Inomhusklimat | 23 aug 2023

Behovsstyrd ventilation kan bli bättre

Med jämna mellanrum får man höra om behovsstyrda ventilationssystem som inte fungerar som planerat. Även myndigheterna i de nordiska länderna har varit oroade över utmaningarna med systemen. De var intresserade av att få se en sammanfattning av den nuvarande situationen, orsakerna till problemen och vilka korrigerande åtgärder som borde vidtas. Nordic Ventilation Group (NVG), en grupp nordiska ventilationsforskare tog tag i saken.

NVG har nyligen publicerat en sammanfattning över vikten av behovsstyrda ventilationssystem i byggnader och behovet av att korrigera aktuella fel och brister i dessa system. Sammanfattningen som Panu Mustakallio redigerat har publicerats på Scanvacs webbsida (scanvac.eu). Dokumentet är baserat på gruppens erfarenheter och resultat från Nordic Ventilation Forum den 21 september 2022.

DCV-system behövs

Krav på betydande energibesparingar och samtida krav på ökade och optimerade ventilationsluftflöden i byggnader skapar ett uppenbart behov av behovsstyrda ventilationssystem. För närvarande används nästan 40 procent av den totala energiförbrukningen i Europa i byggnader,  ventilationen står för en betydande del av denna energiförbrukning. Enligt vetenskapliga studier kan energiförbrukningen för värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem minskas med 20-50 procent jämfört med konstantflödessystem. Detta påverkas starkt av hurdana användningsprofiler och utnyttjandegrader som finns i byggnaden, som varierar avsevärt i olika typ av utrymmen. För många kontorsbyggnader till exempel är den typiska utnyttjandegraden 30–40 procent.

Så fungerar DVC-system

Huvudprincipen för behovsstyrda ventilationssystemet (DCV) är att upprätthålla goda inomhusklimatförhållanden för boende i byggnader genom kontinuerlig styrning av till- och frånluftsflöden utifrån användning, föroreningsbelastning och termisk belastning.  Dessa system kallas också variabelflödessystem (VAV). Vanligtvis är även vattenbaserade värme- och kylsystem i rummen (till exempel kylbafflar, fläktkonvektorer eller strålningspaneler) kopplade till behovsstyrda ventilationssystemet.  I dessa system baserar sig luftflödet på användningen och tilläggs kyl-/värmebehovet täcks med vattenbaserade system.

Även med effektiv värmeåtervinning från ventilationens frånluft orsakar överskott av konstant ventilationsluftflöde under uppvärmningssäsongen värmeförlust

Konstantflödessystem (CAV) måste däremot dimensioneras för att klara de mest krävande situationerna med maximalt luftflöde, ventilationsfläktens energiförbrukning och energiförbrukning för kylning/uppvärmning för ventilation kan inte minskas utan behovsstyrning. Även med effektiv värmeåtervinning från ventilationens frånluft orsakar överskott av konstant ventilationsluftflöde under uppvärmningssäsongen värmeförlust och ökar både fläkt- och värmeenergiförbrukningen. Beroende på byggnadens användning och typ, och baserat på livscykelkostnadsanalys, borde man alltid överväga om DCV- eller CAV-system lämpar sig bättre för byggnaden.

Vanligtvis styrs ventilationsluftflödena i ett DCV-system utifrån schema, närvarodetektor, temperatursensor och koldioxidsensor. Tilluftsflöden i rum eller i ventilationsdonen kan varieras mellan minsta och maximala luftflöden, med stegreglering med specificerade luftflödessteg eller med på/av-reglering med forcerade/normala luftflöden. Styrning av luftflöden i DCV-system kan designas för enskilda rum, zoner eller specifika moduler i öppna områden som kontorslandskap.

Ytterligare frånluft från köksfläkten bör balanseras ordentligt genom att kontrollera tilluftsflödet i systemet

DCV-system i flerbostadshus kan styra ventilationsluftflöden på lägenhetsnivå. Detta görs vanligtvis genom att byta till lågt luftflöde när lägenheten är tom och ha forcerat luftflödesläge när köksfläkten används. Ytterligare frånluft från köksfläkten bör balanseras ordentligt genom att kontrollera tilluftsflödet i systemet. I små lägenheter kan detta göras genom att låna luftflöden från andra lägenheter, men balanseringen av luftflöden bör göras noggrant när flera lägenheter forcerar ventilationen samtidigt.

De tre vanligaste sätten att upprätthålla luftflödesbalansen är att balansera till- och frånluftsflödena på rumsnivå eller att hålla konstant frånluftsflöde i rummet, och när tilluftsflödet forceras får rummet övertryck och forcerade luftflöde avlägsnas centrerat. De tredje sättet är att endast installera tilluftsdon i rum och överföra frånluft till centraliserade frånluftsdon.

DCV-system kan delas in i tryckoberoende och tryckberoende system, beroende på reglering av luftflöden.

Tryckoberoende system kräver reglerspjäll/-enheter med variabel luftvolym på alla platser i ventilationskanalsystemet där luftflödet mäts och styrs till önskad nivå. Detta kräver VAV-spjäll före alla till- och frånluftsdon för den mest flexibla DCV-systemlösningen. Tryckoberoende system kan användas för både till- och frånluftskanaler.  Det kompenserar för variationerna i det statiska trycket i kanalsystemet.

Tryckberoende system använder konstanta statiska tryckspjäll (CSP) för att justera kanalzonen till önskad nivå. CSP-spjäll inkluderar vanligtvis mätning av luftflöde och statiskt tryck från den specifika platsen för kanalzonen.

Kanalzonen måste utformas för att upprätthålla en konstant statisk trycknivå, genom att använda den statiska återförstärkningsprincipen efter rumsgrenar. Detta kräver låga lufthastigheter på 3–4 m/s med maximalt luftflöde och samma huvudzonskanalstorlek i hela zonens kanalsystem. Tryckberoende system kan användas för tilluftskanalsystem.

Ytterligare VAV-spjäll med luftflödesmätningar behövs inte före alla tilluftsdon. Aktiva tilluftsdon kan användas för att justera ventilationsluftflöden i rummen. Dessa luftdon har ett konstant spridnngsmönster med olika luftflöden, vilket minskar risken för drag.

DCV-system är komplexa, de behöver mer kunskap och innehåller fler sensorer och ställdon än ventilationssystem med konstant luftflöde.

Luftbehandlingsaggregat i byggnader med DCV-system använder tryckreglering av tillufts- och frånluftsfläktar till önskad trycknivå i kanalsystemet. Frekvensomriktare används för att reglera fläkthastigheten för att undvika övertrycksförluster och för att balansera till- och frånluftsflöden. Det kan finnas en fläkthastighetsoptimeringsfunktion där öppningen av spjällen kan hållas så öppen som möjligt för att minska energiförbrukningen på fläkten.

Problem med DCV-system

Då man samlade ihop erfarenheter av behovsstyrda ventilationssystem visade sammanfattningen att mångfalden av problem i DCV-system motiverar behovet av att förbättra systemens funktion.

DCV-system är komplexa, de behöver mer kunskap och innehåller fler sensorer och ställdon än ventilationssystem med konstant luftflöde. Det finns inte tillräckligt med kunskap och färdigheter hos underhållspersonal för att hantera dessa system.

Det verkar att problem finns i alla skeden av byggprocessen: planering, installation, idrifttagning och drift.

Planering

Från planeringen lyftes fram bland annat att dimensionerna på kanalerna var för små och asymmetriska för korrekt DCV-systemdrift. Ventilationsluftflödesområdet från minimum till maximum är vanligtvis mycket stort (1:8) i kommersiella och offentliga byggnader, vilket orsakade problem för mät- och reglering för DCV-systemdesign och drift.

Tilluftsdonens dimensionering var inte korrekt utförd för alla VAV-förhållanden, vilket orsakade drag. Systemdokumentationen var inte tillräcklig, automationsdokument var generella standardscheman utan byggnadsspecifika styrstrategier och börvärdesdata. Luftflödet med medium ventilation i rummet specificerades inte i planeringsdokumenten. Kontrollsekvensen för DCV-systemet med vattenbaserad kylning dokumenterades inte (luft- eller vattenkylning först).

Underdimensionerade luftbehandlingsaggregat och underskattat tryckfall i kanalsystem är underliggande problem när inte föreskrivet luftflöde uppnås.

Luftflödet i rummet  kan vara för lågt på grund av underdimensionerade VAV-enheter eller luftdon. Ljudproblem har rapporterats pga. system utan zonspjäll. Obalans (tryckskillnad mellan rummen) på grund av till- och frånluft som täcker olika zoner, utan luftöverföring. Instabil drift på grund av för lågt flöde över VAV-enhet. Vid Vmin flöde tappar traditionella VAV-spjäll sin mätförmåga på grund av att differentialtrycket blir obefintligt över mätflänsen.

Installation

Installationen verkar inte heller alltid lyckas. Reglerspjäll och styrsensorer var installerade på fel ställen och VAV-spjäll installerades platser där de var svåra att underhålla. Det förekom problem med VAV-spjäll som indikerade fel luftflöde på grund av felaktig installation, avsaknad av raksträcka före spjäll etc.

Vissa kablar var inte alls anslutna, tryckslangen till mätflänsen kunde sitta löst eller annars  felaktigt installerat. Ventilationsluftflödet i rummet var för litet eller för högt på grund av fel placerade CO2-sensorer.

Bullerproblem i tryckstyrda system på grund av dålig placering av tryckuttag eller på grund av att VAV-enheten var placerad för nära kanalens t-gren. Polaritetsfel i VAV-system (24V AC-fältbuss ansluten till VAV-enheter med olika polariteter).

Driftsättning

I många fall gjordes idrifttagningen av DCV-systemet inte korrekt. Föreskriva luftflöden uppmättes inte. Vid kontroll av Vmin, Vmedel, Vmax flöden i rummet var Vmedel och Vmax  flödena i fel ordning. Förhållandet mellan tillufts- och frånluftsflöde var inte i balans.

Börvärdet för rumstemperaturen var för lågt, vilket ledde till kontinuerlig onödig kylning med maximalt luftflöde. Fel k-faktor för VAV orsakade fel flöde. För litet ventilationsluftflöde i rummet på grund av för lågt tryckbörvärde i kanalen. För litet eller för högt luftflöde i rummet på grund av CO2-sensorn (signalfel, fel kalibrering eller svarstid) eller på grund av felaktigt programmerade Vmin och Vmax vid VAV-enhet.

Ljudproblem i tryckreglerade system på grund av för högt tryckbörvärde. Adresseringsfel i VAV-systemstyrenheter (VAV-enhet som styrs av sensorn är placerad i ett annat rum än tilluftsdonet). Anslutningar till fastighetssystem var inte heller alltid korrekt och tydligt utförda.

Drift

Under drifttiden framkom många problem. Fastighetsförvaltningen visste inte hur man använder automationssystem och förstod inte den övergripande verksamheten.

Dokumentation för ventilations- och automationsplaneringen var i många fall inte tillgänglig. Ställdon hade fastnat.  VAV-enheten rapporterar 0 m3/h på grund av smutsig VAV-flödeskorsning eller trasig tryckgivare, mätslangarna till VAV-spjällen blev igensatta av damm  och spjällen tappade förmåga att mäta luftflödet.

VAV-enheten indikerade 0 m3/h på grund av överdimensionerade VAV-spjäll och mättrycket blev för lågt för flödesmätning. Obalans mellan rum på grund av smutsigt VAV-luftflöde i frånluftskanalen och instabil drift på grund av smutsig VAV-mätkors. För litet luftflöde i rummet på grund av att VAV-enheten stoppades på grund av bussfel.

Bullerproblem i tryckstyrda system på grund av att trycksensorn skadats och obalans (tryckskillnad mellan rum) på grund av nolltrycksfel i tryckgivare på grund av tryck/elektrisk spik. Mekaniskt fel med VAV-spjällbladets funktion eller lös öppningsplatta i fel läge.

En forskningsstudie av 8 byggnader med DCV-system avslöjade att DCV-systemet i endast en byggnad fungerade som planerat.

Förbättringsförslag

Vad borde man då göra för att förbättra situationen. Baserat på Nordic Ventilation Forums presentationer och diskussioner föreslår forskarna åtgärder. Utbildningen av planerare, entreprenörer och underhållspersonal bör förbättras.

Ventilationskontroller borde övervägas även i andra nordiska länder, med särskilt fokus på inspektion av DCV-systemets drift.

Korrekt utförd planering behövs med fokus på krav och uppdaterade och fastighetsspecifika dokument. Idrifttagningstester innan byggnaden tas i bruk. Bättre idrifttagnings- och underhållsprocesser/kontrakt. Väl utformad användning av BMS för kontinuerlig övervakning. Uppskattning och förbättrad motivation hos underhållspersonal. Regelbundna inspektioner.

NVG anser det även nödvändigt med förbättringar relaterade till tekniken för DCV-system. Man lyfter fram att det behövs stort och tillförlitligt mätområde för luftflöden i VAV-mätenheter, smarta och robusta styrsystem, samt användning av IoT för att övervaka inomhusklimatförhållanden och systemdrift.

Vad kan vi lära oss av andra?

En viktig fråga som togs upp under Nordic Ventilation Forum var erfarenheterna från Sverige med obligatorisk ventilationskontroll och betydligt färre rapporterade problem med DCV-system.

Ventilationskontroller borde övervägas även i andra nordiska länder, med särskilt fokus på inspektion av DCV-systemets drift.

En annan viktig aspekt som presenterades var från Norge, där ett grundligt idrifttagningstestförfarande utvecklades för DCV-systemet och testades i praktiken framgångsrikt. Huvudskillnaden till idrifttagningen av ventilationssystemet med konstanta luftflöden, inklusive test av endast ett driftläge, var att testa alla driftlägen för DCV-systemet och överväga olika styrzoner parallellt.

Text och foto: Siru Lönnqvist