Factsheets koudetechnieken

1. Bouwkundig ontwerp
   De manier waarop een gebouw ontworpen wordt heeft veel invloed op de kans op oververhitting. In deze factsheet vindt u meer informatie over bijvoorbeeld dakoverstekken, gebouworiëntatie en andere ontwerpkeuzes.
2. Zonwerend glas
   Een gevel bestaat vaak voor een groot deel uit glas. Zonlicht straalt dan warmte naar binnen. Ramen die de zonnestraling tegenhouden (zonwerende beglazing) verminderen de warmte die binnen ontstaat. De behoefte om te koelen (koudevraag) wordt hierdoor minder.
3. Zonwering
   De instraling van zon is zeker 's zomers een belangrijke factor in de hoeveelheid warmte in woningen. Zonwering kan worden gebruikt om deze warmte te weren. Zonwering zorgt niet voor koeling, maar kan wel veel warmte tegenhouden.
4. Beperken interne warmtelast
   De meeste (elektrische) apparaten en installaties die binnen worden gebruikt geven warmte af. Bijvoorbeeld door energie-efficiënte apparaten te nemen kan deze interne warmtelast worden beperkt, om de noodzaak te koelen te verkleinen.
5. Groen in de gebouwde omgeving
   Natuurlijke begroeiing in de gebouwde omgeving verkoelt. Bomen zorgen voor schaduw en voorkomen lokale warmtestraling. Meer groen is een effectieve maatregel tegen oververhitting in stedelijke gebieden.
6. Spuiventilatie
   Spuiventilatie is het (tijdelijk) met grote hoeveelheden lucht ventileren, om verontreinigde of warme lucht snel af te voeren. Dat kan bijvoorbeeld door ramen en deuren tegenover elkaar open te zetten.
7. PCM en koudebuffers
   PCM's (phase change materials) en koudebuffers zijn een passieve koudetechniek waarbij warmte wordt opgeslagen in voelbare of latente vorm. Deze buffers bestaan doorgaans uit materialen met een hoge warmtecapaciteit.
8. Ventilatoren
   Ventilatoren zorgen voor een geforceerde luchtweging in een ruimte waardoor een afkoelend effect wordt ervaren. Door de luchtbeweging langs het lichaam wordt verdamping bevordert en koelt de huid af.
9. Warmteterugwinning (WTW) bypass
   Warmteterugwinning (WTW) is een methode waarbij warmte uit afvoerlucht wordt hergebruikt. Een bypass zorgt er voor dat in warme zomerperiodes relatief koele buitenlucht (vaak 's nachts) direct naar binnen wordt geleid, zonder gebruik te maken van de WTW.
10. Airconditioning (A/C)
    De bekendste manier om een ruimte te koelen is door het gebruik van een airco. Een airco koelt met elektriciteit en zorgt er dus voor dat de temperatuur en luchtvochtigheid op een comfortabel niveau blijven.
11. Warmtepomp voor koeling
    In woningen is een warmtepomp vooral bedoeld voor verwarming en warm tapwater, maar kan ook gebruikt worden voor actieve (lucht-water) of passieve (bodembron of WKO) koeling.
12. Koudenetten
    Een koudenet levert koude aan meerdere gebouwen, op dezelfde manier als een warmtenet warmte levert. Koudenetten komen voor in combinatie met warmte- koudeopslag (WKO), maar zonder opslag met een koudebron.
13. Thermo-akoestische koeling
    Een thermo-akoestische warmtepomp levert warmte of koude op basis van staande geluidsgolven. Hiervoor is geen koudemiddel nodig en de techniek is stil en energie-efficiënt, maar is momenteel wel nog volop in ontwikkeling.
14. Magneto-calorische koeling
    Magneto-calorische warmtepompen kunnen warmte of koude leveren door gebruik te maken van magneto-calorische materialen, die de unieke eigenschap hebben dat ze warmer of kouder worden afhankelijk van een extern magneetveld.
15. Dauwpuntkoeling
    Dauwpuntkoeling is een koeltechniek die relatief weinig stroom verbruikt, door gebruik te maken van de verdampingswarmte van water. De werking is vergelijkbaar met hoe mensen hun lichaam koelen door het verdampen van zweet.
16. Absorptiekoeling
    Sorptiekoeling is een koudetechniek die werkt met thermische compressie, wat eigenlijk neerkomt op koelen met warmte. Absorptiekoelers werken met twee vloeistoffen: ‘absorptie’ van een koudemiddel in een vloeistof.
17. Adsorptiekoeling
    Sorptiekoeling is een koudetechniek die werkt met thermische compressie, wat eigenlijk neerkomt op koelen met warmte. Adsorptiekoeling gebruikt vloeistof en een vaste stof: ‘adsorptie’ van een koudemiddel in een vaste stof.
18. Koudevraag in Nederland en Europa
    Deze laatste factsheet gaat over de huidige en toekomstige koudevraag op Europees en nationaal niveau. Daarbij is onderzocht of er relaties bestaan tussen de huidige koudevraag in Midden- en Zuid-Europese landen en de toekomstige koudevraag in Nederland.

Koudetechnieken beoordelingsmatrix

De beoordelingsmatrix maakt het gemakkelijk om de verschillende koudetechnieken in dit kennisdossier met elkaar te vergelijken. De koudetechnieken worden hierin (waar mogelijk) beoordeeld op:

• Type koeling
• Voor- en nadelen
• Kosten. De kosten zijn voor alle systemen en toepassingen sterk afhankelijk van de grootte van het systeem of gebouw en het beoogde gebruik. We geven hier een inschatting van de kosten voor een gemiddelde rijwoning.
• Energie-efficiëntie
• Marktrijpheid ('Technology Readiness Level', TRL). We sluiten hier aan bij de niveaus zoals de EU die aanhoudt:
  • TRL 1 - onderzoek van het basisprincipe
  • TRL 2 - formulering van het technologische concept
  • TRL 3 - experimenteel bewijs van het ontwerp
  • TRL 4 - validatie van de technologie in een laboratorium
  • TRL 5 - validatie van de technologie in een echte omgeving
  • TRL 6 - demonstratie van de technologie in een echte omgeving
  • TRL 7 - demonstratie van het systeem in de vorm van een prototype in een gebruiksomgeving
  • TRL 8 -  kwalificatie van een geheel systeem
  • TRL 9 - demonstratie van het echte systeem in een gebruiksomgeving

Terminologie

Om de koudetechnieken te beoordelen, is gebruikgemaakt van definities uit de Nederlandse wetgeving en van (inter)nationale kennisinstituten en beleidsorganisaties. De termen 'koudevraag' en 'koudebehoefte' worden in deze factsheets door elkaar gebruikt. Daarmee wordt de koudebehoefte bedoeld zoals in NEN 7120 (EPG)/NTA 8800 wordt gedefinieerd: "koude die moet worden geleverd aan een rekenzone om de gewenste temperatuur gedurende een bepaalde periode te handhaven".

Het gaat dus om de hoeveelheid energie die nodig is om een ruimte of gebouw op de gewenste temperatuur te houden. De koudebehoefte wordt vervolgens geleverd door een koelsysteem of -apparaat. Zo'n installatie verbruikt energie waardoor het 'finaal verbruik' (meterstand)  van de woning / het gebouw toeneemt.

Vanuit de International Energy Agency (IEA) Annex 80 – 'Resilient Cooling' [1] is koeling onderverdeeld in vier categorieën:

1. Weren van warmte (voorkomen van de koudevraag)
2. Verminderen van voelbare warmte (verbeteren van het persoonlijk comfort)
3. Warmte verwijderen uit de ruimte (actief wegkoelen)
4. Verminderen van latente warmte (luchtvochtigheid verlagen)

Voelbare warmte

Wanneer een voorwerp wordt verwarmd, stijgt de temperatuur ervan. Deze stijging van warmte wordt voelbare warmte genoemd. Wanneer er warmte van een voorwerp wordt verwijderd en dus de temperatuur wordt verlaagd, is dit vermindering van voelbare warmte.

Latente warmte

Warmte die nodig is voor faseovergangen van stoffen (vast naar vloeibaar, of vloeibaar naar gas) wordt latente warmte genoemd. Bij het koelen van latente warmte wordt er condensatie gevormd in de koelinstallatie, doordat er warmte uit de lucht wordt gehaald. Dit is mogelijk door het vocht uit de lucht te onttrekken.

Topkoeling en mechanische koeling

Er bestaan verschillende varianten van koeling. Zo is er koeling met lucht, water, of koudemiddelen. Installaties kunnen zorgen voor:

• topkoeling (waarbij enkele graden wordt gekoeld ten opzichte van de ruimtetemperatuur)
• mechanische koeling (waarbij tot een bepaalde ingestelde temperatuurwaarde wordt gekoeld.

Sorptiekoeling

Sorptiekoeling is een koudetechniek die werkt met thermische compressie, wat eigenlijk neerkomt op koelen met warmte. Er wordt hierin onderscheid gemaakt tussen absorptie- en adsorptiekoelers. Ze werken volgens hetzelfde principe, maar met verschillende stoffen.

• Absorptiekoelers werken met de aantrekkingskracht tussen twee vloeistoffen: ‘absorptie’ van een koudemiddel in een vloeistof (bijvoorbeeld water-lithiumbromide, of ammoniak-water)
• Adsorptiekoeling werken met een vloeistof en een vaste stof: ‘adsorptie’ van een koudemiddel in een vaste stof (bijvoorbeeld water en silicagel)

Absorptiekoelers hebben een hoge temperatuur warmtebron nodig (minstens 80 - 90ºC), terwijl adsorptiekoelers bruikbaar zijn bij iets lagere temperaturen (minstens 50 - 60ºC).

COP en EER

De capaciteit van installaties wordt uitgedrukt met een prestatiecoëfficiënt (meestal gebruikt voor het verwarmingsrendement) 'Coefficient of Performance' (COP), of de energie-efficiëntieverhouding 'Energy Efficiency Ratio' (EER) voor het koelrendement. De COP berust op de verhouding tussen output vermogen en input vermogen, terwijl de EER wordt berekend met de verhouding van uitgaande koelenergie en de daarvoor benodigde elektrische energie. Hoe hoger de waarden, des te efficiënter het systeem. Aanvullend op de COP en EER worden ook de SCOP en SEER gebruikt (waar de S staat voor 'seasonal). In de SCOP en SEER wordt ook rekening gehouden met de (negatieve) invloed van het seizoen. Hierdoor zijn installaties beter onderling te vergelijken, omdat er niet uitgegaan wordt van de meest gunstige omstandigheden, maar van een realistische situatie.

Als voorbeeld: De koudebehoefte van een woning is 400 kWh per jaar. De koude wordt geleverd door een airconditioner met een rendement (COP) van 4. De energievraag (elektriciteit) van het koelsysteem is dan 100 kWh per jaar.

Bij sorptiekoeling is de prestatiecoëfficiënt (COP) net wat anders: Omdat bij sorptiekoeling warmte wordt gebruikt als energiebron wordt de COP van dergelijke systemen gedefinieerd als de verhouding van de onttrokken warmte tot de daarvoor gebruikte toevoerwarmte. Voor het overall-rendement moet de COP van de sorptiekoeling nog worden vermenigvuldigd met het rendement van de warmteopwekking.

Beleid

In een gezond en comfortabel huis is het niet snel te warm. Ook niet tijdens een lange en hete zomer. Bij nieuwbouw zijn slimme maatregelen nodig waarmee bewoners de woning koel kunnen houden. In de bouwregelgeving is hier tot nu toe geen aandacht aan gegeven. Dat verandert per 1 januari 2021. Dan wordt voor nieuw te bouwen woningen een grenswaarde gesteld om het risico op oververhitting te voorkomen. Deze kans wordt aangeduid met het TOjuli-getal.

TOjuli

Dit getal geeft de kans op temperatuuroverschrijding aan. De grenswaarde is maximaal 1,2. Boven die grenswaarde mag er geen bouwvergunning voor nieuwe woningen zonder actieve koeling worden verleend, tenzij met een  uitgebreide berekening wordt aangetoond dat de woning wél voldoet aan dit comfortcriterium. Hoe kleiner het getal, hoe kleiner het risico op oververhitting. Dus hoe groter de kans is dat de woning ook in de zomer comfortabel is. Als een berekening niet aan de grenswaarde van TOjuli voldoet, kunnen extra maatregelen worden getroffen. Hoe TOjuli wordt berekend, staat in paragraaf 5.7.2 van de NTA 8800.

In het kader van de TOjuli berekening vallen onder 'actieve koeling' uitsluitend systemen die koudevraaggestuurd zijn c.q. de regeling/aansturing vindt plaats op basis van een te hoge ruimtetemperatuur. Bijvoorbeeld systemen met regeneratie van een bodembron (vrijwel alle bodem-water/water-warmtepompsystemen en WKO's) die circuleren met brine/water door de vloerverwarmingsleidingen vallen hier onder. Een boosterwarmtepomp is warmtegestuuurd en valt hier expliciet buiten.

Aanleiding voor het opstellen van de factsheets

In mei 2018 heeft W/E adviseurs in opdracht van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) een rapport opgeleverd waarin de koudevraag (de behoefte om te koelen) in de gebouwde omgeving is onderzocht [1]. De verwachting is dat daardoor ook de koudevraag in de gebouwde omgeving gaat toenemen. Dat komt door:

• klimaatverandering en daarmee een toename van het aantal zomerse dagen. De temperatuur in de zomer zal daardoor stijgen.
• het toenemend aantal ouderen die minder goed tegen hogere temperaturen kunnen
• de gewenning van comfort van airconditioners in bijvoorbeeld de auto, trein en werkplek

Door grip te krijgen op de verwachte koudevraag, is het nodig geschikte technologische oplossingen te vinden voor de Nederlands markt. W/E adviseurs heeft daarvoor in opdracht van Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl) voor de Topsector Energie op verzoek van TKI Urban Energy een serie factsheets gemaakt over diverse koudetechnieken die in de gebouwde omgeving kunnen worden gebruikt. Deze koudetechnieken kunnen zorgen voor een aangenamer binnenklimaat en kunnen bovendien hittestress tijdens warme periodes voorkomen.

'Passieve maatregelen' blijken vaak voldoende om de kans op oververhitting te beperken, zoals:

• de grootte en oriëntatie van de ramen
• zonwering
• zomernachtventilatie
• overstek op het zuiden
• bouwmassa

Actieve maatregelen (door middel van elektrische systemen) kunnen aan een gebouw worden toegevoegd als passieve maatregelen niet mogelijk zijn of te weinig effect hebben.

De verschillende (koude)technieken worden in deze factsheets onder de loep genomen en onder meer beoordeeld op prestaties, duurzaamheid, beschikbaarheid, grootte en kosten. De factsheets zijn bedoeld voor beleidsambtenaren bij gemeenten, vastgoedbezitters van woningen of utiliteitsgebouwen, bewoners en andere betrokkenen.

Bronnen / verder lezen

1. "Ontwikkeling van koudevraag van woningen", W/E adviseurs WE9526, 29 mei 2018, https://projecten.topsectorenergie.nl/projecten/ontwikkeling-koudevraag-woningen-00031368
2. IEA EBC Annex 80 – Resilient Cooling. (2019). http://annex80.iea-ebc.org/

Dit dossier is geschreven door W/E adviseurs in opdracht van TKI Urban Energy en RVO.