Natuurlijke ventilatie in een warme productiehal (deel 2)
In het vorige artikel is gesproken over natuurlijke ventilatie, waarbij vooral gekeken is naar de natuurlijke aan- en afvoer van lucht via gevel en dak. In dit artikel wil ik me meer richten op wat er met de lucht in de hal gebeurt.
Ook daar is het voordelig om gebruik te maken van natuurverschijnselen die er optreden.
Warme lucht pluim boven warmtebron
In de titel van dit artikel wordt gesproken over ‘warme productiehal’. Hiermee wordt bedoeld een hal waarin één of meer (grote) warmtebronnen aanwezig zijn. Een warmtebron brengt de omringende lucht in beweging. Door opwarming neemt de dichtheid van de lucht af en deze stijgt daardoor op. Een warme pluim is het gevolg.
Vaak is het zo dat de warmtebron ook stof of damp uitstoot, zoals bijvoorbeeld bij een lasproces, verdamping uit een ketel of emissie uit een oven. In zo’n geval is de pluim niet alleen warm, maar ook vuil.
Warme en vuile lucht pluim
Als de pluim warm en vuil is, is de omgeving per definitie koeler en schoner. Van deze eigenschap kunnen we gebruik maken als we er voor kunnen zorgen dat de pluimen in de hal niet verstoord worden . Verstoren gebeurt bijvoorbeeld als we met een andere luchtstraal in de pluim blazen. De warmte en het vuil worden dan verwerveld en door de omgeving verspreid. Zo’n verstorende luchtstraal kan uit een mechanisch ventilatierooster komen, maar net zo goed uit een natuurlijk ventilatierooster in de gevel.
Verwerveling van vuile lucht
Animatie van verwerveling vuile lucht
Een dergelijke situatie moet dus bij voorkeur worden voorkomen.
Een voorbeeld waarbij dit fout gaat is een push-pull systeem zoals dat wel voor lashallen gepropageerd wordt.
De situatie waarbij er een optimale scheiding van warme/vuile lucht enerzijds en koele/schone lucht anderzijds gerealiseerd wordt, is als ventilatielucht dicht bij de vloer en impulsarm in de ruimte wordt gebracht. Dan ontstaat een situatie zoals in onderstaande figuur geschetst.
Grens tussen schone en vuile luchtlaag
Randvoorwaarden
De hoogte waarop de grens tussen warme/vuile en koele/schone lucht zich vormt, is afhankelijk van de eigenschappen van de warmtebron(nen) en de ingebrachte luchthoeveelheid.
Impulsarme luchttoevoer houdt in dat de luchtstroming weinig turbulent mag zijn en dat de snelheid laag is (maximaal circa 0,4m/s). Als de snelheid hoger is, gaat er menging met de omgevingslucht optreden, waardoor er geen duidelijke afscheiding ontstaat tussen warme/vuile lucht boven in de hal en koele/schone lucht nabij de vloer. Als door een juist ontwerp en vakkundige uitvoering van de installatie die scheiding wel ontstaat, houdt dat in dat de lucht nabij de vloer veel schoner is dan gemiddeld in de hele hal. Met een dergelijk systeem, verdringingsventilatie genoemd, kan dus een veel betere binnenmilieukwaliteit worden gerealiseerd dan met een luchtsysteem dat de lucht en verontreinigingen vermengt. Dit laatste systeem wordt meng- of verdunningsventilatie genoemd.
Efficiëntie
De afvoer van warmte gaat bij een verdringingssysteem tot meer dan 2 maal efficiënter dan bij een mengsysteem. De afvoer van verontreinigingen kan afhankelijk van de omstandigheden makkelijk 5x, maar ook wel tot 10 of meer maal efficiënter zijn.
Deze hoge efficiëntie kan gebruikt worden om een zeer goede binnenmilieukwaliteit te realiseren met dezelfde luchthoeveelheid als een mengsysteem. Of er kan gekozen worden een deel van de kwaliteitswinst op te offeren voor een lagere luchthoeveelheid. En minder lucht betekent minder kosten.
Conclusie is dat gebruik maken van in warme productiehallen voorkomende natuurlijke stromingen veel voordeel oplevert. Zowel voor de kwaliteit van het binnenmilieu als voor het kostenplaatje.
Is natuurlijk efficiënt?
Maar hoe verhoudt zich dat nu met de natuurlijke toestroming zoals die in deel 1 besproken is? In het concept van verdringingsventilatie is in het midden gelaten of de impulsarme luchttoevoer door mechanische of natuurlijke kracht wordt aangedreven. Dat maakt ook helemaal niet uit, zolang maar aan de voorwaarde van ‘impulsarm’ wordt voldaan. Zoals aan het einde van het eerste artikel over dit onderwerp werd getoond, kan bij natuurlijke toevoer door de gevel makkelijk een snelheid van enige meters per seconde worden bereikt. Veel hoger dus dan het maximum van 0,4m/s dat hierboven als grenswaarde voor verdringing is genoemd. In de huidige markt zijn voor zover mij bekend geen kant en klare oplossingen beschikbaar om natuurlijke ventilatie en verdringing te combineren.
Voorbeeld
Een 20m hoge productiehal met een warmtelast van 100W/m2 vloeroppervlak. Buiten is het 25°C. De lucht mag de hal met maximaal 40°C verlaten.
| Natuurlijke (meng)ventilatie | (Mechanische) verdringingsventilatie |
|---|---|
| Luchthoeveelheid 100*3/15=20m3/h.m2 | Luchthoeveelheid 100*3/15=20m3/h.m2 |
| Inblaastemperatuur 25°C | Inblaastemperatuur 25°C |
| Ruimtetemperatuur 40°C * | Ruimtetemperatuur 29°C |
| * In de praktijk zal wel enige verticale temperatuurgradiënt optreden, doordat de menging niet perfect is. De ruimtetemperatuur op vloerniveau zal zich instellen ergens tussen het theoretische minimum van 29 en maximum van 40°C. | |
| truimte≈35°C | truimte=29°C |
Conclusie
‘Natuurlijke’ ventilatie garandeert niet automatisch een efficiënt systeem. Uit het voorbeeld blijkt dat met een optimaal verdringingssysteem veel lagere ruimtetemperaturen kunnen worden gerealiseerd, dan met natuurlijke ventilatie. Wat voor temperatuur geldt, geldt voor luchtkwaliteit nog in veel grotere mate. Wanneer het uitgangspunt is om mensen in zo schoon mogelijke lucht te laten werken, leidt dat welhaast automatisch tot de keuze voor een verdringingssysteem.
Wilt u ook schone frisse werkplekken in uw bedrijfshal? Laat dan een ventilatie audit uitvoeren, of neem direct contact met mij op om uw situatie te bespreken.
