EOS DEMO Ademend Raam

Transcriptie

1 Resultaten en bevindingen van project EOS DEMO Ademend Raam Dit rapport is onderdeel van de projectencatalogus energie-innovatie. Tussen 2005 en 2011 kregen ruim 800 innovatieve onderzoeksprojecten subsidie. Ze delen hun resultaten en bevindingen, ter inspiratie voor nieuwe onderzoeks- en productideeën. De subsidies werden verleend door de energie-innovatieprogramma's Energie Onderzoek Subsidie (EOS) en Innovatie Agenda Energie (IAE). Datum 4 juni 2010 Status Definitief FIWIHEX B.V. in opdracht van Agentschap NL

2

3 Colofon Projectnaam Programma Regeling Projectnummer Contactpersoon Ademend Raam Energie Onderzoek Subsidie Demonstratie DEMO01015 Woonstichting Woonwaard N-K Hoewel dit rapport met de grootst mogelijke zorg is samengesteld kan Agentschap NL geen enkele aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele fouten.

4 Fiwihex B.V. Wierdensestraat 74 NL-7604 BK Almelo The Netherlands tel fax KvK VAT NL B01 IBAN NL82ABNA EOS DEMO 01015: "Ademend Raam" Openbaar eindrapport, Almelo 27 juli 2009

5 1. Uitgangspunten van het Ademend Raam Lang een wens van Prof. Em. Jón Kristinsson: een decentrale warmteterugwinnende ventilator die werkelijk 90% rendement had, zonder kanalen werkte en geheel in de gevel verwerkt kon worden. Tezamen met een verwarming en koelsysteem zou het ideaal bereikt worden: een klimaatsysteem dat geheel in de gevel verwerkt is, zonder dat er buizen door het gebouw lopen. Zijn broer in Reykjavik, IJsland vond een firma in Almelo (Fiwihex) die dunne-draad warmtewisselaars maakte en die al eens eerder een warmteterugwinnende ventilator had ontwikkeld voor een centraal systeem. Samen zochten deze partijen een fabrikant die het systeem op de markt kon brengen: dat werd na enige omzwervingen Brink Climate Systems in Staphorst. 2. Resultaten Mede door de grote inspanningen van HSH te Oldenzaal is uiteindelijk een zeer regelmatige warmtewisselaar ontwikkeld die een groot rendement heeft, een lage drukval, een goede filterende werking en een zeer korte verblijftijd. De vorm is een vlakke mat van 440 mm lang, 200 mm breed en 16mm dik. Fig 1: Ademend Raam warmtewisselaar mat van 28 lagen geleidend koperdraad, op afstand gehouden door isolerend plastic. 2

6 Door deze mat stromen in tegenstroom de twee luchtsoorten: de verse, koude buitenlucht die opgewarmd wordt van 5ºC naar 19ºC en de vuile warme binnenlucht die afgekoeld wordt van 20ºC naar 6ºC. Fig 2: de mat in detail met een weergave van de luchtstromen. De mat is 16mm dik. Door middel van gespuitgiete plastic luchtgeleiders worden de afwisselende luchtstromen vanuit de twee hoofdstromen verdeeld en weer verzameld, zodat er vier gedeeltes gevormd worden: T1 20ºC vervuilde binnenlucht T2 5ºC verse buitenlucht T3 6ºC afgekoelde binnenlucht T4 19ºC opgewarmde buitenlucht Fig. 3: de luchtgeleiders die de luchtstromen distribueren van twee hoofdstromen en daarna weer samenvoegen. 3

7 Eén zijde van de mat is altijd warm (19.5ºC gemiddeld), de andere koud (5.5ºC gemiddeld). Dit betekent dat het hele ademend raam in de spouwmuur gemonteerd kan worden, zonder geïsoleerde kanalen. Beide fans kunnen in de koude luchtstroom geplaatst worden. De dunne koperdraden dempen ook goed het geluid, zowel van de fans als van het omgevingslawaai. Fig. 4 Een ademend raam warmtewisselaar zoals hij verticaal in de muur gemonteerd kan worden. Er is geen isolatie nodig, ook niet voor de luchtkanalen, wat het systeem zeer compact maakt. De diepte is hier 8 cm. De mat is maar 16mm dik, dus de verblijftijd van de lucht is zeer kort: 51 ms. Dat heeft het bijzondere bijverschijnsel dat uit vochtige lucht weinig tot geen water condenseert. Zelfs als de binnenlucht tot onder het vriespunt wordt afgekoeld (als het buiten kouder dan -5ºC is) blijft de rijpgroei op de warmtewisselaar beperkt. Door het kleine volume en het grote relatieve oppervlak is hij bovendien snel ontdooid, gewoon door de ventilator die de buitenlucht er doorheen blaast 5 minuten af te zetten. 4

8 3. Regeling Gebruikelijke warmteterugwinnende systemen worden éénmaal ingeregeld bij een bepaalde situatie. Als er daarna een deur of raam open staat, veranderen alle drukken en dus alle luchtstromen -het fantoerental is immers vast- en zakt het rendement in. Voor een decentrale ventilator is dit nog erger: die heeft ook last van winddruk op de gevel. Vandaar dat het Ademend Raam is uitgerust met een optimalisatieregeling die voortdurend de warmtestromen in balans houdt. Deze meet de temperatuur verschillen tussen de luchtstromen en zorgt dat deze gelijk blijven. Fig. 5 Het ademend raam in onbalans: het verschil tussen de luchtstromen aan warme zijde dt14 is kleiner dan aan koude zijde dt32, dus moet fan1 wat harder blazen om meer warmte aan de koude stroom van T2 T4 over te dragen. Dit houdt het rendement altijd optimaal, ook bij veranderende winddruk op gevel, bij brandende open haarden, openstaande deuren en zoemende afzuigkappen. In een huis is vaak vochtproductie door mensen en planten, wassen en koken. Dit vocht moet deels door het ventilatiesysteem afgevoerd worden. Echter, door de korte verblijftijd in de dunne warmtewisselaar, condenseert er veel minder water en zo genereert een vochtonbalans dus geen luchtonbalans. Een warmtebalans in een niet-condenserende warmtewisselaar is de makkelijkste manier om een dynamische luchtbalans over de woning te garanderen. Ook is het alleen nodig te ventileren als er mensen aanwezig zijn, dit is zeer goed te meten aan de hand van de CO2 concentratie. Als deze toeneemt, dan gaan de fans harder draaien. Dat betekent ook dat er nooit meer geventileerd wordt dan nodig. Dat bespaart warmte en lawaai. 5

9 Fig. 6 De regeling van het Ademend Raam in de praktijk. De fans worden continu geregeld: het toerental is nooit constant (dunne paarse en donkerblauwe lijn). Ook bij zeer wisselende omstandigheden zoals hier het aanslaan van de centrale verwarming om 08:15, het betreden van de ruimte door het personeel om 08:30 en het verhogen van de buitentemperatuur van 4ºC tot 11ºC door de zon, hebben geen langdurig effect op het rendement: dat blijft %. In bovenstaande grafiek is goed zichtbaar dat de warmte in balans is: de opgewarmde en afgekoelde lucht naderen de andere luchtstroom beide tot 1ºC. Deze balans blijft behouden, zelfs onder zeer sterk wisselende omstandigheden. Het Ademend Raam is de enige warmteterugwinnende ventilator, waarbij je het raam of een deur kan opendoen, en die blijft werken bij wind op het huis, omdat hij zelfbalancerend is. Dat wil zeggen dat hij altijd precies evenveel frisse lucht van buiten opwarmt, als hij gebruikte lucht van binnen wegwerkt. Als er geen mensen of dieren in het vertrek zijn, en er dus geen CO2 wordt uitgeademd, stopt de ventilatie automatisch. Zijn er twee of drie mensen, dan is hij onhoorbaar. Bij een verjaardagspartij met 20 mensen kan hij de CO2 nog wel aan, maar je hoort hem dan pas als iedereen zijn mond houdt. 6

10 4. Spinoff Het Ademend Raam is een ventilator die de lucht uitwisselt en de warmte binnenhoudt. Door een van de luchtgeleiders andersom te monteren, wordt de warmte uitgewisseld en blijft de lucht binnen, een ideale toepassing voor datacenters die zo koel gehouden kunnen worden zonder dat er buitenlucht binnenkomt en dus ook zonder vervuiling van stof en zout. Een andere toepassing is een lucht-lucht warmtewisselaar voor een gasturbine, ook wel recuperator genaamd. Dit is ook een stapeling van warmtegeleidende en niet-warmtegeleidende draden, maar ditmaal liggen de werktemperaturen tussen de 150ºC en 700ºC. Ook is er 2 bar drukverschil tussen de stromen, dus de constructie wordt ingewikkelder. 5. Publicaties Het Admened Raam is onderwerp geweest van een groot aantal publicaties en voordrachten van Prof. Kristinsson: Nordic Building Physics Symposium in Reykjavik, Bridging tot the future,beurs van Berlage, Amsterdam; Passief Bouwen, Shell-gebouw, Amsterdam; Passive & Low-Energy Architecture Geneve, Zwitserland. College TUDelft 2 x per jaar Academie voor Bouwkunst, Arnhem 05 Dubodag Utrecht nov. 05 Viba s Hertogenbosch Lighthouse-lezing Markelo Rotary Deventer Concept House Delft Bezoek aan Chinland, Tientsing, October Meer informatie Dit rapport is in PDF formaat gratis te verkrijgen bij ir. E.E. van Andel, eur@fiwihex.nl. Dat is ook de contactpersoon voor meer informatie. 7. Subsidie Het project is uitgevoerd met subsidie van het Ministerie van Economische Zaken, regeling TERM EOS-demonstratie uitgevoerd door SenterNovem. 7