Plafondventilatoren: 4 seizoenen om energie te besparen?

We zijn in Duitsland in april 2024. De kosten van een kWh elektriciteit zijn meer dan 45 eurocent voor een particulier.

In Frankrijk wordt een kWh gefactureerd voor ongeveer 25 cent, vergeleken met 15 cent tien jaar geleden.

De vooruitzichten zijn dat deze trend zich voortzet, met een recente sterke stijging van de elektriciteitskosten.

Energiebesparing, en elektriciteit in het bijzonder, wordt dus een echte zorg in zowel de residentiële als de commerciële sector.

Hoe kunnen plafondventilatoren in deze context een significant verschil maken, met een reële impact op het gemeten verbruik?

Zomerseizoen: hoe kan het combineren van plafondventilatoren met airconditioning uw facturen verlagen?

In het ideale geval heb je natuurlijk geen airconditioning nodig. Maar wanneer airconditioning nuttig is, spelen luchtblazers een uiterst nuttige rol in hybride koeling.

Eerst en vooral mag je niet vergeten dat plafondventilatoren zorgen voor een stijging van de waargenomen temperatuur die afhangt van de luchtsnelheid, zoals weergegeven in de onderstaande tabel.

Figuur 1: Gegevens voor gemiddelde vochtigheid en kledingcondities, waarden overgenomen uit de gids Ventilation Woods

In de zomer kan de combinatie van ventilatoren en airconditioning echter aanzienlijke energiebesparingen opleveren door de instelpunten te verhogen. In een standaardconfiguratie met plafondventilatoren (luchtsnelheid = 0,7 m/s) is de temperatuurstijging 2°C. Deze stijging van 2°C (bijvoorbeeld door het instelpunt te verhogen van 26 naar 28°C) leidt echter tot energiebesparingen van 14 tot 20%, zoals blijkt uit een studie gepubliceerd in de Australian Journal of Architects (zie hoofdstuk 5.1 op p.8). Ter ondersteuning van deze gegevens toont een onderzoek dat in oktober 2023 in Singapore werd uitgevoerd door de Universiteit van Californië in Berkeley op 10 kantoor- en onderwijsruimten een verbruiksvermindering van 27% aan door de instelwaarde van de airconditioning te verhogen van 24°C naar 26,5°C, oftewel 10,8% per graad.

De Association Française Professionnelle des Ventilateurs de Plafond (AFPVP) heeft een artikel[i] gepubliceerd waarin de impact van hybride koeling (een combinatie van ventilatoren en airconditioning) op het verbruik van de La Défense-torens wordt aangetoond. Op districtniveau zou het jaarlijkse verbruik van airconditioning dalen van 93 miljoen euro naar 72 miljoen euro (voor een besparing van 105 GWh). Het rendement op de investering wordt geschat op minder dan 8 jaar.

Hoe kan ik eenvoudig besparingen op airconditioning simuleren?

Op de website van het CBE (Center For the Built Environment) van de Universiteit van Californië, Berkeley, staat een online tool die ontworpen is om de impact te meten van het veranderen van instelpunten voor airconditioning op VRV-systemen (Variable Refrigerant Volume).

Met deze tool kun je de instelpunten voor verwarming en koeling instellen.

Afbeelding 2: weergave van de EBC setpoint calculator, met behulp van de Chrome browser

Hieruit blijkt dat het verhogen van het instelpunt voor koeling met 2°C een besparing van 22,3% oplevert. Merk op dat de ventilator onder de grafiek overeenkomt met de klimaatregelingsapparatuur.

Cette simulation n’intègre pas la consommation liée aux brasseurs d’air.

Pour faire des simulations sur d’autres villes de France, il est possible d’utiliser un comparateur météo.

L’exemple présenté ici montre qu’un gain compris entre 7 et 10% par hausse d’un degré de climatisation apparaît tout à fait cohérent dans la mesure où :

• une vitesse d’air à 0,7 m/s permet de gagner 2°C de consigne de climatisation,
• la consommation des brasseurs d’air représente une part faible des consommations de climatisation.

Wat is de impact van “vermeden airconditioning”?

Het concept van “vermeden airconditioning” wordt steeds populairder in tropische zones en wordt nu uitgebreid naar gematigde zones. Het doel is om een van de grootste uitdagingen van onze tijd aan te gaan: de uitbreiding van airconditioning vermijden. Een studie van ADEME uitgevoerd in 2020[ii] geeft een overzicht van de situatie: 25% van de woningen op het Franse vasteland is uitgerust met airconditioning in 2020, tegenover 14% in 2016/2017. Het aantal airconditioners neemt dus snel toe en er moeten oplossingen worden geïmplementeerd om een buitensporige toename van het bijbehorende energieverbruik te voorkomen.

Afbeelding 3: Een muur van airconditioners in Singapore. Stoppen of nog eens stoppen?

In de onderstaande tabel schatten we de airconditioningvereisten op het Franse vasteland voor een typische woning.

Figuur 4: Geschat airconditioningverbruik voor een standaardwoning

Natuurlijk variëren deze waarden afhankelijk van de regio en het klimaat, maar ze geven een interessant idee: er wordt iets meer dan 1.000 kWh verbruikt per woning met airconditioning.

Voor de goede orde: het elektriciteitsverbruik in Frankrijk zal in 2023 445,4 TWh bedragen (voor de goede orde: een TWu = een miljard kWu).

Met 31 miljoen primaire woningen in Frankrijk en een uitrustingspercentage van 25% kunnen we het zomerverbruik van airconditioning schatten op 8,3 TWu.

Dit cijfer, hoewel hoger, lijkt consistent met de door ADEME gepubliceerde schatting voor 2020, waarin wordt uitgegaan van een residentieel verbruik van bijna 4,9 TWuⁱ.

Deze cijfers hebben echter alleen betrekking op woningen! In de commerciële sector wordt de airconditioning geschat op 10,6 TWu in 2020, waarvan ¾ afkomstig is van kantoren en winkels.

De besparingen die kunnen worden gerealiseerd in onderwijs- en kantoorgebouwen door het gebruik van airconditioning te vermijden, worden beschreven in het rapport Natural ventilation for summer thermal comfort in high-performance office buildings.[vi]

In dit geval ligt de winst tussen 5 kWu/m²/jaar (Alpes-Auvergne) en 35 kWu/m²/jaar (Middellandse Zee).

Nogmaals, om volledig tevreden te zijn, vereist een totale uitbanning van airconditioning een reeks acties op gebouwen en gedrag:

• zonwering,
• handmatig of automatisch sluiten van ramen,
• nachtventilatie,
• dakisolatie,
• vegetatie,
• kleur van schrijnwerk en muren…

In een tijd waarin de energie-inzet zo hoog is, spreekt het voor zich dat het in ieders belang is om de uitbreiding van airconditioning te beperken. Dus elke oplossing die in deze richting gaat, is een goede.

Midden in het seizoen: het opstarten van de airconditioning uitstellen, anticiperen op het uitschakelen ervan?

In het tussenseizoen kunnen plafondventilatoren worden gebruikt in gebouwen zonder airconditioning om de noodzaak van airconditioning te vermijden.

In ruimten die al voorzien zijn van airconditioning, betekenen plafondventilatoren dat de airconditioning later kan worden gestart en bij warm weer eerder kan worden gestopt.

In Frankrijk komt de vroege hitte meestal in mei en de zomer loopt vaak door tot in oktober.

De precieze evaluatie van de duur van de koelperiode is natuurlijk gekoppeld aan het ontwerp van het gebouw enerzijds en het gedrag van de gebruikers anderzijds.

Dynamische thermische simulatiemodellen, die nu gemeengoed zijn, kunnen het aantal uren van ongemak boven verschillende temperatuurdrempels aangeven. Op basis hiervan is het aantal uren dat door de luchtverwarmers kan worden geëlimineerd eenvoudig te zien in figuur 1.

Afbeelding 5: Airconditioningunits op het dak

We kunnen echter schatten dat er 30 dagen per jaar zijn waarop de eenvoudige aanwezigheid van plafondventilatoren het opstarten van de airconditioning kan uitstellen. Op basis van de vorige studie zou de besparing in kWu ongeveer 300 kWu per jaar zijn.

In de winter aanzienlijke besparingen met destratificatie?

In de winter leidt de destratificatie door plafondventilatoren tot energiebesparingen tot 3% per meter plafondhoogte. Dit werkt even goed in woningen als in bedrijfspanden.

Figuur 6: Illustratie van het concept van delayering

In hoogbouw[vii] (hypermarkten, verwarmde magazijnen, enz.) bedraagt de energiebesparing meer dan 30%[viii]

Op het gebied van industriële gebouwen is er ook een energiebesparingscertificaat[ix] dat de installatie van plafondventilatoren voor destratificatie erkent.

GVFR (High Volume Low Speed) of HVLS (High Volume Low Speed) luchtverhitters zijn de modellen die aanbevolen worden voor dit type configuratie. Dit zijn units met een diameter van meer dan 2,13 m[x].

Bereken het rendement op investering voor plafondventilatoren

Een berekening van het rendement op investering hangt af van de context en we raden de lezer aan om dit door een gespecialiseerd adviesbureau te laten uitvoeren.

Hieronder staat echter een berekening die kan worden gebruikt om een ruwe rendabiliteitsanalyse te maken. De berekening is gebaseerd op een typische woning met een plafondhoogte van 2,50 m, volledig elektrisch.

De redenering houdt rekening met de werking tijdens het zomer- en winterseizoen.

Prijzen voor plafondventilatoren zijn inclusief installatie.

Onze tabel geeft een overzicht van de zomer- en wintervoordelen van plafondventilatoren.

In onze benadering van hybride koeling in de zomer (een combinatie van airconditioning en plafondventilatoren) zijn we van plan om de temperatuur in te stellen op 29°C in plaats van 26°C. De werking van de plafondventilator resulteert in een toename van 2°C in de waargenomen temperatuur, dus het resultaat zal 27°C zijn, wat bevredigend is. Thermisch ongemak begint meestal boven 28°C.

Voor destratificatie in de winter is de energiebesparing gebaseerd op 7,5%. Dit komt overeen met een reductie van 3% voor elke meter plafondhoogte.

Het elimineren van airconditioning resulteert in een terugverdientijd van 4 jaar; het koppelen van plafondventilatoren met airconditioning en verwarming resulteert in een terugverdientijd van 13 jaar. In het laatste geval blijven de voordelen van airconditioning behouden bij extreme hitte.

Hier zijn de aannames voor de berekening.

Algemene gegevens en zomerdata

• Oppervlakte: 90 m²
• Aantal plafondventilatoren: 2 (apparatuur voor 1/3 van de oppervlakte van de woning, zie figuur 4)
• Kosten van geïnstalleerde plafondventilator: 500 € (incl. btw)
• Jaarlijks verbruik airconditioning: 1069 kWh (zie figuur 4)
• Besparing op airconditioning: 30% (10% per graad van het instelpunt met 3°C; het instelpunt wordt verhoogd tot 29°C, wanneer gekoppeld, geeft dit een temperatuur van 27°C)
• Gemiddeld zomervermogen van de plafondventilatorspoel: 36 W (snelheid 5, Samarat-model)
• Bedrijfstijd plafondventilator in de zomer: 4 u/dag
• Bedrijfstijd airconditioning in de zomer: 90 dagen
• Kosten per kWu incl. btw: €0,25

Wintergegevens

• Jaarlijks verwarmingsverbruik: 9.000 kWh (gebaseerd op 100 kWu/m²)
• Energiebesparing bij destratificatie (op een zone van 1/3 van het oppervlak, zie figuur 4): 7,5%, gebaseerd op een winst van 3% per meter plafondhoogte, bij minimale snelheid
• Gemiddeld wintervermogen van plafondventilator: 6 W (snelheid 1, Samarat-model)
• Winterbedrijfsduur plafondventilator: 12 u/dag
• Winterbedrijfsduur verwarming: 210 dagen

Op basis van bovenstaande gegevens zijn hier de resultaten in termen van verbruik, kosten, besparingen en bruto terugverdientijd.

Figuur 7: simulatie van de terugverdientijd

We moeten ook in gedachten houden dat airconditioning onderhoudskosten heeft van ongeveer €10/m² per jaar[xiv], vergeleken met vrijwel geen kosten voor plafondventilatoren.

Meer dan energiebesparing?

Energiebesparing en kosteneffectiviteit zijn klassieke en effectieve argumenten om actie te ondernemen. In dit opzicht zijn de gegevens in dit artikel bedoeld om veranderingen aan te moedigen die rationeel denken combineren met goede milieuintenties. Er zijn echter nog veel meer argumenten om plafondventilatoren op grote schaal te installeren. Deze omvatten de strijd tegen hitte-eilanden. In steden creëert de installatie van airconditioningunits een vicieuze cirkel: om de kou binnen te houden wordt warme lucht van buiten aangezogen, waardoor hitte-eilanden worden versterkt. De aanwezigheid van airconditioning in de regio Parijs verhoogt de gemiddelde buitentemperatuur met twee graden[xv]. Kortom, laten we niet alleen naar geld kijken, maar ook naar ons gezond verstand.

[i] https://www.afpvp.fr/tours-de-la-defense-comment-faire-100-000-mwh-deconomies-par-an/

[ii] Referentie : https://presse.ademe.fr/2021/06/la-climatisation-vers-une-utilisation-raisonnee-pour-limiter-limpact-sur-lenvironnement.html

[iii] Website Engie : https://particuliers.engie.fr/depannages-services/conseils-equipements-chauffage/conseils-installation-climatisation/calcul-puissance-clim.html

[iv] Zie INSEE : https://www.insee.fr/fr/statistiques/3303460?sommaire=3353488

[v] Bron : https://www.cairn.info/revue-responsabilite-et-environnement-2018-2-page-5.htm?contenu=resume

[vi] Rapport Natuurlijke ventilatie voor thermisch comfort in de zomer in kantoorgebouwen met hoge prestaties – 2022 – Robert Célaire, Loïc Frayssinet, Khedidja Mamou, Thierry Rieser en Benoit Ramos – p.57

[vii] Bron: onderzoek gepubliceerd in de Australian Journal of Architects (zie p.9).

[viii] EDF R&D-onderzoek : https://www.edf.fr/entreprises/le-mag/le-mag-entreprises/conseils-energie-competitivite/pourquoi-s-equiper-d-un-destratificateur-d-air

[ix] Op de website van het Ministerie van Ecologie: https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/IND-BA-110%20v%20A20-2.pdf

[x] Zoals gedefinieerd door het Amerikaanse Ministerie van Energie, zie p.19 : https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/09/f18/ceiling_fans_nopr.pdf

[xi] Deze berekening geeft het verwarmingsverbruik van het gebied dat wordt beïnvloed door de destratificatie voor de duur van de werking van de plafondventilatoren.

[xii] Terugverdientijd als airconditioning wordt verwijderd = [Totale kosten van ventilatoren] / [Totaal verbruik van airconditioning – specifiek verbruik van zomerventilatoren + besparingen door destratificatie in de winter – specifiek verbruik van winterventilatoren].

[xiii] Terugverdientijd voor het koppelen van airconditioning en verwarming = [Totale kosten van ventilatoren] / [Besparingen door het verhogen van het instelpunt van de airconditioning + Besparingen door destratificatie in de winter + Specifiek verbruik van ventilatoren in zomer en winter].

[xiv] Terugkoppeling van Enerpos, St-Pierre de la Réunion – https://cdn.s-pass.org/SPASSDATA/attachments/2020_04/17/5f7f4e34a5fe6-d78852.pdf

[xv] Bron : https://www.wedemain.fr/dechiffrer/a-paris-la-climatisation-risque-daggraver-les-canicules/

Zeg het maar, vraag het onze experts!