen worden gehaald. Ook gordijnen en binnenzonwering kunnen bij deze variant extra voorzieningen vergen. Daglicht De omkasting van het klapraam zal, indien deze van doorzichtig materiaal is gemaakt, de hoeveelheid daglicht slechts marginaal verminderen. Geluid Bij de borstweringvariant zal plaatsing van een geluiddemper in de muurgaten het buitengeluid enigszins kunnen dempen. De doorvoerlengte wordt te kort geacht om een hoge geluidreductie te kunnen halen. De omkasting van de radiator kan eventueel ook met in plastic folie verpakt geluiddempend materiaal kunnen worden voorzien (vergelijkbare oplossing als bij verlaagde plafondeilanden). Een dergelijke afwerking heeft wel gevolgen voor de schoonmaakbaarheid. Kosten Indien de referentiesituatie met klapramen reeds aanwezig is, levert dit geen extra kosten op. In 30% van de scholen voldoen de voorzieningen echter niet aan de minimum eisen van het Bouwbesluit, laat staan aan het hogere kwaliteitsniveau dat thans wordt nagestreefd. Daarom worden ook hier kosten voorzien voor bouwkundige aanpassingen. De variant in de borstwering vergt als belangrijke aanpassingen: gaten boren, regenrooster, muurdemper, plaatmateriaal en afvoerventilator. De variant met omkasting van het klapraam vergt: perspex platen, ophangconstructie, afvoerventilator. De thans aangeboden meer traditionele mechanische toevoer systemen vergen circa per lokaal. In vergelijking hiermee zullen beide nieuwe concepten aanzienlijk goedkoper uitvallen.

11 TNO-rapport 034-DTM B 11 / Conclusie ontwerpvarianten Beide varianten hebben voor- en nadelen. Op basis van tochtberekeningen lijkt de klapraamomkasting in het voordeel. Om het tochtrisico bij het verhoogde ventilatie (spuien) te beperken is waarschijnlijk een combinatie van een borstweringtoevoer met de omkasting van het klapraam nodig. Naast de afzonderlijke concepten zal daarom ook deze combinatie in de klimaatproefkamer worden getest.

12 TNO-rapport 034-DTM B 12 / 21 3 Beproeving 3.1 Beschrijving meetopstelling klimaatproefkamer Voor de beproeving zijn de overeengekomen ontwerpopties op eenvoudige wijze, doch volledig functioneel, aangebracht in een klimaatproefkamer van TNO. Hierin zijn de toetscondities van het binnen- en buitenklimaat nagebootst, inclusief de warmtelast van aanwezige personen, verlichting, apparaten en zoninstraling. De metingen zijn uitgevoerd in een klimaatkamer, met afmetingen 4,8 3,6 3,0 m (zie Figuur 4). Op 2,5 m hoogte is een verlaagd plafond gemonteerd. Eén wand kan dienst doen als buitengevel, doordat deze aan een plenum grenst, waarin de lucht kan worden gekoeld. In de betreffende gevel (U = 0,62 W/m 2 K) bevinden zich twee ramen (U = 3,2 W/m 2 K) met elk een afmeting van 1,3 1,3 m. Doordat de klimaatkamer vrijstaand in een laboratorium is geplaatst, is het temperatuurverschil over de scheidingsconstructies (U = 1,87 W/m 2 K) gering. Figuur 4 Bovenaanzicht meetopstelling met links luchttoevoer uit koud plenum onder en boven ramen. Tevens zijn aangegeven de meetpalen op 1, 2 en 3 m uit de gevel en dozen die warmtebronnen simuleren. Om een representatief stromingspatroon te kunnen meten, moet ook de warmtelast in het lokaal worden nagebootst. In de meetopstelling wordt de warmteafgifte van de kinderen gesimuleerd met lampen van 100 W, die in een kartonnen doos zijn gemonteerd (Figuur 5). In de opstelling zijn hiervoor 9 kartonnen dozen geplaatst, zodat de vloeroppervlakte per kind overeen komt met de praktijk. Het oppervlak van de kartonnen dozen is zodanig gekozen dat de oppervlaktetemperatuur vergelijkbaar is met die van een persoon. Daarnaast zijn nog 9 extra dozen geplaatst met elk 100 W om de

13 TNO-rapport 034-DTM B 13 / 21 warmtelast ten gevolge van verlichting, apparaten en binnenvallend zonlicht te simuleren. Figuur 5 Meetopstelling met geperforeerde omkastingen voor luchttoevoer onder en boven ramen. Tevens zijn het koude plenum, de meetpalen en de warme dozen zichtbaar. Ter bepaling van het comfort in de ruimte zijn op een afstand van 1, 2 en 3 meter van de buitengevel statieven geplaatst waarmee op een hoogte van 0,1 en 1,1 m de luchttemperatuur en de luchtsnelheid zijn gemeten. Daarnaast zijn de luchttemperatuur in het plenum (op twee plaatsen), de luchttemperatuur in de omkasting van de borstwering (op twee plaatsen), de glastemperatuur en de temperatuur in de afzuigopening geregistreerd. Tegen de buitengevel is onder en boven de ramen een omkasting gemaakt om de toevoerlucht gelijkmatig verdeeld aan te zuigen. De lucht stroomt in de omkasting vanuit het koude plenum via twee doorvoeren onder en twee doorvoeren boven de ramen. Vervolgens wordt de lucht via een geoptimaliseerd gatenpatroon toegevoerd, dat overeenstemt met dat van het geoctrooieerde TNO-concept [3]. Om zoveel mogelijk gaten te krijgen is onder de ramen (radiatoromkasting) gekozen voor een versprongen patroon met een afstand tussen de gaten van 10 maal de gatdiameter van 25 mm. Op de vensterbank is ook een rij gaten aangebracht. Uit deze gaten wordt verticaal omhoog geblazen. De radiatoromkasting omvat 77 gaten. Voor de omkasting boven de ramen (klapraamomkasting) is in verband met het kleinere beschikbare oppervlak voor een kleinere steek gekozen van 20 cm. De omkasting van het klapraam omvat 66 gaten. In totaal zijn 143 gaten beschikbaar om de lucht te verdelen.

14 TNO-rapport 034-DTM B 14 / 21 De lucht wordt via (één van) de omkastingen toegevoerd, mengt op met de ruimtelucht en wordt vervolgens via een afvoervoorziening in de achterwand afgezogen. Met behulp van de drukval over een gekalibreerde meetflens in de afvoer zijn de luchtdebieten ingesteld. Met rook is vastgesteld dat de afvoer het stromingspatroon slechts zeer lokaal verstoort. Het temperatuurverschil (ΔT) is het verschil tussen de temperatuur in de afzuiging en het gemiddelde van de twee luchttemperaturen in het plenum. 3.2 Meetprotocol & meetresultaten Om de voor tocht kritieke situaties te beoordelen zijn twee type metingen uitgevoerd: 1. Tochtvrije basisventilatie, toevoerdebiet 75 dm 3 /s en ΔT = 20 K; 2. Tochtvrij verhoogde ventilatie (spuien), toevoerdebiet 110 dm 3 /s en ΔT = 10 K. Situatie 1 komt voor een heel lokaal overeen met de basisventilatie voor verbeterde luchtkwaliteit, zoals de GGD nastreeft (220 dm³/s). Situatie 2 representeert de situatie voor warmteafvoer bij 10 K temperatuurverschil (320 dm³/s in een heel lokaal). Deze situatie resulteert in een luchtkwaliteit voor nieuwbouw zoals GGD Nederland dat nastreeft. Beide meetsituaties zijn voor drie varianten uitgevoerd: A Toevoer via omkasting borstwering en omkasting klapraam; B Toevoer via omkasting borstwering; C Toevoer via omkasting klapraam. Dus in totaal levert dit 6 meetcombinaties op. Na het instellen van het juiste debiet en de juiste warmtestromen is gewacht tot thermisch evenwicht optrad. Vervolgens zijn met rook de stromingspatronen bepaald (waar zich de hoogste snelheden bevonden). Op deze plaatsen zijn de luchtsnelheden gemeten. In bijlage 2 zijn de meetstatieven met de bijbehorende meetwaarden voor temperatuur en luchtsnelheid en de stromingspatronen grafisch weergegeven. De tochtindex is een indicatie voor de mate van tocht die op een bepaalde plaats in de ruimte optreedt [4]. Om de tochtindex vast te stellen, dienen de turbulentie-intensiteit (TI), de luchtsnelheid (v) en de temperatuur (T) bekend te zijn. Hiervoor zijn gedurende 10 minuten de 6 meetwaarden van de drie meetstatieven geregistreerd met een dataacquisitiesysteem. De tochtindex (draught rate) volgt uit de volgende formule: 0.62 ( 34 T )( v 0.05) ( 0.37* v* ) DR = TI (1) Hoewel de metingen bij de vereiste temperatuurverschillen (warmtelasten) zijn uitgevoerd, kon door de wisselende omgevingscondities de binnentemperatuur niet precies op de gewenste waarde worden gebracht. De afvoertemperatuur varieerde bij de verschillende experimenten tussen 15 en 23 o C. De tochtindex is hiervoor gecorrigeerd, op basis van het verschil tussen de gemeten afvoertemperatuur en een standaard afvoertemperatuur van 21 o C. Tabel 3 toont de tochtindex op 1 m uit de gevel en op 10 cm hoogte.

15 TNO-rapport 034-DTM B 15 / 21 Tabel 3 Tochtindex op 1 m uit de gevel en 10 cm hoogte (tochtvrije basisventilatie bij ΔT = 20 K, verhoogde ventilatie bij ΔT = 10 K) Meting ΔT [K] V gem [m/s] V stdev [m/s] T gecor. [K] Tochtindex [%] Boven en onder toevoer Onder toevoer Boven toevoer Boven en onder toevoer Onder toevoer Boven toevoer In een aantal meetsituaties was de worp van de toevoerlucht dusdanig dat op andere plaatsen in de leefzone hogere luchtsnelheden optraden. Daarom zijn tevens de gemiddelden van de registraties en tochtindices weergegeven op 2 m uit de gevel (Tabel 4). Tabel 4 Tochtindex op 2 m uit de gevel en 10 cm hoogte (tochtvrije basisventilatie bij ΔT = 20 K, verhoogde ventilatie bij ΔT = 10 K). Meting ΔT [K] V gem [m/s] V stdev [m/s] cor. T [K] Tochtindex [%] Boven en onder toevoer 20 0,19 0,040 20,6 19,0 Onder toevoer 20 0,18 0,020 19,5 16,6 Boven toevoer 20 0,35 0,060 21,4 31,8 Boven en onder toevoer 10 0,25 0,030 20,3 22,0 Onder toevoer 10 0,3 0,080 20,9 33,8 Boven toevoer 10 0,26 0,030 20,9 21,2

16 TNO-rapport 034-DTM B 16 / 21 4 Discussie 4.1 Vergelijking meetresultaten met simulaties Tabel 5 maakt een vergelijking tussen de resultaten van de simulaties en de experimentele resultaten. De experimenteel bepaalde snelheden zijn hoger dan die uit de simulaties volgen. Een verklaring hiervoor is dat in de simulaties het effect van de koudeval van het raam en de circulatiestroom die door de interne warmtelast wordt veroorzaakt niet is meegenomen. Tabel 5 Vergelijking resultaten simulaties en experimenten ( T=10K, 1 m uit de gevel). simulatie experiment Luchtsnelheid omkasting radiator [m/s] 0,24 0,29 Luchtsnelheid omkasting klapraam [m/s] 0,15 0, Vergelijking met andere toevoersystemen Figuur 6 en Figuur 7 vergelijken de luchtsnelheid en de tochtindex bij verschillende luchttoevoerconcepten uit dit en een voorgaand onderzoek bij 20 K temperatuurverschil. De variant rooster op 1.8 m toevoer bestaat uit een dubbele rij gevelroosters. Bij de plafondtoevoer is het geoctrooieerde frisse school gatenpatroon toegepast. De metingen [5] zijn op identieke wijze uitgevoerd, zoals in dit rapport is beschreven. Het debiet was met 55 dm 3 /s (160 dm³/s voor het gehele lokaal) echter iets lager (minimum volgens Bouwbesluit). Het is duidelijk dat de geveltoevoer via standaard roosters in de hoogste luchtsnelheden resulteert en de plafondtoevoer in de laagste luchtsnelheden. De in dit onderzoek beproefde, verbeterde geveltoevoer via zowel radiator- en klapraamomkasting zit hier tussenin. Dit is conform de verwachting. Bij de verbeterde geveltoevoer is het oppervlak waarover de bewegingsenergie van de ventilatietoevoerlucht kan worden verdeeld in het beste geval gelijk aan het oppervlak van de gevel. Bij de plafondtoevoer is het beschikbare oppervlak gelijk aan het oppervlak van het plafond. In de proefkamer is het geveloppervlak 4,8 x 2,5 = 12 m 2. Het plafondoppervlak bedraagt 4,8 x 3,6 = 17 m 2. Toevoer via het plafond leidt dus potentieel tot de laagste snelheden. Bij alle concepten, behalve bij de klapraamomkasting, neemt de luchtsnelheid en de tochtindex tussen 1 en 2 m van de gevel af. Bij de klapraamomkasting komt de straal op meer dan 1 m van de gevel op de vloer terecht. Dit geeft aan dat in sommige gevallen de huidige beoordeling, waarbij het thermisch comfort op 1 m van de gevel wordt beoordeeld, tekort schiet. Bij de ontwikkeling van nieuwe toevoersystemen wordt aanbevolen om de volledige straal te volgen.

17 TNO-rapport 034-DTM B 17 / 21 Roosters op 1.8 m Omkasting radiator Plafondtoevoer Omkasting radiator en klapraam Omkasting klapraam v [m/s] m uit gevel 2 m uit gevel Figuur 6 Vergelijking luchtsnelheid op 1 en 2 m uit de gevel op 0-0,1 m hoogte bij vijf verschillende toevoerconcepten (ΔT = 20 K, basisventilatie) Roosters op 1.8 m Omkasting radiator Plafondtoevoer Omkasting radiator en klapraam Omkasting klapraam DR [%] m uit gevel 2 m uit gevel Figuur 7 Vergelijking tochtindex (DR) op 1 en 2 m uit de gevel op 0-0,1 m hoogte bij vijf verschillende toevoerconcepten (ΔT = 20 K, basisventilatie). 4.3 Toetsing Op basis van de metingen voldoen de gecombineerde klapraam- en radiatoromkasting en de radiatoromkasting aan de tochteis volgens het Bouwbesluit (NEN 1087 [1]). De klapraamomkasting voldoet niet aan het Bouwbesluit. Hierbij is wel een nuancering op zijn plaats. Bij de metingen is uitgegaan van een temperatuurverschil van 20 K. Door voorverwarming in de radiator- en/of

18 TNO-rapport 034-DTM B 18 / 21 klapraamomkasting kan dit temperatuurverschil in de praktijk worden beperkt. Dit vereist dan wel een modulaire schakeling van de verwarming (geen aan/uit schakeling). NEN-ISO-7730 [4] geeft drie klassen A, B en C voor de tochtindex met respectievelijk 10, 20 en 30% ontevredenen. Bij het (door de GGD verhoogde) basisdebiet en 20 K temperatuurverschil (toetscriterium voor luchtkwaliteit) voldoet de geveltoevoer via omkasting van de radiator en via de combinatie van klapraam- en radiatoromkasting aan klasse C. De toevoer via uitsluitend de klapraamomkasting voldoet echter niet. Bij de verhoogde ventilatie en 10 K temperatuurverschil voldoen de toevoer in de gecombineerde uitvoering en via de klapraamomkasting aan klasse C. Bij deze condities voldoet de radiatoromkasting weer niet aan klasse C. Resumerend voldoet alleen de combinatie van klapraam- en radiatoromkasting aan beide toetscondities (basis- en verhoogde ventilatie).

19 TNO-rapport 034-DTM B 19 / 21 5 Conclusies en aanbevelingen 5.1 Conclusies Luchttoevoer van buitenlucht via een gaatjespatroon in de omkasting van de radiator en/of in een omkasting over een bestaand klapraam verbetert het thermisch comfort aanzienlijk ten opzichte van luchttoevoer via gevelroosters. Het beste is om een combinatie van beide omkastingen toe te passen. Uit de metingen in een proefkamer blijkt dat met de combinatie of met alleen omkasting van de radiator kan worden voldaan aan de tochteisen in het Bouwbesluit. Toevoer via alleen een omkasting om het klapraam zonder voorverwarming voldoet niet aan deze eisen. Dezelfde conclusie geldt voor de toets aan klasse C van NEN-ISO Uit de metingen blijkt dat de verhoogde ventilatie (spui) conditie kritischer is voor tocht dan de basisventilatie. Bij de verhoogde ventilatie conditie voldoet luchttoevoer via enkel de radiatoromkasting niet aan klasse C van NEN-ISO Uiteindelijk kan dus alleen met een gecombineerde toevoer via radiatoromkasting en klapraamomkasting in alle situaties aan de tochteisen worden voldaan. In vergelijking met de thermische prestatie van andere toevoerconcepten neemt de verbeterde geveltoevoer een middenpositie in tussen toevoer via standaard roosters en toevoer via een geperforeerd plafond. 5.2 Aanbevelingen In de proefkamer is een functionele test uitgevoerd, waarbij is gekeken naar het effect op het thermisch comfort. Op basis hiervan wordt verwacht dat met de juiste uitvoering van het concept een afdoende tochtvrije toevoer kan worden gerealiseerd. Om uit het concept een succesvol systeem te smeden, zijn meer aspecten van belang, onder andere montage, gebruikersgemak, regeling, geluidwering en kosten. In paragraaf 2.2 is een kwalitatieve inschatting gemaakt hoe het concept op dergelijke aspecten scoort. Er wordt aanbevolen in proefprojecten het concept in de praktijk te beproeven en aan te scherpen.

20 TNO-rapport 034-DTM B 20 / 21 6 Literatuur [1] NEN Ventilatie van gebouwen - Bepalingsmethoden voor nieuwbouw. Delft, NEN, [2] Ontwerp NPR Ventilatie van schoolgebouwen - Voorbeelden van bouwkundige oplossingen. Delft, NEN, 2009 (in herziening). [3] Octrooi frisse school gedistribueerde luchttoevoer via een gaatjesplafond. EP Ventilation system. [4] NEN-ISO Klimaatomstandigheden - Analytische bepaling en interpretatie van thermische behaaglijkheid door berekeningen van de PMV en PPD-waarden en lokale thermische behaaglijkheid. Delft, NEN, [5] P. Jacobs, E. van Oeffelen, B. Knoll, Diffuse ceiling ventilation, a new concept for healthy and productive classrooms, Proceedings Indoor Air 2008, Kopenhagen.

21 TNO-rapport 034-DTM B 21 / 21 7 Ondertekening Delft, 9 oktober 2009 Ir. P. Jacobs Auteur Ir. W.A. Borsboom Hoofd afdeling Energie, Comfort en Binnenmilieu

22 TNO-rapport 034-DTM B Bijlage A 1/3 A Simulatie tochtrisico Basisventilatie 0,22 m³/s via borstwering bij ondertemperatuur T = 10 K Straal gaat verder over de vloer

23 TNO-rapport 034-DTM B Bijlage A 2/3 Basisventilatie via omkasting klapraam, halve inblaas horizontaal Basisventilatie via omkasting klapraam, halve inblaas schuin omlaag

24 TNO-rapport 034-DTM B Bijlage A 3/3 Basisventilatie via omkasting klapraam, gehele inblaas tezamen Basisventilatie via omkasting klapraam, straal verder over vloer

25 TNO-rapport 034-DTM B Bijlage B 1/3 B Meetresultaten

26 TNO-rapport 034-DTM B Bijlage B 2/3

27 TNO-rapport 034-DTM B Bijlage B 3/3