Het is belangrijk om allereerst de algemene toepasbaarheid van free-cooling na te gaan aan de hand van de tabel die in het dossier wordt voorgesteld (zie Een passieve koelstrategie toepassen > Ontwerp stappen). Op die manier kan worden bepaald of free-cooling een aangewezen oplossing vormt of dat men voor andere technieken dient te opteren (aardwarmtewisselaar, adiabatische koeling, ...).
Koelpotentieel van free-cooling
Koelimpact van free-cooling – Cijfervoorbeeld
We stellen vast dat het koelpotentieel van free-cooling beperkt blijft in het tussenseizoen en in de zomer overdag.
We lichten dit toe met een voorbeeld (bron: Energie+ ). Stel, we hebben een ruimte van 26°C met een (hoge) thermische belasting van 60 W/m² (computer, verlichting, gebruikers, invallend zonlicht, ...) of 20 W/m³ (als de hoogte onder het plafond 3 m bedraagt). De temperatuur van de buitenlucht bedraagt 20°C. Wat is dan de vereiste verversingssnelheid om de warmte van een m³ van het lokaal af te voeren?
waarbij:
P = 0,34 . q . ΔT
- P: thermische belasting (W)
- 0,34: volumetrische warmte van de lucht (W.u/(m³.K))
- q: debiet (m³/u)
- ΔT: temperatuurverschil tussen binnen en buiten
De belasting per volume-eenheid (W/m³) bedraagt:
P v = 0,34 . n . ΔT
waarbij n: verversingssnelheid (/u)
Deze verversingssnelheid is bijgevolg gelijk aan:
Er zou dus een verversingssnelheid van 9,8 per uur nodig zijn: de lucht van het lokaal zou dus 10 keer per uur ververst worden! Afgezien van de technische moeilijkheid zou dit voor een weinig comfortabele omgeving voor de gebruikers zorgen. Als het om mechanische free-cooling gaat, zal er een aanzienlijk energieverbruik zijn van de ventilatoren, een verbruik dat we bovendien nog eens met 2,5 moeten vermenigvuldigen om het primaire elektriciteitsverbruik te kennen!
Bij een buitentemperatuur van 16°C zou deze verversingssnelheid nog 5,9/u bedragen.
We zien dus duidelijk dat free-cooling interessant wordt als de temperatuur van de buitenlucht kouder is en de luchtdebieten hoog. Dat brengt ons er dan ook toe om het koelpotentieel van de buitenlucht 's nachts in overweging te nemen, wanneer de gebruikers er niet zijn en er grote luchtdebieten met lage temperaturen gepulseerd kunnen worden.
Anderzijds mogen we ook niet uit het oog verliezen dat een gebouw dat zijn koelbehoeften verkleind heeft (zie dossier Een passieve koelstrategie toepassen > Ontwerp stappen), zonder actieve koeling zou kunnen door gebruik te maken van het potentieel van free-cooling overdag via een lichte verhoging van de hygiënische debieten overdag.
Besliss ingsboom: welk type free-cooling kiezen?
Onderstaande beslissingsboom helpt de ontwerper om het juiste type van free-cooling te kiezen.
Specifieke kenmerken van de voorziening voor een eengezinswoning – meergezinswoning – klein tertiair gebouw – groot tertiair gebouw
Voor residentiële bestemmingen is free-cooling relatief gemakkelijk te implementeren en toe te passen op woningniveau (niet op gebouwniveau):
- Om de doeltreffendheid ervan te verzekeren, moeten mono-georiënteerde woningen vermeden worden en dient de voorkeur uit te gaan naar doorlopende woningen of woningen met dubbele oriëntatie.
- In elke woning wordt een manuele opening van de ramen voorzien, waarbij er goed met de bewoners gecommuniceerd moet worden: "In de zomer, tijdens erg warme periodes, moeten de draaikiepramen 's nachts geopend worden".
- Bij de installatie van een ventilatiesysteem D moet de installatie van een automatische bypass van de warmteterugwinning worden voorzien (zie voorziening warmteterugwinning). De bypass vermijdt dat er gebruik gemaakt wordt van de warmteterugwinning, wanneer het beter is om van koudere buitenlucht te profiteren.
- Nachtventilatie werkt doorgaans (behalve in slaapkamers) volgens het principe dat de massa van het gebouw 's nachts afgekoeld wordt, zodat deze massa overdag warmte kan opnemen. Er is bij nachtventilatie dus steeds een zekere hoeveelheid thermische massa nodig , anders werkt dit concept niet. Bij free-cooling overdag zal de thermische massa ook zorgen voor een gunstige demping van de temperaturen, maar ook zonder de aanwezigheid van thermische massa kan overdag aan free-cooling worden gedaan. Free-cooling overdag gebeurt namelijk terwijl het lokaal bezet is en zodoende kan men gebruikmaken van het direct koelend effect van de buitenlucht.
Bij kleine tertiaire gebouwen kan op eenzelfde manier gebruik worden gemaakt van natuurlijke free-cooling als bij gebouwen met een residentiële bestemming. Elke werknemer moet ertoe aangespoord worden om de vensters handmatig te openen en te sluiten. Wanneer er risico's op indringing bestaan of in het kader van een geoptimaliseerde strategie, zal men een geautomatiseerde opening van de vensters overwegen in functie van de binnen- en buitentemperaturen.
Bij grote tertiaire gebouwen is een globale reflectie over de te hanteren passieve koelstrategie van primordiaal belang. De implementatie van een natuurlijke of hybride free-cooling zal namelijk gevolgen hebben voor het architecturale ontwerp (diepte van het gebouw, oriëntatie ten opzichte van de wind, atrium, dubbele buitenschil, enz.).
Specifieke kenmerken van de voorziening volgens de aard van de werken
Bij woningen en kleine tertiaire gebouwen die gerenoveerd worden , vormt het aanbrengen van openingen voor een natuurlijk toevoer en doorstroom van lucht zelden een probleem. Vaak wordt de plaatsing van draaikiepramen en het laten openstaan van de binnendeuren voorzien. Wanneer de diepte van het vertrek het toelaat (zie Ontwerp van de voorziening), kan de luchtafvoer gemakkelijk via de tegenoverliggende gevel gebeuren.
Bij gerenoveerde tertiaire gebouwen kan men op verschillende moeilijkheden stuiten:
Voor een natuurlijke en/of hybride free-cooling
- zal men trachten gebruik te maken van het schoorsteeneffect door middel van een natuurlijke of mechanische verticale ventilatie, wat niet altijd evident is bij renovatie. De installatie van luchtkokers of lucht laten passeren via het trappenhuis kunnen een alternatieve oplossing vormen (de deuren van het trappenhuis worden in dat geval permanent opengehouden met behulp van elektromagnetische kleppen). De brandweer zal echter geraadpleegd moeten worden om na te gaan of een dergelijke voorziening toegelaten is.
- Als er wijzigingen aan de openingen worden aangebracht, moet men ook stilstaan bij het ontwerp en de manier van openen van de vensters om een eenzijdige free-cooling te verzekeren. De feedback van de opgedane ervaring bij de renovatie van het kantoorgebouw PROBE van het WTCB (zie Energie+ ) is een goed voorbeeld van de keuzes die gemaakt werden en de resultaten die dit opleverde.
- Als het gebouw is uitgerust met bestaande verluchtingsroosters voor een natuurlijke ventilatie, moet men nagaan hoe deze roosters opgenomen kunnen worden in het free-coolingconcept. Het spreekt voor zich dat deze strategie in een ruimere strategie zal moeten kaderen op het vlak van energie-efficiëntie en gebruikerscomfort.
- Voor een mechanische free-cooling zijn er vaak aanzienlijke luchtdebieten nodig, terwijl de integratie van grote luchtkokers (zie voorziening Ventilatieleidingen) niet altijd mogelijk zal blijken bij renovatie.
Sommige bestaande gebouwen zijn ook uitgerust met natuurlijke ventilatieroosters die soms afgesloten worden om ongemakken tijdens de winter te vermijden. Bij een renovatie kunnen deze roosters eventueel gebruikt worden om een free-coolingstrategie te implementeren. Het spreekt voor zich dat deze strategie in een ruimere strategie zal moeten kaderen op het vlak van energie-efficiëntie en gebruikerscomfort.
Als de renovatie een obstakel vormt voor de implementatie van een doeltreffende free-cooling, kan de free-cooling ook worden gecombineerd met andere voorzieningen (zie dossier Een passieve koelstrategie toepassen > Ontwerp stappen)
