Koelen van gebouwen: een hot item (deel 2)

Deel 2: technische oplossingen

Koelen met warmtepompen

Sinds het besef dat fossiele brandstoffen een aflopend verhaal zijn, worden warmtepompen alsmaar populairder. Omwille van de betere rendementen zijn geothermische warmtepompen de betere oplossing. Warmtepompen werken het meest efficiënt op lage temperatuur in de wintersituatie. Typische laag-temperatuur afgiftesystemen zijn plafond-, wand- of vloerverwarming, ventilo-convectoren of groter gedimensioneerde radiatoren.

De warmtepomp haalt warmte uit het geothermische circuit waar de temperatuur in de ondergrond ± 10 à 15°C is. In een zomerperiode heb je daarmee een kant en klare koudebron ter beschikking. Dan kunnen we het circuit van de klimatisatie via een warmtewisselaar en een circulatiepomp gaan kruisen met het geothermisch net. Daardoor kunnen we gaan koelen op de plafond-, wand- of vloerverwarming of met de ventilo-convectoren. Met die groter gedimensioneerde radiatoren lukt het niet. We lopen dus niet via de condensor en compressor van de warmtepomp. Alleen de circulatiepomp vraagt wat energie. Daarom noemen we het ook vrije koeling.

Met een luchtwarmtepomp kun je ook gaan koelen, maar dan loop je wel over de warmtepomp zelf wat een extra energieverbruik betekent.

Bij grotere gebouwen zoals kantoorgebouwen kunnen we de massa van de betonvloeren gaan gebruiken met het systeem betonkernactivering. Dat is wat vergelijkbaar met vloerverwarming, alleen liggen de watervoerende leidingen nu in de draagbeton. Voor koeling kan er kouder water door de leidingen gestuurd worden, wat de temperatuur van de betonmassa naar beneden haalt. Dat principe is ook toegepast in het nieuwe provinciehuis in Antwerpen. En de koudebron is het BEO-veld (boorgat-energieopslag). Dat is het geothermische net dat in de ondergrond is aangebracht. Door de betonmassa blijft die koude langer opgeslagen.

Zowel vrije koeling als betonkernactivering zijn geen echte airco. Als de buitentemperaturen hard oplopen, kun je de thermostaat niet op 20°C zetten en hopen dat het een half uur later dan ook 20°C is. Maar je kan er wel de temperatuur 3 à 6°C mee verlagen. Dat volstaat in veel gevallen om een comfortabel gevoel te krijgen.

Overigens mag je daar ook niet in overdrijven. Ga je vloeren of plafonds te veel koelen, dan is er een risico op condensvorming. Dat is dan afhankelijk van de relatieve vochtigheid van de 2 buitenlucht. Dat fenomeen kan bv. ook optreden op keldervloeren. Dat is doorgaans de koudste plek in een zomerperiode. Als de temperatuur daar onder de dauwpunttemperatuur ligt, krijg je dat condensfenomeen.

Ventileren

Sinds geruime tijd is ventilatie verplicht in nieuwbouw. Energetisch is een ventilatiesysteem D, balansventilatie met warmterecuperatie, de betere oplossing. Zo ‘n ventilatie gaat vervuilde lucht afvoeren en tegelijk verse lucht aanvoeren. In het toestel zit een warmtewisselaar die de warmte van de uitgaande lucht grotendeels overdraagt op de binnenkomende lucht. In de zomer zijn we beperkt geïnteresseerd in die warmterecuperatie. Bij tropische buitentemperaturen kunnen we de inkomende lucht wel uitzonderlijk koelen. Bij andere condities staan die toestellen op een zomerbypass. Dan zuigt het ventilatiesysteem buitenlucht aan, die direct wordt verdeeld naar de verschillende lokalen.

De plaats van aanzuiging van verse lucht is ook belangrijk. Naast een schoorsteen, dampkapuitvoer of andere bron van verontreinigde lucht is dus zeker geen goed idee. Maar ook boven een plat dak kun je dat beter niet doen, omdat de temperaturen daar hard kunnen oplopen.

Met een mechanisch ventilatiesysteem heb je altijd ook de mogelijkheid om aan nachtkoeling te doen. Dan wordt de ventilatie op de nachtelijke uren wat hoger gezet om koelere nachtlucht door het gebouw te halen.

Wat gelijkaardig aan het systeem van vrije koeling kunnen we de verse lucht ook gaan aanvoeren langs een ondergronds circuit. Dan wordt de warme buitenlucht op het traject naar de ventilatie-unit wat afgekoeld richting 15°C. In de winter heeft dat systeem ook zijn nut, omdat de aangevoerde lucht dan wat opgewarmd wordt richting 15°C. Dat systeem heet aardwarmtewisselaar, maar is ook gekend onder de termen Puit Canadien, Puit Provinçal of grondbuis.

En met een balansventilatie kun je ook koelen dankzij het verdampingsprincipe. Officieel heet dat dan adiabatische koeling, een techniek die we ook in het congrescentrum van het provinciehuis toepassen. Door het vernevelen van (regen)water krijg je een verdamping die dan verkoelend werkt. Een vernevelaar kan ingebouwd worden in de afvoer van de ventilatie, vóór de warmtewisselaar. Dan koelt de lucht af en gaat de aangevoerde buitenlucht via de warmtewisselaar ook koelen. Wil je dat gebruiken om ’s zomers te koelen, dan mag de zomerbypass wel niet aan staan. Je gaat niet aan warmterecuperatie doen, maar aan kouderecuperatie. Maar die moet wel via de warmtewisselaar van de ventilatie-unit lopen.

Dat komt dan wat in de buurt van het oude Japanse gebruik Uchimizu. Dat is het sprenkelen van water. In oorsprong een contemplatief ritueel proces. In de strijd tegen het hitte-eiland-effect wordt dat nu terug aangemoedigd. In het provinciehuis gebeurt deze koeling in principe met regenwater, helaas door de te kleine regenwateropvang - die ook voor sanitaire doelen wordt gebruikt – is het meestal kraanwater dat gebruikt wordt. Een recyclage van grijswater is in het provinciehuis niet voorzien. Ieder ontwerp blijft zo kind van het tijdmoment waarin het werd gemaakt. Vandaag wordt drinkbaar water stilaan een kostbaar goed.

We kunnen nog wel wat andere dingen leren van oude gebruiken. Op warme dagen in de vroege ochtend ramen tegenover mekaar openzetten om tocht te veroorzaken bijvoorbeeld. Tocht is een luchtstroom. Die werkt verkoelend omdat de bewegende lucht de huidwarmte beter afvoert dan stilstaande lucht. En ook zweet wordt zo beter verdampt wat een verkoelend effect heeft. Daarom dat ventilatoren ook helpen om een afkoelend effect te bekomen. 

Meer old school technieken

Voor warmtebeheersing kunnen we altijd wat opsteken van technieken zoals die al eeuwen bestaan in tropische landen. In warme droge klimaten zet men vaak in op thermische massa. Dikke wanden en kleine raamoppervlaktes zorgen voor een beter binnenklimaat. Denk daarbij aan de kashba’s va Noord-Afrika. Eenzelfde gebouwtype vind je ook in Midden-Amerika.

In warme vochtige klimaten gaat men traditioneel meer inzetten op ventilatie. Zo heb je in Zuid-Oost Azië een traditie in bamboebouw. In het zuiden van Spanje heb je de pueblos blancos. Dat is de Arabische invloed aangevuld met zonreflecterende maatregelen.

In de Arabische cultuur ga je in paleizen vaak waterpartijen of fonteinen terugvinden. Ook al omdat water voor de van oorsprong woestijnvolken een luxeproduct was, maar evenzeer omwille van het verkoelende effect. De Patio de los Leones in het Alhambra in Granada is misschien wel het bekendste voorbeeld. En in het naastgelegen Generalife vind je nog meer waterpartijen. Dat was dan ook het zomerpaleis van de sultans.

Ook in traditionele architectuur in het Midden-Oosten kom je nog wat technieken tegen. Zo heb je windvangers. Die vangen de koelere nachtlucht op, die dan in het gebouw wordt geleid. Met zoektermen als Malqaf en Bad-ghir of gewoon Arabic cooling techniques kom je al een eind.

In een volgende editie van de Stroomomslag gaan we dieper in op hoe hedendaagse installaties hun historische context hebben.

Lees in deel 1 meer over passieve ingrepen.

Heb je vragen? Mail de adviseurs van Kamp C via bouwadvies@kampc.be.

Copyright: provincie Antwerpen (tekst), foto airco (copyright Pixbay).