Ronald McDonald Centre in Amsterdam

De bouw van het sportcentrum voor kinderen en jongeren met een handicap: een prachtig initiatief!

Aan dit object werden als bouwwerk in z’n geheel bijzondere eisen gesteld, zo ook aan de klimatisering van de diverse gebouwdelen.
Het project heeft meerdere klimaatinstallaties: voor een sporthal, een clubhuis/fitnessruimte, kleedruimten en voor vergaderruimten. Tevens is er een modern binnenzwembad aangelegd en deze tekst gaat over het klimatiseringssysteem van dat zwembad.
 
Een binnenzwembad is te beschouwen als een bouwproject met de hoogst denkbare energiedichtheid, immers: de luchttemperatuur (28-32˚C) ligt het gehele jaar ruim boven de jaarlijkse gemiddelde buitentemperatuur van ca. 11˚C.
Hierdoor zal het zwemgebouw te allen tijde warmteverlies (transmissieverliezen als gevolg van warmtegeleiding door de bouwmassa) lijden en verwarmd dienen te worden.
 
De tweede belangrijke energievrager is de verdamping van het badwater.
Het bassinwateroppervlak zal altijd (in meer of mindere mate) verdampen waardoor de ruimte-luchtvochtigheid toeneemt en de waterhoeveelheid van het bad afneemt en dus aangevuld zal dienen te worden met koud leidingwater.
Dit suppletiewater zal verwarmd moeten worden van ca. 10˚C naar 28-30˚C.
Hoe meer water verdampt hoe meer warmte nodig zal zijn om deze verliezen te compenseren.
 
De derde ingrijpende energie-factor is de behandeling van de benodigde verse buitenlucht.
Het benodigde kwantum verse buitenlucht zal eveneens verwarmd dienen te worden van gemiddeld 11˚C naar de ontwerp binnentemperatuur van de zwemhal.
 
In de bedrijfswijze van het zwembad wordt onderscheid gemaakt tussen badbedrijf en rustbedrijf
Tijdens het rustbedrijf zullen de ruimtetemperatuur en RV enigzins gewijzigde gewenste regelwaarden krijgen met een naar beneden ingestelde temperatuur en een hogere RV.
Het voorgaande geeft aan dat klimatiseren van het zwembad een uiterst energie-intensieve aangelegenheid is. De transmissieverliezen worden bepaald door de bouwfysische eigenschappen van het gebouw. De waterverdamping kan echter sterk beïnvloed worden door kennis te hebben van de mechaniek van dit proces.
 
Het ontwerpen, berekenen en dimensioneren van zwembadklimaat-installaties vergt de nodige kennis en ervaring. Een goede richtlijn vormt de Duitse VDI-2089. Daarnaast kan men gebruik maken van ervaringsgetallen van de diverse fabrikanten.  
Zo luidt de basisformule voor bepaling van de verdampingshoeveelheid:
 
W = A*_*(Pw1-Pw2) kg/h waarbij A  = bassinoppervlak in m2
                                                  _  = verdampingswaarde g/m2/mbar
                                                  P1 = partiële waterdampspanning grenslaag badwater
                                                  P2 = partiële waterdampspanning zwemhallucht
 
De luchtconditie van de zwemhal staat in relatie tot de badwatertemperatuur teneinde het partiële waterdampspanningsverschil dusdanig te handhaven dat de behaaglijkheid gegarandeerd wordt voor de zwemmers.
Hierdoor wordt de luchttemperatuur van de hal zo’n 2-3K hoger aangehouden dan de badwater-temperatuur.
Verkleint men het partiële waterdampspanningsverschil door bijvoorbeeld een kleinere _T tussen badwater en lucht te voeren (zie figuur 1) dan heeft dit ingrijpende gevolgen voor de uitdamping van het badwater en zal deze uitdamping exponentiëel toenemen.
 
 
Figuur 1
 
Ter indicatie: verlaagt men de luchttemperatuur met 2,5K dan zal de verdamping met meer dan 30% kunnen toenemen; een punt van aandacht bij het ontwerp en de operatie van het klimaatsysteem. De geselecteerde apparatuur moet dit uiteraard wel aankunnen.
 
Naast de berekening van de waterdampvorming dient de vochtproductie van speelse elementen in de berekening te worden opgenomen. Een glijbaan bijvoorbeeld met een lengte van 50 meter kan tot een verdubbeling van de vochtproductie leiden.
Menerga heeft de vochtproductie van een groot aantal speelse elementen op empirische wijze kunnen bepalen.
 
Ontvochtiging kan op diverse manieren plaatsvinden maar zal altijd gebaseerd zijn op het vervangen van de te vochtige lucht door drogere lucht. De standaard oplossing hierbij is warmte uit de retourlucht over te brengen op de verse, drogere maar koudere buitenlucht en deze naar de zwemhal te voeren.
Het overgrote deel van enthalpie h van de retourlucht bestaat echter uit latente energie.
 
Talrijk zijn helaas nog de installaties waarbij alleen enige vorm van recuperatieve warm-teterugwinning (WTW) wordt verkregen. Men dient te bedenken dat deze weliswaar werken met een thermisch rendement van 50% zoals een kruisstroomwisselaar of een twincoil-systeem, echter hier wordt alleen een deel van de voelbare warmte teruggewonnen
 
Juist in zwembadprojecten is het zinvol om, vanwege de hoge latente energie-inhoud, aan warmtepomp toepassingen te denken.
Door de vochtige retourlucht af te koelen in de verdamper zal deze luchtstroom sterk condenseren en dus gedroogd worden.
Deze luchtstroom zal a.h.v. de gewenste situatie volledig kunnen recirculeren dan wel met een bepaald deel verse buitenlucht gemengd kunnen worden.
 
De warmtepomp zet de volledige enthalpie om in voelbare warmte en hiermee wordt in de condensor de toevoerlucht sterk oververwarmd tot 40-45 graden ˚C. Bij een goed geconceptioneerd systeem zal het thermisch vermogen van de warmtepomp ook de transmissieverliezen kunnen afdekken.
 
Warmtepomp/Recuperatorsysteem WPR kernstuk in de luchtbehandelingsinstallatie van het zwembad voor het Ronald McDonald Centre vormt de Menerga Thermocond 37.25.01 luchtbehandelingscentrale. De warmtepomp is een energetisch juist instrument bij zwembadklimatisering. Daarnaast is er een extra principe om, met behoud van de thermodynamische waarden, de warmtepomp drastisch te verkleinen en daarmee natuurlijk het opgenomen electrisch vermogen. Dit is het door Menerga ontwikkelde warmtepomp/recuperator systeem oftewel WPR genaamd.
Hoe werkt het WPR-systeem en waarom is dit zo energiezuinig?
 

Figuur 2: enkelvoudige warmtepomp
 
Allereerst het schema van de enkelvoudige warmtepomp (figuur 2) waarbij de retourlucht in de verdamper afgekoeld wordt van 30˚C/55RV naar 15 ˚C/100%RV waarbij vochtafscheiding plaats zal vinden. In de condensor vindt dus zoals gezegd de opwarming naar 42˚C plaats. Een goede enkelvoudige warmtepomp zal werken met een coëfficiënt of performance COP van 3.
 
Vervolgens wordt de enkelvoudige warmtepomp echter gecompleteerd met een hoogrendements kruisstroomwisselaar (=recuperator) zie fig.03, werkend met een thermisch rendement van >70%.
Bij een D T=15K (30-15˚C) zal de retourlucht in de recuperator dus voorgekoeld worden met 0,7*15=10,5K en dat zonder enig energieverbruik.
De verdamper moet dus in dit geval uitgelegd worden op het koelen van 30-10,5=19,5˚C naar 15˚C, resulterend in een drastisch gereduceerde koelcapaciteit en dito componenten en natuurlijk het opgenomen electrisch vermogen.
Het Menerga Thermocond 37 WPR systeem werkt met een sterk verbeterde COP van ≥7.
 
Men dient hierbij te bedenken dat het zwembad continu energie zal vragen; 8760 uur per jaar.
Met behulp van WPR-technologie en de inzet van een relatief klein deel elektrische energie wordt het mogelijk aanzienlijk te besparen op de thermische energie en zo op de exploitatiekosten van een zwembadproject.
 
 
 
Figuur 3: Warmtepomp/Recuperator combinatie
 
Onderstaand wordt het principe weergegeven van een Thermocond 37 WPR systeem voor zwembadklimatisering bij de voorkomende bedrijfsituaties bij het zwembad van het Ronald McDonald Centre (luchthoeveelheid 25.000 m3/h).
 

 
Figuur 4
 
 
Situatie 1 Opwarming van de luchtstroom
De unit is in recirculatiebedrijf en verwarming geschiedt met de naverwarmer die op het c.v. systeem aangesloten is.
 

Figuur 5
 
Situatie 2 Recirculatiebedrijf
In recirculatiebedrijf vindt, op basis van permanente vocht/temperatuurmetingen, ontvochtiging plaats door afkoeling van een bepaald gedeelte van de totale luchtstroom. Dit proces wordt versterkt door de voorschakeling van de asymmetrische kruisstroomwisselaar AHW.
De eerder afgekoelde en dus ontvochtigde lucht wordt in dezelfde AHW eerst voorverwarmd en door de condensor van de warmtepomp naverwarmd. Hierbij wordt de energie benut die eerder in de verdamper aan de luchtstroom is onttrokken.
 

Figuur 6
 
 
Situatie 3 Badbedrijf
Afhankelijk van het aantal bezoekers dient de zwemhal uit hygiënisch oogpunt geventileerd te worden met een voorgeschreven hoeveelheid verse buitenlucht per uur. Aan deze eis wordt voldaan door periodiek pulserend volledig buitenlucht aan te zuigen.
Aan de afblaaslucht wordt met de AHW en de verdamper de voelbare én latente warmte onttrokken en wederom in dezelfde AHW en de condensor als volledig voelbare warmte aan de verse buitenluchtstroom afgegeven. 
 

Figuur 7
 
Situatie 4 Vrije ventilatie
Indien de buitenluchttemperatuur hoger is dan die van de zwemhal vindt volledige 100% vrije ventilatie met verse buitenlucht plaats via de AHW.
 

 
Figuur 8
 
Situatie 5  Zomerbedrijf bij hoge buitenluchtvochtigheid
Teneinde in zomerbedrijf ook tijdens zeer hoge buitenluchtvochtigheid(> 9g/kg) toch aan de gestelde zwemhalluchtcondities te kunnen voldoen, kan het noodzakelijk en economisch zijn een extra kleppensysteem toe te passen. Hierdoor wordt het mogelijk de buitenlucht te drogen zoals in recirculatiebedrijf.
 
Recuperator (asymmetrische kruisstroomwisselaar)
Bijzonder is de asymmetrische uitvoering van de recuperator die overigens geheel uitgevoerd is in hoogwaardige, zuur- en loogbestendige PP. Door de unieke asymmetrische vormgeving is het mogelijk de verdamper een overgedimensioneerd oppervlak te geven hetgeen zeer ten goede komt aan de koeltechnische aspecten en efficiëntie van de warmtepomp.
De kunststof recuperator is ongevoelig voor corrosie en kalkaanslag dit mede i.v.m. met de zeer hoge moleculaire materiaaloppervlaktespanning. Hiermee heeft de kunststof 'teflon-achtige' eigenschappen gekregen.
De polypropylene kanaalplaten worden tot een homogene en integere warmtewisselaar gevormd door een, in eigen research ontwikkeld, uniek productieproces.
De immuniteit van deze warmtewisselaar heeft geleid tot de toepassing in vele andere Menerga-principes zoals de adiabatische koelingsapparatuur, waterkoelmachines en sorptiekoelmachines.
 
Het Menerga Thermocond 37 principe kan nog een aantal bijzonderheden worden toeberekend. De volledige digitale regeling en besturing van alle voorkomende disciplines is fabrieksmatig in de unit opgenomen en vooraf uitvoerig getest.
Het hart van de regelinstallatie vormt de new-generation DDC-processor die in de aangebouwde schakelkast is opgenomen. Middels bussystemen is de schakelkast verbonden met de sensoren en corrigerende organen in de unit. De stand-alone apparatuur wordt middels interfaces probleemloos ingebonden in de gebouw-beheersarchitectuur.
Verder is de Thermocond 37 uitgevoerd met zeer energiezuinige, frequentiegeregelde ventilatoren volgens het in praktijk bewezen solVent®-systeem. De ventilatoren worden permanent op trillingen en eventuele onbalans bewaakt en gesignaleerd.
 
Warmteterugwinning uit afvalwater
Naast het hiervoor omschreven energiebesparende Thermocond 37 klimaatsysteem wordt bij het Ronald McDonald Centre de nodige aandacht besteed aan warmterugwinning uit de diverse afvalwaterstromen. Zo worden periodiek de grote zandfilters van het badwater gespoeld met warm bassinwater van ca. 30°C waarna dit warme water naar het riool gevoerd wordt.
In dit geval echter wordt het warme spoelwater samen met het douche-afvalwater naar een buffertank gevoerd. Vanuit deze buffertank wordt het warme afvalwater naar de Menerga Aquacond 44 unit gebracht voor een zeer effectieve regeneratie van de energie in het afvalwater.
 
Aquacond 44
Ook bij dit systeem wordt warmtepomptechnologie toegepast (water/water) waarbij het afvalwater in de verdamper afgekoeld wordt. Zowel voor suppletie van het zwembassin als tapwater voor de douches etc. zal koud leidingwater verwarmd dienen te worden naar de gewenste waarden.
In de consensor van het Aquacond 44 systeem wordt dit koude water verwarmd met energie uit het afvalwater en de in warmte omgezette electrische energie van de warmtepompcom-pressor. Het bijzondere echter bij het Aquacond 44 –systeem is echter dat de warmtepomp is uitgelegd met dezelfde filosofie als het hiervoor omschreven Thermocond 37 klimaatsysteem. Dus ook hier wordt de warmtepomp uitgebreid met een water/water warmtewisselaar en tussen de condensor en de verdamper geschakeld.
 

 Figuur 9
 
Analoog aan de luchttechniek is ook hier weer een vergelijk over het effect van het opgenomen electrisch vermogen bij vergelijking met een enkelvoudige water/water warmtepomp.
 

Figuur 10  Enkelvoudige warmtepomp		Figuur 11 Menerga AquaCond 44 met tussenwarmtewisselaar

 
Bij het Ronald McDonald Centre is een AquaCond 44.08.21 toegepast voor het verwarmen van 0,8 m3/h water van 10°C naar 35°C met een opgenomen vermogen van slechts 1,8 kW. Hier is de COP-waarde zelfs > 13 en daarmee is dus een uiterst zinvolle toepassing ingevoerd.
 
Het AquaCond 44 systeem wordt gekenmerkt door twee bijzondere details. Als eerste betreft het hier de veiligheid en bescherming tegen binnendringen van verontreinigingen in het verswater-circuit. Hiertoe wordt het buismateriaal van de warmtewisselaars uitgevoerd als tube-in-tube systeem waarbij de buitenste buis nog eens inwendig voorzien is van drukmantelbuis. Deze drukmantelbuis wordt op een stikstofdruk gebracht van 30 bar (figuur 12)
In het geval van erosie zal eerst de mantelbuis worden aangetast en mogelijk een luchtlekkage veroorzaken; het systeem is dan nog altijd volkomen veilig. De luchtlekkage zal onmiddellijk vertaald worden in een beveiligingsmelding van het regel-systeem zodat maatregelen getroffen kunnen worden (figuur 13).
De lekkende stikstof zal worden meegevoerd in de afvalwaterstroom. Hierdoor is een absolute systeemveiligheid gegarandeerd.
 

Figuur 12		Figuur 13

 
Een tweede opmerkelijk detail van het AquaCond 44 systeem is de volautomatische mechanische reinigingsinrichting (figuur 14 en 15).
 

Figuur 14		Figuur 15

In regelmatige tijdsintervallen worden reinigingslichamen (principe biertap reiniging) door stromingsomkering door de afvalwatercircuits gevoerd. De reinigingslichamen ontdoen het inwendige van de buizen van vuilafzetting, waardoor continu gezorgd wordt voor het optimale warmteoverdrachtsrendement.  
 
 

Leverancier luchtbehandeling: Menerga Klimaattechnologie - Warmond www.menerga.nl   Installateur Thermocond 37.25.01 Zwembadklimatisering: A.de Jong Installatietechniek BV – Schiedam   Installateur AquaCond 44.08.01 Afvalwater WTW unit: Van Dorp Zwembaden – Deventer   Adviseur : Grontmij/Technical Management – Amersfoort   Architect: Fact Architects – Amsterdam   Opdrachtgever: Ronald McDonald Centre- Amsterdam- www.ronaldmcdonaldcentre.nl