Natuurlijke ventilatie in een warme productiehal (deel 1)

Ventilatie is het vervangen van ruimtelucht door verse buitenlucht. Iedere ruimte waarin levende wezens verblijven dient geventileerd te worden, om de noodzakelijke zuurstof aan te voeren en afvalstoffen te verwijderen. Naast afvalstoffen kan via ventilatie ook overtollige warmte worden afgevoerd.

In ruimten waar ook een (productie)proces plaatsvindt waar warmte en schadelijke stoffen bij vrijkomen, kan de ventilatiebehoefte aanzienlijk stijgen. Om het ventileren zo energie-efficiënt mogelijk uit te voeren, verdient het aanbeveling gebruik te maken van beschikbare natuurlijke krachten. We spreken dan van natuurlijke ventilatie.

Om lucht in of uit een ruimte te laten stromen, is een drukverschil nodig. Er zijn 2 natuurlijke fenomenen die een drukverschil tussen binnen en buiten kunnen verzorgen:

• natuurlijke trek (‘schoorsteeneffect’)
• wind

Natuurlijke trek

In onderstaande figuur is het te bereiken drukverschil t.g.v. natuurlijke trek weergegeven.

Drukverschil t.g.v. natuurlijke trek

Hieruit blijkt dat bij hoge hallen, zoals die bijvoorbeeld in de zware industrie voorkomen, redelijk grote drukverschillen kunnen ontstaan. Echter is dit wel sterk afhankelijk van het temperatuurverschil tussen binnen en buiten. In de zomer, wanneer de buitentemperatuur hoog is, is een zo klein mogelijk temperatuurverschil gewenst. Terwijl dan juist de ventilatiebehoefte hoog is. In die situatie zal er praktisch gesproken niet veel meer dan 5 à 10Pa beschikbaar zijn.

Let wel, met zo’n drukverschil kan nog steeds heel veel lucht ververst worden, als de gevelopeningen maar groot genoeg zijn. Maar lucht via kanalen transporteren is nagenoeg onmogelijk, en al helemaal als hierin nog voorzieningen voor luchtreiniging of geluiddemping aanwezig zijn.

Wind

De drukverschillen die door windaanval op het gebouw kunnen ontstaan, kunnen aanmerkelijk groter zijn dan die t.g.v. natuurlijke trek. Naast de windsnelheid spelen ook de vorm, de afmetingen en de ligging van het gebouw een belangrijke rol. Aan de windzijde van het gebouw zal een overdruk heersen, terwijl aan de lijzijde onderdruk ontstaat. De mate van over- en onderdruk wordt aangegeven met de drukcoëfficiënt C_p. In de grafiek is uitgegaan van een waarde C_p=1,0 voor de wind en lijzijde tezamen.

Drukverschil t.g.v. wind

De wind is echter niet constant aanwezig. Om deze reden worden natuurlijke ventilatievoorzieningen normaliter uitgelegd op de situatie van een warme zomerdag zonder wind.

Conclusie is dat de wind de thermische trek kan ondersteunen. De hoeveelheid ventilatie zal gedurende het jaar sterk fluctueren. Dat zou kunnen betekenen dat er perioden zijn dat er te weinig geventileerd wordt, met als gevolg dat temperaturen of concentraties van schadelijke stoffen boven de gewenste grenswaarden stijgen.

Nadelen

Maar kan er ook te veel worden geventileerd? Aangezien de ventilatie gratis is (afgezien van de investeringen in voorzieningen in de gebouwschil) zou men geneigd kunnen zijn deze vraag met ‘nee’ te beantwoorden. De zaak ligt toch iets genuanceerder.

In de winter is het warmteoverschot in een productiehal veel kleiner dan in de zomer. Wellicht is er zelfs warmtebehoefte. De hoeveelheid afvalstoffen is direct aan het productieproces gekoppeld, en zal over het jaar niet veel variëren. Er is dus wel behoefte aan schone lucht, maar veel minder aan koude lucht. Wanneer de lucht onder de 0°C is, kan het ook nog tot bevriezingen leiden. Dan moet dus door het gedeeltelijk sluiten van de gevelopeningen de ventilatie worden teruggeschroefd. In een ongunstig geval misschien zoveel dat niet meer aan de eisen voor de luchtkwaliteit wordt voldaan. In een mechanisch ventilatiesysteem kan in deze situatie de koude buitenlucht via warmteterugwinning worden opgewarmd. Bij natuurlijke ventilatie is dat veel lastiger.

Maar ook in de zomer kan onbeperkt ventileren mogelijk tot problemen leiden. De snelheid waarmee natuurlijk toegevoerde ventilatielucht door het gevelrooster stroomt, is afhankelijk van het aanwezige drukverschil. Hoewel de drukverschillen, zoals we hierboven hebben gezien, klein zijn kunnen toch hoge luchtsnelheden ontstaan. Bij een drukverschil van 10Pa, een druk die al bij ongeveer windkracht 3 verwacht kan worden, zal de lucht met een snelheid van circa 4m/s binnenstromen. In een stoffige productiehal zal dit tot forse stofopwerveling leiden.

Conclusie

De conclusie is dat natuurlijke ventilatie een aantrekkelijke optie is, omdat warme productiehallen zonder gebruik van externe energie geventileerd kunnen worden. Toepassingen moeten echter met zorg worden ontworpen. Induventus kan dit voor u verzorgen. Neem contact met mij op om de mogelijkheden te bespreken.

In een vervolgartikel wordt nader ingegaan op natuurlijke luchtstromingen in de productiehal.