DOSP-VHR-001873 | Duurzame Koelsystemen

In de toekomst zullen duurzame manieren van koeling sterk aan belang toenemen. Er zijn echter nog heel wat vragen naar de prestaties van deze systemen in de praktijk en voor velen ontbreekt het nog aan ervaring om tot het plaatsen van deze installaties over te gaan. Hoe kunnen deze correct geselecteerd en gedimensioneerd worden, waarop moet je letten bij de keuze en installatie van deze systemen, welke toestellen zijn er op de markt, …

Om hier meer inzicht in te krijgen, werden in het SCoolS-project de prestaties van verschillende systemen in detail onderzocht m.b.v. in situ metingen, labotesten en simulaties. De resultaten van de simulaties werden bovendien verwerkt in een interactieve online tool, waar op basis van enkele ingestelde gebouw- en systeemparameters een voorspelling gemaakt wordt van de verwachte prestaties (energieverbruik en comfort) van verschillende systemen voor duurzaam koelen. https://www.cornet-scools.com/online-tool.html

In residentiële gebouwen hebben passieve koelstrategieën een belangrijke impact. Dit op voorwaarde dat ze goed gebruikt worden. Een combinatie van buitenzonnewering en intensieve ventilatie zorgt in bijna alle gevallen op zijn minst voor een aanvaardbaar comfort. Willen we echt goed comfort garanderen, dan is het vooral in de slaapkamers soms nodig om een laag vermogen koelsysteem toe te voegen, zoals bijvoorbeeld een koelbatterij op de ventilatie.

De impact van passieve koelstrategieën is duidelijk groter dan die van andere parameters zoals gebouwisolatie en inertie. Inertie heeft vooral een positief effect in combinatie met intensieve ventilatie. Isolatie kan zowel een positief als negatief effect hebben op indoor zomercomfort.

Ventilo-convectoren en vloerkoeling aangesloten op een verticale geothermische bron slagen erin om in de meeste gevallen zelfs zonder passieve koelstrategieën een goed comfort te garanderen. Slechts in 8% van de gevallen blijken ventilo-convectoren met nominaal vermogen van 15W/m² (want gedimensioneerd op de warmtevraag) ontoereikend. Vloerkoeling met nominaal vermogen van 20 à 30W/m² doet het nog beter.

Deze laatste resultaten lijken opmerkelijk, aangezien de piekvraag volgens de simulaties gemiddeld 30W/m² bedraagt. Dit is het vermogen dat een koelsysteem moet kunnen leveren om op elk moment de ogenblikkelijke warmtelasten weg te koelen en zo de gewenste binnentemperatuur van bv 24°C te behouden. Indien we echter toestaan dat er zich een kleine temperatuurstijging voordoet tijdens deze piekmomenten – zonder de comfortlimiet van 26°C of 28°C voor respectievelijk nacht- en dagzone te overschrijden - dan verlaagt het benodigde vermogen aanzienlijk (dimensionering). Er is dan wel een aangepaste sturing nodig die de systemen vroeger in- en later uitschakelt. Deze strategie zorgt ervoor dat er meer duurzame koelsystemen in aanmerking komen om goed zomercomfort te bieden, ondanks hun typisch beperkter vermogen.

Hoewel de hydronische koelsystemen in residentiële toepassingen op zichzelf doorgaans voldoende comfort kunnen garanderen, is een combinatie met passieve koelstrategieën nog steeds voordelig omwille van de lagere koellasten/koelvermogens (makkelijker ontwerp, meer mogelijkheden voor laag vermogen/hoge temperatuur koelsystemen, kleinere impact op het elektriciteitsnet, (nog) lager energieverbruik).

Typisch voor kantoren is de hogere bezettingsgraad overdag en de voelbare en latente warmtewinsten die daarbij horen. Zonder passieve maatregelen slaagt zelfs de actieve koeling van 100–150 W/m² er niet in om continu goed comfort te garanderen (slechts in 75% van de gevallen). In combinatie met buitenzonnewering kunnen vloer – of plafondkoeling discomfort vermijden. Indien hier bovenop nog intensieve ventilatie wordt toegepast, dan slagen ook de minder performante koelsystemen in dat opzet. Indien men binnen dit toepassingsgebied echter in alle gevallen goed comfort wil garanderen, dan moet er gekeken worden naar een combinatie van buitenzonnewering, intensieve (nacht-)ventilatie en plafondkoeling of actieve koeling.

De hoge latente warmtewinsten in een kantooromgeving beperken echter het gebruik van koelsystemen op hoge temperatuur: er is een dauwpuntsregeling nodig om condensatie te vermijden. Een hygrostatische aan/uit regeling met één vaste, veilige grens voor de relatieve vochtigheid is te vermijden. In de onderzochte cases zien we omwille van deze beperking een stijging van de binnentemperatuur van maximaal 2K op de warmste momenten van de dag.

Uit praktijkcases blijkt het belang van een goed ontwerp en regeling, zeker wanneer verschillende systemen gecombineerd worden (bijvoorbeeld werking van de bypass van een ventilatiesysteem dat bijkomend uitgerust is met een koelsysteem). Het energieverbruik van duurzame koelsystemen is typisch laag, maar kan vaak nog geoptimaliseerd worden, bijvoorbeeld door het beperken van het aantal pompen in het hydraulische ontwerp of aantal draaiuren van ventilatoren bij free cooling.

Tenslotte blijkt de beoordeling van binnencomfort bij toepassing van duurzame koelsystemen geen evidentie. Voor alfa gebouwen is er een tendens naar adaptieve comfortcriteria, waarbij de temperatuurlimieten afhangen van de buitentemperatuur van de dag zelf en van de afgelopen dagen. Voor residentiële toepassingen lijken deze limieten bij hoge buitentemperaturen echter zeer hoog, zeker voor slaapkamers. Bij lage buitentemperaturen zijn de limieten dan weer relatief laks, wat een aangepaste regeling veronderstelt van het koelsysteem. Voor residentiële toepassingen lijkt het gebruik van statische temperatuurgrenzen met een maximaal aantal overschrijdingsuren meer toepasselijk (bijvoorbeeld in de dagzone maximaal 32h overschrijding van de statische limiet van 28°C om nog tot de hoogste categorie te behoren).

Residentiële gebouwen hebben passieve koelstrategieën een belangrijke impact, op voorwaarde dat ze goed gebruikt worden. Een combinatie van buitenzonnewering en intensieve ventilatie zorgt in bijna alle gevallen op zijn minst voor een aanvaardbaar comfort. Willen we echt goed comfort garanderen, dan is het vooral in de slaapkamers soms nodig om een laag vermogen koelsysteem toe te voegen, zoals bijvoorbeeld een koelbatterij op de ventilatie.

De impact van passieve koelstrategieën is duidelijk groter dan die van andere parameters zoals gebouwisolatie en inertie. Inertie heeft vooral een positief effect in combinatie met intensieve ventilatie. Isolatie kan zowel een positief als negatief effect hebben op indoor zomercomfort.

Ventilo-convectoren en vloerkoeling aangesloten op een verticale geothermische bron slagen erin om in de meeste gevallen zelfs zonder passieve koelstrategieën een goed comfort te garanderen. Slechts in 8% van de gevallen blijken ventilo-convectoren met nominaal vermogen van 15W/m² (want gedimensioneerd op de warmtevraag) ontoereikend. Vloerkoeling met nominaal vermogen van 20 à 30W/m² doet het nog beter.

Deze laatste resultaten lijken opmerkelijk, aangezien de piekvraag volgens de simulaties gemiddeld 30W/m² bedraagt. Dit is het vermogen dat een koelsysteem moet kunnen leveren om op elk moment de ogenblikkelijke warmtelasten weg te koelen en zo de gewenste binnentemperatuur van bv 24°C te behouden. Indien we echter toestaan dat er zich een kleine temperatuurstijging voordoet tijdens deze piekmomenten – zonder de comfortlimiet van 26°C of 28°C voor respectievelijk nacht- en dagzone te overschrijden - dan verlaagt het benodigde vermogen aanzienlijk (dimensionering). Er is dan wel een aangepaste sturing nodig die de systemen vroeger in- en later uitschakelt. Deze strategie zorgt er voor dat er meer duurzame koelsystemen in aanmerking komen om goed zomercomfort te bieden, ondanks hun typisch beperkter vermogen.

Hoewel de hydronische koelsystemen in residentiële toepassingen op zichzelf doorgaans voldoende comfort kunnen garanderen, is een combinatie met passieve koelstrategieën nog steeds voordelig omwille van de lagere koellasten/koelvermogens (makkelijker ontwerp, meer mogelijkheden voor laag vermogen/hoge temperatuur koelsystemen, kleinere impact op het elektriciteitsnet, (nog) lager energieverbruik).

Typisch voor kantoren is de hogere bezettingsgraad overdag en de voelbare en latente warmtewinsten die daarbij horen. Zonder passieve maatregelen slaagt zelfs de actieve koeling van 100–150 W/m² er niet in om continu goed comfort te garanderen (slechts in 75% van de gevallen). In combinatie met buitenzonnewering kunnen vloer – of plafondkoeling discomfort vermijden. Indien hier bovenop nog intensieve ventilatie wordt toegepast, dan slagen ook de minder performante koelsystemen in dat opzet. Indien men binnen dit toepassingsgebied echter in alle gevallen goed comfort willen garanderen, dan moeten er gekeken worden naar een combinatie van buitenzonnewering, intensieve (nacht-)ventilatie én plafondkoeling of actieve koeling.

De hoge latente warmtewinsten in een kantooromgeving beperken echter het gebruik van koelsystemen op hoge temperatuur: er is een dauwpuntsregeling nodig om condensatie te vermijden. Een hygrostatische aan/uit regeling met één vaste, veilige grens voor de relatieve vochtigheid is te vermijden. In de onderzochte cases zien we omwille van deze beperking een stijging van de binnentemperatuur van maximaal 2K op de warmste momenten van de dag.

Uit praktijkcases blijkt het belang van een goed ontwerp en regeling, zeker wanneer verschillende systemen gecombineerd worden (bv werking van de bypass van een ventilatiesysteem dat bijkomend uitgerust is met een koelsysteem). Het energieverbruik van duurzame koelsystemen is typisch laag, maar kan vaak nog geoptimaliseerd worden, bijvoorbeeld door het beperken van het aantal pompen in het hydraulische ontwerp of aantal draaiuren van ventilatoren bij free cooling.

Tenslotte blijkt de beoordeling van binnencomfort bij toepassing van duurzame koelsystemen geen evidentie. Voor alfa gebouwen is er een tendens naar adaptieve comfortcriteria, waarbij de temperatuurlimieten afhangen van de buitentemperatuur van de dag zelf en van de afgelopen dagen. Voor residentiële toepassingen lijken deze limieten bij hoge buitentemperaturen echter zeer hoog, zeker voor slaapkamers. Bij lage buitentemperaturen zijn de limieten dan weer relatief laks, wat een aangepaste regeling veronderstelt van het koelsysteem. Voor residentiële toepassingen lijkt het gebruik van statische temperatuurgrenzen met een maximaal aantal overschrijdingsuren meer toepasselijk (bv in de dagzone maximaal 32h overschrijding van de statische limiet van 28°C om nog tot de hoogste categorie te behoren).