Diffus ventilation

^{Af Uffe Jespersen, februar 2022}

I forbindelse med indeklima-projektering vil jeg altid forsøge at anvende diffus ventilation, så meget som overhovedet muligt, for det er nemlig det mest robuste ventilationsprincip, jeg har arbejdet med. Det kan næsten ikke gøres forkert. Det største problem er faktisk, at det er så simpelt - vi ingeniører har svært ved at tro på, at noget så enkelt kan løse et så svært problem.

Diffus ventilation (lav impuls ventilation) virker ved, at indblæsningsluften blæses ind over et nedhængt loft, hvor den fordeler sig og langsomt siver gennem loftet ned i rummet. I rummet vil den luft, som stiger op omkring mennesker og andre varmekilder, sikre en effektiv opblanding. Og det er en meget vigtig pointe: Opblandingen sker, når der er mennesker og andre varmekilder i rummet. Jeg plejer at sige, at luften lægger sig som et reservoir af frisk luft under loftet og er til rådighed for personerne i rummet. Det er faktisk også tilfældet for traditionel ventilation (høj impuls ventilation), hvor luften via indblæsningsarmaturer under loftet sendes vandret hen langs loftet, hvor det klæber til loftet via Coanda-effekten, indtil luften har miste sin hastighed og kan opblandes via den opstigende luft omkring mennesker. Man kan sige, at meget af øvelsen med ventilation er at sikre, at luften fordeles over rummets areal uden, at det giver træk i opholdszonen (fra 0 til 1,8 m). Ved diffus ventilation foregår denne fordeling af luften over det nedhængte loft, mens det for traditionel ventilation foregår under loftet. 

Den opadgående luftstrøm omkring mennesker er så kraftig, at den ikke kan optages af et udsugningsarmatur, selvom det er placeret lige oven over. Det betyder så også, at udsugningsarmaturet kan placeres frit i både loft og vægge – det har ingen som helst betydning for opblandingen. I øvrigt har studier fra DTU eftervist, at ventilationseffektiviteten er på omkring 50 %, hvilket er på niveau med de bedste løsninger for traditionel ventilation. Kun fortrængningsventilation er mere effektiv. I et rum med en ventilationsrate på 1 h^-1 – luftmængden i m³/h er præcis lig med rummets volumen [m³] – vil en ventilationseffektivitet på 50 % sikre, at halvdelen af luften blive udskiftet hver time.

En af årsagerne til at diffus ventilation er så effektivt og robust er, at indblæsningsluften varmes op på vej gennem det nedhængte loft, som illustreret i et studie fra DTU^*). Der er gennem tiden lavet mange studier med diffus ventilation, men for mig giver nedenstående graf (fra en simulation) en enestående forståelse for princippet. Grafen viser et tværsnit af rummet (5x5 m), hvor det nedhængte loft er i kote 2,4 til 2,5. Temperaturen er simuleret i forskellige punkter og højder. Punkt 1 (rød) er i det hjørne, hvor luften blæses ind, og det ses tydeligt, at over loftet har luften en temperatur på 15 °C lige ved indblæsningen og den stiger til 18-20 °C i hulrummet over det nedhængte loft. Det interessante er, at temperaturen stiger til ca. 23 °C på vej gennem loftet og er derfor lig med rumtemperaturen lige under det nedhængte loft. Dvs. at loftet virker som et køleloft, når luften blæses ind med under-temperatur. Jeg har ikke set studier, som viser, hvordan det forholder sig, når indblæsningsluften er varmere end rumluften, men når kold luft varmes op på vej gennem loftet, kan jeg ikke se, hvorfor varm luft ikke også skulle kunne køles ned på vej gennem loftet. Med andre ord vil det være uden betydning, hvilken temperatur der blæses ind med i forhold opblanding i rummet, for indblæsningsluften har rumtemperatur lige under det nedhængte loft.

_{*) Michael Hykkelbjerg Nielsen, Master Thesis, DTU, “Numerical Parametric Studies of Diffuse Ceiling Ventilation”, June 2016}

Når luften varmes op på vej gennem det nedhængte loft, betyder det også, at diffus ventilation er rigtigt effektivt til køling. Det kan illustreres ved at kigge på risikoen for træk – også kaldet draft rate. I et omfattende studie har man undersøgt draft rate (komfortgrænserne) ved forskellige temperaturforskelle mellem rumluften og indblæsningsluften delta-T på den ene side og den indblæste luftmængde q på den anden side (Zukowska-Tejsen; Wolsing; Grysbæk; Hviid (2016)) - Se figuren nedenfor. Ved traditionel ventilation, hvor der blæses ind vandret under loftet, skal man gerne holde delta-T under 10°C og luftmængden under 0,005 m³/s per m² – det svarer til 900 m³/h for et lokale på 50 m², som f.eks. et lille klasselokale med 20 elever. Med diffus ventilation er der meget vide rammer for både delta-T og luftmængde. 

Jeg har lavet mange projekter med diffus ventilation, og særligt to er interessante i denne sammenhæng. I det ene projekt skulle der være en meget stor luftmængde på 12.000 m³/h i et lokale på 150 m² – det svarer til 0,022 m³/s per m² og er dermed længere til højre på figuren end skalaen går. Samtidig var der køling på luften, så der blev blæst ind med 16-17 °C, dvs. delta-T kunne en sommerdag komme op på 8-10°C. Projektet er markeret som 1 i figuren. Lokalet blev desuden undersøgt i et studie fra DTU, som viste, at der ikke var risiko for træk. 

I et andet projekt havde vi lavet diffus ventilation i 4 klasselokaler og traditionel ventilation i andre lokaler. En vinterdag fungerede varmeveksleren i ventilationsanlægget ikke, så indblæsningsluften var 4°C – dvs. at delta-T var omkring 16 °C og luftmængden var 0,005 m³/s per m². I lokalerne med diffus ventilation var der ingen klager, men det var der i de øvrige lokaler! Projektet er markeret som 2 i figuren. 

For mig viser det den store robusthed ved diffus ventilation, og det er også derfor, jeg benytter diffus ventilation alle de steder, hvor det overhovedet kan lade sig gøre.

Ved indeklima-projektering med diffus ventilation er der nogen tommelfingerregler, som man skal tage hensyn til, men dem kan jeg komme ind på i en senere artikel. Det er i hovedtræk en blanding af sund fornuft og erfaring.

Indvendinger 

Sædvanligvis vil det være tilstrækkeligt at vise, hvordan et system virker for at overbevise skeptikere. For diffus ventilation er det dog vanskeligere, fordi systemet netop virker ved, at man ikke gør noget, og lader luften selv finde vej. Samtidig med at lufthastighederne i rummet er så lave, at det er svært at eftervise. Det er lidt ironisk, at vi som ingeniører bliver skeptiske, når et system virker så godt uden teknisk avancerede løsninger. Derfor har jeg nedenfor skrevet og kommenteret på nogle af de indvendinger, som jeg ofte møder.

”Hvordan kan vi få en ordentlig opblanding, når luften ikke blæses ind?”. Som jeg har beskrevet ovenfor, så sker opblandingen via opstigende luft omkring mennesker og andre varmekilder. Det er også tilfældet for traditionel ventilation – bortset fra et det her er muligt at forstyrre den opstigende luft ved at blæse luften direkte på personerne. Og det vil jo nok føles som træk…

”Ved commisioning kan vi ikke eftervise, at det virker!”. Det hurtige svar er, at det er fordi man måler det forkerte ved commisioning, men man skal altid være på vagt, når nogen skylder skylden på målemetoden, når deres system ikke kan eftervises. Her er der dog noget om snakken. Ved commisioning vil man typisk køre ventilationen på forskellige hastigheder uden personer i rummet. I stedet opstilles der målepunkter, hvor lufthastighed og temperatur måles. Eventuelt laves der også røgforsøg - og her vil man nok ikke have mennesker i rummet. Som jeg har beskrevet ovenfor, så sker opblandingen ved diffus ventilation (og også ved traditionel ventilation) ved den opstigende luftstrøm omkring varmekilderne i rummet – primært mennesker. Derfor giver det ikke meget mening at måle ventilationenseffekt uden mennesker.

”Systemet virker ikke ved lave luftmængder!”. Igen kan den være svært at eftervise effekten af diffus ventilation, fordi lufthastighederne gennem loftet er så lave. Mit forslag er derfor, at man måler på indeklimaet i stedet for – dvs. CO2 niveau og temperatur. Og så vil man i øvrigt nok finde ud af, at når der sidder en person i et storrumskontor, så er behovet for ventilation meget begrænset.

”Det virker kun med lav indblæsningstemperatur!”. Det er meget udbredt misforståelse, at det er temperaturforskellen mellem indblæsningsluften og rumtemperaturen, som driver opblandingen. Som beskrevet ovenfor, så sker opblandingen ved den opstigende luft omkring mennesker. Så hvis indblæsningsluften er højere end 32 °C, så kunne der måske godt være noget om snakken – bortset fra at indblæsningsluften lige under loftet opnår samme temperatur, som rumluften.

”Kan man være sikker på at etagedækket er tæt nok?”. Det kan man overhovedet ikke – men så har man et helt andet problem. Vender etagedækket mod et ikke opvarmet loftrum, så burde der være en tæt dampspærre og er etagedækket mod en anden etage, så burde det være tæt for at undgå røgspredning. Er man i tvivl, har jeg dog tidligere fået opsat en damptæt og tapet folie under etagedækket. Den skal dog være brandklassificeret for at kunne anvendes lovligt, men det findes også.

”Hvad med det støv, som ligger over det nedhængte loft, kommer det med ned i rummet?”. Det støv som typisk ligger over et nedhængt loft er enten primært byggestøv eller også kan det være støv/sediment, som løsner sig fra etagedækket. Ingen af delene vil dog være et problem, for lufthastighederne gennem det nedhængte loft er så lave, at det er meget begrænset, hvad der kan transporteres med af støv og andet (dog skal man i det hele taget undgå byggestøv). Endvidere er loftarealet så stort, at det i praksis er umuligt for støvet at have nogen som helst betydning for funktionen af den diffuse ventilation.

Note: Jeg har en gang hørt at tandpasta skummer for at illustrere en effekt uden, at skummet i sig selv har nogen betydning. Angiveligt var der en udbredt skepsis mod effekten af tandpasta og så måtte man indføre denne illustration af effekt – måske vi skal finde på noget tilsvarende for diffus ventilation?