VENTILATIE EN KLIMATISATIE
Install Magazine 965 – november 2019

Aangename temperaturen in de zomer

Stralingskoeling als alternatief voor airconditioning

Naarmate gebouwen steeds beter geïsoleerd worden, onder invloed van de energieprestatie-eisen, verschuift de aandacht van de verwarmingstechniek. Koeling van gebouwen wordt daarentegen belangrijker. Men denkt daarbij in de eerste plaats aan luchtkoeling door airconditioning, maar er zijn ook andere manieren om in de zomer een aangename binnentemperatuur te bereiken. Zo is stralingskoeling een interessant systeem met vele voordelen.

Als men weet dat een volwassen persoon gemiddeld 120 W aan warmte afgeeft, dan komt men op een warmteproductie van ongeveer 2,9 kWh per 24 uur. Die afgifte is echter niet constant: bij een slapende persoon daalt die tot 60 W. Toch mag uit dit eenvoudige voorbeeld blijken dat de pure aanwezigheid van personen al tot een koellast kan leiden. We moeten dus niet alleen naar verwarmen kijken, maar ook naar mogelijkheden voor passieve koeling. Behalve de warmte-afgifte van de bewoners zijn er immers nog vele andere warmtebronnen, zoals elektrische toestellen. Deze beïnvloeden de kamertemperatuur en dus ook het binnenklimaat. Daar komen nog warmtewinsten door bezonning bij, ook bij goed geïsoleerde ramen.

Passieve koeling door straling

In woningen met een geothermische warmtepomp kan men de woonruimtes op temperatuur houden door middel van passieve koeling. Daarbij benut men het grondwater als koudebron. Bodemsondes van geothermische warmtepompen zijn hier beter voor geschikt dan collectoren die dicht bij het oppervlak zijn ingegraven. Het temperatuurverschil tussen de bodem en de woonruimte zorgt voor een natuurlijke afkoeling, in principe door middel van een warmtewisselaar. Het enige energieverbruik is dan de circulatiepomp en waar toepasselijk, de sturing van het koelsysteem.

Naast passief koelen is er ook een actieve variant. Daarbij wordt de koude niet uit de omgeving gehaald, maar actief opgewekt door een koelmachine, zoals een chiller of een omkeerbare warmtepomp. Op deze manier kunnen aanzienlijk hogere koellasten gedekt worden, en houdt men een aangename binnentemperatuur ook tijdens de warmste perioden.

Als afgiftesysteem kan een stralingsinstallatie een optimale oplossing zijn. Omdat de koude wordt afgegeven door een groot oppervlak, bereikt men een aangenaam binnenklimaat zonder tochtverschijnselen. In principe kan men zowel de vloer, de wanden als het plafond als koeloppervlak gebruiken. Daarbij moet men wel bedenken dat de warmte-overdracht en het koelvermogen erg kunnen verschillen. Het plafond is dan het meest geschikt om te koelen, gevolgd door de wanden en de vloer.

De vloerbekleding en wandbedekking hebben een grote invloed op de prestaties in koeling en verwarming. Bij het ontwerp kiest men dus best voor bekleding met een zo hoog mogelijke warmtegeleiding. Men mag ook niet vergeten dat stralingskoeling de kamertemperatuur minder sterk zal kunnen reduceren dan een conventionele airconditioning met luchtkoeling. Een stralingssysteem voor verwarmen en koelen kan berekend worden aan de hand van de norm EN 1264.

De voordelen van het plafond

Het plafond heeft een aantal inherente voordelen voor passieve koeling, zoals een groot en homogeen oppervlak. In tegenstelling tot traditionele airconditioning, waar de warmte door convectie via luchtstromen uit de kamer wordt afgevoerd, gebeurt dit bij plafondkoeling hoofdzakelijk door straling. Tochtverschijnselen of hygiëneproblemen zijn uitgesloten en het comfortgevoel is groter.

Een aangepaste regeling is van doorslaggevend belang een goede werking van een koelplafond. Die moet ervoor zorgen dat de temperatuur van het koeloppervlak boven het dauwpunt blijft. Bij een relatieve vochtigheid van 60% en een luchttemperatuur van 26°C ligt het dauwpunt bijvoorbeeld op 18°C. Dat vormt meteen de ondergrens van de vertrektemperatuur van het koelwater, wat op zijn beurt het maximale koelvermogen bepaalt. Bij de huidige gangbare systemen kan het vermogen op verschillende manieren gestuurd worden. Ofwel wordt de toevoertemperatuur van het water bepaald in functie van het dauwpunt van het plafondoppervlak, ofwel wordt het debiet doorheen het plafond onderbroken als de oppervlaktetemperatuur het dauwpunt nadert.

Diverse systeemvarianten

Er zijn tal van systemen op de markt, of het nu gaat om nieuwbouw of renovatie, droogbouw dan wel een systeem met bepleistering. In het plafond of de wand worden leidingen in kunststof, meerlagenbuis of koper toegepast.

Wandkoeling is mogelijk op gemetselde muren, prefab, betonwanden of wanden in gipskarton met een metalen draagstructuur. We onderscheiden drie varianten:

Leidingen in een dikke bezettingslaag: de leidingen worden op een ondergrond bevestigd en liggen onder de bezettingslaag.
Leidingen op een draagstructuur met gipskartonplaten. Dit komt overeen met bouwwijze B van EN 1264. De leidingen bevinden zich tussen de draagstructuur en zijn in isolatieplaten geplaatst. Metalen geleidingsplaten en gipskartonplaten dienen als afdekking.
Leidingen in gipskartonplaten. Dit komt overeen met bouwwijze A volgens EN 1264. De systeemplaten bestaan uit gipskartonplaten waarin de watervoerende leidingen geïntegreerd zijn. Deze platen worden in de draagstructuur gemonteerd.

Het plafond wordt eveneens vaak ingezet als koeloppervlak, vooral in commerciële gebouwen. Het is ook een oplossing voor beschermd erfgoed. In historische gebouwen kan men doorgaans de oorspronkelijke vloertegels niet openbreken of vervangen om er vloerverwarming te plaatsen , omdat het patrimonium bewaard moet blijven. Plafondkoeling wordt in vier varianten ingedeeld.

Watervoerende leidingen in de plafondbezetting. Dit komt overeen met type A volgens EN 1264. De leidingen worden op een draagstructuur bevestigd, en bevinden zich in de afwerkingslaag.
Watervoerende leidingen in of op panelen in gipskarton. Dit komt eveneens overeen met type A volgens EN 1264. Het maakt gebruik van gipskartonpanelen met geïntegreerde leidingen, die op een draagstructuur aan het plafond worden bevestigd.
Een derde variant zijn leidingen op een verlaagd plafond in metaalpanelen, die aan het plafond worden opgehangen. Het grote voordeel is de goede thermische geleiding van het materiaal. De warmte of koude kan zo direct worden overgedragen. Stralingspanelen die aan het plafond worden gehangen worden vaak ingezet in magazijnen of andere ruimtes met plafondhoogtes van meer dan 4 m, waar ze hun nut al hebben bewezen.

De vloer is veruit het meest gebruikte element voor temperatuurregeling. Voor koeling is dit echter slechts in beperkte mate geschikt. Ook hier zijn er drie varianten.

Klassieke ingestorte systemen volgend EN 1264, met buizen in de chape op isolatieplaten. Deze leidingen kunnen ook in de isolatielagen geïntegreerd worden.
Droogbouwsystemen waarbij de leidingen in de isolatieplaat geïntegreerd zijn. Meestal wordt hier gebruik gemaakt van afdekplaten voor een betere straling. Eventueel kan er een bijkomende isolatielaag worden aangebracht. Een variant zijn koperbuizen in een afwerkingslaag van gietasfalt.
Speciale bevestigingen van de leidingen op de bestaande ondergrond, die dan met een egalinelaag wordt afgewerkt.

Debieten aanpassen

Water kiest altijd de weg van de minste weerstand. Dat geldt ook voor het koelwater in de verschillende hydraulische kringen. Zonder een hydraulische inregeling van het stralingssysteem zullen korte circuits een overdebiet krijgen, en lange circuits een onderdebiet. Dat leidt tot ongewenste temperatuurschommelingen. Tevens stijgt het risico op lawaaihinder door ventielen of andere accessoires.

Een te hoog debiet betekent ook een groter verbruik van de circulatiepomp. Een voorbeeld: als het debiet met 50% stijgt, dan stijgt het hydraulisch vermogen van de pomp met ongeveer 240%.

Samenwerking

Bij de aanleg van een stralingssysteem zijn er doorgaans verschillende vakgebieden betroffen. Het ontwerp en de uitvoering is onder meer een zaak voor de architect, ontwerper, schrijnwerker, bezetter, vloerder en niet te vergeten de verwarmingsinstallateur. Een goede samenwerking tussen al deze partijen is nodig om tot kwalitatief hoogstaand resultaat te komen.

Door: Axel Grimm

Foto’s: BVF