Warmtewiel

De techniek

Het hoofdelement van deze technologie is een ­roterende aluminium schijf (rotor) die warmte en vocht absorbeert uit de uitgaande warme luchtstroom om die vervolgens over te dragen aan de inkomende koude lucht. Het systeem kent verder een aandrijfmotor, een toevoer- en een afvoerventilator, luchtfilters, regelkleppen, sensoren en – optioneel - een bypass-klep die de luchtstroom om de warmtewisselaar heen kan leiden wanneer warmteterugwinning niet ­
nodig is.

Rendement, voordelen en nadelen

Vanwege de roterende massa, is de warmteoverdracht heel effectief. Daardoor geven warmtewielen hoge rendementen; ze kunnen tot 85 procent van de warmte-energie uit de afvoerlucht terugwinnen. Door middel van de rotatiesnelheid kun je sturen op het rendement. Hoe sneller het wiel draait, hoe meer energie die overdraagt aan de toevoerlucht. Ook vindt bij warmtewielen geen ijsvorming op de wisselaar plaats. Er is dus geen ontdooicyclus nodig. Belangrijk voordeel is ook dat je met een sorptierotor vocht en koude kan terugwinnen. Dat geeft beter comfort en is interessant voor het koelvermogen in de zomer. Vanwege de vochtterugwinning is er geen condens-afvoer nodig. Warmtewielen zijn compact en licht van gewicht, waardoor ze bij beperkte ruimte meer mogelijkheden bieden. Een nadeel kan zijn dat er bij de overdracht wat lucht kan weglekken. De exploitatie- en onderhoudskosten zijn relatief laag.

Toepassingen

Warmtewielen worden vooral toegepast in situaties waar vochtterugwinning van belang is, zoals in ­kantoren en ziekenhuizen en bij toepassing op daken met een beperkte draaglast. Bij de installatie is het van belang om ventilatoren zodanig te plaatsen dat er geen of minimale overdracht is van retour naar aanvoer. Naast het af en toe vervangen van de snaar, speelt bij onderhoud het nastellen van de viltafdichtingen een rol, om lekverlies van retour naar afvoer te voorkomen. En uiteraard het vervangen van de filters en lagers.

Twin coil

De techniek

Twin coil wtw draagt warmte over tussen twee luchtstromen zonder directe luchtmenging. De twee gescheiden wisselaars (coils) zijn verbonden door een gesloten circulatiesysteem met een water-glycolmengsel. De eerste wisselaar bevindt zich in de afvoerluchtstroom. Die neemt de warmte op van de instromende lucht. Een pomp brengt het opgewarmde medium door het leidingensysteem naar de tweede warmtewisselaar. Die draagt de warmte over aan de toevoerlucht. Het systeem bestaat uit twee warmtewisselaars, een pomp, een gesloten leidingsysteem voor het medium, regelkleppen, filters en ontluchtingsventielen. Een uitbreidingstank is optioneel en dient om volumeveranderingen van het medium op te vangen.

Rendement, voordelen en nadelen

Omdat er een extra energiedrager tussen de luchtstromen zit, geeft dit wtw-systeem het laagste rendement. Het grote voordeel van twin coil wtw is dat de luchtstromen 100 procent gescheiden zijn. Daardoor kunnen verontreinigingen, geuren of ziekteverwekkers van de afvoerlucht niet in de toevoerlucht terecht komen. Gunstig is ook dat het toevoer- en afvoerkanaal zich niet direct bij elkaar hoeven te bevinden. Dat geeft meer ontwerpflexibiliteit. Vanwege de complexiteit van het systeem, is het wel een duurdere optie dan de voorgaande wtw-technieken. Daarnaast is het lastiger om met twin coil een label A te bereiken voor de lbk, vanwege het beperkte rendement. Vocht terugwinnen is niet mogelijk met een twin coil. Er is dus een afvoer van condenswater nodig.

Toepassingen

Twin coil wordt vaak toegepast bij renovaties, waar het regelmatig voorkomt dat toevoer en retour niet bij elkaar te plaatsen zijn. Het systeem is daarnaast eenvoudig te integreren in een bestaande lbk, als retrofit-oplossing. Toepassing ligt vooral voor de hand in situaties waar de luchtstromen volledig gescheiden moeten blijven, zoals in ziekenhuizen, laboratoria of industriële processen, omdat de afvoerlucht daar vervuild kan zijn.

Tot slot is twin coil gunstig als ook het koelen van invoerlucht gewenst is. Door de vloeistof in het systeem te koelen, kan de twin-coil warmtewisselaar de toevoerlucht ook afkoelen.

Het is belangrijk om de twin coil wtw goed in te regelen op de pompsnelheid en het debiet van het medium. Controleer bij het onderhoud altijd of het water-glycolmengsel nog de juiste concentratie heeft en of het mengsel de afdichtingen heeft aangetast. Reiniging van de wisselaars en ontluchting van het systeem zijn belangrijk om de efficiëntie op peil te houden.

Thermodynamische wtw

De techniek

Thermodynamische wtw in luchtbehandelingskasten combineert de principes van warmteterugwinning met die van een warmtepomp. In het luchtbehandelingssysteem zorgen directe warmte-expansiewisselaars (DX-wisselaars) met koudemiddel voor het onttrekken of toevoegen van warmte en koude uit de lucht. Het systeem bestaat uit twee ventilatoren voor de toevoer- en afvoerlucht, een compressor, een condensor, een expansieventiel, een verdamper en filters. Het werkingssysteem lijkt op die van een twin coil. Maar waar bij twin coil water met glycol circuleert tussen de twee luchtstromen, is hier het (lucht-lucht) warmtepompsysteem met koudemiddel ingebouwd, met wisselaars aan de inblaas- en de retourzijde. De bypass-klep voor vrije koeling of verwarming is meestal standaard geïntegreerd.

Rendement, voordelen en nadelen

De efficiëntie van dit type wtw is lastig te vergelijken met die van de andere technieken, maar leveranciers van deze systemen geven aan dat het wtw-rendement uitkomt op zo’n 80 procent bij een vergelijkbare berekening. Het voordeel van dit systeem is dat het ventilatie en wtw combineert met ingebouwde nabehandeling. De energiebesparing is aanzienlijk, omdat een groot deel van de koel- en verwarmingslast al door dit systeem wordt ingevuld, op efficiënte wijze. Hoewel het de toevoerlucht dus thermisch kan conditioneren, is het niet bedoeld voor hoofdkoeling of -verwarming. Daar is het in hartje zomer of winter niet afdoende voor. Net als bij twin coil zijn de luchtstromen bij deze systemen volledig gescheiden, waardoor de overdracht van vervuiling is uitgesloten. Ook dit type wtw wint geen vocht terug. Door de geïntegreerde nabehandeling is de installatietijd beperkt.

Toepassingen

Thermodynamische wtw is vooral geschikt voor kantoren en winkels, niet voor kritische en industriële omgevingen. Bij de installatie is het belangrijk om aanvoer en retour niet te dicht bij elkaar te plaatsen, om te voorkomen dat het uitgeblazen lucht direct weer aanzuigt. In het onderhoud is het periodiek wisselen van de filters nodig om vervuiling van de wisselaars en teruglopend rendement te voorkomen.

Kruisstroom- en tegenstroomwarmtewisselaars

De techniek

Het basisprincipe van deze twee wisselaars is hetzelfde: in plaats van een rotor (warmtewiel), wordt de warmte hier opgevangen en overgedragen door statische, aluminium platen. Bij kruisstroom kruisen de luchtstromen elkaar, zonder direct met elkaar in contact te komen. Bij tegenstroom stroomt de warme en koude lucht in tegengestelde richtingen. Beide systemen bevatten filters en ventilatoren, regelkleppen en sensoren. Een bypass-klep is hier een must; de kruisstroom moet vanuit de ErP regelbaar zijn.

Rendement, voordelen en nadelen

Het rendement van deze types warmtewisselaars varieert. Tegenstroom zal met maximaal 90 procent in veel gevallen het hoogste rendement geven. Dat komt omdat het temperatuurverschil over de hele lengte van de wisselaar groot blijft. Het rendement van kruisstroomwisselaars ligt met 65 tot 75 procent een stuk lager. Maar omdat ze technisch eenvoudiger in elkaar zitten, zijn ze doorgaans wel heel betrouwbaar. Tegenstroomwisselaars hebben een wat complexere constructie. Een voordeel is dat bij tegenstroom het risico op luchtmenging van aanvoer en retour kleiner is dan bij kruisstroom. Dat is gunstig in situaties waar vervuiling in de afvoerlucht niet terug naar binnen mag komen. Bij beide wtw-types is er geen vochtterugwinning. Er is dus altijd condensafvoer nodig.

Toepassingen

Kruisstroomwisselaars zijn het best toe te passen in kantoren en winkels waar een kostenefficiënte oplossing gewenst is en de eisen aan het binnenkimaat minder streng zijn.  Tegenstroomwisselaars worden vaak gebruikt in ziekenhuizen, laboratoria, zwembaden en andere gebouwen waar nauwkeurige beheersing van de luchtkwaliteit en temperatuur een vereiste is. Maar ook in situaties met een groot warmteoverschot, zoals fabrieken of datacenters, vanwege het hogere rendement op warmteterugwinning. Onderhoud beperkt zich tot het regelmatig reinigen of vervangen van de filters.

Tekst: Astrid Zoumpoulis
Foto’s: Econox, Nedair en Airview

Lees meer artikelen in het dossier Ventilatie