Issuu on Google+

Contents  1.0 Field measurement ................................................................................................................................. 2  1.1 

Report ........................................................................................................................................... 2 



FIELD MEASUREMENT                               DTU JAN 2009                                BRIAN HURUP‐FELBY, JONAS VENDEL JENSEN, THOMAS MONDRUP 


1.0 Field measurement  Throughout  the  study  trip  to  Greenland  a  field  measurement  was  made.  The  measurements  included  thermal  measurements  of  the  Energy  House  in  Sisimiut.  The  task  shall  be  seen  as  an  additional  task  made  together  with  Arctic  Technology  Centre  DTU.  Thus,  the  field  measurements  have  no  directly  connection to the “actual project”. 

  Picture 1: Measuring the Energy House in Sisimius 

1.1 Report  In the following part the report handed in shortly after arriving from Greenland is presented. Thus, the  layout of the report appears different. 



By Brian Hurup‐Felby s958311,  Jonas Vendel Jensen s020774  Thomas Mondrup s032483  DTU ‐ The 15th. Of January 2009 

ABSTRACT  To  obtain  the  data  in  this  experiment,  we  evaluate  field  measurements  of  thermal  environment  and  ventilations  rate  in  different  rooms,  measured  on‐site  at  the  Energy  House  in  Sisimiut,  enabling  us  to  evaluate  the  air  quality.  On the basis of the results a comparison of the  thermal environment  and indoor air  quality  of  the  different  rooms  are  discussed  and  evaluated.  In  general  the  measurements  show  coincident  patterns  in  each  case  of  the  rooms.  It  can  be  seen  that  the  ventilation  and  the  air  change  rate  appears  to  be  essential  regarding  the  indoor environment.  Further,  the  measurements  emphasise  the  impact  of  mechanical  ventilation  on  indoor  environment. 

INTRODUCTION  Today  many  issues  regarding  the  indoor  air  quality in various locations are being perceived  as stuffy, smelly and unpleasant.   The indoor air quality is ordinarily determined  by a concentration of bio effluents from human  beings  including  person  related  CO2,  tobacco  smoke  as  well  as  degasification  from 

construction  materials,  furniture  and  other  fixtures.  Also  the  temperature  and  relative  humidity  play  a  role;  where  as  a  high  relative  humidity in rooms for instance can increase the  chances of moulds etc.  Reducing  the  indoor  sources  of  pollution  by  adapting  the  ventilation  rate  can  be  an  important  factor  to  controlling  the  indoor  environment.   In  this  report  the  CO2  concentration,  relative  humidity  and  temperature  are  looked  upon  to  evaluate  the  thermal  environment  and  indoor  air  quality  of  different  rooms  at  the  Energy  House. 

OBJECTIVES  The objectives of this experiment are:  • •

To  make  a  data  collection  of  thermal  parameters and ventilation rate  To evaluate indoor environment on the  basis of this data 

METHODS  The  experiment  and  the  additional  measurements  are  being  described  and  listed  up in the following part.  INSTRUMENTS  The  experiment  includes  the  use  of  following  instruments:  1. HOBO data logger (1 unit) 

2. VAISALA CO2 transmitter (1 unit)  The  HOBO  data  logger  measures  the  air  temperature  and  air  humidity  (every  1  minute).  Furthermore,  the  logger  is  connected  to  the  VAISALA  CO2  transmitter  which  measures  the  CO2  concentration  (every  1  minute). 

different  construction  parts  are  described  as  the following:  Floor (350 mm insulation)        U = 0,14 W/m2K  Walls (300 mm insulation)        U = 0,15 W/m2K  Ceiling (350 mm insulation)      U = 0,13 W/m2K  Windows (Energy)        U = 1,00 W/m2K  In  the  figure  below  the  locations  measured  (three rooms) are pointed out. 

  Picture 1: HOBO Logger (U12‐012) [6] 

The  measuring  range  of  the  HOBO  logger  is  given  to  be  ‐20°C  to  +70°C  (for  temperature)  and  5  to  95%  RH  (relative  humidity)  [6].  The  CO2  transmitter measures from 0 to 2000 ppm  CO2 [7]. 

  Figure 1: Measuring points 

The tables on the right display information and  data  for  the  three  locations  used  in  the  experiment.      Table 1: Data for Room #1 

Room #1

  Picture 2: CO 2  Transmitter (GMW22) [7] 

When  measuring  one  must  be  aware  of  the  placement  of  the  HOBO  data  logger  and  CO2  transmitter,  which  must  be  kept  in  the  occupant zone (middle of the room) in order to  record useful and realistic data.  LOCATIONS FOR MEASUREMENTS  The  Energy  House  has  a  total  size  of  197  m2,  divided  into  two  separate  apartments.  The 

Size / Occupants Site Dwelling Year build Heating Ventilation Windows

2700m³   /   1 Occupant Other dense populated area House  2005 Floor heating / Solar panels Natural ventilation  Double glazing, U = 1,0 W/m2K

    Table 2: Data for Room #2 

Room #2  Size / Occupants Site Dwelling Year build Heating Ventilation Windows

2700m³   /   1 Occupant Other dense populated area House  2005 Floor heating / Solar panels Natural ventilation  Double glazing, U = 1,0 W/m2K


Table 3: Data for Room #3 


Room #3 


Size / Occupants  Site  Dwelling  Year build  Heating  Ventilation  Windows 

25600m³   /   3 Occupants  Other dense populated area House  2005  Floor heating / Solar panels Natural ventilation  Glazing (2+1), U = 1,0 W/m2K

The  parameter  dt  is  the  difference  in  time,  which  is  equivalent  to  t2‐t1.  This  value  can  be  found  by  subtracting  the  end  time  and  beginning time (see Figure 2) [3].  

PROCEDURE  One HOBO data logger and one CO2 transmitter  is placed in each of the three rooms. Hence, the  temperature,  humidity  and  CO2  concentration  is  measured.  When  measuring  CO2  you  need  a  minimum  measuring  period  of  24  hours.  The  measurements  of  the  Energy  House  last  for  about  one  week  –  that  is,  five  times  the  24  hours.  Room  #1  and  Room  #2  are  used  for  sleeping.  The  data  collection  of  these  rooms  includes  measurements of (in chronological sequence):  1. An empty room (daytime)  2. A room with one person sleeping (night)  3. An empty room (morning)  [24 hours period from 12 am to 12 pm]    Room #3 is a traditional living room. The data  of  this  room  includes  measurements  of  (in  chronological sequence):    1. A room in use (daytime)  2. An empty room (night)  3. A room in use (morning)  [24 hours period from 12 am to 12 pm]  CALCULATIONS  The  CO2  measurements  carried  out  in  the  experiment  are  further  used  to  calculate  the  ventilation  rate  (the  measurements  do  not  directly  produce  the  ventilation  rate).  The  calculations are done on the basis of data from  the decrease of the amount of CO2.  The  calculation  of  the  ventilation  rate  comprises the following steps:  

dt = t 2 − t 1   t1, beginning time [h]  t2, end time [h]    AIR EXCHANGE RATE  To  determine  the  ventilation  rate  the  air  exchange rate is needed. The air exchange rate  can  be  determined  by  knowing  the  values  of  when the concentration starts to decrease until  it  is  stopped.  The  following  formula  is  being  used [3]: 


ln( c (t 2 ) − ln( c (t1 ))   dt

n, air exchange rate [1/h]  c(t1), tracer gas concentration, beginning [ppm]  c(t2), tracer gas concentration, end [ppm]  dt, time difference [h]    VENTILATION RATE 

The  ventilation  rate  can  be  calculated  by  knowing  the  air  exchange  rate,  found  previously,  and  the  volume  of  the  room.   Therefore, the ventilation rate is dependent on  the air exchange rate [4]. 


n⋅v   3,6

q = ventilation rate [l/s]   v = volume [m3] 

1 = converts from [m3/h] into [l/s]  3,6

RESULTS  The following part shows the measured results;  the  temperature,  relative  humidity  and  CO2.  Below  graphs  of  selected  days  are  shown.  Again,  the  graphs  illustrate  measuring  period  of  24  hours  to  illustrate  the  progress  of  the  entire  day.  Subsequently  the  maximum,   


minimum  and  mean  values  are  calculated  and  listed  up  (these  values  are  based  on  data  for  the  complete  measuring  period;  approx  7  days). 




Figure 2: Temp & RH Room #1 

Figure 5: CO2 Room #1 




Figure 3: Temp & RH Room #2  Figure 6: CO2 Room #2 



  Figure 4: Temp & RH Room #3 

  Figure 7: CO2 Room #3 



Table 4: Temp (entire measuring period) 



Max Temp [°C] 

Min Temp [°C] 

Mean Temp [°C]

#1  #2  #3 

24,10  27,58  25,74 

15,56  18,91  20,82 

21,66  23,14  23,73 

  Table 5: RH (entire measuring period)  Room 

Max RH [%] 

Min RH [%] 

Mean RH [%]

#1  #2  #3 

60,25  47,09  44,88 

32,02  26,55  29,26 

43,55  36,38  36,52 

  Table 6: CO 2  (entire measuring period)  Room 

Max CO2 [PPM] 

Min CO2 [PPM] 

Mean CO2 [PPM]

#1  #2  #3 

1758,00  1297,20  1015,20 

622,00  515,10  534,80 

877,18  629,28  651,44 

  On  the  basis  of  the  formulas  described  earlier,  the  air  change  and  ventilation  rate  is  calculated. Results are listed in tables below.  Table 7: Calculations (selected day)  Room #1  CO2 ‐ Increase  CO2 ‐ Decrease  Start [ppm] 


End [ppm] 

1634 (steady state) 


Start time [s] 



End time [s] 



dt [s] 



n [h ] 



q [l/s] 




1634 (steady state)

  Table 8: Calculations (selected day)  Room #2  CO2 ‐ Increase  CO2 ‐ Decrease  Start [ppm] 


End [ppm] 

1277 (steady state)

1277 (steady state) 


Start time [s] 



End time [s] 



dt [s] 



n [h ] 



q [l/s] 




  Table 9: Calculations (selected day)  Room #3  CO2 ‐ Increase  CO2 ‐ Decrease Start [ppm] 


778 (steady state)

End [ppm] 

778 (steady state) 


Start time [s] 



End time [s] 



dt [s] 



n [h ] 



q [l/s] 




In  the  graphs  it  is  shown  that  the  fluctuations  of the relative humidity follows the fluctuations  of the CO2‐level. This most likely is because that  the  main  contributor  to  the  humidity  is  the  respiration of the habitants.  In  Room  #3  (the  living  room)  there  is  no  remarkable  deviation  in  the  temperature  nor  the relative humidity.  In  Table  4  it  is  shown  that  the  highest  temperature,  a  maximum  value  of  27,58°C,  is  measured in Room #2 (high temperatures may  be  due  to  the  sun  heating  up  the  room).  The  lowest  value,  a  minimum  of  15,56°C,  is  measured  in  Room  #1  (low  temperatures  may  be caused by opening the window). The overall  mean value is around 21°C to 23°C.  Table  5  displays  the  relative  humidity.  Room  #1  appears  with  the  highest  value,  60,25%,  whereas Room #2 has the lowest, 26,55%. The  overall mean value is around 36% to 43%.  Table  6  shows  the  levels  of  CO2.  With  a  maximum  of  1758,00  ppm  Room  #1  appears  with  the  highest  CO2‐level.  Room  #2  has  the  lowest, 515,10 ppm. The overall mean value is  around 650 ppm to 870 ppm.  CO 2  MEASUREMENTS  In Room #1 and Room #2 (the two bedrooms)  the  level  of  CO2  increase  around  10  pm,  when  the  user  of  the  room  goes  to  bed.  The  CO2  increases  during  the  following  hours  until  it  becomes  stable  and  reaches  steady  state.  The  CO2 then starts decreasing, depending on when  the person is getting up, until it reaches a lower  steady  state.  Before  reaching  lower  steady  state  development  of  the  graph  for  the  CO2‐ level  displays  small  fluctuations  caused  by  morning activity.  Though there are no persons present, the CO2‐ level  in  Room  #3  (the  living  room)  also  increases during the night. This might be due to  that  the  transmitter  measuring  was  placed  close to Room #1 (bedroom). 


AIR CHANGE AND VENTILATION  All  three  rooms  are  calculated  to  have  an  air  change  rate  around  0,5h‐1  (mechanical  ventilation with heat recovery).   The ventilation rate in Room #1 and Room #2  is  set  to  be  around  3,5  l/s.  Room  #3  appears  with  a  notable  larger  ventilation  rate,  37  l/s  (this is due to a larger volume). 

DISCUSSION  On  the  basis  of  the  measurements  and  calculations  carried  out  in  the  experiment,  all  the  results  are  being  further  discussed.  The  results  are  being  evaluated  on  the  basis  of  European and Danish standards.  TEMP AND RH  According  to  [1]  for  a  residential  building  of  Category  II  with  a  sedentary  activity  and  a  metabolic rate of 1,2 met, the temperature level  must be between 20°C in the winter (minimum  for  heating)  and  26°C  in  the  summer  (maximum for cooling). The mean temperature  measured  in  the  three  rooms,  spans  from  21‐ 23°C,  with  only  few  deviations,  which  is  being  considered  as  a  very  steady  and  satisfying  level.  In  accordance  with  [1]  a  satisfying  level  of  relative  humidity  in  bedrooms  is  between  25‐ 60% (Category II).  In  Room  #1  and  #2  (the  two  bedrooms)  the  humidity  rises  during  the  night.  Only  in  Room  #1  the  humidity  at  some  points  exceeds  the  recommended  limit  of  60%,  a  maximum  of  60,25%.  Though,  these  values  only  appears  momentary  they  are  too  high.  However,  the  mean  values  vary  from  36,38%  to  43,55%  which is considered as acceptable.  Because of a larger ventilation rate the relative  humidity appears more stable in Room #3.  In  the  evening  the  lowest  value  of  the  relative  humidity  is  present  of  26,55%  and  is  on  the  borderline of being to low, when comparing to  [1].  However  it  does  not  constitute  any  risk  of 

dryness  of  mucous  membranes  according  to  P.O. Fanger [2].  When the relative humidity rises above 45% on  a  constant  level  (and  a  relatively  low  temperature)  there  is  a  risk  of  problems  with  dust  mites  and  mould  [1]  [5].  On  the  basis  of  this Room #1 appears with a quite high relative  humidity (mean value of 43,55%).  CO 2   The maximum values of CO2 in the three rooms  are  at  1758  ppm,  1297  ppm  and  1015  ppm,  respectively.  According  to  [1]  Category  II  allows  a  CO2‐level  of  500  ppm  above  the  outdoor  level  (measured  to  be  380  ppm).  On  the  basis  of  [1]  these  values  are  too  high.  However,  the  overall  mean  values  in  Room  #1  and  Room  #2  ranges  from  629,28  ppm  to  877,18 ppm which is acceptable.  AIR CHANGE AND VENTILATION  The  mechanical  controlled  ventilation  induces,  compared  to  normal  natural  ventilation,  an  equal air change rate in all three rooms. The air  change rate is calculated to be about 0.5h‐1 for  all three rooms.  An  air  change  rate  of  0,5h‐1  produce  a  ventilation rate of 3,43 3,84 l/s per 1 person in  Room  #1  and  #2.  In  Room  #3  the  values  is  calculated to be 37,78 l/s per 3 persons.  On the basis of relatively high levels of relative  humidity  and  CO2  it  can  be  discussed  weather  an  air  change  rate  of  0,5h‐1  is  high  enough.  Because  of  the  Energy  House  being  very  tight,  build  with  tight  fittings  etc.,  an  increase  of  the  air change rate could be an solution. 

CONCLUSION  In  all  three  rooms  the  temperature  was  relatively  constant  during  both  day  and  night.  The  relative  humidity  and  the  CO2  concentration  though,  both  rose  during  night.  The  highest  humidity  was  measured  to  be  60,25%.  The  CO2  concentration  rose  from  an  outdoor  level  of  380  ppm  up  to  1758  ppm  in  the  room  with  the  highest  level.  According  to   


the  standards  this  is  too  high.  Meanwhile,  the  mean values appear acceptable.  With  a  value  of  0,5h‐1  the  air  change  rate  is  equal  in  all  three  rooms.  However,  the  ventilation  rate  appears  larger  in  Room  #3  (compared to Room #1 and #2). Comparing the  air change rate and ventilation rate, it is shown  that the ventilation rate clearly depends on the  size and use of the room.  In the light of the result of the measurements, a  slightly higher air change rate is recommended.  A  higher  air  change  rate  may  lead  to  a  better  indoor  environment  with  lower  maximum  values of both relative humidity and CO2. 

REFERENCES  [1]   prEN15251:  “Indoor  environment  input  parameters  for  design  and  assessment  of  energy  performance  of  buildings  addressing  indoor  air  quality,  thermal  environment,  lightning and acoustics”, 31th July 2006    [2]   Fanger,  P.O.:  “Air  humidity,  comfort  and  health”, DTU    [3]  Persily  K.,  Andrew:  “Evaluating  Building  IAQ  and  Ventilation  with  Indoor  Carbon  Dioxide”,  ASHRAE 1997    [4]  D6245‐98:  “Standard  Guide  for  Using  Indoor  Carbon  Dioxide  Concentrations  to  Evaluate  Indoor Air Quality and Ventilation”, 2002    [5] midity_why.htm    [6] nid[]=2233&nid[]=2248&nid[]=2252&nid[]=2 249&nid[]=2250&nid[]=2251&submit_button= Compare+Checked+Results    [7]     

Field Mesurement Low Energy House Sisimiut