Verschillende in het gebouw geïntegreerde elementen maken het mogelijk om de natuurlijke drijvende krachten van de wind te benutten en de luchtstroom door het gebouw te ondersteunen. Onderstaande tabel belicht elk van deze elementen alsook hun gebruik in het kader van natuurlijke ventilatie. In de daaropvolgende paragrafen wordt meer toelichting gegegeven. En in het hoofdstuk Inspiratie opdoen worden er meerdere integratievoorbeelden nader toegelicht.
| Element | Beschrijving | Ventilatieprincipe | Toevoer of afvoer |
|---|---|---|---|
| Windvanger (en -extractor) | Met de windvangers kan de wind op het dak 'gevangen' worden. Sommige windvangers zijn uitgerust met een dubbele buis die eveneens voor de luchtafvoer zorgt. | Dwars- en verticale ventilatie | Luchttoevoer (en -afvoer) |
| (Zonne)schoorsteen | Deze schoorstenen worden op het dak geplaatst en maken zowel gebruik van het wind- als van het temperatuureffect. Verder kunnen de schoorstenen de zonnestralen eveneens gebruiken om de thermische trek te vergroten. | Dwars- en verticale ventilatie | Luchtextractie |
| Dubbele gevel of dubbele schil | Een dubbele schil vervult meerdere functies, zoals zonwering, natuurlijke verlichting, geluidsbescherming, aanvoer van voorverwarmde lucht, thermische isolatie, en wordt vaak gebruikt in gebouwen met een natuurlijke ventilatie. De principes van de dubbele schil worden nader toegelicht aan de hand van het Berlaymontgebouw op deze link (Energie+). | Dwars-, verticale en eenzijdige ventilatie | Luchttoevoer en -afvoer |
| Atrium | Ook het atrium helpt bij de vervulling van tal van functies: opening van de vensters in een beschermde ruimte, natuurlijke verlichting, ... | Dwars-, verticale en eenzijdige ventilatie | Doorgaans luchtafvoer |
| Specifieke buizen | In het gebouw worden horizontale buizen om de lucht door de gewenste zones te leiden waar de lucht ververst moet worden en af te voeren via verticale buizen. | Verticale en eenzijdige ventilatie | Luchttoevoer, -doorstroming en -afvoer |
| Ventilatieopening (venster, rooster, lamellen) in de gevel | Ventilatieopeningen bestaan in verschillende vormen en zijn onontbeerlijk voor een natuurlijke en hybride free-cooling. | Dwars-, verticale en eenzijdige ventilatie | Luchttoevoer en -afvoer |
| Luchtdoorstroomroosters | Luchtdoorstroomroosters zorgen ervoor dat de lucht zich van de ene naar de andere geventileerde ruimte kan verplaatsen. | Dwars- en verticale ventilatie | Luchtdoorstroming |
Bij het ontwerp moet men erop toezien dat de luchttoevoeren, -doorstroomopeningen en -afvoeren zodanig ingeplant worden, dat een gemakkelijke toegang voor hun onderhoud verzekerd is.
Windvanger (en -extractor)
Windvangers zorgen voor een toevoer van verse lucht op plaatsen met een hogere windsnelheid. Als de wind echter niet zo hard blaast, moet men erop toezien dat het natuurlijke thermische trekeffect niet tot een omgekeerde luchtbeweging leidt. Windvangers worden vaak op daken geplaatst, maar kunnen ook in een obstakelvrije zone worden opgesteld. In dat geval zal de wind langs specifieke buizen (of een aardwarmtewisselaar) tot in het gebouw worden geleid.
De windvanger kan mono- of multidirectioneel zijn, naargelang de oriëntatie van de wind. Windvangers vormen een goed alternatief, wanneer niet via de gevels voor de nodige luchttoestroom gezorgd kan worden (weinig wind, stedenbouwkundige beperkingen, luchtverontreiniging en geluidshinder, ...). Het grootste nadeel is echter dat de debieten rechtstreeks afhangen van de wind.
Verder bestaan er alternatieven waarbij het compartiment dat naar de wind gericht is, als luchtinlaat fungeert (vanger), terwijl het tegenovergestelde compartiment de rol van luchtuitlaat (extractor) vervult. In dat geval staat de windvanger zowel in voor de luchttoevoer als -afvoer. En ook alternatieven met lichtputten behoren tot de mogelijkheden.
Hierbij dient de nodige aandacht uit te gaan naar de bescherming tegen regen.
Multidirectionele windvanger met natuurlijke warmtewisselaar
En tot slot zijn er ook systemen ontwikkeld die gebruikmaken van natuurlijke warmteterugwinning.
Technische fiche van ZEDfabric Wind Cowl
Het passieve ventilatiesysteem met warmteterugwinning Wind Cowl van ZEDfabric voert lucht aan en af om een goede luchtkwaliteit te verzekeren en tegelijkertijd het warmteverlies tot een minimum te beperken. Het daarbij gebruikte warmteterugwinningssysteem heeft een efficiëntie van 70%.
Bij een gemiddelde windsnelheid van 4 m/s varieert het debiet van de Wind Cowl tussen de 50 à 70 liter per seconde, afhankelijk van de buitentemperatuur.
(Zonne)schoorsteen
Via de schoorstenen kan er lucht worden afgevoerd door gebruik te maken van de windsnelheid om de onderdruk in het luchtkanaal (of afvoerzone) te vergroten. Ze kunnen rond, vierkant of driehoekig zijn. Vaak worden ze direct geïntegreerd in het gebouw, hoewel ze eveneens deel kunnen uitmaken van een aparte structuur die verbonden wordt door luchtkanalen. Ze staan open voor alle windrichtingen door de openingen die langs verschillende kanten voorzien zijn.
De zonneschoorstenen maken gebruik van de zon om het temperatuurverschil te vergroten en zodoende ook het afgevoerde debiet.
Schoorsteen van het IONICA (links), schoorsteen van het BRE-gebouw (rechts)
De doeltreffendheid van een schoorsteen hangt af van het volume, het verschil in temperatuur tussen de binnenkomende en de uitgaande lucht alsook van de afstand tussen luchttoevoer en -afvoer. Om hun werking te verbeteren is het interessant om de thermische trek aan te vullen met passieve voorzieningen: zonneschoorsteen (schoorsteen met een beglaasde vanger die de lucht verwarmt om de trek bij afvoer te vergroten), venturi-effect, enz.
Voor een goed werkende schoorsteen moet men rekening houden met de volgende elementen:
- vergroting van het schoorsteeneffect door het gebruik van een zonneschoorsteen, waarbij het temperatuurverschil tussen de lucht onder aan de schoorsteen en de lucht aan de opening bovenaan vergroot wordt: gebruik van beglaasde schoorstenen in het zuiden, gebruik van schoorstenen met zonnestraalvangende kappen, enz.;
- de schoorsteen minstens de helft van de hoogte van de laatste verdieping laten doorlopen om te vermijden dat op deze verdieping al te grote openingen aangebracht moeten worden om voldoende debiet te verkrijgen;
- de schoorsteen zal in een onderdrukzone geplaatst worden om ook gebruik te kunnen maken van het windeffect;
- indien nodig moet er een structuur worden ontwikkeld die het venturi-effect boven aan de schoorsteen versterkt (grotere trek).
Structuur die trek vergroot via venturi-effect
Atrium
Atria kunnen gebruikt worden als zone voor de extractie van warme lucht bij benutting van het schoorsteeneffect. Ter hoogte van het atrium dient de luchtstratificatie erg aanzienlijk te zijn om een maximale thermische trek te verkrijgen. Dit kan echter voor de laatste verdiepingen resulteren in een gebrek aan comfort.
Om een natuurlijke free-cooling via het atrium te verzekeren, wordt aanbevolen om:
- het atrium te laten doorlopen tot een hoogte boven de laatste verdieping die overeenstemt met twee verdiepingen, opdat de warme lucht zich boven de laatste verdieping zou bevinden. Deze regel is louter bedoeld als eerste ruwe schatting. Voor een optimalisering van het schoorsteeneffect moet er een aëraulische simulatie worden verricht om zo tot een gefundeerd ontwerp te kunnen komen;
- 5 à 10% van het dakoppervlak van het atrium van afvoeropeningen te voorzien. Dat zou min of meer moeten overeenstemmen met de luchttoevoeropeningen;
- de afvoeropening zodanig te ontwerpen dat de door de wind veroorzaakte druk de ventilatie voor elke windrichting bevordert of kiezen voor meerdere openingen die in functie van de windsnelheid gecontroleerd worden, kwestie van er zeker van te zijn dat er zich altijd een opening benedenwinds bevindt;
- boven de laatste verdieping structuurelementen te plaatsen, die de zonnestralen absorberen om het schoorsteeneffect te vergroten.
Specifieke kanalen
De specifieke kanalen worden gebruikt om de luchttoevoer of -afvoer naar een specifieke zone te leiden. Men doet er echter goed aan om het gebruik van dergelijke kanalen te vermijden, aangezien ze de drukverliezen vergroten.
Ventilatieopening (venster, rooster, lamellen) in de gevel
Beschrijving van verschillende luchttoevoeropeningen
Tuimelraam | Zo groot mogelijk ventilatiedebiet Goede luchtverdeling Onverenigbaar met verticale binnen- of buitenstores, maar kan de rol van zonwering vervullen. Sterke blootstelling aan de wind Moeilijk te integreren in de binnenarchitectuur |
|---|---|
Taatsraam | Zo groot mogelijk ventilatiedebiet Goede luchtverdeling Onverenigbaar met verticale binnen- of buitenstores, maar kan de rol van zonwering vervullen. Windvanger (positief of negatief effect) Sterke blootstelling aan de wind Regenrisico |
Valraam (boven of beneden openend) | Meerdere actuatoren mogelijk (arm, ketting, as, enz.) Goede luchtverdeling gericht naar de toegankelijke vloerplaten voor de nachtventilatie |
Opendraaiend raam | Moeilijk te motoriseren |
Draaikiepraam | Interessant voor een manueel beheer met twee debieten |
Lamellen en roosters | Gunstig om risico op binnendringing, regen, geluidshinder, enz. te beperken De nodige aandacht dient uit te gaan naar de luchtdichtheid. Grotere drukverliezen dan bij een venster |
Bij de plaatsing van de luchttoevoeropeningen moeten de EPB-eisen worden nageleefd (zie Bijlage VI van het EPB-besluit voor residentiële gebouwen – Bijlage VII van het EPB-besluit voor niet-residentiële gebouwen), met name:
- het binnendringen van hinderlijk gedierte moet worden voorkomen;
- het binnendringen van regen moet worden voorkomen;
- de toevoer moet zich op een hoogte van 1m80 van het grondniveau bevinden (hiervan kan echter worden afgeweken);
- als het om een natuurlijke toevoer gaat, moet deze manueel of automatisch ingesteld kunnen worden op de volgende posities: 'volledig geopend', '3 tussenposities' en 'gesloten (≤ 15 % debiet onder 50 Pa)'.
Over het algemeen wordt er gebruikgemaakt van een openingspercentage gelijk aan 2 à 4% van de vloeroppervlakte van de lokalen.
Opgelet: het gaat hier om netto luchtdoorstroomopeningen (er moet dus rekening worden gehouden met de reële openingsoppervlakte van een eventueel rooster of een vrij visueel vlak dat 40 tot 70% kan verschillen met de opening zonder rooster).
