Je huis afkoelen met nachtventilatie: hoe effectief is dat?

 

Hoe efficiënt is nachtkoeling met nachtventilatie?

Nachtkoeling is een slimme manier om je huis af te koelen zonder een airco te gebruiken. Maar hoe snel kan jouw huis echt afkoelen met nachtventilatie? Vooropgesteld: dit is afhankelijk van veel factoren. Namelijk: de binnentemperatuur, de buitentemperatuur, de windsnelheid en de grootte van de ventilatie-openingen. Geheel geopende ramen (tegenover elkaar) van 1m2 groot bij windkracht 2 hebben een luchtverplaatsing van 7200m3 per uur...

Echter, bij kiepstanden van ramen wordt dit al drastisch minder, en door het plaatsen van een hor (dat wil je!) wordt dit ook minder. 

Laten we eens uitgaan van een windstille nacht, waardoor we de luchtstroom moeten forceren door actief te ventileren met een afzuigkap om de luchtstroom op gang te brengen.

Stap 1: Berekening van de thermische massa

De thermische massa van een gebouw wordt berekend door de massa van het materiaal te vermenigvuldigen met de specifieke warmtecapaciteit van het materiaal. Beton heeft een typische dichtheid van 2400 kg/m³ en een specifieke warmtecapaciteit van ongeveer 840 J/kg·K.

Mijn woning heeft de volgende betonstructuren (ik heb bakstenen even gelijkgesteld aan beton, voor het gemak. Dit is niet accuraat, daarentegen heb ik iets meer muren dan hier gesteld, zijn ze dikker en is de vloer ook een stukje dikker):

1. Vloer en plafond

   • Oppervlakte: 80 m²

   • Dikte: 0,10 m

   • Massa: $80\times 0,10\times 2400=19.20080\; \backslash times\; 0,10\; \backslash times\; 2400\; =\; 19.200$ kg

2. Buitenmuren

   • Lengte: 35 m

   • Hoogte: 2,60 m

   • Dikte: 0,10 m

   • Massa: $35\times 2,60\times 0,10\times 2400=21.84035\; \backslash times\; 2,60\; \backslash times\; 0,10\; \backslash times\; 2400\; =\; 21.840$ kg

3. Inpandige muur

   • Lengte: 10 m

   • Hoogte: 2,60 m

   • Dikte: 0,10 m

   • Massa: $10\times 2,60\times 0,10\times 2400=6.24010\; \backslash times\; 2,60\; \backslash times\; 0,10\; \backslash times\; 2400\; =\; 6.240$ kg

De totale thermische massa van de benedenverdieping wordt berekend met:

$$Q=m\times c_p=(19.200+21.840+6.240)\times 840Q\; =\; m\; \backslash times\; c\_p\; =\; (19.200\; +\; 21.840\; +\; 6.240)\; \backslash times\; 840$$

$$Q=47.280\times 840=39,72\text{ MJ/K}Q\; =\; 47.280\; \backslash times\; 840\; =\; 39,72\; \backslash text\{\; MJ/K\}$$

Dit betekent dat mijn huis 39,72 MJ nodig heeft om 1°C te dalen, oftewel 11 kWh per graad temperatuurverandering.

Stap 2: Warmteverlies door ventilatie

Mijn Bora-kookplaat heeft een afzuigcapaciteit van 597 m³/uur, wat betekent dat ik behoorlijk wat lucht kan afzuigen en daarmee ook aanzuigen van buitenaf. Let dus op: dit werkt NIET bij recirculatie-afzuiging.

De formule voor warmteverlies via ventilatie:

$$\dot{Q}=\dot{V}\times \rho \times c_p\times \mathrm{\Delta }T\backslash dot\{Q\}\; =\; \backslash dot\{V\}\; \backslash times\; \backslash rho\; \backslash times\; c\_p\; \backslash times\; \backslash Delta\; T$$

Waarbij:

• Afzuigcapaciteit: 597 m³/uur

• Luchtdichtheid: 1,2 kg/m³

• Specifieke warmtecapaciteit van lucht: 1005 J/kg·K

• Binnenluchttemperatuur: 25°C

Voor verschillende buitentemperaturen krijg je de volgende warmteafvoer per uur:

Buitentemperatuur (°C)	Temperatuurverschil (ΔT)	Warmteafvoer (MJ/uur)	Warmteafvoer (kW)
10	15	10,81	3,00
12	13	9,37	2,60
15	10	7,21	2,00
18	7	5,04	1,40

Stap 3: Hoe snel koelt je woning af?

Aangezien mijn huis 11 kWh nodig heeft per graad temperatuurverlaging, kun je berekenen hoe lang het duurt om af te koelen per uur:

Warmteafvoer (kW)	Temperatuurverlaging per uur (°C)
3,00	0,27
2,60	0,24
2,00	0,18
1,40	0,13

Bij een buitentemperatuur van 12°C, zal mijn woning na 4 uur ongeveer 1°C afkoelen. Bij een koudere nacht van 10°C kan dit sneller gaan: 1°C in 3,7 uur. Dat is echter nauwelijks een substantieel verschil. En uiteraard zal gedurende de nacht de genoemde Delta T kleiner worden, omdat de woning afkoelt. 

Schoorsteenwerking

Als ik sneller zou willen koelen, kan ik het volgende doen:

• Extra ramen openen voor meer luchtstroming. Met name op zolder, omdat warme (en vochtige) lucht nu eenmaal opstijgt, zal er een soort schoorsteenwerking (thermische trek) ontstaan. Dit kun je berekenen door de luchtstroom te berekenen: V˙=C×A×h×ΔT
  

  Waarbij:

• $CC$ = empirische coëfficiënt (~0,6 voor ramen op ventilatiestand)

• $AA$ = totale oppervlakte van de ventilatieopeningen 

• $hh$ = hoogteverschil tussen onderste en bovenste opening 

• $\mathrm{\Delta }T\backslash Delta\; T$ = temperatuurverschil tussen binnen en buiten 

Schoorsteenwerking is extreem effectief: bij ventilatie openingen van 0,2m2 beneden en boven en een hoogte van 5 meter en dezelfde temperatuurverschillen (25C binnen, 12C buiten) kom ik uit op bijna 7000m3 lucht per uur en een afkoeling van bijna 3 graden per uur (met name in de eerste uren).

Het is niet zo erg om verder te koelen dan je optimale temperatuur: gedurende de dag zal je woning weer opwarmen en op die manier heb je wat "koude" gebufferd.
Als je gebruik maakt / kunt maken van de schoorsteenwerking, zet dan géén mechanische ventilatie aan. Dit verstoort de schoorsteenwerking. 

Conclusie: is nachtventilatie effectief?

Jep. Behoorlijk. Vooral open ramen met een zuchtje wind (jaloers op de kustbewoners en hun zeewind, hier is het windstil bij hitte en koelt het weinig af buiten), of de schoorsteenwerking. In windstille nachten of kleine thermische verschillen (waardoor de schoorstenwerking verre van optimaal is), kun je dit forceren door het inzetten van de mechanische ventilatie.