Chlazení

O vysokém uživatelském standardu budov můžeme hovořit mimo jiné i tehdy, když dokážeme udržovat parametry vnitřního prostředí po celý rok v předem stanovených mezích odpovídajících hygienickým předpisům a zvolené úrovni uživatelského komfortu. Vedle vlhkosti a rychlosti proudění vnitřního vzduchu jde především o jeho teplotu nejen v otopném období, ale rovněž mimo něj. Přestože vyšší než průměrné teploty člověk vnímá pozitivněji než teploty podprůměrné, existují individuální meze, při jejichž dosažení začíná nadměrné teplo jedince obtěžovat. Tehdy je nutné v zájmu zachování požadovaného standardu vzduch v interiéru ochlazovat.

Přirozené chlazení

Jde o režim tepelného čerpadla, během kterého se využívá přirozeného toku tepla z teplejšího prostředí do chladnějšího. Tento princip funguje u tepelných čerpadel všech typů, ale nejefektivnější z pohledu přenosu tepla je u varianty vzduch-vzduch. Kompresor je při něm odpojen, běží pouze oběhové čerpadlo, resp. ventilátor, dopravující teplonosné médium z chlazeného prostoru, kterému je odebíráno teplo, do venkovního prostředí, kde se teplo odevzdává. Princip přirozeného chlazení je znázorněn na obrázku č. 1.



Obrázek č. 1: Princip přirozeného chlazení

Z uvedeného je zřejmé, že u ventilačního tepelného čerpadla můžeme o přirozeném chlazení uvažovat tehdy, když je venkovní vzduch chladnější než vzduch vnitřní. Potom ventilační jednotka odvádí teplý vzduch z interiéru ven, a ten je prostřednictvím regulačních okenních klapek nahrazován chladnějším vzduchem přitékajícím z exteriéru. Nejde tedy o nic jiného než o klasické „noční provětrávání“ známé ze vzduchových jednotek. Nízké nároky na dodávanou energii (pouze chod jediného ventilátoru) mají příznivý dopad do ekonomické efektivity tohoto způsobu chlazení. Na druhou stranu je třeba brát v úvahu omezující podmínku uvedenou v úvodu tohoto odstavce, která se stává nepřekonatelnou překážkou pro chod přirozeného chlazení během letních tropických dnů.

Přirozeného chlazení se využívá především v přechodných obdobích, kdy noční venkovní teploty oproti denním výrazněji klesají. Vzduch v interiéru se přes noc ochladí na spodní limit zvoleného rozmezí, čímž se vytvoří dostatečný prostor pro následný ohřev vzduchu působícími tepelnými zisky, aniž by povětšinou došlo k překročení horního teplotního limitu vymezujícího požadovaný komfort vnitřního prostředí. Při pokoření této hranice nastává čas pro zapojení aktivního chlazení.

Aktivní chlazení

Aktivní chlazení je způsob, jak udržet teplotu vnitřního prostředí v přijatelných mezích i v období s tropickými teplotami. Během něj je v provozu kompletní technologie tepelného čerpadla. Ventilátorem je na výměník tepla přiváděn ohřátý vnitřní vzduch. Zde dochází k jeho prudkému zchlazení, a to až na teplotu -20 °C, v důsledku čehož se z odsávaného vzduchu uvolní značné množství vody. Suchý chladný vzduch je poté vzduchotechnikou rozváděn po objektu a do příslušných místností se vrací v objemu zajišťujícím po smísení se stávajícím teplým vzduchem uživatelem nastavenou teplotu interiéru.

Tento stav je ale poměrně nestabilní. Příčinou jsou jednak různé intenzity a časování působících tepelných zisků, jednak v průběhu dne měnící se uživatelské představy o ideální teplotní hladině v té které místnosti. Zatímco u druhé skupiny lze vysledovat určité zákonitosti – obývací pokoj se chladí během dne, kdežto ložnice především v noci – první, zahrnující všechny druhy tepelných zisků, funguje ve značné míře nepředvídatelně. Vypořádat se s takto náročným zadáním pomáhá systém distribuce chladu s centrální řídící jednotkou, teplotními čidly a regulovatelnými výústky chladícího vzduchu ve všech chlazených místnostech.

Řídící jednotka ovládá servomotory vybavené žaluzie ve vyústkách na základě informací z teplotních čidel a podle uživatelem přednastaveného časového harmonogramu, který lze navíc operativně měnit. Průtok chladícího vzduchu vyústkou tak vždy reaguje na změny vnitřního mikroklimatu anebo změny v režimu místnosti. Nespornou výhodou systému je, že jakmile se v některé místnosti dosáhne kýženého stavu, žaluzie příslušné výústky uzavře a chladící výkon se přesune do jiných částí objektu, kde očekávaný stav zatím nenastal. Tímto způsobem se plynule a zcela automaticky mění místa a intenzity chlazení podle momentálních potřeb.

Regulovatelné vyústky musí být v místnostech situovány tak, aby se poměrně chladný vzduch dokázal smísit se vzduchem ohřátým a nevznikly pro uživatele nepříjemné teplotní šoky.

Odpadní teplo

Průvodním jevem chlazení je produkce tepla, které se nemůže jen tak ztratit. V první fázi je ukládáno do akumulačního zásobníku, kde se jím ohřívá teplá voda. Nicméně během horkých a slunných letních dnů nastane záhy situace, že teplo nashromážděné v objektu vlivem současného působení vnitřních a vnějších tepelných zdrojů dosáhne 30 až 50 kWh za den. Na uskladnění takovéhoto množství je zásobník malý, a proto je nepostradatelnou součástí systému NyrdenCore i venkovní nádrž fungující jako systémový chladič.

V nádrži se voda dodávkou uvedeného množství tepla začne ohřívat a v případě, že nádrž slouží rovněž jako bazén, je odpadní teplo účelně využito. Výhodou nádrže s volnou hladinou je skutečnost, že dokáže odebírat uvedený tepelný výkon stále dokola, aniž by se teplota vody zvýšila nad akceptovatelnou mez. Je to důsledek odparu z hladiny, při kterém z vody značné množství energie naopak odchází. Podle modelového výpočtu vydá nezakrytý bazén o ploše 9 m2 ve středoevropských podmínkách až 76 kWh za den, z čehož je zřejmé, že by se voda měla spíš ochlazovat. Jako regulátor teploty bazénové vody dobře poslouží plovoucí roleta, viz obrázek č. 2, která je schopna řídit odpar tak, aby teplota vody v bazénu odpovídala představám uživatelů.



Obrázek č. 2: Vliv volné vodní hladiny na odpar vody a teplotu vody

Dalším důležitým parametrem je potom spotřeba vody v důsledku jejího odparu z vodní hladiny. Z výše uvedeného plyne, že v určitých obdobích může být hladina po většinu dne zakryta, takže se vodní ztráty minimalizují, v letních měsících se jim ale nevyhneme, nechceme-li vodu uvařit. Tyto nevyhnutelné ztráty jsou ale kompenzovány vodou zkondenzovanou při ochlazení odpadního vzduchu v tepelném čerpadle, takže výsledná bilance zisků a ztrát bude minimálně vyrovnaná.

Pokud uživatelé nemají o venkovní bazén zájem nebo ho z různých důvodů mít nemohou, vyvinul vývojový tým NyrdenCore design venkovní nádrže s otevřenou hladinou, u které se aktivní odpařovací plocha průběžně mění podle aktuálních požadavků bez využití jakýchkoliv mechanických prvků. Odpadají tak díly vyžadující pravidelnou údržbu a představující reálné riziko poruchy.

Závěr

Nedostatkem většiny současných nízkoenergetických domů na bázi dřeva ve srovnání s tradičními silikátovými stavbami je jejich nižší akumulační schopnost. Při sledování změn vnitřní teploty vlivem tepelných zisků a ztrát postrádáme delší setrvačnost, díky čemuž jsou dřevostavby v letním období více náchylné na přehřívání interiéru. V přechodném období potom rychleji přecházejí z módu vytápění do módu chlazení, jak ukazuje graf na obrázku č. 3.

Ačkoliv existují ověřená doporučení pro návrhy těchto domů, jež slouží coby prevence proti přehřívání (orientace vůči světovým stranám, zelené střechy, stínění okenních otvorů a kvalita zasklení), nelze nikdy vyloučit, že si uživatelé teplo do objektu „zavlečou“ otevřenými výplněmi otvorů. A jakmile je teplo jednou uvnitř, zbavit se ho už není snadné. Právě proto při návrhu objektů s jádrem NyrdenCore myslíme i na jejich chlazení.



Obrázek č. 3: Roční průběh tepelné bilance během roku 2016 v Praze s vyznačením období, kdy byl energetický systém objektu v módu vytápění anebo chlazení

Chlazení pro zajištění vyššího vnitřního komfortu je v modelových středoevropských podmínkách historicky vnímáno jako nadstandardní proces. Ačkoliv bude řada uživatelů klást mezi vyšší standard a neekologické chování rovnítko, lze naopak komfortnímu chlazení přisoudit zásluhu za všeobecné rozšiřování energeticky úsporného bydlení, které se prosazuje v zájmu ochrany životního prostředí. Jestliže nejvhodnější stavební konstrukce pro energeticky úsporné stavby nedosahují potřebných parametrů tepelné akumulace, musí se interiér buďto v létě chladit, anebo zákonitě dojde ke snížení komfortu bydlení. Nechceme-li proto případné zájemce o tento druh staveb demotivovat, musíme v zájmu ochrany přírody vzít ohleduplné systémy chlazení na milost a uznat také jejich druhotný ekologický přínos.

Jde přitom rovněž o použité technologie. Vzhledem k tomu, že při popsaném způsobu chlazení dochází k ohřevu vody v teplovodním zásobníku a případně v bazénu, což by se jinak muselo řešit jiným zdrojem, jsou ve skutečnosti vlastní náklady na udržování komfortní vnitřní teploty nižší, než kdyby se objekt chladil nezávislou klimatizační jednotkou.

Chci vědět víc