Frisse schoolvoorbeelden. concepten voor gezonde ventilatie in scholen

Transcriptie

1 Frisse schoolvoorbeelden concepten voor gezonde ventilatie in scholen

2 Frisse schoolvoorbeelden Concepten voor gezonde ventilatie in scholen Opdrachtgever: GGD, Hulpverleningsdienst Groningen Contactpersoon: Frans Duijm, arts, MMK Adres: Hanzeplein 120 Postadres: Postbus 584 Postcode en plaats: 9700 AN Groningen Telefoonnummer: Contactpersoon opdrachtnemer: Dr.ir. J.T. van Ginkel Adres: Oosterhoek 27 Postcode en plaats: 8334 RD Tuk Telefoonnummer: Auteurs projectverslag: Jan van Ginkel Paul Wensveen Datum: Januari

3 Inhoud 1 Inleiding 1.1 Achtergronden 1.2 Uitgangspunten voor de ontwikkeling van ventilatieconcepten 1.3 Opzet rapportage 2 Theoretische achtergronden van ventilatie 2.1 Inleiding 2.2 Typologie van ventilatiesystemen 2.3 Ventilatiebehoefte 2.4 Ventilatieberekening volgens het Bouwbesluit (2003) 2.5 Invloed ruimtevolume op luchtkwaliteit 2.6 Energieverlies door ventilatie 3 Overzicht onderzochte ventilatiesystemen 4 Conclusies 5 Aanbevelingen 6 Samenvatting 7 Literatuur Bijlagen 1 GGD-toetswaarden voor luchtkwaliteit en ventilatie 2 Het CO 2-gehalte als maat voor de binnenluchtkwaliteit 3 Berekening van de ventilatiebehoefte 4 Model voor de berekening van het verloop van de CO 2-concentratie uitgaande van mengventilatie 5 Afleiding van de metabolische CO 2-productie afhankelijk van de leeftijd en het inspanningsniveau 6 Overzicht onderzochte ventilatiesystemen 7 Korte beschrijving onderzochte ventilatiesystemen 2

4 1. Inleiding 1.1 Achtergronden Uit diverse onderzoeken is gebleken dat de binnenluchtkwaliteit van scholen in het algemeen slecht is (Meijer, e.a., 2007). Een te geringe ventilatie is hiervan een belangrijke oorzaak. Slechte binnenluchtkwaliteit leidt mede tot ziekteverzuim (Shendell e.a., 2004) en vermindering van leerprestaties (Wargocki, 2005; Gids, e.a., 2007). In de huidige bouwpraktijk zoekt men de oplossing in (complexe) mechanische systemen. Dergelijke systemen hebben als voordeel dat tevens energiebesparing mogelijk is. Echter, mechanische luchttoevoersystemen leiden veel vaker tot gezondheidsklachten dan natuurlijke. Uit onderzoek in kantoren bleek dat bij circa 40% van de kantoren met volledig mechanische ventilatie gezondheidsklachten voorkomen terwijl dat slechts bij 5% van de kantoren met natuurlijke luchttoevoer het geval was (Bergs, 1991). Daarbij komt dat ventilatievoorzieningen worden ontworpen volgens wettelijke normen. De normhoeveelheden zijn naar het oordeel van de gezamenlijke GGD-en te laag. Met het oog hierop stelden de gezamenlijke GGD en begin 2006 gezondheidskundige toetswaarden op voor ventilatie in scholen en kindercentra (LCM, 2006). Deze toetswaarden (bijlage 1) gaan beduidend verder dan de minimumeisen uit het Bouwbesluit (2003) voor verblijfsgebieden in nieuw te bouwen scholen. De toetswaarden worden uitgedrukt in termen van CO 2-contentraties (bijlage 2). CO 2 wordt tezamen met allerlei andere (geur)stoffen (bio-effluenten) door de mens geproduceerd. Deze bio-effluenten kunnen hinder- en gezondheidsklachten veroorzaken. De CO 2- concentratie is eenvoudig te meten en vormt vanwege de goede samenhang met de overige bio-effluenten een goede indicator van de luchtkwaliteit. Dit laatste geldt overigens alleen indien de mens de belangrijkste vervuilingsbron is. In schoollokalen is dit vaak het geval. Met bestaande ventilatievoorzieningen bleek het niet goed mogelijk om te voldoen aan de GGD-toetswaarden, zelfs niet met de extra inzet van mechanische systemen die als oplossing werden aangedragen (Meijer, 2007, Meijer, 2006). Eind 2006 nam de GGD Groningen het initiatief tot dit project waarin onderzocht wordt welke ventilatieconcepten zouden kunnen voldoen aan deze gezondheidskundige toetswaarden van de GGD'en. Hierbij hebben systemen op basis van natuurlijke ventilatie de voorkeur. Per ventilatieconcept zal een indicatie worden gegeven van de bouw- en energiekosten. Het overzicht van ventilatiesystemen in dit rapport is gebaseerd op een inventarisatie van bestaande ventilatiesystemen en -componenten. Deze inventarisatie is breed, maar niet uitputtend; zo bestaan vaak meerdere fabrikanten en/of leveranciers van vergelijkbare producten terwijl in dit rapport slechts één wordt genoemd. Daarbij zijn de centrale balansventilatie systemen, zoals thans in nieuwbouw situaties veel worden toegepast, hier buiten beschouwing gelaten omdat de focus van dit onderzoek in de eerste plaats gericht was op systemen voor natuurlijke luchttoevoer. Daar waar in dit rapport merknamen, producenten of leveranciers worden genoemd is dat niet met de bedoeling om deze aan te bevelen of te ontraden, maar als korte aanduiding van een bepaald type product. In dit rapport staat de ventilatie van scholen centraal in de beoordeling van systemen. Dit oordeel is nooit absoluut. Indien een bepaald type systeem voor scholen minder geschikt lijkt, kan het juist uitstekend voldoen in bijvoorbeeld woningen. Tenslotte wordt opgemerkt dat in dit onderzoek producten en systemen zijn beoordeeld in het licht van ventilatie- en geluidseisen die veel stringenter zijn dan wat thans gangbaar is. Meer gangbare eisen zullen in het algemeen tot een (nog) gunstiger oordeel leiden. 3

5 1.2 Uitgangspunten bij de beoordeling van ventilatieconcepten Binnen dit project gelden de volgende voorwaarden als uitgangspunten voor de beoordeling van de ventilatieconcepten: 1. Kunnen voldoen aan de GGD-toetswaarden voor luchtkwaliteit; 2. Voldoen aan eisen van thermisch comfort in de winter: - Luchtsnelheden in leefzone 0,05 m/s; - Luchttemperatuur in leefzone 20 C; 3. (Zoveel mogelijk) toepassing van natuurlijke luchttoevoer; 4. Voldoen aan eisen van bedienbaarheid: traploos regelbaar en bedienbaar vanuit de leefzone van de verblijfsruimte; 5. Inbraakveilig; 6. Het maximale geluidniveau door het ventilatiesysteem is 30 db(a) bij de gewenste luchtstroom; 7. Eenvoudig te onderhouden en schoon te maken; 8. Voldoende mogelijkheden bieden voor nachtkoeling in de zomer. In dit project werden de GGD-toetswaarden als volgt geïnterpreteerd. De toename van de CO 2-concentratie ten opzichte van de concentratie in de buitenlucht ( CO 2) is voor de bestaande bouw maximaal 600 ppm bij 24 leerlingen en 1 leerkracht. Voor nieuwbouw geldt een maximum CO 2-concentratietoename ( CO 2) van 250 ppm bij 20 leerlingen en 1 leerkracht of en toename van 400 ppm bij 30 leerlingen en 1 leerkracht. Daarnaast gelden de volgende randvoorwaarden: 1. Het ventilatiesysteem is op de markt beschikbaar 2. Het gebruik van zonneschermen mag de ventilatie niet belemmeren. 3. Het ventilatieconcept moet tenminste verenigbaar zijn met verdergaande energiebesparing t.o.v. huidige situatie (bestaande bouw) of huidige EPC-eis (Bouwbesluit); 4. Aandacht voor goede akoestiek (met name bij nieuwbouw) 5. Systeem is gemakkelijk te begrijpen voor een leek 6. Gebruikers worden betrokken bij de implementatie van de systemen 1.3 Opzet rapport Aangezien dit rapport bestemd is voor lezers met diverse achtergronden is bij de opzet van dit rapport besloten om zoveel mogelijk achtergrondinformatie weer te geven in bijlagen. Dit rapport besteedt eerst aandacht aan de theoretische achtergronden van ventilatie (hoofdstuk 2). Daarbij wordt ingegaan op de typologie van ventilatiesystemen, de ventilatiebehoefte zoals die berekend kan worden op basis van het metabolisme van de mens, en de berekening van het ventilatiedebiet volgens de bouwregelgeving. Ook wordt in dit hoofdstuk bekeken wat de invloed is van het volume van een ruimte op het verloop van de luchtkwaliteit (CO 2-concentratie). Tenslotte wordt ingegaan op het energieverlies door ventilatie. Na de theorie volgt de praktijk. In hoofdstuk 3 worden de onderzochte ventilatiesystemen en componenten besproken. Daarbij spitst de bespreking zich toe op de vraag in welke mate bestaande systemen aan de stringente GGD-toetswaarden zouden kunnen voldoen. De conclusies staan in hoofdstuk 4. 4

6 2 Theoretische achtergronden van ventilatie 2.1 Inleiding In het rapport worden termen gebruikt die in het vakgebied van gebouwventilatie gebruikelijk zijn. In paragraaf 2.2 worden deze termen toegelicht aan de hand van de typologie van ventilatiesystemen. Bij de beoordeling van ventilatiesystemen draait het in de eerste plaats om de vraag of het systeem kan voldoen aan de ventilatiebehoefte. In 2.3 wordt die ventilatiebehoefte besproken op basis van berekeningen met een model dat beschreven is in bijlagen 3, 4 en 5. Eén van de vragen die bij aanvang van dit project naar voren kwam was: "Heeft het zin om te streven naar grotere groepsruimten zodat het langer duurt voordat toetswaarden worden overschreden?". In dit hoofdstuk zal deze vraag worden onderzocht met enkele berekeningen. Ventilatie tijdens het stookseizoen kan niet bestaan zonder dat energie verloren gaat. Bovendien, goed ventileren is goed voor de gezondheid en mag dus wat kosten. Toch willen we dit energieverlies beperken. Aan het slot van dit hoofdstuk wordt berekend hoe groot het energieverlies zou zijn met en zonder energiebesparende maatregelen. 2.2 Typologie van ventilatiesystemen Bij ventilatie is altijd sprake van continue aanvoer van verse lucht en afvoer van vervuilde binnenlucht. In het algemeen worden twee ventilatieprincipes onderscheiden op basis van de drijvende krachten, namelijk natuurlijke en mechanische. Bij het eerste principe vindt ventilatie plaats via ramen, roosters en kanalen onder invloed van verschillen in luchtdruk veroorzaakt door wind en temperatuur (schoorsteeneffect); bij mechanische ventilatie wordt de lucht in beweging gebracht door een of meer ventilatoren. Zo ontstaan in principe vier verschillende systemen: A. natuurlijke toevoer met natuurlijke afvoer; B. mechanische toevoer met natuurlijke afvoer; C. natuurlijke toevoer met mechanische afvoer; D. mechanische aanvoer met mechanische afvoer. In Nederland komen de typen A en C het meeste voor; type D wordt in toenemende mate in nieuwbouw toegepast. Daarnaast kunnen ventilatiesystemen worden ingedeeld op grond van het stromingsprincipe, namelijk meng- en verdringingsventilatie. Bij mengventilatie wordt ervan uitgegaan dat de verse, binnenstromende lucht zich volledig mengt met de aanwezige lucht en dan als mengsel wordt afgevoerd. Er vindt dus verdunning plaats van de aanwezige verontreinigingen in de lucht. Bij verdringingsventilatie daarentegen wordt menging zoveel mogelijk voorkomen en ontstaan afzonderlijke luchtlagen (stratificatie). Hierbij bestaat de luchtlaag direct boven de vloer uit verse, relatief koele lucht. Langs warmte producerende objecten (menselijk lichaam, computers) ontstaat door thermiek een opwaartse luchtstroom vanuit de onderste laag met verse lucht. Bovenin de ruimte hoopt de vervuilde lucht op en wordt daar op natuurlijke of mechanische wijze afgezogen (figuur 1). Hierdoor zijn in de leefzone lagere concentraties van vervuilende stoffen in de lucht aanwezig dan bij de zelfde hoeveelheid mengventilatie. Anders gezegd: voor dezelfde luchtkwaliteit hoeft minder geventileerd te worden. Verdringingsventilatie is daardoor naar schatting 30% efficiënter (Skistad e.a., 2002). 5

7 Figuur 1 Ventilatie op basis van verdringing (illustratie uit: REHVA ) 2.3 Ventilatiebehoefte In deze paragraaf staat de vraag centraal: Hoeveel moet worden geventileerd om aan de toetswaarden van de GGD te voldoen?. Het antwoord daarop hangt onder andere af van de mate van inspanning van de aanwezige personen. Als een mens druk in de weer is, dan produceert hij veel CO 2 en moet er flink worden geventileerd om de CO 2-concentratie voldoende laag te houden; denk bijvoorbeeld aan een gymnastieklokaal. De CO 2 productie hangt dus samen met het energieverbruik van de mens en daarnaast ook met de leeftijd. Kleine kinderen verbruiken minder energie dan volwassenen en produceren daarom ook minder CO 2. Verder moet er meer worden geventileerd indien zich in een ruimte veel mensen bevinden. Ook hangt de ventilatiebehoefte af van de maximum CO 2-evenwichtsconcentratie die gehaald moet worden; de evenwichtsconcentratie is de hoogste concentratie die wordt bereikt zodra de CO 2-productie gelijk is aan de CO 2-afvoer door ventilatie (zie bijlage 4). Als een lage CO 2 evenwichtsconcentratie nagestreefd wordt, moet extra veel geventileerd worden in vergelijking met een hoge evenwichtsconcentratie. Tenslotte is het stromingsprincipe van de ventilatie van invloed: verdringingsventilatie is naar schatting circa 30% efficiënter dan mengventilatie. Tabel 1 Ventilatiebehoefte [m 3 /u] per persoon bij laag inspanningsniveau (lezen, schrijven), verschillende leeftijden en CO 2-evenwichtsconcentraties bij mengventilatie Ventilatiebehoefte [m 3 /(u pp)] Leeftijd *CO 2 limiet [ppm] 6 jaar 12 jaar 20 jaar * Dit is de nagestreefde uiterste CO2-concentratie in de binnenlucht, inclusief 400 ppm CO2 achtergrond concentratie (in de buitenlucht) In bijlage 3 wordt de ventilatiebehoefte voor mensen vanaf 2 jaar en bij verschillende inspanningsniveaus berekend. Hierbij is mengventilatie verondersteld. Voor de wijze van berekening wordt naar die bijlage verwezen. Hier wordt volstaan met het weergeven van de resultaten die van toepassing zijn voor een laag inspanningsniveau (tabel 1). Dit is het 6

8 niveau waarbij men rustig zit te lezen, schrijven en luisteren. Deze activiteiten overheersen tijdens de lesuren van de bovenbouw. Hierbij is de leeftijd van 12 jaar maatgevend. In de onderbouw vertonen leerlingen wat meer afwisseling van inspanningsniveau: spelen, luisteren etc. Hiervoor is de leeftijdscategorie van 6 jaar als maatgevend gekozen. In dit project zijn de GGD-toetswaarden als volgt geïnterpreteerd (zie paragraaf 1.2): - Voor bestaande bouw maximaal 1000 ppm ( CO 2: 600) bij 24 leerlingen en 1 leerkracht - Voor nieuwbouw maximaal 650 ppm ( CO 2: 250) bij 20 leerlingen en 1 leerkracht, of maximaal 800 ppm ( CO 2: 400) bij 30 leerlingen en 1 leerkracht Het blijkt dat voor nieuwbouw de situatie met 20 leerlingen en 650 ppm de hoogste ventilatiebehoefte geeft, namelijk 1750 tegenover 1580 m 3 /u bij 30 leerlingen en 800 ppm. Derhalve wordt deze laatste variant verder buiten beschouwing gelaten en verder gerekend met twee scenario s, namelijk: - 24 leerlingen, 1000 ppm en 860 m 3 /u voor de bestaande bouw en - 20 leerlingen, 650 ppm en 1750 m 3 /u voor nieuwbouw. Bij deze berekeningen van de ventilatiebehoefte is uitgegaan van de zwaarste leeftijdcategorie (12 jaar), een laag inspanningsniveau en mengventilatie. 2.4 Ventilatieberekening volgens het Bouwbesluit 2003 Bij de berekening van de minimum ventilatiecapaciteit volgens het Bouwbesluit (2003) is de bezettingsgraadklasse maatgevend. Voor een klas van bijvoorbeeld 20 tot 32 leerlingen en een leerkracht geldt bij een gangbaar vloeroppervlak van 50 m 2 de bezettingsgraadklasse B2 voor een verblijfsgebied. Uitgaande van deze bezettingsgraad moet een ventilatievoorziening voor een onderwijsfunctie de volgende capaciteit hebben: l/s/m2 voor een verblijfsgebied- VG (bijvoorbeeld 2 leslokalen naast elkaar) l/s/m2 voor een verblijfsruimte- VR (bijvoorbeeld een enkel leslokaal) Het kan voorkomen dat in één van de schoollokalen de ventilatie op basis van VG- eis niet kan worden gerealiseerd. In dat geval mag de ventilatiecapaciteit lager zijn dan volgens de VG- eis (3.5 l/s/m2) maar niet lager VR- eis (2.8 l/s/m2). De VR- eis is dus een minimum waaraan een verblijfsruimte moet voldoen. Om aan de totale eis voor een verblijfsgebied te voldoen moet vervolgens in andere ruimte(n) de ontbrekende capaciteit worden gecompenseerd. Uitgaande van de VG- eis van 3,5 l/(s m 2 ) zou in een klaslokaal van 50 m 2 de ventilatiecapaciteit 630 m 3 /u moeten bedragen met een minimum van 504 m 3 /u (bij VReis van 2,8 l/(s m 2 ). Figuur 2 laat zien welke CO 2- evenwichtsconcentraties worden bereikt voor groepen met verschillende aantallen leerlingen en één leerkracht. Evenwichtsconcentratie CO2 [ppm] Aantal kinderen per klas 12 jaar 1200 ppm 6 jaar Figuur 2 De CO 2-evenwichtsconcentraties die worden berekend met het model van bijlage 3, uitgaande van een ventilatiecapaciteit volgens Bouwbesluit van 630 m 3 /u en aangegeven aantallen kinderen met 1 leerkracht Bij dit debiet zouden 30 kinderen van 6 jaar volgens het metabolisch model uit dit rapport een CO 2 evenwichtconcentratie van 1004 ppm kunnen verwachten; bij evenveel 12-jarigen 7

9 bereikt de evenwichtsconcentratie uiteindelijk een waarde van 1371 ppm. Overigens zou volgens het Bouwbesluit en bezettingsgraad B2 maximaal 37 leerlingen en 1 leerkracht in dit lokaal van 50 m 2 passen. In dat geval zou de CO 2 concentratie bij 6 en 12 jarigen oplopen tot respectievelijk 1134 en 1586 ppm. In een schoolgebouw dat aan het Bouwbesluit voldoet en goed gebruikt wordt, kan dus de CO 2-concentratie veel hoger oplopen dan de 1200 ppm die oorspronkelijk het uitgangspunt was voor de Bouwbesluiteisen. Verder staat er in het Bouwbesluit ook een strengere eis voor een verblijfsruimte (VR) met de daarbij behorende bezettingsgraad. Die bezettingsgraad is B1 voor een leslokaal van 50 m 2 met meer dan 25 personen. Daarbij hoort een eis van 7,7 l/s/m 2. Dit zou een goede ventilatie van 1390 m 3 /u opleveren, maar helaas hoeft men deze eis niet toe te passen omdat men voor een bouwvergunning alleen de bezettingsgraad voor een verblijfsgebied (VG) hoeft te hanteren. Als deze eis wel wordt toegepast, dan is de CO 2- evenwichtsconcentratie lager dan 800 ppm bij 26 leerlingen en 1 leerkracht, en lager dan 1000 ppm bij ruim 40 leerlingen. 2.5 Invloed van het ruimtevolume op de luchtkwaliteit Het volume van de groepsruimte op de luchtkwaliteit heeft invloed op de snelheid waarmee de vervuiling van de binnenlucht zich opbouwt. De vraag is of een groter volume de ophoping van de vervuiling zodanig kan vertragen dat binnen de lestijd de concentratie beneden de GGD-normen blijft. Om hier een antwoord op te vinden werd het verloop van de CO 2-concentratie berekend bij twee verschillende volumes en overigens gelijk blijvende omstandigheden. Bij de berekeningen werden de volgende scenario's gehanteerd: 1. Volume groepsruimte is gelijk aan 150 m 3 en het ventilatiedebiet is 265 m 3 /u; 2. Volume groepsruimte is gelijk aan 300 m 3 en het ventilatiedebiet is 265 m 3 /u; 3. Volume groepsruimte is gelijk aan 150 m 3 en het ventilatiedebiet is 656 m 3 /u. Een groepsruimte met een volume van 150 m 3 komt regelmatig voor op basisscholen. Ter vergelijking is een variant met het dubbele volume toegevoegd. De derde variant heeft een volume gelijk aan de eerste, maar heeft een veel hoger ventilatiedebiet. Resultaten In een groter volume loopt de CO 2-concentratie langzamer op dan in een klein volume. Het effect op de tijdspanne tussen de start van de lessen en het moment van overschrijding van bepaalde CO 2-concentraties (zoals de GGDtoetswaarden) is groter naarmate het CO 2- criterium hoger ligt (figuur 3a); bijvoorbeeld het overschrijden van een 1200 ppm grens gebeurt bij een volume van 300 m 3 circa 10 minuten later dan bij 150 m 3 (figuur 3b). Een 2000 ppm grens wordt bij het grotere volume 45 minuten later overschreden dan bij het kleinere volume. Aangezien de GGD-toetswaarden lager liggen dan 1200 ppm, is de conclusie dat een groter volume slechts een marginaal effect heeft op het moment van overschrijden van deze waarden. Dit laat onverlet dat mensen de ervaring kunnen hebben dat een grotere ruimte minder snel benauwd wordt. Als dat het geval is bij gelijke bezettingsgraad, kan extra infiltratie een rol spelen. Een grote ruimte heeft in het algemeen ook meer ramen. Het zijn vooral de aansluiting van ramen en deuren op de spouwmuur waar infiltratie (tocht) van lucht optreedt. Maar dan is het effect dus meer een gevolg van deze infiltratie (= extra ventilatie) dan van het grotere volume van de ruimte. 8

10 CO2 [ppm] :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 Tijd na start [u] Vol=180; Vent=221 Vol=180; Vent=690 Vol=360; Vent=221 Figuur 3a De invloed van het volume van de groepsruimte en ventilatiedebiet op het verloop van de gesimuleerde CO 2-concentratie gedurende de totale lesperiode CO2 [ppm] Vol=180; Vent=221 Vol=180; Vent=690 Vol=360; Vent= :00 0:30 1:00 1:30 2:00 Tijd na start [u] Figuur 3b De invloed van het volume van de groepsruimte en ventilatiedebiet op het verloop van de gesimuleerde CO 2-concentratie; detail eerste 2 uur na start lessen. 9

11 2.6 Energieverlies door ventilatie De GGD-toetswaarden leiden tot beduidend hogere ventilatiehoeveelheden dan het Bouwbesluit. Ook met vergaande energiebesparende maatregelen zal een gering energieverlies door extra ventilatie wellicht de prijs zijn voor extra gezonde leerlingen met betere leerprestaties. In tabel 2 staat het jaarlijkse gasverbruik per klaslokaal weergegeven voor beide scenario s, bij zowel mengventilatie als verdringingsventilatie. Tevens zijn de varianten met of zonder warmte-terug-win unit (WTW) weergegeven. Bij verdringingsventilatie is uitgegaan van een 30% betere efficiëntie ten opzichte van mengventilatie. Verder golden de volgende uitgangspunten: - Gemiddelde buitentemperatuur gedurende het stookseizoen: 4,8 C (ISSO-publicatie 16) - Gemiddelde binnentemperatuur tijdens de lesuren: 20 C - Gemiddelde binnentemperatuur gedurende de nacht: 18 C - Bedrijfstijd 8 u/dag - Stookseizoen 212 dagen/jaar (ISSO-publicatie 16) - Interne warmtelast: 100 W/leerlingen en één leerkracht à 200 W - Ventilatiedebiet buiten de bedrijfstijd: 100 m 3 /u - Rendement verwarmingsketel 72% (ISSO-publicatie 16) Tabel 2 Aantal leerlingen + 1 doc. Energieverbruik bij verschillende ventilatietypen Gasverbruik [m 3 /(jaar lokaal)] zonder WTW Met WTW Rendement=0,7 CO 2 Debiet Mengventi- Verdringing Meng- Verdringing limiet [m 3 /u] latie ventilatie [ppm] De resultaten laten zien dat er een behoorlijk groot gasverbruik optreedt; met name bij mengventilatie en het scenario 20 leerlingen en 650 ppm. Bij deze ventilatiehoeveelheden zijn aanvullende maatregelen op het gebied van energiebesparing noodzakelijk. Ter vergelijking: het gemiddelde energieverbruik voor verwarming van scholen (bestaande bouw) is circa 10 m 3 gas per m 2 bruto vloeroppervlak (gegevens EnerDeCo). Het totale vloeroppervlak van een standaard basis school van 8 groepen bedraagt ongeveer 1300 m 2 ; per groep is dat ongeveer 165 m 2. Voor verwarming zou dan 10 x 165 = 1650 m 3 gas nodig zijn. Hiervan is naar schatting 30% (495 m 3 gas) bestemd voor het verwarmen van ventilatielucht. Hieruit blijkt dat het scenario 24 leerlingen en 1000 ppm nauwelijks meer energie behoeft te kosten dan thans gangbaar is. Een betere luchtkwaliteit of meer kinderen per klaslokaal vraagt uiteraard meer energie. Hierbij wordt opgemerkt dat scholen in het algemeen niet of nauwelijks ventileren buiten de bedrijfstijden. De achtergrond hiervan is meestal gelegen in inbraakpreventie. Alle ramen gaan volledig dicht na sluitingstijd. Voor zover de school is uitgerust met mechanische ventilatie is de regeling vaak zodanig afgesteld dat buiten bedrijfstijd niet wordt geventileerd vanwege energiebesparing. In tegenstelling hiermee is in bovenstaande scenario wel rekening gehouden met een basisventilatie van 100 m 3 /u buiten de bedrijfstijden. Dit verklaard voor een deel de verschillen tussen het werkelijke gemiddelde gasverbruik in de bestaande scholen en het berekende verbruik in het bovenstaande scenario. 1 0

12 3 Overzicht onderzochte ventilatiesystemen In totaal werden twaalf verschillende ventilatiesystemen onderzocht. In bijlage 6 staat een systematische beoordeling van de onderzochte systemen; bijlage 7 geeft een nadere impressie van elk systeem. De uitgangspunten uit paragraaf 1.2 leiden tot een ventilatiebehoefte bij een mengventilatie van 860 m 3 /u voor bestaande bouw en 1750 m 3 /u voor nieuwbouw. Slechts enkele van de onderzochte systemen kunnen aan de capaciteitseis van 860 m 3 /u voldoen (tabel 3). Geen enkel systeem voldoet bij benadering aan de eis voor nieuwbouw van 1750 m 3 /u. Van alle in deze tabel genoemde systemen is alleen de Klimavent al enige tijd op de markt (eerst onder de naam Briza). De overige zijn net geïntroduceerd (R-vent), in het stadium van een werkend prototype (TNO) of bestaat uit een bouwkundige oplossing die per situatie gedimensioneerd wordt (Deerns). Daarnaast voldoen alleen de systemen/concepten van Deerns en de school in het Noorse Grong aan de in dit onderzoek geldende sterke voorkeur voor natuurlijke toevoer. Behalve deze systemen voor natuurlijke toevoer voldoet geen enkel systeem aan de geluideis van 30 db(a); 35 db(a) is echter wel haalbaar bij debieten tot 1000 m 3 /u. Tabel 3 Fabrikant/model R-vent (Bergschenhoek) Ventilatieprincipe volgens NEN 1087 Capaciteit [m 3 /u] Geluid db(a) Opmerking Type B units installeren; dan totaal geluid van 35 db(a) Prijs excl BTW [ ] 3970,-/ stuk Klimavent 650 Type D ,-/ stuk Klimavent 900 Type D ,- Deerns Type A/C 750 Natuurlijk toevoer, dus geen extra geluid Afhankelijk van de bouwkundige situatie 2.500,- tot 5.000,- TNO Type B (in principe max. 1500)? Alleen prototype; is nog in ontwikkeling Nog niet bekend De R-vent van Bergschenhoek (figuur 4) is net op de markt. Het systeem bestaat uit een ventilator met filterunit en een zogenaamde air sock ; dat is een slang van textiel die aan het plafond gehangen wordt. Door deze slang wordt lucht in het lokaal geblazen. De ventilator en filterunit worden in een aparte ruimte aan de muur gemonteerd om geluidhinder te beperken. De capaciteit bedraagt 500 m 3 /u per systeem zodat het dubbel uitgevoerd moet worden om aan de capaciteitseis voor bestaande bouw te voldoen. De resultaten van de metingen van de geluidproductie zijn inmiddels ook bekend. Een enkele unit levert inclusief geluiddemper 32 db(a). Indien de geluidlimiet op 35 db(a) wordt gesteld zou een tweede unit per lokaal net haalbaar zijn. Zo'n combinatie levert dan 1000 m 3 /u hetgeen voldoende is om in een groep van 30 leerlingen en één leerkracht de CO 2- concentratie beneden de 1000 ppm te houden. Dit systeem brengt alleen verse lucht in het gebouw. Voor een compleet werkend ventilatiesysteem moet daarnaast nog voor voldoende luchtafvoer worden gezorgd. Bij 10

13 renovatie hangt het sterk van de bouwkundige situatie af of aanvullende voorzieningen nodig zijn of dat bestaande klepramen en roosters zullen voldoen. Figuur 4 Impressie van de R-vent van Bergschenhoek De Klimavent 900 is een opgevoerde versie van de Klimavent 650 en heeft een maximum capaciteit van 900 m 3 /u. Voor een beschrijving zie bijlage 7. De geluidproductie is echter aan de hoge kant (37 db(a) voor de 900 en 35 dba voor de 650). Om 1000 m 3 /u te realiseren zouden twee exemplaren van het type 650 kunnen worden geïnstalleerd. Hierbij staat de geluidproductie echter in de weg. De Klimavent 650 voldoet aan het niveau van het Bouwbesluit, maar niet aan de GGD-toetswaarden. Het concept van adviesbureau Deerns is in een promotieonderzoek ontwikkeld door Peter van den Engel (1995). Hierbij gaat het om een systeem voor natuurlijke toevoer zonder tochtklachten (figuur 5). Het systeem is als volgt opgebouwd. In de gevel, net onder het plafond, zijn zelfsturende luchtinlaat roosters gemonteerd. Vanuit deze roosters stroomt de lucht langs een cv-buis, een gebogen plaat en door een nauwe sleuf in het lokaal. Door die nauwe sleuf ontstaat een kleefeffect (Coanda-fenomeen). De lucht stroomt daardoor langs het plafond (blijft enige tijd kleven ) en mengt met de reeds aanwezige lucht voordat de leefzone wordt bereikt. De cv-buis kan de lucht voorverwarmen. Overigens is een temperatuur van de toevoerlucht van minimaal 0 graden Celsius voldoende om kou en tochtklachten te voorkomen. De drukval over de gevel blijft klein en is lager dan 3 tot 5 Pa. Het systeem heeft zich door metingen bewezen tot een capaciteit van 42 l/s per strekkende meter. Voor een gemiddeld klaslokaal met 5 strekkende meter ramen komt dit op circa 750 m 3 /u. De gebogen plaat kan worden open geklapt zodat het systeem kan worden gereinigd. De vormgeving van het systeem is bepalend voor de goede werking. Dit systeem voldoet aan de voorkeur voor natuurlijke toevoer. Net als bij de R-vent is voldoende afvoercapaciteit nodig. 11

14 Figuur 5 Schematische voorstelling van het concept van Deerns. De rode stip symboliseert een verwarmingsbuis van de cv Het systeem van TNO bestaat uit een plenum (ruimte boven verlaagd plafond) waarin lucht vanuit een gevelopening ingeblazen wordt met een ventilator. Vervolgens stroomt de lucht door een systeemplafond met geperforeerde platen. Hierdoor stroomt de lucht gelijkmatig in de ruimte. De vuile lucht wordt aan de zijkant van het systeemplafond via een afzonderlijk kanaal weer afgezogen en stroomt vervolgens naar de uitlaat in de zelfde gevel. De gevelopeningen voor de inlaat en uitlaat moeten daarom voldoende ver uit elkaar liggen (verdunningsfactor). Het systeem lijkt als twee druppels water op een systeem dat al jaren met succes wordt toegepast in de varkenshouderij. In het werkende prototype van TNO waren nog geen geluidbeperkende maatregelen toegepast. Gezien de ervaring in de varkenshouderij is het de vraag of het geluidniveau voldoende laag gehouden kan worden. TNO is nu bezig met een praktijkproef in een school in Sliedecht. De tot nu toe beschreven systemen zijn gebaseerd op het principe van mengventilatie. Verdringingsventilatie wordt in Nederland nauwelijks toegepast; alleen in de horeca. Hier past men het toe om rooklucht uit het compartiment voor niet-rokers te weren. Figuur 6 Dwarsdoorsnede van de school in Grong (Noorwegen) Toepassing van verdringingsventilatie in scholen komt voor in Noorwegen. De school in Grong is hiervan een voorbeeld (figuur 6). De ventilatie in deze school is hybride; dat wil zeggen dat er op natuurlijke wijze geventileerd wordt zolang dat kan; zodra dit systeem tekort schiet treedt een ventilator inwerking. De binnenkomende lucht wordt voorverwarmd in een grondbuis en een warmtewisselaar. De laatste betrekt zijn energie uit de afgevoerde lucht in het afvoerkanaal. Na de warmtewisselaar en het luchtfilter stroomt de lucht door speciale verdringingsroosters in het klaslokaal. Vandaar gaat de vervuilde 12

15 lucht via een klepraam naar een gang bovenin het gebouw en vervolgens naar het afvoerkanaal. Uit de evaluatie die over deze school is gepubliceerd blijkt dat de stromingsweerstand van het filter en de warmtewisselaar groot is zodat de natuurlijke luchtstroom beperkt wordt. Uiteindelijk blijkt onder het regime van natuurlijke ventilatie circa 18 m 3 /u per persoon beschikbaar. Dit is bij gemiddelde bezetting. Alhoewel verdringingsventilatie (veel) effectiever is dan mengventilatie, lijkt deze hoeveelheid toch aan de krappe kant. Het is de vraag in hoeverre dit Noorse concept past binnen het budgetteringsysteem van Nederland. In ons land krijgen scholen een vast investeringsbudget per leerling. Het aanen afvoerkanaal en de grondbuis zouden om budgettaire redenen wellicht ten koste kunnen gaan van de grootte van het klaslokaal in een nieuwe te bouwen school. Dit hangt sterk af van de bouwkosten van het Noorse systeem. Daarover zijn geen cijfers voor Nederlandse omstandigheden bekend. De hierboven beschreven systemen leveren 700 tot 1000 m 3 /u. Volgens de ambities van dit onderzoek is dat voldoende om de bestaande bouw op een redelijk niveau te brengen. Voor nieuwbouw ligt de ambitie beduidend hoger. Hiervoor zijn thans geen systemen op de Nederlandse markt beschikbaar. Dit zal nog moeten worden ontwikkeld. Daarbij heeft een systeem op basis van verdringingsventilatie de voorkeur vanwege de grotere efficiëntie. Indien de ambities niet verder reiken dan de ventilatiecapaciteit volgens het Bouwbesluit komen ook andere systemen in aanmerking. Zo kan bij renovatie van een school de Gentle Vent en goede en relatief goedkope aanvulling vormen. Het is nadrukkelijk een aanvulling op de bestaande ventilatiecapaciteit. De capaciteit van dit systeem wordt voor een deel bepaald door de mate waarin de luchtafvoercapaciteit in voldoende mate gegarandeerd is. Aan het slot van dit hoofdstuk kan het ventilatieprobleem ook van de andere kant benaderd worden door antwoord te geven op de vraag: hoeveel leerlingen per lokaal toelaatbaar zijn gegeven de beschikbare ventilatiecapaciteit van 1000 m 3 /u en de vereiste maximale CO 2 - concentratie (tabel 4). De tabel laat zien dat bij de strengste GGD-toetswaarde van 650 ppm het maximum aantal leerlingen in groep 8 (12 jarigen) slechts 11 is. Dit past niet bij de huidige financiering. Indien de ambitie op 1000 ppm ligt is een groepsgrootte van 30 leerlingen van 12 jaar geen probleem. Tabel 4. Maximaal aantal kinderen per klaslokaal bij gegeven ventilatiedebiet en CO 2 - limiet CO 2 -limiet 650 ppm 1000 ppm Ventilatiedebiet m 3 /u 6 jaar 12 jaar 6 jaar 12jaar

16 4 Conclusie De ambities in dit onderzoek In dit onderzoek werden de volgende ambities voor ventilatie gehanteerd: - voor bestaande bouw, 24 leerlingen en maximaal 1000 ppm - voor nieuwbouw, bij 20 leerlingen en 650 ppm of 30 leerlingen en 800 ppm Verder geldt dat de geluidproductie door het ventilatiesysteem niet hoger is dan 30 db(a). Met behulp van de in paragraaf 2.3 berekende ventilatiebehoefte per persoon komt dit neer op 860 m 3 /u voor bestaande bouw en 1580 m 3 /u (30 leerlingen en 800 ppm CO 2) of1750 m 3 /u (20 leerlingen en 650 ppm CO 2) voor nieuwbouw. Dit is beduidend meer dan de minimaal vereiste capaciteit van circa 500 tot 630 m 3 /u zoals volgens het Bouwbesluit zou gelden. Welk systeem voldoet? Bestaande bouw Van de bestaande hierbij onderzochte systemen die zouden kunnen voldoen aan de eisen maken de mechanische systemen toch nog wat veel lawaai. Indien genoegen wordt genomen met een hogere geluidsniveau van 35 db(a) dan de oorspronkelijk gehanteerde grens van 30 db(a), kan een dubbele R-vent goed aan de ventilatie-eisen voor bestaande bouw voldoen. Uitgaande van de voorkeur voor natuurlijke luchttoevoer vormt het Coanda-systeem van Peter van den Engel (Deerns) de beste benadering. Voordeel hiervan is dat het toevoersysteem zelf geen geluid produceert. De capaciteit lijkt in de praktijk vooralsnog beperkt tot circa 750 m 3 /u. Het systeem is nog niet in de praktijk toegepast. In dit onderzoek geldt een sterke voorkeur voor natuurlijke luchttoevoersystemen. Nieuwbouw Er is geen passend systeem gevonden voor de in dit rapport gehanteerde hoge ambitieniveau wat betreft ventilatie en geluidseisen voor nieuwbouw. Een systeem dat daar wel aan voldoet zal ontwikkeld moeten worden. Daarbij heeft een systeem op basis van verdringingsventilatie de voorkeur vanwege de grotere efficiency. Bij een verdere systeemontwikkeling zouden de volgende onderzoeksvragen moeten worden beantwoord: 1. Hoeveel ventilatiecapaciteit is bij verdringingsventilatie nodig om in een groepsruimte met 30 leerlingen en 1 leerkracht het kooldioxide gehalte lager dan 650 ppm te houden? 2. Hoe kan een dergelijk systeem worden gerealiseerd met behoud van voldoende thermisch en akoestisch comfort? Indien een luchtkwaliteit van 1000 ppm CO 2 toereikend wordt geacht, zijn thans wel voldoende passende ventilatiesystemen op de markt verkrijgbaar. Daarbij wordt opgemerkt dat dit kwaliteitsniveau (1000 ppm) in het algemeen beter is dan bereikt kan worden met de nu veel toegepaste systemen, zelfs als die voldoen aan de ventilatie-eisen voor nieuwbouw volgens het geldende Bouwbesluit. De selectie van het ventilatiesysteem hangt sterk samen met het amibitieniveau voor de luchtkwaliteit. Daarbij speelt ook het aantal leerlingen per klaslokaal een belangrijke rol. 14

17 5 Aanbevelingen De keuze voor een bepaald type ventilatiesysteem hangt samen met het ambitieniveau voor aantallen leerlingen per klaslokaal, luchtkwaliteit, thermisch en akoestisch comfort en energieverbruik. Daarbij kan onderscheid gemaakt worden tussen renovatie en nieuwbouw. Voor 30 leerlingen per klaslokaal en een luchtkwaliteit tot 1000 ppm CO 2 zouden de in tabel 3 genoemde, of daarmee vergelijkbare, systemen kunnen voldoen. Voor verdergaande ambities is meer onderzoek en ontwikkeling nodig. Bij een dergelijke ontwikkeling gelden de volgende aandachtspunten en onderzoeksvragen: 1. Een systeem op basis van verdringingsventilatie heeft de voorkeur vanwege de grotere efficiency; 2. Hoeveel ventilatiecapaciteit is bij verdringingsventilatie nodig om in een groepsruimte met 30 leerlingen en 1 leerkracht het kooldioxide gehalte lager dan 800 of 650 ppm te houden? 3. Hoe kan een dergelijk systeem worden gerealiseerd met behoud van voldoende thermisch en akoestisch comfort? 15

18 6 Samenvatting Uit diverse onderzoeken is gebleken dat de binnenluchtkwaliteit van scholen in het algemeen slecht is. Een te geringe ventilatie is hiervan een belangrijke oorzaak. Slechte binnenluchtkwaliteit leidt mede tot ziekteverzuim en vermindering van leerprestaties. Met het oog hierop stelden de gezamenlijke GGD en begin 2006 gezondheidskundige toetswaarden op voor ventilatie in scholen en kindercentra. Deze toetswaarden gaan beduidend verder dan de minimumeisen uit het Bouwbesluit (2003). Eind 2006 nam de GGD Groningen het initiatief tot dit project waarin onderzocht wordt welke ventilatieconcepten zouden kunnen voldoen aan deze gezondheidskundige toetswaarden van de GGD'en. Hierbij hebben systemen op basis van natuurlijke ventilatie de voorkeur. In dit onderzoek zijn de GGD-toetswaarden als volgt geoperationaliseerd: - Voor bestaande bouw: een mengventilatie van 860 m 3 /u, bij 24 leerlingen en een maximum CO 2-concentratie van 1000 ppm ; - Voor nieuwbouw met mengventilatie: o 1580 m 3 /u, bij 30 leerlingen en een maximum CO 2-concentratie van 800 ppm; o 1750 m 3 /u, bij 20 leerlingen en een maximum CO 2-concentratie van 650 ppm. Voor het ambitieniveau voor de bestaande bouw zijn enkele systemen die voldoen of dicht bij de prestatie-eisen in de buurt komen (zie tabel 3). Bij mechanische systemen vormt de geluidproductie een belangrijk knelpunt; bij natuurlijke systemen vormt de capaciteit een beperking. Er is geen passend systeem gevonden voor de in dit rapport gehanteerde hoge ambitieniveau wat betreft ventilatie en geluidseisen voor nieuwbouw. Een systeem dat daar wel aan voldoet zal ontwikkeld moeten worden. Voor het verder verbeteren van de ventilatie op scholen is nader onderzoek noodzakelijk naar praktische oplossingen voor verdringingsventilatie en voor andere ventilatiesystemen die leiden tot een lage CO 2-concentratie. Daarbij gelden de volgende onderzoeksvragen: 1. Hoeveel ventilatiecapaciteit is bij verdringingsventilatie nodig om in een groepsruimte met 30 leerlingen en 1 leerkracht het kooldioxide gehalte lager dan 800 of 650 ppm te houden? 2. Hoe kan een dergelijk systeem of een ander systeem worden gerealiseerd met behoud van voldoende thermisch en akoestisch comfort? 16

19 7 Literatuur Anoniem, Gezondheidkundige toetswaarden voor ventilatie in scholen en kindercentra, Landelijk Centrum Medische Milieukunde (LCM) Engel, P.J.W. van den, Thermisch comfort en ventilatie-efficiëntie door inducerende ventilatie via de gevel. Proefschrift TUDelft Gids, W.F. de, e.a., Effect van ventilatie op cognitieve prestaties van leerlingen een op basisschool TNO-rapport 2006-D-1078/B Bergs, J.A., Kostenaspecten van een gezonde gebouwvoorraad; DHV-rapport in opdracht van de RGB, Den Haag ISSO-publicatie 16: De jaarlijkse warmtebehoefte van woningen (1987) Meijer, A., e.a., Literatuurstudie scholen en kinderdagcentra. Binnenmilieu gezondheid en leerprestaties. OTB TUDelft Meijer, G. en F. Duijm, Lekker Fris in School. Onderzoek naar mechanische ventilatie en binnenmilieu; beoordeling van 2 systemen. GGD Groningen Shendell DG, Prill R, Fisk WJ, et al, Associations between classroom CO 2- concentrations and student attendance in Washington and Idaho. Indoor Air 2004;14: Skistad, H., e.a., Displacement ventilation in non-industrial premises. Rehva guidebook no 1; ISBN Wargocki, P., et al, The effect of classroom temperature and outdoor air supply on the performance of school work by children. Proceedings Indoor Air 2005: 369:372 17

20 Bijlage 1 GGD-toetswaarden voor luchtkwaliteit en ventilatie Een gangbare norm voor luchtkwaliteit wordt gevormd door de grenswaarde van 1200 ppm. Daarbij geldt dat circa 20% van de aanwezige personen hinder ondervindt van geur, muffe lucht, duf gevoel en irritatie van de slijmvliezen. Daarnaast zijn er aanwijzingen dat luchtwegklachten toenemen bij CO 2-concentraties boven de 800 ppm (Smedje en Norbäck, 2000). Voorts kwam uit literatuurstudie door de GGD naar voren dat de overdracht van ziektekiemen via de lucht gereduceerd wordt bij CO 2-concentraties tot beneden de 650 ppm. Een en ander resulteert in de toetswaarden voor luchtkwaliteit van de GGD zoals vermeld in tabel 1. Deze tabel is met de klasse "zeer goed" een uitbreiding van de systematiek van NEN Ter informatie wordt nog vermeld dat onbelaste buitenlucht ongeveer 0,04 vol% = 400 ppm CO 2 bevat. Tabel 1: gezondheidkundige toetswaarden voor ventilatie in scholen en kindercentra Ventilatieklasse CO 2- concentratie 98-percentiel CO 2-concentratie 98-percentiel incl. achtergrond van 400 ppm verse-luchtstroom per persoon binnen-buiten ppm Ppm liter per sec. m 3 per uur 0. zeer goed < 250 < 650 > 25 > 90* I. goed II. matig III. onvoldoende IV. slecht > 1000 > 1400 < 6 < 22 *Berekend op basis van extrapolatie uit NEN De vermelde debieten van de verseluchtstroom gelden alleen voor mengventilatie en niet voor verdringingsventilatie. Voor de gezondheid is CO 2 een indicator. Het debiet is slechts een middel om het doel te bereiken. Bron: Gezondheidkundige toetswaarden voor ventilatie in scholen en kindercentra, LCM 2006 Literatuur Smedje, G. and D. Norbäck, New ventilation systems at select schools in Sweden; effects on asthma and exposure. Arch Environ Helath 2000; 55:

21 Bijlage 2 Het CO 2-concentratie als maat voor de binnenluchtkwaliteit De kwaliteit van het binnenmilieu in het algemeen, en van de binnenlucht in het bijzonder, hangt af van de mate van vervuiling enerzijds en de effectiviteit van de reiniging/ventilatie anderzijds. Bronnen van vervuiling zijn: Aantallen bewoners/bezoekers Soorten van activiteiten die bewoners of bezoekers uitvoeren Gebruikte bouw- en afwerkingmaterialen (met name oplosmiddel houdende verf, lijm, kit) en inrichting, zoals meubels van spaanplaat e.d. Afhankelijk van de aard van de activiteiten produceren bewoners/bezoekers in meer of mindere mate geurstoffen, waterdamp en CO 2 (bio-effluenten); daarnaast nemen zij allergenen (van bijvoorbeeld huisdieren) en micro-organismen mee in het gebouw. Deze stoffen moeten, tezamen met langzaam in de lucht vrijkomende oplosmiddelen uit verf, vloerbedekking e.d. door reiniging en ventilatie uit het binnenmilieu worden verwijderd. Indien mensen (bewoners/gebruikers) de belangrijkste vervuilingsbron zijn, dan is de CO 2- concentratie een goede indicator voor de concentratie vervuilende (geur-)stoffen in de lucht. Daarbij gaat het dus niet om de CO 2 zelf, maar om de geurstoffen die mensen als hinderlijk ervaren. Net als geurstoffen is CO 2 een product van de menselijke stofwisseling. De concentratie wordt uitgedrukt in parts per million (ppm); 1 ppm =0,0001 volume procent; dit komt overeen met het één miljoenste deel van het volume of gewicht. In schoolgebouwen kunnen de CO 2-concentratie variëren tussen circa 400 en 5000 ppm. Een relatief luchtvochtgehalte (RV) tussen de 30 en 70% geeft de minste klachten. Klachten over droge lucht hangen vrijwel altijd samen met slechte kwaliteit van de lucht (met name een hoge concentratie stofdeeltjes in de lucht) en niet met een te lage relatieve luchtvochtigheid. Verder speelt de temperatuur in het gebouw een rol bij het optreden van gezondheid- en hinderklachten. Uit onderzoek in kantoorgebouwen is gebleken dat klachten gaan toenemen met de temperatuur indien deze stijgt boven de 23 C. 19

22 Bijlage 3 Berekening van de ventilatiebehoefte De volgende berekeningen gaan uit van volledige menging van de binnenlucht. Als regel is echter de CO 2-concentratie in afgevoerde lucht minder dan de helft van de concentratie in ingeademde lucht. De efficiency is dus < 50%. Wanneer mensen een lege ruimte betreden zal de CO 2-concentratie geleidelijk stijgen tot en het evenwichtniveau waarbij de CO 2-productie door de aanwezige mensen gelijk wordt aan de afvoer van CO 2 door ventilatie. Vergelijking 2 in bijlage 4 beschrijft dit proces. Uit vergelijking 3 (bijlage 4) volgt de relatie tussen de CO 2-concentratie (C E) waarbij evenwicht is bereikt, de CO 2-productie (q) en het ventilatiedebiet (φ): C E = q/φ (1) Het ventilatiedebiet dat nodig is om de concentratie beneden de limiet (C L) te houden volgt dan uit: φ = q/c L (2) In tabel 1 staan de CO 2 -productiecijfers zoals die zijn berekend in bijlage 5. De tabellen 2 t/m/ 6 geven de met vergelijking (2) berekende ventilatiebehoefte per persoon voor diverse leeftijden en inspanningsniveaus en voor CO 2-limieten van respectievelijk 650, 800, 1000, 1200 en 1400 ppm zoals die zijn genoemd in de uitgangspunten in paragraaf 1.2. Uit de tabellen blijkt duidelijk dat de ventilatiebehoefte afneemt indien de CO 2 -limiet hoger is. De ventilatiebehoefte neemt toe bij toenemende inspanning en leeftijd. Opvallend in deze tabellen is de uitkomst voor de "standaard man". Dit is een man van 35 jaar, 1,70 m lang, die 70 kg weegt. Uit de groeicurve van jongens van 1-21 jaar (TNO/LUMC, 1997) blijkt dat jongens van 20 jaar gemiddeld groter en zwaarder zijn. Daardoor is de ventilatiebehoefte van een 20 jarige groter dan die van de "standaard" man. De voorspellende waarde van het hier beschreven model werd getoetst aan de hand van CO 2 -metingen in de Gravenburgschool in Groningen. Hiertoe werden door de GGD- Groningen bepaalde P98-waarden van CO 2-metingen in de school uitgezet tegen de berekende waarden op basis van het model (figuur 1). Bij de berekeningen van de C E - waarden werd uitgegaan van het in deze school gehanteerde ventilatiedebiet van 600 m 3 /u per lokaal, vergelijking (1) en tabel 1 (laag inspanningsniveau). Indien het model perfect zou kloppen, zouden deze beide waarden gelijk moeten zijn; d.w.z. op een lijn liggen die door het nulpunt gaat. Alhoewel slechts een beperkt aantal metingen beschikbaar zijn om berekeningen mee te vergelijken, lijkt het model redelijk te kloppen. In deze berekeningen is uitgegaan van een "laag inspanningsniveau" hetgeen overeenkomt met activiteiten als rustig lezen en schrijven (bijlage 5). Vervolgens werd de ventilatiebehoefte berekend voor kinderen van 6 en 12 jaar bij diverse CO 2 -evenwichtsconcentraties. In deze berekening werd uitgegaan van 30 leerlingen en 1 leerkracht per klaslokaal en een laag inspanningsniveau (figuur 2). Het verband tussen de concentratie en het debiet is omgekeerd evenredig. Vanwege deze wiskundige wetmatigheid is dit verband een curve en geen rechte lijn. Dat betekent dat voor een verdere verlaging van de CO 2 -concentratie (verbetering van de luchtkwaliteit) bij lage CO 2 - limieten de toename van de ventilatie veel groter moet zijn dan voor een vergelijkbare kwaliteitsverbetering bij hoge CO 2-limieten. Tabel 7 tenslotte, geeft de debieten voor een standaard klaslokaal van 30 leerlingen van 12 jaar en 1 leerkracht. 20

23 Tabel 1 CO 2-productie per leeftijd en inspanningsniveau (zie bijlage 4) Inspanningsniveau Diepe rust rust laag middel hoog Leeftijd [jaren] [m 3 CO 2 /s] 2 7, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , *35 3, , , , , * Standaard man Tabel 2 Leeftijd [jaren] Ventilatiebehoefte per leeftijd en inspanningsniveau bij 650 ppm (incl. 400 ppm in de buitenlucht) Inspanningsniveau Diepe rust rust Laag middel hoog Ventilatiedebiet [m 3 /u] * * Standaard man 21

24 Tabel 3 Leeftijd [jaren] Ventilatiebehoefte per leeftijd en inspanningsniveau bij 800 ppm (incl. 400 ppm in de buitenlucht) Inspanningsniveau Diepe rust rust Laag middel hoog Ventilatiedebiet [m 3 /u] * * Standaard man Tabel 4 Leeftijd [jaren] Ventilatiebehoefte per leeftijd en inspanningsniveau bij 1000 ppm (incl. 400 ppm in de buitenlucht) Inspanningsniveau Diepe rust rust Laag middel hoog Ventilatiedebiet [m 3 /u] * * Standaard man 22

25 Tabel 5 Leeftijd [jaren] * Standaard man Ventilatiebehoefte per leeftijd en inspanningsniveau bij 1200 ppm (incl. 400 ppm in de buitenlucht) Inspanningsniveau Diepe rust rust Laag middel hoog Ventilatiedebiet [m 3 /u] * Tabel 6 Leeftijd [jaren] * Standaard man Ventilatiebehoefte per leeftijd en inspanningsniveau bij 1400 ppm (incl. 400 ppm in de buitenlucht) Inspanningsniveau Diepe rust rust Laag middel hoog Ventilatiedebiet [m 3 /u] * Tabel 7 Benodigde ventilatiedebieten voor een standaard klas met 30 leerlingen en 1 leerkracht Luchtkwaliteit Debiet/leerling 12j Debiet/leerkracht Totaal debiet ppm CO 2 [m3/u] [m3/u] [m3/u]