Verwarmen en koelen via luchtgroepen

De mogelijkheden

Koeling in luchtgroepen is niet altijd vanzelfsprekend. Als de koelingsbehoefte te groot is, of als er per zone een te sterk verschillende vraag naar afkoeling is, wordt ervoor gekozen het koelsysteem niet in de luchtgroep te integreren. Is dat niet het geval, dan is koeling in luchtgroepen een aanrader, voor zowel residentiële als niet-residentiële projecten. De luchtgroep combineert meerdere thermische aspecten in één installatie en wordt beheerd door één sturingssysteem. Het systeem is dus plaatsbesparend, de operating costs liggen laag en het onderhoud is miniem.

om te verwarmen

Warmwaterbatterij en elektrische batterij

Na de filter komt de batterij om de aangevoerde, verse omgevingslucht te verwarmen. Hiervoor wordt een warmtewisselaar gebruikt waarin cv-water afkomstig van een ketel op gas, olie, een warmtepomp of zonneboiler stroomt. Indien geen cv-water voorhanden is, kan een elektrische batterij (die omwille van het energieverbruik duurder is) soelaas bieden. In het verleden was de aanvoer­temperatuur van het cv-water plusminus 80 à 90 °C. Nieuwe energiebronnen als zonne­boilers voeren water aan met een tem­peratuur die ligt tussen 70 °C en 60 °C. Hoe hoger de aanvoertem­peratuur, hoe dunner (bv. twee rijen in plaats van vier rijen) de waterbat­terij is, en omgekeerd. Het warmte-uitwisselingsoppervlak (aantal rijen) wordt tevens aangepast in functie van de toepassing. Wordt de bat­terij gebruikt om de lucht op binnen­temperatuur (tot 20 °C) te brengen, dan zal die uit minder rijen bestaan (soms zelfs maar uit één rij) dan een batterij die wordt aangewend om het gebouw met lucht (tussen 20 °C  en 50 °C met een maximale inblaastemperatuur van 35 °C) te verwarmen. De warm­waterbatterij kan in de luchtgroep (veelal als de lucht op binnentempe­ratuur wordt gebracht), maar even­eens in de pulsiekanalen worden gemonteerd (bij verwarming). Indien de binnen­temperatuur lager of hoger moet, wordt de temperatuur van het water in de batterij aange­past. Dat kan via een driewegkraan met meng­regeling die desgewenst koud of warm water aan de warm­water­batterij toevoegt en zo de tempe­ratuur van de lucht die wordt ingeblazen doet dalen of stijgen.

Praktijkvoorbeeld: De verse lucht heeft een temperatuur van -10 °C. Met water dat wordt aangevoerd met een temperatuur van 80 °C en een retourtempera­tuur van 60 °C, kan via een tweerijbatterij de lucht worden opgewarmd tot 27 °C. Met een vierrijbatterij is dat tot 52 °C.

Ook de batterij met directe expansie (DX) kan worden gebruikt om te verwarmen (zie verder).

om te koelen

IJswaterbatterij

Om de lucht af te koelen, kan een ijswaterbatterij in de luchtgroep worden geïntegreerd.
In dit extra blok stroomt koud water in de leidingen in plaats van warm water. De omgevingslucht koelt af door het contact met de koudewaterleidingen.

De ijswaterbatterij bestaat uitmeer (meestal vier) rijen, omdat er zowel latente (ontvochtigen van de lucht) als voelbare koeling (de droge lucht wordt vervolgens afgekoeld) is. Een deel van het beschikbare vermogen wordt dus gebruikt voor latente koeling (ontvochtigen kost energie en hoe meer vochtigheid er in de lucht hangt, hoe meer latente koeling er nodig is). Doordat er tijdens het afkoelen condensatie (dus druppelvorming) plaatsvindt, is een condensbak nodig die deze druppels opvangt en wegleidt.Soms wordt de warmwater- en ijswaterbatterij gecombineerd in één batterij. In de batterij komt dan of warm of koud water toe, dat desgewenst wordt verwarmd of afgekoeld. Net zoals bij de  warmwaterbatterij kan de tem­peratuur van het ijswater makkelijk worden gemoduleerd met een driewegkraan met mengregeling.

Praktijkvoorbeeld: De verse lucht heeft een temperatuur van 30 °C. Met water dat wordt aangevoerd met een temperatuur van 7 °C en een retourtemperatuur van 12°C kan via een vierrij­batterij de lucht afgekoeld worden tot 19 °C.

Batterij met directe expansie

Behalve met een ijswaterbatterij, kan de lucht ook gekoeld worden volgens het airconditionings­principe. Met name
een batterij met directe expansie. In de luchtgroep zit dan een extra blok (de verdamper). Die is door koelleidingen verbonden met een unit die buiten is opgesteld (de condensor). De compressor zit ofwel in de binnen- ofwel in de buitenunit (wel is het zo dat door de compressor extern te plaatsen de geluidsproductie van de binnenunit gunstiger wordt).

De omgevingslucht wordt door de ventilator naar de verdamper getransporteerd. De verdamper verwijdert de warmte uit de omgevingslucht en geeft die af aan het koudemiddel (meestal R410a). Dat kan omdat het koude­middel verdampt en hiervoor energie (warmte) nodig heeft die het uit de toegevoerde lucht haalt. De afgekoelde lucht wordt vervol­gens het gebouw ingeblazen en biedt koeling. Het koudemiddel zelf, dat gasvormig is, gaat richting de compressor, die het gas comprimeert en het op een hogere temperatuur en druk brengt. Daarna wordt het koudemiddel naar de condensor getransporteerd waar het daalt in temperatuur en opnieuw condenseert tot vloeistof. Tijdens dit condensatieproces geeft het koudemiddel de warmte af aan de buitenlucht. Tot slot wordt het koudemiddel via het expansieventiel op lage druk gebracht en kan het proces opnieuw beginnen. Zoals bij een ijswaterbatterij, is ook bij een batterij met directe expansie een condensafvoer noodzakelijk. Opvallend is, dat het kringloop­proces kan worden omgekeerd. De condensor wordt dan verdamper, de verdamper condensor. Als gevolg wordt de verse lucht opgewarmd en naar binnen geblazen, terwijl de koeling die de verdamper biedt naar buiten wordt afgevoerd. Met deze batterij kan de temperatuur minder makkelijk worden gemoduleerd (dan met een ijswaterbatterij), tenzij met inverterregeling wordt gewerkt. Directe expansie wordt ook meestal gebruikt voor kleine tot middelgrote vermogens (120 à 150 kW). Voor grotere capaciteiten is de ijswaterbatterij geschikter.

Praktijkvoorbeeld: De verse lucht heeft een temperatuur van 30 °C. Dankzij een batterij met directe expansie kan de lucht worden afgekoeld tot 14 °C.

Adiabatische koeling

Een derde mogelijkheid om te koelen is via adiabatische koeling. Adiabatische koeling kan enkel functioneren in een systeem waarin de lucht ook wordt afgevoerd. De keuze bestaat uit directe en indirecte adiabatische koeling.
Bij directe adiabatische koeling wordt de verse toevoerlucht direct in contact gebracht met water (via verdampingsbevochtiging, sproeibevochtiging, hogedruk­bevochtiging ...). De toevoerlucht zorgt ervoor dat het water kan ver­dampen, maar om te verdampen heeft het water echter energie nodig. Die energie (warmte) wordt dus aan de toevoerlucht onttrokken. Als gevolg koelt de buitenlucht af. Obstakel bij directe koeling is dat er extra vocht in de lucht wordt gebracht, wat niet overal gewenst is. In dergelijke situaties biedt indirecte adiabatische koeling
een oplossing. In dit geval zit in de unit een platenwarmtewis­selaar. Deze wisselaar bestaat uit platen waartussen de afvoerlucht en de toevoerlucht (binnenlucht) kruise­lings stromen. De buitenlucht moet koud genoeg zijn om het gebouw af te koelen. Om dat te verwezenlijken, wordt water op de platenwisselaar gesproeid. Uitsluitend de afvoerlucht komt in contact met het water en zorgt ervoor dat het water kan verdampen. Als gevolg koelt de binnenlucht af, en is die koud genoeg om de verse buitenlucht af te koelen. Dat kan doordat de binnen- en buitenlucht elkaar kruisen in de wisselaar en de binnenlucht op die manier via de dunne wand koude overdraagt aan de warme buitenlucht. Als wordt beslist om geen verse lucht toe te voeren, kan adiabatische koeling worden aangewend om de binnenlucht direct af te koelen of dat te doen via indirect contact met verse buitenlucht. Wel is het zo dat adiabatische koeling vaak wordt gecombineerd met andere technie­ken omdat dit systeem maar een beperkte koeling kan verschaffen.

Praktijkvoorbeeld: De verse lucht wordt aangevoerd met een temperatuur van 32 °C. Met adiabatische koeling wordt de temperatuur van de inblaaslucht verlaagd tot 22 °C.

Rendementsbevorderende Extra's

Bypass voor free cooling

Free cooling wordt gerealiseerd met behulp van een bypassklep, een servomotor en een regelaar. De regelaar gaat na of een ruimte kan afgekoeld worden met koudere buitenlucht. Als dat het geval is, dan gaat de bypassklep open. De buitenlucht gaat dan rechtstreeks het gebouw binnen (zonder door de batterij te gaan). 's Nachts bijvoorbeeld koelt het erg af, en kan het interessant zijn om de buitenlucht aan te wenden om het gebouw te koelen.

Mengkast

Dit aanzuigsysteem met twee kleppen neemt lucht van binnen of van buiten. Die lucht kan ook gemengd worden. Stel nu dat de temperatuur in het gebouw te hoog ligt en daar dringend verandering in dient te komen, dan sluit de mengkast de verse luchtklep. Zo kan de lucht binnen eerst afgekoeld worden vooraleer er verse lucht wordt aangevoerd om verluchting te brengen. Omgekeerd kan dit ook om het gebouw 's ochtends te verwarmen. De toevoer van verse lucht wordt dan af­gesloten zodat het gebouw sneller kan worden verwarmd.

Recuperatie

Om het rendement van de lucht­behandelingsgroep te optimaliseren (met recuperaties van soms meer dan 90%), is een recuperatie­ systeem vandaag vrijwel onontbeerlijk geworden. De recuperatorblok vereist pulsie en extractie. Er zijn dus minstens twee ventilatoren nodig. De ene trekt de 'muffe' lucht uit het gebouw weg, terwijl de andere verse buiten­lucht aanzuigt. In de zomer geeft de frisse binnen­lucht verkoeling aan de warme buitenlucht en draagt zo bij tot de afkoeling van het gebouw. In de winter is het binnen warmer dan buiten en draagt de binnen­lucht warmte over op de buitenlucht. Er zijn verschillende recuperatie­sys­te­men op de markt. Voorbeelden:

• de kruisstroom- of tegen­stroomplatenwisselaar: bestaat (zoals dat het geval is bij adiabatische koeling) uit
platen waartussen de afvoerlucht en de toevoerlucht stromen. Doordat beide luchtstromen elkaar (indirect) passeren, geven ze koelte/warmte aan elkaar af;

• het warmtewiel: bestaat uit kanaaltjes waarin de toevoer- en afvoerlucht in tegenovergestelde richting stromen en door de draaibeweging van het wiel koelte/warmte aan elkaar doorgeven;

• twin coil: maakt een beperkte koellastrecuperatie in de zomer mogelijk. Dit recuperatiesysteem bestaat uit een batterij in de luchtafvoerzijde en een batterij in de luchttoevoerzijde. Hiertussen circuleert een water-glycolmengsel.

Praktijkvoorbeeld: Buitenlucht van 30 °C en binnenlucht van 24 °C kruisen elkaar in de platenwisselaar. De buitenlucht wordt in de recuperatieblok gekoeld tot 25 °C.

AANDACHTSPUNTEN KOELING

In sommige gevallen wordt ervoor gekozen om het koelsysteem niet in de luchtgroep te integreren.

Koelingsbehoefte te hoog

In renovatieprojecten of in minder goed geïsoleerde gebouwen is het luchtdebiet (in tegenstelling tot in passiefhuizen of lage-energie­woningen waar gemiddeld 2 à 4 kW aan koeling nodig is) dat nodig is om te koelen soms (veel) groter dan het luchtdebiet dat nood­zakelijk is om het gebouw te ventileren. In deze gevallen wordt ervoor gekozen om het koelsysteem niet in de luchtgroep te integreren. Anders dient de verluchtingskast groter te worden gedimensioneerd dan nodig, iets wat minder voor­delig is op prijs- en kwaliteits­vlak.

Zoneafhankelijk koelen

Ook de combinatie van koelen en verluchten per zone (bv. per kantoor) is soms moeilijk. Vaak is er per zone een andere behoefte. Dat kan door een gedecentraliseerd koelsysteem beter worden opgevangen dan door een luchtgroep waarin een koel- en verluchtingssysteem is geïntegreerd. Veelal is de koelingsgraad per zone verschillend. Om de verschillen in behoefte per zone toch op te vangen, kan een nakoeler (een batterij die in het kanalennet een zone bedient bv. ijswaterbatterij) in het pulsiekanaal een oplossing bieden. Dergelijke batterijen helpen de uitblaastemperatuur in de zone nauwkeuriger te regelen. Vaak zijn ze aangesloten op voelers. Ook is het nodig de koelbatterijen aan te sluiten op het koelsysteem (ijswater of directe expansie). Ook ventiloconvectoren kunnen zoneafhankelijk koelen.