TNO-onderzoek brengt efficiënte kookafzuiging niet dichterbij

 In Afzuiging

Een recent uitgebracht TNO-rapport adviseert in een moderne luchtdichte woning 300m3/h kookafzuiging aan te brengen. Dit klinkt niet efficiënt. In dit bericht stel ik dat het zeer waarschijnlijk met aanzienlijk minder lucht kan.

Foto: © Lionel Allorge / CC-BY-SA-3.0

Inleiding

In luchtdichte energiezuinige woningen blijft de luchtkwaliteit een terecht aandachtspunt. Daarbij is koken een van de grootste vervuilers. Het blijkt dat in deze woningen bij het koken met onvoldoende afzuiging zeer hoge fijnstofconcentraties kunnen optreden. Om deze reden voert TNO al enige jaren onderzoek op dit gebied uit. Recent is het openbare eindrapport van het onderzoek ‘VentKook’ (Ventilatiesysteem met goede kookafzuiging) gepubliceerd.
Omdat ik altijd geïnteresseerd ben in goede informatie over afzuiging, heb ik het rapport ingekeken. Al snel viel mij de opzienbarende aanbeveling op, om in een woning een kookafzuiging met een capaciteit van minimaal 300m3/h te installeren. Dat klinkt niet bepaald efficiënt!

Waar zou die aanbeveling op gebaseerd zijn?

Metingen

In het rapport is een grafiek te vinden waarin de meetresultaten aan een T-shape afzuigkap zijn weergegeven. Hieruit blijkt dat het vangstrendement van de kap ongeveer lineair stijgt met toenemend afzuigdebiet, van 60% vangst bij 75m3/h tot 95% bij 300m3/h. Ook wordt een vergelijking getoond tussen de resultaten van verschillende testmethoden, die allemaal netjes overeenkomen. Je zou zeggen, daar is geen speld tussen te krijgen. En toch zat het me niet lekker. Dus toen ben ik het rapport maar eens goed gaan lezen.

T-shape kookafzuiging
T-shape afzuigkap

Testmethoden

Die testmethoden bleken vooral te verschillen in de manier waarop de warmte werd opgewekt: met gas, via elektrische weerstandsverwarming of inductief. Aangezien de energetische efficiëntie van deze kookmethoden nogal verschilt, zou ik juist verschillende vangstrendementen bij gelijke afzuigdebieten verwachten. Het vangstrendement heeft namelijk een directe relatie met de hoeveelheid lucht in de warme pluim boven de kookplaat. Als er minder wordt afgezogen dan er aanbod is van warme lucht, kan het niet anders dan dat een deel van deze lucht langs de afzuigkap wegstroomt.

Invloed thermische pluim

Dit blijkt heel mooi uit een onderzoek van Lawrence Berkeley National Laboratory. In dit onderzoek zijn 15 afzuigkappen in Californische woningen getest op vangstrendement. De metingen zijn gedaan bij verschillende combinaties van gebruikte branders en afzuighoeveelheden. In onderstaande grafiek is een deel van de meetresultaten weergegeven. Alleen van die afzuigkappen, waarvan alle branders volledig onder het geprojecteerde oppervlak van de kap vielen. Dit waren, zoals te verwachten, de kappen met de hoogste vangstrendementen. Op de horizontale as staat de verhouding van het afzuigdebiet en het debiet in de pluim ter hoogte van de onderkant van de afzuigkap. Te zien is dat het vangstrendement toeneemt met deze verhouding. Boven een verhouding van circa 1,4 is het vangstrendement maximaal, met een waarde die schommelt rond de 90%.

De oranje ster geeft het theoretische optimum aan: 100% vangstrendement bij afzuigdebiet/pluimdebiet=1. Dat is dat alle lucht in de pluim volledig wordt afgezogen. En dat daarbij geen schone lucht vanuit de keuken wordt afgevoerd. Dit theoretische maximum zal niet realiseerbaar zijn. Maar ervaringen uit de industriële afzuiging leren dat 95% vangstrendement bij een verhouding afzuigdebiet/pluimdebiet=1,1 zeker haalbaar zijn voor goed ontworpen afzuigkappen.

Te verwachten conclusie

In het rapport wordt ook verwezen naar een eerder TNO-onderzoek (‘KEEK’ Karakterisering en Energie Efficiënte reductie van Kookemissies). In dit onderzoek wordt wel uitgebreid ingegaan op de luchthoeveelheid in de pluim.

De onderzoekers constateren dat bij inductiekoken het pluimdebiet minder dan de helft is van die bij gaskoken. Ik zou verwachten dat iets van die constatering terugkomt in de conclusie van het VentKook-onderzoek. Maar niets van dat alles.

De conclusie is dat een kookafzuiging van 300m3/h nodig is, onafhankelijk van de wijze van koken.
Dan blijft de vraag waarom TNO een dergelijk verband niet heeft gevonden. Ik heb daar in de rapporten niet een duidelijk antwoord op kunnen vinden. Wel krijg ik de indruk dat het iets met (gebrek aan) kwaliteit van meten te doen heeft. Onderstaand enkele voorbeelden daarvan.

Slordig meten 1

In het hierboven genoemde KEEK-onderzoek zijn diverse CFD-simulaties gemaakt. TNO merkt in de rapportage zeer terecht op: ‘Computational Fluid Dynamics (CFD) is mits goed gevalideerd een krachtige tool om luchtstromingen te voorspellen’. Tot mijn grote verbazing (of beter verbijstering) heeft TNO het pluimdebiet gemeten in een meetopstelling, die voor een goed gedefinieerde buisstroming adequaat is. Maar voor een thermische pluim die voortdurend sterk in tijd en plaats varieert is dit een ronduit knullige methode. TNO onderkent zelf ook de twijfelachtigheid van deze meting. Maar in plaats van een goede meting te doen, lijkt het alsof de CFD wordt gebruikt om de meting te valideren, in plaats van andersom. In dit proefschrift staat een goede meetopstelling beschreven.

Slordig meten 2

Om het vangstrendement te meten wordt gebruikt gemaakt van CO2 als tracergas. De belangrijkste grootheid voor het bepalen van dit rendement is de CO2 concentratie in de ruimte. Om preciezer te zijn, de concentratie in de lucht die door de pluim en de afzuigkap wordt aangezogen vanuit de ruimte. In de meetopstelling van TNO wordt dit gemeten op 1 positie op 0,5m afstand van het midden van de pluimhoogte. Dit is representatief als de concentratie overal in de ruimte gelijk is. Ofwel er dient sprake te zijn van optimale menging. Uit temperatuurmetingen die in het rapport besproken worden, blijkt echter dat bij een laag afzuigdebiet sprake is van behoorlijk grote verticale temperatuurgradiënten. Dit duidt op onvolledige menging. Het is dus zeer de vraag in hoeverre dit ene meetpunt representatief is.

Slordig meten 3

TNO heeft metingen gedaan in een door hen zelf ontwikkelde testopstelling voor inductiekoken, én in een door ASTM ASTM E3087, 2017, Standard Test Method for Measuring Capture Efficiency of Domestic Range Hoods , ASTM International, West Conshohocken, PA beschreven proefstand voor gas en elektrisch weerstandskoken. Het blijkt uit de rapportage dat bij metingen volgens de ASTM methode de standaarddeviatie en daarmee het 95% betrouwbaarheidsinterval van de metingen een factor 4 à 5 maal kleiner is. Hetgeen aangeeft dat de door TNO ontwikkelde methode zeer gevoelig voor verstoringen is.

Mogelijke reductie van kookafzuiging

Ik pretendeer hier niet te kunnen uitrekenen hoeveel lucht een afzuigkap in een moderne woning zou moeten afzuigen. Wel kan ik aangeven welke factoren een rol spelen en hoeveel invloed dat ongeveer op de af te zuigen luchthoeveelheid heeft. Daar waar TNO alle kooksystemen over één kam scheert, zou ik onderscheid willen maken in gas- en inductiekoken.

  1. De energetische efficiëntie van het kooksysteem. Afgaande op de cijfers die TNO in de genoemde rapporten gebruikt, zou inductie 27% minder vermogen vragen. Ik laat verschillen in turbulentie en warmtestraling voor nu even buiten beschouwing. Dan zou 27% minder vermogen circa 10% minder lucht in de pluim opleveren.
  2. Hoogte van de afzuigkap boven de kookplaat. Leveranciers geven aan dat bij inductie de kap 10cm lager kan worden gemonteerd dan bij gaskoken. Dit levert ter plaatse van de afzuigkap een reductie van zo’n 16% lucht in de pluim.
  3. TNO geeft geen enkele indicatie hoe de geteste kappen presteren ten opzichte van het theoretisch optimum. Daarom ga ik er voor nu even vanuit dat een gemiddelde afzuigkap conform de resultaten van het Amerikaanse onderzoek presteert. Dan is er minimaal 1,4x meer luchtafzuiging nodig dan er in de pluim aanwezig is, om optimaal te presteren. Een goed ontworpen afzuigkap werkt al optimaal met een factor 1,1. Dit betekent potentieel 21% reductie van de afzuiging.

In totaal kan dan de kookafzuiging met 40% gereduceerd worden. Ofwel, in plaats van 300m3/h zou 180m3/h voldoende zijn.

Is dit gevalideerd? Nee, op geen enkele manier. Maar het is wel een reële beredeneerde inschatting van de mogelijke reductie. Als de metingen en simulaties van TNO in het KEEK-onderzoek ondanks mijn bedenkingen toch zouden kloppen, zou een nog veel grotere reductie mogelijk moeten zijn.

Vooruitzicht

De aanbeveling van TNO om 300m3/h af te zuigen, is in een moderne luchtdichte woning praktisch haast niet te realiseren. Wanneer mijn inschatting juist zou zijn, worden de praktische mogelijkheden een stuk groter.

Hoe ziet zo’n efficiënte afzuigkap er dan uit? Hier een voorbeeld van een toepassing in een industrieel afzuigsysteem. En hier een voorbeeld in een horecatoepassing.

Recente artikelen
7 reacties
  • Piet Jacobs
    Beantwoorden

    Op basis van het onderzoek waarnaar je verwijst van Berkeley is in 2012 een artikel in Indoor Air gepubliceerd (Performance of installed cooking exhaust devices, nr 22, p. 224 – 234). Hierin wordt geconcludeerd dat dat minimaal een flow van 95 dm3/s (342 m3/uur) noodzakelijk is om 75% af te vangen indien op de voorste branders wordt gekookt. In deze Amerikaanse studie werd op gas gekookt. Nu hadden wij in 2016 inderdaad net als jij het idee dat bij inductief koken de hoeveelheid af te zuigen lucht lager zou kunnen zijn dan bij koken op gas. Daarom hebben we hebben een nieuwe bepalingsmethode ontwikkeld voor inductie. Echter uit onze metingen blijkt dat de benodigde afzuigcapaciteit bij inductief koken vergelijkbaar is als bij koken op gas. Een verklaring hiervoor is dat bij koken op gas door de hoge temperatuur en de relatief grote hoeveelheid warmte een stabiele thermische pluim ontstaat die recht omhoog naar de afzuigkap stroomt. Bij inductief koken is dit veel minder het geval en hebben kleine verstoringen veel meer invloed en ontsnapt er relatief veel van de kookdampen. We hebben in Hoofdstuk 2 van het rapport afgeleid dat je bij inductief koken zelfs met een goede afzuigkap toch 300 m3/h afzuigcapaciteit nodig hebt om 95% direct af te vangen. Met een “slechte” afzuigkap wordt bij dit debiet slechts 70% direct afgevangen.
    In hoofdstuk 3 van ons rapport laten we in de NeroZero woning zien dat 300 m3/uur afzuigcapaciteit in de keuken geluidloos (23 dB) haalbaar is door de afzuigkap aan te sluiten op een goed ontworpen balansventilatiesysteem. Groot voordeel hiervan is dat de afgezogen lucht ook door het ventilatiesysteem wordt ingeblazen zodat je in een luchtdichte woning geen raampje open hoeft te zetten en het energieverlies minimaal is. Feitelijk wordt juist een groot deel van de kookwarmte in de winter teruggewonnen. Al met al kunnen we stellen dat goede kookafzuiging ook in luchtdichte woningen prima realiseerbaar is indien er in het ontwerp van het ventilatiesysteem rekening mee wordt gehouden.

    • Ron Houtenbos
      Beantwoorden

      In mijn blogbericht ga ik alleen in op metingen aan kappen die de branders volledig ‘bedekken’. Kappen die dat niet doen zijn wat mij betreft per definitie niet efficiënt. Maar binnen de categorie ‘volledig bedekkend’ onderscheid ik nog steeds goede en minder goede afzuigkappen.
      Dat er bij inductiekoken relatief veel kookdampen ontsnappen is juist de reden dat ik voorstel de kap lager te monteren én een kap te kiezen die een goede dieptewerking heeft. D.w.z. een kap die al op enige afstand invloed op de stroming van dampen heeft. Bekijk de foto en video’s op https://www.induventus.nl/beste-lokale-afzuiging-gevaarlijke-stoffen/ maar eens goed.

      Ik vind de bewijsvoering dat er 300m3/h afzuiging nodig is om 95% vangstrendement te halen niet sterk. Wanneer de 3 meetpunten in figuur 5 van jullie rapport worden voorzien van balkjes met de 95% betrouwbaarheidsintervallen, dan is hierdoor een (geknikte) lijn te trekken die al ruim onder de 300m3/h de 95% haalt.

      Jullie hebben inderdaad aangetoond dat 300m3/h met een speciaal ontwerp is te halen. Maar dan is 180m3/h zeker te halen, en met veel minder aanpassingen!

  • Piet Jacobs
    Beantwoorden

    Beste Ron, jouw aanname dat de efficientie flink stijgt door de kap lager te monteren is niet correct. Uit metingen van Kim et al. 2010 (Science and Technology for the Built Environment) blijkt dat door de kap van 61 naar 46 cm boven de kookplaat te plaatsen dat hierdoor de vangstefficientie slechts 2% stijgt. Ook jouw aanname van het 95% betrouwbaarheidsinterval is niet correct. Voor de T-shape bedraagt deze slechts 1,6% bij 83 dm3/s. Jij verwijst in jouw foto’s en video’s naar een referentiesituatie in de staalindustrie waar totaal andere condities heersen. De temperatuurverschillen bedragen daar ordegrootte 1000 K, bIj koken zijn deze temperatuurverschillen in de ordegrootte van 20 C. Er is bij koken sprake van een totaal ander stromingsgedrag. Hierdoor is jouw aanname dat een vlakke afzuigkap beter is dan een afzuigkap met dampbuffer (een randje) niet correct. Dat een afzuigkap met een dampbuffer beter presteert dan een vlakke afzuigkap hebben bij reeds in 2016 met metingen laten zien (Indoor Air 2016, Energy efficient measures to reduce PM2,5 due to cooking).

    • Ron Houtenbos
      Beantwoorden

      Beste Piet,
      Het bepalen van het afzuigdebiet voor bedrijfskeukens is vastgelegd in bijvoorbeeld NEN-EN 16282-1:2017 en VDI 2052-1. Dit is geheel identiek aan de theorie waarop ik industriële afzuigingen baseer. En deze video laat een vlakke plaat zien in een horecatoepassing. Maar om in de keukensfeer te blijven: the proof of the pudding is in the eating!

  • Anton
    Beantwoorden

    Experts,

    Ik vroeg me af of er ontwikkelingen zijn rond het gebruiken van het WTW concept in afzuigkappen. Gezien de enorme afzuigcapaciteit van ene afzuigkap zou dit een interessante richting moeten zijn.

    Groet,
    Anton

  • Robin
    Beantwoorden

    Interessante discussie. De oplossing bij ventilatiesysteem D met WTW lijkt me hieruit duidelijk. Maar wat doe je best bij een ventilatiesysteem C en inductiekoken? Raam open en afzuigkap op hoogste stand en extra stookkosten er dan maar bij nemen?

    • Ron Houtenbos
      Beantwoorden

      Beste Robin,

      Bij systeem C stroomt alle lucht die wordt afgezogen ergens de woning binnen. Als het goed is, is er in of nabij de keuken een rooster. Dit zou tijdens het koken geopend moeten worden. Met een beetje geluk komt er dan niet meer lucht binnen dan er via de afzuigkap wordt afgezogen. Als het bijvoorbeeld hard waait, kan er echter veel meer lucht binnen komen. Door het openen van een raam is het vrijwel zeker dat er veel meer lucht binnenkomt dan er wordt afgezogen. Dat is dus zonde van de energie. Want mijn ervaring is dat (zeker bij inductiekoken) de afzuiging van een afzuigkap voldoende is om vrijwel alle kookdampen af te zuigen. Veel meer ventileren (via dat geopende raam) is dan ook meestal niet nodig.

Laat een reactie achter

Start typing and press Enter to search

Copyright © 2018 Falko Wittorf