WEBINAR
Cool and Comfort 90 – september 2021
Duurzame koelsystemen in de praktijk
Resultaten van het SCoolS project
Het probleem is bekend: de combinatie van betere gebouwenisolatie enerzijds en warmere zomers anderzijds betekent dat de energievraag van een gebouw stilaan verschuift van warmte in de winter naar koeling in de zomer, ook in onze streken. Willen we de winst van lagere warmteverliezen niet teniet doen door een hoger verbruik in de zomer, dan moeten we overschakelen op duurzame manieren van koeling. Om uit te zoeken hoe dat in de praktijk kan, werd het project SCoolS opgezet, met als kernpartners KCE Thomas More en het WTCB. Recent werden de resultaten voorgesteld in twee webinars, in samenwerking met Atic.
Van de theorie tot de praktijk
Het onderzoek spitste zich toe op praktische toepassingen van passieve koeling, zoals verticale en horizontale warmtewisselaars in de bodem, koude-warmte opslag in grondwater, free cooling door ventilatie en adiabatische koeling van de ventilatielucht. Qua afgiftesystemen werden stralingskoeling, ventiloconvectoren, en koelbatterijen in de ventilatietoevoer bekeken. In principe is de werking van deze technieken goed bekend, maar in praktische toepassing wil het wel eens mislopen. Vooral dimensionering en regeling blijken erg kritisch. Dit project had tot doel om gegevens te verzamelen om zo de kloof tussen theorie en praktijk te dichten. Men beperkte zich daarbij tot woningen en kleine commerciële gebouwen.
Het onderzoek werd hoofdzakelijk uitgevoerd door KCE, het kenniscentrum voor energie aan de Thomas More Hogeschool, ondersteund door het WTCB en een begeleidingsgroep van fabrikanten en vakorganisaties. Het was een Europees Cornet project, wat betekende dat er ook buitenlandse partners waren, meer bepaald de universiteit van Bayreuth en het kunststofcentrum SKZ, beide uit Duitsland. De insteek van de Duitse partners was anders, en sloeg op passieve koeltechnieken in de industrie en dan vooral bij het spuitgieten van kunststof onderdelen. De gegevens voor het Belgisch team werden verzameld door een combinatie van metingen ter plaatse, met labometingen en simulaties, gevalideerd door de voorafgaande metingen.
Selectietool
Het voornaamste resultaat van het project is een selectietool om het effect van verschillende koelsystemen te beoordelen. Er worden vijf types woningen bekeken: een rijhuis, een driegevelwoning en een vrijstaande woning, een tweegevelappartement en een driegevelappartement. Verder kan men ook een kleine kantoorruimte (twee personen) selecteren en een vergaderzaal voor tien personen. Voor elk type ruimte zijn er gedetailleerde plannen beschikbaar, zodat men de testopstelling kan aanpassen aan de realiteit, qua bouwwijze, oriëntering, beglazing enzovoort in functie van het pand dat men wil onderzoeken.
De technische opties gaan van puur preventieve maatregelen (zonwering, isolatie) over ventilatieve koeling en passieve systemen tot actieve koeling. Als afgiftesystemen zijn er diverse opties: indirecte adiabatische koeling van de ventilatielucht, koelbatterijen in de ventilatietoevoer, convectieve systemen, stralingssystemen via vloer en plafond, en de traditionele ventiloconvectoren en DX-binnenunits.
Omdat de impact van warmere zomers een cruciaal aspect van de opzet was, gingen de onderzoekers voor de simulatie niet uit van het standaard klimaatjaar, maar stelden ze een specifiek jaar samen, rekening houdend met de hittegolven van de afgelopen tien jaar. Zo krijgt men een meer realistisch beeld van het gedrag van systemen, ook onder moeilijke omstandigheden.
In functie van het type gebouw en de technische keuzes genereert de simulatiesoftware een grafiek die de prestaties weergeeft. De kleurcode staat daarbij voor het comfort (rood: geen comfort, oranje: enig comfort, geel: matig comfort, groen: goed comfort) en de hoogte van de balkjes geeft het energieverbruik weer. Voor de woningen worden er telkens twee resultaten gegeven: een voor de dagzone en een voor de nachtzone. In slaapkamers wil men immers over het algemeen een lagere temperatuur dan in de woonkamer. Tevens worden de piekvermogens per kamer weergegeven.
Hoewel de hoogte van de balken overeenkomt met het energieverbruik, is er geen schaal aangegeven op de grafieken. Dat is een bewuste keuze van het team. De tool dient immers alleen om de impact van architecturale en technische opties te vergelijken, om zo de ontwerper te helpen om tot een algemeen concept te komen dat overeenstemt met de gewenste comforteisen. De concrete uitwerking en de gedetailleerde dimensionering doet men best met gespecialiseerde ontwerpsoftware. De simulatietool is te vinden op de website van het project.
Ventilatie en hygiëne
Een specifiek onderzoeksaspect was de impact van het ventilatiesysteem op de microbiologische kwaliteit van de binnenlucht, wat door de coronacrisis alleen maar aan belang gewonnen heeft. Dit deel nam het WTCB voor zijn rekening. Dit onderzoek speelde zich af voor de coronacrisis, wat ongetwijfeld verklaart waarom er alleen naar schimmels en bacteriën gekeken werd, en niet naar virussen.
Een eerste opmerking is dat er geen grenswaarden zijn voor het gehalte aan schimmels en bacteriën in de binnenlucht. Dat is te begrijpen: het gezondheidsrisico hangt af van het type bacterie en niet van het aantal. Een grote concentratie ongevaarlijke bacteriën is minder gevaarlijk dan een kleine concentratie ziektekiemen. Het betekent echter wel dat het onmogelijk is om vaste criteria te hanteren om de microbiologische kwaliteit van de lucht te beoordelen.
De onderzoekers bepaalden telkens de concentraties aan schimmels en bacteriën in de buitenlucht, aan de inblaas van de ventilatie-unit en in de binnenlucht. Door die onderling te vergelijken konden ze dan nagaan of de ventilatie-unit een bron van besmetting kon zijn of niet. In twee gevallen werden bijkomende metingen gedaan. In een installatie met een nageschakelde indirecte bodem/lucht warmtewisselaar werd de microbiologische kwaliteit na de warmtewisselaar gemeten. In dit systeem is er een extra koelbatterij in het inblaaskanaal na de ventilatie-unit, waarbij het koelwater koude aan de bodem onttrekt. In een tweede installatie met adiatbatische koeling van de uitblaaslucht voor de lucht-lucht warmtewisselaar werd ook de luchtkwaliteit aan de uitblaas gemeten. In beide gevallen wilde men bepalen op de bijkomende component tot bacteriegroei zou leiden.
Filters hebben effect
De meetresultaten zijn bemoedigend. Het algemeen patroon is dat de buitenlucht het meeste microben bevat, de inblaaslucht de minste, en de binnenlucht tussen beide in zit. Met andere woorden, de filters in de ventilatie-units halen de meeste bacteriën en schimmels uit de lucht. Als de concentratie aan microben daarna weer stijgt, is dat het gevolg van de activiteit binnenshuis. Het effect van adiabiatische bevochtiging op microbengroei blijft beperkt, ook al gaat het in dit geval om bevochtiging met regenwater. De concentratie in de uitblaas met dit systeem ligt wel boven die van de binnenlucht; de bevochtiging zorgt dus wel voor een zekere bacteriegroei. Anderzijds blijven de concentraties nog onder het niveau van de buitenlucht. Ook de indirecte bodem/lucht warmtewisselaar zorgt niet voor een zorgwekkende toename aan bacteriën.
Voorwaarde is wel dat de filters effectief zijn (dus fijn genoeg) en goed onderhouden worden. Bij sommige metingen werden afwijkende waarden vastgesteld. Die waren echter doorgaans te wijten aan slecht werkende filters. De conclusie is dan ook dat een behoorlijk ventilatiesysteem een positieve bijdrage levert tot de binnenluchtkwaliteit.
Door Alex Baumans
Figuren: SCoolS