Voor mechanische free-cooling, zie ook voorziening Ventilatieleidingen > Drukverlies.
Wat is het verband tussen het druk- en het vermogenverlies van de ventilator?
Om aan free-cooling te doen, moet men ervoor zorgen dat elk lokaal dat dient om geruime tijd in te verblijven (woon- en slaapkamers, keukens, kantoren, vergaderzalen, enz.) deel uitmaakt van een intensief ventilatietraject. De koudere buitenlucht moet dit traject makkelijk kunnen volgen doorheen het gebouw.
Het volledige intensieve ventilatietraject (of concept) wordt bij voorkeur reeds uitgetekend in de schetsfase. Het betreft hier de keuze inzake het type (natuurlijk, mechanisch, hybride) en de bijhorende elementen om een mooi, vlot en lagedrukventilatietraject te krijgen (opengaande delen, doorvoeropeningen, verticale kokers). Met lage druk wordt bedoeld: een traject waarbij de lucht weinig weerstand ondervindt. Want hoe hoger de drukval, hoe hoger het ventilatorverbruik (of hoe moelijker voor de wind- en het temperatuurverschil om de lucht door het traject te verplaatsen). Meer informatie over de drukval is te vinden in dossier Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen.
De EER van nachtventilatie kan worden gezien als het vermogen dat gekoeld kan worden gedeeld door het verbruik van de ventilator. Het energieverbruik van de ventilator is heel sterk afhankelijk van de weerstand die de ventilatielucht ondervindt. De formule om het verbruik van de ventilator te bepalen is:
waarbij:
- P: verbruik te wijten aan het door de ventilator opgenomen vermogen (W)
- q: debiet (m³/u)
- ∆P: drukval over het ventilatietraject (Pa)
- η: rendement van de ventilator (-)
Een verhoging van de drukval leidt dus tot een evenredige verhoging van het door de ventilator opgenomen vermogen.
Waarom een specifiek traject voor de nachtventilatie voorzien?
Drukval ΔP is bij benadering evenredig met het kwadraat van het debiet q:
Door toepassing van dit principe en de formule van het ventilatorvermogen kunnen we afleiden dat het ventilatorvermogen 1 evenredig is met de derde macht van dit debiet 1:
Dat betekent dat als we binnen eenzelfde installatie van debiet 1 naar het grotere debiet 2 gaan, het door ventilatorvermogen P 2 evenredig zal zijn met de derde macht van debiet 2. Dit resulteert in het volgende:
Een verdrievoudiging van het debiet, bv. van 5 000 m³/u naar 15 000 m³/u zal dus bij benadering tot een 27 keer groter ventilatorverbruik leiden! Het ventilatorvermogen zal in ons voorbeeld van 1,5 kW tot 40,5 kW stijgen.
Dat is de reden waarom men altijd de gevolgen van mechanische free-cooling voor het ventilatorverbruik dient na te gaan. Als de impact te groot is, moet men voor de mechanische free-cooling een traject voorzien dat specifiek uitgewerkt wordt voor hoge debieten.
Deze elementen worden nader toegelicht met behulp van voorbeelden op de pagina "Hoe ziet een specifiek en lagedrukventilatietraject eruit ?".
Hoe de drukvallen beperken?
Om de drukval zo laag mogelijk te houden, moet men het kanaalnetwerk zoveel mogelijk beperken of plaatselijk omzeilen. Dit kan door:
- de gang (‘als kanaal') als deel van het ventilatietraject te gebruiken;
- stukken kanalen te vermijden door met doorvoeropeningen te werken;
- de pulsie volledig uit te schakelen door deze te vervangen door opengaande ramen (men heeft dan enkel nog het elektrisch verbruik van de extractieventilator). In dat geval spreken we van een hybride free-cooling;
- de luchtgroep niet te gebruiken, maar een afzonderlijke extractor te plaatsen (met een lage inwendige drukopbouw);
- de debieten te verhogen zonder de drukvallen te vergroten door het gebruik van een plenum voor de luchttoevoer en overgedimensioneerde toevoer- en afvoeropeningen.
Luchttoevoer via een plenum
Hoe ziet een specifiek en lagedrukventilatietraject eruit?
We ontwerpen voor nachtventilatie een specifiek ventilatietraject opdat dit in de eerste plaats zou aangepast zijn aan de hoge debieten en in tweede instantie een lagere drukval heeft dan een normaal ventilatietraject. Hieronder wordt de vergelijking gemaakt tussen een traject voor hygiënische ventilatie en een traject voor nachtventilatie.
De kolom links toont een traject voor hygiënische ventilatie. De lucht wordt aangezogen door de luchtgroep, via kanalen naar de lokalen gebracht en daar via toevoerroosters in de ruimte geblazen. De lucht wordt uit de lokalen gezogen via afvoerroosters, via kanalen tot bij de luchtgroep gebracht en daar over de warmtewisselaar geblazen en naar buiten afgevoerd. De totale drukval van een dergelijk ventilatietraject heeft een grootteorde van 1 000 Pa (zeer drukarm gedimensioneerd).
De kolom rechts toont een traject voor nachtventilatie. De lucht komt de lokalen binnen via opengaande ramen. De lucht wordt afgevoerd via grote doorvoerroosters naar de gang en de traphal. De lucht wordt uit de gang en de traphal afgezogen via een extractie ventilator. De totale drukval van een dergelijk ventilatietraject heeft een grootteorde van 200 Pa.
Grootteorde van de verschillen tussen een traject voor hygiënische ventilatie en een traject voor nachtventilatie
Traject voor hygiënische ventilatie | Traject voor nachtventilatie | ||
---|---|---|---|
|
| ||
Componenten van het ventilatietraject | Drukval | Componenten van het ventilatietraject | Drukval |
Ventilatie toevoer: leidingen, demper, roosters | 180 Pa | Toevoer : opengaande ramen | 10 Pa |
Ventilatie afvoer: leidingen, roosters | 120 Pa | Afvoer : doorvoerroosters + extractiekanaal (+ ev. demper) | 90 Pa |
Luchtgroep | 700 Pa | Ventilator | 100 Pa |
Totaal | 1 000 Pa | Totaal | 200 Pa |
Parameters en berekening energieverbruik | |||
Debiet | 5 000 m³/u | Debiet | 15 000 m³/u |
Ventilatorrendement | 0,7 | Ventilatorrendement | 0,7 |
Opgenomen vermogen bij 5 000 m³/u | 1 984 W | ||
Opgenomen vermogen bij 15 000 m³/u, andere ventilator en verder geen aanpassingen * | 53 568 W | ||
Opgenomen vermogen bij 15 000 m³/u, andere ventilator en aanpassingen aan het kanaalnet ** | 5 952 W | Opgenomen vermogen bij 15 000 m³/u | 1 190 W |
* Wanneer het netwerk niet gewijzigd wordt, moet de ventilator aanzienlijke drukverliezen overwinnen, aangezien er een erg hoog debiet in een netwerk van smalle buizen voor dit debiet verstuurd wordt. Het door de ventilator opgenomen vermogen is dan 27 keer groter dan bij het ontwerpdebiet (hygiënische ventilatie). Dat neemt niet weg dat deze berekende waarde een fictieve waarde is. Over het algemeen kan de ventilator namelijk niet onder de 40% van zijn maximale debiet zakken. Om deze grote drukval te overwinnen, zouden we dus een overgedimensioneerde ventilator nodig hebben die voor een te groot hygiënisch ventilatiedebiet zou zorgen.
** Voor een verhoging van het debiet tot 15 000 m³/u passen we normaal ook het netwerk van buizen en de andere componenten van het ventilatietraject aan. De ventilatoren hebben namelijk een maximumdebiet dat ze kunnen leveren en een maximale drukval die ze kunnen overwinnen. De vereiste wijzigingen van de ventilatiegroep en het netwerk van buizen hebben gevolgen voor de prijs en de benodigde ruimte in het technische lokaal en de rest van het gebouw (bv. voor de ruimte die nodig is voor de buizen onder het plafond).
Samengevat kunnen we stellen dat de ontwerper zijn keuze altijd op de volgende elementen zal baseren:
- de kostprijs voor het voorzien van bijkomende elementen die nodig zijn om free-cooling mogelijk te maken en
- de aanzienlijke energiebesparing die mogelijk gemaakt wordt door free-cooling.
Het comfort of een natuurlijke reflex om een beroep te doen op passieve technieken kunnen eveneens tot voldoende bijkomende elementen ten gunste van free-cooling leiden.