Interne belastingen
In tegenstelling tot een verwarmingslastberekening volgens DIN/TS 12831-1, moet er bij de koellastberekening rekening worden gehouden met de interne belastingen. De interne belastingen zijn meestal extra warmtelasten die leiden tot een verhoging van de ruimtetemperatuur in de ruimte als ze niet worden gecompenseerd door extra koelvermogen. Het aandeel van de interne belastingen in de totale koelbelasting van een ruimte kan niet worden verwaarloosd in verhouding tot de andere belastingen door transmissie en zonnestraling. In de koellastberekening worden de interne belastingen onderverdeeld in de gebieden:
- Mensen
- Verlichting
- Machines
Mensen worden onderverdeeld in vier verschillende activiteitsniveaus van "rustig zitten" (100 W) tot "staan met middelzwaar werk" (210 W). Bij een hoger activiteitsniveau neemt de warmteafgifte van de personen dus toe. De personen geven hun warmte af als voelbare warmte via convectie en als vochtige warmte via waterdampafgifte (zweten). Afhankelijk van de luchttemperatuur in de ruimte verschuift de verhouding tussen de twee soorten warmteafgifte. Bij hogere luchttemperaturen neemt het aandeel via convectie af.
Machines en verlichting zijn warmtebronnen waarvan de warmte-emissie meestal te wijten is aan hun elektriciteitsverbruik. Niet het stroomverbruik op het typeplaatje is hier doorslaggevend, maar het stroomverbruik tijdens normaal gebruik. Het stroomverbruik van de voedingseenheid van een desktop-pc kan bijvoorbeeld 500 W zijn. In het dagelijkse kantoorleven wordt de computer voornamelijk in de ruststand gebruikt, wat resulteert in een stroomverbruik van ongeveer 100 W. Als we de computer met zijn nominale stroomverbruik zouden beschouwen, zou dit leiden tot een onnodige toename van de vereiste koelbelasting.
De warmteafvoer van de drie interne belastingen is verdeeld in convectie en straling. Het convectieve deel is direct effectief in de ruimte, terwijl het stralingsdeel de oppervlakken in de ruimte verwarmt en pas op een later tijdstip in de ruimte effectief wordt. Het is ook niet noodzakelijk zo dat de belastingen effectief zijn in de leefzone. Bij gelaagde ventilatie kan bijvoorbeeld een deel van de convectiewarmte alleen effectief worden in het plafond. Om hiermee rekening te houden bij de berekening van de koellast, kan de ruimtebelastingsfactor worden gebruikt. Als alle warmte effectief is in de ruimte, is de ruimtebelastingsfactor 1,0. Deze waarde komt overeen met de standaardwaarde. Als er gelaagde ventilatie is zoals hierboven beschreven, kan de ruimtebelastingsfactor worden verlaagd naar bijvoorbeeld 0,5. Een afwijking van de standaardwaarde moet individueel worden bepaald en gemotiveerd door de planner.
Bedrijfstijden
De interne belastingen zijn niet constant gedurende de dag, maar zijn afhankelijk van het gebruik van het gebouw. Een kantoorruimte is meestal alleen overdag bezet, maar de bedrijfstijden van kantoren kunnen ook verschillen door het gebruik van het gebouw. De kantooruren van werknemers in industriële bedrijven zijn bijvoorbeeld vaak gericht op productiediensten en de kantoren zijn daarom aan het eind van de middag minder bezet dan in vergelijking met een klassiek dienstverlenend bedrijf. Om rekening te houden met deze verschillende bedrijfstijden moet voor elke interne belasting een gebruiksprofiel worden opgeslagen in de koellastberekening. In de gebruiksprofielen wordt voor elk uur van de dag een procentuele waarde van de respectieve belasting opgegeven. Een lunchpauze van een half uur resulteert bijvoorbeeld in een waarde van 50% voor de bezetting van de ruimte om 12 uur (Fig. 1).
Verlichting in gebouwen wordt gebruikt om een bepaalde helderheid op de werkplek te garanderen. Als er voldoende daglicht is, wordt de verlichting meestal uitgeschakeld. Het uitschakelen en aanpassen van de helderheid van de verlichting kan automatisch gebeuren door middel van een daglichtregeling. Een dergelijke regeling kan ook worden meegenomen in de berekening van de koellast. Het vermogen van de verlichting wordt automatisch aangepast aan de helderheid in de ruimte in aanvulling op het vooraf gedefinieerde werkingsprofiel.
Voorbeeldproject
De invloed van de interne belastingen en het werkingsprofiel moet worden uitgevoerd op basis van één verdieping van een kantoorgebouw (Fig. 2). De vereisten voor de kantoorruimten zijn samengevat in tabel 1. Als basis voor de overwegingen wordt het stroomverbruik van de verlichting en de IT-apparatuur ingevoerd volgens de huidige technologische standaard. Het aantal personen is forfaitair vastgesteld op de aanbevolen werkplekrichtlijn van 10 m² per persoon. De bedrijfsuren zijn vastgesteld op tien uur van 8 uur 's ochtends tot 6 uur 's avonds.
Invloed interne belastingen
Om een idee te krijgen van hoe veranderingen in interne belastingen het koellastresultaat beïnvloeden, worden de belastingen voor verlichting en machines gewijzigd als een percentage van het hierboven beschreven basispunt. Figuur 3 toont de relatieve veranderingen in koellast voor de vloer en voor twee kamers. Ten eerste valt direct op dat de verandering in de interne belasting leidt tot een lineaire maar onderproportionele verandering in de koelbelasting. Een toename van de interne belasting met 10 % leidt slechts tot een 5 % hogere koellast in de verdieping. Afhankelijk van de locatie van de ruimte ontstaan verschillende hellingen. Kamer 2-10 bevindt zich aan de westkant van het gebouw. Op het moment van de hoogste koellast wordt deze ruimte direct verlicht door de zon. In deze kamer is de helling vlakker dan in kamer 2-02, die aan de oostkant ligt. Uit de vergelijking van de twee kamers blijkt dat de helling vlakker wordt naarmate het aandeel van de zon in de koellast groter is.
Invloed van bedrijfstijden
Naast de verandering in interne belastingen is ook de invloed van bedrijfstijden op de koellast onderzocht. Figuur 4 toont de koellast van de verdieping voor verschillende bedrijfstijden met dezelfde interne belastingen. Voor de eerste drie resultaten is de bedrijfstijd telkens tien uur per dag en de verschillen zijn alleen te wijten aan de verschillende begin- en eindtijden. De laagste koellast ontstaat bij de bedrijfstijd die het vroegst begint. De grootste zonnestraling in de kamers treedt op in de vroege middaguren. Maar omdat een aanzienlijk deel van deze zonnestraling eerst wordt overgedragen op de verwarming van de gebouwcomponenten, beïnvloedt deze belasting alleen de koelbelasting in de late middaguren. Daarom neemt de koelbelasting voor de andere twee bedrijfstijden toe naarmate het werk later begint. Over het geheel genomen zijn de verschillen echter slechts enkele procenten. Zelfs het verhogen van de bedrijfsuren naar het maximum van 24 uur leidt slechts tot een toename van de koelbelasting van 9% op basis van de overeengekomen tijden.
Zoals hierboven beschreven, heeft de daglichtregeling een aanzienlijke invloed op de bedrijfstijden van de verlichting. Als de helderheid voldoende is, wordt de verlichting uitgeschakeld. Het verschil in koellast wanneer de daglichtregeling is geactiveerd, is te zien in afbeelding 5. Vergeleken met de verschillende bedrijfstijden wordt de koelbelasting aanzienlijk verlaagd door daglichtregeling. In totaal daalt de koelbelasting op de vloer met 16% en dit heeft de grootste invloed op het resultaat wat betreft de bedrijfstijden. Het activeren van deze optie in de berekening kan ook worden gebruikt in gebouwen zonder geautomatiseerde daglichtregeling. In zo'n gebouw zullen mensen uit zichzelf de verlichting uitschakelen als er voldoende licht is.
Conclusie
De drie overwegingen moeten je duidelijk maken hoe groot de invloed is van de interne belastingen en de bedrijfstijden op het resultaat van de koellastberekening. Hieruit wordt duidelijk dat de waarden voor de interne belasting van mensen, machines en verlichting zorgvuldig moeten worden gekozen. Als de gebruikte waarden niet overeenkomen met het latere werkelijke gebruik, verandert de koellast onderproportioneel, maar afhankelijk van de afwijking zijn de verschillen groot genoeg om eventueel negatieve effecten te veroorzaken op de werking van de koelsystemen. Bovendien moet de activering van de optie "daglichtregeling" worden gecontroleerd en overeengekomen met de klant. Aan de andere kant moet de bepaling van de bedrijfsuren gebaseerd zijn op de werkelijk verwachte bedrijfsuren, maar een uur meer of minder weegt niet zo zwaar als een verkeerde inschatting van de interne belastingen. In het volgende deel van onze serie onderwerpen gaan we dieper in op de externe belasting door zonnestraling en buitentemperatuur.