I projektet er der taget initiativ til introduktion af en helt ny type IoT-sensor baseret på induktion samt et ventilationsprincip til reduktion af energiforbrug og forbedring af indeklimaet på plejehjem
Artiklen har været bragt i HVAC Magasinet nr. 5, 2024 og kan læses uden illustrationer herunder
(Læs originalartiklen her)
Af Christian Nicolai Nielsen og Merete Lyngbye, Teknologisk Institut
Der har været talt meget om indeklima i skoler. Men der er også behov for at sætte fokus på plejehjem, hvor de ældre ofte opholder sig 24-7 året rundt. Energiforbruget er stort på plejehjem. Per beboer er elforbruget 1,5 gange større, end elforbruget er i en husstand med 4 personer [1]. Plejehjem kan også være hårdt ramt i forbindelse med epidemier. Endelig er der en overdødelighed blandt ældre, når der er hedebølge, defineret ved tre dage i træk med temperaturer, der når op på 28oC [2], [3].
Udover udvikling af nyt ventilationsdesign i det avancerede Indeklimalaboratorium på Teknologisk Institut, hvor en fuld model af en konkret plejehjemsbolig er opbygget, er der foretaget ventilations- og indeklimatests i fire boliger i Sengeløse Plejehjem.
IoT-teknologi baseret på induktion
Batterier eller strømforsyninger anvendes, når der monteres IoT-sensorer i bygninger. Ofte er det besværligt, når en ny IoT-sensor skal monteres, idet den skal forbindes til en stikkontakt eller transformer. Ligeledes er det besværligt i store bygninger at anvende IoT-sensorer med batterier, idet batterierne jo skal skiftes med jævne mellemrum.
Ved hjælp af elektromagnetisk induktion kan man overføre strøm trådløst. Det virker ved at skabe et magnetisk felt omkring en spole, som derefter inducerer en elektrisk strøm i en anden spole i nærheden. Induktion bruges ofte i trådløse opladere til for eksempel mobiltelefoner, elbiler, elektrisk tandbørste og induktionskomfur.
I projektet er der i Teknologisk Instituts indeklimalaboratorium monteret et system med et induktionskabel, hvor IoT-sensorer kan kobles på uden at bryde isoleringen på kablet. I praksis kunne man montere kablet over et nedhængt loft, og så kunne den eksterne sensor trækkes ned i rummet.
Specielt i plejecentre, hvor man fremadrettet i nogle perioder kunne ønske at montere ekstra sensorer (lyd, kamera, infrarød temperatur mv.), kunne det muligvis være en nem løsning at anvende et induktionsbaseret system, hvor IoT-sensorer efter behov kunne klikkes af og på.
Indeklimalaboratoriet
I indeklimalaboratoriet blev der opbygget en 1:1 efterligning af en bolig i Sengeløse Plejehjem. Testene omfattede forskellige kombinationer af naturlig og mekanisk ventilation med varmegenvinding, som blev målt under både vinter- og sommerforhold for at finde de optimale driftsbetingelser. Her var delkonklusionen, at det var svært at holde temperaturen nede om sommeren uden ekstra udluftning fra åbne vinduer. Om vinteren derimod skal man udnytte sit ventilationssystem med varmegenvinding og holde vinduerne lukkede for at undgå træk og varmetab.
Sengeløse Plejehjem
I to boliger på Sengeløse Plejehjem blev der efter test i Indeklimalab etableret motorstyring af eksisterende vinduer leveret og reguleret af WindowMaster A/S.
Der er ikke tale om en traditionel hybrid styring, men en styring der er udviklet specielt til plejehjemsboliger, så det opfylder krav og ønsker fra beboere og personale. Antropologer ved Teknologisk Institut har faciliteret udviklingsprocessen, så medarbejdere ved plejehjemmet blev inddraget undervejs i udviklingsforløbet.
Den nye ventilationsstyring sørger for eksempel for automatisk udluftning morgen, middag, eftermiddag og aften, og tiderne er indlagt, så de passer med spisetider, hvor beboerne er samlet på fællesarealer.
Vinduernes åbningsgrad styres automatisk efter boligens indeklima og vejrforholdene udenfor.
Om natten er der udelukkende mekanisk ventilation, men om morgenen frigiver styringen, vinduerne til at åbne efter den nyudviklede styringsalgoritme til plejecentre.
I nogle perioder er der behov for et ekstra boost af frisk luft. Derfor er der etableret en såkaldt boostkontakt indenfor døren til boligen og ved indgangen til badeværelset. Kontakten kan aktiveres hvis personalet skal ind i en rygerbolig eller beboer/personale af andre årsager ønsker ekstra ventilering, kortvarigt. En fordel ved det nye system er, at personalet ikke behøver at huske at lukke vinduer efter udluftning – det sker automatisk ved hjælp af den udviklede styring.
Vi kan ikke komme uden om, at hver bolig skal have omkring 65 m³/h i basisventilation. I dag har de mindre. Men når vinduesstyringen signalerer til ventilationsanlægget, at vinduerne er åbne, så kan der skrues lidt ned for ventilationen for eksempel til 40 m³/h, hvis altså fugt- og CO2-koncentrationen er under kontrol. På den måde kan den mekaniske og naturlige ventilation drage fordel af hinanden: man sparer energi på ventilationsluften uden at gå på kompromis med indeklimaet. I øvrigt var der aldrig problemer med høje CO2-koncentrationer om dagen i plejehjemsboligerne med det anvendte ventilationssystem. Personalet var så glade for den automatiske udluftning i sommerhalvåret, at de ønskede den bevaret om vinteren, når beboere var ude af rummet til spisetider. Her er åbningsgraden af vinduerne stadig afhængig af udeklimaet (temperatur, vind, regn), og det er nødvendigt, at der samtidig lukkes for varmen til radiatorerne. Sidstnævnte er ikke implementeret, men skal være en del af en hybrid plejehjemsspecificeret løsning.
Partnere i EUDP-projektet: Teknologisk Institut, Høje Taastrup Kommune, Sengeløse Plejehjem, WindowMaster A/S og Exhausto A/S.
Kilder
1. Servicesektorens miljøbelastninger og forbedringspotentiale, Danmarks Statistik, Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, nr. 1, 2003.
2. Derfor dør ældre i varmen, Statens Serum Institut, august 2018.
3. Hedebølger og sammenhængen med komorbiditet, farmakoterapi og overdødelighed, Ugeskrift for Læger, november 2023.
BOKS:
På plejehjemmet bliver vinduerne frigivet kl. 8, hvor der er fint med kølingspotentiale i udeluften. Vinduerne åbner helt op, da man er over setpunktet på 22°C og da er udetemperatur samt vindforhold egnet for store åbningsgrader.
BOKS:
For at se om vinduerne har haft en gavmild effekt for indeklimaet, har vi taget samtidige indeklimamålinger i de to caseboliger og i to kontrolboliger på Sengeløse Plejehjem. Når vi zoomer ind på en varm periode i juni måned, kan man tydeligt se, hvordan dynamikken har ændret sig i forhold til kontrolboligerne. Temperaturen falder omkring kl. 8 i bolig 2 og 3, fordi de motorstyrede tophængte vinduer åbner op. Selvom plejepersonalet har haft større fokus på at lufte mere ud efter coronatiden, er temperaturen i gennemsnit 0,4°C lavere i bolig 2 og 3 sammenlignet med bolig 1 og 4.
Man kan også se, at bolig 1 og 2 generelt har lavere temperaturer end bolig 3 og 4. Det skyldes, at bolig 1 og 2 får cirka 4 gange mere udsugningsluft end bolig 3 og 4, så de dermed har et noget højere varmetab på grund af den eksisterende udsugningsventilation.
