Fredkulla- och Risebergsskolan - två av många moderna självdragsskolor.

Särtryck ur Bygg & Teknik, nr 6/96 Artikelförfattare är Torkel Andersson, DELTAte, Göteborg
och Håkan Gillbro, DELTAte, Göteborg

Fredkullaskolan i Kungälv, en Waldorfskola som togs i bruk hösten1992 har stått förebild för 13 st producerade skolor och fler som är under projektering.

Fredkullaskolan i Kungälv, en Waldorfskola som togs i bruk hösten 1992, har stått förebild för 13 st producerade skolor och flera som är under projektering. Skolan var vid den tiden särdeles kontroversiell och det krävdes stort engagemang från många människor för att få projektet till stånd.
Jan-Erik Andersson var en av de pådrivande medlemmarna i Waldorfföreningen i Kungälv när det gällde material- och systemval, Arkitekt Christer Nordström fyllde på med mångårigt intresse för arkitekturens förutsättningar vid termisk ventilation, Kungälvs kommun hejdade på och byggde själva i rask takt tre skolor efter samma koncept och andra följde efter.
Även Boverket följde med intresse Risebergaskolan i Malmö, en annan "självdragsskola" som togs i bruk till vårterminen 1995. Gösta Blücher och Bengt Lindström har i olika sammanhang visat prov på en saklig inställning till "alternativa" systemlösningar.

Vad är det då som gör dessa skolor så populära? De har inte lägre produktionskostnad med de stora rumsvolymer och rejäla material som de utrustats med. Det är istället (faktiskt!) brukarnas och förvaltarnas krav på inomhusklimatet som avgjort valet. Människors medvetna krav på sin inomhusmiljö ger ändamålsenliga intressanta uppdrag för projektörer, men det ställer också högre krav eftersom "gamla SBN" inte räcker som kunskapskälla inom det enorma ämnesområdet inomhusklimat och byggnadshygien.

Fredkullaskolan i Kungälv


Risebergaskolan i Malmö

Likriktningen i vårt byggande har gjort "enfaldiga" systemlösningar och utmaningen att hitta den stora bredd som finns i antalet goda helhetskoncept är en framtida uppgift för alla inblandade. Här ställs stora krav på tvärvetenskap efter temat: "Som man bygger får man ventilera".
Värderingen av vilka parametrar som är viktiga vid projektering följer inarbetade mönster och kulturella värderingar som är i behov av översyn. Exakt vilka faktaunderlag som ur medicinsk synpunkt är riktiga argumenteras det för tillfället så mycket kring att ingnting vettigt blir gjort. Här finns i dag bara en möjlighet och det är att till 100% låta nyttjarnas bedömning (genom epidemiologiska undersökningar) avgöra vad som givit ett bra inomhusklimat. Så har man alltid gjort i folkhälsofrågor av komplicerad natur och för att få referensmaterial krävs mångfald. Här följer de "regler" vi gärna tillämpar:

"Alternativa" värderingar av inomhusklimat

• Ekvivalent komforttemperatur (ca 20 °C) under hela skoldagen. Parametern absolut lufttemperatur skall vara så låg som möjligt.
  
• Relativ fuktighet inomhus, sommartid 40-60%, vintertid 30-40% och aldrig varaktigt under 30%.
  
• Inget hörbart eller ohörbart buller.
  
• Låg koncentration av partikulära föroreningar, speciellt med avseende på små partiklar.
  
• Låg koncentration av gasformiga föroreningar.
  
• Behaglig ljussättning utan hänsyn till absolut belysningseffekt.
  

Kraven baseras på en mängd undersökningsresultat och får anses väldokumenterde även om flera av dem inte beaktas särskilt i de allmänna riktlinjer som utnyttjas idag,

"Alternativa" värderingar av VVS-system

• Luftflödet måste kunna varieras efter årstid och tillfälligt behov.
  
• Tilluftssystem skall ha så låg behandlingsgrad som möjligt.
  
• VVS-systemen skall vara ljudlösa.
  
• Tilluft skall kunna tillföras dragfritt starkt undertempererad i lokaler som har kylbehov även under den kalla årstiden och där luft utnyttjas som kylmedium.
  
• Värmesystem skall bara värma vid lokaltemperatur under den önskande (vilket ställer mycket stora krav på rumsregleringen).
  
• Ett väl fungerande samspel mellan byggnadens värmetröghet och VVS-systemens styrning.
  
• Den lägsta tänkbara teknik- och komponentnivå som uppfyller ställda krav.
  
• VVS-system har precis som allt annat här i världen både verkningar och biverkningar. Byggnadens totalkoncept avgör när VVS-systemens positiva effekter överväger.
  

Flera krav är naturligtvis självklara men svåra att åstadkomma. Just variabelflödesfunktionen är praktiskt omöjlig att uppfylla med komplicerade system eftersom övriga krav då inte uppfylls.

"Alternativa" värderingar projektering

Meningen med vårt norm- och regelsystem är att inomhusmiljön skall bli acceptabel. De är inte tänkta att utnyttjas som enda kunskapskälla.
Ett alternativ med extremt enkel ventilationskomponentnivå men med avancerad funktion
Det koncept som Fredkullaskolan med efterföljare fick måste beskrivas mer ingående än rätt och slätt "självdrag".
Arbetsnamnet på denna typlösning blev "Vind- och termikdrivet variabelflödessystem med passiv värme och kyla ur marklager".
En skolsal är unik på flera sätt. Den interna värmebelastningen är problematisk och varierar kraftigt under dagen. Om temperaturkravet 20 °C skall hållas med tilluftstemperatur max 15 °C krävs ett luftutbyte, i en "normalbyggd" lokal, som är dubbelt så stort som dagens rekommenderade flöde och det är inte lätt att tillföra problemfritt.
Med en annan lokalbyggnad undviks enklast dessa svårigheter, Det går ibland att finna kombinationer, Byggnad/Användningssätt som inte kräver någon ventilationsanläggning alls.
En skolsal är också unik på det sättet att där alltid finns personer som kan ta ansvar för en individuell klimathållning, vilket gör att styrningen med fördel utförs manuellt. Lösningen är därför inte direkt applicerbar på andra byggnader där klimatstyrning är mer kollektiv.

Teknisk funktion, ventilationssystem

Tre ventilationsfall uppträder i samverkan. Dimensionering kan utföras för respektive renodlat fall, medan samverkansfallen blir alltför komplexa att beskriva teoretiskt, figur 1 visar dessa.

Figur 1 Ventilationsfall i samverkan.
A = Luftomsättning via grund.
B = Lanterninnvädring ("Enhålsprincipen").
C = Fasadvädring.














Det fjärde ventilationsfallet "ofrivillig ventilation" är en stor del av det totala årliga luftutbytet eftersom det pågår dygnet runt, Detta visas inte, men kan ses som en del av ventilationsfall A. Detta uppgick i Fredkullaskolan till cirka 0.2 oms/h vid 0 °C ute och vindstilla. Lanterninfönstret ovansida är alltid avluftsarea. Vid fasadvädring (C) och grundventilation (A) är oftast hela lanterninfönstret avluftsarea.
Respektive ventilationsfall är lätt att beräkna, om än med viss osäkerhet med avseende på strömningsmotstånd vid låga hastigheter och motståndstal i öppningar. Även praktiska försök har gett vägledning vid dimensionering.
Figur 2 visar hur de olika fallen samverkar vid olika utomhustemperaturer och vindstilla.



Figur 2. Markerat fält visar önskat flöde. Kurva T visar inverkan termisk drivkraft. Kurvorna 3 respektive 6 m/s visar möjlig flödesökning genom blåst vid ventilationsfall A. Denna möjliga flödesökning är bara önskvärd vid högre utomhustemperatur, då kylning erhålls i grunden, eller vid fasadvädring C och lägre vindhastigheter.

Flöde (A) säkerställer en minsta luftomsättning vid mycket låg utetemperatur. Detta flöde förvärms av mark enligt senare beskrivninng och dimensionering utförs för en stor temperaturskillnd ute-inne. I takt med att utomhustemperaruren stiger blir lanterninvädring (B) på hög höjd dragfri och dimensionering utförs för liten temperaturskillnad. Vid utomhustemperatur som närmar sig lokaltemperatur blir fasadvädring (C) effektiv och möjliggör mycket stort luftutbyte. Eftersom fönsteröppningar är till- och frånluftsdon bör utformning och placering beaktas noga. Ovanstående beskriver sämsta dimensioneringsförutsättningar vid vindstilla. Genom att varje sal har två motstående lanterninöppningar, kan alltid en läsida väljas och därmed erhålls en adderande drivkraft som i kustklimat är mer tillförlitlig än termiken. Vind och termik ger tillsammans erforderlig drivkraft under hela säsongen då de tre ventiltionsfallen utnyttjas.
Som tur är behöver inte lärare eller elever ha mer än övergripande kunskap om ventilationsfallen. Temperaturen är avgörande för regleringen som ju sker med ett lanterninfönster för samtliga ventilationsfall. Häri ligger hela poängen med denna och flera andra alternativa systemlösningar. En variabelflödesfunktion kan troligtvis bara uppnås på två sätt: En extremt hög eller en extremt låg teknisk komponentvivå. Om ett av systemen utförs tryckfallslöst och passivt (T- eller F-system) kan luftflödet regleras på ett enda ställe.
En enkel automatisk styrning med rumstemperaturen som ledvärde kan därför också fungera om man lägger in vissa utomhusklimat- och tidsanpassade villkor.
Ventilationsfall (A) övergår automatiskt i ventilationsfall (B) när motståndet i flödesvägen inte längre helt domineras av lanterninfönster ("spjället") då drivkraft för termik avtar eller arean ökas.
Mätningar i Fredkullaskolan och Risebergaskolan visar att personal (eller elever) styr rumstemperaturen med förvånande exakthet. Reglering av lanterninfönster utfördes så att rumstemperatur avvek mycket lite från det som i denna sal upplevdes som komforttemperatur,figur 3.

Fredkullaskolan

Figur 3. Här är det koldioxidhalten i stället för temperaturen som varierar med ventilationsgraden och årstiden.

Luftomsättning i vinterfallet

Den relativt låga omsättningen vid sträng kyla motiveras av vikten att upprätthålla ett fukthalt mellan 30-40 % RF. Denna avvägning mellan flöde och fukt har givit den bästa upplevelsen av klimatet. Eljest vore det lätt att ventilera mer vintertid, då ju drivkraften är störst och detta kan uppnå automatiskt genom att luftflöde (A) ges en något högre sluttemperering i grunden, varigenom temperaturhållning påtvingar en större luftomsättning.

Luftomsättning i sommarfallet

Förhållandevis stora flöden erfordras och en värdefull funktion erhålls när luftflödet (A) kyls vid kontakt med marken. Drivkrafter är nu små och det är viktigt att lanterninfönstrens area är väl tilltagen. Den höga luftomsättningen håller den relativa fuktigheten under 60 % RF, vilket bör eftersträvas. Vid behov utnyttjas även fasadfönster (ventilationsfall C).

Betydelsen av energiutbyte med mark

Den "källarlika" grunden har i de flesta fall utförts med alla ytor helt av oorganiskt material som betong, lättbetong etc. Kontaktytan med mark har varit ungefär lika med byggnadsytan. Energiutbytet varierar med marklagrens beskaffenhet, där värmeledningstal och specifik värmekapacitet är avgörande för resultatet. I en byggad som är belägen på torr och luftig mark kommer resultatet att bli sämre.
Beräkningsresulatet för "normal" mark framgår av figur 4A, B, C och D.
I figur 4A för årstidsförlopp är temperaturkurvor månadsmedelvärden. Kylmängden är då avvikelsen mellan normalt och maximalt månadsmedelvärde. Figur 4B-D visar enstaka dygn.
I grunden finns ett spjäll i luftintaget och därmed kan drifttid styras så att det i vinterfallet är dagtidsdrift och i sommarfallet dygnsdrift. Det beräknade fallet är för Risebergaskolan i Malmö där en "kylfläkt" är placerad i luftintaget så att ett större flöde tvingas över grunden varma dygn. Därmed erhålls en kylanläggning till en låg extra investeringskostnad (0,5-1 kr/W kyleffekt)
Flera skolor har inte denna fläkt, som inte är nödvändigt för själva luftutbytet i skolsalen.

Markvärme /kyla - praktiska mätningar

De flesta av skolorna är rikligt utrustade med mätutrustning för uppföljning. Kontinuerliga mätningar har pågått på Risebergaskolan sedan skolan togs i bruk vårterminen 1995.
Vinterfallet
Risebergaskolan är belägen på mark med högt grundvatten och nivån så hög att grunden utfördes som en vattentät kulvert, vilket var en dyrbar konstruktion. Den gav emellertid goda utrymmen för installationer och ett extremt bra energiutbyte jämfört med de teoretiska bedömningarna ovan. Trots den kalla vintern vi haft i år (95/96) krävdes ingen slutvärmning av flödet (A) via grunden. Driftenergi och uppvärmningsenergi för styrd ventilation var således 0 kWh/år.
Uppmätt energiförbrukning i 527m²/lokalyta och beskriven systemlösning framgår av figur 5 på nästa sida.
Sommarfallet
Risebergaskolan utrustades som nämnts med en "kylfläkt" som kan vara i drift varma dygn. Resultatet är en kylanläggning med goda prestanda, figur 6


Figur 5, Verkligt uppmätta månadsvärden över radiatorsystemets förbrukning fr 95/96 visas av gula staplar. Normalårskorrigerande månadsvärden visas med röda staplar. Summa årsenergi radiatorer:108 kWh/m² år. Summa årsenergi luftbehandling: 0 kWh/m² år. Summa elförbrukning: 22 kWh/m² år. Värmeåtervinning finns ej.





Figur 6. Luftväxlingen är hög (ca15 l/s x p), men drivenergin för lufttransport är låg p g a småtryckfall. Vid mättillfället hade utetemperaturen tidigare uppmätt ca 30°C under flera dagar och sommaren var mycket varm. Max rumstemperatur var 22,0-23,5°C i de olika klassrummen då det var full aktivitet i skolan. Notera den mycket stabila lufttemperaturen i grunden. Energiåtgång för kyldrift blir <5% av erhållen kyleffekt(eller "värmefaktor" 20). Även Fredkullaskolan och andra utan denna kylfläkt visar nästan lika gott klimat, medan kylflödet över grunden i dessa skolor naturligtvis varierar med vindförhållanden.

Filtrering
Filter monterades i våra anläggningar för att skydda de tekniska komponenterna. Någon praktisk hälsoaspekt på filtrering av luft i utomhusmiljö har vi inte funnit, även om det i bland antyds i olika sammanhang utan att bekräftas medicinskt. En viss sedimentationsfiltrering i den typ av grund som dessa skolor har genom att större partiklar (som tex. pollen) har en stor fallhastighet i förhållande till luftens uppehållstid i grunden. Endast partiklar mindre 10 µ bör kunna transporteras igenom vid normaldrift och ventilationsfall (A). Ventilationsfall (B) och (C) är naturligtsvis oskyddade.
Inom området filterteknik synes det finnas behov av att utreda vilka partiklar som är hälsovådliga och hur kombinationen gaser/partiklar i så fall skall filtreras praktiskt i en byggnad med normal ofrivillig ventilation. Dagens synsätt ger vid handen att ju smutsigare filter - ju bättre reningseffekt och den omtänksamme fastighetsförvaltaren skulle då alldrig byta filter, utan bekostar i stället en högre elförbrukning för fläktdrift.
Frågan hurvida filter renar eller förskämmer vår andningsluft kräver större kunskap. Rolf Nybom vid Wallenberglabratoriet har i en skrift uttalat tvivel mot filtrens reningseffekt, när summan av vad de ansamlar respektive avger beaktas.
Hans Jansson , Kungälvs kommun, har i rent experrimentelt syfte gjort mycket effektiva prov med tryckfallslös filtrering i denna typlösning, så möjligheter att filtrera även små partiklar finns om det skulle framstå lämpligt för ventilationsfall (A).

Ekologisk grundtanke

För att uppnå bra inomhusklimat krävs låga halter av gasformiga och partikulära föroreningar i inomhusluften. Arkitekterna Christer Nordström (Fredkullaskolan) och Anders Svensson (Risbergaskolan) har löst detta genom att i huvudsak välja ur denna synpunkt "säkra" och beprövade byggnadsmaterial, golvmaterial och färger. Man har noggrant undvikit syntetiska material och varit mycket sparsam med fogmassor och spackel. I en "normal" byggnad av samma storlek (700m²) används ibland 15 ton sådana produkter!
Mot detta kan naturligtvis invändas att samband ohälsa - byggnadsmaterial inte kan styrkas teoretiskt eller praktiskt utom vid extrema förhållanden. Här har man utgått från "försiktighetsprincipen" när det gäller materialval.
En annan av grundtankarna är i linje med arkitekt Björn Berges synsätt, att det är lika fel att "klä" sig i en byggnad av diffusionstät plast, som att klä sig i en sådan skjorta.
Det är känt att fuktbuffring blir sämre. Gasvandring blir vid teoretiska bedömningar ointressant oavsett väggen har diffspärr eller ej, medan praktiska försök visar värden som har betydelse, förmodlingen p g a konvektion.
Låg emissionsgrad och stora lokalvolymer är grundförutsättningar som måste uppfyllas för att det skall vara möjligt att hålla ett bra inomhusklimat med alla typer av ventilationssystem i lokaler och i detta avseende är detta koncept konventionellt.

Enkätunderskningar

Fredkullaskolan och Risebergaskolan är två av sju skolor i projekt "Skolor med ventilation som använder självdrag". Rapporten beräknas presenteras senare i höst av Marie Hult, White Arkitekter AB i Stockholm.
Nedan återges tabeller ut en delrapport från detta projekt. Tabellerna 1 och 2 visar hur stor andel (%) av elever och personal vid Risebergaskolan och Fredkullaskolan, som bedömer bland annat luftkvaliteten och värmekomforten i stort som "bra" respektive "acceptabel eller "dålig". Om minst 80 % bedömer luftkvaliteten eller värmekomforten som "bra" eller " acceptabel" brukar det betraktas som ett tillfredsställande resultat.
I tabell 1 och 2 redovisas även hur enbart allergikerna bland elever och personal i Fredkullaskolan respektive Risebergaskolan bedömer samma parametrar.

I tabell 3 finns resultat från motsvarande enkätunderskning i åtta skolor som ingår i projektet "Goda exempel på sunda hus - daghem och skolor (BFR-rapport T1:1996). Tabellen visar genomsnittet för dessa åtta skolor, som alla hade FTX-ventilation och valts ut därför att de hade ett bra inomhusklimat. Frågan i denna enkät var dock ställd något annorlunda, "behaglig" istället för "bra" och "obehaglig" iställt för "dålig".

En bransch med känslor

Inom ämnet inomhusmiljö är faktaunderlaget bristfälligt och därmed föremål för en stor variation av kulturella värderingar.
Fredkullaskolan, Risebergaskolan och andra liknande nybyggda skolor med s k självdragsventilation, har av representanter från speciellt Föreningen V i fack- och lokalpress utmålats som byggnader som enligt naturlagarna inte kan fungera ventilationsmässigt sommartid och blir dragiga och energikrävande vintertid. Man anklagar kommunerna för att bedriva cyniska experiment med barn. Detta var och är intill i dag inte fakta utan endast en personlig önskan att det inte borde fungera. Nu har det fungerat hela tiden vilket enkelt hade konstaterats vid besök eller genom en ringa insats av studier. Alla vi som deltagit i arbetet undrar fortfarande stillsamt över av vilken anledning en sådan propagandaoffensiv var motiverad.
Trots det kompakta motståndet från stora delar av branschen har dessa skolor "överlevt" sina första år. Det är nu något av "folkets revolution" över det intresse som visar sig från lärare och föräldrar för detta sätt att bygga och ventilera skolor.
Det är nästan oundvikligt att konceptet blir en kraftig trend med de orosmoln som det innebär.
Totala kostnaden blir oftast (men inte alltid) högre för denna byggnadstyp.
Det är därför mycket viktigt nu när aktörer, med eller mot sin vilja, får uppdraget att uppföra liknande byggnader, att man kontrollerar sin ekonomi och inte ur besparingssyfte ger avkall på de grundläggande kraven på volymer, matrialval, fuktsäkrhet, ytbehandlingar, väl fungerande uppvärmningssystem, nattkylfunktioner m m. Risken är annars stor att dessa byggnader inte kan uppvisa nöjda brukare och förvaltare. Det är säkerligen bättre med en normalfungerande paviljong än en katastrofal "självdragsskola".
Dessa byggnader har lärt oss:Det är byggnadens totala koncept som avgör inomhusklimatet och "medicinering" med konventionella klimatanläggningar kan uppenbarligen ibland vara så liten som möjligt.


Ytterligare information om Risebergaskolan

Uppdaterad 1997-06-13
Copyright DELTAte. Innehållet eller delar därav får återges under förutsättning att källan anges.