Betaalbare oplossing voor goede luchtkwaliteit op scholen
Een centraal lagedrukventilatiesysteem met gegarandeerde luchtkwaliteit en thermisch comfort, lagere investerings-, onderhouds-, en energiekosten en bij uitstek geschikt voor de renovatie van bestaande scholen; dat is het ideaalbeeld. De initiatiefnemers van het SchoolVent-concept zeggen dit ideaalbeeld te hebben bereikt op het Jordan Montessori Lyceum Utrecht in Zeist. “Het geheim? Smart sensoring, indirecte adiabatische koeling en elektrostatische filtering.”
Tekst: Martijn Louws
Het binnenklimaat is in veel basisscholen niet op orde, ondanks dat de overheid aangeeft dat het gewenst is dat alle scholen minimaal conform Frisse Scholen klasse B worden geklimatiseerd. Bovendien moeten scholen bijdragen aan de doelstelling van een energieneutrale gebouwde omgeving in 2050. Verder willen diverse gemeenten, zoals Den Haag, dat schoollocaties nabij drukke wegen worden voorzien van goede filters om de binnenluchtkwaliteit te verbeteren.
Het binnenklimaat is in veel basisscholen niet op orde.
Ventilatie, koeling, filtertechniek en monitoring
“Dit alles vraagt om innovatieve oplossingen”, stelt Marius Klerk van Air@Work. Klerk werkte mee aan het SchoolVent-project. Dit project is geïnitieerd door TNO voor de ontwikkeling en praktijktest van een ventilatiesysteem dat is geschikt voor (renovatie van) scholen en kinderdagverblijven, met 80 procent lagere energiekosten voor koeling en filtering. “In het SchoolVent-project zijn vier kernpunten benoemd, namelijk ventilatie, koeling, filtertechniek en monitoring. Al deze punten zorgen stuk voor stuk voor een klasse A-binnenklimaat en dragen bij aan een besparing van 80 procent op de energiekosten. Hiermee wordt het mogelijk gemaakt om gebouwen energieneutraal te maken”, verklaart Klerk.
SchoolVent-concept
Het SchoolVent concept is door Lucam, VFA Solutions en TNO succesvol ontwikkeld tot een energiezuinig ventilatiesysteem dat toepasbaar is bij renovatie van scholen om verbeterpunten op te lossen. De componenten zijn eerst in het TNO-laboratorium in Delft beproefd. Daarna is het volledige systeem in een pilot, bestaande uit vijf lokalen van een middelbare school, beproefd en vergeleken met de uitgangssituatie en met een referentielokaal. Deze pilot is na bemiddeling en financiële ondersteuning vanuit de ‘Uitvoeringsagenda gezonde lucht regio Utrecht 2018 – 2023’ van de Provincie Utrecht en met de Topsector Energiesubsidie van het ministerie van Economische Zaken uitgevoerd op het Jordan Montessori Lyceum Utrecht in Zeist. De resultaten zijn dusdanig bemoedigend dat het Jordan Montessori Lyceum de opdracht heeft verstrekt tot het leveren en plaatsen van het Schoolvent-systeem voor veertien lokalen. Dit project is op dit moment in uitvoering.
Het luchtbehandelingssysteem vormt de basis van SchoolVent.
Luchtbehandeling aan de basis
De basis van het SchoolVent-project is het luchtbehandelingssysteem. “Dit systeem zorgt voor de volledige luchtbehandeling en bestaat uit een elektrostatisch filtersysteem, een tegenstroomwarmtewisselaar met een indirect adiabatische koelinrichting, energie-efficiënte toerengeregelde EC-ventilatoren, een regelaar en zonecontrolesysteem die zorgen voor de juiste sturing van het luchtvolume per lokaal. Dit gebeurt op basis van CO₂ en temperatuur. Hierdoor behoren muffe klaslokalen, concentratieproblemen en slaperigheid tot het verleden. Het systeem zorgt immers voor meer dan voldoende verse luchttoevoer, tot 2.000 m³/h, om voc’s en CO₂ uit het klaslokaal te verdrijven en voldoende verkoeling te leveren”, vertelt Klerk.
Fijnstof afvangen
Bijkomend voordeel is dat het elektrostatisch filtersysteem ook de fijnstof afvangt, zegt hij. “De GGD stelt steeds hogere eisen aan luchtfilters in schoolventilatiesystemen. Voor scholen die dichtbij drukke wegen liggen, worden bijvoorbeeld F9-filters geëist. Deze filteren fijnstof en roet redelijk weg, maar ze veroorzaken door de toegenomen drukval in de luchtkanalen meer energiegebruik, leiden tot meer geluid en moeten meerdere malen per jaar worden vervangen. Dit laatste verhoogt de onderhoudskosten flink, zeker bij de decentrale units.”
De resultaten
Plaatsing van de installaties op het dak.
Het eerste SchoolVent-project is gerealiseerd op het Montessori Lyceum Herman Jordan in Zeist. In dit project zijn vijf lokalen uitgerust met het luchtbehandelingssysteem van SchoolVent. De lokalen worden onafhankelijk van elkaar voorzien van lucht, voor een gezonde leeromgeving. Er is monitoring geïmplementeerd om goed inzicht te krijgen in het functioneren overeenkomstig de gewenste waardes voor een klasse A-binnenklimaat. Het resultaat:
• Het filterrendement voldoet bij een bijna 80 procent lagere drukval aan de specificaties van een E10-filter. Bij een laag debiet (3.000 m³/h) wordt zelfs bijna aan de specificaties van een E11-filter voldaan.
• Fijnstof wordt tot 99 procent verwijderd uit de toevoerlucht. In de geklimatiseerde lokalen zorgt dit voor een 70 tot 96 procent lagere concentratie dan in het referentielokaal.
• Zowel in de geklimatiseerde lokalen als in het referentielokaal wordt in het stookseizoen voldaan aan Frisse Scholen klasse A. Met name in het referentielokaal is dit een gevolg van extra ventilatie door de geopende ramen vanwege COVID-19. Dit gaat wel ten koste van de binnentemperatuur. Op enkele dagen bleken de ramen gesloten, mogelijk vanwege een te lage binnentemperatuur, en steeg de CO₂-concentratie naar ruim 2.000 ppm. Vergeleken met de situatie voor de plaatsing van het SchoolVent-ventilatiesysteem in januari 2019 – dus in het pre-coronatijdperk – is de ventilatie sterk verbeterd. Destijds traden piekconcentraties op tot bijna 4.000 ppm CO₂.
• Het warmteterugwinning-rendement (WTW) dat bij de pilot in de school werd gemeten, bedraagt tussen de 60 en 70 procent. De fluctuatie wordt veroorzaakt door vraagsturing op basis van de bezetting van de verschillende klaslokalen middels meting van de CO₂-concentratie. Gemiddeld bedroeg het WTW-rendement 67 procent bij een totaal luchtdebiet van 5.619 m³/h, dit is een luchtdebiet van 1.124 m³/h per lokaal.
• In de lokalen met het SchoolVent-systeem is klasse A voor de wintertemperatuur (>21 °C) haalbaar. In de praktijk blijkt echter dat de leerkrachten een lagere temperatuur prettiger vinden. In het referentielokaal was de temperatuur door de geopende ramen dermate laag (veelal 18 tot 19 °C) dat niet eens aan klasse C van Frisse Scholen werd voldaan.
• Het beoogde koelvermogen met indirecte adiabatische koeling wordt zowel in het laboratorium als tijdens de pilot behaald. Wel is de dauwpuntefficiëntie in de pilot bij het hoge luchtdebiet van 2.000 m³/h per lokaal lager dan de beoogde 75 procent. In proeflokalen N6 en N7 is gedurende de warme periode van september 2020 aan klasse A zomertemperatuur van Frisse Scholen voldaan. Aanbeveling is om de warmte-instroom in lokalen aan de westzijde te verlagen door verbeterde dakisolatie en optimaal gebruik van de zonwering.
Elektrostatische filtering
Klerk wijst dan ook op de toegevoegde waarde van elektrostatische filtering, een filteroplossing met een filterkwaliteit gelijkwaardig aan een E10/11-filter, maar met een drukval die 80 procent lager is. “Het elektrostatische filter ‘verwerkt’ 10.000 m³/uur en is ingebouwd in de filtersectie van de luchtbehandelingskast. Het werkt als volgt; de lucht wordt blootgesteld aan een ionisator, een onder hoge spanning staande elektrodedraad. De ionisator laadt door een gecontroleerd ionisatieproces de deeltjes op die zich in de lucht bevinden, van fijnstof tot microbiologische verontreinigingen en allergenen. Alle geladen deeltjes worden vervolgens door een collector aan het eind opgevangen.”
Zeer open structuur
“De collector heeft een zeer open structuur”, vervolgt Klerk. “Hierdoor is de drukval vergeleken met mechanische filters veel lager en constant in de tijd. Bovendien wordt fijnstof tot 99 procent verwijderd uit de toevoerlucht. In de geklimatiseerde lokalen zorgt dit voor een 70 tot 96 procent lagere concentratie fijnstof ten opzichte van het referentielokaal (zie kader hierboven, red.).”
Het systeem maakt gebruikt van adiabatische koeling.
Adiabatische koeling
Het luchtbehandelingssysteem in het SchoolVent-project maakt ook gebruikt van indirecte adiabatische koeling. Dit verloopt via de retourluchtstroom en een warmtewisselaar. Klerk: “In de retourluchtstroom wordt water verneveld, waarmee indirect de toevoerlucht wordt gekoeld zonder de absolute luchtvochtigheid te verhogen.” De innovatie in dit project is dat de tegenstroomwarmtewisselaar zowel voor warmteterugwinning in de winter als voor koeling in de zomer kan worden gebruikt.
100 procent benatting
“De indirecte adiabatische koeling wordt hierbij toegepast door het water direct op de platenwisselaar te sproeien. Het is belangrijk dat het oppervlak van de warmtewisselaar zodanig hygroscopisch is en/of qua geometrie zodanig is aan te passen, dat het water optimaal spreidt en 100 procent benatting wordt bereikt. Het verdampingsrendement neemt hierdoor aanzienlijk toe en dat zorgt ervoor dat de energie voor het verdampen direct wordt onttrokken van de aangezogen buitenlucht. Die wordt hiermee afgekoeld tot een droge bol-temperatuur die gelijk is aan de natte bol-buitentemperatuur.”
Ontwikkeling van SUVIS-eisen
Met het Schoolvent-ventilatiesysteem wordt voldaan aan de eisen die worden gesteld voor de specifieke uitkering ventilatie in scholen (SUVIS). Dit is een uitkering voor gemeenten om het binnenklimaat van bestaande schoolgebouwen te verbeteren. Deze SUVIS-regeling is in augustus opgehoogd met 100 miljoen euro om scholen behulpzaam te zijn bij het verkrijgen van een goede ventilatie in de klaslokalen
Belang van monitoring
Monitoring is vaak complex, tijdrovend en duur, stelt Klerk. “Het is belangrijk dat het gebeurt, je wilt immers de juiste werking van het ventilatiesysteem garanderen. Veelal wordt hiervoor een separaat monitoringsysteem in een aantal klaslokalen geplaatst. Vervolgens moet de data worden geanalyseerd en aan de gebruiker teruggekoppeld. Daarnaast worden opleveringscontroles uitgevoerd, waarbij per klaslokaal het luchtdebiet en het geluidsniveau worden vastgesteld. Wij doen het anders binnen het SchoolVent-project. Via in het ventilatiesysteem ingebouwde smart sensoring (live monitoring, red.) wordt een goede werking met relatief geringe inspanning over een langere tijdsperiode gegarandeerd. De data wordt verder via een eenvoudig dashboard aan de gebruiker gepresenteerd. Bovendien kan fijnstofmonitoring worden toegevoegd, die in de huidige Frisse scholen-toets van RVO ontbreekt
Gerelateerde artikelen over schoolventilatie
- Gemeenten aan zet met fonds voor aanpak schoolventilatie
- Overheid steekt 360 miljoen euro in aanpak slechte schoolventilatie
- Corona-update: Van Dissel ‘te kort door de bocht’ over ventilatie op scholen
- ‘Corona-crisis: wake-up call voor luchtkwaliteit basisscholen’
- Scholen gaan weer open: vijf tips voor een gezond binnenklimaat
Leuk, maar alleen die afgrijselijke en slecht geïsoleerde kanalen over de daken moeten worden verboden.