Ilmastoinnin säätöstrategian vaikutus opetustilojen sisäilmasto-olosuhteisiin ja opetusrakennuksen energian kulutukseen

Abstract

Rakennuksissa käytetään energiaa mm. ilmanvaihtoon haluttaessa tuottaa käyttötilanteen vaatimat sisäilmasto-olosuhteet. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää erilaisten ilmastoinnin säätöstrategioiden vaikutuksia luokkatilan sisäilmasto-olosuhteisiin ja opetusrakennuksen energiankulutukseen. Tulevaisuudessa ilmanvaihdon energiankulutukseen tullaan kiinnittämään entistä enemmän huomiota, sillä energiankulutusta tulisi vähentää. Toisaalta tilojen sisäilmasto-olosuhteet halutaan pitää tavoitteiden mukaisina, jotta tilojen käyttäjät kokevat sisäilmasto-olosuhteet viihtyisinä ja työteho säilyy hyvänä.

Tarkastelun kohteena oli todellinen luokkatila, jossa käytettiin todellisia kuormituksia ja ilmanvaihdon käyttöaikoja. Luokkahuoneen simuloinnit tehtiin IDA ICE –simulointiohjelmalla. Simulointijaksona käytettiin teoreettista 1.9.2013-30.4.2014 välistä aikaa. Ilmanvaihdon osalta tutkittiin viittä erilaista säätöstrategiaa: vakioilmavirtailmanvaihto (CAV) jäähdytyksellä ja ilman, tarpeenmukainen ilmanvaihto (VAV, DCV) läsnäolo-ohjauksella sekä tarpeen mukainen ilmanvaihto CO2- ja lämpötilaohjauksella. Jälkimmäisestä ohjaustavasta tehtiin kaksi erilaista simulaatiota kahdella erisuuruisella minimi-ilmamäärällä.

Työn tulosten perusteella voidaan todeta, että johtamalla oikea määrä ilmaa oikeaan paikkaan ja aikaan voidaan säästää huomattavia määriä energiaa. Käyttämällä tarpeenmukaista ilmanvaihtoa CO2- ja lämpötilaohjauksella voitiin energiaa säästää jopa 83 % vakioilmavirtailmanvaihtoon verrattuna. Tavoitellut sisäilmaolosuhteet voidaan koulurakennuksissa saavuttaa useissa tilanteissa huomattavasti mitoitusarvoja alhaisemmilla ilmamäärillä, sillä luokkahuoneiden kuormitukset ovat selvästi mitoituskuormituksia alhaisempia. Kokonaisuutena voidaan todeta, että tarpeenmukainen ilmanvaihto on toimiva ratkaisu silloin, kun kuormitukset vaihtelevat paljon ja tavoitellut sisäilmasto-olosuhteet halutaan silti saavuttaa energia- ja kustannustehokkaasti. Hyvän kokonaisuuden luominen vaatii huolellista ilmanvaihtojärjestelmän suunnittelua, toteutusta, käyttöä ja huoltoa sekä oikeanlaista sisäilmastotavoitteiden asettamista.

Energy is used in buildings for example for ventilation to get the indoor air quality to a desired level. The target of this thesis was to find out how different ventilation control strategies effect indoor climate of the classroom and energy consumption in the school buildings. The use of energy should decrease in the future and that’s why the energy used by ventilation should be paid attention to. The circumstances of indoor climate should however stay at a good level.

In this thesis a real classroom with real use and ventilation was studied. Simulations were made by IDA ICE program. The period of simulation was theoretical time from 1.9.2013 to 30.4.2014. Five different kinds of ventilation strategy were used: constant air volume ventilation (CAV) with and without cooling, demand controlled ventilation (VAV, DCV) with control based on presence, demand controlled ventilation with the control based on CO2-level and temperature. The latter were simulated with two different minimum volume flows.

Based on results it can be said that a significant amount of energy can be saved by leading the required volume flow to the correct place at a correct time. By using demand controlled ventilation with the control based on CO2-level and temperature it is possible to save energy up to 83 % compared to constant air volume ventilation. Demand controlled ventilation is a workable solution in the circumstances where the loads of classrooms vary a lot. And still it is possible to achieve the desired indoor climate level energy and cost efficiently. It demands careful designing, implementation, use and maintenance and also the right kind of goal setting to create a good ensemble.