přeskočit na hlavní obsah

Alternativní chlazení obytných budov

alternativní chlazení

Úvod

Snahy o snížení spotřeby energie, využívání alternativních zdrojů energií a návrhy nízkoener-getických, případně pasivních budov se v našich klimatických podmínkách spojují především s vytápěním. Ale pro moderní kancelářské budovy a často i obytné domy a průmyslové stavby, se stále zvyšují požadavky na chlazení.

V souvislosti s hrozbou globálního oteplování se začíná stále více hovořit o trvale udržitelném rozvoji. Ve stavebnictví je tento pojem spojován zejména s budovami s minimální spotřebou energie a co nejjednodušším systémem technických zařízení. Dále se stále důrazněji prosazuje trend používat v budovách co nejméně látek poškozujících životní prostředí, ať již z pohledu rizika likvidace ozónové vrstvy (zákaz chladiva R12) nebo plynů skleníkových.

Tento trend je však v rozporu s požadavky kladenými na vnitřní prostředí moderních budov. Rostou nároky na tepelnou pohodu (některé studie ukazují nárůst produktivity práce až o 20 % s rostoucím tepelným komfortem), zvyšují se tepelné zátěže od elektronických zařízení jak v kancelářích, tak v obytných prostorech. A i když zatím nelze očekávat prudký nárůst teplot v souvislosti s globálním oteplováním (obr. 1), klima ve střední Evropě není v posledních letech příliš stabilní. Takové teploty, jaké byly například v létě 2003, výrazně přispívají k tomu, že je často klimatizace (chlazení vzduchu) považována za nezbytnou.

Je tomu opravdu tak? Dříve, než osadíme klimatizační (chladicí) zařízení, měli bychom zvážit i ostatní možnosti, jak zajistit tepelnou pohodu v letním období, a to i bez vysokých pořizovacích a provozních nákladů.

Pasivní chlazení

Prvním krokem by především u obytných prostor měly být stavební úpravy vedoucí ke snížení tepelné zátěže. Dům navržený jako nízkoenergetický či pasivní z pohledu spotřeby energie pro vytápění není většinou optimální z pohledu letních extrémů.

Například důkladná tepelná izolace obvodových konstrukcí nehraje z pohledu letních extrémů zdaleka tak výraznou roli. Nejdůležitější je snížení teplených zisků sluneční radiací vhodným stíněním oken a dostatečná tepelná kapacita (setrvačnost) budovy (obr. 2).

Koncepce pasivní či nízkoener-getické budovy s ohledem na chlazení musí vycházet již přímo od architekta, lze ji však uplatnit i při rekonstrukcích stávajících staveb. Pod pojmem pasivní budova či pasivní chlazení se rozumí využívání takových architektonických a urbanistických řešení, která výrazně snižují tepelné zisky v budově a přispívají k tepelné pohodě.

Stínění oken

Mezi pasivní prvky patří především stínění navržené tak, aby minimalizovalo tepelné zisky přímou sluneční radiací v letních měsících.

Stínění může zajišťovat jak budovy. Velmi vhodné jsou například listnaté stromy, které v létě stíní a v zimních měsících listí opadá a stínění je výrazně omezeno (obr. 3).

Další možností je využití stínících prvků na obvodovém plášti. Jsou-li použity trvalé slunolamy, balkony či markýzy využívá se rozdílné výšky slunce nad obzorem v letních a zimních měsících pro zajištění letního stínění i přístupu přímé sluneční radiace v zimě (obr. 4).

Z obr. 5 je patrné, že v letních měsících je úhel výšky slunce nad obzorem většinou větší než 30* a v zimě nižší než 40*. Tomu odpovídá poměr délky slunolamu k výšce okna 1,2 až 1,7 pro jižní orientaci stěny.

Výrazné snížení tepelné zátěže lze dosáhnout i instalací venkovních žaluzií (snížení o 85 %), meziokeních žaluzií (o 50 %) a případně i vnitřních žaluzií (o 40 %), či jiných stínicích prvků (obr. 6).

Možností je i použití vodných skle, či folií. Ale i v tomto ohledu se liší sklo pro minimalizaci spotřeby energie pro vytápění od skla pro minimalizaci tepelných zisků v létě. I když se pro oba způsoby používá tzv. selektivních skel. Skla pro snížení spotřeby tepla propouští do prostoru maximum krátkovlnné sluneční radiace, ale zamezují úniku dlouhovlnné radiace odvádějící teplo z místnosti. Selektivní skla pro léto naopak odrážejí maximum radiace jak ultrafialové, tak infračervené a zvýšenou propustnost mají pouze pro vlnové délky viditelného záření (světlo). Použití takovýchto selektivních skel pro obytné domy není zatím vzhledem k jejich ceně běžné.

Další možností, jak přispět k tepelné pohodě v letních měsících jsou terénní úpravy okolí budovy. Studie a monitorování ukazují, že v centrech měst, okolí komunikací a parkovišť vznikají takzvané tepelné ostrovy, kde jsou teploty vzduchu až o 5 *C vyšší než v okolí měst. Naopak použitím vodních hladin, fontán a zeleně lze snížit teplotu vzduchu až o cca 5 *C. Tento koncept známe z řady atrií a vnitřních zahrad v subtropickém pásmu, kde mají s pasivním chlazením bohaté zkušenosti.

Alternativní způsoby chlazení Pro budovu, kde již byly sníženy tepelné zisky vhodným stíněním, lze za určitých podmínek zlepšit tepelnou pohodu v letních měsících bez strojního chlazení alternativními způsoby chlazení.

Noční chlazení

Nejběžnější je noční chlazení objektů. Nočním chladnějším vzduchem se předchladí stavební konstrukce a ta se následujícího dne pozvolna ohřívá. Podmínkou fungování nočního chlazení je dobrá provětratelnost objektu. Vhodné je příčné provětrávání, kdy jsou otevřena okna na protilehlých stranách objektu a vlivem větru dochází k příčnému proudění vzduchu. Dále lze využít vztlaku teplejšího vzduchu při otevření jak oken v přízemí, tak v podkroví.

Druhou nezbytnou podmínkou je dostatečná akumulace tepla stavebních konstrukcí. Pro akumulaci se uplatní max. 5 až 10 cm zdiva, ale jakákoli izolace na vnitřním povrchu tento proces výrazně zhoršuje. Kritická je situace v podkrovních místnostech, které většinou postrádají potřebnou akumulační hmotu a noční větrání potom snižuje pouze teplotu vzduchu v noci. Během dne, kdy je teplota venkovního vzduchu vyšší než teploty vzduchu uvnitř budovy, by se naopak větrání mělo omezit.

Nočním větráním lze odvést cyklickou tepelnou zátěž cca 20 - 30 W/m2 a snížit vnitřní teploty vzduchu o 2 až 3 *C. Pro obytné budovy s dostatečnou tepelnou kapacitou a vhodným stíněním je v naší republice noční větrání většinou postačující pro dodržení tepelné pohody v letních měsících.

Adiabatické chlazení

Další alternativní metodou chlazení je využití snižování teploty vzduchu při zvlhčování odpařováním vody. V rodinných domech lze využít zkrá-pění podlah a dvorů, případně rozprašování vody. Především zkrápění dvorů před okny a balkónovými dveřmi výrazně zlepšuje tepelnou pohodu. Povrchové teploty nestíněných betonových či živičných ploch mohou dosahovat až 50 *C a zkrápěním lze tuto teplotu snížit až na 18 *C.

Přímé adiabatické chlazení rozprašováním vody není tak účinné, neboť pocit tepelné pohody člověka klesá s rostoucí relativní vlhkostí vzduchu.

Využití zemského polomasivu Pro využití chladu zemského polomasivu je nutné použít vodní nebo vzduchový systém. Chladná spodní voda se může v letních měsících používat pro podlahové chlazení. V případě, že je objekt vybaven nuceným přívodem větracího vzduchu, lze použít vzduchovodu vedeného v zemi k předchlazení vzduchu v letních extrémech (obr. 7). Toto chlazení je nabízeno i v rámci některých systémů teplovzdušného vytápění a větrání nízkoener-getických domků. Je-li zemní výměník používán pouze krátkodobě, v letních extrémech lze získat i 45 W/m2 zemního výměníku. Pro dlouhodobou sezónní akumulaci tepla klesá výkon na 8-10 W/m2.

Poměrně zajímavé pro chlazení v letních měsících je využití zemního výměníku tepelného čerpadla země-voda. Nejen, že tak získáme s minimální investicí zdroj chladu, ale zvyšuje se tím i výkon tepelného čerpadla v zimních měsících a snižuje se prochlazování terénu v okolí vrtu.

Historie

U většiny alternativních způsobů chlazení budov a konceptu pasivních budov z pohledu chlazení používáme principů známých již velmi dlouhou dobu. Řada návrhů se inspiruje historickými budovami, kde byly alternativní způsoby chlazení uplatňovány. Moderní konstrukce především kancelářských budov a strojní chlazení však většinou původní koncepty plně vytlačily. Je proto třeba nejen znovu objevovat nízkoenergetické způsoby chlazení, ale plně využít i nových nástrojů a technologií pro projektování a dimenzování těchto systémů.

Navrhování alternativního chlazení budov

Alternativní způsoby chlazení budov využívají ve značné míře kolísání teploty a relativní vlhkosti venkovního vzduchu, akumulace tepla do budovy nebo chladu ze zemského polomasivu.

Pro navrhování těchto chladicích systémů proto nestačí ani ten nejpřesnější výpočet maximální teplené zátěže, není-li kombinován s řešením dynamického chování budovy a systému. Systém chlazení s chladivovým oběhem může být navržen na extrémní hodnoty vzhledem k tomu, že jeho chladicí výkon lze poměrně jednoduše regulovat v závislosti na aktuálních parametrech vnitřního prostředí. Avšak u většiny alternativních způsobů chlazení je tato regulace krajně obtížná. Například při nuceném nočním větrání je denní teplota v místnosti závislá na tom, jak byla větrána předchozí noc.

U staveb pro bydlení je situace trochu jednodušší. Základem jsou pasivní systémy chlazení a dostatečná tepelná akumulace objektu.

Strojní chlazení

Jak už bylo řečeno v předchozích kapitolách, požadavky na strojní chlazení obytných budov jsou poměrně nové. V řadě případů jsou rekcí na extrémní léto 2003. Současně je však zřejmé, že u budov s malou akumulací tepla je dosažení tepelné pohody bez chlazení velmi obtížné.

Pro chlazení jednotlivých místností bytů či rodinných domů se potom používají většinou chladicí (klimatizační) jednotky s oběhem chladiva typ split či multi-split. Tyto jednotky se vyznačují jednoduchou instalací (s minimem stavebních úprav), přičemž trh nabízí široké spektrum jednotek od jednoduchých zařízení s minimálními pořizovacími náklady až po špičkové výrobky renomovaných výrobců. Při dodatečné instalaci strojního chlazení je kromě výkonu velmi důležitým parametrem i hluk, jak vnitřní, tak vnější jednotky a vhodná distribuce chladného vzduchu v prostoru. Neboť vzduch proudící z chladicí jednotky má poměrně vysokou rychlost (2 - 6 m/s) a velmi nízkou teplotu (14 -18 *C) a vzniká riziko průvanu.

Řada split jednotek může pracovat i v režimu tepelného čerpadla (vzduch-vzduch) a výrazně přispět i k vytápění objektu.

Závěr

Pro obytné budovy v České republice by pasivní a nízkoenergetické způsoby chlazení spolu s tepelnou stabilitou místnosti měly dostačovat pro dodržení parametrů tepelné pohody v letních měsících. Instalace vhodných stínících prvků by měla vždy předcházet instalaci strojního chlazení.

Pro nově stavěné budovy je třeba zohlednit tepelnou pohodu v letních měsících již v architektonickém návrhu a navrhovat objekty s dostatečnou akumulací, vhodným stíněním a úpravami okolí domu.

Miloš Laim, Jan Hensen

Literatura
[1] Barnard, N., Jaunzens, D., 2001, Low Energy Cooling - Technology Selection and Early Design Guidance, Building Research Establishment Ltd, London, 109 p.
[2] Heap, R.D., 2001, Refrigeration and air conditioning - the response to climate change, Bulletin of the IIR - No 2001-5,
[3] IEA, 1995, Review of Low Energy Cooling Technologies, Natural resources Canada, Ottawa, Canada, 88 p.
[4] Roel, H., 2000, Low Energy Cooling-Detailed Design Tools,
Building Research Estabilishment Ltd, London, 327 p.
[5] Santamouris, M., Asimakopoulos, D., 1996, Passive Cooling of Buildings, James&James Ltd., London, U.K., 472 p.
[6] Houghton, J., 1998, Globální oteplování,Academia, Praha, 228 str.
[7] Passive design, http://www.greenhouse.gov.au/yourhome/ /technical/fs10.htm

Seriál: Úspory paliv, energie a vody, článek z r. 2004

zdroj: Alternativní energie

Líbil se vám článek?

ano: 323     ne: 209

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb