Ontwerp van de gekozen passieve koeltechniek

De gekozen passieve koeltechniek en de bijhorende regeling wordt ontworpen zodat deze voldoet aan de vooropgestelde prestatie-eisen. In dit hoofdstuk wordt hierop uitvoering ingegaan voor de verschillende technieken. Als laatste hoofdstuk onder elke techniek wordt de regeling besproken.

Free-cooling en nachtventilatie

Om aan free-cooling of nachtventilatie 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. Een traject dat de koudere buitenlucht makkelijk kan volgen doorheen het gebouw. Het volledig intensief ventilatietraject (of concept) wordt bij voorkeur reeds uitgetekend in de schets-fase. Het betreft de keuze inzake het principe (natuurlijk, mechanisch, hybride) en de bijhorende elementen om een mooi, vlot en drukarm ventilatietraject te krijgen (opengaande delen, doorvoeropeningen, verticale kokers). Met druk arm wordt bedoeld: een traject waarbij de lucht weinig weerstand ondervindt. Want hoe hogere de drukval, hoe hoger het ventilatorverbruik (of hoe moelijker voor de wind- en het temperatuurverschil om de lucht langsheen het traject te verplaatsen). Meer informatie over de drukval is te vinden in dossier Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen .

Waarom is een drukarm traject zo belangrijk?

De EER van nachtventilatie kan gezien worden 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 ondervind. De formule om het verbruik van de ventilator te bepalen is:

P [W] = Q [m³/s] * ∆P [Pa] / n [-]

• Het verbruik door de ventilator opgenomen vermogen = het luchtdebiet * de drukval over het ventilatietraject / het rendement van de ventilator
• Een verhoging van de drukval geeft dus een zelfde verhoging in het door de ventilator opgenomen vermogen

Waarom is een specifiek (apart) traject voor nachtventilatie zo belangrijk?

Naast bovenstaande formule geldt:

P 1 / P 2 = +/- (Q 1 / Q 2)^3

Deze formule betekent dat binnen eenzelfde installatie een verhoging van het debiet leidt tot ongeveer eenzelfde verhoging van het door de ventilator opgenomen vermogen tot de derde macht. (Het debiet heeft namelijk ongeveer met een macht 3 impact op het opgenomen vermogen van de ventilator). Een verhoging van het debiet van 5.000 m³/h naar 15.000 m³/h resulteert dus ongeveer in een verhoging van het ventilatorverbruik van 1,5 kW naar 40,5 kW. Bovenstaande formule heeft als achterliggende formule een kwadratische verhouding tussen de drukval (∆P ) en het debiet.

∆P 1 / ∆P 2 = +/- (Q 1 / Q 2)^2Daarom is het aangewezen om voor nachtventilatie een traject te voorzien dat speciaal voor hoge debieten ontworpen is. En indien met hiervan afwijkt (b.v. door het kanaalwerk en de luchtgroep voor hygiënische ventilatie te gebruiken voor nachtventilatie) dient men steeds na te rekenen wat de consequenties zijn voor het ventilatorverbruik.

Deze zaken worden onderstaand en verder nog met voorbeelden verduidelijkt.

Hoe ziet een specifiek en drukarm ventilatietraject eruit?

We ontwerpen dus voor nachtventilatie een specifiek ventilatietraject om dit (a) zou aangepast zijn aan de hoge debieten voor nachtventilatie en (b) een lagere drukval heeft dan een normaal ventilatietraject. Onderstaand 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 kanalen 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 1000 Pa (zeer druk arm 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 indicatie van de verschillen tussen een traject voor hygiënische ventilatie en een traject voor nachtventilatie

* Dit is eerder een fictieve waarde bekomen door in het bestaande kanaalnet voor hygiënische ventilatie een ventilator te plaatsen die een zeer hoge drukval (∆P) kan overwinnen. De drukval is zeer hoog omdat een zeer hoog debiet door een, voor dat debiet, nauw kanalennetwerk gestuurd wordt. Het opgenomen vermogen van de ventilator is dan ook extreem groot. Een ventilator met een dergelijk opgenomen vermogen zou voor hygiënische ventilatie daarnaast ook een hoger vermogen opnemen dan de oorspronkelijke 1.894 W. Dit omdat een ventilator doorgaans slechts tot maximaal 40% van het debiet kan terugtoeren en omdat bij het terugtoeren van de ventilator in werkelijkheid het opgenomen vermogen een stukje minder daalt dan volgens de derde macht. Verder, is deze waarde fictief omdat dit in werkelijkheid nooit zo uitgevoerd zal worden.

** Bij een verhoging van het debiet naar 15.000 m³/h zal men normaliter ook het kanaalnet en de andere componenten van het ventilatietraject aanpassen. Ventilatoren hebben namelijk een maximaal te leveren debiet en een maximaal te overwinnen drukval. Deze nodige aanpassingen van de luchtgroep en het kanaalnet hebben hun repercussies op de prijs en de nodige ruimte in het technisch lokaal en de rest van het gebouw (b.v. ruimte voor kanalen onder de plafonds).

In essentie zal de ontwerper steeds de keuze maken tussen:

• de kost voor het voorzien van bijkomende elementen om free-cooling en intensieve nachtventilatie mogelijk te maken en
• de zeer grote energiebesparing die gerealiseerd kan worden door free-cooling en intensieve nachtventilatie
  • Maar ook omwille van het comfort of een natuurlijke reflex om met passieve technieken te werken kan men terecht komen bij voldoende bijkomende elementen voor free-cooling en/of nachtventilatie.

In het beste (en aanbevolen) geval is er zelfs geen ventilator nodig om intensieve nachtventilatie te realiseren of werkt de ventilator enkel als de natuurlijke krachten (wind en temperatuur) onvoldoende groot zijn.

Rekening houdende met de drukval kunnen sommige componenten overlappend gebruikt worden voor hygiënische ventilatie en nachtventilatie (b.v. de doorvoerroosters).

Bovenstaande 3 vragen worden in wat volgt veel meer in detail behandeld en geduid met voorbeelden. Achtereenvolgens worden behandeld:

• De algemene mogelijkheden: mechanisch, natuurlijk en hybride en a.d.h.v. voorbeelden hun energetische impact
• De plaats van het traject in het gebouw
• Het dimensioneren van de verschillende componenten van het traject

Algemene mogelijkheden nachtventilatie en free-cooling (mogelijke concepten)

Onderstaand zijn verschillende mogelijke technieken van free-cooling en nachtventilatie geschetst:

• Links: volledig mechanisch: de aan en afvoer van lucht gebeurt via een ventilator, als dan niet dezelfde van het systeem voor hygiënische ventilatie
• Midden: volledig natuurlijk, zonder ventilatoren: In volgorde van stijgende effectiviteit: eenzijdige ventilatie (per ruimte), dwarsventilatie (per verdieping) en werken met het schouweffect, gebruikmakende van de thermische trek (afvoer via het dak of op de bovenste verdieping). Men zal proberen om de verluchtingsopeningen te voorzien in tegenover elkaar liggende gevels, hoofdzakelijk zuidwest en noordoost, om te genieten van de druk van de wind. En daarvoor bij voorkeur per niveau, in het bijzonder voor de hoogste niveaus, zal men proberen verticale luchtafvoerkokers te voorzien (schoorsteeneffect). Atria of traphallen met koepels of andere plaatsen waar vensters open kunnen op de bovenste verdieping kunnen ook een mooi schoorsteeneffect genereren.
• Rechts: Tussenvorm: mechanische afzuiging en natuurlijke toevoer of omgekeerd. Soms wordt dit hybride genoemd.
  • Hybride wordt evenwel eerder gebruikt voor systemen die in functie van de buiten- en binnencondities overschakelen tussen natuurlijke en mechanische ventilatie. Onderstaand meer uitleg over de mechanische, natuurlijke en hybride vorm van free-cooling en nachtventilatie. Naar energieverbruik toe primeert steeds de natuurlijk en/of hybride vorm. Dit is steeds af te wegen in functie van de mogelijkheden, koellast, enz. .

Overzicht van de verschillende manier om aan free-cooling te doen

Free-cooling en nachtventilatie door mechanisch ventilatie

Zoals in het hoger gespecifieerde voorbeeld is het bij het gebruik van mechanische ventilatie voor nachtkoeling aangewezen om de druk van het traject (zie verder) zo laag mogelijk te houden. Om dit verder te verduidelijken gaan we nogmaals (zie ook bovenstaand voorbeeld) in op de volgende vraag:

Is het interessant om het mechanisch hygiënisch ventilatiesysteem 's nachts te laten draaien om het gebouw buiten de bezettingsuren te laten afkoelen?

Heel wat beheerders van gebouwen stellen zich de vraag… .

Om een begin van een antwoord te geven, moet men het hygiënisch ventilatiedebiet van het gebouw vergelijken met het debiet dat nodig is voor een krachtige nachtventilatie: de behoefte aan verse lucht om het ademcomfort te verzekeren komt vaak overeen met een luchtverversing van iets minder dan 1 vol/u (voor ongeveer 36 m³/u/persoon), terwijl een doeltreffende nachtventilatie om te zorgen voor passieve koeling en een goed zomercomfort een luchtdebiet vereist van minimum 4 vol/u.

Het hygiënische ventilatiesysteem gebruiken om 's nachts verse buitenlucht te stuwen kan dus enkel gezien worden als een verfrissing, en niet als een echte koeling, want dat moet het debiet te sterk worden opgevoerd. Iets waar het systeem niet op voorzien is.

Het tweede deel van het antwoord schuilt in de verbruiksbalans van de ventilatoren. Men ziet dat de energiebalans van het nachtelijk gebruik van de mechanische ventilatie niet bijzonder positief is (zie cijfervoorbeeld geval 1). Immers, gezien de lage warmtecapaciteit van lucht (in vergelijking met water bijvoorbeeld), is het mogelijk dat de ventilatoren zodanig veel stroom verbruiken dat het interessanter is om overdag een traditionele klimaatregeling te laten draaien in plaats van de mechanische ventilatie 's nachts. Dat hangt af van de drukverliezen van het ventilatienet en van de buitentemperatuur, die bepaald hoe sterk er gekoeld kan worden met nachtventilatie. Over het algemeen moet het verschil tussen de buiten- en de binnentemperatuur meer dan 8°C bedragen om een positieve balans te hebben.

Een alternatief zou dus kunnen zijn om enkel de extractie te gebruiken, of enkel de stuwing van het mechanische ventilatiesysteem, aangevuld met openingen voor natuurlijke luchtaanvoer of extractie.

Cijfervoorbeeld

Hypothesen:

• een gebouw van 3000 m², gebruikt door 200 personen met een hygiënisch luchtdebiet van 7200 m³/u, ofwel een luchtverversing van 0,86 vol/u (rekening houdende met een vrije hoogte van 2,8 meter);
• een EER (koelproductie-COP) van 3,2;
• een vermogen van de ventilatoren van 0,8 W/m³verplaatste lucht/u;
• de hygiënische ventilatie staat 's nachts uit.

In het voorbeeld dat volgt, vergelijken we het stroomverbruik dat teweeggebracht wordt door een mechanische ventilatie die 's nachts werkt voor nachtventilatie of een koelgroep die een netwerk van ijswater voedt. Deze vergelijking wordt gemaakt voor dezelfde geleverde hoeveelheid koelenergie (gelijk aan de energie geleverd door gestuwde lucht bij een hygiënisch debiet met een temperatuur die 8°C lager is dan de binnentemperatuur). Met andere woorden, het comfort is hetzelfde in de twee benaderingen, maar is niet voldoende om van een echte koeling te spreken.

Het stroomverbruik van de ventilatoren om het hygiënische debiet van overdag te bereiken is niet in aanmerking genomen in de resultaten die volgen. De hier bestudeerde ventilatiedebieten zijn enkel die welke door nachtventilatie worden gevraagd.

• Geval 1 : het geleverde luchtdebiet voor nachtventilatie komt overeen met het hygiënische luchtdebiet, ofwel 0,86 vol/u

Vergelijking tussen het elektriciteitsverbruik van een klassieke koelgroep en nachtventilatie met een debiet van 0,86 vol/u via het kaneelnet van de hygiënische ventilatie

Bron: Matriciel

• Geval 2 : het geleverde luchtdebiet wordt opgevoerd tot 4 vol/u voor een volwaardige koeling
• Geval 2 A: het ventilatienet is gedimensioneerd voor 4 vol/u. De drukverliezen zijn zodanig dat het vermogen van de ventilatoren een verplaatste 0,8 W/m³ bedraagt. Overdag zijn de drukverliezen in het ventilatienet heel laag omdat de secties van de ventilatieschachten 4 keer groter zijn dan de doorsnede die doorgaans vereist wordt voor het debiet van hygiënische ventilatie. De besparing op het stroomverbruik van de ventilatoren kan geraamd worden op ± 4³, ofwel 64 keer minder overdag!

Vergelijking tussen het elektriciteitsverbruik van een klassieke koelgroep en nachtventilatie met een debiet van 4,0 vol/u via een kanaalnet gedimensioneerd op 4,0 vol/u

Bron : Matriciel

• Geval 2 B: het ventilatienet is gedimensioneerd voor 0,86/u. De drukverliezen zijn veel groter en het extra stroomverbruik van de ventilatoren kan geraamd worden op ± 4³, ofwel 64 keer meer ‘s nachts! Let wel: Deze waarde is eerder fictief, zie inleidend voorbeeld in Tabel 10.

Vergelijking tussen het elektriciteitsverbruik van een klassieke koelgroep en nachtventilatie met een debiet van 4,0 vol/u via een kanaalnet gedimensioneerd op 0,86 vol/u

Bron : Matriciel

Conclusie: Als men nachtventilatie ontwerpt via het kanaal net voor hygiënische ventilatie is verbruik enkel aan de lage kant als het kanaalnet voorzien is voor het verhoogde ventilatiedebiet. Maar dan nog blijft het ventilatorverbruik aan de hoge kan. Een afzonderlijk systeem van nachtventilatie met een zeer lage drukval primeert.

Free-cooling en nachtventilatie door natuurlijke ventilatie

Natuurlijke ventilatie kan op drie manieren worden uitgewerkt:

• eenzijdige ventilatie op slechts één gevel,
• dwarsventilatie van gevel tot gevel (zie Figuur 21 links) en
• ventilatie op basis van het schoorsteeneffect van gevel tot dak (zie Figuur 21 recht).

In de gevallen 1 en 3 wordt de beweging van de lucht veroorzaakt door het verschil tussen binnen- en buitentemperatuur, terwijl bij dwarsventilatie de druk van de wind op het gebouw de drijvende kracht is.

Twee voorbeelden van intensieve verluchting in kantoren: via openingen die worden geplaatst in tegenover elkaar liggende gevels, dankzij de druk van de wind, of door middel van verticale kokers.

Meer informatie over natuurlijke ventilatie t.g.v. de drijvende krachten wind en schoorsteeneffect is te vinden in onderstaande kader en in dossier Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen . Na de kader volgen enkele voorbeelden van de verschillende types free-cooling- en nachtventilatiesystemen.

De wind: om de druk van de wind te kunnen gebruiken moet men zich op een open terrein bevinden en moet men openingen hebben in twee tegenover elkaar liggende gevels. In de stad kan deze methode ook toegepast worden, maar gezien de vele omliggende gebouwen is de windrichting van waaruit het gebouw overwegend zal aangeblazen worden moeilijker te voorspellen. In onze streken komt de hoofdstroming uit het zuidwesten en de belangrijkste secundaire stroming uit het noordoosten. Het is dus tegenover deze twee richtingen dat de openingen bij voorkeur geplaatst worden voor de toepassing van free-cooling (vensters of roosters). Concreet: Indien het gebouw is blootgesteld aan de wind, kan men dus proberen om de openingen van het gebouw te plaatsen op de tegenover elkaar liggende gevels, idealiter zuidwest en noordoost, waarbij ‘vrije' luchtdoorgang wordt voorzien tussen de lokalen. Gezien de windsnelheden tijdens warme periode, i.t.t. de temperaturen, niet in te schatten zijn, heeft men bij dwarsventilatie minder zekerheid over een voldoende ventilatiedebiet.

Windstelsel in België

Het schoorsteeneffect: het schoorsteeneffect is de opwaartse beweging van de binnenlucht in een gebouw of een koker, doordat deze lucht warmer is en dus lichter dan de buitenlucht. Die beweging zorgt voor aanzuig van verse lucht onderaan in het gebouw of de koker en stuwt de warme lucht aan de bovenkant naar buiten. Deze luchtverplaatsing is sterker wanneer het temperatuurverschil tussen binnen en buiten groter is (en werkt dus hoofdzakelijk 's winters en/of 's nachts) en naarmate het hoogteverschil tussen de openingen voor luchttoevoer en luchtafvoer groter is(zie dimensionering). Een schoorsteeneffect is mogelijk op schaal van een enkel venster, een gevel of van een volledig gebouw. Bij een schoorsteen zal naast het temperatuurverschil ook de wind spelen als drijvende kracht (zuiging van de lucht uit het gebouw). Zie ook dossier G_ENE02 - Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen .

In sommige gevallen kunnen het wind-effect en het schoorsteen effect elkaar versterken. Dit is het geval wanneer de openingen in de gevel zich bevinden aan de zijde waaruit de wind komt. Daarnaast, zal de wind doorgaans (wegens een zuigeffect) nog wat extra lucht doorheen de verticale schacht zuigen. Bevinden de openingen in de gevel zich in de richting waarnaar de wind blaast dat zal de wind eerder lucht uit het gebouw willen zuigen langs de ramen en werkt de wind het schoorsteeneffect tegen.

Voorbeelden van de mogelijke concepten (op de componten wordt verder ingegaan).

Eenzijdige ventilatie : Beeckmanstraat

In dit voorbeeld is gekozen voor het schoorsteeneffect op vensterniveau. Dit is het meest eenvoudige systeem: er zijn geen verticale schoorstenen nodig en geen openingen binnenin om de lucht door te laten. Elk kantoor is op eenvoudige wijze van de publieke circulatie in het gebouw afgezonderd en elke gebruiker is verantwoordelijk voor zijn omgeving. Het systeem vereist wel openingen die heel wat groter zijn (en vooral hoog), om een zeker schoorsteeneffect te kunnen genereren. De gevelopeningen zijn eveneens vensters met een rooster ervoor.

Free-cooling of nachtventilatie waarbij toevoer en afvoer in zelfde opening aanwezig zijn (onderaan de opening gebeurt de toevoer, bovenaan de afvoer)

Bron : Bouwkundige dienst van de gemeente Ukkel

Voor meer informatie over het Beeckmanstraat-project, zie de fiche van het VOORBEELDGEBOUWPROJECT nr. 025 (2007).

Dwarsventilatie : Cameleon

Dwarsventilatie wordt weinig gebruikt op beveiligde locaties, welke in het Brussels gewest frequent zijn. Hoewel het aanvankelijk niet voorzien was, wordt dit ventilatieprincipe in bepaalde omstandigheden gebruikt in het project Cameleon. Bijvoorbeeld bij onweer, wanneer de beheerders het dak gesloten houden en enkel de gevelopeningen gebruiken om het gebouw overdag en 's nachts te ventileren. Onderstaand 2 voorbeelden free-cooling of nachtventilatie enkel via de gevel:

• dwarsventilatie met als drijvende kracht de wind
• ventilatie via de gevel met de temperatuursverschil als drijvende kracht (is geen dwarsventilatie: maar schoorsteeneffect op gevelniveau.)

Winkel Cameleon: luchtbewegingen bij sluiting van het dak en opening van de gevels

Bron : Matriciel

1. Luchtbeweging teweeggebracht door een drukverschil tussen twee gevels 2. Luchtbeweging aangedreven door het temperatuurverschil tussen de binnenlucht en de buitenlucht

Ventilatie op basis van het schoorsteeneffect: Cameleon

Wanneer zich in het gebouw een koelbehoefte voordoet, wordt een grote natuurlijke trek gecreëerd tussen gemotoriseerde vensters die over het hele gebouw verspreid zijn en 12 grote openingen in het dak van het atrium.

Opengaande roosters voor toevoer van de lucht (links) en luiken bovenaan voor afvoer van de lucht (rechts)

Bron: Matriciel en AWAA

Voor meer informatie over het Caméléon-project, zie de fiche van het VOORBEELDGEBOUWPROJECT nr. 025 (2007).

OCMW Vanpestraat

In Vorst gebruikt men de oude ventilatieroosters in de borstweringen van de geklasseerde gevel als opening voor nachtventilatie. Daartoe zijn ze uitgerust met opengaand schrijnwerk. De afvoer van de lucht gebeurt op natuurlijke wijze langs het dak via de afvoerkoepels van de trappenhuizen. De luchtdoorstroom gebeurt langs de deuren van de kantoren.

Schematisch ventilatietraject voor nachtventilatie (toevoer via de gevel, doorvoer naar de gang en afvoer via de traphallen)

Bron: Architectenbureau A2M

Voor meer informatie over het OCMW Vanpéstraat-project, zie de fiche van het VOORBEELDGEBOUWPROJECT nr. 025 (2007).

Opmerking : kan men de hygiënische ventilatie baseren op natuurlijke ventilatie?

Aangezien het amper interessant is om aan nachtventilatie te doen met het mechanische systeem van de hygiënische ventilatie, kan men de omgekeerde vraag stellen: zou men het natuurlijke systeem van nachtventilatie niet kunnen gebruiken om de hygiënische ventilatie overdag te organiseren? Zo heb je geen twee systemen nodig en verlaag je de investering.

Zie tevens dossier G_ENE02 - Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen.

Voorbeeld: Cameleon

In de 2 grote verkoopzalen (8000 m²) zorgen de gemotoriseerde vensters in de gevel en de kleppen in het dak zowel voor het ademcomfort wanneer de winkel open is als het thermische comfort door nachtventilatie maar ook free-cooling overdag als de buitentemperatuur geschikt is.

Jammer genoeg verliest men de precieze controle van het verse-luchtdebiet en de warmteterugwinning op de afgezogen lucht, die eigen zijn aan mechanische ventilatie met dubbele stroom.

Daar staat tegenover dat men bespaart op het verbruik van de ventilatoren (een elektrisch vermogen van om en bij de 25 kW) en dat de investeringskost fors lager ligt. In het onderhavige geval werd het primaire-energieverlies dat te wijten is aan één natuurlijk systeem herleid tot het minimum dankzij een bediening van de openingen, niet enkel op basis van de temperaturen (voor free cooling), maar ook van de bezetting, door een meting van de CO2 in de binnenlucht (voor de hygiënische ventilatie). Het overige energieverlies (van om en bij de 9 kWh primaire energie/m²/jaar en 0,4 €/m²/jaar) is aldus heel klein geworden in vergelijking met de uitgespaarde investeringskost. Die besparing levert middelen op die kunnen worden ingezet in een andere, meer rendabele energiepost.

Die oplossing om de natuurlijke-ventilatieopeningen te laten besturen door CO2-sensoren is aldus perfect geschikt voor het beheer van grote ruimten waar de gebruikers in beweging zijn. Dit is iets moeilijker in kantoorzones, waar de tussenwanden een globaal beheer in de weg staan en waar het zittende werk iets meer eisen stelt aan de temperaturen en snelheden van de luchtstromen. Maar het is zeker haalbaar.

In het kader van de huidige EPB-regelgeving worden evenwel strengere eisen opgelegd aan natuurlijke ventilatiesystemen en kan men niet zomaar gelijk welk systeem gebruiken. Binnen de EPB-regelgeving moet de toevoer van lucht mechanische verlopen of indien natuurlijk, moeten de openingen een zeker aantal tussenstanden hebben en moet gecertificeerd worden welke debieten de natuurlijke toevoeropeningen halen. Voorgaande is niet van toepassing op raamopeningen. De nodige certificaten kunnen enkel voorgelegd worden voor specifieke toevoerroosters, tenzij men de fijn te regelen ramen laat certificeren. Daarom kan het openen van ramen niet als enige systeem voor natuurlijke ventilatie beschouwd worden. Het is een bijkomend systeem bovenop door de EPB-regelgeving goedgekeurde toevoer van hygiënische ventilatielucht.

De ramen mogen dus wel gebruikt worden om hygiënisch te ventileren (wat b.v. zeker aangewezen kan zijn als het buiten warm genoeg is, zie verder). Maar, er dient een systeem aanwezig te zijn in het gebouw dat voldoet aan de wetgeving. Dit hoeft daarom evenwel niet steeds gebruikt te worden. Men kan b.v. een systeem D installeren en in het tussenseizoen en in de zomer overschakelen op natuurlijke ventilatie. In dit geval is het wel aangewezen om de luchtgroep nog op minimaal debiet te laten draaien of periodisch in te schakelen. Een systeem D langdurig uitschakelen is niet aangewezen, b.v. omwille van stofophoping in de kanalen.

Free-cooling en nachtventilatie door h ybride ventilatie  

Hybride ventilatie is ventilatie die "natuurlijke" ventilatie combineert met "mechanische" ventilatie. B.v. natuurlijke ventilatie via (de fijn af te stellen openingsgraad van) de ramen en dakopeningen, ondersteund met een dakextractor indien men onvoldoende natuurlijke ventilatie verwacht. In extremis wordt de dakextractor dan enkel ingeschakeld als blijkt dat er gedurende de eerste uren van de nacht onvoldoende temperatuurverlaging is in het gebouw. Deze dakextractoren zijn bij voorkeur ventilatoren met een laag verbruik, die losstaan van de hygiënische ventilatie, zoals b.v. dakextractoren in daktorentjes.

Praktijkvoorbeeld: Cameleon

Dit is de optie die werd gekozen voor de koeling van de kantoren van de winkel Cameleon: De gevelopeningen zijn opengaande vensters.

De trek komt van de 2 daktorentjes die uitmonden in de centrale gang. De inschakeling van de torentjes wordt geregeld met een thermostaat en beheerd door het GTB (gecentraliseerd technisch beheer).

Het debiet van de torentjes bedraagt 11200 m³/u voor een luchtverversing van de kantoren van meer dan 4 vol/u.

Cijfervoorbeeld

Hernemen we het bovenstaande cijfervoorbeeld en vergelijken we het verbruik van een zuiver mechanische free cooling, een hybride free cooling die gebruik maakt van ofwel mechanische extractie, ofwel mechanische stuwing van het hygiënische ventilatiesysteem en het verbruik van traditionele klimaatregeling.

• Geval 1: het geleverde luchtdebiet komt overeen met het hygiënische luchtdebiet, d.i. 0,86 vol/u

Vergelijking tussen het elektriciteitsverbruik van een klassieke koelgroep en verschillende vormen van beperkte nachtventilatie

Bron : Matriciel

• Opmerking:

In hybride modus is mechanische extractie interessanter dan stuwing aangezien het verbruik van de ventilatoren vaak lager ligt. Dit komt omdat de drukverliezen op het net groter zijn (wegens de doorgang van de lucht door de luchtbehandelingsbatterijen, het groter aantal filters, het net dat over het algemeen langer is enz.).

Merken we ook op dat men bij mechanische stuwing ermee rekening moet houden dat de gestuwde lucht 1°C hoger zal liggen dan de buitenlucht omdat ze door de ventilatiegroep passeert.

Mechanische stuwing is wel nuttig als men niet zeker is van het goede traject van de lucht. Dankzij het stuwnet is men over het algemeen zeker dat alle ruimten correct gekoeld worden:

In dit bovenstaande voorbeeld van hybride ventilatie is het met mechanische ventilatie niet mogelijk om de ruimte rechts correct te ventileren. Via mechanische stuwing kan de ganse ruimte correct gekoeld worden door de verse lucht.

• Geval 2: het geleverde luchtdebiet wordt opgevoerd tot 4 vol/u om voor echte koeling te zorgen

Vergelijking tussen het elektriciteitsverbruik van een klassieke koelgroep en verschillende vormen van nachtventilatie met 4 vol/u

Bron : Matriciel

Conclusie: Nachtventilatie waarvoor een apart ventilatietraject wordt uitgetekend met een zeer lage druk, verbruik veel minder energie dan nachtventilatie via de luchtgroep. Als er in dat traject al dan niet nog ondersteuning is via een ventilator zal niet de doorslaggevend zijn. Deze ventilator zal gezien de lage drukval geen grootverbruiker zijn. Al is elk te vermijden verbruiker natuurlijk steeds aangewezen.

Opmerking : kan men de hygiënische ventilatie baseren op de hybride ventilatie?

Los van het concept van free-cooling, kan het concept van hybride ventilatie toegepast worden op hygiënische ventilatie door de mechanische dan wel natuurlijke ventilatie in te zetten, afhankelijk van het seizoen:

• Het doel is om tijdens het stookseizoen te profiteren van een precies beheer van het debiet van de hygiënische ventilatie en van de warmteterugwinning op de afgezogen lucht en tegelijkertijd het jaarlijkse stroomverbruik van de ventilatoren te verminderen. Zo is tijdens het stookseizoen de mechanische ventilatie met dubbele stroom in werking (tijdens de uren van bezetting).
• Vanaf het tussenseizoen, wanneer de verwarmingsbehoeften verdwijnen, is er geen reden meer om de warmte terug te winnen uit de vervuilde lucht. Bijgevolg kan het mechanische ventilatiesysteem uitgezet worden. De gebruikers zijn zo meester over hun ventilatie doordat ze manueel de vensters of de openingen voor free cooling kunnen gebruiken.
  • Ook hier geldt de opmerking dat de opengaande ramen niet als toevoeropeningen gebruikt kunnen worden in het kader van de EPB-regelgeving (zie ‘kan men de hygiënische ventilatie baseren op natuurlijke ventilatie?').
  • In grotere gebouwen vraagt dit een doordachte sturing en opvolging, maar het is zeker haalbaar en zal energie besparen.

Zie tevens dossier Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen .

Voorbeeld: Cameleon

In de gang van de kantoorzone zijn 3 controlelampjes aangebracht waarvan de besturing beheerd wordt door het GTB (gecentraliseerd technisch beheer):

Wanneer de buitentemperatuur lager is dan 14°C (instelbaar) of hoger is dan 25°C (instelbaar), is het mechanische ventilatiesysteem met warmteterugwinning in werking. De gebruikers worden erop gewezen dat ze hun venster niet open mogen zetten. Hun ademcomfort wordt verzekerd door het gecentraliseerde systeem.

Wanneer de buitentemperatuur overdag tussen 14°C en 25°C ligt en dit enkele dagen aanhoudt (om de verandering van seizoen voldoende weer te geven), komt het mechanisch ventilatiesysteem automatisch tot stilstand. De gebruikers worden dan verzocht hun kantoren te verluchten via de natuurlijke ventilatieopeningen.

Het openen en sluiten van de ramen (ventilatieopeningen) kan natuurlijk ook volledig automatisch geregeld worden.

Wanneer in de zomer de binnentemperatuur oploopt en de weersomstandigheden buiten gunstig zijn, signaleert het derde controlelampje aan de gebouwgebruikers dat aan de voorwaarden voor free-cooling is voldaan.

De dakafzuigventilatoren treden 's nachts in werking en elke gebouwgebruiker kan zijn beveiligde venster openzetten, alsook de doorstroomopeningen om zijn thermisch comfort de dag nadien te garanderen.

Controlelampjes die de actieve ventilatiemodus in de kantoren signaleren (Bron: Cameleon)

Op basis van een gemiddeld weerjaar kan men stellen dat de ventilator 1000 u/jaar kan uitstaan, wat een besparing in stroomverbruik van 2200 kWh/jaar inhoudt.

Bovenstaand zijn de drie basissystemen voor free-cooling en nachtventilatie beschreven, met al hun varianten. Op basis hiervan kan de ontwerper een techniek kiezen en een indicatief traject uitstippelen in zijn gebouw (b.v. opengaande ramen, roosters boven de deuren, centrale kokers met roosters in de gang en extractoren op het dak). Onderstaand gaan we dieper in op de plaats van het traject in het gebouw en de dimensionering van de componenten.

Plaats van het ventilatietraject in het gebouw

Eens de techniek gekozen komt het erop aan om een traject te maken met een zo laag mogelijke drukval. Dit geldt zowel voor mechanische, natuurlijke als hybride free-cooling en nachtventilatie. In het volgende hoofdstuk worden enkele fysische formules aangehaald en de resulterende grootte van de openingen. Hier gaan we dieper in op waar de openingen en kanalen bij voorkeur te plaatsen.

Plaats van het ventilatietraject voor free-cooling en nachtventilatie door mechanische ventilatie

Om de drukval zo beperkt mogelijk te houden dient men het kanaalnetwerk zoveel mogelijk te beperken of plaatselijk te omzeilen. Dit kan door:

• de gang (‘als kanaal') als deel van het ventilatietraject gebruiken
• stukken kanalen vermijden door met doorvoeropeningen te werken
• de pulsie volledig uitschakelen door deze te vervangen door opengaande ramen. (Men heeft dan enkel nog het elektrisch verbruik van de extractieventilator)
• de luchtgroep niet gebruiken door een afzonderlijke extractor te plaatsen (met een lage inwendige drukopbouw)

Plaats van het ventilatietraject voor free-cooling en nachtventilatie door natuurlijke en hybride ventilatie

Het organiseren van free-cooling op basis van intensieve natuurlijke of hybride ventilatie heeft enkele belangrijke architecturale implicaties.

Eerst en vooral dienen er opengaande delen in de gevel aanwezig te zijn. Deze openingen in de gevel kunnen gewone ramen zijn (in kantel- of draaistand) of speciaal voorziene gevelopeningen of luiken. In alle gevallen zal elk lokaal moeten beschikken over een opening. Het is aangewezen de opengaande delen zo gelijkmatig mogelijk te verdelen over de gevel. Indien een ruimte beschikt over verschillende gevels, zal men (los van het gekozen traject) van de gelegenheid gebruik maken om openingen te plaatsen in de verschillende gevels.

Een bijzonder element zijn de doorvoeropeningen. Deze zorgen voor een vlotte (lage druk) doorvoer van de lucht vanuit de lokalen, waar de lucht binnenkomt via de ramen, naar de extractiekanalen. De meest eenvoudige oplossing is om de binnendeuren 's nachts open te laten. Dat zorgt echter vaak voor problemen, met name in openbare gebouwen, of wanneer men overdag van het systeem wil profiteren (als de buitentemperatuur niet hoger is dan de binnentemperatuur). Een oplossing kan zijn om direct in de binnenwanden of in de deuren zelf opengaande raampjes te steken.

In het geval van extractie via verticale kokers worden vaak extractieschoonstenen geplaatst. Deze worden het best per niveau geplaatst. Immers, door openingen van meerdere niveaus in dezelfde verticale extractie te verzamelen, bestaat het risico dat ongewenste bewegingen van de lucht ontstaan, wat een lagere efficiëntie tot gevolg heeft.

Het is belangrijk om zo vroeg mogelijk in het ontwerp dergelijke trajecten voor free-cooling te voorzien. Zie ook dossier Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen voor verdere duiding bij ‘lage drukval'.

Voorbeelden :

Voorbeelden van toevoeropeningen (luiken of ramen):

OCMW Vanpéstraat

Dit project in Vorst betreft de renovatie van een gebouw met beschermde gevel. Gemotoriseerde schrijnwerken worden ingebouwd achter oude afgerasterde ventilatieopeningen in de borst-weringen. Deze bestaande gaten zorgen voor een openingspercentage tussen 2 en 3% van de vloeroppervlakte van de lokalen.

Sommige draai-kipramen (op de verdiepingen) zijn eveneens gewoon gemotoriseerd.

Integratie van toevoeropeningen voor nachtventilatie in een bestaande gevel

Bron : Architectenbureaus A2M en Matriciel Bron : Architectenbureaus A2M en Matriciel

Beeckmanstraat

In Ukkel hebben de ontwerpers gekozen voor een eenzijdige ventilatie met “seizoenroosters”. Dit zijn verwijderbare en beveiligde roosters die enkel tijdens de zomer geplaatst worden. Aangezien ze in de winter afwezig zijn, hinderen ze de aanvoer van natuurlijk licht niet. De betrokken vensters hebben een openingsoppervlakte van ongeveer 3,5% van de vloeroppervlakte van de lokalen.

De roosters kunnen langs binnen of langs buiten aangebracht worden. Men moet voorzichtig te werk gaan bij montage in een gebouw met meerdere verdiepingen, zoals het Beeckmangebouw. Op het moment van de seizoenmontage moet de straat worden beveiligd. Extra beveiliging is mogelijk door bijvoorbeeld het raamwerk met behulp van een kabel te verbinden met het rooster om te vermijden dat het naar beneden valt.

Tijdelijk rooster (enkel in de zomer) voor ramen die gebruikt worden voor nachtventilatie

Bron : Dienst architectuur van de gemeente Ukkel

Nysstraat

Voor deze kantoren bevinden de openingen zich in het bovengedeelte van de ramen. Hun afmeting en hun draai-kipopening maken binnendringen onmogelijk. Het openen en sluiten gebeurt motoriseerd om de werking van de free cooling te optimaliseren. Deze openingen worden verbonden met die van de torentjes voor natuurlijke afzuiging.

Links, impost met gemotoriseerde opening waar een persoon niet door kan. Rechts, natuurlijke afzuigkoepel in een caisson met lamellen, eveneens beveiligd tegen indringing

Bron : Matriciel

Voorbeelden van doorstroomopeningen:

Cameleon

In de scheidingswanden van de kantoren zijn de vensters aangebracht voor de doorstroom tussen de kantoren en de dakafzuigventilatoren. Ze worden manueel bediend.

Doorvoerroosters van de lokalen naar de gang

Bron : Cameleon

Maar ook met grote akoestische roosters boven de deuren of met akoestische slangen in de beperkte (1e meter) valse plafonds kunnen goede doorvoeropeningen gemaakt worden.

Voorbeelden van verticale luchtafvoer, niet via een specifieke leiding maar langs de circulatieruimten van het gebouw:

Cameleon

In het gebouw Cameleon is de hoogte van het atrium eveneens gedimensioneerd om voldoende luchtdebiet te bieden voor de hoogste commerciële verdieping. Om de hoogte van het gebouw (ook financieel) binnen de perken te houden, is ook logischerwijze gekozen voor horizontale openingen in plaats van verticale, met al wat dat inhoudt op het gebied van bescherming tegen de regen (zie hierna).

Atrium met een hoogte van 6 m t.o.v. het plafond van de verkoopzaal op de 2e verdieping

Bron : Cameleon

OCMW Vorst

In de kantoren van het OCMW van Vorst gaat de lucht van de kantoren naar de gangen en van de gangen naar de trappenhuizen. In dit geval heeft een dynamische simulatie van de luchtbeweging in het gebouw bevestigd dat het comfort zelfs goed zou zijn als bepaalde zones geen verse lucht kregen, maar wel lucht afkomstig van een andere zone. Men spreekt daarom van parasitaire luchtbewegingen omdat de lucht die afkomstig is van een belendend kantoor niet even vers is als de buitenlucht. Dit soort studie is vooral nodig wanneer men natuurlijke trek op basis van het schoorsteeneffect gebruikt, i.h.b. in zones met onstuimige wind… .

Intensieve ventilatie op basis van het schoorsteeneffect: één schoorsteen voor meerdere niveaus

1. Ideale werking, 2. Parasitaire werking: de uitgestoten lucht in de ruimten van de lagere niveaus wordt overgenomen door de lokalen boven - Bron : Architectenbureau A2M

Elia

In de kantoren van Elia gebeurt de natuurlijke extractie op basis van het schoorsteeneffect doorheen de verschillende trappenhuizen. De luchtopname gebeurt in elk kantoor via de opengaande delen van de vensters.

Gebouw ELIA: natuurlijke ventilatie op basis van het schoorsteeneffect

Bron : G. Vervack

Voor meer informatie over het ELIA-project, zie de fiche van het VOORBEELDGEBOUWPROJECT nr. 020 (2007).

In de kantoren van het gebouw A. Nysstraat is het schoorsteeneffect te danken aan de rechthoekige torentjes die uit het plat dak steken.

AGENCE 86: natuurlijke ventilatie op basis van het schoorsteeneffect

Bron : 3E en Matriciel Bron : 3E en Matriciel

Voor meer informatie over het A. Nysstraat-project, zie de fiche van het VOORBEELDGEBOUWPROJECT nr. 009 (2007).

Dimensionering van de componenten van het traject

Nadat de plaats van de openingen bepaald is dient de grootte van de opening nog bepaald te worden. Over het algemeen wordt een openingspercentage van 2 tot 4% van het vloeroppervlak van de ruimten genomen. Opgelet, het gaat om netto openingen. (Men moet dus rekening houden met de werkelijke openingsoppervlakte van een eventueel rooster of vrij gezichtsvlak dat kan variëren van 40 tot 70% van de opening zonder rooster). Onderstaand enkele algemene formules en resulterende grafieken en tabellen.

Opmerking:

• Let wel, de grootte van de roosters voor de hygiënische ventilatie op basis van natuurlijke stuwing volstaat helemaal niet voor intensieve ventilatie. Deze roosters zijn gedimensioneerd voor het debiet van hygiënische ventilatie en niet t.b.v. intensieve ventilatie.
• Voor woonvertrekken en slaapkamers van woningen laat de norm NBN D50-001 trouwens geen debiet toe dat groter is dan het dubbele van het vereiste hygiënische debiet. Dezelfde norm vereist ook dat er een opengaand oppervlak voorzien wordt om in dezelfde ruimten een intensieve ventilatie mogelijk te maken. Dat oppervlak moet overeenkomen met 6,4% van de vloeroppervlakte bij eenzijdige ventilatie en met 3,2% in geval van dwarsventilatie.

Algemene formules

Het luchtdebiet dat door de opening trekt, is evenredig met (a) het drukverschil tussen de luchtingang en -uitgang, met (b) de oppervlakte van de opening, en met (c) een vormcoëfficiënt die afhangt van het detail van de geometrie van de opening:

Een courante waarde voor de vormcoëfficiënt van een venster is 0,6. Het debiet is hier uitgedrukt in m³/s.

Bij een schoorsteeneffect is de druk evenredig met het temperatuurverschil en het hoogteverschil tussen de openingen:

De drukverschillen evalueren ten gevolge van de wind of de combinatie wind temperatuurverschil is complexer en kan b.v. met het programma Contam.

Resulterende grafieken en tabellen

Onderstaande grafiek geeft op basis van bovenstaande formules weer welk debiet de kan stromen over een traject bestaande uit een groep vensters met een gezamenlijke opening van 1m² en een koker met een bepaalde hoogte en een sectie van eveneens 1m².

Luchtdebiet in m³/u van een schoorsteeneffect met een vensters met een gezamenlijk opening van 1 m² en een schoorsteen met eenzelfde sectie

Om een beter inzicht te krijgen in de effectieve debieten geven onderstaande tabellen de debieten op basis van het schoorsteeneffect, bij éénzijdige ventilatie, berekend op basis van de bovenstaande formules. (Men zal dus afmetingen nastreven die een debiet geven van minstens 4 keer het volume van het lokaal, per uur.) Door over te stappen op dwarsventilatie of ventilatie via verticale kokers kunnen de nodige openingen verkleind worden.

Luchtdebiet in m³/s doorheen een open venster, afhankelijk van de geometrie en van het temperatuurverschil tussen binnen en buiten

Luchtdebiet in m³/s door een laag venster gecombineerd met een identiek venster dat hoger is ingebouwd in hetzelfde lokaal, afhankelijk van de oppervlakte en het temperatuurverschil tussen binnen en buiten

Bij het aanwenden van dwarsventilatie of ventilatie via verticale kokers zullen de openingen kleiner kunnen gezien hier ook de wind kan als drijvende kracht kan fungeren.

Als het de bedoeling is om, d.m.v. een volledig passieve koelstrategie, airconditioning (actieve koeling) te vermijden in de kantoorruimtes, kan men best contact opnemen met een gespecialiseerd studiebureau om een correcte dimensionering en geschikte regeling te ontwerpen.

Bijzondere aandachtspunten nachtventilatie en free-cooling

Een van de belangrijkste punten is dat men dient na te gaan of nachtventilatie wel mogelijk is. Soms is dit niet mogelijk omwille van eventueel te veel lawaai in de buitenomgeving. Hiervoor zijn geen maatregelen te treffen, behalve een systeem uit te denken waarbij de ramen niet geopend moeten worden. Men zou de lucht b.v. kunnen inblazen via het kanaalnet voor hygiënische ventilatie, maar dit heeft zijn repercussies op het energieverbruik.

Ook moet men ervoor zorgen dat de opengaande delen (luchtinlaten in de gevel) die gebruikt worden voor free-cooling of nachtventilatie:

• Het risico op inbraak niet verhogen. De openingen moeten operationeel kunnen blijven, zonder afbreuk te doen aan de bescherming tegen inbraak in de woning of kantoor.
• Voldoende stevig zijn om niet te worden beschadigd indien ze open blijven bij sterke wind.
• Geen water binnenlaten bij onweer.
• Soms wordt een rasterwerk of gaas geplaatst in het opengaande deel om diertjes en insecten buiten te houden. Als mag dit niet overroepen worden. Er zijn voorbeelden van gebouwen met kantelende ramen voor nachtventilatie zonder gaas, waar er geen problemen zijn met insecten.

De opening kan langs buiten met een rooster worden beveiligd tegen weersinvloeden of indringing. Let wel: Verliest het venster hierdoor elke vorm van zoninstraling of daglicht, dan is het in feite een luik dat niet bijdraagt aan de zonnewinsten, maar wel warmteverliezen genereert. Het wordt dan beter uitgevoerd als een goed isolerend opaak luik (wat tevens goedkoper zal zijn).

Ook de configuratie van het opengaande deel kan een rol spelen in de bescherming: (niet-toegankelijke) vensters die naar binnen of naar buiten openvallen, …

Dakopeningen kunnen verticaal zijn en op gelijkaardige wijze beschermd worden als de gevelopeningen. Indien ze horizontaal zijn, is een automatisering met regensensoren vereist.

Voorbeelden :

• Cameleon

Bijna alle systemen zijn terug te vinden in het gebouw Cameleon.

In de kantoorzones zijn de manuele openingen beschermd met een vast rooster uit hout op de vensters die vanaf de begane grond toegankelijk zijn en uit aluminium op de hoge vensters.

Manuele openingen van de kantorer (links) Gemotoriseerde en afgerasterde openingen van de verkoopzalen (recht)

Bron : Cameleon

In de verkoopzalen zijn de vensters van het type "met zonneblinden", die beschermd zijn met een rasterwerk aan de buitenkant. Dit soort opening biedt enige bescherming tegen de regen. De dakopeningen daarentegen zijn horizontaal. Ze geven de gebruikers van binnenuit zicht op de hemel maar zijn natuurlijk niet beschermd tegen regen. Oorspronkelijk was de installatie uitgerust met 2 regensensoren.

Regensensor MR 42 Rain Sensor

Bron :Mierij. Ter illustratie

Doordat de gebruiker ervoor vreesde dat zijn handelswaar 's nachts bij onweer beschadigd zou raken, werden systeemtests uitgevoerd. Zo heeft men kunnen meten dat zodra er een waterdruppel op de sensor valt, het volledige dak in 6,7 seconden weer dicht gaat. Maar dan moeten de eerste druppels ook nog op de sensor vallen. En de sensor heeft slechts een diameter van maar 7 cm. Er werden verschillende oplossingen bedacht, zoals de openingen afdekken met een hokje voorzien van openingen. Om esthetische redenen en omwille van de kost, werd besloten om het aantal sensoren rond het atrium te verhogen.

Herinneren we eraan dat er was gekozen voor horizontale openingen vanwege de beperkte hoogte van het centrale atrium. Openingen in de zijwanden ervan zouden een verhoging van het dak met 2 m vereist hebben.

Er stelde zich nog een ander probleem bij de ingebruikname van het gebouw: de dakopeningen waren niet beschermd tegen het binnendringen van vogels (de schade die vogels aan de kleding zouden kunnen toebrengen is enorm). Een beschermingsnet in de opening integreren was mogelijk bij de installatie. Aangezien de openingen bestuurd worden met vijzels onder de beweegbare panelen, is het ook mogelijk, hoewel moeilijker, om de netten achteraf te plaatsen.

• OCMW Vanpéstraat

Voor de kantoren van het OCMW is het beschermingsprincipe vergelijkbaar met dat van de verkoopzalen van Cameleon: de gevelopeningen zijn gedeeltelijk beschermd door hun inspringende positie of door hun valopening.

De bescherming tegen de regen wordt beheerd door een weerstation.

• A. Nysstraat

Dankzij het ontwerp van de caissons met horizontale lamellen kan de natuurlijke ventilatie zelfs bij regen gebeuren.

Bron :Matriciel

Bijkomend is het ook belangrijk om het comfort niet in het gedrang te brengen door het creëren van hinderlijke luchtstromen. Het doel van intensieve ventilatie is om een luchtverversing van ongeveer 4 vol/u te creëren: 4 keer per uur wordt alle lucht van een lokaal ververst. Is het lokaal niet bezet tijdens de intensieve ventilatie (b.v. een kantoor 's nachts) dan is er sowieso geen probleem. Is het lokaal wel bezet tijdens de intensieve ventilatie dan zou men zich kunnen voorstellen dat een dergelijk debiet overdag leidt tot vervelende luchtbewegingen of zorgt voor een verstoring van voorwerpen die zich binnen bevinden (papier dat wegvliegt, ….).

Zoals de onderstaande berekening aantoont, is het risico echter klein:

In een individueel kantoor van 20 m² (of 56 m³) is er intensieve ventilatie dankzij een gevelopening die overeenkomt met 2% van de vloeroppervlakte of 0,4 m². Door in deze opening een luchtdebiet van 4 vol/u (224 m³/u of 0,06 m³/s) te laten passeren, wordt een luchtsnelheid van 0,15 m/s gegenereerd, wat lager is dan de limietwaarde die doorgaans beschouwd wordt als de “luchtstroom die gevoeld wordt door een gebruiker”, namelijk 0,2 m/s.

Dit bevestigt dat de waarde van 4 vol/u aan verversing die vaak in de literatuur vermeld wordt, een bovengrens is om ongemak overdag te vermijden.

Verder, is het een evidentie dat men overdag niet aan free-cooling doet als de buitentemperatuur hoger is dan de binnentemperatuur.

• Voorbeeld: Cameleon

Afhankelijk van de weersomstandigheden kan het luchtdebiet in de ruimten echter ver boven de 4 vol/u liggen en kunnen zich licht problematische situaties voordoen.

In een ruimte met hangroedes bijvoorbeeld is de inbraakdetectie 's nachts meerdere keren afgegaan omdat de kleren bewogen onder invloed van de luchtverplaatsing. Na lokalisering van de detector, volstaat het om de kleerkasten buiten de luchtstroom te plaatsen om het probleem op te lossen.

Dit toont aan dat het ondanks de theorie misschien toch nuttig is om losse papieren op de bureaus 's avonds met iets vast te leggen… .

Indien de ramen of luiken gemotoriseerd worden kan een fabrikant van raammotoren doorgaans snel meegeven wat de maximale raamoppervlakte is die door 1 motor gestuurd kan worden.

Logischerwijze moet men er ook op letten dat de binneninrichting (plaatsing van de binnenwanden) goed overeenkomt met de verdeling van de openingen.

• Voobeeld: Cameleon

De plaatsing van binnenwanden achteraf kan de doeltreffendheid van free cooling in bepaalde zones aantasten.

Nemen we twee concrete voorbeelden van de winkel Cameleon:

• De modulering van de ventilatie gebeurt niet via een verschillende openingsgraad van elk venster maar door het aantal open vensters te laten variëren. Zo ontstaan overdag zones met een sterkere warmteaanvoer, in dit geval de pashokjes, die zich jammer genoeg niet tegenover een opening bevinden. Oplossing: de elektrische bediening van de vensters moet aangepast zijn aan de inrichting van de plateaus.
• De zone met de kassa's bevindt zich ook niet in de luchtstroom die langs het atrium ontsnapt. Dat is te wijten aan de scheidingswanden die geplaatst werden na de ontwerpfase van het systeem. Hier zijn decoratieve schroefbladventilatoren zonder roosters toegevoegd om de lucht door de zone te forceren.

Het intensieve ventilatiesysteem en het brandpreventiesysteem kunnen op elkaar inwerken. Immers, de vrije circulatie van de lucht bestemd voor de verfrissing in het gebouw kan in botsing komen met de methode van brandcompartimentering. Omgekeerd kunnen natuurlijke ventilatie en de methode van brandbeveiliging complementair zijn: dat is bijvoorbeeld het geval voor de rook- en warmteafvoerkanalen, die dienst kunnen doen als natuurlijke afzuigkoepel.

• Voorbeeld: Cameleon

Aangezien de configuratie van alle verkoopruimten en van hun ventilatiesysteem onder geen enkele "standaard" valt, moest een studie inzake brandpreventie uitgevoerd worden om de doeltreffendheid van de genomen maatregelen aan te tonen.

Zo konden de natuurlijke dakopeningen in de verkoopruimten niet als rookafvoerkanalen gebruikt worden. In ruimten van zulke omvang, die over twee verdiepingen met elkaar in verbinding staan, kan de loop van de rookgassen niet in het hele gebouw gegarandeerd worden. Om die reden werden op het dak rookafvoertorens geplaatst. Deze nemen het in geval van alarm over van de natuurlijke openingen. De gevelopeningen spelen dan weer een rol bij de brandbeveiliging.

Ook de keuze en de opstelling van de brandwerende wanden die vereist zijn in verkoopzalen moest bestudeerd worden om de nachtelijke intensieve ventilatie niet te verstoren. Zo zijn de meeste schermen beweegbaar en gaan ze enkel in geval van alarm naar beneden.

In de voorraadzone is er een groot risico op brandverspreiding. Daarom zijn sprinklers met een hoog debiet en een snelle responstijd essentieel (ESFR-sprinklers). Om het vuur volledig te kunnen doven, mogen ze niet verstoord worden door grote luchtbewegingen veroorzaakt door de intensieve ventilatie. Daarom wordt bij brandalarm de sluiting van de ventilatieopeningen bevolen.

In de kantoren worden de extractietorens die instaan voor free-cooling ook uitgeschakeld bij brandalarm.

Regeling

Onderstaand, duiding bij de sturing van free-cooling en/of nachtventilatie en de combinatie met andere vormen van passieve koeling of actieve koeling.

Nachtventilatie, of free-cooling in het algemeen, op basis van natuurlijke ventilatie is een principe dat onze voorouders al toepasten: zich beschermen tegen de zon in de zomer, de warmte opslaan in de massa van het gebouw en ze afvoeren door het gebouw ‘s nachts open te zetten. Maar dit "low-tech" principe kan worden omgezet in een "high-tech" beheer wanneer de openingen gemotoriseerd zijn.

Er zijn 2 sturingsmethoden mogelijk, waartussen gekozen dient te worden:

• Gemotoriseerd (en geautomatiseerd): De openingen zijn gemotoriseerd en een regelsysteem stuurt de openingen in functie van de buiten-en de binnentemperatuur. De openingen, inclusief eventueel dakopeningen gaan open wanneer het regelsysteem vindt dat het gebouw moet afgekoeld worden. Hierbij aansluitend, of enkel als er onvoldoende debiet is, kunnen ventilatoren (vaak zijn dit dakextractoren) mee ingeschakeld worden. Bij ongunstige weersomstandigheden (regen en te hoge windsnelheden) kan beslist worden om de openingen te sluiten en de free-cooling stil te leggen om regen- en windschade te vermijden. Verder is de regeling ook aangewezen om ervoor te zorgen dat het systeem niet dieper koelt dan gevraagd. Tijdens het tussenseizoen of in het begin van de zomer kan het namelijk gebeuren dat een permanente verluchting 's nachts het gebouw teveel afkoelt, wat niet comfortabel is en kan leiden tot het activeren van de verwarming. Een automatisering biedt ten slotte de mogelijkheid om het sluiten van de openingen in verbinding te stellen met een elektronisch alarm, waardoor het risico op indringing in onbezette lokalen wordt beperkt. Automatiseren kost geld, maar is in veel gevallen, in het bijzonder in grote gebouwen die ‘s nachts niet bezet zijn, aangewezen.
• Manueel: De gebouwgebruikers beheren de openingen manueel (bij het verlaten van de ruimten). Dat kan het geval zijn in kleine gebouwen of woningen waar de nachtventilatie op eenzijdige, of misschien dwarse wijze geschiedt. Ook in grotere gebouwen waar de free-cooling geautomatiseerd is en de doorstroomopening niet permanent zijn, komt het vaak voor dat de doorstroomopeningen manueel te bedienen zijn (een luik openen of een deur laten open staan). In dat geval is het noodzakelijk om de gebouwgebruikers te sensibiliseren en het principe van free-cooling via opengaande ramen uit te leggen. Hen duidelijk maken dat ze zelf impact hebben op het zomercomfort in de lokalen waar ze werken of wonen en hoe.

Wanneer free-cooling gecombineerd wordt met een andere vorm van passieve koeling of actieve koeling is een adequate sturing essentieel. Dit om energievernietiging te vermijden. De systemen mogen niet terzelfder tijd in werking zijn : eerst de free-cooling en bij onvoldoende vermogen de actieve koeling. Bij combinatie van passieve koeltechnieken is het niet zo eenduidig en is samenwerking (op het zelfde moment in werking) tussen twee technieken soms aangewezen. Zoals hierboven reeds gemeld is ook energievernietiging t.o.v. de verwarming een aandachtspunt. De free-cooling mag niet te diep koelen om te vermijden dat het gebouw zo koud komt te staan (b.v. 14 °C) dat het de volgende ochtend terug moet opgewarmd worden. Ook hiervoor is een performante regeling aangewezen.

Aardwarmtewisselaar

Het dimensioneren op zich van de grootte en het vermogen van de adiabatische koeling gebeurd best door een specialist (studiebureau of fabrikant). Bij het ontwerp van de grondbuis zijn er een reeks punten die bekeken dienen te worden. Deze punten kunnen als (kritische) vragen voorgelegd worden aan de ontwerper van het systeem zijn. De aandachtspunten zijn:

Dimensioneren van de buizen

Om een rendement van thermische uitwisseling van ongeveer 80 % te bereiken, kan men zich baseren op de volgende tabel:

TNodige lengte (in meter) van de leiding voor een thermische uitwisseling van 80 %

Om bijvoorbeeld 300 m³/h verse lucht te leveren aan een huis, kan men opteren voor een leiding van 15 m en 200 mm diameter, of voor 2 leidingen van 12 m en 150 mm diameter, die elk 150 m³/u aanvoeren. Het aantal leidingen zal afhangen van de beschikbare plaats. Lange leidingen met bochten moeten worden vermeden, en er kan beter worden gekozen voor verschillende rechte leidingen.

Drukverliezen en turbulentie

Drukverlies ontstaat door de wrijvingen tijdens de beweging van de lucht. Deze hangen af van de lengte, de kromming, het materiaal en de diameter van de leiding, en van de snelheid van het gas (of de vloeistof). Deze drukverliezen moet de ventilator overwinnen om de lucht door de aardwarmtewisselaar te jagen. Het spreekt vanzelf dat een aardwarmtewisselaar, om performant te zijn, niet mag leiden tot een buitensporig verbruik van de ventilator.

De berekening van het drukverlies is ingewikkeld. Voor een huishoudelijke toepassing moet men rekening houden met de volgende waarden:

Drukverlies in een aardwarmtewisselaar i.f.v. de diameter en het debiet

Doorgaans, ook voor grotere grondbuizen, zal men proberen om voor het geheel van de aardwarmtewisselaar het drukverlies te beperken tot minder dan 100 Pa. Indien de thermische efficiëntie van de aardwarmtewisselaar 80% bedraagt (de lucht aan de uitgang van de aardwarmtewisselaar haalt 80% van het verschil tussen de temperatuur aan de ingang van de aardwarmtewisselaar en de temperatuur van de bodem), kan het meerverbruik van de ventilatoren beperkt blijven tot ongeveer de helft van de thermische opbrengst van de aardwarmtewisselaar (uitgedrukt in primaire energie).

Verder, is het belangrijk dat de aardwarmtewisselaar zo gedimensioneerd wordt dat er voldoende luchtsnelheid (+/- > 2m/s) in de aardwarmtewisselaar is om turbulente luchtstroming te verkrijgen. Laminaire stroming is te vermijden omdat de uitwisseling tussen de grond en de lucht dan kleiner is.

Met mag ervan uitgaan dan een goed gedimensioneerde aardwarmtewisselaar 7 à 8 °C koelt op warme zomerdagen en 10 °C op extreme zomerdagen.

Diepte van de ingraving

Om de invloed van de omgeving op de temperatuur van de grond en dus van de aardwarmtewisselaar te beperken moet men de leidingen zo diep mogelijk ingraven. Er wordt een diepte aangeraden van 2 tot 4 m.

Uitzetten van het tracé

Om het drukverlies te beperken:

• Vermijd bochten in de aardwarmtewisselaar.
• Geef de voorkeur aan meer leidingen met een beperkte lengte, in plaats van een klein aantal langere leidingen. Het drukverlies stijgt evenredig met de lengte van de leidingen, maar daalt exponentieel met hun aantal. Om bijvoorbeeld 400 m³/u te behalen met een rendement van 80 % kan men beter werken met 2 leidingen van 16 m, diameter 200 mm, dan met een leiding van 18 m, diameter 200 mm. Er zal minder drukverlies zijn.
• Geef de voorkeur aan brede leidingen, die afzonderlijk thermisch minder efficiënt zijn, op het gevaar af er meer te installeren, in plaats van te kiezen voor een smalle leiding. Een grotere doorsnede van de buis doet het drukverlies zeer snel afnemen, terwijl een vermeerdering van het aantal leidingen die parallel worden geplaatst het drukverlies niet wijzigt. Om bijvoorbeeld 400 m³/u te behalen door middel van een aardwarmtewisselaar van 17,5 m kan men beter werken met 2 leidingen van 300 mm dan met een van 250 mm om hetzelfde thermisch rendement te bereiken.

In het ontwerp van de dubbele-stroominstallatie moet rekening worden gehouden met het onrechtstreeks drukverlies door de aardwarmtewisselaar.

Anti-vorstbeveiliging voor de warmtewisselaar

Een luchtgroep met warmteterugwinning heeft in functie of de warmtewisselaar tegen vorst beveiligd moet worden een anti-vorstbeveiliging. Deze anti-vorstbeveiliging moet verhinderen dat de warmtewisselaar dichtvriest door in contact te komen met te koude buitenlucht.

Gezien een grondbuis de toevoerlucht naar de luchtgroep voorverwarmt zal de anti-vorstbeveiliging veel minder werken of zelf niet nodig zijn (in functie van de minimale uittrede temperatuur van de grondbuis.)

Ook grondbuiskoeling buiten de bezettingsuren

Indien er in het gebouw voldoende inertie aanwezig is en er is geen systeem voor nachtventilatie aanwezig dan kan de grondbuis ook gebruikt worden om buiten de bezettingsuren (b.v. 's nachts) in warme periodes het gebouw 's nachts af te koelen. De hygiënische ventilatie (geen verhoogd debiet) blijft dan 's nachts gewoon doorventileren, tot de massa van het gebouw voldoende is afgekoeld.

Regeling

Grondbuiskoeling is een koeling via de lucht. Indien met lokaal of zonaal het vermogen wenst te regelen kan dit op volgende manieren:

• Het debiet zelf regeling, b.v. via ventilatiekleppen, VAV-boxen, … . Het hygiënisch ventilatiedebiet mag evenwel niet onderschreden worden. De vermogens zijn evenwel vaak van die aard dat een dergelijke regeling niet nodig is en/of de zaken onnodig complex maakt.
• Een secundair koelsysteem (naast de grondbuis) met water als medium dat lokaal voor de nodige koeling zorgt.

In ieder geval, dient men hiermee rekening te houden bij het ontwerp van het gebouw. Dit door de warmtelasten zo gelijkmatig mogelijk te verdelen, i.f.v. het te leveren koelvermogen.

Condensaatpomp

Om het condensaat dat wordt opgevangen of te voeren dient in het ontwerp een condensaatpomp voorzien te worden.

Aandachtspunten (combinatie hygiënische ventilatie, voorverwarming, bypass, bacteriën)

Gezien het drukverlies dat wordt veroorzaakt door de aardwarmtewisselaar kan dit enkel worden gecombineerd met een mechanisch ventilatiesysteem. Natuurlijke verluchting is hier dus uitgesloten. Men zal daarom een systeem B moeten installeren (mechanische pulsie en natuurlijke extractie) of een systeem D (mechanische pulsie en extractie – zie dossier Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen). Het eerste systeem wordt nagenoeg nooit gebruikt en het tweede heeft alleen zin indien het wordt gecombineerd met een warmterecuperatiesysteem op de onttrokken lucht. Als men een aardwarmtewisselaar wil, doet men er dus goed aan om meteen een volledig en performant mechanisch ventilatiesysteem te installeren.

De aanvoerlucht zal, naast gekoeld te worden in de zomer, ook voorverwarmd worden in de winter. Dit zorgt voor een reductie van de energiebehoefte voor verwarming.

In het tussenseizoen wanneer de buitenlucht kouder is dan de grondtemperatuur en het (kantoor)gebouw reeds om koeling vraagt, is het aangewezen de lucht rechtstreeks van buiten te nemen, zonder deze eerst door de aardwarmtewisselaar te laten passeren. Dit kan d.m.v. een bypass. De lucht zal zonder bypass namelijk onnodig opwarmen en eerder de koellast vergroten. Een bypass-systeem vraagt evenwel een nauwgezette regeling en wordt daarom, ook gezien de beperkte periode waarin dit scenario van ongewenste voorverwarming kan voorkomen, vaak niet geïnstalleerd.

De kwaliteit van lucht aangezogen door de grondbuis en de impact van de grondbuis zelf op de kwaliteit van de lucht zijn aandachtpunten (zie Aspect sociocultules). Enkele eenvoudige voorzorgsmaatregelen moeten dus worden genomen: filters, afvoerhelling, kwaliteit van de voegen tussen de leidingelementen, opvang van het condensaat, en een inspectieput.

• De lucht die via de aardwarmtewisselaar wordt aangezogen moet, zoals bij alle hygiënische ventilatie, van goede kwaliteit zijn. Men zal er dus de voorkeur aan geven om lucht aan te zuigen op een plaats die verwijderd is van het verkeer (straten, parking) of andere mogelijke bronnen van luchtvervuiling.

Men moet ervoor zorgen dat de kwaliteit van de lucht niet verslechtert door de doortocht door de aardwarmtewisselaar. Een risico hiertoe ontstaat als er water blijft stilstaan in de grondbuis. Om dit te vermijden moet men een helling creëren van minstens 2% die uitloopt op een afvoerput voor de evacuatie van de condensatie. Aan de ingang moeten er filters komen tegen insecten en pollen, en het systeem moet ook waterdicht zijn. Sommige fabrikanten voorzien grondbuizen van een antibacteriële laag.

(indirecte) Adiabatische koeling

Het dimensioneren op zich van de grootte en het vermogen van de adiabatische koeling gebeurd door een specialist (studiebureau of fabrikant). Bij het ontwerp van de adiabatische koeling zijn er een reeks punten die bekeken dienen te worden. Deze punten kunnen als (kritische) vragen voorgelegd worden aan de ontwerper van het systeem zijn. De aandachtspunten zijn:

Soort adiabatische koeling

Directe of indirecte adiabatische koeling . Directe adiabatische is heel uitzonderlijk en enkel voor grote halen met weinig menselijke bezetting eventueel aangewezen. De lucht wordt er namelijk zeer vochtig ingeblazen. Bij indirecte adiabatische koeling, waar in deze dossier de focus op ligt, wordt de toevoerlucht zelf niet bevochtigd. Het is de afvoerlucht die bevochtigd wordt en zijn ‘koude' overdraagt aan de toevoerlucht, via de warmtewisselaar. De bevochtiging van de afvoerlucht kan gebeuren op 2 manieren: voor de warmtewisselaar of in de warmtewisselaar . Onderstaande tabel toont de 2 principes.

Verschil tussen indirecte adiabatische koeling in de warmtewisselaar en voor de warmtewisselaar

Rendement van de warmtewisselaar

Het rendement van de warmtewisselaar heeft een impact op het rendement voor adiabatische koeling. De ‘koude' van de afgekoelde extractielucht wordt namelijk aan het rendement van de warmtewisselaar overgedragen op de te koelen toevoerlucht. Hoe groter het rendement van de warmtewisselaar, hoe groter het vermogen van de adiabatische koeling

Nodige inblaastemperatuur

Welke inblaastemperatuur men nodig heeft om voldoende te kunnen koelen zal sterk het ontwerp en de keuze van de adiabatische koeling bepalen. Hoe lager de nodige inblaastemperatuur, hoe hoger het te leveren adiabatisch koelvermogen.

Vochtbelasting van het gebouw

Als de vochtbalans van de het gebouw hoog is dient ontvochtiging overwogen te worden.

Waterbehandeling

Bij adiabatische koeling wordt er water verdampt in de afvoerlucht. Dit water dient afhankelijk van de uitwerking van het de warmtewisselaar en/of de verdamper voorbehandeld te worden:

• Hard water kan zorgen voor afzetting op de warmtewisselaar en/of verdampingspakket
• Aanwezige mineralen kunnen zorgen voor aantasting van de warmtewisselaar polypropyleen. Bij Aluminium gecoate warmtewisselaars wordt soms voorgeschreven dat alle mineralen uit het water moeten. Bij polypropyleen warmtewisselaars is dit doorgaans geen noodzaak.

Afhankelijk van het type toestel is het soms toegelaten gerecupereerd regenwater te gebruiken. Voorbehandeling van water kost geld. Dus het is aangewezen in de berekening van de kosten over de levensduur van de adiabatische koeling de waterbehandeling mee te nemen. De behandeling van het water kan makkelijk 40% bedragen van de kostprijs van het water.

Herbruik van water

Het water dat stroomt over de warmtewisselaar of het verdampingspakket wordt niet allemaal door de lucht opgenomen. Het resterende water wordt geloosd. Maar, dit kan ook opgevangen worden en herbruikt. Het waterverbruik van adiabatische koeltoestellen met de ingebouwde mogelijkheid tot herbruik van water zal aanzienlijk lager liggen.

Zoals hoger vermeld is het gebruik van regenwater een andere vorm van recuperatie. Bij het gebruik van regenwater dient nagegaan te worden welke impact dit heeft op de grootte van de buffertank en het ganse regenwaterrecuperatiesysteem.

Nakoeling (en ontvochtiging)

Om het koelvermogen te verhogen kan het aanwezen zijn de adiabatisch gekoelde lucht nog een stukje dieper te koelen door b.v. free-chilling of een ingebouwde koelmachine (die de afvoerlucht als bron heeft). Dit heeft als voordeel dat met beperkt ingrepen het koelvermogen vergroot en de lucht een stuk ontvochtigd wordt, wat het adiabatisch potentieel vergroot. Het nadeel is dat de totale EER van de koeling zal dalen. De totale EER van zal het (vermogen gewogen) gemiddelde zijn van de EER van de nakoeling (b.v. 6) en de adiabatische koeling (b.v. 20, indien goed ontworpen).

Soms is ontvochtiging via nakoeling sowieso noodzakelijk uit comfortoverwegingen of als er in het gebouw oppervlakte koelelementen aanwezig zijn waarop condensatie driegt. Dit laatste is afhankelijk van het temperatuurregime van de oppervlakte koelelementen.

Al dan niet verhogen van het ventilatiedebiet

Een valkuil bij het ontwerp van adiabatische koeling is het dat het ventilatiedebiet ver boven het hygiënisch debiet wordt opgevoerd om het koelvermogen te doen stijgen (welke functie is van o.a. het luchtdebiet). Het kanaalwerk voor hygiënische ventilatie heeft een zeker drukverlies. Als het hygiënisch debiet gerespecteerd wordt bij de toepassing van adiabatische koeling is het enige elektrisch meerverbruik de extra drukweerstand van de ventilatoren t.g.v. het verdampingspakket, de verneveling en/of waterstroom over de warmtewisselaar en het pompverbruik. Dit verbruik is beperkt waardoor bij een goed toestel en een goed ontwerp EER's tot 20 en soms zelfs hoger mogelijk zijn. Wanneer evenwel het ventilatiedebiet sterk verhoogd wordt, stijgt het ventilatorverbruik zeer snel door de extra drukval (zie relatie tussen debiet, drukval en verbruik in dossier Een energie-efficiënt ventilatiesysteem ontwerpen).

Ook adiabatische koeling buiten de bezettingsuren

Indien er in het gebouw voldoende inertie aanwezig is en er is geen systeem voor nachtventilatie aanwezig dan kan adiabatische koeling ook gebruikt worden om buiten de bezettingsuren (b.v. 's nachts) in warme periodes het gebouw 's nachts af te koelen. Onder de 15°C (buitenluchttemperatuur) heeft het geen zin meer om adiabatische te koelen en zal men rechtstreeks inblazen.

Regeling

Adiabatische koeling is een koeling via de lucht. Indien met lokaal of zonaal het vermogen wenst te regelen kan dit op volgende manieren:

• Het debiet zelf regeling, b.v. via ventilatiekleppen, VAV-boxen, … . Het hygiënisch ventilatiedebiet mag evenwel niet onderschreden worden. De vermogens zijn evenwel vaak van die aard dat een dergelijke regeling niet nodig is en/of de zaken onnodig complex maakt.
• Een secundair koelsysteem (naast de adiabatische koeling) met water als medium dat lokaal voor de nodige koeling zorgt.

In ieder geval, dient men hiermee rekening te houden bij het ontwerp van het gebouw. Dit door de warmtelasten zo gelijkmatig mogelijk te verdelen, i.f.v. het te leveren koelvermogen.

Combinatie van systemen

Nachtventilatie is een systeem dat ‘s nachts overtollige warmte kan afvoeren en een buffer kan creëren. Daarnaast zijn een aardwarmtewisselaar en adiabatische koeling technieken die overdag de binnenkomende lucht kunnen afkoelen. De combinatie van beide technieken (b.v. aardwarmtewisselaar + nachtventilatie) kan op die manier tot een aanzienlijk koelvermogen leiden. Dit vermogen is evenwel niet statisch en afhankelijk van in hoofdzaak de buitenluchtcondities. Een gedetailleerde berekening kan uitsluitsel bieden of met een combinatie van passieve koeltechnieken ook in gebouwen met een iets hogere warmtelast een comfortabel klimaat gegarandeerd kan worden.

Passieve koeltechnieken kunnen ook gecombineerd worden met hernieuwbare koeling. Voorbeelden zijn:

• De lucht die uit de grondbuis komt, nog wat dieper koelen via free-chilling.
• De lucht die uit de luchtgroep met adiabatische koeling komt nog wat dieper koelen via free-chilling. Dit dieper koelen zal de lucht ook een stuk ontvochtigen wat het adiabatisch potentieel van de afvoer lucht ten goede komt.
• Hoge temperatuurkoeling naast adiabatische koeling of grondbuis en bovenop nachtventilatie.
• …

Free-cooling en nachtventilatie blijven evenwel de basis, eventueel gecombineerd met een grondbuis, adiabatische koeling en/of hernieuwbare koeling.

Let wel: voor elk van deze technieken is het aangewezen steeds zeer kritisch te zijn t.o.v. de te realiseren EER (incl. alle hulpenergie van pompen en ventilatoren). Het is perfect mogelijk dat free-chilling energetisch veel beter is dan nachtventilatie waarbij de drukverschillen niet geminimaliseerd zijn. Hetzelfde geldt voor grondbuizen en adiabatische koeling: Bekijk telkens het totale meerverbruik aan energie bij de inschatting van het rendement. (zie Tabel 9).