VENTILATIE EN KLIMATISATIE
Install Magazine 970 – mei 2020
Mogelijkheden van ventilatieve koeling
Venticool webinar geeft overzicht op basis van praktijkervaringen
Gebouwen worden steeds beter geïsoleerd, maar dat heeft ook een nadeel: naarmate de warmtebehoefte daalt, stijgt ook de kans op oververwarming. Dat geldt in de eerste plaats voor commerciële gebouwen, die relatief hoge interne warmtewinsten hebben, maar ook woningen of scholen hebben met dit fenomeen te maken. Een mogelijke oplossing is om dan in actieve koeling te voorzien, maar dat leidt dan weer tot extra energieverbruik in de zomer. De vraag kan dus gesteld worden in hoeverre die koelvraag kan worden gedekt door passieve koeling door middel van intensieve ventilatie. Deze techniek staat ook bekend als ventilatieve koeling. Venticool, het kennisplatform rond dit onderwerp, organiseerde eind maar een webinar over mogelijkheden en beperkingen van ventilatieve koeling, met speciale aandacht voor het werk van IEA-EBC Annex 62.
Venticool en IEA-EBC Annex 62
Venticool is een internationaal kennisplatform dat in 2012 van start ging op initiatief van Inive, het internationale informatienetwerk rond ventilatie en energieprestatie. Het werkt samen met industriële partners en andere verenigingen uit de sector, zoals AIVC en Rehva.
Het potentieel van ventilatieve koeling werd onderzocht in een project van het Energy in Buildings and Communities-programma (EBC) van het Internationaal Energie-agentschap (IEA). Het project kreeg de referentie Annex 62 - Ventilative Cooling en liep van eind 2013 -2018. Dat resulteerde in een aantal publicaties zoals een ontwerpgids. Hiermee kan men onder meer de mogelijkheden voor ventilatieve koeling inschatten in functie van het lokale klimaat en het type gebouw. De ontwerpgids geeft tevens aanduidingen over mogelijke debieten en regelstrategieën. Verder stelde Annex 62 een verzameling gevalstudies samen met ervaringen van 91 gebouwen in gebouwen. Er is ook een reeks aanbevelingen om ventilatieve koeling te integreren in normen en bouwstandaarden. Dat laatste is van groot belang, omdat een aantal beslissingen (bijvoorbeeld de plaatsing en de afmetingen van ramen) al in de ontwerpfase genomen moeten worden. Deze en andere hulpmiddelen zijn te vinden op de website van Venticool en van IEA-EBC Annex 62.
Efficiënt mits de juiste randvoorwaarden
Een grote troef van ventilatieve koeling is dat het installatietechnisch relatief eenvoudig te realiseren is; er zijn immers geen koelmachines of een afgifte-installatie voor nodig. Bovendien beschikken de meeste moderne gebouwen sowieso al over een ventilatiesysteem. Men hoeft dat dan alleen maar te ontwerpen zodat het ook kan gebruikt worden om warmtelasten af te voeren. Door de toenemende isolatie verlengt de periode tevens waarin gebouwen koeling nodig hebben. Die blijft niet meer beperkt tot de warmste maanden; ook in het tussenseizoen zijn er meer en meer periodes waarin er koeling gevraagd wordt. De combinatie van koelvraag overdag en lage buitentemperaturen ’s nachts of in de ochtend, is dan ideaal om gebruik te maken van ventilatieve koeling.
Of en in hoeverre de techniek bruikbaar is, hangt dus af van een aantal randvoorwaarden. Eerst en vooral is er het klimaat waarin het gebouw zich bevindt. Om evidente redenen werkt ventilatieve koeling alleen maar als het verschil tussen de buitentemperaturen en de binnentemperaturen groot genoeg is. Daarnaast kunnen de weersomstandigheden een beperking zijn. Zo kan men ventilatieve koeling niet toepassen als het te hard waait of wanneer het regent. Zeker even belangrijk is het ontwerp van het gebouw en het type gebruik. Ontwerpparameters zijn hier de interne warmtewinsten, de bezonning, en de mogelijkheden voor intensieve ventilatie (interne circulatie, grootte en oriëntering van de ramen...). Tenslotte moet men ook rekening houden met andere aspecten, zoals inbraakveiligheid of hinder door binnendringende insecten.
Mogelijkheden en beperkingen
De mogelijkheden voor ventilatieve koeling blijven echter interessant, zelfs in warmere klimaten. Een studie voor Zuid-Californië, dat een uitgesproken warm klimaat heeft, wees uit dat aan de kust ventilatieve koeling voor 80% van de tijd kan instaan voor de koelbehoefte. Door in de koelere maanden over te schakelen op ventilatieve koeling zou men het elektriciteitsverbruik voor HVAC van een gebouw kunnen halveren. Dat veronderstelt wel dat er al maatregelen zijn genomen om de koelvraag te beperken. Het koelvermogen van het een ventilatief systeem bedraagt hooguit 20-30 W/m2 en zal dalen naargelang de buitentemperatuur toeneemt. In vele gevallen zal dus een bijkomende koeling nodig zijn. In de praktijk zien we dan ook vooral hybride installaties.
De moderne trends in kantoorontwerp zijn niet gunstig voor de toepassing van ventilatieve koeling. Door een combinatie van grote glaspartijen en hoge interne lasten (door verlichting, hoge bezettingsgraad, elektrische toestellen...) is het systeem hier slechts beperkt toepasbaar. Opnieuw is het cruciaal dat er in de ontwerpfase van het gebouw aan gedacht wordt.
Wat de concrete toepassingen betreft, hangt veel af van het klimaat. Hoe kouder de buitenlucht, hoe gemakkelijker men kan volstaan met kleinere debieten en kleinere ventilatie-openingen. Op een zeker ogenblik bereikt men de grenzen van het haalbare: een gebouw moet nog altijd beschutting blijven bieden tegen de natuurelementen. Het kan niet de bedoeling zijn om van een gebouw een open ruimte te maken. Om de vereiste debieten te realiseren, zijn er verschillende mogelijkheden. De eenvoudigste is om gewoon ramen te openen. Wind is daarbij echter een complicerende factor. In de beste gevallen wordt het effect van ventilatieve koeling erdoor sterk verhoogd. Omdat de kracht en de richting van de wind sterk kunnen variëren, kan men dat effect echter moeilijk opnemen in het ontwerp.
Een andere manier om warmte af te voeren, is gebruik te maken van natuurlijke trek door middel van schachten en atria. Dat heeft het voordeel dat het systeem blijft werken bij windstille dagen en veel beter voorspelbaar is. Het effect van natuurlijke trek is wel veel lager dan dat van wind. Tenslotte kan men gebruik maken van ventilatoren. Als de hygiënische ventilatie al mechanisch is aangedreven, kan men die ventilatoren ook gebruiken om warmte af te voeren. Het kan nodig zijn om in bijkomend ventilatorvermogen te voorzien om aan voldoende hoge debieten te raken. Om het helpen beslissen of men al dan niet mechanisch ondersteunde ventilatie nodig heeft, kan men gebruik maken van een vragenlijst, waarbij men verschillende parameters telkens een score geeft. Door dan het gemiddelde van al die waarden te nemen, krijgt men een evaluatie of een ventilator eerder wel of eerder niet nuttig is.
Nachtkoeling met PCM
De standaard aanpak voor ventilatieve koeling bestaat erin gebruik te maken van de lagere temperaturen ’s nachts om de bouwmassa af te koelen, waarna het overdag langzaam weer opwarmt. Dat veronderstelt wel dat er voldoende bouwmassa voorhanden is om de warmte van de dag op te slorpen. Bovendien moet er uitwisseling mogelijk zijn tussen de binnenlucht en de bouwmassa. Elementen zoals verlaagde plafonds, verhoogde vloeren, bekleding... verminderen het effect van ventilatieve koeling. Het is niet altijd gemakkelijk om ervoor te zorgen dat er voldoende warmtewisseling met de bouwmassa kan gegarandeerd worden, zeker in de bestaande bouw. Bij sommige bouwwijzen is er ook niet genoeg bouwmassa voorhanden om aan energie-opslag te doen.
In een klaslokaal in Londen werd een test uitgevoerd met een alternatief concept, namelijk een thermische batterij met een Phase Change Material (PCM). Dat had een stollingstemperatuur van 19-21°C en werd ’s nachts afgekoeld door de buitenlucht met intensieve ventilatie. Overdag werd de inblaaslucht over de koude batterij geleid en zo afgekoeld. Uit de praktijktest bleek dat dit een aanvaardbaar comfort kon garanderen, ook al ging het om een druk bezette computerklas, met dus hoge warmtewinsten. Randvoorwaarde was wel dat de nachttemperatuur niet boven 17°C uitkwam, wat echter geen probleem bleek in het Londense klimaat.
Zorgvuldig ontwerp nodig
Bekijkt men de praktijkervaringen met tientallen gebouwen wereldwijd, dan is de conclusie dat ventilatieve koeling voldoende comfort kan verzekeren, in een ruime waaier van omstandigheden. Het is zeker in staat om kortstondige pieken op te vangen. Bij langere warme periodes, toont het systeem zijn beperkingen. Veel hangt ook af van het type gebouwen en hun gebruik. In scholen, bijvoorbeeld, heeft men iets meer bewegingsvrijheid als het op oververhitting aankomt, omdat die in de warmste periodes normaal gezien niet gebruikt worden.
Zorgvuldig ontwerp en nauwkeurige simulaties zijn nodig, zeker in commerciële gebouwen. Ventilatieve koeling haalt alleen maar resultaten als het gebouw erop is afgestemd. Bovendien moet de regelstrategie kloppen. In het eerder aangehaalde voorbeeld van de computerklas in Londen, werd de intensieve nachtventilatie een uur voor het begin van de lessen uitgeschakeld. Daardoor steeg de temperatuur weer lichtjes vooraleer de klas in gebruik werd genomen, en ging een deel van de winst van de nachtkoeling verloren.
Gebruiker niet vergeten
Of woningen echter gebaat zijn met complexe regelsystemen, blijft de vraag. Een eenvoudige manuele regeling volstaat meestal, op voorwaarde dat de gebruiker op de hoogte is van de werking van het systeem. Dit is een ander aandachtspunt voor ventilatieve koeling. In tegenstelling tot actieve systemen kan men dit niet zomaar aan en uit zetten, men moet integendeel anticiperen op de warmtelast. Om het beoogde effect te hebben, moeten de gebruikers goed ingelicht worden over een juiste bediening. Die informatie moet ook gemakkelijk terug te vinden zijn. Uit de praktijkgevallen blijkt immers dat aanvankelijk alles goed gaat, maar dat er dan wel eens dingen vergeten worden, of dat de handleiding kwijt raakt, of dat er nieuwe gebruikers komen die niet vertrouwd zijn met het systeem. Om te vermijden dat er zo problemen ontstaan, is een regelmatige monitoring door een vakman aangeraden, iets wat geldt voor alle HVAC-installaties.
Door Alex Baumans
Figuren: Venticool
