Ventilatierichtlijnen voor ontwerp

Het doel van de richtlijnen (Blomsterberg, 2000) [Ref 6] is om professionals (voornamelijk HVAC-ontwerpers en gebouwbeheerders, maar ook opdrachtgevers en gebouwgebruikers) te begeleiden bij het realiseren van goed presterende ventilatiesystemen met behulp van conventionele en innovatieve technologieën. De richtlijnen zijn van toepassing op ventilatiesystemen in residentiële en commerciële gebouwen en gedurende de gehele levenscyclus van een gebouw, d.w.z. van briefing, ontwerp, bouw, inbedrijfstelling, exploitatie, onderhoud en sloop.

Voor een prestatiegericht ontwerp van een ventilatiesysteem zijn de volgende voorwaarden noodzakelijk:

• Er zijn prestatie-eisen (met betrekking tot binnenluchtkwaliteit, thermisch comfort, energie-efficiëntie etc.) vastgelegd voor het te ontwerpen systeem.
• Er wordt een levenscyclusperspectief toegepast.
• Het ventilatiesysteem wordt beschouwd als een integraal onderdeel van het gebouw.

Het doel is om een ​​ventilatiesysteem te ontwerpen dat voldoet aan de projectspecifieke prestatie-eisen (zie hoofdstuk 7.1), waarbij conventionele en innovatieve technologieën worden toegepast. Het ontwerp van het ventilatiesysteem moet worden afgestemd op het ontwerpwerk van de architect, constructeur, elektrotechnicus en de ontwerper van het verwarmings-/koelsysteem. Dit om ervoor te zorgen dat het voltooide gebouw met verwarmings-, koel- en ventilatiesysteem goed presteert. Ten slotte, en niet in de laatste plaats, moet de gebouwbeheerder worden geraadpleegd over zijn specifieke wensen. Hij zal verantwoordelijk zijn voor de werking van het ventilatiesysteem gedurende vele jaren. De ontwerper moet daarom bepaalde factoren (eigenschappen) voor het ventilatiesysteem bepalen, in overeenstemming met de prestatie-eisen. Deze factoren (eigenschappen) moeten zo worden gekozen dat het totale systeem de laagste levenscycluskosten heeft voor het gespecificeerde kwaliteitsniveau. Een economische optimalisatie moet worden uitgevoerd rekening houdend met:

• Investeringskosten
• Bedrijfskosten (energie)
• Onderhoudskosten (filtervervanging, reiniging van kanalen, reiniging van luchtaansluitingen etc.)

Enkele van de factoren (eigenschappen) hebben betrekking op gebieden waar in de nabije toekomst prestatie-eisen moeten worden ingevoerd of aangescherpt. Deze factoren zijn:

• Ontwerp met een levenscyclusperspectief
• Ontwerp voor efficiënt gebruik van elektriciteit
• Ontwerp voor lage geluidsniveaus
• Ontwerp voor gebruik van het energiebeheersysteem van het gebouw
• Ontwerp voor bediening en onderhoud

Ontwerp met een levenscyclus perspectief 

Gebouwen moeten duurzaam worden gemaakt, dat wil zeggen dat een gebouw tijdens zijn levensduur een zo klein mogelijke impact op het milieu moet hebben. Verschillende categorieën personen zijn hiervoor verantwoordelijk, bijvoorbeeld ontwerpers en gebouwbeheerders. Producten moeten worden beoordeeld vanuit een levenscyclusperspectief, waarbij aandacht moet worden besteed aan alle milieueffecten gedurende de gehele levenscyclus. In een vroeg stadium kunnen de ontwerper, de koper en de aannemer milieuvriendelijke keuzes maken. Een gebouw bestaat uit verschillende componenten met verschillende levensduur. In deze context moeten onderhoudbaarheid en flexibiliteit in acht worden genomen, d.w.z. dat het gebruik van bijvoorbeeld een kantoorgebouw meerdere keren kan veranderen gedurende de levensduur van het gebouw. ​​De keuze van het ventilatiesysteem wordt meestal sterk beïnvloed door de kosten, d.w.z. meestal de investeringskosten en niet de levenscycluskosten. Dit betekent vaak een ventilatiesysteem dat voldoet aan de eisen van de bouwvoorschriften tegen de laagste investeringskosten. De operationele kosten van bijvoorbeeld een ventilator kunnen 90% van de levenscycluskosten bedragen. Belangrijke factoren die relevant zijn voor het levenscyclusperspectief zijn:
Levensduur.

• Impact op het milieu.
• Veranderingen in het ventilatiesysteem.
• Kostenanalyse.

Een eenvoudige methode die wordt gebruikt voor levenscycluskostenanalyse is het berekenen van de netto contante waarde. De methode combineert investerings-, energie-, onderhouds- en milieukosten gedurende een deel van of de gehele operationele fase van een gebouw. ​​De jaarlijkse kosten voor energie, onderhoud en milieu worden herberekend naar de kosten van vandaag (Nilson 2000) [Ref 36]. Met deze procedure kunnen verschillende systemen worden vergeleken. De milieu-impact op de kosten is meestal erg moeilijk te bepalen en wordt daarom vaak buiten beschouwing gelaten. De milieu-impact wordt tot op zekere hoogte in aanmerking genomen door energie op te nemen. Vaak worden de LCC-berekeningen gemaakt om het energieverbruik tijdens de operationele periode te optimaliseren. Het grootste deel van het energieverbruik tijdens de levenscyclus van een gebouw vindt plaats tijdens deze periode, namelijk ruimteverwarming/-koeling, ventilatie, warmwaterproductie, elektriciteit en verlichting (Adalberth 1999) [Ref 25]. Ervan uitgaande dat de levensduur van een gebouw 50 jaar is, kan de operationele periode 80-85% van het totale energieverbruik uitmaken. De resterende 15 – 20% is bestemd voor de productie en het transport van de bouwmaterialen en de bouw.

Ontwerp voor efficiënt gebruik van elektriciteit voor ventilatie 

Het gebruik van elektriciteit van een ventilatiesysteem wordt hoofdzakelijk bepaald door de volgende factoren: • Drukval en luchtstroomomstandigheden in het kanalensysteem
• Ventilatorefficiëntie
• Regeltechniek voor de luchtstroom
• Aanpassing
Om de efficiëntie van het elektriciteitsgebruik te verhogen zijn de volgende maatregelen interessant:

• Optimaliseer de algehele indeling van het ventilatiesysteem, bijvoorbeeld door het aantal bochten, roosters, wijzigingen in de doorsnede en T-stukken tot een minimum te beperken.
• Stap over op een ventilator met een hoger rendement (bijvoorbeeld direct aangedreven in plaats van riemaangedreven, efficiëntere motor, achterwaarts gebogen bladen in plaats van voorwaarts gebogen).
• Verlaag de drukval bij de aansluiting ventilator – kanaalwerk (ventilatorinlaat en -uitlaat).
• Verlaag de drukval in het kanaalsysteem, bijvoorbeeld bij bochten, diffusors, veranderingen in de dwarsdoorsnede en T-stukken.
• Installeer een efficiëntere techniek om de luchtstroom te regelen (frequentie- of ventilatorbladhoekregeling in plaats van spannings-, klep- of leischoepenregeling).

Van belang voor het totale elektriciteitsverbruik voor ventilatie zijn uiteraard ook de luchtdichtheid van het kanaalwerk, de luchtstroomsnelheden en de bedrijfstijden.

Om het verschil te laten zien tussen een systeem met zeer lage drukval en een systeem met de tot nu toe gangbare praktijk, werd een “efficiënt systeem”, SFP (specifiek ventilatorvermogen) = 1 kW/m³/s, vergeleken met een “normaal systeem”, SFP = tussen 5,5 – 13 kW/m³/s (zieTabel 9). Een zeer efficiënt systeem kan een waarde van 0,5 hebben (zie hoofdstuk 6.3.5).

Tabel 9: Berekende drukval en SFP waarden voor een “efficiënt systeem” en een “huidige systeem". 

Ontwerp voor lage geluidsniveaus 

Een uitgangspunt bij het ontwerpen voor lage geluidsniveaus is het ontwerpen voor lage drukniveaus. Op deze manier kan een ventilator met een lage rotatiefrequentie worden gekozen. Lage drukverliezen kunnen op de volgende manieren worden bereikt:

• Lage luchtsnelheid, d.w.z. grote kanaalafmetingen
• Minimaliseer het aantal componenten met drukverlies, bijvoorbeeld veranderingen in de oriëntatie of grootte van de kanalen en kleppen.
• Minimaliseer de drukval over de benodigde componenten
• Goede stromingsomstandigheden bij luchtinlaten en -uitlaten

Voor het regelen van de luchtstromen zijn de volgende technieken geschikt, rekening houdend met het geluid:

• Regeling van de rotatiefrequentie van de motor
• Het veranderen van de hoek van de ventilatorbladen van axiale ventilatoren
• Het type en de montage van de ventilator zijn ook van belang voor het geluidsniveau.

Als het aldus ontworpen ventilatiesysteem niet aan de geluidseisen voldoet, moeten er hoogstwaarschijnlijk geluiddempers in het ontwerp worden opgenomen. Houd er rekening mee dat er via het ventilatiesysteem geluid kan binnendringen, bijvoorbeeld windgeruis via buitenluchtroosters.
7.3.4 Ontwerp voor gebruik van BMS
Het gebouwbeheersysteem (GBS) van een gebouw en de routines voor het opvolgen van metingen en alarmen bepalen de mogelijkheden om een ​​goede werking van het verwarmings-/koel- en ventilatiesysteem te verkrijgen. Een optimale werking van het HVAC-systeem vereist dat de deelprocessen afzonderlijk kunnen worden bewaakt. Dit is vaak ook de enige manier om kleine afwijkingen in een systeem te ontdekken die op zichzelf het energieverbruik niet voldoende verhogen om een ​​energieverbruiksalarm te activeren (door maximumwaarden of opvolgingsprocedures). Een voorbeeld hiervan zijn problemen met een ventilatormotor, die niet meetellen in het totale elektrische energieverbruik voor de werking van een gebouw.

Dit betekent niet dat elk ventilatiesysteem door een GBS moet worden gemonitord. Voor alle systemen, behalve de kleinste en eenvoudigste, is een GBS te overwegen. Voor een zeer complex en groot ventilatiesysteem is een GBS waarschijnlijk noodzakelijk.

Het niveau van verfijning van een BMS moet aansluiten bij het kennisniveau van de operationele staf. De beste aanpak is het opstellen van gedetailleerde prestatie-specificaties voor het BMS.

7.3.5 Ontwerp voor werking en onderhoud
Om een ​​goede werking en onderhoud mogelijk te maken, moeten er passende bedienings- en onderhoudsinstructies worden opgesteld. Om deze instructies nuttig te laten zijn, moet tijdens het ontwerp van het ventilatiesysteem aan bepaalde criteria worden voldaan:

• De technische systemen en hun componenten moeten toegankelijk zijn voor onderhoud, vervanging, enz. Ventilatorruimtes moeten voldoende groot zijn en voorzien van goede verlichting. De afzonderlijke componenten (ventilatoren, kleppen, enz.) van het ventilatiesysteem moeten gemakkelijk toegankelijk zijn.
• De systemen moeten gemarkeerd zijn met informatie over het medium in de leidingen en kanalen, de stromingsrichting etc. • Testpunten voor belangrijke parameters moeten worden opgenomen

De bedienings- en onderhoudsinstructies moeten tijdens de ontwerpfase worden opgesteld en tijdens de bouwfase worden afgerond.

Zie discussies, statistieken en auteursprofielen voor deze publicatie op: https://www.researchgate.net/publication/313573886
Naar verbeterde prestaties van mechanische ventilatiesystemen
Auteurs, waaronder:Peter Wouters, Pierre Barles, Christophe Delmotte, Åke Blomsterberg
Sommige auteurs van deze publicatie werken ook aan de volgende gerelateerde projecten:
Luchtdichtheid van gebouwen
PASSIEVE KLIMATISERING: FCT PTDC/ENR/73657/2006