Ventilasjon, luftkvalitet og energiforbruk

Vi skal fortsatt bo i husene som ble bygd på 70-80 og 90-tallet. Men de må oppgraderes og rehabiliteres for å bli energigjerrige og klimasmarte. Samtidig vil en tettere bygningskropp kreve bedre ventilasjon for et godt inneklima. Dette er noe Maria Justo Alonso er opptatt av i sin ph.d.

 

Maria Justo Alonso er forsker og ph.d. kandidat i FME ZEN. Her med en av sensorene hun har laget.

I sin doktorgrad med tittelen «Improvements in Demand-Controlled Ventilation to Reduce Energy Use and Improve Indoor Air Quality» har hun studert og testet hvordan det er mulig å få god innendørs luftkvalitet ved hjelp av ventilasjonssystemer som justerer seg etter luftkvaliteten i rommet, som igjen gjør at man sparer energi.

Fra bergvarme til ventilasjon
Hun er utdannet gruveingeniør fra Spania, og slik begynte interessen for bergvarme. Men ventilasjon og varmepumper ble det først da hun kom til Norge for å ta en master i 2007. Deretter fikk hun jobb som vitenskapelig assistent ved NTNU, før hun ble ansatt i SINTEF Energi og jobbet med ventilasjon og varmepumper i 5 år. Deretter begynte hun i SINTEF Byggforsk og jobbet med det samme i 7 år.

– Da tenkte jeg plutselig, nå har jeg jobbet med det samme veldig lenge. Nå vil jeg gå mer i dybden og lære mer om saker og ting som blir en del av mine prosjekter, sier hun. Og da muligheten til å ta en doktorgrad i FME ZEN kom grep hun den.  Hun kjente sentret godt etter å ha vært med å skrive søknaden.

Inneklima og helse
I takt med økt søkelys på at bygninger skal være tette og isolerte for å reduser energiforbruket, har også behovet for å sikre god nok luftkvalitet i disse bygningene økt.

– Vi har mange gamle bygninger som er renoverte, men det må ikke gjøres uten å tenke på luftkvaliteten, fordi luftige hus som plutselig blir tette mangler gjerne gode nok ventilasjonsanlegg for å håndtere luftkvaliteten. Dette gjelder også i stor grad i nye bygninger, hvor man også trenger fokus på god luftkvalitet. målinger.

Maria poengterer flere ganger at helse og produktivitet henger veldig sammen med kvaliteten på inneklimaet. Å jobbe og bo i bygninger der luftkvaliteten er dårlig går utover helsa, produktivitet og trivsel.

Dette har ført til et behov for å få nye ventilasjonsløsninger som sikrer at luften blir skiftet ut. Mekanisk ventilasjon er vanlig å velge for å tilfredsstille byggeforskriftene, og i typisk kontorbygg og næringsbygg er dette ventilering etter behov (DCV), som sammen med varmegjenvinning velges for å redusere energibehovet. Med DCV skrur ventilasjonen seg av og på etter hvor fulle rommene er. CO2-innholdet i rommet måles for å bestemme hvor fullt rommet er, gjerne sammen med temperaturen. Når denne mengden går ned reduseres også ventilasjonen. Men Marias forskning viser at denne måten å gjøre det på ofte ikke tar nok hensyn til andre mulige helseskadelige stoffer i lufta.

Helhetlig metode
Målet med doktorgradsavhandlingen er å utforske og utvikle en holistisk (helhetlig) metode for å få bedre kontroll på ventilasjonen på en slik måte at man reduserer energiforbruket og forbedrer innendørs luftkvalitet (IAQ).

Maria Justo Alonso har gjennomført litteraturstudier for å finne ut hvorfor DCV-anlegg som benyttes i dag ikke er gode nok.  – Her fant jeg at CO2-konsentrasjon og temperatur er viktige faktorer for å måle om det er folk til stede i rommet. Imidlertid gir disse målingene ikke svar på om det finnes andre forurensningskilder enn folk og som har betydning for luftkvalitet og helse.  Jeg fant ut at det var viktig å måle andre forurensninger i tillegg, og som kan benyttes til å kontrollere ventilasjonen.  Dette kan være partikler, flyktige organiske forbindelser, formaldehyd og annet som kan gi helseskade om man eksponeres for dem over lang tid.

I neste runde gjennomførte hun feltstudier for å finne ut hva som var viktig og mulig å måle av forurensninger. Her satte hun ut målere på tre kontorer, fire skoler/klasserom, ett industrikjøkken, en gym og på 21 hjemmekontor. De siste ble sortert etter om det var dedikerte rom eller bruk av kjøkken, stue eller soverom, eller alt-i-ett: kontor, stue, kjøkken og soverom. Også her sammenlignet hun resultatene med litteraturen for å finne om norske hjemmekontorer skiller seg ut.

«Gjør det selv-sensorer»
– Vi spurte oss selv om hvordan vi kunne utføre disse målingene på en billig, men sikker måte. Vi landet på såkalte Arduino «low-cost sensorer», som man enkelt kan kjøpe fra nettbutikker, og som kan måle CO2, fuktighet, temperatur, VOC, formaldehyd og svevestøv i rommet. Til vårt bruk måtte vi utvikle en kalibreringsmetode for å bekrefte og forbedre nøyaktigheten til disse «billige» sensorene, forteller hun. Disse skulle, sammen med en RaspberryPi for å håndtere kommunikasjon, ikke koste mer enn 200 EURO.

Og dette var utvikling hun ikke hadde jobbet så mye med før. – Matematikk, statistikk og programmering er noe jeg trengte mer dybdekunnskap om og i løpet av doktorgraden har jeg hatt tid til lære meg det. I tillegg har jeg fått mye hjelp fra kolleger fra min og andre avdelinger fra NTNU og SINTEF og andre ph.d. studenter, og jeg har lært utrolig mye. Å jobbe med ph.d. oppgaven har vært utfordrende. Du vet, jeg har gått langt utenfor komfortsonen min på det faglige her, ler hun.

Sensorer som snakker sammen
Hun viser frem en sensorboks som hun har bygd. – Her er det sensorer som måler forskjellige typer forurensning i rommet og uteluft, og de snakker sammen med f.eks. vifter og ventil/spjeld for å kontrollere dem og forbedre luftkvaliteten.

De parameterne som måles er CO2, temperatur, fuktighet, PM, flyktige organiske forbindelser og formaldehyd. For å styre ventilasjonen er det viktig å kun bruke de viktigste parameterne fordi alt som kommer i tillegg gjør det hele mer komplekst.

– Og derfor har vi utviklet en metode for å kunne velge de parameterne som er viktigst i hver case. Så trenger vi en aktuator som gjør noe når målingene krever det. F.eks. åpne et spjeld, aktiverer en vifte o.l.

Helse og inneklima henger nøye sammen. Det er derfor viktig ha god ventilajson i bygg der folk skal bo og jobbe.

 

Bedre inneklima, mindre energibruk.

– Hva tenker du at din ph.d. kan bidra med i det store bildet?

– Jeg mener at funnene kan bidra til utviklingen av mer avanserte løsninger for å regulere ventilasjon slik at en sikrer sunnere innemiljøer, noe som også fremmer produktivitet, og som samtidig bidrar til at bygningene bruker mindre energi.

Maria Justo Alonso merker at det er blitt mer fokus på innendørs luftkvalitet. – Det så vi under koronapandemien. Folk var opptatte av å ha god ventilasjon. Det har betydning for helse, produktivitet, økonomi etc. Folk som jobber i rom med dårlige luftkvalitet kan bli syke av det, og det blir dyrt i lengden. Derfor må det investeres i god luftkvalitet for å få et godt arbeidsmiljø og god helse. Og dette krever mer og mer leietaker. At det også bidrar til lavere energikostnader er jo et stort pluss, sier hun.

I løpet av doktorgradsarbeidet har hun også opplevd utvikling innen ventilasjon og ikke minst på sensorsiden.

– Bare fra jeg startet til i dag har det skjedd mye. Vi kan måle mye mer nå enn vi kunne før og kostnadsmessig er det blitt mye billigere.

Imponerende løp
Maria har i løpet av ph.d.-perioden også rukket å bli mor til to. Den eldste er 2 år, den yngste 3 måneder. Ammetåka er ikke et ukjent begrep, men hvordan lar den seg kombinere med en doktorgrad?

– Det lar seg ikke gjøre, så jeg har hatt svangerskapspermisjoner, smiler Maria. – Men ser jeg bort fra disse har jeg brukt nøyaktig 4 år som planlagt på ph.d.-en. Det synes jeg er bra!

Vilje og stamina må på plass for å klare dette, så får vi håpe tåketeppet holder seg borte til disputasen 5. desember er over.

Tilbake til nyheter

VÅRE PARTNERE

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) er vert og leder senteret sammen med SINTEF Community og SINTEF Energi