HVAC

HVAC in goed geïsoleerde gebouwen

In een energie-efficiënt gebouw is de verwarmingsbehoefte dermate gering dat het via ventilatie kan worden verwarmd. Voor de verwarming van een passiefgebouw is bijvoorbeeld maximaal 10–15 W/m2 energie nodig, ofwel 1,0–1,5 kW van de totale energie per 100 m2. Een conventionele verwarmingsinstallatie met radiatoren of vloerverwarming is niet meer nodig. Het gebouw kan via ventilatie worden verwarmd.


Dit kan in hoofdlijnen op twee manieren:  
  • de aangevoerde lucht kan centraal worden verwarmd direct na het verlaten van de ventilatiemachine of
  • afzonderlijk per ruimte, in een ventilatieterminal.

In het eerste geval krijgt elke ruimte lucht dezelfde temperatuur aangevoerd. In het tweede geval kan de luchttemperatuur per ruimte worden aangepast.


In een energie-efficiënt gebouw met een gebouwschil die een goede thermische isolatie heeft, levert een relatief lage kamertemperatuur al een prima thermisch comfort op. In de ontwerpfase wordt doorgaans uitgegaan van een kamertemperatuur van 20-21°C.

Vloerverwarming kan handig zijn in badkamers, vanwege het comfort en de mogelijkheid tot snelle droging van de vloer. Maar om te voorkomen dat het te warm wordt, moet een lagere vloertemperatuur worden aangehouden dan bij normale vloerverwarming. De vloertemperatuur mag maar 1-3°C hoger zijn dan de luchttemperatuur. In overige ruimtes met een groter oppervlak moet vloerverwarming worden vermeden.

Het verticale temperatuurverschil in een ruimte mag niet hoger zijn dan 2°C tussen 0,1 meter en 1,1 meter, ofwel het gebied tussen de enkels en de hals van een zittende persoon.

Verwarming met passieve zonne-energie maakt deel uit van het verwarmingssysteem van een passiefhuis. Omdat de zonnewarmte en interne belasting overal in huis tot andere temperaturen kan leiden, wordt aanbevolen de temperatuur per kamer te regelen. Vergeleken met een normaal huis kent een passiefhuis een kort stookseizoen. Al vroeg in de lente kan de zonnewarmte ervoor zorgen dat het te warm wordt in huis. Het is dan handig om de warmte via een bypass weg te kunnen ventileren zodat er geen koelingbehoefte ontstaat.

De koelingoplossing in het ontwerp moet worden gemaakt op basis van passieve middelen. Denk bijvoorbeeld aan zonweringen, 's nachts geventileerd koelen en een efficiënte ventilatie overdag (zie afbeelding). De verse lucht voor de ventilatie kan vanaf de noordkant van het huis worden aangevoerd. Het is mogelijk om aardwarmte te gebruiken om verse lucht in de winter voor te verwarmen en 's zomers te koelen. Het voorverwarmen van verse lucht in de winter voorkomt dat de aangevoerde ventilatielucht te koud is en verbetert daarnaast het hergebruik.

Het gebruik van een zonwering en luiken vormt de meest efficiënte passieve methode voor ramen


Passieve reductie van koelingbehoefte


Let ook op de capaciteit van haarden of kachels, want door de geringe warmtebehoefte van een passiefhuis mogen ook haarden en kachels niet al te veel warmte afgeven. De warmtecapaciteit en warmteafgifte van haarden en kachels staan in direct verband met hun massa.

Ventilatievoud en warmteterugwinning
Bouwvoorschriften vereisen doorgaans een ventilatievoud van minimaal 10–15 l/s per persoon, ofwel ongeveer 1 l/s per m2 in kantoorgebouwen met een normale bezettingsgraad, en 0,5 luchtverversing per uur in de leefruimtes van woongebouwen.

Een voorbeeld van het ventilatievoud voor kantoren waarbij de vervuilingslast in drie categorieën is ingedeeld (CEN 1752)

Categorie  Alleen bewoners  Stoffen met lage vervuiling Stoffen met hoge vervuiling
   l/sm2  l/sm2 l/sm2 
 A 1.0 2.0  3.0 
 B 0.7  1.4  2.1 
 C 0.4  0.8  1.2 


Bij het ontwerp van het ventilatievoud kan de concentratie kooldioxide als referentie worden gebruikt. Helemaal betrouwbaar voor de ventilatiemeting is deze waarde echter niet, omdat de CO2-concentraties in een gebouw door schommelingen in de bezettingsgraad, het ventilatievoud en de aanwezige buitenluchtconcentraties, bijna nooit stabiel zijn. Voor de berekening van stabiele concentratiewaarden voor kooldioxide in kantoorgebouwen moet worden uitgegaan van een CO2-emissie van 0,00567 l/s per persoon.

Omdat de afvoerlucht een hoge energiedichtheid heeft, kan de ventilatie door warmteterugwinning op een energiezuinige en besparende manier worden uitgevoerd. Warmteterugwinning is met name interessant bij een hoge luchtdoorstroming en lage buitentemperatuur. Er kunnen limietwaarden worden ingesteld voor het minimale rendement van warmteterugwinning en de capaciteit van het luchtbehandelingssysteem dat met warmteterugwinning werkt. In veel bouwverordeningen wordt een rendement van zo'n 30–40% per jaar vereist. Voor een passiefgebouw is een jaarlijks rendement van minimaal 75% vereist. Moderne warmtewisselaars hebben met een rendement van zo'n 90% een zeer beperkt warmteverlies. In een koud klimaat ligt het rendement echter wat lager, omdat de warmtewisselaar bij vorst mogelijk ontdooid moet worden.

Om te voorkomen dat de warmtewisselaar bevriest, kan de aangevoerde verse lucht eerst worden voorverwarmd. Het gebruik van een ondergrondse warmtewisselaar die de toevoerlucht voorverwarmd, kan de noodzaak tot ontdooien beperken of zelfs volledig uitbannen. Een ondergrondse warmtewisselaar wordt niet aanbevolen in een koud klimaat vanwege het risico op condensvorming en problemen met de hygiëne. Paroc heeft een ondergronds leidingsysteem met warmtewisselaar voor de voorverwarming van verse lucht met succes getest in een proefproject voor passiefbouw.

Ondergrondse warmte en kou kan worden benut door de aanleg van een ondergronds leidingstelsel waar een vloeistof doorheen stroomt. Het systeem bestaat dan uit een warmtewisselaar, pomp en boorput of ondergrondse pijpleiding. De lengte van de pijpleiding of diepte van de put is afhankelijk van de benodigde capaciteit voor voorverwarming en koeling. Een ondergrondse horizontale leiding genereert 10–20 W/m aan warmte.

Isolatie van HVAC-systemen

HVAC-systemen (Heating Ventilation & Air Condition) worden steeds belangrijker in de luchtdichte, energiezuinige gebouwen van tegenwoordig. Lucht en water worden verwarmd en gekoeld, en moeten vervolgens tot aan hun bestemming op temperatuur blijven. Elk onbedoeld warmteverlies moet worden geventileerd, hetgeen extra energie kost.


Het is daarom belangrijk om niet alleen op de temperatuur te letten, maar ook op het warmteverlies. Zelfs bij een kleine afwijking in de eindtemperatuur kan het warmteverlies al aanzienlijk zijn.


Rekenvoorbeeld:
Temperatuur en warmteverlies in een ventilatiekanaal


Diameter: 315 mm 
Lengte: 30 mm 
Luchttemp.: 20°C 
Luchtstroom: 3 m/s
Omgevingstemp.: 6°C 

Isolatiedikte Warmteverlies W Eindtemperatuur °C
Niet geïsoleerd 2607  12.9 
80 mm 226  19.3 
150 mm  143  19.5 

Omdat de leidingen onderdeel uitmaken van het HVAC-systeem, moeten ze worden geïsoleerd om de energie- en bedrijfskosten te beperken. Thermische isolatie is nodig om de temperatuur van het water in de leidingen binnen de juiste marges te houden.. 

Rekenvoorbeeld: Warmteverlies in een warmwaterleiding


Leidingdiameter: 22 mm 
Watertemperatuur: 55°C 
Omgevingstemp.: 20°C 

Isolatie λ-waarde
W/m°C  
Isolatiedikte Warmteverlies,
W/m2  
Warmteverlies,
kWh/m, jaar 
Niet geïsoleerd  - 0 mm  40 350 
PAROC Hvac Section  0.035 20 mm   6.0 52
PAROC Hvac Section  0.035 40 mm  4.5 39
PAROC Hvac Section  0.035 60 mm  3.8 33


Ook koude-installaties moeten goed worden geïsoleerd om condensvorming tegen te gaan en de kosten te beperken. Een temperatuurverlaging van 1 graad is over het algemeen 3 keer zo duur als een temperatuurverhoging van 1 graad.

Ook vanuit gezondheidsoogpunt is het belangrijk de temperatuur op het juiste niveau te houden. Als de temperatuur van het water te laag wordt, neemt het gevaar toe dat er via het warme water ziektes zoals de veteranenziekte of legionellagriep worden verspreid. De bacteriën die deze ziektes veroorzaken, voelen zich uitstekend thuis bij een temperatuur tussen de 25–45°C, met een optimum van 35°C.

Gebruik het Paroc-rekenprogramma (koppeling) om te kijken welke isolatie bij uw project past.