Oppvarming, varme-kilder og inneklima

Fagartikkel: Bruk av energi i bygninger

0

Godt og kunnskapsbasert valg av varmeløsninger kan både redusere energibruk og fremme helse samtidig.

Bakgrunn
Metoder for oppvarming, varmetilførsel og varmekilder påvirker både helse, innemiljø, luftkvalitet, energibruk og bærekraft (WHO 2002, 2011). Nye estimater tilskriver mer enn fire millioner tilfeller av for tidlig død til innendørs eksponering for forbrenningsgasser (Smith et al 2014, Ferkol & Schraufnagel 2014, Schluger & Koppaka 2014, WHO 2014). Røyk fra fyring er det eldste og fortsatt globalt det mest skadelig og omfattende problem i innemiljø (Samet et al 2003, WHO 2004, 20011, Zhang et al 2007, Po et al 2011). Halvparten av verdens befolkning bruker mindreverdig brensel og ildsteder til varme og matlaging. Tap av leveår som følge av fyring inne med fast brensel som ved, avlingsrester, tørket møkk, kull og brunkull i primitive ildsteder uten avtrekk, er av WHO estimert som globalt åttende viktigste årsak til tapte leveår og 3 % av all sykdom. Av 1,5 millioner miljørelaterte årlige dødsfall på grunn av akutte nedre luftveisinfeksjoner er de fleste hos barn under fem år, 36 % av disse skyldes uventilert innendørs fyring (WHO 2006). For kronisk obstruktiv bronkitt anses røyking å stå for 36 % av sykeligheten globalt, mens fyring med fast brensel står for ytterligere 22 %. Også astma er assosiert med innendørs forbrenning både i u-land og i-land, men uten at det foreligger noen estimater av problemets størrelse globalt.
 
I vår del av verden er problemene svært annerledes og av en annen størrelsesorden, men fortsatt av betydning både på grunn av direkte forurensning inne, lokal forurensning av uteluft og infiltrasjon til innemiljø fra forurenset uteluft (Viegi et al 2004, Fourth Ministerial Conference on Environment and Health 2004, WHO 2011, Noonan et al 2012). Innemiljø og helse påvirkes både av varmekilder, hvordan varmen tilføres og eventuelle forurensinger fra forbrenning eller ”sviing” (pyrolyse) av forurensning på varme overflater.

Termisk komfort – fra en «fysisk-objektiv» modell til en adaptiv modell 
Opplevelse av termisk komfort er en av de mest umiddelbare og direkte påvirkninger vi får av miljøet i et bygg (de Dear et al 2013). Termisk klima bestemmes av lufttemperatur, strålingstemperatur, strålingsasymmetri, lufthastighet/trekk og luftfuktighet. Ole Fangers forskning (Fanger 1970) lå til grunn for de mest brukte internasjonale standardene for termisk klima (ISO 7730 og ASHRAE 55-1992) som har vært basert på fysiske og fysiologiske modeller og omfattende tester i klimakammer.

I praksis viser det seg at mennesket ikke er passivt, men tilpasser seg aktivt til inneklima. Tilpasningen mellom menneske og bygg beskrives som fysiologisk
(akklimatisering), adferdsmessig (åpne og lukke vinduer og dører, skru av og på vifter, tilpasse solavskjerming osv) og psykologisk (tilpasse foreventingene til komfort med de dominerende klimatiske forholdene inne og ute)(de Dear et al 1998, 2013).
Det viste seg at forventinger til termisk komfort faktisk påvirker opplevd komfort. Det er andre forventinger i klimatiserte bygg enn i ikke-klimatiserte bygg. Brukerne føler termisk komfort ved lavere temperaturer om vinteren og høyere temperatur om sommeren i naturlig ventilerte bygg enn det ISO 7730 og ASHRAE 55-1992 tilsier. Fangers arbeider var basert på fullt klimatiserte forhold.

Nye standarder (EN15251 and ASHRAE standard 55-2004) tar mer hensyn menneskers evne til tilpasning – adaptasjon». Likevel er det fortsatt ikke avklart i hvor stor grad dette kan utnyttes for å redusere energiforbruk og fremme helse (Nicol et al 2011). Samtidig erkjennes i økende grad også at mennesket selv har behov for å kontrollere inneklima (Nicol 2011):

                         “If a change occurs such as to produce discomfort, people react in ways which
                          tend to restore their comfort. This changes the role of buildings in the process
                         from that of providing comfort to that of providing the means for building
                        inhabitants to achieve their comfort goal”.

 
Det er også holdepunkter for at streben etter komfort inne kan ha gitt så høye og stabile emperaturer at det reduserer naturlig fysiologisk tilpasningsevne og senker hvilestoffskiftet samtidig som energiforbruk til oppvarming og klimatisering øker (Wijers et al 2009, van Marken Lichtenbelt et al 2009, 2011). Da er det rimelig å spørre om dette også birdrar til fedmeepidemien og dermed også til enda mer astma (Stenius-Aarniala et al 2000. Ali & Ulrik 2013, Moreira et al 2013). Dette er åpenbart et viktig fremtidig tverr- og flerfaglig FoU-område som vil kunne både bidra til lavere energiforbruk og bedre helse samtidig.

Tilførsel av varme
Hvis luften kan tilføres kjølig uten at brukerne fryser eller opplever trekk, gjør det i seg selv luftkvaliteten bedre (Fang et al 1998 A og B, Fanger 2006, Yang 2010). Det kan redusere behov for ventilasjon. Studier har vist at kun et par graders reduksjon av lufttemperaturen i oppvarmingssesongen, for eksempel fra 23 til 21 ºC, kan forbedre luftkvaliteten tilsvarende en dobling av ventilasjonen (Fanger 2006). Det øker også relativ luftfuktighet og gir mindre belastning på tårefilmen når det er kaldt ute og tørt inne (Wolkoff 2010). Derfor er det viktig å ta hensyn til hvordan bygningen varmes opp.

Strålevarme kan gi termisk komfort (ikke fryse eller oppleve trekk) nesten uten å øke luftens energiinnhold (entalpi). Konveksjonsvarme øker luftens varmeinnhold. Det reduserer luftkvaliteten og krever mer ventilasjon for å kompensere dette. Derfor bør ikke varmen tilføres med luft, men heller som strålevarme og på store flater for å unngå for høye overflatetemperaturer. Strålevarme bør ikke tilføres fra taket fordi det oppleves ubehagelig (ISO EN 7730). Gode løsninger er moderat gulvvarme eller store veggradiatorer som gir mest mulig strålevarme fra siden. Det kan lett oppnås både med vannbåren varme, elektriske varmepaneler og varmemagasinerende forbrenningsovner.
 

Varmetilførsel. Varme kan ledes fra en varmekilde til brukeren ved:

  1. Direkte kontakt med varm overflate (for eksempel oppvarmet bilsete)
  2. Strålevarme fra omgivende flater (for eksempel stråleovner, men også fra store og lett oppvarmede flater på veggen som radiatorer eller som gulvvarme)
  3. Konveksjon som overfører energi fra en varm flate til luft før den bringes videre til brukeren som varmluft (eksempel vifteovner, elektriske konveksjonsovner, inkludert gjennomstrømningsovner, luft-til-luft varmepumper og oppvarming med varmluft)

 Temperaturopplevelse
Mange tror at det er lufttemperaturen og det vi leser av på et lufttermometer som bestemmer vår temperaturopplevelse. Det er ofte ikke riktig. Like viktig som lufttemperatur er middelstrålingstemperatur. Den er gjennomsnittet av varmestrålingen fra alle overflatene rundt oss. Den samlede effekten av lufttemperatur og stråling betegnes operativ temperatur og er i praksis gjennomsnittet av lufttemperatur og middelstrålingstemperatur. Operativ temperatur svarer godt til opplevd temperatur så lenge vi ikke utsettes for trekk. Operativ temperatur kan måles tilnærmet korrekt med et globetermometer som består av et vanlig termometer stukket inn i en metallkule som har en størrelse, farge og matthet som gjør at halvparten av energien til termometeret opptas fra stråling og resten fra luft. Mange har opplevd dette fenomenet i påskefjellet med maksvær med sol og vindstille med skitur i badeantrekk og likevel følt seg varm. Luften vil likevel bare være noen få grader varm målt med et vanlig termometer. Middelstrålingstemperaturen kan være 50-60 ºC og dermed gi en operativ temperatur på for eksempel 26-34 ºC. Til gjengjeld merkes det svært godt når en sky kommer foran solen og det begynner å blåse.

Den vanligste varmekilden i Norge er elektriske konveksjonsovner. I det begrepet ligger at mesteparten av varmen overføres til luft. De er konstruert for å være så små som mulig, avgi så mye varme som mulig og ikke ha farlig høy temperatur ved berøring. Mest mulig av varmen avgis til luft ved at luft suges inn i en åpning nederst og slippes ut øverst. Derfor betegnes de også som gjennomstrømningsovner. De avgir lite varme som stråling og det meste som varm luft.

Strålevarme kan på den annen side avgis fra store lavtemperatur vegg- eller gulvflater nesten uten å varme opp luften.

Strålevarme kan være best for luftkvalitet
For å oppnå 22 ºC opplevd temperatur (operativ temperatur) inne, er det nødvendig med en lufttemperatur på 25 ºC dersom middelstrålingstemperaturen er på 19 ºC. Samme opplevd temperatur kan også oppnås med lufttemperatur på 19 ºC dersom middelstrålingstemperaturen er på 25 ºC. Det forutsetter at varmekilden gir varmen som stråling. I fyringssesongen gir inneluft på 19 ºC betydelig bedre opplevd luftkvalitet enn 25 ºC. Dette gjelder studier utført på friske forsøkspersoner. Vi mangler studier av om hva dette betyr for de som har overfølsomme luftveier, men har grunn til å tro at effektene for dem kan være sterkere.

Varmekilder og helse
Ultrafine partikler og annen forurensning fra forbrenning og andre varmekilder
Både elektriske og andre metoder for koking og oppvarming bidrar vesentlig til å produsere ultrafine partikler (UFP partikler med diameter <100 nm (<0.1 μm)) (Weichenthal et al 2007, Wallace et al 2011, Apple et al 2010, Zhang et al 2010, Bhangar et al 2011). I suburbane miljø vil typisk eksponering komme mer fra innendørs kilder (47 %) enn fra utemiljø (36 %) (Wallace & Ott 2011, Kearney et al 2011). I en dansk studie var det eksponering for ulike typer elektriske gjennomstrømnings-ovner som ga den høyeste eksponeringen med 1,46 x 1010 UFP per sekund (Afshari 2005). Andre kilder til UFP inne er røyking, brenning av talglys, naturgass, tørketromler og andre høytemperatur varmekilder inne. Eksponering har negativ effekt på luftveiene både hos barn og voksne. Det er vist at UFP kan irritere og øke betennelsesnivået i lungene. Både kilder i inne- og uteluft, og særlig forbrenningsgasser, knyttes til lunge-, hjerte- og karsykdom (Torén et al 2007, Jacquemin et al 2012). Mekanismene kan omfatte både direkte effekter av luftforurensning på lunger, hjerte og kar og indirekte effekter gjennom lungeinflammasjon og oksidativt stress (Chuang et al 2007). Dessverre er det ikke gjort epidemiologiske studier av helseeffekter assosiert med eksponering for UFP i innemiljø. Det er det stort behov for slike studier (de Hartog et al 2010).
 
Oppvarming
Av 36 internasjonale studier av oppvarming og astma med akseptabel vitenskapelig kvalitet, var kun én om oppvarming med varmluft. Det er en case-kontroll- studie av 100 atopiske og 100 ikke-atopiske barn i Plymouth og Dartmouth, UK (Jones et al 1999). Åtte av ni 4-16 år gamle barn som utviklet astma bodde i hus som var oppvarmet med varmluft, OR 8,9, CI 1.08-73. Det er forenlig med at oppvarming med varmluft ikke bare reduserer opplevd luftkvalitet, men også kan være assosiert med astma og skadelig for de som har astma. Manglende teknisk beskrivelse av installasjonene gjør at andre mulige årsaker enn varmluft i seg selv ikke kan utelukkes som for eksempel forurensninger, støv og fukt i installasjonene eller sviing av støv i varmeaggregatet.

Elektrisk oppvarming
Elektrisk varme anses som den reneste og mest helsevennlige energiformen for oppvarming og koking (WHO 2002). Derfor har det vært lite fokus på el-ovner som mulige kilde til forurensning. Engvall undersøkte beboere i 14 243 leiligheter i flerbolighus i Stockholm (Engvall 2003). Vannbåren varme dominerte, mest som fjernvarme. De få som hadde elektrisk oppvarming hadde overhyppighet av symptomer med Odds-Ratio (OR) fra 1.2 til 5.0. El-varme var signifikant assosiert med økt forekomst av øyesymptomer, halsirritasjon, hoste, hudirritasjon i ansiktet, hodepine og trøtthet (Engvall et al 2003). El-varme var blant annet assosiert med (OR; 95 % konfidensintervall)

–        Øyesymptomer:                        1.26; 1.06–1.50,
–        Halsirritasjon:                           1.71; 1.46–2.02,
–        Hoste                                        1.56; 1.28–1.90,
–        Hudirritasjon i ansiktet              1.22; 1.02–1.46,
–        Hodepine                                  1.18; 1.01–1.39 og
–        Trøtthet                                    1.21; 1.08–1.35.

Elektrisk konveksjon
Det legges til grunn at 60 % av norske boliger varmes opp med elektriske konveksjonsovner og at det medfører tilsvarende overhyppighet av SBS-symptomer. I 2005 brukte Norge 27 TWh til elektrisk oppvarming, det utgjorde 24 % av elektrisitetsforbruket i følge SSB. Hvis det legges til grunn at 14 TWh ble brukt i konveksjonsovner og at lavtemperatur el-radiatorer reduserer energiforbruket med ca 15% gir det et energisparepotensial på ca 2 TWh. Det kan i følge Stocholmsundersøkelsen gi et forebyggende potensial for SBS-symptomer med 20- 80 % (Engvall et al 2003).

Om bruk av elektriske konveksjonsovner er assosiert med astma er fortsatt for usikkert til å ta med i regnestykket, men potensialet er så stort at det bør undersøkes nærmere.

Andre problemstillinger
En stor del av verdens befolkning bruker ulike typer oljelamper for belysning (Apple et al 2010). De hyppigst brukte parafinlampene eksponerer ofte brukerne for PM 2,5 nivå en størrelsesorden over normene for uteluftkvalitet. Bruk av parafindrevne storm- eller trykklamper kan bringe eksponeringen under normene både for PM (2,5) og PM (10), men bli utsatt for høyere konsentrasjoner  av partikkler på 0.02-0.3 mikrometer.

Konklusjoner
Selv om det åpenbart er store samfunnsmessige tap og potensielle gevinster er det vanskelig å gi gode økonomiske estimater på grunn av mangel på kvantitative data. Det er stort behov for mer kunnskap. Det er spesielt uheldig at vi ikke har den mest elementære oversikt over viktige forhold i den norske bygningsmassen.

Likevel er det lett å peke på områder hvor det er synergier å hente for helse sett i sammenheng med energitiltak og forurensning i inne- og uteluft (WHO 2011).

• Både ute- og inneluft kan bedres sammen med både helse- og energigevinster ved utskifting av gamle vedovner og spesielt i områder som er belastet med store inversjonsproblemer og forurensing av uteluft i vintersesongen.

• Enkle lavkostnadstiltak ved å skifte ut elektriske konveksjonsovner i de fleste norske hjem med lukkede lavtemperatur ovner kan antagelig både gi helse og energigevinst. Dette bør likevel dokumenteres bedre. Det kan gjøres i enkle laboratoriestudier og undersøkelser som gir bedre oversikt over situasjonen i bygningsmassen.

Litteratur: 
Burden of disease from Household Air Pollution for 2012: http://www.who.int/phe/health_topics/outdoorair/databases/FINAL_HAP_AAP_BoD_24March2014.pdf
På sidene 127-133 i følgende link finner man referanser, Helserådet nr. 20/2014 kilder og litteratur.