Evenwicht in winsten en verliezen
De warmtebalans in een gebouw is vrij eenvoudig: de klas warmt op wanneer er meer warmtewinsten dan warmteverliezen zijn.
Over het algemeen ligt in de zomer in België de buitentemperatuur lager dan die binnen. De leerlingen en elektrische toestellen (smartboard, computers, verlichting) geven warmte af en warmen samen met de zon de klas op. Ventilatie voert koudere buitenlucht aan en voert de warme binnenlucht opnieuw af.
Steeds vaker kennen we ook erg warme zomerdagen, waarbij de buitentemperaturen hoger oplopen dan binnen en de ventilatie eerder extra warmte aan- dan afvoert. Zonder bijkomende koelsystemen rest er enkel nog de mogelijkheid om de warmte te bufferen in thermische massa zoals beton en metselwerk.
Hebben scholen met een ventilatiesysteem nog opengaande ramen nodig?
In een klas ligt de bezetting (aantal personen/ m²) vrij hoog: ongeveer 3 à 4 keer meer mensen dan in een landschapskantoor. Een grotere bezetting betekent meer warmte.
Maar hoe voeren we overtollige warmte terug af? Op een gemiddelde zomerdag, waarbij de buitentemperatuur lager is dan de binnentemperatuur, verliest een recent gebouwde, energiezuinige school immers heel weinig warmte via de goed geïsoleerde gebouwschil. De hoeveelheid warmte die we via ventilatie kunnen afvoeren is afhankelijk van het debiet en het temperatuurverschil tussen binnen en buiten. Zo zou je theoretisch gezien met een debiet van 30 m³/h/persoon en een temperatuurverschil van 10°C de warmte van de leerlingen in een lagere school kunnen afvoeren. Maar in werkelijkheid is het temperatuurverschil tussen binnen en buiten op een zomerdag vaak veel kleiner dan 10°C en liggen de ventilatiedebieten daarenboven vaak lager dan 30 m³/h/persoon (bv. minimale EPB-debiet van 22 m³/h/pers). Het ventilatiesysteem is dan ontoereikend om de interne warmtewinsten efficiënt af te voeren. Het nieuwe KB ‘Welzijn op het werk’ legt hogere minimale ventilatiedebieten op van 40 m³/h dan de vroegere 30 m³/h. Dat is niet enkel een goede zaak voor de binnenluchtkwaliteit maar ook voor het zomercomfort.
Opengaande ramen kunnen een oplossing bieden en voor meer ventilatie zorgen door de warmte op een natuurlijke wijze efficiënt af te voeren. Naast een positieve invloed op het welzijn van de gebruikers zijn opengaande ramen belangrijk in de strijd tegen oververhitting. Klassen met ramen in verschillende gevels kunnen beter geventileerd worden (dwarsventilatie) dan klassen met ramen in één gevel (enkelzijdige ventilatie). Dit debiet kan nog verhoogd worden via hoge gevelramen of dakramen (schoorsteeneffect).
Ventilatiesysteem met voorverwarming of voorafkoeling
Een warmtewisselaar zorgt bij een ventilatiesysteem voor ‘voorverwarmde’ lucht in de winter. Hierdoor creëert men meer comfort en wordt het verwarmingsverbruik beperkt.
In de zomer is die ‘voorverwarming’ niet wenselijk. Op dat moment zorgt een bypass op de warmtewisselaar ervoor dat de toevoerlucht niet voorverwarmd wordt en dat de warme vervuilde ventilatielucht onmiddellijk wordt afgevoerd. De bypass treedt bij voorkeur in werking bij buitentemperaturen vanaf ongeveer 15°C (afhankelijk van het type gebouw, de bezetting, het aantal interne warmtewinsten, de isolatie, …). We merken dat de bypass in vele scholen pas vanaf 18 of 20°C in werking treedt, wat vaak te laat is om nog efficiënt warmte af te voeren. Zodra op hete zomerdagen de buitentemperatuur de binnentemperatuur overstijgt kan de ventilatie de warmte onvoldoende afvoeren en slaat de bypass best terug uit. Op dat moment kan opnieuw de warmtewisselaar voor voorafkoeling van de ventilatielucht zorgen en blijft het aangenaam koel in de school.
Mogen we onze ramen openen in een school met mechanische ventilatie?
Een correct gedimensioneerd ventilatiesysteem zorgt voor een goede binnenluchtkwaliteit. Wanneer de ramen worden opengezet, voert de natuurlijke ventilatie deels warmte, ongezonde stoffen en CO₂ af. Wordt er gewerkt met een op CO₂-vraaggestuurd ventilatiesysteem, dan merkt de CO₂-voeler de afname van CO₂-concentratie en vermindert het debiet. Staan de ramen slechts een beetje open (bijvoorbeeld in kipstand), dan zal de natuurlijke ventilatie vermoedelijk onvoldoende zijn en werkt de mechanische ventilatie gedeeltelijk mee tot de gewenste CO₂-concentratie is bereikt. Hierdoor verbruiken de ventilatoren, een van de grote energieverbruiksposten in nieuwe scholen, minder energie.
Een volledig mechanisch ventilatiesysteem zonder vraagsturing behoudt bij het openen van de ramen dezelfde ventilatiedebieten.
Op een winderige dag kan de wind echter wel een impact hebben op het ventilatiesysteem (zowel met als zonder vraagsturing). In een gesloten gebouw zorgen namelijk de ventilatoren voor de nodige drukverschillen om het gebouw goed te ventileren. Bij openstaande ramen beïnvloedt de wind mee de drukken, waardoor de ventilatoren soms harder moeten werken of zelfs niet meer in staat zijn om de juiste hoeveelheid lucht overal naartoe te brengen. Is dit erg? Meestal niet. Zet de ramen gerust open en voer de warmte zo af.
Draagt de luchtdichte schil bij tot oververhitting?
Nee, het warmtetransport via kieren en spleten in de gebouwschil is heel minimaal op deze zomerdagen, zelfs in gebouwen die niet luchtdicht zijn.
Zonwering, een noodzaak?
De hoge interne warmtewinsten in een klaslokaal zijn in de zomer moeilijk af te voeren via ventilatie. Bijkomend kan ook de zon voor veel extra warmte zorgen en snel aanleiding geven tot oververhitting. De beste manier om die warmte te weren is een mobiele buitenzonwering. Ze houdt de zon tegen als ze niet gewenst is en laat ze door als ze helpt opwarmen en voor veel daglicht zorgt.
Het nadeel van mobiele zonwering is het onderhoud en de extra investering. Vaste zonnewering of beglazing met een zonwerende coating heeft een lagere investeringskost en behoeft minder onderhoud. Aan de andere kant is dat soort zonnewering minder performant, waardoor er een grotere kans is op oververhitting in de zomer en minder warmtewinsten in de winter. Bijkomend beperken ze sterk de natuurlijke daglichttoetreding.
Een efficiënte buitenzonwering werkt ook als lichtwering om verblinding tegen te gaan. Vaste zonwering of zonwerend glas vereisen nog een afzonderlijke lichtwering.
Een luchtopen mobiele zonwering zoals lamellenzonwering houdt de zon tegen, zorgt voor doorzicht en laat bij opengaande ramen natuurlijke ventilatie toe (die zoals we daarnet zagen, noodzakelijk is om de warmte af te voeren).
Minder onderhoudskosten kan door te kiezen voor windvaste zonwering met een automatische regeling in functie van de wind. Ook de regeling van de zonwering gebeurt het beste automatisch met een zonnesensor per representatief gevelvlak en is manueel lokaal bij te sturen.
Uiteraard speelt ook het glasoppervlak een rol. Een volledig beglaasde klas zal sneller opwarmen dan een klas met een evenwichtige gevelopbouw. In het ontwerp moet men rekening houden met enerzijds voldoende glas voor een goede daglichttoetreding, voldoende zicht naar buiten en een correcte positionering voor natuurlijke ventilatie. Anderzijds moet het glasoppervlak beperkt worden om oververhitting in de zomer en extra warmteverliezen in de winter te vermijden.
Hebben we zonwering nodig op het noorden?
Op het noorden valt er geen directe zon in. Die geeft de meeste warmte. Maar de waterdruppels in de atmosfeer diffuseren de zonnestralen. Bij bewolkter weer kan de warmte-afgifte door diffuse zonnestraling vrij hoog liggen. Hierdoor warmt een klas op het noorden te veel op. Dynamische simulaties tonen telkens aan dat klassen op het noorden ook zonwering nodig hebben.
