Ventilation
Bygningsstyrelsen sætter fokus på procesventilation Bygningsstyrelsen har siden 2010 arbejdet systematisk på at sikre, at alle landets universitetslaboratorier lever op til moderne forskningsstandarder. Det har ledt til omfattende moderniseringer og nybyggerier af laboratorier over hele landet i et hidtil uset omfang. Med laboratoriemoderniseringsprojekter for knap 6 mia. kr., som Bygningsstyrelsen er bygherre på i perioden mellem 2010 og 2016, er der opstået en unik mulighed for at opbygge kompetencer på området. I samarbejde med vores kunder har Bygningsstyrelsen derfor siden 2010 arbejdet målrettet på videns- og erfaringsindsamling med det formål at udvikle innovative, funktionsoptimale og energieffektive løsninger inden for laboratorieområdet. Bygningsstyrelsen fokuserer på, at gode erfaringer fra specifikke laboratorieløsninger udvikles til at kunne kvalificere andre projekter, som dermed vil profitere af den højt specialiserede viden som den store laboratorieprojektportefølje har givet Bygningsstyrelsen, vores rådgivere og kunder. Hvorfor er fokus på procesventilation vigtig? Ifølge Bygningsstyrelsens analyser udgør ventilationsanlæg knap 40 % af energiforbruget i laboratorier. Langt den største andel energi bruges på procesventilation. Dermed er der mange penge at spare, hvis man udvikler energibesparende procesventilationsløsninger. Bygningsstyrelsen fokuserer systematisk på at udvikle de mest energieffektive procesventilationsløsninger og denne pjece opsummerer ved hjælp af eksempler nogle af Bygningsstyrelsens erfaringer med procesventilation i de igangværende og gennemrøfrte laboratoriemoderniseringer. Eksemplerne varierer i skala fra varmepumpe til ringventilation (se diagrammer s. 9) og illustrerer, at for at realisere mest muligt af potentialet for energibesparelserne kræver det indsatser på mange niveauer. Energieffektivisering betaler sig Det er vigtigt for vores kunder, at energieffektivisering er økonomisk fordelagtig. Derfor har Bygningsstyrelsen fokus på totaløkonomi, så besparelserne medvirker til en bedre økonomi også på lang sigt. I de eksempler, som vi vil gennemgå her, har energieffektiviseringen betydet, at: udskiftning af samtlige stinkskabe giver en forventet besparelse på mellem 3-4 mio.kr./år gennem reduceret energiforbrug på ca. 2-3.000.000 kwh. 2 // VENTILATION // BYGNINGSSTYRELSEN
I aftale om fordeling af globaliseringsreserven til forskning og udvikling 2010-2012 blev der afsat 1 mia. kr. årligt i 2010-2012 til et teknologisk løft af universiteternes laboratorielokaler under den statslige huslejeordning. Samtidig blev det besluttet at iværksætte en grundlæggende modernisering af laboratorielokalerne til i alt ca. 3,0 mia. kr., som finansieres inden for den statslige huslejeordnings rammer. Den i alt 6 mia. kr store laboratoriebevilling benyttes dels til genopretning og opgradering af universiteternes eksisterende laboratorielokaler, dels til erstatningslokaler hvor universiteternes eksisterende laboratorielokaler og -bygninger ikke hensigtsmæssigt kan genoprettes til moderne forskningsstandarder. fokus på varmegenvinding på procesventilation forventes at give store driftsbesparelser. Bygningsstyrelsen forventer energibesparelser på i alt ca. 400.000 kr. om året for de nye laboratorier på Roskilde Universitet ved hjælp af nøje granskning af energiforbruget. etableringen af ringventilation på Aalborg Universitet forventes at have en tilbagebetalingstid på ca. 5 år. Derefter giver ringventilation årligt økonomisk overskud. Succeskriterier Procesventilation er et teknisk kompliceret område, som involverer mange fagspecifikke kompetencer og forskellige interessenter. Det er af gørende for projekternes resultater at sikre: fokuseret kompetenceopbygning hos driftspersonale. Det er også vigtigt at være opmærksom på barriererne, da minimering af disse er afgørende for vellykket implementering: Brugernes adfærd, herunder manglende viden om udstyrets energiforbrug og dets sikkerhedsperformance Manglende systematisk indsamling af data for procesenergiforbrug Manglende koordinering af tværfaglige samarbejder Manglende intern videndeling hos de involverede aktører. at højt specialiseret fagspecifik viden indgår i hvert projekt tidlig ansvarsfordeling i forhold til at optimere procesventilationsløsninger inddragelse af slutbrugerne i de tidlige faser tværfagligt samarbejde gennem hele forløbet erfaringsudveksling mellem projekterne BYGNINGSSTYRELSEN // VENTILATION // 3
Procesventilation og procesenergi Den mængde energi, som forbruges i forbindelse med procesventilation, kan betegnes som procesenergi. Der findes dog ingen konkret definition på procesenergi. Overordnet relaterer procesenergi sig til maskiner og processer, men ikke til bygningsenergi. Det er vigtigt at fokusere på, at procesenergi både kan indeholde et direkte og et afledt forbrug. Ud over at processer i laboratorier har et direkte energiforbrug, medfører nogle aktiviteter også et ekstra energiforbrug. Dette afledte energiforbrug kan eksempelvis være ekstra kølebehov på grund af intern varmebelastning fra udstyr. Procesenergi kan også have indflydelse på varmeforbruget, for eksempel i rum med konstant højt luftskifte, hvilket medfører et større opvarmningsbehov af ventilationsluften. Al energiforbrug til ventilation henregnes under bygningsenergi. For at sikre et nuanceret og operationelt overblik over energiforbruget på laboratorier kan det dog anbefales, at energiforbruget opdeles i bygningsenergi, procesenergi og afledt procesenergi for henholdsvis el og varme. 4 // VENTILATION // BYGNINGSSTYRELSEN
er et vigtigt indsatsområde for reducering af energiforbrug på laboratorier, da de ifølge analyser,, som er foretaget for Bygningsstyrelsen, står for omtrent 38 % af det samlede elforbrug. Med et anslået behov på ca. 1.000 stinkskabe i universiteternes laboratorielokaler er der tale om store miljømæssige og økonomiske gevinster for samfundet ved implementering af de nye typegodkendte stinkskabe. Bygningsstyrelsen og universiteterne stiller krav om godt arbejdsmiljø og herunder god tilgængelighed for arbejdet i stinkskabe. De nye typegodkendte stinkskabe lever således op til gældende tilgængelighedskrav og kan bl.a. hæves og sænkes. Stinkskabsentreprisen EU-normen DS/EN 14175 fra 2004 afløste i februar 2007 den danske standard DS 457. Centralt i EU-normen er typegodkendelsen, som skal sikre, at stinkskabet lever op til strenge krav om energieffektivitet og arbejdsmiljøsikkerhed. er teknisk komplicerede og deres effekt hænger nøje sammen med tilhørende rum- og styringsautomatik. Det er derfor vigtigt for det fulde udbytte af EU-normen at sikre tværfaglig projektering af stinkskabe. Bygningsstyrelsen har med Stinkskabsentreprisen indgået rammeaftaler med de to leverandører, som kan levere typegodkendte stinkskabe med tilhørende rum og -styringsautomatik. Økonomiske fordele Op til 40 % reducering af energiforbrug pr. stinkskab. Forventet besparelse på 3-4 mio. kr./år *. Gennemgribende renovering af stinkskabe og tilhørende ventilationsanlæg vurderes at give en besparelse af det samlede elforbrug på laboratorier på ca. 10 % og 5-10 % af varmeforbruget. På Roskilde Universitet har fokus på stinkskabe resulteret i en elbesparelse i størrelsesordenen 100.000 kwh/år og en besparelse på varmeforbrug i størrelsesordenen 200.000 kwh/år svarende til en driftsbesparelse på 300.000 kr./år. Andre fordele Tilhørende rum- og styringsautomatik reducerer det samlede antal luftskifter. Tilhørende rum- og styringsautomatik muliggør lavere lufthastigheder ved lugeåbning uden sikkerhedsrisiko. Det reducerer væsentligt trækgener som følge af, at stinkskabenes udsug og indblæsningsluftens hastighed kører synkront via tilkoblet automatik. Der er hæve-sænkefunktion fra 650 cm. til 1.200 cm. * Beløbet er baseret på den opnåede besparelse i forhold til det årlige forbrug for 1000 almindelige stinkskabe, hvor hvert enkelt stinkskab forbruger ca. 6-7000 kwh/år BYGNINGSSTYRELSEN // VENTILATION // 5
Visualisering af ny laboratoriebygning på RUC 6 // VENTILATION // BYGNINGSSTYRELSEN
Ventilationsanlæg med booster -funktion Ventilationsanlæg med nødventilation bliver udviklet i forbindelse med de nye laboratorier på Roskilde Universitet. Laboratorierne forventes taget i brug i 2014. Fokus på energigranskning har medvirket til planlægning og projektering af HVAC-anlæg* til det absolut laveste energiforbrug. Dette er dels opnået ved at udarbejde et anlægsdesign med nødventilator -funktion, dels ved at analysere samtidighedsforhold i laboratorierne i detaljer og ud fra dette designe til et luftskifte, der er betydeligt lavere end oprindeligt planlagt i programfasen. Hovedparten af Roskilde Universitets kommende laboratorier har i eksamensperioder et stort udsugningsbehov. Det betyder periodevist en maksimal luftskiftekapacitet. Problemstillingen er energimæssigt, at et traditionelt ventilationsanlæg udlagt til et maksimalt luftskifte blot kan nedreguleres til et minimum-luftskifte, som kan ligge betydeligt over det egentlige luftskiftebehov, hvilket giver et betydeligt overforbrug af energi. Løsningen på Roskilde Universitet er en nødventilator, som i spidsbelastningsperioder øger ventilationskapaciteten, hvilket optimerer driften til et lavere luftskiftebehov resten af året. Økonomiske fordele Samlet er der på ventilationsanlæg opnået en el-besparelse i størrelsesordenen 100.000 kwh/år og på varmeforbrug ca. 80.000 kwh/år samlet et en driftsbesparelse af størrelsesordenen 200.000 kr./år. Det forventes således, at HVAC-anlæg størstedelen af året (85 %) vil kunne drives med en SEL-værdi** på 0,75 kj/m³ mod normalt 1,8 kj/m³ (krav i BR10), hvilket sikrer betydelige energibesparelser. Andre fordele Fleksibel ventilationskapacitet. Energieffektiv drift optimeret til faktisk luftskifte- og samtidighedsbehov. Ventilationsanlægget forventes i normal drift at opnå en SEL-værdi på 0,75 kj/m³, hvilket er mere end en halvering end kravene i BR10 (1,8 kj/m³). * Varme, ventilation og klimatiseringsanlæg (Heat, ventilation & air conditioning) ** Specifikt elforbrug til lufttransport BYGNINGSSTYRELSEN // VENTILATION // 7
Ringventilation Det første ringventilationssystem i Danmark indføres på den nye forsknings- og undervisningsbygning til Institut for Kemi, Miljø og Bioteknologi på Aalborg Universitet og forventes taget i brug sommeren 2014. Tryktab i ventilationsanlæg har store konsekvenser for sikkerhed, økonomi og funktionalitet. Fleksibilitet skal sikres, så fremtidige kapacitetsudvidelser kan tilgodeses på mest økonomisk vis, da flere apparater måske skal tilkobles eller ny forskning vil stille ændrede krav til undervisning og forskning. Ringventilation er velegnet til både nybyggeri og renovering. Eksisterende bygninger vil drage særlig fordel af implementering af ringventilation, da flere bekostelige og fremtidige tidskrævende indgreb kan undgås i bygninger, som ikke oprindeligt er designet til stor grad af foranderlighed og fleksibilitet. Meromkostningen ved at etablere ringventilation på Aalborg Universitet er omtrent 880.000 kr. med en forventet tilbagebetalingstid på ca. 5 år. Andre fordele Ventilationen er sammenkoblet i en ring og ikke i lukkede systemer. Det giver en betydeligt større kapacitet og fleksibilitet, som gør det muligt at koble nye apparater på uden at skulle udvide ventilationsanlægget via større indgreb i bygningen. Ringventilationssystemet mindsker tryktab. Systemet fjerner behovet for at have flere aggregater kørende samtidigt ved små luftmængder. Ringventilation giver mulighed for at vælge den mest energioptimale driftsform ved små luftmængder. Med ringforbindelse kan man teste alle spjæld i en skakt og efterfølgende alle spjæld i en anden skakt - og hele tiden vil der være udsugning på alle stinkskabe. Økonomiske fordele Ringventilation vil bidrage væsentligt til at nedbringe omkostninger ved ændrede ventilationsbehov, da bekostelige bygningsindgreb til nye kanal- og ventilationssystemer minimeres nye apparater tilkobles blot det centrale ringventilationsanlæg. Ringventilation effektiviserer drift og vedligehold, da behovet for flere uafhængige ventilationsmotorer ikke er nødvendigt. 8 // VENTILATION // BYGNINGSSTYRELSEN
Lokal udsugning Lokal udsugning Illustration viser etager med ringventilation Lokal udsugning Lokal udsugning Illustration viser etager med traditionel ventilation
Ventilationsaggregat med varmegenvinding Bygningsstyrelsen har sat fokus på udviklingen af ventilationsaggregat med mere effektiv varmegenvinding i forbindelse med modernisering af universiteternes laboratorielokaler. Bygningsstyrelsen arbejder systematisk på at identificere og udnytte synergieffekter med udgangspunkt i de mange laboratoriemodermiseringsprojekter. Således bevirker viden og gode erfaringer fra varmegenvinding til kontorventilation, at Bygningsstyrelsen har sat fokus på udvikling af mere effektive varmegenvindingssystemer til stinkskabe og øvrig procesventilation. Der er nemlig mange penge at spare ved at genvinde varmen ved blandt andet at minimere den afledte procesventilation. Økonomiske fordele Fokus på procesventilation skal resultere i forbedret udnyttelsesgrad af varmegenvinding fra de nuværende ca. 55-65 % til en væsentlig højere udnyttelsesgrad på over 90 %. Andre fordele Minimering af afledt procesenergiforbrug. Det har indtil videre kun været muligt at bruge væskekoblede aggregater til varmegenvinding af stinkskabe af hensyn til kontamineringsrisiko. Den energimæssige udfordring er, at væskekoblede aggregater har en forholdsvis lav varmegenvindingsgrad. På baggrund af erfaringer fra Bygningsstyrelsens eksperter inden for ventilation, er opmærksomheden derfor rettet mod effektivisering af procesventilation, herunder mindre afledt procesenergiforbrug. 10 // VENTILATION // BYGNINGSSTYRELSEN
Udgivet af Bygningsstyrelsen November 2013 Forsidefoto af Steen Brogaard Visualisering af Henning Larsen Architects Print af PrinfoHHK
Bygningsstyrelsen Carl Jacobsens Vej 39 2500 Valby T 4170 1000 bygst@bygst.dk www.bygst.dk