Klimaatplafonds
De meeste luchtconditioneringssystemen maken gebruik van het principe van geforceerde lucht. Recirculatielucht wordt gemengd met verse buitenlucht, vervolgens gekoeld of verwarmd en via toevoerroosters terug de ruimte in gebracht. Deze systemen voldoen niet meer voor elke situatie. De warmtelast in kantoorruimten is gestegen, vooral door het toenemende gebruik van computers. Er is dus meer koeling nodig. Maar dit vraagt om een hoger luchtdebiet, wat de luchtsnelheid en de geluidsproductie niet ten goede komt. Een onbehaaglijk binnenklimaat en uiteindelijk mindere werkprestaties en een hoger ziekteverzuim zijn het gevolg. Klimaatplafonds bieden dan uitkomst.
Koeling met klimaatplafonds vindt op een compleet andere wijze plaats dan met traditionele luchtsystemen. Het werkingsprincipe is als volgt: klimaatplafonds bevatten watervoerende elementen die zijn geplaatst aan de binnenzijde van het plafondpaneel. Ze zijn dus niet zichtbaar. De plafondtegels werken als warmtewisselaars tussen de ruimte en het water. Bij koeling absorberen de tegels de warmte in het vertrek en voeren deze door middel van het water af. Het opgewarmde water wordt middels een pomp naar de koelmachine gepompt, waar het vervolgens weer wordt gekoeld en teruggevoerd naar het klimaatplafond.
Ook verwarmen
Maar een klimaatplafond kan een ruimte ook verwarmen. De koelere lucht kan in dat geval niet opstijgen en maakt de luchtstroom geforceerd tegennatuurlijk. Dit resulteert in een reductie van de convectieve overdracht met ongeveer 75%. Doordat er nog steeds warmtebronnen in de ruimte aanwezig zijn en de ingeblazen lucht voor luchtbewegingen zorgt, kan deze reductie per object variëren. De keuze voor het type lucht-inblaasrooster is daarvoor bepalend.
Het verwarmen met een klimaatplafond kent twee fases: de opwarmfase en de comfortfase. Gedurende de opwarmfase wordt het pand opgewarmd. Er zijn dan weinig of geen personen in het pand. De oppervlaktetemperatuur van het plafond mag de comfortgrens van 33 á 35°C overschrijden. Het temperatuurtraject van het verwarmingswater kan dan 55-45°C bedragen. Gedurende de comfortfase zijn er wel mensen in het pand aanwezig. De maximale oppervlaktetemperatuur van het plafond moet nu tot 33 á 35°C gereduceerd worden. Het temperatuurtraject van het verwarmingswater kan dan 42-37°C bedragen.
Radiatie en convectie
Een klimaatplafond werkt op basis van radiatie en convectie. Objecten met verschillende temperaturen zorgen voor radiatie (straling) van energie. Warme objecten transporteren elektromagnetische golven naar koudere objecten. Voor deze vorm van energie-overdracht is geen tussenstof nodig. Ook in een vacuüm vindt straling plaats. De temperatuur van de tussenstof (zoals bijvoorbeeld lucht) is niet van invloed op de straling. In een vertrek met een klimaatplafond stralen computers, mensen en andere warmtebronnen hun warmte dus naar het plafond.
Convectie ontstaat door verschillen in temperatuur. Warmere, lichtere lucht stijgt naar het plafond. Koelere, zwaardere lucht zakt naar de vloer. Hierdoor ontstaat een natuurlijke stroming met een lage luchtsnelheid. De maximale koelcapaciteit wordt bereikt bij een zo groot mogelijk temperatuurverschil tussen het koelwater en de ruimtetemperatuur. De laagste intrede-watertemperatuur wordt bepaald door het dauwpunt. In de meeste gevallen resulteert dit in een watertoevoertemperatuur van 15°C en een retourtemperatuur van 17°C. Om condensatie te voorkomen is het aan te bevelen de regelinstallatie te voorzien van een dauwpuntmeting.
Thermisch comfort
Het menselijk lichaam geeft, als gevolg van activiteiten, warmte af aan haar omgeving. Dit gebeurt op drie manieren:
- via de huid en door radiatie naar koelere omgevingselementen;
- door koelere lucht die over de huid stroomt waardoor convectie ontstaat;
- door verdamping van vocht tijdens het ademen en transpireren.
Produceert een mens meer warmte dan hij via convectie kan overdragen, dan vormen zich zweetdruppels op de huid. Het verdampen van deze zweetdruppels zorgt ervoor dat warmte wordt onttrokken aan het lichaam. Hierdoor herstelt het evenwicht, het lichaam komt weer op zijn normale temperatuur. Onder normale omstandigheden wordt ongeveer 20% van onze lichaamswarmte afgegeven door verdamping. Natuurlijk is het voor het menselijke behaaglijkheidsgevoel wenselijk dat het transpireren zich tot een minimum beperkt.
Onderzoek heeft aangetoond dat het optimale thermische comfort wordt bereikt als het aandeel van de warmteafgifte door radiatie op ongeveer 50% ligt. Door toepassing van een klimaatplafond neemt het effect van koeling door radiatie toe van 35% tot circa 50% terwijl koeling door convectie en verdamping vermindert. Een klimaatplafond is dus een geschikte radiatiepartner voor de menselijke huid en het behaaglijkheidsgevoel. Verder is het van belang dat de temperatuurverdeling in de vertrekken in verhouding staat tot de temperatuurverdeling van het menselijk lichaam. Het hoofd is ongeveer 5K warmer dan de voeten. Als de plafondtemperatuur hoger is dan de temperatuur van ons hoofd, wordt dat als niet prettig ervaren, omdat het hoofd de (stralings)warmte niet kan afgeven aan het plafond.
|
Twee energievormen
Voor een ruimteconditionerings-systeem zijn twee vormen van energie nodig: transport- en koelingsenergie. De hoeveelheid transportenergie wordt bepaald door het medium. Er zijn conditioneringssystemen die koelen door middel van lucht, waar een klimaatplafond gebruik maakt van water als transportmedium. Water heeft ruim viermaal meer capaciteit om warmte te absorberen dan lucht. Met andere woorden, één kilogram water kan vier keer meer energie absorberen dan één kilogram lucht. Voor koeling door middel van lucht, moet vier keer meer massa getransporteerd worden. Kortom: 1 m3 water is te vergelijken met
3.480 m3 lucht! De benodigde koelingsenergie heeft een directe relatie met de gewenste ruimtetemperatuur. Het bereiken van een ruimtetemperatuur van 23°C vergt natuurlijk meer energie dan een ruimtetemperatuur van 25°C. Koeling door middel van een klimaatplafond wordt als meer comfortabel ervaren dan koeling door geforceerde lucht. Dit komt omdat het menselijke lichaam meer van zijn warmte door middel van radiatie aan het klimaatplafond kan overdragen.
Uit onderzoek blijkt dat als verschillende vertrekken worden vergeleken, de ruimte met een klimaatplafond als 1°C koeler wordt ervaren dan de daadwerkelijke ruimtetemperatuur. Dus om hetzelfde comfortgevoel te bereiken, hoeft een vertrek met een klimaatplafond minder gekoeld te worden. Dit brengt op jaarbasis een aanzienlijke energiebesparing met zich mee.
Duurzaam thermisch comfort
Een klimaatplafond kan zowel in nieuwbouw als renovatieprojecten worden toegepast. Hoewel bij renovatie de maten van het gebouw grotendeels al vastliggen, kan het klimaatplafond toch uitgelegd worden op de huidige eisen voor duurzaamheid, energiegebruik en comfort. Verlichting, roosters en overige inbouwcomponenten kunnen geïntegreerd worden in het klimaatplafond. Kleur en perforatiepatroon zijn vrij te kiezen. Klimaatplafonds zijn bovendien te combineren met warmtepompen vanwege de hoge temperatuurkoeling en lage temperatuurverwarming. Daarnaast kan worden ingespeeld op een duurzame installatiekeuze door plafondpanelen te activeren met kunststofregisters in plaats van koperen meanders. Al met al zijn klimaatplafonds dus een ideale combinatie van thermisch comfort en duurzaam karakter
