Natuurlijke airconditioning: een nieuwe manier van denken

Verslag van de sessie “Energiezuinige natuurlijke ventilatie met een zonneschoorsteen” met Ben Bronsema (Earth, Wind & Fire) tijdens de ZEN Platformbijeenkomst op 19 februari 2019 – door Henk Bouwmeester

Installateur, onderzoeker en docent Ben Bronsema is een autoriteit op het gebied van luchtbehandeling. Het is zijn lust en leven. Toch ziet hij in de airconditioning van de twintigste eeuw een ‘risico voor het binnenmilieu’. Er is een paradigmaverandering nodig en Afrikaanse termietenheuvels inspireerden hem daartoe: Earth, Wind & Fire. Voor het eerst wordt het concept in praktijk gebracht in het Breeze hotel in Amsterdam: ‘s werelds eerste Zero Energy Hotel.

Bronsema heeft de luchtbehandeling bij circa 500.000 m2 bvo op zijn naam staan. Toch houden maar weinig mensen van zijn installaties. Meestal alleen bij warm zomerweer. Voor het overige klagen gebruikers over ventilatorgeluid, tocht, een matige luchtkwaliteit, droge lucht en een hoog energiegebruik. Architecten klagen over het ruimtebeslag van de grote luchtbehandelingskasten en de ventilatiekanalen. Vastgoedeigenaren klagen over de hoge kosten (investering en onderhoud), de klachtenafhandeling en de vrij korte levensduur van de installaties. Kan het niet beter?

Termietenheuvels
Voor een betere oplossing is het verder verbeteren van de bestaande techniek onvoldoende. Bronsema zocht een manier om het totaal anders aan te pakken. ‘Don’t fight forces, use them’ citeert hij de Amerikaanse architect en futurist Buckminster Fuller. Samen met architectuur- en bouwkundestudenten werden ideeën ontwikkeld om klimaattechniek en energieaspecten te koppelen aan architectuur. Hij liet zich inspireren door Afrikaanse termietenheuvels. Zomer en winter heerst er als vanzelf een aangenaam binnenklimaat ook al varieert het buitenklimaat.

De sleutel is, dat de weersomstandigheden niet worden weerstaan, maar gebruikt. Onder de naam ‘Earth, Wind & Fire’ bedacht Bronsema een systeem waarbij bodemwarmte en -koude (earth), instraling door de zon (fire) en luchtdrukverschillen door de wind op een natuurlijke manier zorgen voor een gezond en aangenaam binnenklimaat in een gebouw.

De principewerking
Het Earth, Wind & Fire -model bestaat uit drie hoofdcomponenten:
1. In een klimaatcascade aan de noordgevel van het gebouw wordt ventilatielucht al naar behoefte gekoeld of verwarmd, gedroogd of bevochtigd. De lucht wordt aangevoerd door overdruk die de wind bij het dak veroorzaakt. Water is afkomstig uit een wko-bron.
2. Een zonneschoorsteen aan de zuidgevel van het gebouw warmt de lucht op die hierdoor opstijgt en een onderdruk veroorzaakt. Daarmee wordt ventilatielucht op een natuurlijke manier afgezogen. Een warmtewisselaar haalt warmte uit de retourlucht. De warmte kan worden gebruikt voor tapwater, voorverwarming van verse lucht of opslag in de bodembron. De zonneschoorsteen kan ook met PV-panelen worden uitgevoerd.
3. Het ventecdak veroorzaakt door zijn stroomlijning een overdruk bij de inlaat van de klimaatcascade en een onderdruk bij de uitlaat van de zonneschoorsteen. Hulpventilatoren zijn ingebouwd om het systeem op gang te houden bij te weinig wind en zon.

Met een innovatiesubsidie van €1 miljoen van het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat en een team van mensen heeft Bronsema het idee verder uitgewerkt: op papier, met basale modellen, met computersimulaties en numerieke stromingsmodellen en tot slot met fysieke testmodellen bij TU Eindhoven en TU Delft om de rekenmodellen te valideren.

Het blijkt te werken
De proefnemingen hebben aangetoond dat natuurlijke airconditioning in gebouwen zonder meer mogelijk is, zegt Bronsema. De resultaten op basis van de computersimulaties blijken bovendien nauwkeurig overeen te komen met de resultaten die de fysieke testopstellingen hebben opgeleverd. Een combinatie met stralingsverwarming- en koeling in wand of plafond biedt individueel regelbaar thermisch comfort met snelle respons. Er is geen ventilatorgeluid, geen tocht, de relatief hoge kwaliteit van de buitenlucht bij het dak bepaalt de kwaliteit van de binnenlucht, de relatieve luchtvochtigheid is altijd tussen 30 en 70% en energieneutrale gebouwen zijn met dit systeem binnen bereik.

Behalve een bevestiging van de werking van het systeem, hebben de proefnemingen ook een calculatiemodel opgeleverd waarmee het Earth, Wind & Fire -systeem kan worden gedimensioneerd voor toepassing in de praktijk.

Breeze Hotel
In opdracht van ECOncept Hospitality wordt het Earth, Wind & Fire -concept in praktijk gebracht in het Breeze Hotel in Amsterdam-IJburg. Het hotel met 195 kamers wordt ontwikkeld door de Dutch Green Company. Volgens de ontwikkelaar wordt dit het eerste energieneutrale hotel in de wereld. In november 2017 is de bouw begonnen. In april 2019 gaat het hotel open voor gasten.

Volgende projecten hebben zich nog niet aangediend. Bronsema heeft voorstellen gedaan voor een VMBO-school in Leiden en de nieuwe Kuip in Rotterdam. Maar de markt is terughoudend, zegt hij. Bouwpartijen willen alleen bewezen technologieën toepassen. Met de huidige hoogconjunctuur willen bouwpartijen aan het werk en is er weinig tijd voor innovatie.

Toepassing in woningbouw
Earth, Wind & Fire kan ook aantrekkelijk zijn voor de woningbouw, zegt Bronsema. Ook daar gaat het steeds vaker om koeling en het voorkomen van oververhitting en in steeds mindere mate om verwarming. Hij heeft prestatieberekeningen gemaakt voor energieneutrale renovatie van een 10-hoogflat in Utrecht-Overvecht. Ook heeft hij een aangepaste vorm van het Earth, Wind & Fire-concept gemaakt voor grondgebonden woningen: met een collectieve warmtepomp, een collectieve zonneschoorsteen (tevens landmark) en een warmtenet op buurtniveau. Individuele huisinstallaties dreigen steeds ingewikkelder te worden met een warmtepomp en balansventilatie, verklaart Bronsema. Volgens hem moeten we de complexe techniek uit de woningen halen en in collectieve systemen onderbrengen; zowel verwarming als ventilatie.

Partners gezocht
Om het systeem in meer projecten toe te passen is Bronsema op zoek naar partners: installatieadviseurs, woningcorporaties, projectontwikkelaars. In samenwerking met woningcorporatie Ymere doet hij momenteel een haalbaarheidsstudie voor een al lopend renovatieproject. “Als dat goede resultaten oplevert, moet Ymere het volgende renovatieproject wel met Earth, Wind & Fire doen.”


Gerelateerde berichten

PARTNERS

NEPROM NVB Bouwend Nederland Ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties