TNO ventileert scholen via plafond

TNO Bouw en Ondergrond heeft een ventilatieconcept voor scholen ontwikkeld waarbij de ruimte boven het systeemplafond werkt als één grote luchtverdeeldoos. Het concept is vrijwel leidingloos en leent zich ook uitstekend voor bestaande gebouwen.

Het klimaat in scholen is volop in discussie. Het komt de leerprestaties ten goede als de CO2-concentratie onder de 1200 ppm blijft en volgens Nederlands en Deens onderzoek liefst zelfs onder de 800 ppm. Ventileren is dus noodzaak. Maar in de praktijk blijken er vele bezwaren te zijn, met als gevolg dat het raam toch dicht blijft. Eén reden daarvoor is hinderlijk buitengeluid. Een andere belangrijke reden is dat ventileren vaak tochtklachten veroorzaakt, met name bij lagere buitentemperaturen. Voorverwarmen van de in te blazen lucht is daarvoor geen structurele oplossing omdat het daardoor in het voor- en najaar al snel te warm wordt in het lokaal. TNO Bouw en Ondergrond is daarom aan de slag gegaan met de ontwikkeling van een eenvoudig ventilatiesysteem zonder tocht- en geluidklachten.

TNO heeft het concept hiervoor ontwikkeld op basis van theorie en proefopstellingen. Inmiddels is ook een prototype ingebouwd op een school in Sliedrecht, waar de directie verbouwplannen heeft. Hier worden praktijkmetingen gedaan, met als referentie een naastgelegen lokaal. De meetresultaten worden aangevuld met een wekelijkse belevingsenquête onder leerlingen en leerkrachten van beide lokalen.

Verdeling
Belangrijkste uitgangspunt van het concept is dat de lucht verdeeld over het gehele plafond wordt ingeblazen. Daardoor is een heel lage instroomsnelheid te realiseren (wintersituatie ca 0,5 m/s). Uit laboratoriummetingen blijkt dat het mogelijk is om zelfs met een ondertemperatuur van 20 graden tot tweemaal het door het Bouwbesluit vereiste ventilatieniveau tochtvrij te realiseren. De instromende lucht wordt overigens ook al verwarmd door warmtetransport door het plafond. In Sliedrecht werd bij een buitentemperatuur van 0º C een inblaastemperatuur van 9º C gemeten. Door die opwarming halveert de relatieve luchtvochtigheid, waardoor er geen condensatie kan optreden. Ook de afkoeling van het plafond is gemeten. De temperatuur aan de onderzijde was gelijk aan de normale luchttemperatuur in het lokaal op 1,1 meter. Dat betekent dus dat er geen sprake is van oncomfortabele koudestraling.

Vanwege het tijdelijke karakter van de maatregelen is in Sliedrecht gekozen om voor de luchttoevoer simpelweg gaten te boren in het systeemplafond. Uit onderzoek is gebleken dat de gaten idealiter op een onderlinge afstand van 30 cm zitten, verdeeld over het gehele plafond. De onderlinge afstand zorgt ervoor dat er rondom de instromende lucht voldoende warme lucht aanwezig is voor een goede menging. Daardoor is 40 cm onder het plafond al geen koude lucht meer te voelen. De lucht blijkt zich ook keurig te verdelen over het gehele lokaal.

Leidingloos
Het ventilatiesysteem werkt met een CO2-gestuurde toevoerventilator. Deze is in het prototype simpelweg ingebouwd in een houten box, die de plaats van een raam heeft ingenomen. Met de ventilator wordt lucht van buitenaf ingeblazen boven het systeemplafond. De houten box is aan de binnenzijde geluiddempend bekleed en is voorzien van zes geluiddempende slangen van elk ongeveer een meter lang. Dit is vooral bedoeld om geluidhinder van de ventilator te voorkomen, alsmede om storende buitengeluiden tegen te gaan. Volgens onderzoeker Piet Jacobs is het ontbreken van leidingen ook de grote kracht van het systeem. ‘Het systeem werkt met minimale drukverschillen. Doordat je geen leidingen hebt, hoef je geen grote druk op te bouwen. Daardoor ook kun je volstaan met een grote ventilator die op een heel laag toerental draait en zijn de geluidsproductie en het stroomverbruik van het hele systeem minimaal. Sensoren en ventilator verbruiken samen nog geen 10 Watt.’ En uiteraard vertaalt een en ander zich ook terug in lage kosten van apparatuur en aanleg.

Als afvoer van ventilatielucht wordt in Sliedrecht gebruik gemaakt van reguliere raamroosters, zij het wel met suskasten. Ook deze zijn in één geheel ingebouwd op de plek van een bovenraam. In een definitieve situatie zouden wellicht overstroomroosters met terugslagklep kunnen worden geïnstalleerd, waardoor terugstroming wordt voorkomen.

Nachtventilatie
Door de grote capaciteit van de toevoerventilator, is het systeem ook geschikt voor nachtventilatie in de zomer. Op maximale capaciteit kan de lucht in het lokaal 13 keer per uur worden ververst. Met voldoende warmteaccumulerend vermogen in het lokaal is het mogelijk om het lokaal in de zomer enkele graden onder de buitentemperatuur te houden (mits het ’s nachts voldoende afkoelt). Maar ook overdag kan op temperatuur worden geventileerd. De regelunit is daartoe voorzien van sensoren voor zowel binnen- als buitentemperatuur.

Verwarming
Belangrijk is uiteraard ook de koppeling met het verwarmingssysteem. In Sliedrecht is de centrale verwarming voorzien van een thermostaatknop, maar die zit op een slecht bereikbare plek achter een kast en staat op stand 5. Daardoor kan het gebeuren dat de verwarming is ingeschakeld, terwijl het ventilatiesysteem extra bijschakelt omdat het een te hoge binnentemperatuur meet. Andersom is die koppeling ook belangrijk. Als er geen mensen in het lokaal aanwezig zijn (er geen CO2 wordt gemeten) moet in het stookseizoen de ventilator volledig worden uitgeschakeld en de roosters worden gesloten. Daarmee worden ongewenste warmteverliezen tegengegaan.

Diverse uitvoeringsvormen
TNO heeft octrooi op het ventilatieprincipe waarbij de ruimte boven het verlaagde plafond werkt als luchtverdeeldoos. De bedoeling is dat marktpartijen onder dit octrooi de verschillende systeemonderdelen gaan produceren en verkopen. Het concept is in principe met alle luchttoe- en afvoersystemen toe te passen. De uitvoeringsvorm hangt af van de bouwkundige randvoorwaarden. In het geval van een school met alleen begane grond met een plat dak, kan het voordelig zijn om de ventilator op het platte dak te monteren. In geval van een lokaal met daarboven een kapconstructie kan de afvoerlucht collectief via de kap worden afgevoerd om oververhitting te voorkomen. In situaties waarin men het gevelbeeld niet wil aantasten, heeft het de voorkeur de toevoerlucht collectief toe te voeren en per lokaal met overdrukroosters af te voeren. Indien men energiezuinig wil ventileren in het stookseizoen is het mogelijk om lage druk WTW boven het plafond toe te passen. Al deze mogelijke uitvoeringsvormen moeten voldoende zijn om de creativiteit van adviseurs en architecten te prikkelen.

Tekst: Henk Wind; Foto’s: TNO en Henk Wind

Meer informatie:
TNO Bouw en Ondergrond, ir. Piet Jacobs, www.tno.nl/frisse-school
Stichting Gezond leren? Beter ventileren!, www.gezondleren.nl