Klimaatcascade en zonneschoorsteen

Betekenis

Een klimaatcascade gecombineerd met een zonneschoorsteen vormt een grotendeels natuurlijk systeem voor ventilatie, koeling en verwarming van een gebouw, vaak aangeduid als Earth, Wind & Fire (EWF). De zonneschoorsteen benut thermiek om gebruikte lucht af te voeren, terwijl de klimaatcascade buitenlucht bevochtigt en als drukkracht naar de toevoerschacht stuurt; hulpventilatoren kunnen het systeem continu laten werken.

Toepassing

Het concept wordt toegepast in duurzame gebouwen waar natuurlijke luchtbehandeling wordt nagestreefd.

• In kantoren, scholen en grote woongebouwen vanwege de benodigde extra schachten.
• In gebouwen met integratie van warmteterugwinning (wtw) en warmte-koude-opslag (wko).
• In combinatie met zonnepanelen voor gedeeltelijke elektriciteitsvoorziening.
• Voor gebouwen met lage-energiedoelstellingen; voorbeeldtoepassing tot 2023: Breeze Hotel in Amsterdam ("zero energy hotel").

Werking / principe

• Zonneschoorsteen: een zuidgericht, met isolatieglas uitgevoerde schacht die overdag door de zon wordt verwarmd en thermische trek creëert om gebruikte lucht uit ruimten naar de afvoerschacht te zuigen.
• Klimaatcascade: een hoge schacht die buitenlucht bevochtigt met waterdruppels; de resulterende druk onderaan de schacht duwt de geconditioneerde lucht naar de toevoerschacht.
• Luchtstromen: de zuigende werking van de zonneschoorsteen voert afvoerlucht af, terwijl de duwende werking van de klimaatcascade verse lucht naar de ruimten brengt.
• Systeemkoppelingen: warmteterugwinning kan direct in het gebouw benut worden of worden geleid naar een wko-systeem; een booster warmtepomp kan warm tapwater leveren.

Onderdelen

• Windvanger (luchttoevoer en zonneschoorsteen)
• Klimaatcascade (warmtewisselaar met bevochtigingsbatterij)
• Toevoerschacht
• Zonneschoorsteen (thermiek als drijvende kracht)
• WTW-systeem (warmteterugwinning)
• Hulpventilatoren (voor flexibiliteit en zekerheid van werking)
• Zonnepanelen (op dak en schachtwanden)
• Afvoerschacht (afzuigschacht)

Voordelen

• Verminderd energiegebruik door natuurlijke trek en natuurlijke koelprincipes.
• Koeling van aangevoerde warme lucht door waterdruppels; in de zomer zorgen waterdruppels voor koelere toevoerlucht, in de winter voor verhoogde relatieve vochtigheid en mogelijk voor extra verwarming van de lucht.
• Mogelijkheid om opbrengst van wtw direct te gebruiken of naar een wko te leiden.
• Lagere luchtsnelheden (ca. 3 m/s) dan traditionele luchtbehandelingskasten (lbk, ca. 6 m/s), wat gunstiger is voor het binnenmilieu.
• Zonnepanelen op dak en schacht leveren een groot deel van de benodigde elektriciteit.
• In combinatie met wko kan het systeem in de winter voor verwarming zorgen; booster warmtepomp kan warm tapwater verzorgen.
• Verwachte lagere onderhoudskosten en vergelijkbaar ruimtebeslag met traditionele LBK-installaties.

Aandachtspunten

• Hulpventilatoren kunnen nodig zijn om het natuurlijke systeem altijd werkzaam te houden.
• Intensieve samenwerking tussen architect en klimaatingenieur is noodzakelijk voor ontwerp en uitvoering.
• Extra schachten maken het systeem vooral geschikt voor grotere gebouwen zoals kantoren, scholen en wooncomplexen.
• Ruimere toevoer- en afvoerkanalen vereisen een andere dimensionering door de lagere luchtsnelheid (ca. 3 m/s).
• Filters (mogelijk grove filters) en een ontmister zijn nodig om verontreiniging en kleine waterdruppels in de toevoerschacht te vermijden; luchtdichte aansluitingen zijn belangrijk om valse trek en onnodig extra geforceerde ventilatie te voorkomen.