SchoolVent

Klimaatverandering zorgt voor hetere zomers. Vooral op scholen kan dit leiden tot hoge binnentemperaturen, lagere leerprestaties en tijdens hittegolven ook de noodzaak om de school te sluiten. Het invoeren van ventilatiesystemen met (passieve) koeling kan dit voorkomen en heeft tevens als voordeel dat de ramen tijdens de lessen gesloten kunnen blijven.

Gesloten ramen verminderen de geluidsoverlast van buitenaf en kunnen in combinatie met fijnstoffilters de fijnstofconcentratie in de klaslokalen sterk verlagen. Met behulp van verdampingskoeling en elektrostatische filtering hebben we aangetoond dat dit op een energie-efficiënte manier kan worden gedaan, waardoor verdere klimaatverandering tot een minimum wordt beperkt.

PvE frisse scholen
In Nederland zijn de zogenaamde PvE frisse scholen programma-eisen opgesteld voor het binnenklimaat in scholen. Ze bestaan uit drie klassen die vergelijkbaar zijn met het energielabelsysteem. De klasse C-eisen zijn gebaseerd op de minimale wettelijke eisen, klasse B verwijst naar een goed binnenklimaat en klasse A naar een uitstekend klimaat. Aan alle vereisten moet worden voldaan gedurende 95 % van de gebruikstijd.
Project
Het doel van het TKI SchoolVent project was om een schoolventilatiesysteem geschikt voor renovatie van bestaande scholen te ontwikkelen dat voldoet aan de klasse A specificaties van de PvE frisse scholen programma-eisen voor CO2, zomertemperatuur, wintertemperatuur en PM2.5.

Pilot test
Na de succesvolle laboratoriumtesten is samen met Virus Free Air (VFA) en Lucam een pilot gestart op het Montessori Lyceum in Zeist. Deze school ligt op nog geen 50 m afstand van de A28, een drukke snelweg. De meeste klaslokalen zijn natuurlijk geventileerd. Vóór de installatie van het SchoolVent-systeem en vóór COVID-19 had dit in januari 2019 geleid tot CO2-piekconcentraties van bijna 4000 ppm in de winter. In de zomer zorgde hoge temperaturen ervoor dat de school doorgaans 3 dagen per jaar gesloten was. De SchoolVent Air Handling Unit is op het dak geplaatst en verbonden met 5 klaslokalen. De geconditioneerde lucht wordt in de klaslokalen geblazen met een T-vormige luchtzakken (airsocks).

VAV
In principe werkt het systeem als een Variable Air Volume (VAV) systeem. Op basis van zowel CO2-concentratie als temperatuur in de klas wordt de hoeveelheid lucht per klaslokaal geregeld met kleppen. Om te voorkomen dat verwarming en koeling elkaar gaan tegenwerken, zijn de radiatorknoppen voorzien van servomotoren die eveneens via het SchoolVent-systeem worden aangestuurd. In de 5 proeflokalen (N2 - N6) en een extra referentieklas (N7) zonder het SchoolVent systeem zijn de prestaties gemonitord.

Stookseizoen
Op een typische schooldag voldoen alle klaslokalen die zijn uitgerust met het SchoolVent systeem aan de klasse A-vereiste van maximaal 800 ppm CO2. In het referentielokaal N7 stijgt de CO2 concentratie om 8:45 uur tot ongeveer 500 ppm en blijft constant tot 9:45 uur. Gedurende deze tijd daalt de temperatuur van 19,8 naar 18,7 °C. Hoogstwaarschijnlijk werd ventilatie gerealiseerd door open ramen en om 9.45 uur werden de ramen gesloten, omdat de temperatuur in de klas te laag werd. Dit resulteert in een temperatuurstijging tot 20,6 °C. Dit gaat echter ten koste van een hoge CO2 concentratie van 2339 ppm. Dit voorbeeld toont het dilemma tussen thermisch comfort en binnenluchtkwaliteit in natuurlijk geventileerde klaslokalen. Het thermisch comfort in de referentieklas voldoet niet aan de klasse C-eis.

WTW
Het SchoolVent-systeem is uitgerust met een platenwarmtewisselaar. Het warmteterugwinningsrendement ligt tussen 60 en 75 % en daalt met het luchtdebiet. Deze fluctuatie in het debiet wordt veroorzaakt door de CO2 regeling op basis van de bezetting van de 5 klaslokalen. Naast energiereductie verbetert de warmteterugwinning ook het comfort. Hierdoor kan in combinatie met de airsock ook bij lage buitentemperatuur tochtvrij worden geventileerd.

Zomer
De indirecte adiabatische koeling heeft duidelijk invloed op de aanvoer en kamertemperatuur van klas N6 op een warme dag. Rond 14:00 uur is de aanvoertemperatuur ongeveer 6,5 K lager dan de buitentemperatuur. De luchtstroom richting klas N6 bedraagt dan 2000 m3/h. Hierdoor ontstaat een koelvermogen van 4,4 kW en blijft de binnentemperatuur op klasse A niveau.

Filtering
Een voorbeeld van het effect van het filtersysteem op het fijnstof in de klaslokalen: In klas N6 wordt om 5.45 uur gefilterde verse lucht ingeblazen. Hierdoor wordt de PM2,5 concentratie verlaagd. In referentielokaal N7 gaan rond 8.30 uur de ramen open. Hierdoor stijgt de PM2,5 concentratie binnenshuis naar de buitenconcentratie, zoals gemeten door twee nabijgelegen nationale meetstations voor de buitenluchtkwaliteit.

Fijnstof concentratie
Uit onderzoek blijkt het daggemiddelde PM2,5 concentraties in een week als 49-50 (2020) in klas N6 70 tot 96 % lager ligt dan in de natuurlijk geventileerde referentieklas N7. Gemiddeld is in dit met SchoolVent geconditioneerde klaslokaal de concentratie lager dan de WHO-jaargemiddelde advieswaarde van 5 µg/m3. De daggemiddelde concentratie in N7 is vergelijkbaar met de twee nabijgelegen meetstations voor de buitenluchtkwaliteit.

Gebruikersfeedback
Door installatie van het SchoolVent systeem is het binnenklimaat verbeterd. In de gerenoveerde klaslokalen is de luchtkwaliteit en vooral het thermisch comfort in de winter en zomer verbeterd tot klasse A. De studenten en docenten hebben positieve feedback gegeven op het systeem. De automatische temperatuurregeling en CO2 sturing werd gewaardeerd. Wanneer de temperatuur in de zomer stijgt, is het pilotsysteem erg prettig, omdat de temperatuur een paar graden kan worden gekoeld. Ook de verbetering van het thermisch comfort tijdens de winter was belangrijk, aangezien de monitoringsperiode werd uitgevoerd tijdens de COVID-19-periode waarbij de ramen in de andere klaslokalen werden geopend voor voldoende ventilatie. Dat veroorzaakte veel tocht- en thermisch comfortklachten. Sommige leraren rapporteerden ook gezondheidsverbeteringen in de proeflokalen. Dit kan worden veroorzaakt door de hogere ventilatie en de veel lagere PM-concentratie. De positieve feedback heeft in 2021 geleid tot de installatie van het systeem in nog eens 14 klaslokalen op het Montessori Lyceum.

Financiering
Het project is uitgevoerd met de Topsector Energiesubsidie van het Ministerie van Economische Zaken. Verder heeft de Provincie Utrecht een bijdrage geleverd door te assisteren bij het vinden van de pilotlocatie en heeft zij financieel bijgedragen aan de installatiekosten. Voor meer informatie: www.schoolvent.nl 

Piet Jacobs, senior onderzoeker binnenmilieu en energiebesparing, TNO