Using an air-handling unit with displacement ventilation in classrooms

Abstract

The objective of this master's thesis is to solve whether an air handling unit that is installed in a classroom is a good ventilation method for the classroom environment. This is solved by examining the indoor air quality and the costs of the ventilation system.

At the beginning of the thesis the requirements for the indoor environment of the Finnish building code and Classification of Indoor Environment 2008 are introduced. The indoor environment problems in schools in Finland and elsewhere in the world are reviewed in the literature research. The principles of mixing and displacement ventilation and indexes related to ventilation are introduced in the thesis. In the literature research previous studies about air distribution methods and their efficiency are introduced. In the most important part of the thesis the results of the indoor environment measurements in two classrooms as well as the results of the comparison between different ventilation systems' energy use and life-cycle costs are introduced and analysed.

The results of the thesis suggest that an air handling unit installed in a classroom is suitable solution for a classroom ventilation method. The near zone of the air distribution unit has to be taken into consideration when placing the school desks. The air handling unit that is installed in the classroom is especially suitable for buildings that need rapid actions to solve the problems caused by poor indoor environment. The energy use of the decentralized ventilation system with the air handling units installed in the classrooms were lower than in the centralized ventilation system or mechanical exhaust ventilation system. However the life-cycle costs were highest in the decentralized system.

Diplomityön tavoitteena on selvittää luokkatilaan sijoitettavan ilmastointikoneen soveltuvuutta koululuokan ilmanvaihtoratkaisuksi ilmastointikoneen aikaansaamien sisäilmasto-olosuhteiden ja ilmanvaihtojärjestelmästä aiheutuvien kustannusten perusteella.

Työn alussa esitellään rakentamismääräysten ja Sisäilmastoluokitus 2008:n mukaisia vaatimuksia sisäilmastolle. Koulujen sisäilmasto-ongelmia Suomessa ja ulkomailla käsitellään kirjallisuustutkimuksessa. Työssä esitellään sekoittavan ja syrjäyttävän ilmanjaon periaatteet sekä ilmanvaihtoon liittyviä indeksejä. Lisäksi tutkimuksessa esitellään kirjallisuustutkimuksessa aikaisempia tutkimuksia liittyen ilmanjakotapoihin ja niiden tehokkuuteen. Työn tärkeimmässä osuudessa esitellään kahdessa koululuokassa tehtyjen kenttämittausten tulokset ja niiden tarkastelu, sekä eri ilmastointijärjestelmien laskennallinen energiankulutus- ja elinkaarikustannusvertailu.

Työssä saatujen tulosten perusteella tilakohtainen ilmastointikone soveltuu luokkatilan ilmanvaihtoratkaisuksi. Tilakohtaista ilmastointikonetta käytettäessä on kuitenkin huomioitava ilmanjakolaitteen lähivyöhyke työpisteiden sijoittelussa. Tilakohtainen ilmastointikone soveltuu ratkaisuksi etenkin kohteisiin, joissa tarvitaan pikaisia toimenpiteitä huonosta sisäilmasta johtuviin ongelmiin. Tilakohtaisilla ilmastointikoneilla ratkaistussa hajautetussa järjestelmässä energiankulutus oli pienempi kuin keskitetyssä järjestelmässä tai koneellisessa poistoilmanvaihtojärjestelmässä. Elinkaarikustannukset olivat hajautetussa järjestelmässä kuitenkin suurimmat.