Postbus 577 3000 AN Rotterdam tel. 010 206 59 69 fax 010 213 03 84 www.isso.nl info@isso.nl
Opleidings- en ontwikkelingsfonds v o o r h e t Te c h n i s c h Installatiebedrijf
ISBN 978-90-5044-202-2
K E N N I S I N S T I T U U T V O O R D E I N S TA L L AT I E S E C TO R
3014 DB Rotterdam
K L E I N TJ E K O E L L A S T
Kruisplein 25
KLEINTJE
koellast
ISSO
Kennisinstituut voor de Installatiesector
Kruisplein 25 3014 DB Rotterdam Postbus 577 3000 AN Rotterdam Tel. 010-2065969 Fax 010-2130384 E-mail: isso@isso.nl
ISSO houdt zich bezig met het identificeren van kennisvragen binnen de installatiesector, het ontsluiten en toegankelijk maken van deze kennis in de vorm van praktische ISSO-publicaties en het bevorderen van het gebruiken van ISSO-publicaties als normstellende richtlijnen.
De in ISSO deelnemende organisaties zijn: NLingenieurs: Organisatie van advies- en ingenieursbureaus PIT: Stichting Promotie Installatietechniek TVVL: Nederlandse Technische Vereniging voor Installaties in Gebouwen UNETO-VNI: Ondernemersorganisatie voor de installatie branche en de technische detailhandel VABI: Vereniging voor Automatisering in de Bouwen installatietechniek De ontwikkeling van kleintje Koellast is mede tot stand gekomen door een financiële bijdrage van: Opleidings- en
ISSO voorziet de installatiesector van de benodigde kennis voor de dagelijkse installatiepraktijk. Op basis van de geïdentificeerde kennisvraag worden goed toegankelijke ISSO-publicaties ontwikkeld. Ondersteunende instructiebijeenkomsten, digitale producten en overige diensten helpen de sector om deze kennis in de praktijk toe te passen. Samengevat staat ISSO voor: vaststelling van de kennisvraag, kennisontwikkeling en kennisoverdracht. De werkvelden van ISSO zijn: Luchtbehandeling/koeltechniek Verwarming Algemene techniek Water & Gas/Sanitair Elektro & ICT Energie & Milieu
ontwikkelingsfonds v o o r h e t Te c h n i s c h Installatiebedrijf
Koeltechniek
Kleintje Koellast is gerealiseerd onder ISSO redactie. Stichting ISSO en degenen die aan de samenstelling van deze publicatie hebben medegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij zowel het verzamelen als bij het verwerken en opstellen van de in deze publicatie vervatte gegevens. Nochtans moet niet worden uitgesloten, dat deze publicatie onvolledig is of dat zij onjuistheden of onvolkomenheden bevat. Degene die van deze publicatie en de daarin vermelde gegevens gebruik maakt, aanvaardt dan ook daarvoor zelf het risico. Stichting ISSO en degenen die aan de samenstelling van deze publicatie hebben medegewerkt sluiten iedere aansprakelijkheid uit voor zowel schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van de publicatie als schade die zou kunnen ontstaan als gevolg van eventuele (druk-)fouten, onvolledigheden en onvolkomenheden van deze publicatie. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze publicatie mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van het bestuur van Stichting ISSO.
Voorzover het maken van kopieën uit deze publicatie is toegestaan op grond van artikel 16h t/m 16m Auteurswet 1912 jo het Besluit van 27 november 2002, Stb 575, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan de Stichting Reprorecht (Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp). All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the written permission of the foundation ISSO. Op alle publicaties van Stichting ISSO zijn de Algemene Leveringsvoorwaarden van toepassing. Deze kunt u lezen op www. isso.nl of opvragen bij Stichting ISSO. Aanvullingen en eventuele errata zijn te raadplegen via onze website: www.isso.nl Eventuele opmerkingen en vragen kunnen doorgegeven worden aan ISSO Postbus 577 3000 AN Rotterdam e-mail: isso@isso.nl © Stichting ISSO – Rotterdam november 2010
Overzicht van de ISSO-kleintjes Kleintje Koellast (2010) Kleintje Ventilatie (2009) Kleintje Meetmethoden Elektrotechniek (2009) Kleintje Stooklijnoptimalisatie (2009) Kleintje Gas (2008) Kleintje U- en Rc Waarden (2007) Kleintje Legionellapreventie (2007) Kleintje Centrale Verwarming (individueel) (2006) Kleintje Binnenklimaat (2006) Kleintje Warmteverlies voor Woningen (2005) Kleintje Vloerverwarming (2005) Kleintje Inregelen (2004) Kleintje Water (2003)
Voor meer informatie over ISSO-publicaties en andere diensten kunt u de webiste www.isso.nl raadplegen.
kleintje.book Page 1 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
ISSO-kleintje
Koellast Bepalingsmethode voor het koelvermogen in vertrekken en gebouwen
ISBN: 978-90-5044-202-2
kleintje.book Page 3 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
INHOUDSOPGAVE Voorwoord Symbolenlijst Begrippenlijst
5 7 11
1
Inleiding 1.1 Doel van het kleintje koellast 1.2 Opzet van het kleintje koellast
13 13 13
2
Wat is koellast? 2.1 Inleiding 2.2 Verschillende koellastberekeningen
15 15 16
3
Opbouw van de koellastberekening 19 3.1 Opbouw van de koellast uit componenten 19 3.2 Invloed van de massa van een vertrek 21 3.3 Koellastbijdrage door de warmteafgifte van personen 25 3.4 Koellastbijdrage door verlichting 26 3.5 Koellastbijdrage door machines en apparaten 29 3.6 Koellastbijdrage door zonnewarmte via ramen 32 3.7 Koellastbijdrage door warmtetransmissie door glasvlakken 46 3.8 Koellastbijdrage door ondoorzichtige wanden en daken 49 3.9 Koellastbijdrage door toetreding van buitenlucht 54 3.10 Variatie van de vertrekluchttemperatuur 59 3.11 Latente koellastbijdrage door toetreding van buitenlucht 62 3.12 Latente koellastbijdrage door personen 64 3.13 Capaciteit van de koelinstallatie 64 3.14 Tijdstip maximale koellast 65 3.15 Nominale capaciteit van de koelapparatuur 73 3.16 Werkwijze bij bepalen van de koellast 74
4
Berekening van de binnentemperatuur 4.1 Temperatuurberekening bij beperkte koelcapaciteit 4.2 Vertrektemperatuur zonder mechanische koeling
77 77 81
5
Voorbeelden 5.1 Koellast van kantoorvertrek 5.2 Koellast van een woonkamer
87 87 93
Bijlage A Rekenblad koellastbijdragen Literatuurlijst
ISSO-kleintje
98 100
3
Koellast
kleintje.book Page 5 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
VOORWOORD Oververhitting in de zomer is een veel voorkomend probleem in goed ge誰soleerde gebouwen. In het streven naar energiezuinigheid wordt vooral gekeken naar een beperking van het energiegebruik in de winter en wordt de zomersituatie vaak vergeten, met als gevolg te hoge binnentemperaturen in de zomer. Een bijkomend probleem is dat er weinig goede tools zijn om op eenvoudige wijze te bepalen wat de binnentemperatuur wordt of indien men koeling gaat toepassen hoe groot het benodigde koelvermogen, de zgn. koellast, moet zijn. Met behulp van computerprogramma's is het verloop van de binnentemperatuur of het benodigde koelvermogen om de temperatuur niet boven een bepaald maximum te laten stijgen goed uit te rekenen. Het betreft hier uitgebreide programma's die veel invoer nodig hebben. Voor een eerste benadering van de koellast zijn er ook sterk vereenvoudigde stationaire modellen die geen rekening houden met accumulatie, beschaduwing etc. Dit ISSO-kleintje zit tussen de sterk vereenvoudigde stationaire modellen en uitgebreide computerapplicaties in. De methode is op een aantal punten vereenvoudigd maar houdt wel rekening met warmteaccumulatie in de gebouwconstructie en ook beschaduwing kan worden meegenomen. Verder houdt de methode rekening met een verminderde interne warmtelast door verlichting wanneer afgezogen armaturen worden toegepast. De methode uit dit kleintje betreft zowel de voelbare als de latente koellast.
ISSO-kleintje
5
Koellast
kleintje.book Page 6 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
Dit ISSO-kleintje is gebaseerd op ISSO-publicatie 8 'Berekening van het thermische gedrag van gebouwen bij zomerontwerpcondities' [1]. Voor het buitenklimaat is uitgegaan van de NEN 5060 [6]. De voelbare koellast van een vertrek is samengesteld uit een zestal bijdragen: Koellast t.g.v. warmte afgegeven door personen; Koellast t.g.v. warmte afgegeven door verlichting; Koellast t.g.v. warmte afgegeven door apparatuur; Koellast t.g.v. binnenvallende zonnestraling; Koellast t.g.v. warmte door toetredende buitenlucht; Koellast t.g.v. warmte door de scheidingsconstructies. Bovengenoemde bijdragen aan de voelbare koellast worden door formules en grafieken gegeven. De voelbare koellast van een vertrek volgt uit sommatie van de verschillende bijdragen. Naast de voelbare koellast is ook de latente koellast te berekenen. Deze is eveneens samengesteld uit een aantal bijdragen: Verdampingswarmte van de door personen afgegeven waterdamp; Verdampingswarmte van waterdamp uit de binnenkomende buitenlucht. Een reductie van de koellast kan optreden door het tijdelijk toestaan van een hoger binnentemperatuur. De methode uit het ISSO-kleintje Koellast is ook geschikt om de binnentemperatuur te bepalen bij beperkte koeling of bij de afwezigheid van koeling. In dit ISSO-kleintje zijn een tweetal voorbeelden opgenomen ter toelichting.
ISSO-kleintje
6
Koellast
kleintje.book Page 7 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
SYMBOLENLIJST
a
de absorptiecoëfficiënt van het buitenoppervlak voor opvallende zonnestraling
[-]
A
oppervlakte
[m2]
Ab
oppervlakte van de uitwendige scheidingsconstructie
[m2]
Ag
glasoppervlakte
[m2]
Ak
kozijnoppervlakte
[m2]
Ar
raamoppervlakte (glas + kozijn)
[m2]
Ad,o
binnenwerkse oppervlakte van ondoorzichtige delen van buitenwand of dak
[m2]
Aw,o
binnenwerkse oppervlakte van een wand, vloer of plafond exclusief glas, kozijnen, deuren en panelen
[m2]
Aw,t
binnenwerkse oppervlakte van een wand, vloer of plafond inclusief glas, kozijnen, deuren en panelen
[m2]
CFl
de convectiefactor van de armaturen
[-]
Ciso
correctiefactor voor isolatie
[-]
Cm
correctiefactor voor massa
[-]
c
soortelijke warmte van lucht
[J/(kg·K)]
ck
reductiefactor t.g.v. kleding
[-]
dwz
thermisch effectieve dikte van de wand
[m]
ISSO-kleintje
7
Koellast
kleintje.book Page 8 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
fwm
een reductiefactor om bij wanden met isolerende deklagen de verminderde warmte-indringing in rekening te brengen
[-]
g
g-waarde (voorheen ZTA)
[-]
l1
de reductiefactor in verband met afgezogen verlichtingsarmaturen
[-]
l2
de vereffeningsfactor waarmee de invloed van accumulatie van verlichtingswarmte in rekening wordt gebracht
[-]
m1
de benuttingsfactor
[-]
m2
de gelijktijdigheidsfactor
[-]
mw
werkzame massa van een laag van een wand, vloer of plafond
[kg]
N
nominale aansluitvermogen
[W]
Nl
totaal ge誰nstalleerd aansluitvermogen van de verlichting inclusief eventuele voorschakelapparatuur
[W]
n
aantal personen in het vertrek
[-]
Pp
voelbare warmteafgifte van personen
[W]
Q
totale koellast
[W]
Qe
voelbare externe koellastcomponent
[W]
Qf
koellast t.g.v. buitenluchttoetreding
[W]
Qfi
koellast t.g.v. infiltratie
[W]
Qfv
koellast t.g.v. ventilatie
[W]
Qf,lat
latente koellast door buitenluchttoetreding
[W]
Qi
voelbare interne koellastcomponent
[W]
Ql
koellast t.g.v. verlichting
[W]
ISSO-kleintje
8
Koellast
kleintje.book Page 9 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
Qm
koellast t.g.v. apparatuur
[W]
Qnom
voor dat tijdstip berekende koellast
[W]
Qp
koellast t.g.v. warmteafgifte door personen
[W]
Qp,lat
latente koellast door personen
[W]
Qtg
koellast t.g.v. transmissie door glas
[W]
Qzg
koellast t.g.v. zonnestraling op glas
[W]
Qzt
koellast t.g.v. transmissie door ondoorzichtige delen
[W]
Qvv
reductie van de koellast t.g.v. toegestane (tijdelijke) temperatuurstijging
[W]
Qvv,acc
reductie van de koellast t.g.v. extra accumulatie
[W]
Qvv,f
reductie van de koellast t.g.v. verminderde warmte door buitenluchttoetreding
[W]
Qvv,fi
reductie van de koellast t.g.v. verminderde warmte door infiltratie
[W]
Qvv,fv
reductie van de koellast t.g.v. verminderde warmte door ventilatie c.q. extra koeling door ventilatie
[W]
Qvv,tr
reductie van de koellast t.g.v. verminderde transmissie door het raam
[W]
Qzon
koellast t.g.v. zonbelasting via ramen per m2 glas en bij g = 1
[W/m2]
qi
infiltratiedebiet per m2 uitwendige scheidingsconstructie
[m3/(s路m2)]
qvi
luchtdebiet door infiltratie
[m3/s]
qvv
luchtdebiet door ventilatie
[m3/s]
ISSO-kleintje
9
Koellast
kleintje.book Page 10 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
qv,10,kar
karakteristieke luchtdoorlatendheid
[m3/(s·m2)]
q'vvn
reductie van de koellast per m2 binnenoppervlakte en per graad
[W/(m2·K)]
qz(0)
koellast t.g.v. zonbelasting bij SWM = 0 en g = 1
[W/m2]
qz(100)
koellast t.g.v. zonbelasting bij SWM = 100 en g = 1
[W/m2]
redac
correctiefactor voor maandinvloed
[-]
slv
de vertrekaccumulatiefactor voor verlichting
[-]
SWM
specifieke werkzame massa
[kg/m2]
Ur
U-waarde van het raam
[W/(m2·K)]
TRk
temperatuurresponsie
[K/m2]
z
beschaduwingsfactor voor glasoppervlak
[-]
Δθmax
maximaal toegestane temperatuurstijging
[K]
ρ
dichtheid van lucht
[kg/m3]
ρw
soortelijke massa
[kg/m3]
θe
momentane buitentemperatuur
[°C]
θi
vertrekluchttemperatuur
[°C]
θv,nom
nominale vertrek temperatuur
[°C]
θv,max
maximale vertrektemperatuur
[°C]
θmedium koelmediumtemperatuur
[°C]
θv,t
[°C]
ISSO-kleintje
vertrekluchttemperatuur
10
Koellast
kleintje.book Page 11 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
BEGRIPPENLIJST g-waarde De verhouding tussen de totaal binnenkomende zonnewarmte (kortgolvige zonnestraling, langgolvige stralingswarmte en convectiewarmte) en de totaal op het vlak vallende zonnestraling (g = (qad + qd)/qze). Voorheen werd deze waarde de ZTA-waarde genoemd. Koellast Warmtestroom die op een bepaald tijdstip uit de lucht in een ruimte moet worden afgevoerd om in deze ruimte een voorgeschreven luchttemperatuur en/of -vochtigheid te handhaven. Koellastresponsie De koellastresponsie KR = de verhouding tussen het tekort aan geïnstalleerde capaciteit ΔQ en de daarbij optredende temperatuurverhoging Δθ. Latente koellast (Qlat) Dat gedeelte van de totale koellast dat kan worden opgenomen door een luchtstroom met een lager vochtgehalte dan dat van de vertreklucht en die door deze vochtopname een verhoging van zijn absolute vochtigheid ondergaat tot aan die van de vertreklucht. Oppervlakte van een raam Oppervlakte van glas inclusief kozijn. Bij de oppervlaktebepaling moet worden uitgegaan van de dagmaat (opening in de gevel). Specifiek werkzame massa (SWM) De SWM van een vertrek is de som van de werkzame massa's van de wanden (en vloer en plafond/dak) gedeeld door de totale inwendige vertrekoppervlakte.
ISSO-kleintje
11
Koellast
kleintje.book Page 12 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
Voelbare warmtebelasting (P) De warmtestroom die door geleiding, straling en/of convectie aan de ruimte wordt toegevoerd of in de ruimte wordt ontwikkeld. Voelbare koellast (Q) Dat gedeelte van de totale koellast dat kan worden opgenomen door een luchtstroom met een lagere temperatuur dan de vertrekluchttemperatuur en die door deze warmte-opname een temperatuurstijging ondergaat tot aan de vertrekluchttemperatuur. Werkzame massa Onder werkzame massa wordt verstaan dat deel van de massa van een wand dat bijdraagt aan de accumulatie, dus dat temperatuurvariaties ondergaat t.g.v. de wisselende warmtebelastingen ('indringdiepte').
ISSO-kleintje
12
Koellast
kleintje.book Page 13 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
1
INLEIDING
1.1
DOEL VAN HET KLEINTJE KOELLAST
Kleintje koellast beschrijft een bepalingsmethode en bevat de noodzakelijke basisgegevens voor de bepaling van de maximale koellast ten behoeve van het ontwerpen van installaties voor de klimaatregeling in gebouwen of afzonderlijke vertrekken daarvan. Kleintje koellast kan dan ook worden ingezet voor de keuring zoals voorgeschreven door art. 9 van de EPBD waarbij moet worden nagegaan of de capaciteit van de klimaatinstallatie aansluit bij de koellast van het gebouw . De gehanteerde bepalingsmethode is alleen van toepassing op systemen waarbij de koellast geheel wordt opgenomen door lucht, ingebracht met een lagere enthalpie (energie-inhoud) dan die welke in de ruimte wordt gewenst. De basisgegevens die betrekking hebben op die aandelen van de koellast die door externe bronnen worden veroorzaakt, gelden voor het Nederlandse buitenklimaat. De exacte bepaling van de koellast vergt het behandelen van veel, soms kleine warmtebelastingen. De hele kleine en uitzonderlijke daarvan zijn in dit ISSO-kleintje weggelaten om de bepaling niet nodeloos complex te maken. Zo wordt bijvoorbeeld aangenomen dat de nevenvertrekken vrijwel dezelfde ruimtetemperatuur hebben als het vertrek onder beschouwing, zodat geen rekening hoeft te worden gehouden met transmissie door binnenwanden. 1.2
OPZET VAN HET KLEINTJE KOELLAST
Het kleintje koellast begint met een beschrijving wat een koellastberekening is en geeft aan welke componenten hierbij een rol spelen. Daarna wordt aangegeven welke, al dan niet vereenvoudigde, modellen er zijn en wat hun mogelijkheden/ beperkingen zijn. Hierbij wordt aangegeven wat het geldigheidsgebied is van het kleintje koellast.
ISSO-kleintje
13
Koellast
kleintje.book Page 14 Thursday, December 2, 2010 10:29 AM
De koellast berekening is gesplitst in een aantal voelbare warmtebelastingen (beïnvloeden de temperatuur in de ruimte) en de latente warmtebelastingen (beïnvloeden de luchtvochtigheid in de ruimte). Warmteaccumulatie speelt een belangrijke rol bij de thermische processen in een vertrek. In deze publicatie wordt de warmteaccumulatie in rekening gebracht door de zgn. specifieke werkzame massa. Hierbij wordt de thermisch actieve massa weergegeven in kg/m2 binnenoppervlakte. De koellast van een vertrek is samengesteld uit een zestal verschillende bijdragen. Deze worden met behulp van een aantal formules, tabellen en grafieken bepaald. Door sommatie van de verschillende bijdragen verkrijgt men de koellast van een vertrek op een bepaald tijdstip. Door het tijdelijk toestaan van iets hogere binnentemperatuur is een reductie van de koellast mogelijk. Zoninstraling door ramen levert een grote bijdrage aan de maximale koellast van een vertrek. Deze zoninstraling door ramen is afhankelijk van de tijd van het jaar en de raameigenschappen, het al dan niet optreden van beschaduwing van (een deel van) het raam en accumulatie in de verrekmassa. Deze publicatie geeft hulpmiddelen om de invloed van beschaduwing te beschouwen en het bepalen van de maximale invloed van zoninstraling in een vertrek. Op basis van tabellen en grafieken is het mogelijk het tijdstip van het optreden van de maximale koellast te bepalen. Hierbij wordt niet alleen rekening gehouden met verrekken met één buitenwand maar ook vertrekken met meer buitenwanden. Het bepalen van de binnentemperatuur bij toepassing van beperkte koeling of bij de afwezigheid van koeling kan ook. Doordat deze berekeningen voor een viertal aaneensluitende uren moet worden uitgevoerd. is deze berekening behoorlijk tijdrovend. Deze berekening kan handmatig worden uitgevoerd, maar in de praktijk zal dat toch veelal met de computer gedaan worden. De berekening van de koellast wordt geïllustreerd met behulp van een tweetal voorbeelden. ISSO-kleintje
14
Koellast