klimaatcascade en zonneschoorsteen

Een manier om in beginsel natuurlijke luchtbehandeling (ventilatie, airconditioning, verwarming) toe te passen is de zogenoemde klimaatcascade gecombineerd met de zonneschoorsteen. Er is sprake van "in beginsel" omdat hulpventilatoren ervoor kunnen zorgen dat het natuurlijke ventilatiesysteem altijd werkzaam kan zijn. Het systeem wordt ook wel het Earth, Wind & Fire concept genoemd (EWF, EW&F). 
De klimaatcascade en zonneschoorsteen passen door de natuurlijke manier van luchtbehandeling goed in een duurzaam gebouw.

Aanvoer van verse lucht en afvoer van "gebruikte" lucht worden als volgt geregeld:
- de zonneschoorsteen is een schacht die overdag verwarmd wordt door de zon en daarmee de lucht uit de afvoerschacht (en de ruimten) zuigt; de schacht is voorzien van isolatieglas en georiënteerd op het zuiden
- de klimaatcascade is een hoge schacht waar de van buiten aangevoerde lucht bevochtigd wordt en naar de toevoerschacht geleid wordt
- de zuigende werking van de zonneschoorsteen trekt gebruikte lucht aan uit de ruimten naar de afvoerschacht
- de duwende werking van de klimaatcascade voert de verse, geconditioneerde lucht naar de toevoerschacht voor de ruimten
- de ruimten worden op deze manier van verse lucht voorzien vanuit de toevoerschacht en de gebruikte lucht wordt afgezogen vanuit de afzuigschacht.

in principe natuurlijke airconditioning door klimaatcascade (links) en zonneschoorsteen (rechts); dak en binnenzijde schacht zonneschoorsteen zijn uitgerust met zonnepanelen (tvvl magazine 2018-01):

legenda bij de afbeelding: 1 = windvanger (bij luchttoevoer en bij zonneschoorsteen) 2 = klimaatcascade ("warmtewisselaar", onderaan batterij koelen/verwarmen toevoerlucht) 3 = toevoerschacht 4 = zonneschoorsteen (thermiek als drijvende kracht) 5 = wtw-systeem (warmteterugwinning) 6 = hulpventilatoren (i.v.m. flexibiliteit) 7 = locatie zonnepanelen (dak en schacht) 8 = afvoerschacht (afzuigschacht)

Voordelen van klimaatcascade en zonneschoorsteen:
- minder energie benodigd door de natuurlijke trek vanuit de zonneschoorsteen en natuurlijke manier van koelen
- aangevoerde warme lucht wordt gekoeld door waterdruppels (deze "warmtewisselaar" levert extra druk onderaan de schacht)
- de warmteterugwinning (wtw) kan direct in het gebouw benut worden of gebruikt worden om de warmte naar het wko-systeem te leiden)
- afhankelijk van de buitentemperatuur zorgen de waterdruppels in de zomer voor koele aanvoerlucht en in de winter voor verhogen van de relatieve vochtigheid (rv) (en mogelijk voor verwarmen van de lucht en daarmee van de ruimten)
- de luchtsnelheid (ca. 3 m/s) is geringer dan bij traditionele luchtbehandelingskasten (lbk, ca. 6 m/s) waardoor het beter is voor het leefomgeving in het gebouw
- door zonnepanelen (ook in de wand in de zonneschoorsteen) wordt een fors deel van de benodigde elektriciteit opgewekt
- in combinatie met warmte-koude-opslag (wko-systeem) kan het systeem in de winter het gebouw verwarmen
- een booster warmtepomp kan voor warm tapwater zorgen.

Aspecten:
- "het zijn eigenlijk conventionele technieken, maar op een andere manier aan elkaar gekoppeld"; het duurzame systeem vereist wel intensieve samenwerking tussen architect en klimaatingenieur
- door de extra schachten die benodigd zijn, is het systeem vooral geschikt voor kantoren, scholen, grote woongebouwen e.d.
- door de geringere luchtsnelheid zullen toevoer- en afvoerkanalen ruimer gedimensioneerd moeten worden dan gebruikelijk
- om verontreiniging van het systeem te vermijden, zijn toch (wellicht alleen wat grovere) filters nodig die de druk iets verminderen
- een ontmister bij de klimaatcascade wordt toegepast om te vermijden dat er te kleine waterdruppels in de toevoerschacht komen
- de luchtdichtheid van aansluitingen van klimaatcascade en zonneschoorsteen is belangrijk om valse trek te vermijden (anders moet de geforceerde ventilatie teveel onnodig werk verrichten)
- het ruimtebeslag van deze klimaatinstallatie schijnt, ondanks de schachten, ongeveer gelijk te zijn aan dat wat benodigd is voor ventilatie e.d. via traditionele luchtbehandelingskasten (lbk)
- de verwachting is dat de onderhoudskosten aanzienlijk lager zijn dan bij traditionele klimaatbeheersing
- in de naaste toekomst zal het systeem waarschijnlijk evolueren van een permanent klimaatsysteem naar een vraaggestuurd systeem.

Tot 2023 zijn klimaatcascade en zonneschoorsteen toegepast in:
- Breeze Hotel in Amsterdam ("zero energy hotel"); meer informatie bij Van Delft Groep (ing. Joost Vermeer, installatietechniek), Royal HaskoningDHV (ing. Jaap Veerman), ABT Ingenieurs en Bouwtechniek (ir. Peter Swier).
- Multifunctioneel Onderwijsgebouw MFOII (Langeveld gebouw) van de Erasmus Universiteit op Campus Woudestein in Rotterdam (circulair onderwijsgebouw, BREEAM Outstanding); meer informatie bij Paul de Ruiter Architects, Halmos Adviseurs (installatietechniek, Ron van der Plas, directeur/adviseur Werktuigbouw), BAM Bouw en Techniek, BAM Advies en Engineering, LBP|Sight (adviseur Bouwfysica), PHI Factory (adviseur Duurzaamheid).

Algemene informatie over klimaatcascade en zonneschoorsteen bij EWF-lab en natuurlijk bij de bedenker van het systeem Bronsema Consult (dr. ing. Ben Bronsema).

Verg. windtoren (windvanger), ventilatie, klimaatgevel (is het onderdeel zonneschoorsteen als apart object).