image 79173 25 v1
Galรฉria(8)

Solรกrne chladenie budov

Partneri sekcie:

Obnoviteฤพnรฉ zdroje energie budรบ dรดleลพitou zloลพkou ลกtruktรบry energie, ale ich schopnosลฅ nahradiลฅ ostatnรฉ zdroje energie je v najbliลพลกรญch rokoch obmedzenรก.

1
2
3
4
5
t1
t2

V tomto obdobรญ sa dominantnรฝm sektorom v spotrebe energie stali budovy, ktorรฉ svojim uลพรญvateฤพom poskytujรบ komfort, pohodu ฤi bezpeฤnosลฅ, a to prostrednรญctvom energetickรฝch systรฉmov, ako sรบ vykurovanie, chladenie, vetranie, klimatizรกcia, prรญprava teplej vody, osvetlenie, elektroinลกtalรกcie a prevรกdzka elektrospotrebiฤov. Eurรณpska รบnia aj preto prijรญma strategickรฉ dokumenty, smernice a vyhlรกลกky, ktorรฝmi sa snaลพรญ na jednej strane o vรฝraznejลกie vyuลพรญvanie obnoviteฤพnรฝch a alternatรญvnych zdrojov energie, na druhej strane o zniลพovanie energetickej nรกroฤnosti prevรกdzky budov. Cieฤพom je dosiahnuลฅ do roku 2020 20 % podiel obnoviteฤพnรฝch zdrojov, 20 % znรญลพenie spotreby energie a 20 % znรญลพenie emisiรญ. Na Slovensku musรญ byลฅ podiel energie z obnoviteฤพnรฝch zdrojov do konca roku 2020 aspoลˆ 14 %.

Obr. 1 Vývoj spotreby primárnych energetických zdrojov (Zdroj: MH SR)

Obr. 1 Vรฝvoj spotreby primรกrnych energetickรฝch zdrojov (Zdroj: MH SR)

ฤŒlenskรฉ krajiny Eรš kladรบ ฤoraz vรคฤลกรญ dรดraz na vyuลพรญvanie obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie, aby posilnili energetickรบ sebestaฤnosลฅ krajรญn. Na podporu vyuลพรญvania obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie sa vytvorilo viacero inลกtitucionรกlnych a finanฤnรฝch nรกstrojov a schรฉm. Obnoviteฤพnรฉ zdroje energie budรบ dรดleลพitou zloลพkou ลกtruktรบry energie, ale ich schopnosลฅ nahradiลฅ ostatnรฉ zdroje energie je v najbliลพลกรญch rokoch obmedzenรก, ako ukazuje obr. 1. Ich zvรคฤลกa lokรกlny charakter a vyuลพรญvanie diverzifikuje domรกcu zรกkladลˆu, takลพe pri potenciรกlnom vรฝpadku malรฉho zdroja moลพno nรกsledky takรฉhoto stavu napraviลฅ omnoho ฤพahลกie ako pri vรฝpadku veฤพkรฉho zdroja. Tรกto skutoฤnosลฅ preto predpokladรก ich decentralizovanรฉ pouลพitie. Prechod od tradiฤnรฝch fosรญlnych palรญv na obnoviteฤพnรฉ teda znamenรก prechod od malรฉho poฤtu veฤพkรฝch zdrojov k miliรณnom malรฝch nezรกvislรฝch zdrojov, kde v princรญpe kaลพdรฝ dom mรดลพe byลฅ zdrojom energie. Pri takejto predpokladanej obrovskej zmene energetiky sa tradiฤnรฉ chรกpanie zdrojov veฤพmi menรญ. Tรกto zmena vลกak nie je moลพnรก bez zmeny myslenia ฤพudรญ a spรดsobu chรกpania energetiky.

Budovy s takmer nulovou potrebou energie a OZE

Budovy majรบ dopad na dlhodobรบ spotrebu energie, preto by mali spฤบลˆaลฅ minimรกlne poลพiadavky na energetickรบ hospodรกrnosลฅ a zohฤพadลˆovaลฅ miestne klimatickรฉ pomery. Toto platรญ pre starรฉ, ale najmรค pre novรฉ budovy, pri ktorรฝch je nevyhnutnรฉ zvaลพovaลฅ aj alternatรญvne zdroje energie s ohฤพadom na environmentรกlnu a ekonomickรบ realizovateฤพnosลฅ danรฝch projektov a systรฉmov vyuลพรญvajรบcich obnoviteฤพnรฉ zdroje tepla. Pri nรกvrhu projektu teda treba dรดkladne zvรกลพiลฅ vลกetky aspekty, ako sรบ vรฝvoj cien na svetovรฝch trhoch, novรฉ trendy v stavebnรญctve a v neposlednom rade inลกtalรกcie hybridnรฝch systรฉmov vykurovania a chladenia.

Pri obnove existujรบcich budov by sa mali zvรกลพiลฅ a prijaลฅ hospodรกrne opatrenia na zvรฝลกenie ich energetickej hospodรกrnosti, priฤom sa netreba zameraลฅ na celkovรบ obnovu budovy, ale len na ฤasti, ktorรฉ sรบ efektรญvne a finanฤne vรฝhodnรฉ. Zvyลกovanie energetickej hospodรกrnosti a efektรญvnosti budov a ich ฤastรญ je potrebnรฉ v celom spoloฤenstve. ฤŒlenskรฉ krajiny teda musia prijaลฅ potrebnรฉ opatrenia, aby zvรฝลกili energetickรบ hospodรกrnosลฅ budov podฤพa urฤenej metodiky stanovenej smernicou o energetickej hospodรกrnosti, priฤom sa mรดลพu rozdeฤพovaลฅ novรฉ a existujรบce budovy s ohฤพadom na miestne klimatickรฉ podmienky.

ฤŒlenskรฉ ลกtรกty vypracujรบ nรกrodnรฉ plรกny zameranรฉ na zvyลกovanie poฤtu budov s takmer nulovou potrebou energie, priฤom tieto nรกrodnรฉ plรกny mรดลพu zahล•ลˆaลฅ ciele rozlรญลกenรฉ podฤพa kategรณriรญ budov, a zabezpeฤia, aby:

  • vลกetky novรฉ budovy boli od 31. decembra 2020 budovami s takmer nulovou potrebou energie;
  • novรฉ budovy, v ktorรฝch sรญdlia verejnรฉ orgรกny a ktorรฉ vlastnia verejnรฉ orgรกny, boli po 31. decembri 2018 budovami s takmer nulovou potrebou energie.

Slneฤnรฉ energetickรฉ systรฉmy

Solรกrne energetickรฉ systรฉmy aplikovanรฉ v budovรกch majรบ jednoznaฤne kladnรฝ vplyv na celkovรบ energetickรบ hospodรกrnosลฅ budov (EHB):

  • tepelnรฝ vรฝkon solรกrneho systรฉmu redukuje tepelnรฝ vรฝkon klasickรฉho zdroja tepla, ktorรฝ zabezpeฤuje vรฝrobu tepla na vykurovanie a ohrev vody;
  • solรกrne systรฉmy zniลพujรบ potrebu energie na ohrev vody klasickรฝm spรดsobom;
  • v zimnom obdobรญ ลกetria prรกcu a spotrebu energie na pohon ฤerpadiel v konvekฤnom vykurovacom distribuฤnom systรฉme;
  • vฤaka solรกrnym systรฉmom sa minimalizuje poฤet prevรกdzkovรฝch hodรญn klasickรฉho zdroja tepla.

Obr. 2 ฤŒasový priebeh solárnych ziskov a poลพiadaviek na chladenie a vykurovanie

Obr. 2 ฤŒasovรฝ priebeh solรกrnych ziskov a poลพiadaviek na chladenie a vykurovanie

Solรกrnu energiu v budovรกch moลพno vyuลพiลฅ na ohrev pitnej vody, vykurovanie a chladenie. V sรบฤasnosti sa solรกrne chladenie zaraฤuje medzi alternatรญvne spรดsoby chladenia. Vyuลพรญvanie solรกrnej energie na chladenie (obr. 2) je vรฝhodnรฉ v tom, ลพe krivka dennej potreby chladu kopรญruje krivku solรกrnych ziskov poฤas dลˆa, ich maximรกlne hodnoty sa zhodujรบ. Technolรณgia solรกrneho chladenia vyuลพรญva tepelnรบ energiu zรญskanรบ zo solรกrnych kolektorov na pohon chladiacich systรฉmov (obr. 3). Tento systรฉm pozostรกva zo znรกmeho fototermรกlneho systรฉmu (kolektory, zรกsobnรญk, vรฝmennรญk, riadiaca jednotka, rozvody) a je doplnenรฝ chladiacim strojom, ktorรฝ je pohรกลˆanรฝ teplom. V tomto procese sa slneฤnรฉ teplo zhromaลพฤuje a vyuลพรญva na riadenรฝ chladiaci proces v budove.

Obr. 3 Základná schéma solárneho chladenia

Obr. 3 Zรกkladnรก schรฉma solรกrneho chladenia

Vลกeobecne sa alternatรญvne spรดsoby solรกrneho chladenia delia na:

  • aktรญvne โ€“ strojovรฉ chladenie, solรกrne termickรฉ chladenie a fotovoltickรฉ chladenie;
  • pasรญvne โ€“ voฤพnรฉ chladenie (freecooling).

Absorpฤnรฉ chladenie

Princรญp absorpฤnรฉho chladenia je podobnรฝ klasickรฉmu kompresorovรฉmu chladeniu (obr. 4), rozdiel je len v spรดsobe zรญskavania vyลกลกieho tlaku pรกr chladiva potrebnรฉho na kondenzรกciu. Pri kompresorovom chladenรญ sa vyลกลกรญ tlak dosahuje pomocou stlaฤenia pรกr chladiva v kompresore (vรคฤลกinou elektricky), ktorรฝ je energeticky najnรกroฤnejลกou sรบฤasลฅou chladiaceho zariadenia. Pri systรฉme absorpฤnรฉho chladenia sa kompresia pรกr chladiva dosahuje termickรฝm princรญpom s vyuลพitรญm solรกrneho tepla. Klasickรฝ proces kompresie je nahradenรฝ pouลพitรญm novรฝch ฤastรญ chladiaceho zariadenia โ€“ absorbรฉra, generรกtora, obehovรฉho ฤerpadla, expanznรฉho ventilu, tepelnรฉho vรฝmennรญka a ฤalลกej pracovnej lรกtky (sorbentu). Pri nรกvrhu absorpฤnรฉho systรฉmu je veฤพmi dรดleลพitรฉ dbaลฅ na sprรกvny vรฝber pracovnรฝch lรกtok, pretoลพe รบฤinnosลฅ absorpฤnรฉho chladenia zรกvisรญ od chemickรฝch a termodynamickรฝch vlastnostรญ tรฝchto lรกtok. Najpouลพรญvanejลกรญmi pracovnรฝmi lรกtkami sรบ bromid lรญtny/voda (H2O/LiBr) a voda/amoniak (H2O/NH3). V prvom prรญpade je chladivom voda a v druhom amoniak.

Obr. 4 Schéma porovnania absorpฤného a elektrického kompresorového chladiฤa

Obr. 4 Schรฉma porovnania absorpฤnรฉho a elektrickรฉho kompresorovรฉho chladiฤa

V tab. 1 je uvedenรฝ prehฤพad absorpฤnรฉho chladenia s najdรดleลพitejลกรญmi technickรฝmi parametrami beลพne pouลพรญvanรฝch chladiacich sรบstav. Podฤพa poลพiadaviek na teplotu chladiacej vody moลพno rozhodnรบลฅ, ktorรก dvojica pracovnรฝch lรกtok sa pouลพije. Teplota vykurovacej vody urฤuje poลพiadavky na typ solรกrnych kolektorov a teplota chladiacej vody zas poลพiadavky na typ chladiacich veลพรญ. Dรดleลพitรฝm faktorom pri porovnรกvanรญ chladiacich sรบstav medzi sebou je tzv. chladiaci faktor EER (Energy Efficiency Ratio), ktorรฝ udรกva energetickรบ รบฤinnosลฅ systรฉmu. Moลพno ho definovaลฅ ako pomer energie zรญskanej systรฉmom a energie vloลพenej do systรฉmu.

Adsorpฤnรฉ chladenie

Adsorpฤnรก jednotka pracuje na podobnom princรญpe ako tรก absorpฤnรก. Teplo sa spรคtne vyuลพรญva na tepelnรบ kompresiu chladiva. Jednotka sa skladรก zo ลกtyroch ฤastรญ (obr. 5) โ€“ dvoch sorpฤnรฝch komรดr, vรฝparnรญka a kondenzรกtora. Obidve sorpฤnรฉ komory obsahujรบ tepelnรฉ vรฝmennรญky, ktorรฉ sรบ obklopenรฉ sorbentom (v prรญpade adsorpฤnรฉho chladenia je to lรกtka s vysokou pรณrovitosลฅou). Proces adsorpcie pri pouลพitรญ silikagรฉlu ako sorbentu prebieha za pomerne nรญzkych teplรดt vykurovacej vody (55 โ€“ 80 ยฐC). Staฤรญ pouลพiลฅ klasickรฉ plochรฉ kolektory a dosiahnuลฅ podobnรฉ รบฤinnosti ako pri absorpฤnรฝch systรฉmoch EER = 0,3 โ€“ 0,7. Rovnako ako pri absorpฤnom systรฉme, aj pracovnรฉ pary vyuลพรญvajรบ ako chladivo vodu, limitovanรฉ jej teplotou mrazu.

Obr. 5 Chladenie

Obr. 5 Chladenie

Minimรกlna teplota vo vรฝparnรญku mรดลพe byลฅ iba 5 ยฐC. Pri nรญzkoteplotnรฝch aplikรกciรกch sa volia pracovnรฉ pary, ktorรฉ vyuลพรญvajรบ ako chladivo amoniak ฤi metanol. V tรฝchto prรญpadoch sa teplota vรฝparnรญka mรดลพe pohybovaลฅ v mรญnusovรฝch hodnotรกch. Bod mrazu amoniaku je โˆ’35 ยฐC. Pokiaฤพ sa ako sorbent pouลพije zeolit, musรญ byลฅ teplota vykurovacej vody vyลกลกia ako 90 ยฐC. Pri pouลพitรญ aktรญvneho uhlia musรญ byลฅ dokonca vyลกลกia ako 120 ยฐC. Najvyลกลกia รบฤinnosลฅ prenosu tepla sa dosiahla pri pracovnom pรกre metanol/aktรญvne uhlie. V tab. 2 sรบ uvedenรฉ parametre systรฉmov pre adsorpฤnรฉ chladenie.

Na zรกver

Otรกzka do budรบcnosti je, ako sa postavรญme k nastolenรฝm poลพiadavkรกm na รบsporu energie, znรญลพenie spotreby energie a najmรค ako budeme navrhovaลฅ novรฉ budovy a akรฉ energetickรฉ systรฉmy budeme v nich a v ich okolรญ aplikovaลฅ. Tรฉma solรกrneho chladenia je na Slovensku stรกle novinkou, ale vo svete a najmรค v juลพnรฝch krajinรกch je solรกrne chladenie neodmysliteฤพnou sรบฤasลฅou kaลพdej budovy. Solรกrne chladenie je sรบฤasลฅou obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie, takลพe pomรกha bojovaลฅ proti klimatickรฝm zmenรกm, ลกรญreniu sklenรญkovรฝch efektov a prispieva k zniลพovaniu emisiรญ.

Text a obrรกzky: doc. Ing. Otรญlia Lulkoviฤovรก, PhD., Ing. Simona Michaliฤkovรก

Literatรบra
1.     Energetickรก politika SR 2015.
2.     Smernica ฤ. 2010/31/Eรš EP a Rady o energetickej hospodรกrnosti budov.
3.    Eicker, U.: Solar Technologies for Buildings, Chichester: Wiley, Chapter 4, Solar Cooling, 2003, s. 123L200.
4.    Fรผri, B. a kolektรญv: Chladiaca technika. Zรกklady techniky chladenia a tepelnรฝch ฤerpadiel. Bratislava: Vydavateฤพstvo STU. ISBN 80-22 -2349-5.
5.     Matuลกka, T.: Vyuลพitรญ sluneฤnรญ energie pro chlazenรญ a klimatizaci v budovรกch. Stavebnictvรญ a interiรฉr [online], 2007, 6. Dostupnรฉ na: http://www.stavebnictvi3000.cz/clanky/navrhLsolarnihoLsystemuLproLrodinnyLdลฏm
6.     SOLCO Project. [online]. Dostupnรฉ na: http://www.solcoproject.net/

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise Sprรกva budov.