Zetten we ramen open, plaatsen we een ventilatiesysteem of een luchtreiniger?
IDEWE-onderzoek in de klas vergelijkt (natuurlijke) ventilatie en luchtreiniging in de klas
30-05-2022
Onderzoekers van IDEWE hebben een beperkte studie uitgevoerd over de effecten van natuurlijke ventilatie, mechanische ventilatie en luchtreiniging. We overlopen met Jan Van Bouwel, disciplineverantwoordelijke Arbeidshygiëne van IDEWE, enkele voorlopige resultaten. “We wilden met ons beperkte proef vooral enkele trends in kaart brengen en aantonen in welke mate de verschillende oplossingen de kwaliteit van de binnenlucht kunnen beïnvloeden.”
Voor het onderzoek werden 3 identieke klaslokalen met ongeveer dezelfde bezetting geselecteerd; kinderen van vergelijkbare leeftijd. In 1 klas 16 kinderen met hun leerkracht, in de andere 2 telkens 17 kinderen met hun leerkracht. Ook de lessen en activiteiten liepen vrijwel parallel. De klassen liggen naast elkaar op dezelfde verdieping en hebben behalve dezelfde afmetingen en volume ook hetzelfde aantal en type ramen die uitgeven op dezelfde gevel. De ramen kunnen op kiepstand gezet worden en kunnen ook volledig open.
De 3 lokalen zijn uitgerust met een Airmaster 800, dat is een gedecentraliseerde ventilatieunit (systeem D) die verse lucht aanzuigt en vuile lucht terug naar buiten brengt via openingen in de buitengevel. In 2 lokalen werd de Airmaster uitgeschakeld en werd natuurlijke gelucht of werd een luchtzuivering geplaatst in het kader van deze metingen.
De parameters
“In alle klassen werd gedurende de test achteraan in de klas continu de CO2-concentratie en de concentratie fijn stof gemeten” zegt Jan Van Bouwel. “Als biologische parameter kozen we voor luchtstaalname met bepaling van het kiemgetal bacteriën met uitkweek bij 37°C, de lichaamstemperatuur dus. Deze laatste parameter werd telkens bepaald met puntmetingen aan het begin en op het einde van elke lesblok. In een klaslokaal waar veel mensen langdurig bij hoge bezetting aanwezig zijn, kunnen we er immers vanuit gaan dat dergelijke bacteriën van menselijke oorsprong zijn en grotendeels via de uitgeademde lucht in de binnenlucht terechtkomen. We gingen niet op zoek naar virussen in de lucht. Daarvoor was onze onderzoektijd te kort. De verschillende parameters werden ook in de buitenlucht gemeten om eventuele invloeden van buitenaf uit te sluiten.”
Het onderzoek
In elk van de 3 klassen werd een andere situatie gecreëerd.
- In klas 1 werd de Airmaster uitgeschakeld maar werd een luchtreiniger met absoluutfilter en plasmadesinfectie geplaatst in het midden van de klas. De eerste dag werd de luchtreiniger ingesteld op de laagste stand (CADR 200 m3/uur) en de tweede dag op de hoogste stand (CADR 400 m3/uur). Het toestel neemt via de HEPA-filter en het plasma zowel stof, bacteriën als virussen uit de lucht en doodt ook de microbiologische organismen. Volgens de gegevens van de fabrikant vernietigt de plasmafilter ook organische stoffen en neemt hij geuren weg.
“We gingen uit van een worstcasescenario en schakelden de luchtreiniger pas in zodra de CO2-concentratie het evacuatiepeil van 1200 ppm bereikte. Na inschakeling draaide het toestel de hele lesdag op de ingestelde stand. Ook tijdens de pauzes. Ramen bleven al die tijd gesloten. De deur naar de gang werd enkel geopend om de klas te betreden en te verlaten.” - In klas 2 functioneerde de Airmaster met een CO2 sturing bij 900 ppm, waarbij het debiet naar 725 m3/uur gaat. Ook hier werd het toestel pas ingeschakeld nadat de CO2-concentratie het evacuatiepeil van 1200 ppm bereikte. Ook hier bleven de ramen steeds gesloten en werd de deur naar de gang enkel geopend voor het verlaten en betreden van de klas.
- Ook in klas 3 werd de Airmaster volledig uitgeschakeld maar werd, vanaf het ogenblik dat de CO2-concentratie opliep tot 1200 ppm, continu verlucht met 3 ramen op kiepstand. De deur naar de gang werd gesloten gehouden. Zodra een niveau van 900 ppm CO2 werd bereikt, werden zowel de deur als de ramen volledig opengezet en dat gebeurde zowat om het halfuur.
Figuur 1 – kiemgetallen dag 1
In deze grafiek zien we de evolutie van de kiemgetallen op de dag dat de luchtreiniger op een laag debiet was ingeschakeld. “In vergelijking met de klas met de Airmaster en de klas met de natuurlijke ventilatie, liggen de kiemgetallen in de klas met de luchtreiniger en met 1 leerling minder, een stuk hoger”, aldus Jan Van Bouwel. “Logisch aangezien het toestel slechts ingesteld stond op een CADR van 200 m3/uur, terwijl de Airmaster 725 m3/uur aan verse lucht binnenbracht en in het lokaal met natuurlijke ventilatie intensief gelucht werd. De luchtreiniger zorgde ongetwijfeld voor een verlaging van het kiemgetal ten opzichte van een lokaal zonder verluchting, maar het kiemgetal ligt hier nog steeds hoog ten opzichte van de verluchte lokalen.”
“De lichte stijging van het resultaat in de namiddag in de klas met Airmaster (oranje lijn) is te verklaren door een wijziging van de activiteit in het lokaal. De kinderen moesten samenwerken in groep, waardoor er veel meer luid gepraat en rondgelopen werd. De grijze curve van de klas met de natuurlijke ventilatie vertoont geen stijging omdat daar geen groepswerk was. Ook in de klas met luchtreiniger is het niveau van activiteit in de metingen waar te nemen.”
“De klas waarin op een natuurlijke manier geventileerd werd scoort ook goed. Een belangrijke kanttekening is dat intensief verluchten, zoals hier gebeurde, geen haalbare kaart is in de winterperiode; vanuit het oogpunt van thermisch comfort maar ook omwille van energieverliezen. Het toont wel dat het als noodoplossing in pandemietijd efficiënt is om het besmettingsrisico te verminderen.”
Figuur 2 – kiemgetallen dag 1 vergeleken met dag 2
Deze grafiek vergelijkt de situatie in de klas met de luchtreiniger op dag 1 (blauwe curve) met dag 2 (oranje curve).
“Op dag 2 is het kiemgetal duidelijk lager op elk moment van de dag in vergelijking met de werking op lagere stand in dag 1. Dit toont aan dat de luchtreiniger bacteriën uit de lucht haalt en dat het toestel mogelijkheden biedt tot het verlagen van de risico’s door biologische agentia in de lucht. Als je evenwel vergelijkt met de geventileerde lokalen via een voldoende krachtige decentraal D-systeem of door intensief verluchten op natuurlijke wijze, ligt het kiemgetal bij de luchtreiniger weliswaar nog altijd een stuk hoger. Ik wil er wel nog eens op wijzen dat in onze opstelling geen enkel vorm van ventilatie aanwezig was in het lokaal met de luchtreiniger, afgezien van eventuele passieve luchtstromen via de uitgeschakelde Airmasterunit. Een eventuele combinatie van een luchtreiniger met een basisventilatie hebben we in dit beperkte proefproject niet beoordeeld.”
“We zien dat de luchtreiniger wel degelijk ingrijpt op de hoeveelheid bacteriën in de lucht maar dat in een klaslokaal met een bezettingsgraad van 17 personen de CADR ontoereikend is om het kiemgetal tot eenzelfde niveau te reduceren als bij de sterk geventileerde lokalen. Het debiet moet bijgevolg groot genoeg zijn om in een klaslokaal voldoende effect te hebben. Volgens de resultaten van dit beperkte project zouden we 2 dergelijke luchtreinigers moeten plaatsen om, wat het kiemgetal betreft, hetzelfde resultaat te behalen als met het decentraal ventilatiesysteem.”
Figuur 3 – CO2-meting
Los van het feit dat de CO2-concentratie tijdens de coronapandemie als maatstaf wordt gebruikt om het besmettingsrisico in een binnenruimte aan te geven, leidt een hoge concentratie ook op zich tot mogelijke klachten, namelijk concentratieverlies en hoofdpijn.
“En daar schuilt een belangrijk aandachtspunt”, zegt Jan Van Bouwel. “Een luchtreiniger, in ons geval met plasma, vernietigt biologische bestanddelen in de lucht en mogelijk een deel van de geuren en bepaalde vluchtige organische stoffen, maar heeft geen enkel effect op de CO2. De daling van de CO2-concentratie in de klas met de luchtreiniger is enkel te wijten aan de pauzes, toen de kinderen naar buiten gingen. Dan nog bleef de meter steeds een concentratie van minimum 1500 ppm aangeven, terwijl de maximumgrens volgens de Codex 900 ppm is. Alleen in laag-emissiegebouwen kan dat 1200 zijn. De taskforce Ventilatie, die in het kader van de coronacrisis een implementatieplan Ventilatie opstelde, volgde de redenering uit de Codex maar voegde eraan toe dat er vanaf 900 ppm een luchtreiniger moet worden geplaatst om het tekort aan ventilatie te compenseren.”
Figuur 4 – fijnstof
“In onze opstelling liggen de resultaten voor PM1 en PM 2,5 fijnstof in de klas met de mechanische decentrale ventilatie fors lager dan in de klaslokalen met de luchtreiniger of de natuurlijke ventilatie. De luchtreiniger laat het fijn stof wel dalen, maar in mindere mate dan de decentrale ventilatie, wat ook logisch is gezien het debiet verse lucht van de mechanische ventilatie een stuk hoger ligt dan de maximale CADR van de luchtreiniger.”
“De klas met de natuurlijke ventilatie scoort het minst goed op het vlak van fijnstof en het verloop vertoont een zeer grillig verloop. Ook dat is logisch gezien de ramen continu op kiepstand staan en telkens bij een CO2 waarde van 900 ppm gedurende korte periodes volledig gelucht werd. De ongefilterde verse lucht van buiten brengt ook fijnstof in het lokaal.”
Conclusie
“Een uitgebreidere studie blijft noodzakelijk om ook voldoende dataset voor statistische verwerking te verkrijgen en definitieve conclusies te kunnen trekken”, zegt Jan Van Bouwel. “Bovendien werd enkel 1 soort luchtreiniger en een 1 soort decentrale ventilatie gebruikt. Toch lijken een aantal trends op het vlak van binnenluchtkwaliteit duidelijk als we naar het verloop van de curves voor de verschillende parameters kijken.”
Binnenluchtkwaliteit
“De beperkte data in deze studie geven een indicatie dat een luchtreiniger alleen niet kan zorgen voor binnenlucht die voldoet aan de vereisten voor alle parameters, met name fijn stof, CO2, vluchtige organische stoffen, bacteriën en virussen. Er is dus altijd een basisventilatie nodig met een voldoende hoog debiet om alle parameters die invloed hebben op het welzijn van de gebruikers op een aanvaardbaar niveau te brengen. De luchtreiniger kan helpen om de biologische risico’s verder weg te nemen als de ventilatie op dat vlak ontoereikend is. Luchtreiniging biedt bijvoorbeeld mogelijkheden om in gebouwen waar de ventilatie in het kader van een pandemie onvoldoende mogelijkheden heeft meer te ventileren een aanvullende oplossing bieden. In de toekomst biedt dit allicht ook mogelijkheden op energetisch vlak.”
Energie
Ook natuurlijke ventilatie kan, mits regelmatig actief luchten boven op een basisventilatie, op het vlak van kiemgetal gunstige resultaten opleveren die vergelijkbaar zijn met een mechanische ventilatie.
“Vanuit energetisch oogpunt en vanuit het oogpunt van thermisch comfort blijft natuurlijke verluchting echter een noodoplossing”, aldus Jan Van Bouwel nog. “Bovendien komt de lucht ongefilterd in de lokalen waardoor fijnstof van buiten ongehinderd in de binnenlucht kan komen."
“Actieve mechanische ventilatie biedt nog steeds de beste garanties op een voldoende luchtkwaliteit voor alle parameters, maar kan op zich een grote energiekost betekenen. Wellicht is op lange termijn de ideale oplossing op energetisch en economisch vlak een slimme combinatie van beide systemen.”