Hoe in een woning een gezonde binnenluchtkwaliteit creëren op een duurzame manier? Op het De Nayer instituut in Sint-Katelijne-Waver loopt sinds oktober 2002 het IWT-HOBU project ‘gebalanceerde en stuurbare ventilatie voor een gezond binnenklimaat in woningen, appartementen en scholen met een zo laag mogelijk energieverbruik’. Bij dit project zijn de volgende bedrijven en wetenschappelijke partners betrokken: AECSMT groep Beerten, Axima Services, Daidalos bouwfysisch ingenieursbureau, Electrabel, GEA Happel, HP bvba, Ingenium, Lindab, REUS, Rucon Ventilatoren, Stiebel-Eltron, Stork, Testo, Thermad-Brink, Trox, Ubbink, UBIC, KULeuven, Sint Lucas Gent, en WTCB. Bij de uitvoering van dit project is een testopstelling voor WTW ventilatie-eenheden voor woningen gebouwd volgens EN13141-7, EN 308 en NEN 5138. Op deze teststand wordt het rendement en de belangrijkste karakteristieken van een ventilatiegroep opgemeten. Daarnaast worden de eenheden in de praktijk getest en opgesteld in een woning. Het effect van ventilatie op de binnenlucht wordt gemeten door comfortmetingen. De efficiëntie van de ventilatiegroepen wordt ook op de voet gevolgd. Alle facetten van ontwerp tot realisatie van gebalanceerde ventilatie zijn voor deze opstellingen onderzocht. De vorderingen van het project en het online volgen van de prestaties van de ventilatiegroep voor een leslokaal kan u terugvinden op de volgende website: www.pubdenayer.wenk.be/ventilatie/. Vanaf 2006 wordt de “Energie Prestatie Regelgeving (EPR)” verplicht in Europa. Deze regelgeving zorgt ervoor dat nieuwe gebouwen niet alleen aan een minimum isolatie en comfortniveau (ventilatie) moeten voldoen, maar tevens worden uitgerust met energiezuinige, milieuvriendelijke en duurzame installaties voor verwarming, ventilatie, sanitair warmwater, koeling, verlichting,… De energiekwaliteit van een woning kan worden verhoogd door gebruik te maken van duurzame energie, samen met maatregelen die het energieverbruik beperken (d.m.v. energierecuperatietechnieken). Door een correcte isolatie kan men de warmteverliezen via transmissie zoveel mogelijk beperken. Betere isolatie kan ook de luchtdichtheid van een woning verhogen. Hierdoor komt er minder verse lucht de woning binnen door spleten en kieren in de gebouwschil. Door de grotere luchtdichtheid raakt steeds meer de binnenlucht verontreinigt omdat er geen verse lucht naar binnen kan dringen. In een woning komen verschillende verontreinigingen voor in de binnenlucht: naast radon (uit de bodem), NOx, SO2, CO(gasfornuis, olie- en gasverwarming), tabaksrook, formaldehyde(spaanplaat), oplosmiddelen van schoonmaakproducten,… heeft het “VITO” ook VOC’s (vluchtige organische componenten afkomstig van het verkeer) vastgesteld in hogere concentraties dan in de directe buitenlucht (ophopingseffect); deze stoffen zijn alle schadelijk voor de gezondheid. CO2 en vocht zijn niet rechtstreeks schadelijk voor de gezondheid, maar komen in de grootste concentratie voor in de binnenlucht in woningen. De vochtbronnen in een woning zijn personen (30 tot 50 g/h per persoon) en activiteiten waar water gebruikt wordt (koken,
wassen, baden, douchen). Voor een vierpersoonswoning is er gemiddeld een vochtproductie van 300 g/h ofwel 7 liter per dag. De belangrijkste problemen die kunnen optreden door hoge vochtconcentratie zijn schimmelgroei en een overpopulatie aan huisstofmijten. Door aangepaste afwerking, af en toe een temperatuurschok en het beperken van relatieve vochtigheid tegen alle binnenvlakken kunnen de mijtenproblemen opgelost worden. Hiervoor moet men voldoende isoleren, koudebruggen vermijden, voldoende verwarmen en ventileren. De CO2 concentratie in normale stadslucht is 0.00045 m³CO2/m³Lucht (450 parts per million (ppm)), in lucht uit een landelijke omgeving zit 0.00035 m³CO2/m³Lucht (350ppm). Voor een zittende persoon is de CO2-afgifte gelijk aan 20 l/h of 0.020 m³CO2/h. Het maximaal aanvaardbare comfortniveau dat algemeen aanvaard wordt ligt tussen 800 en 2000 ppm CO2. De norm in voorbereiding prEN13779:1999 stelt men voor om te werken met 3 klassen < 800 ppm; < 1000 ppm; < 1500 ppm. Een goede graadmeter voor de binnenluchtkwaliteit is het CO2-gehalte omdat het een gemakkelijk meetbare grootheid is en in een hoge concentratie voorkomt. Naast vocht- en schimmelproblemen is ook slechte geur een van de parameters die een slechte luchtkwaliteit aangeven. Vraaggestuurde ventilatie kan via CO2- en VOC–sensoren en debiet geregelde ventilatoren gerealiseerd worden wat het energieverbruik kan verminderen. Een voorbeeld van de CO2 concentratie en de relatieve vochtigheid in een geïsoleerde slaapkamer. Het is duidelijk te merken dat de CO2 waarden in de ochtend zeer hoog zijn, tot 7000 ppm. Daarnaast ziet men ook dat de relatieve vochtigheid in de kamer vrij hoog is, tot 78%. Als gevolg van deze hoge vochtigheid ontstaat er schimmelgroei op koude oppervlakken in de ruimte (in de hoek en aan het raamkader).
90
8000
80
7000
70
6000
60
5000
50 4000 40 3000
30
2000
20
1000
10
5
5
0:3
6:3
:35 18
:35
5 6:3
12
5 0:3
:35 18
:35
5 6:3
12
5
0 0:3
18
:35
0
Tijdsverloop Binnentemeratuur[°C]
Relatieve vochtigheid[%]
CO2 waarden[ppm]
CO2 gehalte [ppm]
Temperatuur[°c] en Relatieve vochtigheid[%]
Meting in een geïsoleerd appartement
Gebalanceerde ventilatie met HR-WTW ventilatie-eenheid biedt naast de beste energetische oplossing, ook een controleer- en stuurbare luchtkwaliteit. Vervuilde lucht wordt afgevoerd in de natte ruimtes; badkamer, toilet, keuken,… , via een warmtewisselaar wordt het grootste deel van de warmte van de vervuilde lucht overgedragen naar de verse toevoerlucht welke in de leefzone, living, slaapkamers, bureel, speelkamer,… wordt verdeeld.
Eenheid met tegenstroomwarmtewisselaar
Eenheid met warmtewiel
Onderdelen van gebalanceerd ventilatiesysteem:
een
A. Buitenlucht B. Afvoer vervuilde lucht C. Ventielatieeenheid D. Toeveor ventielen in slaapkamers en woonkamer E. Afvoerventielen in badkamer, keuken, toilet en eventueel berging F. Motorloze wasemkap met schakelaar De nodige debieten zijn in de norm NBN D50-001 vastgelegd. De waarden in onderstaande tabel geven een richtwaarde voor het debiet nodig per m² vloeroppervlakte. Er is telkens wel een minimumwaarde afhankelijk van het type kamer. Ruimte Woonkamer Keuken
Capaciteit 1dm³/s per m² vloeroppervlakte minimum 21dm³/s 21dm³/s
Open keuken
1dm³/s per m² vloeroppervlakte minimum 21dm³/s
Badkamer Wasruimte Droogruimte Toilet
14 dm³/s
7 dm³/s
Slaapkamer Hobbykamer Studeerkamer Bergruimte Zolder
1dm³/s per m² vloeroppervlakte minimum 7dm³/s
Schuur
1 dm³/s per m² vloeroppervlakte minimum 7dm³/s
Garage
3 dm³/s per m² vloeroppervlakte
1 dm³/s per m² vloeroppervlakte minimum 7dm³/s
Toe- en afvoer Toevoer minimaal de helft van buiten Afvoer geen eis Toevoer van buiten of via de andere kamers Afvoer naar buiten Toevoer van buiten of via de andere kamers Afvoer naar buiten Toevoer van buiten of via de andere kamers Afvoer naar buiten Toevoer van buiten of via de andere kamers Afvoer naar buiten Toevoer van buiten Afvoer geen eis Toevoer van buiten of via andere kamers Afvoer geen eis Toevoer van buiten of via de andere kamers Afvoer naar buiten Toevoer van buiten
Afvoer naar buiten Opslagruimte 100 dm³/s Toevoer van buiten voor vuil Afvoer naar buiten De ventilatie-eisen volgens NEN 1087, deze komen redelijk goed overeen met de Belgische NBN D50-001 maar geven ook een minimumdebiet voor de ruimtes. De debieten voor een gemiddelde woning vindt u in onderstaande tabel: Ruimte Woonkamer Keuken Wasruimte Toilet Bureel Slaapkamer 1 Slaapkamer 2 Slaapkamer 3 Badkamer
Oppervlakte[m²] 19 12 6 1.5 12 16 12 9 12
Debiet[dm³/s] 21 21 14 7 12 16 12 9 14
Toevoer/afvoer Toevoer Afvoer Afvoer Afvoer Toevoer Toevoer Toevoer Toevoer Afvoer
Dit komt neer op een toevoer debiet van 252 m³/h (70dm³/h) en een afvoerdebiet van 202m³/h (56dm³/s). Het debiet is niet gelijk voor de twee luchtstromen. Dit zal in de meeste gevallen voorkomen. Het verschil in debiet kan opgevangen worden door kleppen te voorzien zodat u overdag voornamelijk de woonkamer en het bureel verlucht en een lager debiet naar de slaapkamers laat stromen. ’s Nachts krijgen de slaapkamers wel het nominale debiet en worden de woonkamer en het bureel ondergeventileerd. Het is evident dat in de woning voorzieningen moeten getroffen worden om de lucht op de gewenste plaatsen te brengen. Voor luchtverdeling maakt men gebruik van een luchtkanalensysteem met luchttoevoer- en luchtafvoerroosters. Hier moet men aandacht besteden aan de luchtdichtheid van het systeem en aan het beperken van de lengte van de luchtkanalen. Dit zorgt voor een hogere efficiëntie van het systeem door een lager lekdebiet, lagere drukval en minder warmteverliezen. Ronde kanalen in combinatie met hulpstukken met een dubbele dichtingsring garanderen de beste luchtdichtheid. Het gebruik van flexibele kanalen wordt ten stelligste afgeraden wegens de grotere kans op lekken en scheuren en door de hogere drukval. Het type luchttoevoerrooster, de plaatsing en de luchtsnelheid bepalen het behaaglijkheidsgevoel. Toevoerroosters kan men best hoog in de binnenwand plaatsen en uit de buurt van radiatoren. De afvoerroosters hebben geen invloed op het behaaglijkheidsgevoel.
Installatie met de aansluiting uitgevoerd in ronde plaatstalen kanalen
Dubbele rubberen dichting voor ronde plaatstalen kanalen Ronde plaatstalen luchtkanalen Het hart van het ventilatiesysteem in de ventilatiegroep. Deze groep wordt om energetische redenen best zo hoog mogelijk en centraal geplaatst. De plaatsing op de zolder is ideaal omdat op deze manier ook de leidingen naar buiten toe zo kort mogelijk kunnen gemaakt worden. Op deze manier kunnen de kanalen kort gehouden worden en moet er geen energie gebruikt worden om lucht naar boven te blazen. De belangrijkste elementen van de ventilatiegroep zijn de ventilatoren, de warmtewisselaar en de luchtfilters.
De ventilatoren in ventilatiegroepen zijn vrijwel allemaal aangedreven door EC (gelijkstroom met elektronische commutering) motoren. Deze verbruiken tot 5% minder energie dan AC (wisselstroom met frequentieregeling) motoren door lagere interne verliezen. De kostprijs voor de regeling en sturing van beide types motoren is ongeveer gelijk. Er zijn verschillende types warmtewisselaars; in woningeenheden worden vooral tegenstroomplatenwarmtewisselaars en warmtewielen gebruikt. De warmtewisselaar met het hoogste rendement is de tegenstroom warmtewisselaar het warmtewiel is iets minder efficiënt; de tegenstroomwarmtewisselaar heeft een effectiviteit van ongeveer 90% en een warmtewiel zit rond 85%.
Tegenstroomwarmtewisselaar
Warmtewiel
Het warmtewiel heeft als voordeel dat het in de zomersituatie stilgezet kan worden waardoor er geen warmteoverdracht meer mogelijk is tussen de 2 luchtstromingen. Bij de andere warmtewisselaars moet er en bypass kanaal voorzien zijn zodat de lucht zonder door de warmtewisselaar te gaan naar de inblaasopeningen gaat. Op deze manier koelt de woning op een natuurlijke manier af zonder gebruik te moeten maken van een airconditioner. De ventilatie-eenheden zijn meestal uitgerust met een vorstbeveiliging. Deze voorkomt het dichtvriezen van de warmtewisselaar. De vorstbeveiliging zorgt ervoor dat de warmtewisselaar bij vrieskoude regelmatig ontdooid wordt zodat de efficiëntie hoog blijft. Goede luchtfilters (minimum klasse F7) zorgen voor een zuivere binnenlucht en het zuiver blijven van het volledige ventilatiesysteem. Deze filters zorgen ervoor dat er quasi geen stof het ventilatiesysteem kan binnendringen en houden zelfs pollen en bacteriën tegen. Indien u genoegen neemt met grovere filters dan moet u voldoende reinigingsopeningen voorzien om het volledige luchtverdeelsysteem regelmatig schoon te maken. Voor de goede werking en voor een laag energiegebruik is het nodig dat de filters en de warmtewisselaar regelmatig schoongemaakt worden.
Links een propere filter en rechts 2 filters die 4 maanden in een luchtgroep gebruikt zijn. Indien er geventileerd wordt zonder warmte te recupereren dan moet de verse lucht opgewarmd worden dit gebeurt door het verwarmingssysteem. Voor een hoog rendementsgasketel komt dit neer op een jaarlijks verbruik van 336m³ aardgas om de verse lucht op te warmen. In Euro’s uitgedrukt is dit 198€. Indien er één ventilator in het systeem opgenomen is (bij mechanische toevoer/ natuurlijke afvoer en mechanische afvoer/natuurlijke toevoer) moet hierbij nog 27€ per jaar bijgeteld worden. De kostprijs van een geïnstalleerd systeem met natuurlijke toevoer en mechanische afvoer ligt tussen 2500 en 3000€. In deze prijs zijn de toevoerroosters niet inbegrepen, deze worden meestal in de raamconstructie voorzien. Door energierecuperatie kunnen de verwarmingskosten tot een minimum beperkt worden. Door de warmteterugwinning in een HR-WTW unit wordt er voor de verwarming van de ventilatielucht 285m³ aardgas bespaard. Als het verbruik van de 2 ventilatoren in rekening worden gebracht dan is de besparing nog 192m³ aardgas of 113€.De kostprijs van een geïnstalleerd HR-WTW-balansventilatiesysteem bedraagt ongeveer 5500€. Het is dus duidelijk dat niet de economische overwegingen de aanleiding zijn voor het plaatsen van een ventilatiesysteem. Het verhoogde comfort dat met een gebalanceerde ventilatie in een luchtdichte woning is de drijvende kracht achter het systeem. Een volledig mechanisch systeem heeft als bijkomend voordeel dat de regeling ervan eenvoudig is. Op deze manier kan er nog extra bespaard worden door het luchtdebiet aan te passen volgens de bezetting of de activiteitsgraad in de woning. Bij de andere systemen is de ventilatiesturing veel minder gemakkelijk. Op dit moment is er wel een systeem op de markt met natuurlijke toevoer en mechanische afvoer waarbij de toevoer roosters intelligent gestuurd worden. De regelbaarheid wordt hierdoor sterk verhoogt maar benadert nog niet het niveau van de gebalanceerde mechanische ventilatie. Een goed ontwerp en integratie van het volledige systeem garandeert de goede werking en het bekomen van een hoge efficiëntie. Op de studiedag die dit IWT-HOBU project afrondt, wordt er dieper ingegaan op het ontwerp van ventilatiesystemen. Deze studiedag gaat door op het De Nayer instituut op 9 september 2004. Bijkomende informatie hierover vindt u op volgende website www.pubdenayer.wenk.be/ventilatie/studiedag.html. In een volgend artikel wordt er meer uitleg gegeven over ventilatie van leslokalen.
