2005 Stipo ReUrbA2 Governance Best Practice Enschede Zuid ENG
Best Practice Luchtbehandelingsinstallaties...Juli 2015 1 van 15 Best Practice...
Transcript of Best Practice Luchtbehandelingsinstallaties...Juli 2015 1 van 15 Best Practice...
Juli 2015 1 van 15
Best Practice Luchtbehandelingsinstallaties
1. Inleiding
Deze best practice schetst een beeld van het energieverbruik bij luchtbehandeling en airconditioning voor
industriële gebouwen, in het bijzonder voor laboratoria en magazijnen. Tevens worden de mogelijkheden
voor het verbeteren van de energie-efficiency aangegeven.
De best practice behandelt de volgende onderwerpen:
- ventilatie in verband met het productieproces;
- laboratoriumventilatie;
- gekoelde opslag en verwarmde magazijnen;
- warmteterugwinningsapparatuur.
Bovenstaande onderwerpen houden direct of indirect verband met aspecten die ook in separate best
practices (“Warmtepompen”, “Koudetechniek” en “Duurzame energie”) aan de orde komen.
2. Vuistregels
In de praktijk wordt vaak (te) veel geventileerd. Dit kost veel energie. De capaciteit en het energiegebruik
van deze installaties is te beperken door:
- verontreiniging van de lucht te beperken;
- adequate afzuiging van verontreinigingen direct bij de bron (punt afzuiging);
- het terugwinnen van bruikbare energie en/of grondstoffen uit de naar buiten af te voeren lucht;
- het gebruik van natuurlijke ventilatie al of niet aangevuld met ondersteunende ventilatoren
(hybride ventilatie), met name bij onbemand bedrijf of bemand bedrijf zonder vaste werkplek;
- het afstemmen van de capaciteit van de luchtbehandelingsinstallatie op de momentane
verontreinigingsbelasting, omdat de productie en het vrijkomen van verontreinigingen veelal niet
continu verloopt;
- goede regeling van installaties, naar behoeft.
Bij vergelijking van het energiegebruik van een conventioneel, niet energiezuinig, systeem met dat van
een systeem met continue afstemming van de lucht- en energiebalans, en waarbij tevens sprake is van
een bedrijfswijze afgestemd op het gebruik, blijken globaal de onderstaande besparingen haalbaar te zijn.
- Verwarmingscapaciteit besparing ± 50%
- Koelcapaciteit besparing ± 45%
- Bevochtigingsenergie besparing ± 50%
- Transportenergie besparing ± 60%
3. Systemen voor ventilatie
Bij luchtconditionering voor comfortdoeleinden is de mens bepalend voor het ontwerp en de instelling van
de klimaatinstallaties. Bij luchtconditionering bij ruimtes die in de industrie gebruikt worden is dit niet
uitsluitend het geval.
De procesomstandigheden, de procesverontreinigingen, de gewenste ruimtecondities (temperatuur,
relatieve vochtigheid, concentratie van deeltjes) en de eventuele aanwezigheid van personen zijn bepalend
voor de capaciteit van de benodigde luchtbehandeling en ventilatie en daarmee voor het energiegebruik.
2 van 15
Hierbij is het ook van belang het gebruik van restwarmte of de toepassing van warmtepompen voor het
toevoeren van de benodigde energie aan de luchtstroom in te zetten. De luchttemperaturen zijn in de regel
laag.
Vuistregels voor ventilatievouden (luchtverversing) zijn in de regel gebaseerd op comforttoepassingen.
Voor industriële ruimtes voldoen deze niet en moet men stof- en warmtebalansen maken voor de
benodigde ventilatie.
Soorten ventilatie installaties:
- natuurlijke ventilatie;
- mechanische afzuiging en natuurlijke luchttoevoer;
- mechanische toevoer en natuurafvoer van lucht;
- mechanische lucht toe- en afvoer.
Bij energiezuinige en gecontroleerde ventilatievoorzieningen heeft mechanische ventilatie de voorkeur.
Hiermee kan de ventilatievoorziening worden afgestemd en worden geregeld naar behoefte. Door gebruikt
te maken van warmteterugwinning kan het energieverbruik zoveel mogelijk worden beperkt.
In de volgende paragraaf wordt als voorbeeld van de hier genoemde mogelijkheden een
luchtbehandelingsinstallatie voor een laboratorium besproken.
4. Aandachtspunten bij bestaande installaties
4.1 Laboratoriumventilatie
Het energiegebruik in een laboratorium wordt onder meer bepaald door de verlichting en de in het
laboratorium opgestelde apparatuur.
De luchtbehandelingsinstallatie van een laboratorium is, in combinatie met respectievelijk de
verwarmings- en koelinstallatie, een belangrijke gebruiker van energie. Het energieverbruik is min of
meer evenredig met de luchttoevoerhoeveelheid van de luchtbehandelingsinstallatie.
Inzicht in de capaciteitsbepalende factoren geeft de mogelijkheden om energie beperkende maatregelen
te onderzoeken. Die factoren zijn:
- de veiligheid van de werknemers. Deze is afhankelijk van de mate waarin verontreinigingen in de
ruimte vrijkomen. De capaciteit van de luchtbehandeling dient afgestemd te zijn op de maximaal
aanvaardbare concentratie van de verontreinigingen in relatie met de verblijfstijd en de kwaliteit
van de toevoerlucht;
- het comfort van de werknemer. De warmtetoevoer door apparatuur en verlichting, het aantal
personen en de warmtebelasting door zoninstraling en transmissie, tezamen met de gewenste
ruimtetemperatuur, zijn bepalend voor de benodigde luchthoeveelheid en toevoerconditie.
- de luchtbalans. De luchthoeveelheid die door zuurkasten, afzuigwanden, veiligheidskabinetten en
puntafzuigingen wordt afgezogen, bepaalt mede het benodigde luchttoevoerdebiet.
In het algemeen dient elk van deze factoren onderzocht te worden en zal de capaciteit van de
luchtbehandelingsinstallatie afgestemd worden op de grootste van de drie factoren. Om de capaciteit van
de toe- en afvoerinstallatie te bepalen is het raadzaam om na te gaan op welke wijze de hoeveelheid
toegevoerde lucht en de luchtbalans nog te optimaliseren zijn.
4.1.1 Toevoerlucht
De hoeveelheid toevoerlucht kan op de volgende wijzen worden beperkt.
Verminderen van vrijkomen van verontreinigingen.
Dit is mogelijk door toepassing van andere werkmethoden of minder gevaarlijke stoffen. Verder kan
worden bezien of door middel van plaatselijke ventilatie, bijvoorbeeld puntafzuiging of een afzuigwand,
het in de ruimte vrijkomen van verontreinigingen geheel of gedeeltelijk kan worden voorkomen.
3 van 15
Verminderen van de warmtebelasting.
De warmtebelasting kan worden beperkt door aanbrengen van buitenzonwering of het bij de bron
afzuigen van in de ruimte vrijkomende warmte.
Toepassen van lokale koeling.
De luchthoeveelheid kan ook worden beperkt door in de ruimte (aanvullende) water/luchtsystemen voor
het leveren van koelenergie toe te passen. Hierbij is te denken aan koelplafonds, koelconvectoren of
fancoil-units.
Het gebruiksafhankelijk schakelen van de zuurkasten en afzuig-wanden.
Het hoog/laag of uitschakelen van de afzuiging van de zuurkasten en afzuigwanden is afhankelijk van het
in gebruik zijn van deze voorzieningen. Omdat in de ruimte een balans wordt nagestreefd tussen toe- en
afvoerlucht, is het noodzakelijk om de invloed van de eventuele schakeling van zuurkasten en
afzuigwanden ook te laten ingrijpen op de luchttoevoerhoeveelheid op het betreffende moment.
4.1.2 Balans
Indien in de ruimte een continue balans kan worden onderhouden tussen de behoeften van een veilige,
gezonde en behaaglijke werkomgeving aan de ene kant en de benodigde afvoercapaciteit voor vrijkomende
warmte en verontreinigingen aan de andere kant, zijn de voorwaarden voor een optimaal energiegebruik
aanwezig.
De balans in de ruimte heeft met name betrekking op de luchthoeveelheid, de energieafvoer en in
mindere mate het vochtniveau.
Luchtbalans
De balans tussen toe- en afvoerluchthoeveelheid is van essentieel belang voor het handhaven van de
gewenste drukhuishouding (over- c.q. onderdruk). Voor overdruk pompt men de ruimte als het ware op en
voor onderdruk wordt de ruimte afgezogen en ontstaat een evenwicht met de toevoer. Bij onderdruk in het
laboratorium worden de direct aangrenzende ruimten onder normale werkomstandigheden en bij eventuele
calamiteiten afgeschermd ten opzichte van het laboratorium. Verontreinigingen blijven dan binnen het
laboratorium.
Bij een tegengestelde drukhuishouding (laboratorium in overdruk) wordt het laboratorium afgeschermd
ten opzichte van ruimten uit de directe omgeving.
In kritische situaties vindt de toegang naar het laboratorium via een sluisruimte plaats, zodat de
drukhiërarchie onder gebruiksomstandigheden in stand blijft.
De verschildruk tussen laboratorium en direct aangrenzende ruimten kan in- en bijgesteld worden of
continu worden geregeld.
Bij veel bestaande installaties is er sprake van een continu bedrijfswijze, waarbij de hoeveelheden toe- en
afvoerlucht niet variëren en alle afzuigvoorzieningen (zuurkasten e.d.) permanent in bedrijf zijn.
De toevoerlucht wordt met een, op de gewenste ruimtetemperatuur afgestemde, temperatuur aangevoerd.
Daartoe is in de zomer de toevoertemperatuur lager dan de gewenste ruimtetemperatuur en in de winter
enigszins hoger. Als de werkelijke interne warmtebelasting lager is dan de aangenomen belasting in de
ontwerpfase, leidt dit in de zomer tot een te lage ruimtetemperatuur. Die interne belasting is dan
ontoereikend om de toegevoerde lucht op te warmen tot de gewenste ruimtetemperatuur. Er ontstaat dan
energieverlies, omdat in die gevallen de gekoelde toevoerlucht tevens naverwarmd moet worden.
Er is aanzienlijk op koel- en verwarmingscapaciteit te besparen met een variabele bedrijfswijze. Dit is
mogelijk door de afzuigcapaciteit aan te passen aan het aantal werkelijk in gebruik zijnde zuurkasten,
veiligheidskabinetten en afzuigpunten. Om de gewenste drukverschillen te handhaven wordt de
hoeveelheid toevoerlucht eveneens geregeld.
Energiebalans en efficiency
De energiebalans in het laboratorium wordt gevormd door de warmtebelasting van de ruimte enerzijds en
het koelvermogen dat door de installatie aan de ruimte wordt toegevoerd anderzijds.
4 van 15
Het benodigde koelvermogen wordt toegevoerd door de ventilatielucht. Daartoe zal in de zomertijd de
aangezogen buiten-luchtgekoeld moeten worden, maar zal er dientengevolge ook ontvochtigd worden. Dit
laatste houdt in dat vooral in de hoogzomer het aan de lucht toegevoerde koelvermogen circa tweemaal zo
hoog is dan alleen op grond van de gewenste ruimtetemperatuur nodig is.
Het is daarom veel efficiënter om het koelvermogen met een ander medium (gekoeld water of koelmiddel)
aan de ruimte toe te voeren, zodat in de ruimte zelf de uitwisseling van de warmtebelasting met het
koelvermogen kan plaatsvinden zonder dat ontvochtiging optreedt. Dit wordt een gecombineerd
water/luchtsysteem genoemd.
Tevens is de transport- en warmteoverdrachtsenergie, benodigd voor gekoeld water of een koelmiddel,
aanzienlijk lager dan die voor ventilatielucht als transportmiddel.
Om de lucht- en energiebalans in de ruimte te handhaven zal bij variabele bedrijfsprocessen in het
laboratorium een laag energiegebruik worden gerealiseerd door een systeemopzet met als hoofdkenmerk
een luchttoevoercapaciteit afgestemd op de momentane afzuigcapaciteit en tevens een energie-
uitwisseling in de ruimte met behulp van gekoeld water of een koelmiddel.
De luchttoevoerhoeveelheid kan hierbij beperkt worden tot een minimum waarde om zo de
drukhuishouding, veiligheid, gezondheid en het comfort te waarborgen.
Indien bij een gelijkblijvende belasting de luchtbalans verandert ten gevolge van de afschakeling van
zuurkasten neemt de toevoerluchthoeveelheid af en ten gevolge daarvan de koelcapaciteit van het
luchtsysteem. De koelcapaciteit van het water/luchtsysteem daarentegen neemt zoveel toe als nodig is om
de gewenste ruimtetemperatuur te handhaven. De eventuele ontvochtiging van de toevoerlucht wordt min-
der en daarmee neemt het energiegebruik van de koelinstallatie af evenals de benodigde transportenergie
voor de lucht-toevoerinstallatie.
Vergelijking energiegebruik
Bij vergelijking van het energiegebruik van een conventioneel, niet energiezuinig, systeem met dat van
een systeem met continue afstemming van de lucht- en energiebalans, en waarbij tevens sprake is van
een bedrijfswijze afgestemd op het gebruik, blijken globaal de onderstaande besparingen haalbaar te zijn.
Verwarmingscapaciteit besparing ± 50%
Koelcapaciteit besparing ± 45%
Bevochtigingsenergie besparing ± 50%
Transportenergie besparing ± 60%
Indien alle hiervoor besproken mogelijkheden worden toegepast en de daarmee te realiseren totale
jaarlijkse energiebesparing op 100% wordt gesteld, is de bijdrage per systeem als volgt:
Verwarming - 55%
Bevochtiging - 25%
Transport - 15%
Koeling - 5%
Verdere energiebesparing
Naast de reeds genoemde energie besparende maatregelen, zijn er nog diverse mogelijkheden om de
energie-efficiency van laboratoria te verbeteren, zoals zuurkasten met eigen toevoerlucht, functionele
scheiding van laboratoriumwerk en administratieve werkzaamheden, warmteterugwinning en verbeterde
gebouwconstructies.
Zuurkasten met toevoerlucht
Buitenlucht of retourlucht van kantoorruimten kan separaat in de directe omgeving van de zuurkast
worden toegevoerd. Met deze toepassing kan in belangrijke mate worden bespaard op de energie die
benodigd is voor de behandeling van de toe te voeren lucht.
5 van 15
De buitenlucht wordt slechts beperkt behandeld: filteren en verwarmen tot 10 °C.
Van de afzuigcapaciteit van de zuurkast wordt 40-60% op deze wijze toegevoerd en 60-40% vanuit de
ruimte aangezogen.
Schrijfruimten
Het verdient de voorkeur, zowel uit het oogpunt van energiegebruik als van comfort, om administratieve
werkzaamheden van de laboranten te laten verrichten in een separate ruimte (in het algemeen
schrijfruimte genaamd) afgescheiden van het laboratorium.
Indien die ruimten aan de buitengevel worden gesitueerd, dan kunnen deze ruimten dienen als “buffer”
tussen de laboratoriumruimten en het buitenklimaat.
De invloeden van buiten zoals wind, zoninstraling en transmissie hebben daarbij nauwelijks of geen invloed
op het binnenklimaat in de laboratoriumruimten.
Door de lucht uit de schrijfruimte af te voeren via de laboratoriumruimte kan, indien de afzuiging van het
laboratorium de toevoercapaciteit bepaalt, hiermede het energiegebruik van de toevoerinstallatie worden
beperkt.
Warmteterugwinning
Door de energie aanwezig in de afgezogen lucht uit te wisselen met de aangezogen buitenlucht via een
warmteterugwinvoorziening, kan aanzienlijk op het energiegebruik worden bespaard. De methoden en
apparatuur die daartoe ter beschikking staan, worden in hoofdstuk 5 besproken.
Gebouwconstructie
De buitengevel is in belangrijke mate bepalend voor de externe belasting ten gevolge van transmissie en
zoninstraling.
De beglazing in deze buitengevel neemt een dominante plaats in, zowel voor de winter- en
zomertransmissie als voor de zoninstraling.
De glashoogte kan in combinatie met de warmteweerstandsfactor van het glas een rol spelen in
comfortbeleving direct aan de gevel.
Buitenzonwering is meer effectief voor het beperken van de zoninstraling dan binnen zonwering, maar
vraagt over het algemeen meer onderhoud en is daarbij, afhankelijk van de uitvoering, meer of minder
windgevoelig.
Een klimaatgevel, via welke retourlucht of warm en koud water getransporteerd worden, kan hierin
uitkomst bieden, maar heeft bij de doorstroming met retourlucht wel een negatief effect op de
luchtbalans.
Een zware gebouwconstructie met een grote toegankelijke massa (d.w.z. niet afgeschermd door
bijvoorbeeld verlaagde plafonds) kan voor een aanzienlijke reductie van de externe belasting zorgdragen.
Het toepassen van voorwaardelijke nachtkoeling kan, indien de ruimtetemperatuur binnen redelijke
grenzen mag variëren, een beperking van het benodigd koelvermogen bewerkstelligen.
Deze varianten hebben alle invloed op de capaciteit en het energiegebruik van de klimaatinstallaties. Het
is zeer zinvol om een evaluatie op te zetten die rekening houdt met de integrale investeringskosten
(bouwkundig, installatietechnisch en elektrotechnisch) en de jaarlijkse energiekosten.
4.2 Magazijnen
4.2.1 Algemeen
De energie benodigd voor de koeling of verwarming van magazijn- en opslagruimten wordt
voornamelijk bepaald door:
- de gekozen ruimtetemperatuur;
- de energieverliezen door de gebouwschil;
- de energie benodigd voor het koelen of verwarmen van de infiltratielucht;
- het temperatuurgradiënt tussen dak- en vloerniveau;
6 van 15
- het systeemrendement van de koel- of verwarmingsinstallatie.
De systeemkeuze van de verwarmingsinstallatie heeft slechts een beperkte invloed op het energiegebruik
voor verwarming. Bij gekoelde opslag is in het algemeen het energiegebruik hoger dan bij verwarmde
magazijnen en speelt de systeemkeuze voor de koelinstallatie wel een rol.
De bouwkundige uitvoering van het magazijn en met name de luchtdichtheid is bepalend voor het
energieverbruik en de capaciteit van de betreffende luchtbehandelingsinstallatie
Een infiltratie in de orde van 0,3 luchtwisselingen per uur vraagt eenzelfde verwarmingscapaciteit als de
gemiddelde transmissie door de bouwkundige schil.
Magazijnen kunnen goed worden verwarmd met restwarmte die beschikbaar is zoals bijvoorbeeld
restwarmte van de persluchtcompressoren. Middels een zomer/winter regeling kan naar behoefte de
restwarmte worden ingezet.
Het laden en lossen van producten leidt tot tochtverliezen, hierbij gaat veel warmte verloren (20% tot
30%). Het laden via loaddock in combinatie met gesloten expedities zorgt voor een beperkt verlies van
warmte tijdens laden en lossen. Andere optie tot het beperken van tochtverliezen is het plaatsen van
luchtgordijnen in combinatie met snelloopdeuren. Een luchtgordijn scheidt met een gerichte luchtstroom
de luchtbewegingen tussen twee ruimtes (het open-deur-warmteverlies kan met circa 40% worden
gereduceerd.
4.2.2 Gekoelde opslagruimten
Bij gekoelde opslag is vooral te denken aan het opslaan van chemische producten bij temperaturen die
relatief ver onder die van de omgeving kunnen liggen (0 tot –20 °C). Die koeling kan nodig zijn om te
voorkomen dat producten verdampen, oxideren of uiteenvallen.
Bij gekoelde opslagruimten spelen de bouwfysische eigenschappen van de totale hal een belangrijke rol.
Niet alleen de luchtdichtheid, maar ook de dampdichtheid van de constructie is hierbij belangrijk. Ook dient
aandacht besteed te worden aan met name de vloerconstructie, om ijsvorming op de vloer te voorkomen
(vloerverwarming). De meest geëigende koelinstallaties zijn recirculatiekoelers, direct geplaatst in de
opslagruimte, die aangesloten worden op een koudemiddel (direct verdampen) of op een water/gly-
colmengsel.
Door de recirculatiekoelers te voorzien van een automatische ontdooi-inrichting, kan al te veel ijsvorming,
en daarmede het teruglopen van het koelvermogen, worden beperkt. De uitvoering van de deuren van
koel- en vriesruimten spelen een belangrijke rol in het bepalen van de koelbelasting. Ook is de plaatsing
van deze opslagruimten ten opzichte van hun omgeving bepalend voor de effecten van infiltratie via
toegangsdeuren.
De wijze van afdichting van de deuren heeft direct gevolg voor de infiltratie van warme en relatief vochtige
lucht uit de omgeving en beïnvloedt het benodigde koelvermogen. Door (te veel) infiltratie van vochtige
lucht zal de koelbatterij sneller aanvriezen.
Zie ook de betreffende hoofdstukken in de best practice “Koudetechniek”.
4.2.3 Verwarmde magazijnen
Voor het verwarmen van magazijnen staan de volgende systemen ter beschikking:
- Verwarming met behulp van warmtestralende oppervlakken
Dit zorgt voor een comfortabel binnenklimaat, terwijl de luchttemperatuur enkele graden lager kan
zijn dan gebruikelijk, met als gevolg een afname van de transmissie door de gebouwschil.
Aandacht moet hierbij gegeven worden aan het voorkomen van stralingswarmte-afgifte naar
boven of direct naar de omliggende wanden (extra transmissieverliezen). Stralingswarmte kan
gerealiseerd worden met behulp van:
- warmwaterstralingspanelen;
7 van 15
- direct gestookte zwarte of infrarood stralers.
- Verwarmen door middel van luchtverwarming.
De luchtverwarming wordt veelal gerealiseerd met direct of indirect gestookte luchtverhitters.
Om er voor zorg te dragen dat de warmte, die zich vanwege de hoge uitblaastemperatuur hoog
aan het dak verzamelt, ook in de leefzone terechtkomt, is het zinvol aanvullende
transportventilatoren toe te passen die deze warmte vanaf het dakniveau naar vloerniveau
verplaatsen. Hoge temperaturen onder het dakniveau leiden tot extra transmissieverliezen.
- Lage temperatuurgradiënt
Een luchtverwarmingssysteem, waarbij lucht met hoge snelheid en een beperkt
temperatuurgradiënt wordt uitgeblazen, zorgt voor een impulsrijke luchtstroom die in staat is de
ruimte goed te doorspoelen, waarbij het temperatuurverschil tussen dak- en vloerniveau slechts
enkele graden Celsius bedraagt, zodat de transmissieverliezen niet onnodig groot zijn.
5. Aandachtspunten bij nieuwe installaties en renovaties
Bij het ontwerp van een nieuwe installatie dient goed onderzocht te worden welke parameter maatgevend
is voor de ventilatie installatie. Waarbij de volgende parameters een rol spelen:
- verontreiniging van de lucht door processen, denk aan explosiegevaar, grenswaarde eisen, stof
concentraties;
- minimale ventilatie eisen voor de werknemers;
- verwarming van de ruimte;
- koeling van de ruimte;
- vochtbelasting van de ruimte en condensatie op de bouwkundige constructie.
Door goede regeling van installaties, naar behoefte, kan veel energie bespaard worden. Ook kan men met
grotere aantallen sensoren en door combinatie van temperatuur en relatieve vochtigheid nieuwe
regelstrategieën toepassen om op energie en onderhoudskosten te besparen.
De ventilatievoorziening regelen op basis van gemeten waarden zodat niet onnodig veel wordt
geventileerd. Door het ventilatiedebiet te regelen met een frequentieregelaar wordt veel energie bespaard,
bijvoorbeeld bij 50% ventilatiedebiet neemt het elektriciteitsverbruik van de ventilator met 87% af. Let wel
dat het rendement van onderbelaste motoren afneemt, afhankelijk van het motorvermogen.
De aandrijving van ventilatoren uitvoeren met energiezuinige motoren zoals bijvoorbeeld EC motoren of
IE3 motoren en eventueel in combinatie met frequentieregelingen.
Verwarmen van ventilatielucht kan uitstekend worden uitgevoerd met restwarmte. Hierbij kan restwarmte
uit processen, faciliteiten of rookgassen worden ingezet. Warmte/koude opslag in de bodem is
energiezuinige oplossingen voor ventilatievoorzieningen.
Bij voorverwarmen van ventilatielucht kan gebruik worden gemaakt van warmteterugwinning uit
afvoerlucht. Hiervoor zijn diverse methode beschikbaar, zie hoofdstuk 6. Warmteterugwinningssystemen.
Voor koelen van lucht kan men in plaats van koelbatterijen en koelmachines ook gebruik maken van
adiabatische koeling of dauwpuntskoeling. Bij adiabatische koeling wordt vocht direct in de luchtstroom
verstoven. Door de vochtopname van de lucht koelt de lucht af (natte bol effect). Bij dauwpuntskoeling
wordt de lucht indirect, met een warmtewisselaar gekoeld waarbij water verdampt in een luchtstroom die
aan de andere zijde van het warmtewisselend oppervlak stroomt. De vochtigheid van de hoofdstroom
neemt in dat geval niet toe. Energie-technisch is dit voordelig. Lage temperaturen en dauwpunten zijn niet
mogelijk. Dan heeft men weer koelmachines nodig.
8 van 15
6. Warmteterugwinningssystemen
6.1 Algemeen
Onder warmteterugwinning wordt verstaan het onttrekken van bruikbare energie aan media alvorens die
afgevoerd worden naar de omgeving.
De energie die aan vochtige lucht onttrokken wordt, bestaat grotendeels uit voelbare energie en deels uit
latente energie. Indien vochtige lucht door afkoelen condenseert, kan tevens de condensatiewarmte
teruggewonnen worden.
Onder specifieke omstandigheden kan ook latente energie (vocht) in een “bijna direct contact” aan de
afvoerlucht onttrokken worden en weer overgedragen worden aan de toevoerlucht.
In het algemeen kan energie teruggewonnen worden uit afvoerlucht, verbrandingsgassen e.d.
De effectiviteit (µv) waarmee de (voelbare) warmteoverdracht plaatsvindt, wordt gedefinieerd met de
formule:
µv = (Tl - Te ) / (Ti - Te )
waarin: Tl = temperatuur toevoerlucht na warmtewisselaar in °C
Te = temperatuur buitenlucht in °C
Ti = temperatuur afvoerlucht voor warmtewisselaar in °C
Indien de voorziening eveneens vocht (latente energie) kan uitwisselen, dan wordt de effectiviteit op
eenzelfde wijze uitgedrukt, waarbij de temperatuur vervangen wordt door de absolute vochtinhoud
uitgedrukt in kg per kg droge lucht.
De criteria op basis waarvan energieterugwinapparatuur kan worden geselecteerd, zijn:
- de overdracht van verontreinigingen uit de afvoerlucht aan de toevoerlucht;
- de gevolgen van agressiviteit van de afvoerlucht op de terugwinvoorziening;
- de noodzaak om de aanzuiging van buitenlucht in de directe omgeving te hebben van de
afvoerlucht;
- de mogelijkheden van “vocht”uitwisseling.
De meest voorkomende apparaten voor warmteterugwinning in luchttechnische installaties zijn:
- warmtewiel;
- warmtepijpen (heat pipe);
- platenwarmtewisselaar;
- twee gevinde pijp warmtewisselaars (twin-coil).
6.2 Warmtewiel
Het warmtewiel bestaat uit een langzaam draaiende cilinder in een plaatstalen behuizing.
De vulling van deze cilinder (het pakket) bepaalt het toepassingsgebied, de effectiviteit en de
mogelijkheden van vochtoverdracht. De vulling kan bestaan uit dunne platen van al of niet gelegeerd
aluminium, keramisch materiaal, roestvast-staal of kunststof. Door het aanbrengen van een hygroscopi-
sche coating op het pakketmateriaal kan naast voelbare energie ook vocht (latente energie) worden
overgedragen. Door de rotatie van de cilinder wordt de vulling eerst doorspoeld met lucht van een hogere
temperatuur en vochtigheid, waardoor dit pakketdeel een hoge temperatuur aanneemt. Bij de doorspoeling
daarna met koude toevoerlucht staat de vulling deze warmte weer af, waardoor de toevoer-
luchttemperatuur stijgt, figuur 1.
Op dezelfde wijze wordt vocht overgedragen indien de vulling hiervoor geschikt is.
Door het toepassen van een spoelzone in een sector van het wiel is de kans op overdracht van
verontreinigingen terug te dringen. Een voorwaarde hierbij is dat er voldoende drukverschil (globaal 200
Pa) beschikbaar is.
Geheel luchtdicht is de constructie niet en de kans op lekkage bedraagt 0-5%.
9 van 15
Een verantwoorde keuze van de pakketvulling in combinatie met de laminaire luchtstroming in het pakket
en goede filtersystemen beperken het eventuele risico van aantasting door vervuiling en agressiviteit van
de afvoerlucht. IJsvorming ten gevolge van condensatie bij een lage buitentemperatuur moet voorkomen
worden door het aanpassen van het toerental van de cilinder of het toepassen van een voorverwarmer.
Figuur 1. Warmtewiel
Karakteristieken:
- toepasbaar voor industriële en luchttechnische installaties met eisen ten aanzien van
vervuilingsgraad en reinigingsmogelijkheden;
- alleen geschikt voor voelbare warmteoverdracht bij een maximale bedrijfstemperatuur van 70°C;
- indien op het pakketmateriaal een hygroscopische adsorptielaag is aangebracht, wordt eveneens
vocht uitgewisseld en kan het worden toegepast in luchttechnische installaties ten behoeve van
ruimten waarin eisen worden gesteld aan de relatieve vochtigheid. Hierdoor wordt bespaard op
bevochtigingscapaciteit.
Aanbevelingen:
- indien in de afvoerlucht kleverige of vette verontreinigingen voorkomen, is het plaatsen van een
werkzame afscheider noodzakelijk;
- voor een betere corrosiebescherming kan een aluminiumpakket voorzien worden van een
kunststofcoating.
6.3 Warmtepijpen (heat pipe)
De warmtepijp bestaat uit een aantal buizen voorzien van lamellen. In de buizen bevindt zich een
koudemiddel. Het ene uiteinde van de buizen bevindt zich in een koud medium en het andere einde in een
warm medium.
Het proces is een gesloten kringloop van het koudemiddel, waarbij door verdampen van de vloeistof, die
zich in het warmste gedeelte van de gesloten pijp bevindt, warmte onttrokken wordt aan de afvoerlucht,
figuur 2.
10 van 15
De damp verplaatst zich door gewichtsverandering of door capillaire werking naar dat gedeelte van de pijp
dat zich in de koudere toevoerlucht bevindt en staat daar door condensatie een groot gedeelte van de
warmte-inhoud af en warmt daarmede de toevoerlucht op.
De warmtepijp is aan de buitenzijde voorzien van lamellen ter verbetering van de warmteoverdracht.
Figuur 2. Warmtepijp
Figuur 2. Warmtepijp wisselt warmte uit tussen afvoerlucht en toevoerlucht
Karakteristieken:
- toepasbaar voor industriële en luchttechnische installaties;
- maximale bedrijfstemperatuur 45 °C;
- in speciale uitvoering ook inzetbaar in de processen van verbrandingsovens en gieterijen.
6.4 Platenwarmtewisselaars
De platenwarmtewisselaar is opgebouwd uit afwisselend vlakke en kruislings gegolfde platen. Door middel
van warmtegeleiding via de platen wordt warmte uitgewisseld tussen de warme afvoerlucht en de koude
toevoerlucht. De stromingsrichtingen staan in het algemeen loodrecht op elkaar. Er is daardoor sprake van
kruisstroom.
De uitvoering is in de vorm van een kubus of rechthoekig. In plaats van platen worden ook wel buizen van
kunststof of glas gebruikt, figuur 3.
Figuur 3. Platenwarmtewisselaar
Enige constructieve details van de platenwisselaar:
11 van 15
- bypass kleppen kunnen worden gebruikt voor luchttransport buiten de wisselaar om. Deze
voorziening is te gebruiken als capaciteitsregeling en voor het beperken van de benodigde
transportenergie (minder weerstand).
- plaatafstand 5-10 mm;
- platen van aluminium, chroom/nikkel-staal, glas, keramisch materiaal al of niet voorzien van een
epoxy coating;
Karakteristieken:
- toepasbaar voor industriële en luchttechnische installaties;
- lichte reiniging mogelijk door spoelen met water;
- in een specifieke uitvoering, bijvoorbeeld als glasbuiswisselaar, is warmteterugwinning uit
agressieve gassen (bijvoorbeeld rookgassen) realiseerbaar;
- aan de zijde van de afvoerlucht kan bij hoge vochtinhoud condensatie optreden, dit verhoogt het
rendement;
- bij buitenluchttemperaturen onder de 0 °C kan bevriezing optreden met als gevolg een toename
van de luchtweerstand en mogelijke schade aan de wisselaar.
6.5 Twee warmtewisselaars (twin-coil)
Bij dit systeem zijn beide warmtewisselaars uitgevoerd als een gevinde pijpenbundel, geplaatst in een
luchtkanaal, waarbij de lucht langs de gevinde buitenzijde van de pijpen stroomt en een
warmteoverdrachtsmedium binnen de pijpen. Deze wisselaars zijn door middel van een leidingnet met
circulatiepomp met elkaar verbonden. Voor de warmteterugwinning is één warmtewisselaar in de
afvoerlucht geplaatst en de andere in de toevoerlucht. Het leidingsysteem is meestal gevuld met een
water-/glycolmengsel met 30% glycol.
Met dit systeem kan warmte worden overgedragen van de ene luchtstroom naar een andere zonder de
noodzaak de luchtkanalen dicht bij elkaar te brengen.
De warmtewisselaars zijn in het algemeen uitgevoerd als normale lamellenwisselaars, bestaande uit
koperen pijp met erop gekrompen aluminiumlamellen.
In het geval van agressieve afvoerlucht wordt de wisselaar voorzien van epoxy coating of, indien
noodzakelijk, geheel uit roestvaststaal gebouwd.
De wisselaar in de afvoerlucht onttrekt warmte aan de afvoerluchtstroom en draagt dit over aan het
water-/glycolmengsel. Met behulp van de circulatiepomp wordt het naar de wisselaar in de toevoerlucht
getransporteerd waar het via de aluminiumlamellen de opgenomen warmte weer afgeeft aan de toe te
voeren buitenlucht, figuur 4.
Door de indirecte warmteoverdracht is het rendement lager dan van de directe warmtewisselaars, zoals
platenwisselaar, warmtewiel en warmtepijp.
Indien de afvoerluchtventilator vóór de warmtewisselaar wordt geplaatst, wordt eveneens de
ventilatorwarmte teruggewonnen.
Om vervuiling van de wisselaars te voorkomen, wordt zowel in de afvoerlucht als in de buitenlucht een
luchtfilter voor de betreffende wisselaar opgenomen.
Om voldoende rendement te behalen bestaat de wisselaar uit een groot aantal rijen lamellenpijpen achter
elkaar, hetgeen het uitwendig reinigen bemoeilijkt.
12 van 15
Figuur 4. Twin-coil
Door het opdelen in twee achter elkaar geplaatste warmtewisselaars met voldoende tussenruimte kan het
luchtzijdig reinigen effectiever plaatsvinden.
In de afvoerluchtwisselaar kan de afvoerlucht zover afkoelen dat, bij hoge vochtinhoud van de afvoerlucht,
condensatie mogelijk is. Indien de luchtsnelheid over de warmtewisselaar minder dan 2,8 m/s is, zal een
druppelvanger achter de warmtewisselaar niet strikt noodzakelijk zijn.
Voor de extreme wintersituatie dient bevriezen van het condensaat in de afvoerluchtwarmtewisselaar te
worden voorkomen. De capaciteit van de terugwinvoorziening is eenvoudig en goed regelbaar door
aanpassing van het debiet van het water-glycolmengsel.
Karakteristieken:
- toepasbaar in industriële en luchttechnische installaties;
- toepasbaar in agressieve afvoerlucht;
- de warmte uit de afvoerlucht kan ook elders gebruikt worden, bijvoorbeeld voor het verwarmen
van vloeistof, zoals in warmtapwatersystemen e.d.;
- de onttrokken warmte behoeft niet direct benut te worden, maar kan in een buffervat worden
opgeslagen.
6.6 Evaluatie warmteterugwinvoorzieningen
De kenmerkende gegevens van de hiervoor besproken warmteterugwinvoorzieningen zijn vermeld
in tabel 1.
Als hulpmiddel bij de selectie van de hiervoor besproken voorzieningen ten behoeve van
warmteterugwinning in luchtbehandelingssystemen worden in dit hoofdstuk de gehanteerde
uitgangspunten en het beoordelingsresultaat van tabel 1 toegelicht.
De evaluatie is gebaseerd op de volgende uitgangspunten:
- retourluchtconditie minimaal 22 °C bij 45% relatieve vochtigheid;
- buitenluchtconditie minimaal –10 °C bij 1 gram vocht/kg droge lucht;
- gewenste minimumtemperatuur toevoerlucht: 15 °C;
- luchthoeveelheid retour en toevoer zijn gelijk (30.000 m3/h);
- bedrijfstijd van de installatie 24 uur per dag, 7 dagen per week en 50 weken per jaar (8400 uur);
- elektriciteitskosten: 0,08 €/kWh;
- aardgaskosten: 0,30 €/Nm3;
- rentekosten 6%;
13 van 15
- stijging energiekosten 3%;
- het fiscale voordeel via de EIA is niet in rekening gebracht;
- leveranciergegevens van diverse fabrikanten;
- de warmteterugwinvoorziening uitgevoerd zonder by-passvoorziening;
- de overdracht van latente warmte is in de beoordeling niet als noodzakelijk meegenomen, de
eventuele besparingen door deze warmteoverdracht zijn buiten beschouwing gelaten.
Benaming/
Voorziening
Vochtuit-
wisseling
Stofuit-
wisseling
Toe/afvoer
naast elkaar Rendement Luchtzijdige
weerstand
Ruimte-
behoefte Prijs in %
Terug-
verdientijd
Warmtewiel met
hygroscopische
laag
Warmtewiel
zonder hygro-
scopische laag
ja
nee
ja
ja/minder
ja
ja
75%
latent 70%
75% 350 Pa
Redelijk
tot
groot
100%
100% 3 jaar
Warmtepijp
of Heat pipe
nee nee ja 45% 500 Pa Beperkt 100% 7 jaar
Platen warmte-
wisselaar
(kruissstroom)
nee nee ja 60% 400 Pa Redelijk
tot
groot
130% 6.5 jaar
Twee warmte-
wisselaarssysteem
(twin-coil)
nee nee nee 50% 450 Pa Beperkt 110% 12 jaar
Tabel 1. Overzicht warmteterugwinvoorzieningen en –systemen
Beoordelingsresultaat:
- Het terugwinrendement verschilt per leverancier niet of nauwelijks;
- Het warmtewiel heeft het hoogste terugwinrendement. De rendementsvolgorde is: warmtewiel,
platenwisselaar, warmtebuizen en twin-coilsysteem;
- De benodigde transportenergie is aanzienlijk en wordt vooral bepaald door de luchtzijdige
weerstand van de terugwinvoorziening;
- De terugverdientijd is het kortst voor het warmtewiel. De volgorde is: warmtewiel,
(kruisstroom)platenwisselaar, warmtepijp, twin-coilsysteem;
- De terugverdientijd voor installaties met een grote capaciteit ( 30.000 m3/h) is gunstiger dan voor
installaties van beperkte capaciteit (10.000 m3/h);
- Een bedrijfswijze van tien uur per dag, vijf dagen per week en 50 weken per jaar heeft een zeer
ongunstig effect op de terugverdientijd;
- Een halvering van de elektriciteitsprijs geeft een verbetering van de terugverdientijd van 20% voor
het warmtewiel en 30% voor de platenwisselaar;
- Indien de retourluchtconditie zo droog is dat door afkoeling geen condensatie ontstaat, neemt de
mogelijk terug te winnen energie af met 15% voor het warmtewiel, de platenwisselaar en het twin-
coilsysteem. Voor de warmtepijp is dit 20%.
14 van 15
7. Subsidies bij investeringen
Het verbeteren van de energie-efficiency, of anders gezegd, het terugdringen van het energiegebruik
wordt met behulp van de fiscale regeling ‘Energie Investeringsaftrek’ door de overheid gestimuleerd.
Daarnaast wordt door middel van een energiezorgsysteem en informatiebladen de gebruiker van energie
gewezen op de specifieke mogelijkheden van energiebesparende maatregelen. Dit geldt in het bijzonder
voor gebouw gebonden installaties.
De energie-investeringsaftrek (EIA) biedt de ondernemer een fiscaal voordeel indien hij investeert in
energiebesparende bedrijfsmiddelen en duurzame energie. Deze bedrijfsmiddel staan vermeld op de
energielijst die jaarlijks wordt uitgebracht. Zie referentie 6.
Van de investeringskosten voor deze bedrijfsmiddelen is 41,5% aftrekbaar van de fiscale winst over het
kalenderjaar waarin het bedrijfsmiddel is aangeschaft.
De volgende specifieke bedrijfsmiddelen gericht op luchtbehandeling zijn voor 2015 op de energielijst te
vinden:
EIA 210801 Koude of warmteterugwinningssysteem uit ventilatielucht
EIA 210802 Systeem bij radiatoren voor koude- of warmteterugwinning uit ventilatielucht
EIA 210207 Adiabatische luchtkoeling
EIA 210301 Debietregeling ventilator
Generiek kan worden gemeld onder code
EIA 310000 Technische voorzieningen voor energiebesparing in of bij bestaande bedrijfsgebouwen
EIA 410000 Technische voorzieningen voor energiebesparing in of bij bestaande bedrijfsgebouwen
8. Referenties
Dit is een publicatie van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl).
In de periode 2000 - 2002 heeft de VNCI een reeks brochures uitgebracht onder de verzamelnaam
“Leidraad voor energie-efficiency”. In de reeks worden dertig verschillende bestaande praktische
toepassingen beschreven van energiebeheer in chemische bedrijven. Deze publicatie, ‘Best Practice
Luchtbehandelingsinstallaties’ is een actualisering van het document ‘Leidraad voor energie efficiency,
Luchtbehandelings- en airconditioningsinstallaties” 2001/18.
De huidige actualisering van de Best Practice is tot stand gekomen in het kader van meerjarenafspraken
energie-efficiëntie MJA3 en MEE. Als onderdeel van de samenwerking met de VNCI is besloten het
merendeel van deze Best Practices geactualiseerd opnieuw te publiceren. Deze Best Practice
Luchtbehandelingsinstallaties is geactualiseerd met medewerking van KWA Bedrijfsadviseurs www.kwa.nl .
De meerjarenafspraken energie-efficiëntie MJA3 en MEE zijn overeenkomsten tussen de overheid en
bedrijven, instellingen en gemeenten. Het ministerie van Economische Zaken (EZ) het ministerie van
Binnenlandse Zaken en Koningsrijkrelaties (BZK) en het ministerie van Infrastructuur en Milieu (I&M)
stimuleren met deze afspraken het effectiever en efficiënter inzetten van energie. De Rijksdienst voor
Ondernemend Nederland (RVO.nl) is verantwoordelijk voor de uitvoering van de meerjarenafspraken.
Waar geen bronvermelding is aangegeven bij de tabellen en figuren is gebruik gemaakt van het eerdere
document “Leidraad voor energie efficiency, Luchtbehandelings- en airconditioningsinstallaties” 2001/18.
Naast documentatie en brochures van leveranciers en fabrikanten is gebruikgemaakt van de volgende
publicaties:
1. Infomil: http://www.infomil.nl/onderwerpen/duurzame/energie/energiebesparing/
2. RVO: http://www.rvo.nl/onderwerpen/duurzaam-ondernemen/gebouwen/duurzame-
gebouwen/wet-en-regelgeving
15 van 15
3. Colt: http://www.coltinfo.nl/Klimaattechniek_industrie.html
4. Bovema: http://www.s-air.nl/bovema-activiteiten/industriele-ventilatie
5. Lutec: http://www.lutec.nl/producten/lasrookfilters/
6. www.rvo.nl/eia
Colofon
Dit is een publicatie van:
Rijksdienst voor Ondernemend Nederland
Prinses Beatrixlaan 2 | 2595 AL Den Haag
Postbus 93144 | 2509 AC Den Haag
T +31 (0) 88 042 42 42
F +31 (0) 88 602 90 23
www.rvo.nl
Deze publicatie is tot stand gekomen in opdracht van het ministerie van Economische Zaken (EZ) het
ministerie van Binnenlandse Zaken en Koningsrijkrelaties (BZK) en het ministerie van Infrastructuur en
Milieu (I&M)
© Rijksdienst voor Ondernemend Nederland | juli 2015
Publicatienummer: RVO-103-1501/RP-DUZA
De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl) stimuleert duurzaam, agrarisch, innovatief en
internationaal ondernemen. Met subsidies, het vinden van zakenpartners, kennis en het voldoen aan wet-
en regelgeving. RVO.nl werkt in opdracht van ministeries en de Europese Unie.
RVO.nl is een onderdeel van het ministerie van Economische Zaken.
Hoewel deze publicatie met de grootst mogelijke zorg is samengesteld kan RVO.nl geen enkele
aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele fouten.