Airconditioners in opmars

Alsof je een koelkast opentrekt

De wereldwijd stijgende verkoop van airconditioners is ‘een van de hachelijkste kwesties van onze tijd’. Nu lijkt ook Nederland zich over te geven aan de aircogekte. Wat zijn mogelijke alternatieven?

Mumbai, India © Kuni Takahashi / The New York Times / ANP

Onderzocht en vastgesteld: de Nederlandse zomers zijn de laatste 120 jaar twee graden warmer geworden. Volgens het knmi kunnen we hittegolven van rond de veertig graden ‘zo ongeveer om het jaar verwachten, als we deze trend doortrekken’. Weeronline meent dat deze zomer er een wordt als die in 2018, met meerdere hittegolven van 35 tot veertig graden. En dus verschijnen in steeds meer Nederlandse huishoudens airconditioners. Helemaal nu we meer thuiswerken wegens Covid-19.

Volgens de nvkl, de Nederlandse brancheorganisatie voor installateurs van koude-installaties, liep het aantal geïnstalleerde airco’s op van 75.000 in 2016 tot 98.000 in 2018. Vorig jaar liep dat aantal op tot bijna 150.000 en dit jaar verwacht ze er maar liefst 180.000 te zullen installeren. Daarbij zijn dan nog niet de steeds populairder wordende mobiele airco’s inbegrepen.

Die toename past in een wereldwijde ontwikkeling waarover het Internationaal Energieagentschap (iea) eind 2018 het alarmerende rapport The Future of Cooling publiceerde. ‘De groei van de mondiale vraag naar koeling is een blinde vlek: het is een van de hachelijkste en tegelijkertijd meest verwaarloosde kwesties van onze tijd’, aldus het rapport. ‘Als we niets doen, zal de energievraag door airconditioners in 2050 meer dan verdrievoudigd zijn, en net zo groot zijn als de huidige energiebehoefte van China.’ Ook de koelmiddelen in de airco’s vormen een probleem. Tegenwoordig bevatten aircovloeistoffen vaak hfk’s: gassen met een groot broeikaseffect. Er is besloten tot een wereldwijde uitfasering van hfk’s (net als eerder met de cfk’s), maar die is pas over een jaar of tien voltooid.

In de loop der jaren zijn zuiniger airco’s ontwikkeld die vaak ook natuurlijke koelmiddelen als propaan en CO2 gebruiken. Maar consumenten uit opkomende economieën als India, China en Brazilië, die het leeuwendeel van de mondiale stijgende verkoop voor hun rekening nemen, hebben liever goedkopere of gebruikte airco’s. Die bevatten meestal hfk’s en zijn twee tot drie keer minder efficiënt dan de nieuwste generatie. In veel landen is de airco-explosie een gevolg van de succesvolle strijd tegen armoede. Wie het zich kan veroorloven koopt eerst een koelkast en daarna een airco. En daarbij wordt niet gekeken naar energieverbruik of klimaatbelasting, maar naar de prijs.

In Singapore wordt de helft van alle energie gebruikt om te koelen

De Indiase hoofdstad New Delhi is een afschrikwekkend voorbeeld. Daar kan het stroomnet de hoeveelheid airco’s allang niet meer aan. Elke zomer worden dagelijks hele wijken een paar uur van het net gehaald om de rest van de megapool, met evenveel inwoners als Nederland, voldoende stroom te bieden. De stroomonderbrekingen, die met gemak drie uur duren, worden opgevangen door generatoren die met hun diesel- en kerosinerook de buitenlucht vergiftigen. Het wordt er steeds erger. In India is volgens de iea het stroomgebruik voor koeling nu al vijftien keer hoger dan in 1990. In China zelfs al 68 keer. ‘Tijdens een hittegolf vorig jaar in Beijing ging de helft van de stroomcapaciteit naar airconditioning’, vertelde iea-analist John Dulac, een van de opstellers van The Future of Cooling, in The Guardian. ‘Dat zijn dus van die “oh, shit”-momenten.’

In 2018 publiceerde de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (rvo) de rapportage Ontwikkeling van koudevraag van woningen. Het instituut verwacht dat de Nederlandse energievraag voor koeling in 2050 zal zijn opgelopen tot 1,7 terrawattuur: zes procent van het totale elektriciteitsgebruik. Van het Singapore-scenario, waar nu al de helft van alle energie wordt gebruikt om te koelen, zijn we dus nog ver verwijderd. Maar de rvo signaleert wel dat de ‘koudevraag’ de komende jaren sterk zal toenemen. Nog los van de stijgende temperatuur komt dat door de vergrijzing (hoe ouder je wordt, des te minder hitte je kunt verdragen) en de steeds betere warmte-isolatie in nieuwbouwwoningen. Daarbij wordt geen rekening gehouden met koelbehoefte in de zomer.

‘Vijf jaar geleden was het koelen van woningen nog nauwelijks een onderwerp. Nu merken we dat veel mensen op onze website juist daarnaar zoeken’, zegt Puk van Meegeren van Milieu Centraal. De organisatie heeft er een aparte webpagina over gemaakt. Vooral goedkope mobiele airco’s, populair in Nederland, vreten energie. Ze voeren de warme lucht naar buiten af via een slang die je uit het raam steekt, waardoor warme buitenlucht de ruimte in stroomt. ‘Als het dan echt moet, koop dan liever een wat duurder split-model’, zegt Van Meegeren. Daarbij wordt het deel van de installatie dat warmte afvoert buiten aan de gevel bevestigd. Via een geïsoleerd gat in de gevel is het verbonden met het koelgedeelte dat binnen aan de muur hangt.

Volgens Van Meegeren biedt een simpele ventilator thuis vaak al voldoende koeling. ‘Ventilators zijn veel goedkoper dan airco’s en gebruiken zeker tien keer minder energie.’

Omdat airco’s de warmte naar buiten voeren stijgt de buitentemperatuur

Volgens The Future of Cooling besloeg de energiebehoefte voor koeling al in 2016 tien procent van de wereldwijd opgewekte elektriciteit. Een energiebehoefte die dat jaar even groot was als het energieverbruik van de mondiale luchtvaart en de mondiale scheepvaart tezamen. De hoeveelheid energie die we gebruiken om te koelen is sindsdien alleen maar toegenomen. En omdat elektriciteit nog voor het overgrote deel wordt opgewekt met fossiele brandstoffen, leidt dat tot het verder opwarmen van de aarde. Daardoor krijgen we nog meer behoefte aan koeling: een vicieuze cirkel.

De neerwaartse spiraal wordt verhevigd doordat airco’s bijdragen aan het ‘hitte-eilandeffect’: omdat airco’s de warmte naar buiten afvoeren stijgt de temperatuur in de steden. ‘Je kunt het vergelijken met het openzetten van je koelkast om de temperatuur naar beneden te krijgen’, zegt Peter Luscuere, hoogleraar aan de faculteit bouwkunde van de TU Delft. ‘Door het stralingseffect voel je in de buurt van de geopende koelkast wel wat koelte, maar per saldo wordt het alleen maar heter, omdat de koelkast aan de achterkant de onttrokken warmte afgeeft.’

De IEA besteedde in haar rapport ook aandacht aan oplossingen. Zo is in hete gebieden de overschakeling op energiesystemen die gebruikmaken van zonne-energie een positieve ontwikkeling, al gaat het nog langzaam. Ook slimmer bouwen, met gebruik van natuurlijke ventilatie, kan uitkomst bieden, maar dat is duur. In de snel groeiende Aziatische en Afrikaanse megasteden, maar ook in de VS, houdt men liever vast aan simpel en goedkoop bouwen. Wie het warm heeft hangt maar op eigen kosten een airco in zijn appartement. Uiteindelijk zoekt de iea daarom de oplossing vooral in het zuiniger maken van de nieuwe generatie airconditioners. Maar zelfs in het onwaarschijnlijke geval dat minder draagkrachtige consumenten die kopen, zou daarmee in 2050 nog altijd een hoeveelheid koelenergie nodig zijn ter grootte van de jaarlijkse energieconsumptie van de VS.

Er zijn ook nieuwere, experimentele manieren van koelen die in het rapport niet worden genoemd. Twee daarvan zijn Nederlandse vindingen. Koelsystemen die nauwelijks elektriciteit kosten en waarbij niet hoeft te worden gewerkt met chemische koelvloeistoffen.

De vinding Earth, Wind & Fire gaat duurzaam om met koeling en ventilatie

De Theac-25 is er zo een. Het Amerikaanse zakenmagazine Forbes schreef enthousiast dat het zomaar eens ‘de wereld zou kunnen redden’. Het systeem is gebaseerd op thermo-akoestiek: warmte wordt omgezet in geluidsgolven met behulp van het gas Argon, die op hun beurt weer worden omgezet in kou. Het systeem heeft (in theorie) een lange levensduur omdat het geen bewegende delen bevat, maar er zijn ook nadelen: het vereist een minutieuze afstelling en het is groot, waardoor het voorlopig vooral geschikt is voor grote gebouwen. Inmiddels vindt de Theac-25 nu langzaam zijn weg naar groot behuisde bedrijven en instellingen over de hele wereld. Zo werd in maart een exemplaar geïnstalleerd op een nieuw schoolgebouw in Delden.

Een ander Nederlands systeem dat eveneens levensvatbaar is en al wordt toegepast in een Amsterdams hotel kwam nog nauwelijks in het nieuws. Het heet Earth, Wind & Fire en is ontwikkeld door de Nederlandse ingenieur Ben Bronsema. Hij bedacht enkele jaren geleden een manier om gebouwen op natuurlijke wijze te koelen, in principe zonder toevoeging van energie, onderhoudsintensieve luchtfilters en chemische koelvloeistoffen. ‘Het moet alleen nog even doorbreken’, zegt Bronsema, die voor zijn vinding op 78-jarige leeftijd de doctorstitel aan de TU Delft ontving.

‘Ik vind het aangenaam dat je een paar avonden hebt met dertig graden’

In zijn nieuwbouwappartement in Voorschoten zet hij een kopje koffie voor zijn bezoek. Hij woont alleen en heeft geen airco. Veertig jaar lang ontwikkelde hij traditionele airconditioningsystemen bij een Delfts ingenieursbureau, onder meer voor het Haags Gemeentemuseum en Schiphol. ‘Ik vond het een schitterend vak. Ik wist niet beter’, zegt hij. Hij kreeg het idee voor zijn vinding toen hij zijn jongste dochter bezocht. Daar zag hij in de woestijn metershoge termietenheuvels. ‘Ze zitten vol luchtkanaaltjes die open en dicht gemaakt kunnen worden door de termieten. Daardoor lukt het ze de temperatuur altijd rond de dertig graden te laten schommelen. Ik dacht: waarom kunnen wij mensen zoiets niet bouwen?’ Uiteindelijk ontwierp Bronsema een systeem voor klimaatbeheersing met van buiten aangevoerde lucht als bron. Daardoor is het binnenklimaat veel prettiger dan bij gebruik van traditionele airco’s, die geen verse lucht aanvoeren, maar alleen de oude lucht koelen.

Bronsema’s vinding werkt als volgt: op het dak van een gebouw wordt wind binnengeleid via een verticale schacht, die door het hele gebouw loopt. Aan het begin van die schacht, net onder het dak, is een sproei-installatie aangebracht waarmee fijne waterdruppeltjes op de lucht worden gespoten, waardoor die wordt gezuiverd. Door de neerwaartse kracht van de druppels stroomt de lucht bovendien naar beneden, het gebouw in. Het sproeiwater brengt de luchttemperatuur op zo’n achttien graden. Vanuit deze windschacht, die in Bronsema’s systeem ‘de klimaatcascade’ heet, wordt de lucht via horizontale leidingen door het gebouw verspreid. Daarvoor is een trek nodig – net als bij een schoorsteen. Die wordt geleverd door de ‘zonnefacade’ aan de zuidkant van het gebouw: een glazen schoorsteen waarin de lucht door middel van de zon wordt opgewarmd. Dat levert niet alleen de trek op die nodig is voor koeling in de zomer, maar het biedt ook warmte. Op zonnige dagen kan de temperatuur in de zonneschoorsteen oplopen tot ruim vijftig graden. De warmte wordt overgedragen op water dat ondergronds wordt opgeslagen. Daar blijft het op temperatuur zodat het later kan worden gebruikt.

Installateurs monteren airconditioners in het Brabantse Mierlo © Rob Engelaar / ANP

De Amsterdamse wijk IJburg wordt ook wel ‘Waaiburg’ genoemd – zelfs op een zomerse dag die midden in de stad nagenoeg windstil lijkt, voel je hier aan het water een briesje. Dat biedt mogelijkheden voor Bronsema’s natuurlijke airconditioning. Aan de rand van IJburg staat het Four Elements Hotel, een ‘zero energy’-hotel dat sinds juni vorig jaar in bedrijf is. De skybar biedt een wijds uitzicht. We zien het IJmeer, met daarachter het Markermeer.

De inlaat voor de wind, boven op het gebouw, is van buitenaf onzichtbaar. Binnen in het gebouw bevindt zich de klimaatcascade, de verticale schacht waardoor de aangevoerde lucht naar beneden wordt geleid. Hij neemt veel minder ruimte in dan je zou denken. De doorsnede beslaat ongeveer een vierkante meter – de naastgelegen liftschacht is veel wijder. Door een raam in de betonnen wand van de schacht zijn negen kleine sproeikoppen zichtbaar die water sproeien op de naar binnen waaiende lucht.

De besproeide lucht wordt via ventilatieschachten naar de kamers gevoerd. Ze komt binnen boven de deur en wordt weer weggezogen via de badkamer, om uiteindelijk terecht te komen in de onderkant van de twee zonneschoorstenen, gevormd door twee glazen kolommen aan de zuidwestkant van het gebouw. Daar wordt de afgevoerde lucht verhit door de zon. De hitte wordt gebruikt voor de warmwatervoorziening, en in de winter voor het verwarmen van de aangevoerde buitenlucht. De zonneschoorstenen vallen niet op, omdat ze van glas zijn gemaakt. Daar doorheen zie je van buitenaf donkere gevelpanelen die zonnecellen bevatten. Ook de andere drie zijden van de gevel en het platte dak zijn ermee bekleed. Met de tweehonderdduizend kilowattuur aan elektriciteit die ze jaarlijks leveren, voorzien ze in driekwart van de energiebehoefte van het hotel.

De temperatuur in het gebouw is behaaglijk en de atmosfeer is prettig. Buiten staat een Brits echtpaar dat de vorige dag in het hotel aankwam. Ze zijn verbaasd als ze horen over de natuurlijke wijze van koeling en verwarming. ‘Dat werkt blijkbaar prima. Het zet je aan het denken over al die airco’s in onze kantoren’, zegt de man.

Peter Luscuere noemt Bronsema’s systeem ‘baanbrekend’. Het kan ontwerpers de ogen openen, zodat ze op een duurzamere manier met koeling en ventilatie omgaan als ze een gebouw ontwerpen, meent hij. ‘Al wordt het integreren van zo’n waterval in je gebouw al snel te duur.’ De Theac-25, de andere Nederlandse vinding, zal ook niet meteen voor een doorbraak zorgen, denkt hij. Het systeem is simpelweg te groot en te zwaar om het verschil te kunnen maken. ‘Een hogeschool is aan het proberen om het systeem kleinschaliger te maken. Hartstikke interessant, maar hoe realistisch is dat? We hebben geen gegevens over de performance en de efficiëntie of andere cijfers aan de hand waarvan we enige beoordeling van dat systeem kunnen rechtvaardigen.’

Voor Nederland ziet de hoogleraar op de korte termijn simpeler oplossingen om de opmars van traditionele airco’s af te remmen. Om te beginnen moeten we stoppen met ons aan te stellen. Luscuere: ‘Ik vind het wel aangenaam dat je een paar avonden hebt waarop het nog dertig graden is. Als je dan buiten hebt gezeten en daarna gaat slapen, hoeft het echt geen 21 graden in huis te zijn. 27 graden is voldoende.’ Nachtventilatie, door ’s nachts gewoon een raampje open te zetten, biedt volgens Luscuere in ons klimaat afdoende koeling, omdat er een groot verschil is tussen de temperatuur overdag en ’s nachts.

Is dat niet genoeg, of kunnen er geen ramen open? Dan kun je gebruik maken van phase change materials (pcm’s), legt de hoogleraar uit. Dat zijn materialen waarvan de faseverandering – van vast naar vloeibaar of andersom – wordt gebruikt om warmte op te slaan of af te geven. Pcm’s zijn vergelijkbaar met de koelelementen in je koelbox. Ze bestaan vaak uit zoutmengsels. Je kunt ze ‘programmeren’ door de hoeveelheid zouten in het mengsel te variëren. Je kunt ze bijvoorbeeld zo samenstellen dat ze smelten bij 21 graden of meer, waardoor ze energie uit de omgeving opnemen en zo een ruimte koelen, en stollen als de temperatuur onder de 21 graden zakt – dan geven ze de ‘opgeslagen’ energie weer af. Luscuere: ‘Pcm’s kunnen bijvoorbeeld worden verwerkt in panelen waar de ventilatielucht langs wordt geleid. Zo’n pcm stolt als ’s nachts de temperatuur daalt. In de nacht sla je in feite gratis koelenergie op. Overdag, als het bloedheet is, smelten de panelen en koelen ze de ventilatielucht af die erlangs stroomt. Daarmee kun je een paar graden verschil maken. Dat is voor het Nederlandse klimaat echt voldoende.’

Pcm’s worden al toegepast, onder meer in kantoren en datacenters en ook, schoorvoetend, in woningen. De materialen gaan heel lang mee en onderhoud is niet nodig. Maar vooralsnog lijkt grootschalige toepassing geen kans te maken door de populariteit van de elektrische aircosystemen. Bovendien is het de vraag of pcm’s wel uitkomst bieden in woningen als ze maar een paar graden verschil maken nu de zomers warmer worden. Luscuere zucht. ‘Laten we het niet overdrijven. Als het ernaartoe gaat dat het een maand lang ’s avonds dertig graden is, dan ga ik er misschien anders over denken, maar op dit moment vind ik het eigenlijk belachelijk dat je in Nederlandse woningen elektrische koelinstallaties aanbrengt.’