Het continu meten van luchtsnelheden is ingewikkeld. Dat komt door verschillende factoren, zoals temperatuur, druk en turbulente flow. Het kan ook voorkomen dat er simpelweg geen goede plek is om correct te kunnen meten. Een correcte meting is wel enorm belangrijk voor vele toepassingen waarbij een exacte luchthoeveelheid van belang is. Denk bijvoorbeeld aan energiebesparingsini­tiatieven of de inblaaslucht in een operatiekamer. Er zijn verschillende manieren om tot een correcte meting te komen.

Correct luchtstromen meten is om verschillende redenen belangrijk. Ten eerste werkt een correcte meting vaak als controle. Een luchtbehandelingskast heeft een bepaalde capaciteit, maar wordt deze wel behaald? Als je niet goed meet, kan er ook geen goede sturing plaatsvinden. Denk aan een school of kantoorgebouw waarin voldoende ventilatie belangrijk is. Daar moet voldoende verse toevoerlucht worden aangevoerd en vuile retourlucht worden afgevoerd. Daarbij wordt gelijk het proces gewaarborgd, ook belangrijk, zeker in bijvoorbeeld een operatiekamer of cleanroom. Een juiste meting kan tevens helpen om energie te besparen. Als je weet hoeveel lucht je gebruikt, kan je daarop regelen. Denk aan het aanpassen van de ventilatie op basis van belasting en bezetting.

Hoe meet je correct?
Bepaal eerst wat het beste punt is om te meten. Bij het plaatsen van een meetsensor moet je rekening houden met een paar vuistregels. De luchtsnelheid in het kanaal is niet overal hetzelfde. In het midden is de snelheid het hoogst en langs de wanden het laagst. De locatie moet daarom op de juiste wijze bepaald worden. Houd rekening met bochten, de vorm van de bocht, waar de ventilator is geplaatst en vernauwingen. Raadzaam is om een punt te kiezen met een zo lang mogelijk rechte kanaallengte voor en na de meting. Ideaal is een rechte lengte van zeven keer de kanaaldiameter voor de meting en minimaal één keer na de meting. Naast juiste plaatsing is de betrouwbaarheid afhankelijk van het gekozen meetprincipe. Er zijn vier gangbare meetprincipes.

Hittedraad
Bij de hittedraadmeting wordt een dun draadje continu verwarmd op een exacte temperatuur boven de omgevingstemperatuur. De omgevingstemperatuur wordt daarbij continu gemeten. De lucht koelt het draadje af. De mate van energie die wordt gebruikt om het draadje weer te verwarmen, is evenredig met de luchtsnelheid. De hittedraad is zeer geschikt voor het meten van lage snelheden (startsnelheid 0,15 m/s) en wordt toegepast voor bijvoorbeeld tocht- of comfortmetingen. De meting is temperatuurgecompenseerd, erg nauwkeurig en zeer snel uit te voeren.

Nadeel
Een nadeel is dat het meetelement erg kwetsbaar is, waardoor deze meting over het algemeen niet in vuile en vochtige lucht toegepast kan worden. Als deeltjes zich hechten aan het draadje, gaat het meetresultaat namelijk afwijken. Verder is de meting richtingsgevoelig en niet geschikt voor hoge (proces) temperaturen. Daarnaast meet de transmitter de luchtsnelheid maar op één ‘speldenpuntje’ in het kanaal, waardoor een vaste opstelling voor een luchtdebietmeting niet aan te raden is. Meet je in het midden van het kanaal en doe je vervolgens een berekening, dan zal de berekende capaciteit veel hoger liggen dan in werkelijkheid het geval is.

Pitotbuis
De pitotbuis is een instrument voor het meten van de snelheid van een gas- of vloeistofstroom. Dit instrument wordt toegepast als snelheidsmeter in een vliegtuig of in de Formule 1 om de luchtsnelheid te meten en vervolgens de downforce te kunnen bepalen. Als je alleen afgaat op de rijsnelheid van de auto, kunnen de wind en rijwind van invloed zijn. Je meet de dynamische druk. Dat is het drukverschil tussen de totaaldruk (tip van de buis) en de statische druk (gaatjes rondom). Om de snelheid uit te lezen heb je een transmitter of handmeter nodig die een flowcalculatie kan doen. De pitotbuis is zeer robuust, nauwkeurig en geschikt voor hogere snelheden en temperaturen.

Nadeel
Een nadeel is dat het instrument niet geschikt is voor lage snelheden (<2 m/s) en slechts op één punt in het kanaal meet. De pitotbuis is gevoelig voor vervuiling en condens, maar dit kan door middel van een purge-unit opgelost worden. Dat is een unit, die geplaatst wordt tussen de transmitter en de pitotbuis. Op vaste tijden worden de poorten van de drukverschiltransmitter kort gesloten (en houdt die de analoge uitgang vast) en wordt de buis in een instelbare tijd doorgeblazen. Daarna schakelt de solenoïdeklep weer om en meet je op een correcte manier de snelheid.

Zelfmiddelende pitotbuis
De zelfmiddelende pitotbuis is in principe hetzelfde als de standaard pitotbuis, met als verschil dat deze op meerdere punten meet. Deze flowsensor plaats je in de gehele kanaaldiameter. De flowsensor middelt over de gehele diameter de snelheid uit (er zitten meer gaatjes langs de wand dan in het midden). Dit is de beste meetmethode om het luchtdebiet te meten. In een rond kanaal plaats je vaak twee sensoren in een kruis. In een rechthoekig kanaal plaats je deze afhankelijk van de diameter naast elkaar. Vervolgens lus je de min-aansluiting en de plus-aansluitingen met elkaar door. Het voordeel van de zelfmiddelende pitotbuis is dat deze zeer robuust is en geschikt voor hoge snelheden. De flowsensoren zijn leverbaar in verschillende materialen zoals aluminium, RVS en met een epoxy coating. Hierdoor kan deze meting gebruikt worden in uiteenlopende situaties, van een cleanroom tot en met afzuiglucht van een zuurkast of proceslucht van 600°C. Door middel van een auto-zero (automatische nulstelling van de drukmeting) zijn ook lage snelheden te meten, maar meestal wordt een startsnelheid van 2 m/s aangehouden. Uiteraard is er in het veld extra montagewerk nodig, maar HVAC-installateurs komen hier altijd wel uit. Bij een applicatie met vervuiling en/of condens zijn er, net als bij de standaard pitotbuis, oplossingen in combinatie met een purge-unit mogelijk.

Vleugelrad
Bij de laatste meetmethode telt een vleugel- of schoepenrad het aantal omwentelingen per schoep. Het aantal pulsen is een maat voor de luchtsnelheid. Het voordeel van deze meetmethode is dat het instrument ook lagere snelheden meet (startsnelheid 0,3 m/s), turbulentie dempt omdat deze vergeleken met een hittedraad over een groter oppervlakte meet (rond 14, 70 of 100mm) en toepasbaar is van -20 tot 80gr. Sommige uitvoeringen zijn te gebruiken als flowrichtingsdetectie, omdat de sensor in een bepaalde richting is gekalibreerd, ‘ziet’ de sensor welke kant deze opdraait. Het nadeel is dat het vleugelrad kwetsbaar is bij continu gebruik (klein lagertje) en gevoelig is voor vervuiling en vocht 

Auteur: Teun Mulder, Specialist HVAC Instrumentatie bij Hitma

In de installatiebranche is het nog zelden een onderwerp van gesprek. Maar volgens Marjet Rutten gaat parametrisch ontwerpen minstens net zo’n impact hebben als BIM. IZ sprak met de auteur, marketeer en innovator in de bouwsector. Rutten onderzocht voor BNA hoe parametrisch ontwerpen de bouw zal veranderen. De eerste vraag is natuurlijk wat deze ontwerpmethodiek precies behelst.

Omschrijving
“Parametrisch ontwerpen is een ontwerpproces waarbij op basis van data en relaties tussen onderdelen een ontwerp wordt gegenereerd. Het gaat om het leggen van relaties. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als ik de beukmaat van mijn pand verander? Bij een parametrisch model rekent het systeem de gevolgen voor je door. Wat verandert er dan nog meer? Alle kennis die we hebben is intelligent verwerkt in een datamodel. Het is dus een dynamisch systeem”, legt ze uit.

Tool
“Het is feite een ‘tool’, waarbij je aan de knoppen kan draaien. Mensen voeren de parameters in. Verander je de parameter, zoals bijvoorbeeld de grondoppervlakte voor een vloerverwarmingssysteem, dan rekent het model door wat dat bijvoorbeeld betekent voor de benodigde capaciteit van het verwarmingssysteem.”

Handig
Dat is reuze handig. “Stel je hebt een plot waarop woningen komen te staan en randvoorwaarden gelden voor de maximale hoogte en oppervlakte, dan berekent het systeem alle mogelijkheden.” Deze ontwerpmethodiek is ook uitstekend toe te passen voor installatietechniek, vertelt Rutten. “Zo heeft de TU/E software ontwikkeld om door te rekenen wat in een gegeven situatie de meest duurzame woning is, rekening houdend met isolatie, soort installaties, kosten en dergelijke.”

BIM
Parametrisch ontwerpen gaat een stap verder dan bimmen. “Daarbij maak je gebruik van 3D-software met extra dimensies, maar zonder intelligentie. Er vindt geen automatische doorberekening plaats.”

Andere voordelen
Dat parametrisch ontwerpen legio voordelen biedt, is dus wel duidelijk. Naast snelheid en een verruiming van de mogelijkheden, zodat je kan ‘customizen’, betreedt je ook een nieuwe esthetische dimensie. “Met parametrisch ontwerpen kan je spannendere ontwerpen maken, waardoor gebouwen er anders gaan uitzien.” Ook wordt het ontwerpproces transparanter, waardoor de faalkosten omlaag gaan. “Uiteraard alleen als de juiste parameters worden ingevoerd”, voegt Rutten toe. En de initiële bouwkosten gaan omlaag, omdat er bijvoorbeeld minder installatieadvies nodig is.

Installateurs
Waar de architecten en ontwikkelaars al aan de slag gaan met parametrisch ontwerpen, blijft de installatiebranche wat achter. De omslag maak je ook niet van de ene op de andere dag, vertelt Rutten. “Je moet onder andere kennis hebben van modelleren, ICT, procesbeheersing en installatietechniek.” De innovatie-expert raadt de kleine en middelgrote installateur aan om voorlopig de ontwikkelingen voornamelijk te volgen. Zie je kansen om een en ander te vertalen naar praktische toepassingen, dan kan je op een rijdende trein springen. “Bijvoorbeeld door gebruik te maken van bestaande modellen als van de TU/E of door met een aantal andere kleine bedrijven de krachten te bundelen.”

Toekomst
“Ik denk dat parametrisch ontwerpen over circa 5-10 jaar is ingeburgerd. Het wordt een belangrijke tool om advies te geven, aan klanten en medespelers in de bouwkolom. Parametrische modellen zullen bovendien in toenemende mate gekoppeld worden aan productiefaciliteiten, zodat er in fabrieksmatige omstandigheden aan de hand van een specifieke klantvraag een oplossing van de band komt rollen. En daardoor zal de bouwplaats nog meer dan nu al het geval is, veranderen in een montageplaats.

Basisschool De Verwondering in Almere kan met recht een landmark worden genoemd. Het gebouw is circulair, duurzaam en opgetrokken volgens de principes van Biophilic Design. Dat was best wennen voor de installateur. IZ sprak erover met Architect Guus Degen.

De Verwondering presenteert zichzelf als een “ecologische school. Dit ecologische gedachtegoed ziet u terug in ons gebouw, in het gebruik van materialen en bijvoorbeeld door het zelf energie opwekken met zonnepanelen”, aldus de website.

Biobased
ORGA architect nam het ontwerp voor zijn rekening. “ORGA maakt moderne biobased architectuur. Hout is het materiaal, gezonde en groene gebouwen zijn het doel. Circulariteit en comfort zijn vanzelfsprekend. Oplossingen zijn natuurlijk waar het kan en technisch waar het moet”, aldus het architectenbureau.

Houtskeletbouw
Veel hout dus en dat is te merken. Het gebouw heeft een hybride CLT/houtskeletbouw constructie. De kolommen zijn gemaakt van geschaafde boomstammen. Ook de kanaalplaatvloeren, buitenwanden en kozijnen zijn van hout. Daarbij is onder meer gebruik gemaakt van vuren, accoya en lariks, deels voorbehandeld. Overigens zijn de binnenwanden van ongebakken leemsteen.
Demontabel
“Bijna alle materialen zijn biobased, dat wil zeggen op korte termijn hernieuwbaar”, licht architect Degen toe. Dat geldt ook voor de kurkwanden, die het gebouw opsieren. Een circulair gebouw is in principe makkelijk te demonteren aan het einde van zijn levensduur. Vandaar dat men alleen bout-moer verbindingen heeft toegepast. “Pen-gat verbindingen zijn theoretisch gezien ook mogelijk bij een circulair gebouw, maar in dit geval niet, omdat ze de krachten niet aan zouden kunnen.”

Zonverkaveling
Het gebouw bestaat de facto uit 3 clusters met een middenruimte. Bij de oriëntatie is rekening gehouden met zonverkaveling. Zo zijn de grote gevelramen van de middenruimte gericht op het oosten, westen en zuiden voor optimale daglichttoetreding. Ook de lokalen zijn zodanig gepositioneerd dat de glaspartijen het zonlicht onder de meest gunstige omstandigheden kunnen binnenlaten.

Passieve maatregelen
Uiteraard zijn er de nodige passieve bouwkundige maatregelen genomen om ongewenste opwarming of warmteverlies te voorkomen. Rondom het gebouw staan bomen die het daglicht filteren. De centrale ruimte heeft overstekken. Klaslokalen met glaspartijen op het zuiden en zuidwesten hebben passieve zonwering bestaande uit een semitransparante luifel die directe zoninstraling verhindert. Ook de vegetatie op het dak en de klimrekken met beplanting op zonrijke gevels gaan oververhitting van het gebouw tegen.

Isolatie
De ramen zijn van dubbel of triple glas. De lemen binnenwanden hebben als extra voordeel dat ze de warmte of koude langer vasthouden. Ze fungeren dus dankzij hun thermische massa als buffers.

Stroom
Op het dak liggen onder andere PV-panelen. Ze leveren voldoende energie om aan de gebouwgebonden vraag te voldoen. De Verwondering kan de resterende stroomvraag invullen via het reguliere net. Het is behoorlijk druk op het dak. Naast de PV-panelen, liggen er ook zonnecollectoren en wordt een deel benut als groen dak. De Verwondering heeft daar een buitenspeellokaal op laten plaatsen, bovendien lopen er kippen rond en worden er onder andere tomaten gekweekt.

Verlichting
De Verwondering heeft aanwezigheidsdetectie voor de verlichting. Bovendien schakelt het systeem terug bij grote gevelopeningen, zodat het licht minder fel wordt, legt Degens uit.

Warmteopwekking
De verwarmingsinstallatie heeft een ijsbuffertank, een innovatieve variatie op een warmteopslagsysteem. Het ijsbuffer warmteopslagsysteem is geïntegreerd ontworpen met zonnecollectoren en andere energiebesparende systemen. Het ijsbuffer warmteopslagsysteem verwarmt en koelt gebouwen door slimme toepassing van bestaande natuurwetten. De clou: bij de overgang van koud water naar ijs wordt een enorme hoeveelheid energie omgezet, de zogenaamde kristallisatiewarmte. Zodra het volledig geautomatiseerde systeem signaleert dat de energie van de zon en de lucht niet langer toereikend is om de warmtebehoefte te dekken, onttrekt het systeem extra energie uit de ijsbuffer. De ijsbuffertank staat in een betonnen kelder onder het buitenterrein.

Afgiftesysteem
Voor de warmteafgifte zijn verschillende opties de revue gepasseerd. Vloerverwarming lag voor de hand, maar viel af, “omdat het een te traag werkend systeem is”. Vandaar dat er is gekozen voor een combinatie van luchtverwarming met elektrische naverwarming. Het pand heeft een gebalanceerd ventilatiesysteem met WTW, per cluster staat er een LBK opgesteld. Via airsocks worden in de lokalen grote hoeveelheden lucht aangevoerd met een lage snelheid. De gebruikte lucht gaat via de gangen naar de centrale ruimte en wordt daar afgezogen.

Zomernachtventilatie
De basisschool heeft daarnaast een natuurlijk ventilatiesysteem van Duco. Projectadviseur Edwin Pelkman: “Ieder lokaal heef een ventilatienachtluik DucoGrille NightVent. Dat is een inbraakwerend ventilatierooster met thermisch onderbroken klep. Deze is zo hoog mogelijk in het raamkozijn geïntegreerd. Als je overdag intensief wilt ventileren, dan zet je het luik open en schakelt de basisventilatie uit. Noodzakelijk, want anders krijg je kortsluiting in de luchtstroom. ‘s Avonds gaan sowieso de luiken open, maar ook de dakkappen. Zo ontstaat er een thermische trek, waardoor de school ieder uur met 5 à 7 keer het gebouwvolume aan lucht ververst wordt. En dat met een snelheid vanaf 2 meter per seconde. Voor alle duidelijkheid: De Verwondering heeft twee Duco 130HP dakkappen waarin de DucoGrille Close 105 is opgenomen. Dit om de volumestroom te reguleren.”

BENG
Nachtventilatie wint aan populariteit, merken ze bij Duco. “Het sluit aan bij de TOJuli-eis om terug te koelen met natuurlijke ventilatie. Je hebt het als het ware nodig om de BENG dichtgerekend te krijgen.” De projectadviseur plaatst overigens een opmerking over de toepassing van die nieuwe regels door architecten: “Je kunt oververhitting ook, deels, met architectonische maatregelen tegengaan. Glaspartijen op het zuiden leveren tussen januari en mei maar een minimaal aantal zonne-uren en opwarming op. Daar zou je eigenlijk al rekening mee moeten houden bij het ontwerp. Bij de Verwondering is daar gelukkig op de juiste manier naar gekeken.”

Water
Architect Degen wilde graag een helofytenfiltersysteem laten installeren om zo het water te reinigen. De gemeentelijke regelgeving liet dit helaas niet toe. Het is wel gelukt om op een hele speelse manier de kinderen vertrouwd te maken met het regenwater. Bij regen loopt het hemelwater via spuwers over het schoolplein naar de nabijgelegen beek. Binnen, zijn waterbesparende urinoirs geïnstalleerd. “Maar dat is vrij standaard sanitair”, aldus Degens.

Monitoring
De energieprestaties worden deels gemonitord met een GB-systeem. Er hangen infoborden in de school, waarop onder andere valt terug te vinden hoeveel energie de PV-panelen opwekken.

Samenwerken
Terugkijkend kan Degen wel een aantal lessen trekken uit het project. “Allereerst dat we op de goede weg zitten met onze werkmethodiek. Bij een ecologisch bouwproject grijpen Biophilic Design, bouwkunde en installatietechniek zo sterk in elkaar, dat je al vanaf het prille begin met elkaar moet samenwerken. Wij hebben dan ook in de ontwerpfase gebimd en daarbij ook de gebruiker betrokken. Pas daarna volgde de aanbesteding.” De installateur had tijd nodig om te wennen aan de werkwijze en de andere installatieconcepten. “Hij was aanvankelijk bang dat de nachtventilatie de werking van het balansventilatiesysteem zou verstoren.” Uiteindelijk zijn beide systemen geïnstalleerd. En kunnen ze, zoals eerder uitgelegd, uitstekend met elkaar samenwerken 

Als we het over comfort hebben, kan er naast wettelijke eisen ook sprake zijn van persoonlijke wensen waaraan een bouwproject moet voldoen. De opdrachtgever kan bijvoorbeeld wensen dat er energiezuinige installaties toegepast worden en dat het ontwerp minimaal moet voldoen aan de BENG- of NOM-eisen. Ron Bosch, HBO-hoofddocent Installatietechniek en installatieadviseur zal aan de hand van enkele voorbeelden ingaan op mogelijke installatieconcepten.

Wat is comfort eigenlijk? Bij thermisch comfort hebben we het binnen ons vakgebied over de mate van tevredenheid met het thermisch binnenklimaat. Er zijn diverse factoren die het thermisch binnenklimaat beïnvloeden, zoals het buitenklimaat (wind, zon en temperatuur), de isolatie, de hoeveelheid en oriëntatie van de beglazing (zoninstraling) en de kwaliteit en capaciteit van de verwarmings-, koel- en ventilatiesystemen die de woning op basis van de transmissie- en ventilatieberekening nodig heeft.

Warmwater comfort
Behalve thermisch comfort is er tegenwoordig ook volop aandacht voor warmwater comfort bij het ontwerp van installaties. Enerzijds moeten we het energiegebruik voor de productie van warm water zoveel mogelijk zien te beperken, anderzijds mag dat niet ten koste van het comfortniveau gaan. Daarbij is het belangrijk om te letten op de juiste temperaturen en aanleg plus dimensionering van ww-installaties om bijvoorbeeld legionella en leidingverliezen te verminderen. De gevraagde warmwater hoeveelheden hangen geheel af van de grootte en het aantal warmwater tappunten in de woning. Tegenwoordig is er sprake van een grote vraag naar warm water: de regen- en watervaldouches en de mini spa zijn immers niet meer weg te denken in de ‘Baderie-opstellingen’ in onze woningen.

Eisen
Voor warmwater comfort worden dus hoge eisen gesteld, te weten:
1. de juiste hoeveelheid warm water in de buffervoorziening om aan de vraag te voldoen;
2. korte wachttijden om zo min mogelijk energie te verliezen;
3. constante temperatuur van het warmwater;
4. constante druk op onze sanitaire toestellen;
5. het voorkomen van stilstandsverliezen door goede isolatie van appendages en leidingen;
6. het voldoen aan de BENG-regelgeving, meer specifiek:
● energiebehoefte – in kWh/m2 (EP1-indicator/ BENG 1)
● primaire fossiele energiegebruik – in kWh/m2 (EP2-indicator / BENG 2)
● aandeel hernieuwbare energie – in % (EP3-indicator / BENG 3)

Installatieontwerp
Zoals gezegd zullen isolatie van het gebouw, de hoeveelheid en oriëntatie van de beglazing en de kwaliteit en de benodigde capaciteit van de verwarmings-, koel- en ventilatiesystemen bepalende factoren zijn voor het installatieontwerp. Daar komen dus aanvullende warmwaterwensen van de opdrachtgever bij. Als we dit allemaal hebben doorgerekend zijn de belangrijk parameters bekend.

Ruimtecondities
Alvorens hiermee aan de slag te gaan, moeten we echter eerst de te behalen ruimtecondities per ruimte bepalen, waarbij we rekening houden met klimatologische buitencondities. Pas dan kunnen we op basis van een ruimtestaat bepalen wat waar nodig is en welke eisen er van kracht zijn, zodat we de juiste capaciteit kiezen.

Proven Technology
Als we dat weten, kunnen we uit alle mogelijke varianten het juiste installatieconcept kiezen voor die bepaalde woning. Wat wordt de warmteopwekker, het distributiesysteem waar wij het koel- en/of verwarmingsmedium door heen laten gaan, welke materialen gebruiken we, wat worden de warmte en koude afgifte elementen plus welke regeling passen we toe. Gebruik zoveel mogelijk Proven Technology. Het is daarnaast belangrijk om alvast te bedenken hoe de installaties later worden onderhouden en beheerd.

Praktijk tips
Aan de hand van Afbeelding I kan je op basis van de door jou bedachte installatievarianten bepalen hoe alles geregeld is rekening houdend met:
- ontwerp;
- uitvoering;
- beheer;
- gebruik.

Waarbij telkens van belang is:
- wat voor een energieopwekker er is gekozen;
- hoe de energiedistributie plaats vindt;
- welk afgiftesysteem is er gekozen.

Tot slot: houd ook rekening met aanvullende eisen voor een installatieconcept, zoals:
- vermogenseisen,
- uitvoeringseisen,
- regeltechnische eisen,
- energie-eisen 