Vergelijking van duurzame koelsystemen

Hoewel de koelbehoefte van een gebouw sterk gereduceerd kan worden door een aangepast ontwerp en de toepassing van passieve koelstrategieën, zal er in vele gevallen toch een koelsysteem nodig zijn om ook tijdens de steeds warmere zomers een goed thermisch comfort te kunnen garanderen. Deze koelsystemen vertonen echter grote verschillen qua koelvermogen, thermisch comfort, energieverbruik, kostprijs en milieu-impact. Het is dus belangrijk om de mogelijkheden en beperkingen ervan te kennen. Het WTCB maakte een vergelijking van duurzame koelsystemen voor dit artikel verschenen in WTCB-Contact n° 76. 

Aangezien duurzaamheid een breed begrip is, werd er binnen het CORNET-project SCoolS een ver­gelijking opgezet van verschillende koel­systemen. Hierbij werd er gefocust op koel­systemen die een zeer hoge energetische efficiëntie behalen en zo weinig mogelijk koel­middelen bevatten. Indien er geen compressor, noch koelmiddelen aan te pas komen, wordt er ook wel gesproken over free cooling.

Er bestaan meerdere vormen van free cooling. Zo wordt er in kantoorgebouwen vaak geopteerd voor een systeem met warmtewisselaars op het dak, terwijl er in de woningbouw eerder gebruik­gemaakt wordt van free geocooling. Deze laatste systemen bestaan uit een geothermische warmte­pomp, een extra warmtewisselaar en een aan­gepast regelsysteem. Deze uitbreidingen zor­gen ervoor dat de warmte­pomp in de zomer niet hoeft te draaien en dat de in de winter in de geo­thermische bron opgeslagen koude via de warmtewisselaar overgedragen kan worden op het afgiftesysteem zonder tussenkomst van een actieve koelcomponent. De installatie moet in dit geval echter wel aan een aantal voorwaarden voldoen. Zo moet:

Bij de vergelijking van de koelsystemen werd er uitgegaan van een correcte dimensionering van de bron, maar werden er verschillende afgiftesystemen opgenomen, meer bepaald:

Bij de vergelijking werd ook de verdampingskoeling in aanmerking genomen. Dit proces bestaat erin dat er bij de verdamping van water warmte onttrokken wordt aan de omringende lucht. Ten slotte werden er ook twee meer klassieke koelsystemen opgenomen in de vergelijking:

Met behulp van dynamische energiesimulaties werden er 9.200 combinaties onderzocht waarbij er in de volgende parameters gevarieerd werd:

Hoewel deze simulaties oorspronkelijk bedoeld waren om een tool te ontwikkelen en een casespecifieke vergelijking mogelijk te maken op het vlak van comfort en energie, kunnen ze ook een algemeen beeld geven van de prestaties van de verschillende koelsystemen.

De comfortniveaus werden vastgelegd op basis van de maximaal toelaatbare temperatuur in de woning, namelijk 28 °C overdag en 26 °C ’s nachts. Wanneer deze grenzen gedurende de hele zomer minder dan 33 u overschreden worden door de gesimuleerde binnentemperatuur, dan kunnen we spreken van een goed zomercomfort, tussen 33 u en 100 u van een gemiddeld comfort en tot 250 u van een gering comfort. Daarboven kunnen we stellen dat er geen comfort is.

Op de grafiek kunnen we aflezen dat 60 procent van de gesimuleerde woningen zonder koel­systeem slechts een beperkt zomercomfort geniet en dat amper een achtste van de woningen een goed comfort vertoont. Hoewel het comfort na de plaatsing van een indirecte verdampingskoeling of een koelbatterij op een balansventilatiesysteem wel verbetert, scoort drie vierde van de woning­varianten pas goed na de installatie van een systeem met meer koelvermogen, zoals een hybride convector die 15 W/m² specifiek koelvermogen kan afgeven bij hogere koeltemperaturen, een vloerkoeling (30-40 W/m²) en de klassieke convectieve luchtkoeling op lage temperatuur van 50 W/m².

Door de verhoging van het koelvermogen neemt ook het energieverbruik toe, al blijft dit wel binnen de perken. Zeker bij de systemen op hoge temperatuur (convectief op hoge temperatuur of vloerkoeling) blijft het elektrische verbruik laag door de hoge efficiëntie van de gekoppelde free cooling. Ook bij de klassieke koelsystemen (convectief op lage temperatuur) ligt het gemiddelde verbruik nog net onder 1.000 kWh/jaar.

Het comfort verbetert spectaculair bij de toepassing van zonwering en ventilatieve (nacht)koeling. Als we alleen de combinaties met deze passieve koelstrategieën beschouwen, dan stellen we vast dat bijna de helft van de woningen zelfs zonder koelsysteem een goed zomercomfort vertoont. We zien ook dat de verdampingskoeling en koelbatterijen in het ventilatiesysteem veel beter scoren. Zeker de systemen met aparte afgifte­lichamen (convectief of vloerkoeling) leveren in deze gevallen een goed comfort op. Ten slotte zakt het energieverbruik aan­zienlijk, gemiddeld tot ongeveer een derde ten opzichte van alle woningen.

De simulatieresultaten tonen aan dat het wel degelijk mogelijk is om een goed zomercomfort te verzoenen met een laag energieverbruik. De combinatie van free cooling en afgiftesystemen op hogere temperaturen maakt het bove­ndien moge­lijk om eventueel schadelijke koel­middelen te ver­mijden. Aangezien deze duurzame systemen dik­wijls over een lager afgifte­vermogen beschikken, is de selectie en dimen­sionering ervan niet altijd evident. 

Daar waar een koeling via het ventilatiesysteem in combinatie met deze passieve maatregelen al kan volstaan, zijn het vooral de hybride convectoren en de vloerkoeling die een goed zomercomfort garanderen.