Om vinteren må «Norges mest miljøvennlige skole» varmes opp mens den er tom

Skal produsere mer energi enn den har brukt.

Om vinteren må «Norges mest miljøvennlige skole» varmes opp mens den er tom
Powerhouse-skolen Drøbak Montesorri ungdomsskole har plass til 60 elever på snaut 900 m2 oppvarmet areal. Foto: Robin Hayes / Snøhetta

Fredag åpnet Powerhouse Drøbak Montessori ungdomsskole. Som Powerhouse-navnet indikerer, er dette et plusshus som skal produsere mer energi gjennom levetiden (beregnet til 60 år) enn det som er brukt til produksjon av byggevarer, oppføring, drift og avhending av bygget.

Aktørene bak ungdomsskolen mener skolen er Norges mest miljøvennlige. Dette er imidlertid ikke et uvanlig utsagn blant entreprenører og byggherrer.

Solskiven går tvers igjennom bygget. Foto:  Robin Hayes / Snøhetta

– Vi har ikke klart å finne noe som lever opp til en strengere definisjon energimessig enn Powerhouse. Dette er Norges første Powerhouse-skole, sier Ellen Heier, seniorarkitekt og prosjektleder i Snøhetta.

Det er ikke fastsatt noen standard for plusshus i Norge. Powerhouse er et samarbeid om å lage plusshus, og inkluderer utvalgte partnere med ulike roller, deriblant Snøhetta og Skanska.

– Powerhouse-definisjonen av plusshus tar for seg hele prosessen fra produksjon av materialer, bygging, drift og avhending.  Ulikt andre plusshusdefinisjoner måler Powerhouse primærenergi fremfor levert energi. Dette gjør at vi kan sammenligne energi til produksjon av materialer med energi til drift av bygget. Det uunngåelige energibruket til bygging og materialer tilbakebetales gjennom energiproduksjon gjennom livsløpet, sier Heier.

Heier og Maria Myrup, seniorrådgiver for klima energi og bygningsfysikk i Skanska, trekker frem fem elementer for å forklare hvordan skolen blir et plusshus.

1. Solceller på taket

150 kvadratmeter med solceller, fordelt på 90 moduler, gir en estimert energiproduksjon på ca. 33.000 kilowattimer per år. Systemet har en installert effekt på 30,15 kWp.

Skolen har ikke batteri eller annen mulighet for lagring av strøm, derfor selges overskuddsenergien til strømnettet. Når solcellene ikke produserer nok, for eksempel i månedene hvor snøen ligger tykt over solcellene, får skolen strøm fra nettet.

Solcellene er orientert direkte mot sør med en helning på 33 grader.  

– Orienteringen og helningen er valgt med tanke på at dette er et skolebygg som skal produsere mye energi midt på dagen, sier Myrup i Skanska.

Solcellene sørger for å produsere energien som er nødvendig for at energiregnskapet går i null – altså at skolen «betaler tilbake» energien den krever.  

60 elever fra 8. til 10. klasse skal gå på Drøbak Montessori ungdomsskole. Bygget har kostet 27,5 millioner kroner, inkludert prosjektering. Her ser du solskiven, med 33 graders helning. Foto:  Robin Hayes / Snøhetta

2. Solskive

Solcellene er montert på det prosjektaktørene har kalt en solskive. Dette er en stor limtrekonstruksjon som skjærer gjennom bygningen, med samme helningsgrad som solcellene.

Solskiven skaper et rom med stor takhøyde. I toppen av solskiven finner vi et luftavtrekk som fører til et sentralt ventilasjonsanlegget. Den store takhøyden er viktig for at skolens ventilasjon skal fungere, noe vi skal komme nærmere inn på i neste punkt.

– Både utendørs og innendørs har nedre del av solskiven trapper og amfier som utgjør pedagogiske og sosiale arenaer på skolen, sier Heier.

3. Ventilasjon

Ventilasjonssystemet er basert på fortrengningsventilasjon. Dette er ikke ny teknologi, men den er lite brukt i dagens kontorlandskap fordi den krever stor takhøyde for å fungere.

Svakt underkjølt frisk luft tilføres rommene via ventiler montert i gulvhøyde i rommet. Luften tilføres med lav hastighet langs gulvet. Luften sprer seg og varmes opp når den treffer en menneskekropp eller kommer i kontakt med et annet varmeproduserende element, for eksempel en datamaskin.

- Dette gir lavere trykktap enn vanlige ventilasjonsløsninger og dermed mindre behov for vifteenergi, forteller Heier.  

– Utfordringen er at det kan føles som om det trekker litt akkurat i området der luften tilføres rommet. Dette utgjør et veldig lite areal og skolen har tatt hensyn til dette ved utforming og møblering av skolen, sier Myrup.

Bygget har ingen form for lokale oppvarmingskilder på romnivå – det bruker kun ventilasjonssystemet og varmen som produseres av mennesker og teknisk utstyr for å regulere temperaturen.

Når luften varmes opp, stiger den ved hjelp av naturlig oppdrift. Den varme luften strømmer ut av klasserommet via overstrømningsventiler montert høyt i rommet. Den føres ut til fellesarealene og opp til toppen av solskiven. Her går den inn i det tidligere nevnte avtrekket for varmegjenvinning.

– Vi gjenvinner omtrent 87 prosent av varmen som kommer fra avtrekket i oppvarmingssesongen, sier Myrup.

Dersom det ikke er behov for å gjenvinne varmen i luften, slippes den ut i det fri gjennom en luke.

Solskiven danner utgangspunkt for trapper og amfiområder. Foto:  Robin Hayes / Snøhetta

Vanskeligere om vinteren

Prinsippet fungerer når luften i rommet er varmere enn den som tilføres. Utfordringene melder seg imidlertid dersom rommet er kaldt, og man må tilføre varm luft – en situasjon som gjerne melder seg vinterstid.

– Dersom vi tilfører varm luft, vil den friske luften for raskt stige opp til toppen og avtrekket uten å fordele seg jevnt i rommet. Da blir luftkvaliteten i rommet dårlig, sier Myrup.

Løsningen er å stoppe inntaket av kald uteluft om natten og i stedet resirkulere luften i bygget.

– Varmegjenvinning og varmebatteri sørger for tilstrekkelig høy temperatur på luften som tilføres rommene slik at romtemperatur på morgenen er på nivå til å holde akseptable innetemperaturer hele skoledagen. Bygningskroppen varmes opp slik at man har noe å gå på til elever og lærere kommer om morgenen, forteller Myrup.

Bygget har gjennomgående betonggulv med en termisk masse som lagrer varmen.

– Bygget har en målt lufttetthet på 0,43 1/h, lav U-verdi (varmegjennomgangskoeffisient, journ. anm.) på vinduer (gjennomsnitt 0,8) samt tykke trevegger med 350 millimeters isolasjon som bidrar til en U-verdi på yttervegg på 0,14, forteller Myrup.

– Det er lavere enn vanlige bygg ut ifra kravene i Tek17, legger Myrup til.  

– Blir det varmt nok med en slik løsning?

– Vi har gjort simuleringer, lab-forsøk og felttest som sier at det skal fungere. En ting er simuleringer, en annen ting er hvordan det fungerer i praksis. Bygget har vært i bruk siden februar, i de kaldeste ukene i året. Så langt ser vi at det fungerer, men vi holder fortsatt på med mindre justeringer for å komme helt i mål. Noen områder på skolen har litt lave temperaturer, mens størsteparten av skolen har gode temperaturer, sier Myrup.

Skolen har store vinduer for å ta inn naturlig lys. Foto: Robin Hayes / Snøhetta

4. Varmepumpe og geobrønner

Den friske luften varmes opp ved hjelp av en varmepumpe som er tilknyttet to 300 meter dype geobrønner.

– Varmepumpa er veldig effektiv, med en virkningsgrad på fem. Det vil si at én kilowatt strøm gir fem kilowatt med varme. Dette er en del av forskningsprosjektet LowEx, hvor vi undersøker hvordan vi kan optimalisere varmesystemet slik at varmepumpen kan få gode driftsforhold og lavest mulig temperatur til oppvarming, sier Myrup.

– Det ville vært mye vanskeligere å bli et Powerhouse dersom vi ikke hadde hatt varmepumpa, sier Myrup.

5. Materialvalg og naturlig belysning

Skolen er en bindingsverkkonstruksjon bygget med kledning i termofuru.

– Vi valgte termofuru fordi det har lav bundet energi, god holdbarhet og lite vedlikeholdsbehov. Det kan brukes innvendig og utvendig og skal ikke males eller beises, sier Heier.

Alle oppholdsrom er plassert langs fasaden, hvor store vinduer sørger for belysningen.

– Det reduserer behovet for kunstig belysning. Da jeg besøkte skolen i dag tidlig, var det bare i gangen lysene stod på. Det var kun naturlig belysning i oppholdsrommene, sier Myrup.

De store vinduene gir et noe økt varmetap.

– Det er en avveining. Naturlig belysning er viktig for en skole som ønsker å leve i tråd med naturen og erfaringen vår fra andre Powerhouse er at belysningen står for en høyere del av energibehovet enn oppvarming, sier Myrup.