Samenvatting: Technische installaties in gebouwen
1. Comfort, typologie en regeling
1.1. Inleiding
Installaties zijn essentieel bij het leefbaar en bruikbaar maken van gebouwen. We hebben
nood aan:
- Comfortabel binnenklimaat: aan- en afvoer van warmte
- Gezond binnenklimaat: aanvoer zuivere lucht en afvoer van polluenten
- Dit moet gebeuren op duurzame wijze: minimaal energieverbruik en uitstoot van
emissies. Gebouwen in de EU zorgen voor 40% van het energieverbruik en 25% van
de CO2-uitstoot.
De architecturale keuze (glas-architectuur, hoogbouw…) beïnvloedt
de keuze, omvang en kost van de HVAC-technieken. Het
gerealiseerde comfort en het energiegebruik hangen af van het
gebouw en de installaties.
De bouwfysica bepaalt de randvoorwaarden (nodige temperatuur,
luchtkwaliteit,…) waarbij installaties nodig zijn en levert de kennis
voor de dimensionering.
1.1.1. E-peil
Sinds 2006 is er bepaalde regelgeving voor nieuwbouw, herbouw
en renovatie van grote gebouwen. De eisen worden gesteld op
verschillende niveaus.
De energieprestatie (E-peil) wordt berekend met:
karakteristiek jaarlijks primair energieverbruik
E = 100 *
referentiewaarde voor het jaarlijks primair energieverbruik
Primair staat voor het werkelijk energieverbruik van het gebouw vermenigvuldigd met
een factor fp afhankelijk van de gebruikt energie. (fossiele: f p=1; elektriciteit: fp=2.5;
biomassa fp=1).
Het karakteristiek primair energieverbruik is
=het primair verbruik voor ruimteverwarming
+ primair verbruik voor warm tapwater
+ primair verbruik voor ventilatoren en hulpfuncties voor ruimteverwarming
+ primair verbruik voor koeling
- primaire winst door PV (fotovoltaïsch) of WKK.
1
, Nieuwe vereiste (sinds 2014): minimum aandeel hernieuwbare primaire
energieopwekking => zo niet: strengere E-peil eis
Toekomst: NZEB => ZEB
Kort:
• Gebouwkenmerk voor primair energieverbruik
• Technieken die bij ontwerp vastliggen
• Standaardklimaat/-verbruiker => niet noodzakelijk werkelijk verbruik
1.2. Globaal comfort
Thermisch comfort: Toestand van tevredenheid met de thermische eigenschappen van de
(binnen)omgeving.
Comfortappreciatie <-> gezondheid
1.2.1. Fysiologische parameters warmtebalans
We proberen een voorspelling te maken van de gewenste temperatuur.
Lichamelijk: inwendige warmteproductie door metabolisme en spieractiviteit.
Bij constante temperatuur is de warmteproductie gelijk aan de warmteafgifte
• onevenwicht van productie en afgifte:
een lichamelijke reactie. Bij lichaamstemperatuur > 37°C en huidtemperatuur < 34°C
ervaar je discomfort.
1.2.2. Omgevingsparameters
Het lichaam verliest warmte via de huid (geleiding, straling en latente warmte (transpiratie))
en via de ademhaling (latente en voelbare warmte).
De activiteit die uitgevoerd wordt heeft ook invloed. De referentieactiviteit is neerzitten (=1).
Persoonsgebonden:
• metabolisme [Met]
• ‘R waarde’ van de kledij [Clo].
Omgevingsgebonden:
• luchttemperatuur θ a
• stralingstemperatuur θ r
• luchtsnelheid 𝑣
• dampdruk p.
2
,De lucht- en stralingstemperatuur zijn de meest bepalende parameters. We voeren de
operatieve of resulterende temperatuur in:
θop= 0.55 θa + 0.45 θr
Deze is berekenbaar voor diverse situaties met het comfortmodel van Fanger: een
rekenmethode die rekening houdt met alle parameters om de ideale comforttemperatuur te
berekenen. Hoe groter het verschil tussen de inwendige warmteproductie en de
warmteverliezen, hoe groter het discomfort.
Neutrale toestand: M = φ (Rcl, θa, θr, 𝑣, p)∣θb = 37°C
Afhankelijk van het verschil tussen de gemiddelde stem (PMV) en
het percentage ontevredenheid (PPD) kan men een tabel
opstellen en drie klassen bepalen:
• A: 6% ontevreden
• B: 10%
• C: 15%.
Afhankelijk van het gebouwtype wordt één van deze klassen
gebruikt.
In bepaalde omgevingen (bv ziekenhuis) komen er mensen met verschillende kledij en
activiteit (personeel, bezoekers, patiënten) en moet er een compromis gezocht worden.
Om het algemeen comfort te garanderen kan een combinatie gemaakt worden tussen de
stralings- en luchttemperatuur door gebruik te maken van stralings- en convectieve
verwarming
=> zo worden op verschillende plaatsen verschillende operatieve temperaturen voorzien.
1.3. Lokaal comfort
In eenzelfde omgeving wisselen verschillende
situaties zich af door tocht,
stralingsasymmetrie (kampvuur), verticale
temperatuurgradiënt (ventilatierooster aan de
vloer) en voetcomfort (koude vloer). We
bekijken delen van het lichaam die ongeveer
dezelfde temperatuur hebben. Inzichten in het
plaatselijk comfort geven informatie over
technieken waarmee gebouwen comfortabel
verwarmd of gekoeld moeten worden.
3
, Tocht veroorzaakt 15% meer ontevredenheid, koude lucht moet traag (max 0.2 m/s bij 18°C)
en met lage turbulentie naar binnen geblazen worden.
Stralingsasymmetrie is een gevolg van verschillende temperaturen op verschillende
oppervlakken.
1.4. Typologie van verwarmingsinstallaties
Plaatselijke verwarming:
- Kachels, elektrische toestellen
- Productie = emissie
+ individuele regeling, investering, efficiëntie
- comfort, veiligheid, gebruik, schouwen
Centrale verwarming:
- Splitsing productie en emissie
- Distributie
+ comfort, veiligheid, gebruik
- regeling, investering, efficiëntie
Het systeem bestaat uit warmteproductie, -afgifte en distributie. De warmte wordt
getransporteerd door elektriciteit, water (hydronisch), lucht (aerolisch) of stoom.
1.4.1. Elektrische systemen
Plaatselijk (direct): weerstandsverwarming (convectoren)/weerstandsverwarming met
accumulatie (maakt gebruik van goedkoper nachttarief om dan warmte op te slaan)
=> voordelen van plaatselijke en centrale verwarming, maar economische en ecologische
nadelen.
Hydronisch systeem met elektrisch toestel (warmtepompen).
1.4.2. Typologie
Hydronische systemen:
- Water met θ < 100°C (geen stoom)
- Hoge warmtecapaciteit (ρc = 4.2 MJ/m3K; Q = 4.2 kW/K
bij 1 l/s)
- Kleine leidingsecties, tragere respons
- Combinatie met sanitair warm water mogelijk
4
1. Comfort, typologie en regeling
1.1. Inleiding
Installaties zijn essentieel bij het leefbaar en bruikbaar maken van gebouwen. We hebben
nood aan:
- Comfortabel binnenklimaat: aan- en afvoer van warmte
- Gezond binnenklimaat: aanvoer zuivere lucht en afvoer van polluenten
- Dit moet gebeuren op duurzame wijze: minimaal energieverbruik en uitstoot van
emissies. Gebouwen in de EU zorgen voor 40% van het energieverbruik en 25% van
de CO2-uitstoot.
De architecturale keuze (glas-architectuur, hoogbouw…) beïnvloedt
de keuze, omvang en kost van de HVAC-technieken. Het
gerealiseerde comfort en het energiegebruik hangen af van het
gebouw en de installaties.
De bouwfysica bepaalt de randvoorwaarden (nodige temperatuur,
luchtkwaliteit,…) waarbij installaties nodig zijn en levert de kennis
voor de dimensionering.
1.1.1. E-peil
Sinds 2006 is er bepaalde regelgeving voor nieuwbouw, herbouw
en renovatie van grote gebouwen. De eisen worden gesteld op
verschillende niveaus.
De energieprestatie (E-peil) wordt berekend met:
karakteristiek jaarlijks primair energieverbruik
E = 100 *
referentiewaarde voor het jaarlijks primair energieverbruik
Primair staat voor het werkelijk energieverbruik van het gebouw vermenigvuldigd met
een factor fp afhankelijk van de gebruikt energie. (fossiele: f p=1; elektriciteit: fp=2.5;
biomassa fp=1).
Het karakteristiek primair energieverbruik is
=het primair verbruik voor ruimteverwarming
+ primair verbruik voor warm tapwater
+ primair verbruik voor ventilatoren en hulpfuncties voor ruimteverwarming
+ primair verbruik voor koeling
- primaire winst door PV (fotovoltaïsch) of WKK.
1
, Nieuwe vereiste (sinds 2014): minimum aandeel hernieuwbare primaire
energieopwekking => zo niet: strengere E-peil eis
Toekomst: NZEB => ZEB
Kort:
• Gebouwkenmerk voor primair energieverbruik
• Technieken die bij ontwerp vastliggen
• Standaardklimaat/-verbruiker => niet noodzakelijk werkelijk verbruik
1.2. Globaal comfort
Thermisch comfort: Toestand van tevredenheid met de thermische eigenschappen van de
(binnen)omgeving.
Comfortappreciatie <-> gezondheid
1.2.1. Fysiologische parameters warmtebalans
We proberen een voorspelling te maken van de gewenste temperatuur.
Lichamelijk: inwendige warmteproductie door metabolisme en spieractiviteit.
Bij constante temperatuur is de warmteproductie gelijk aan de warmteafgifte
• onevenwicht van productie en afgifte:
een lichamelijke reactie. Bij lichaamstemperatuur > 37°C en huidtemperatuur < 34°C
ervaar je discomfort.
1.2.2. Omgevingsparameters
Het lichaam verliest warmte via de huid (geleiding, straling en latente warmte (transpiratie))
en via de ademhaling (latente en voelbare warmte).
De activiteit die uitgevoerd wordt heeft ook invloed. De referentieactiviteit is neerzitten (=1).
Persoonsgebonden:
• metabolisme [Met]
• ‘R waarde’ van de kledij [Clo].
Omgevingsgebonden:
• luchttemperatuur θ a
• stralingstemperatuur θ r
• luchtsnelheid 𝑣
• dampdruk p.
2
,De lucht- en stralingstemperatuur zijn de meest bepalende parameters. We voeren de
operatieve of resulterende temperatuur in:
θop= 0.55 θa + 0.45 θr
Deze is berekenbaar voor diverse situaties met het comfortmodel van Fanger: een
rekenmethode die rekening houdt met alle parameters om de ideale comforttemperatuur te
berekenen. Hoe groter het verschil tussen de inwendige warmteproductie en de
warmteverliezen, hoe groter het discomfort.
Neutrale toestand: M = φ (Rcl, θa, θr, 𝑣, p)∣θb = 37°C
Afhankelijk van het verschil tussen de gemiddelde stem (PMV) en
het percentage ontevredenheid (PPD) kan men een tabel
opstellen en drie klassen bepalen:
• A: 6% ontevreden
• B: 10%
• C: 15%.
Afhankelijk van het gebouwtype wordt één van deze klassen
gebruikt.
In bepaalde omgevingen (bv ziekenhuis) komen er mensen met verschillende kledij en
activiteit (personeel, bezoekers, patiënten) en moet er een compromis gezocht worden.
Om het algemeen comfort te garanderen kan een combinatie gemaakt worden tussen de
stralings- en luchttemperatuur door gebruik te maken van stralings- en convectieve
verwarming
=> zo worden op verschillende plaatsen verschillende operatieve temperaturen voorzien.
1.3. Lokaal comfort
In eenzelfde omgeving wisselen verschillende
situaties zich af door tocht,
stralingsasymmetrie (kampvuur), verticale
temperatuurgradiënt (ventilatierooster aan de
vloer) en voetcomfort (koude vloer). We
bekijken delen van het lichaam die ongeveer
dezelfde temperatuur hebben. Inzichten in het
plaatselijk comfort geven informatie over
technieken waarmee gebouwen comfortabel
verwarmd of gekoeld moeten worden.
3
, Tocht veroorzaakt 15% meer ontevredenheid, koude lucht moet traag (max 0.2 m/s bij 18°C)
en met lage turbulentie naar binnen geblazen worden.
Stralingsasymmetrie is een gevolg van verschillende temperaturen op verschillende
oppervlakken.
1.4. Typologie van verwarmingsinstallaties
Plaatselijke verwarming:
- Kachels, elektrische toestellen
- Productie = emissie
+ individuele regeling, investering, efficiëntie
- comfort, veiligheid, gebruik, schouwen
Centrale verwarming:
- Splitsing productie en emissie
- Distributie
+ comfort, veiligheid, gebruik
- regeling, investering, efficiëntie
Het systeem bestaat uit warmteproductie, -afgifte en distributie. De warmte wordt
getransporteerd door elektriciteit, water (hydronisch), lucht (aerolisch) of stoom.
1.4.1. Elektrische systemen
Plaatselijk (direct): weerstandsverwarming (convectoren)/weerstandsverwarming met
accumulatie (maakt gebruik van goedkoper nachttarief om dan warmte op te slaan)
=> voordelen van plaatselijke en centrale verwarming, maar economische en ecologische
nadelen.
Hydronisch systeem met elektrisch toestel (warmtepompen).
1.4.2. Typologie
Hydronische systemen:
- Water met θ < 100°C (geen stoom)
- Hoge warmtecapaciteit (ρc = 4.2 MJ/m3K; Q = 4.2 kW/K
bij 1 l/s)
- Kleine leidingsecties, tragere respons
- Combinatie met sanitair warm water mogelijk
4
