Koelen zonder airco? Cool! Luk Vandaele en Luc François, WTCB Iedereen snakt wel naar de zon en ’s zomers verdragen we wel wat hogere temperaturen, maar dan toch liever niet binnenskamers. In werkomstandigheden, op school, in de filmzaal en om rustig te slapen bvb liggen onze comforteisen toch scherper. Ook zomercomfort wordt meer en meer in de eisenbundel van gebouwen opgenomen. En ook de EPB‐regelgeving houdt rekening met de gewettigde verwachting van een behoorlijk binnenklimaat, ook in zomerse omstandigheden. Een goed gebouwontwerp kan al in grote mate bijdragen tot een aangenaam binnenklimaat en tot beperking van zomerse oververhitting. Zowel interne winsten (verlichting, elektrische en thermische apparatuur, personen) als directe en indirecte zonnewinsten dragen bij tot die ongewenste opwarming. De interne belasting kan beperkt worden door goede isolatie van de thermische installaties (boilers, leidingen), door zuinige elektrische toestellen te kiezen en door efficiënte verlichting. Indirecte zonnewinsten worden vermeden door een goede isolatie van de opake delen (vooral dak). Overdreven directe zonnewinsten kunnen voorkomen worden door een beperking van de beglaasde oppervlakte, een goede glaskeuze en een goede zonwering: op het zuiden kan een structurele zonwering (overstek) al soelaas brengen; op oost‐ en westoriëntaties wordt best een beweegbare buitenzonwering voorzien. Ramen zijn bedoeld om licht en zicht binnen te brengen: een optimale balans tussen zon‐ en daglichttoetredingskarakteristieken van beglazing en zonwering verzoent thermisch en visueel comfort. Naast de vele goede zonweringen vormen ook nieuwe technologische innovaties nieuwe perspectieven: selectieve en electrochrome beglazingen met veranderlijke zon‐ en lichttoetreding. De thermische capaciteit van het gebouw zelf levert ook een bijdrage in het afvlakken van interne temperatuurschommelingen. Zware materialen (beton, baksteen) in vloeren en wanden kunnen warmteoverschotten tijdelijk bufferen en zo temperatuurspieken beperken. Als die thermische massa goed toegankelijk is (niet afgesloten door tapijt of een verlaagd plafond bvb) kan ze door intensieve nachtelijke ventilatie weer ontladen worden. Daarvoor worden dan regelbare toevoeropeningen (roosters in gevels) en afvoervoorzieningen (dakvensters, schouwen) die een voldoende grote ventilatiestroming op gang kunnen brengen bij een temperatuurverschil van minstens 5K tussen de koelere buitenlucht en binnen. Extra warmteopslag in waterbuffers of meer geavanceerde faseveranderende materialen (PCM) is mogelijk om de opslagcapaciteit aan te vullen.
Door het thermisch activeren van de gebouwmassa, kan men het koelend vermogen van de gebouwmassa nog vergroten. In de kern van de betonnen vloer of wand worden dunne watervoerende leidingen voorzien die de opgeslagen warmte afvoeren. Betonkernactivering slaagt erin met relatief hoge watertemperaturen (14‐20°C) in de leidingen een aangenaam binnenklimaat te creëren. In tegenstelling met de klassieke airco‐systemen wordt er immers geen lucht gekoeld en rondgeblazen, maar wisselt het menselijk lichaam zijn warmte uit door de straling. Dit wordt thermisch als aangenamer ervaren. Bij betonkernactivering zorgen die zelfde gebouwelementen in de winterperiode voor de verdeling van warmte op een temperatuur van 24 tot 30°C. Door deze hoge temperaturen voor koelen en zeer lage temperaturen voor verwarming is de techniek van betonactivering ideaal te combineren met een geothermische warmtepomp. Er moet slechts een klein temperatuurverschil overbrugd worden, waardoor de opbrengst van de warmtepomp gevoelig hoger ligt. De energie‐uitwisseling met de bodem kan gebeuren door grondwater langs de warmtepomp te sturen of door een warmtewisselaar in de grond te voorzien waardoor een vriesveilig fluidum stroomt.
Geothermische captatie van grondwarmte en ‐koude Indien men een geothermische warmtepomp louter in de “koelmodus” zou gebruiken en dus continu warmte in de bodem zou opslaan, zou de temperatuur van de bodem geleidelijk aan stijgen. Hierdoor zou het rendement van de installatie ook dalen. Enkel voor kleine installaties en voldoende grondwaterstroming zou de bodem zichzelf thermisch regenereren. Daarom is het belangrijk om
geothermie toe te passen waar een juiste verhouding ligt tussen koelen en verwarmen van het gebouw. In het Smart Geotherm project wordt onderzocht hoe thermische energieopslag en thermische inertie kunnen ingezet worden voor de slimme verwarming en koeling van (middel)grote gebouwen in grondgekoppelde concepten. Daarbij wordt gekeken naar thermische energieopslagsystemen voor korte of lange termijn in de structurele massa (Beton Kern Activering) of in de bodem (Koude Warmte Opslag, Boorgat Energie Opslag , Energiepalen), al dan niet gecombineerd met meer flexibele opslagsystemen (Phase Changing Materials, …) en naar de ontwikkeling van slimme sturingssystemen en het maximaal voeden van het proces door goedkope en of hernieuwbare energie. Dit IWT‐VIS traject wordt uitgevoerd door WTCB, KULeuven en VITO in samenwerking met de Vlaamse Confederatie Bouw, Bouwunie, Infobeton.be, Febe en ABEF (www.smartgeotherm.be). En als al deze maatregelen niet zouden volstaan in gebouwen met hoge warmtebelasting dan moet er aanvullend gekoeld worden met energie‐efficiënte ‘klassieke’ koelsystemen: koelplafonds, koudebalken, ventilo‐convectoren, topkoeling op de hygiënische ventilatie, verdampingskoeling, … Maar ook dan geldt dat een groot deel van de koelbehoefte kan gedekt worden door de voorgaande passieve en meer duurzame maatregelen.
Zon‐ en lichttoetreding bij dubbele beglazing met zonwering: (1) zonder, (2) buiten‐, (3) tussen‐ en (4) buitenzonwering
Rooster voor intensieve nachtventilatie met geïsoleerd luik aan de binnenzijde
τv
1 Geen combinaties mogelijk
Gewone dubbele beglazing
0.5 Selectieve beglazingen
Zonwerende beglazingen
0 0
0.5
Combinatie van zontoetreding en daglichttoetreding van beglazingen
1
g
Doorsnede Infrax-gebouw: 2 zones voor nachtelijke ventilatie
Automatisch gestuurde openingen in de gevel zorgen voor aanvoer van verse lucht tijdens de nacht om de gebouwmassa af te koelen. Ventilatietorens op het dak zorgen voor de afvoer van de warme lucht uit het gebouw (Infrax Antwerpen)
Invloed van nachtelijke ventilatie op het temperatuurverloop in het IVEG-gebouw tijdens een warme periode: een verschil van 5 à 7 K.
