Geen passiefhuis zonder compacttoestel
Het passiefhuisconcept functioneert alleen wanneer er een goede wisselwerking bestaat tussen het gebouw en de techniek. Een belangrijke rol hierin is weggelegd voor compacttoestellen, ventilatietoestellen met een geïntegreerd naverwarmingssysteem. De experts van Passiefhuisplatform geven tekst en uitleg.
Slechts één toestel
Naarmate het passiefhuisconcept een grotere bekendheid krijgt, ontstaan er steeds meer klimatisatiesystemen. De vraag naar ventilatietoestellen met een gering energieverbruik en een geïntegreerd naverwarmingssysteem wordt almaar groter: de compacttoestellen. Deze toestellen kwamen voor het eerst in 1996 op de markt. Ondertussen hebben verschillende producenten al toestellen ontwikkeld en wordt voortdurend gezocht naar nieuwe evoluties. Zo zijn er bijvoorbeeld niet alleen toestellen met een afvoerluchtwarmtepomp, maar ook gas- of pelletgestookte compacttoestellen zijn in volle ontwikkeling. Het grote voordeel van dergelijke toestellen is dat op de werf slechts één toestel moet geplaatst worden in plaats van verschillende toestellen en dat de componenten zo op elkaar zijn ingesteld dat het energieverbruik tot een minimum wordt herleid.
Werkingsprincipe
Verse buitenlucht wordt aangezogen en eventueel voorverwarmd of gekoeld door een aardwarmtewisselaar. Indien geen gebruik gemaakt wordt van een aardwarmtewisselaar, dient de aangezogen koude buitenlucht voorverwarmd te worden bij temperaturen beneden -3°C. Op die manier vermijd je vorstschade aan de warmtewisselaar die veroorzaakt wordt door condensatie van de afgevoerde vochtige lucht. Die verse lucht wordt via een warmtewisselaar in het toestel verder voorverwarmd door de afgevoerde vervuilde lucht uit de woning. Deze afgevoerde lucht heeft na doorgang door de warmtewisselaar nog altijd een iets hogere energie-inhoud dan de buitenlucht. Het is net deze restenergie die de warmtepomp nog zal benutten als warmtebron. Afhankelijk van het soort toestel zal de opgewekte warmte van de warmtepomp nuttig gebruikt worden voor de naverwarming van de ventilatielucht en/of het opwarmen van het sanitair warmwater. Doordat hier slechts een zeer beperkte energie kan gewonnen worden, gaat men vaak ook nog extra buitenlucht bijmengen.
Onderdelen
Alhoewel het één systeem is, kunnen we hierin nog drie grote componenten herkennen:
- het ventilatiegedeelte met de ventilatoren, filters en warmtewisselaar
- het warmtepompgedeelte met de verdamper, compressor, condensor en expansieventiel
- het voorraadvat met aansluitingen voor sanitair warm tapwater, eventueel zonneboileraansluiting en naverwarmingskring
- Het ventilatiegedeelte
A. Efficiënte gelijkstroommotoren
In de meeste compacttoestellen die momenteel op de markt zijn, worden de gelijkstroommotoren gebruikt van de nieuwe generatie. Het zijn elektrisch gecommitteerde motoren (EC-motoren=borstelloze gelijkstroommotoren) die energie-efficiënter zijn dan de wisselstroommotoren. De meeste toestellen hebben een volumebalans gestuurde ventilatie. Dit wil zeggen dat er altijd een even groot luchtvolume toegevoerd als afgevoerd wordt. Dit zorgt voor een kleine onbalans aangezien de koude lucht zal opgewarmd worden en hierdoor in volume zal toenemen. Een paar toestellen daarentegen werken met massabalans gestuurde ventilatie. Het voordeel van zo’n systeem is dat de luchtdichtheid die temperatuursafhankelijk is ingecalculeerd wordt. Op die manier wordt altijd de juiste massa lucht in- en uit het gebouw gebracht.
B. Warmtewisselaar
Om zoveel mogelijk warmte van de afgezogen lucht te recupereren, wordt in de meeste compacttoestellen gebruik gemaakt van kruistegenstroom- of tegenstroomwarmtewisselaars uit kunststof of aluminium. Het materiaal waaruit de warmtewisselaar bestaat heeft weinig invloed op het rendement. Andere factoren zoals bijvoorbeeld de grootte van het uitwisselingsoppervlak zijn belangrijker.
In vele toestellen is een zomerbypass voorzien. Deze voorziening verhindert dat de verse koele buitenlucht tijdens de zomernacht of de gekoelde lucht uit de AWW in de zomer niet onnodig wordt opgewarmd via de warmtewisselaar uit het balansventilatietoestel. Op die manier kan de warmte van de afgevoerde binnenlucht volledig benut worden door de warmtepomp om sanitair warm water te produceren. De manier waarop deze klep bestuurd wordt is afhankelijk van het soort toestel. Bepaalde toestellen hebben een manuele bypass. Bij andere toestellen is de bypassklep volledig automatisch en temperatuursafhankelijk gestuurd. Het toestel bepaalt dan zelf wanneer het nuttig is om de klep om te schakelen. Andere toestellen bevatten dan weer een optioneel onderdeel als bypassklep die zelf in het toestel dient aangebracht te worden. Het optimale tijdstip voor de vervanging ervan, moet dan afhankelijk van de gebouwsituatie empirisch bepaald worden.
- De afvoerluchtwarmtepomp
Dit is een van de vitale onderdelen van een compacttoestel. Het gedeelte bestaat uit een traditionele warmtepomp: een verdamper, compressor, condensor en expansieventiel. De warmtepomp binnen het compacttoestel moet de restwarmte die de afgevoerde lucht na doorgang door de warmtewisselaar nog bevat op een hogere temperatuur brengen. Met die warmte kan dan het sanitair warm water aangemaakt worden en/of de naverwarming van de verse toevoerlucht gebeuren. Afhankelijk van het soort toestel bevat de afvoerluchtwarmtepomp één of twee condensatoren: één voor het opwarmen van het sanitair warm water en één voor de naverwarming van de ventilatielucht.
Een paar toestellen hebben één condensor die instaat voor de opwarming van het sanitair warm water. De naverwarming van de ventilatielucht dient dan te gebeuren door bijvoorbeeld een optionele naverwarmingsbatterij die gevoed wordt door het sanitair warm water. Deze aanpak geniet natuurlijk niet de voorkeur omwille van de hogere vereiste temperaturen bij de aanmaak van het sanitair warm water en de daarmee gepaard gaande lagere rendementen.
Aangezien de afvoerlucht slechts een beperkte extra warmte-inhoud heeft ten opzichte van de buitenlucht en dit bij een beperkt debiet, is er slechts een beperkt vermogen beschikbaar. Om dit vermogen op te drijven, kan de keuze gemaakt worden voor een toestel waarbij een extra buitentoevoer voor de warmtepomp voorzien is. Dit kan een extra aanzuigopening zijn die al dan niet ook een bypass kan zijn voor de aardwarmtewisselaar, maar dit kan ook een volautomatische klep in het toestel zelf zijn die de verse aangevoerde lucht opsplitst in een luchtstroom voor de ventilatie en in een extra toevoerstroom voor de warmtepomp. Op die manier kan de warmtepomp een iets groter vermogen leveren.
Een aantal toestellen biedt de mogelijkheid om de ingeblazen lucht op een actieve manier te koelen. Dit gebeurt door de werking van de warmtepomp om te draaien, zoals de werking van een koelkast. Dit kan interessant lijken, doch dient deze werking vermeden te worden door het inzetten van passieve koeltechnieken.
- Het voorraadvat
De meeste compacttoestellen zijn toestellen uitgerust met een opslagvat met sanitair warm water. Dit water wordt deels opgewarmd door de afvoerluchtwarmtepomp en wordt meestal bijgestaan door een elektrische weerstand die pas aanslaat wanneer de warmtepomp onvoldoende vermogen kan leveren.
Een aantal toestellen vormt een combinatie van een toestel met een opslagvat en een doorstroomtoestel. Het water in het opslagvat wordt opgewarmd door de afvoerluchtwarmtepomp. Indien die niet genoeg vermogen kan leveren, zorgt ook hier een elektrische weerstand voor de verdere opwarming van het water. In tegenstelling tot de andere toestellen, wordt het water hier niet rechtstreeks afgetapt, maar loopt doorheen het opslagvat een warmtewisselaar die het vers aangevoerde koude tapwater opwarmt met de warmte van het water in het opslagvat. Dit heeft het grote voordeel dat het vat op niet al te hoge temperaturen gebracht moet worden ter voorkoming van legionella en de warmtepomp dus aan een hoger rendement kan werken.
Een aansluiting voor een zonnecollector is in de meeste toestellen voorzien, zodat de elektrische weerstand slechts in uitzonderlijke weerssituaties dient aangesproken te worden.
Tot slot zijn er ook een aantal belangrijke eigenschappen van de boiler waar bij de keuze van het toestel dient op gelet te worden: om de warmteverliezen doorheen de boilerwand zoveel mogelijk te beperken, is een goede isolatie van de boiler onontbeerlijk.
Bron: Passiefhuisplatform, Stijn Van den Abeele en Stefan Van Loon – voor Habitos.be – december 2008