späť na obsah časopisu

Solárne ejektorové chladenie predstavuje alternatívu bežne používaných kompresorových parných zariadení. Ide o potenciálne výhodnú technológiu na chladenie budov za predpokladu, že teplota chladiacej vody je dostatočne vysoká na zaistenie primeranej účinnosti chladiča. To možno dosiahnuť zvýšením výparnej teploty chladiaceho obehu prostredníctvom jeho kombinácie s vysokoteplotným sálavým chladiacim systémom. Článok sa zaoberá možnosťami a výhodami kombinovania vysokoteplotného stenového sálavého systému so solárnym ejektorovým chladiacim obehom na chladenie budov.

Najnižšia teplota vody v stene, pri ktorej nedochádza ku kondenzácii, bola 18 °C pre stenu s rúrkami pod povrchom, zatiaľ čo pre stenu s rúrkami zabudovanými do tepelného jadra to bolo 14 °C. Výparná teplota bola podstatne vyššia pre sálavé systémy ako pre fancoily. Pri konvenčnom kompresorovom parnom chladení sa zvýšila účinnosť systému (COP) o 30 až 50 %. COP ejektorového chladiaceho obehu predstavovala asi polovicu v porovnaní s kompresorovým parným obehom, keď sa ako chladivo používalo R1234ze, no primárna energia bola nižšia pre ejektorové chladenie. Použitie tepelne aktívnych stavebných systémov (TABS) poskytlo primeranú chladiacu kapacitu až na päť hodín, čo umožňuje vypnutie chladiacich zariadení na niekoľko hodín pri odberových špičkách.

 

Dominantná úloha budov ako spotrebiteľov energie a producentov skleníkových plynov [1] viedla politikov k posilneniu požiadaviek na energetickú účinnosť budov v nedávno schválených smerniciach EÚ. Napríklad požadovaný podiel obnoviteľných zdrojov energie na celkovej spotrebe energie v budove je v roku 2030 32 % [2], zníženie emisií CO2 je 80 až 95 % v roku 2050 v porovnaní s úrovňami v roku 1990 [3] a zníženie primárnej energie je 32,5 % v roku 2030 [4].

Aj keď sa výskum veľkoplošných sálavých systémov zameriaval väčšinou na konštrukcie podlahy a stropy, dôkazy z niekoľkých výskumných štúdií naznačujú, že aj sálavé steny predstavujú potenciálne možné riešenie [5, 6]. Tie sú z hľadiska emisií tepla a chladu efektívnejšie než vykurovacie stropy a chladiace podlahy a majú vyššiu vykurovaciu kapacitu na plochu povrchu než podlahové vykurovanie v dôsledku širšieho rozsahu prípustných povrchových teplôt [7, 8]. Okrem toho môžu byť stenové systémy vhodnejšie na dodatočné vybavenie budov [9] a majú vyššiu chladiacu kapacitu ako podlahy [10].

Kompresorové chladiče sa tradične používajú na výrobu chladu pre systémy, ktoré zabezpečujú chladenie priestoru. Ejektorový chladiaci obeh, v ktorom úlohu kompresora preberá ejektorová dýza, predstavuje alternatívu kompresorových parných systémov [11, 12, 13]. Najdôležitejšou výhodou ejektorového chladiaceho obehu oproti kompresorovým chladičom je skutočnosť, že ho poháňa teplo namiesto elektrickej energie. To znamená, že ejektorové chladenie môže predstavovať konkurencieschopnú technológiu za predpokladu, že je k dispozícii dostatok slnečného alebo priemyselného odpadového tepla.

Najdôležitejším parametrom ovplyvňujúcim účinnosť chladiaceho zariadenia je výparná teplota chladiva vo výparníku [14]. Čím je vyššia, tým vyššia je účinnosť chladiaceho zariadenia a tým menej energie sa spotrebuje. Z tohto hľadiska môže použitie sálavých systémov pomôcť zlepšiť účinnosť systému. V porovnaní so vzduchovými systémami potrebujú sálavé chladiace systémy podstatne vyššiu teplotu vody, aby sa dosiahla rovnaká rozumná chladiaca kapacita [15]. Ďalšou potenciálnou výhodou sálavých systémov je možnosť uchovávať chlad v ich tepelnej hmote, čo by mohlo umožniť vypnutie chladiacich agregátov počas dňa či zredukovať odberové špičky. Chlad možno generovať a ukladať v noci, keď je cena elektrickej energie nižšia ako počas dňa [16]. Zároveň môže pomôcť zabrániť prekročeniu maximálnych povolených špičkových odberov elektrickej energie.

V tejto štúdii uvažujeme o dvoch typoch chladiacich strojov používaných v chladiacej technológii: (1) bežne používanom kompresorovom parnom chladiacom stroji a (2) novej sľubnej kombinácii ejektorového chladenia poháňaného Fresnelovými slnečnými kolektormi. Dva typy chladiacich strojov boli uvažované v kombinácii s fancoilmi, ktoré predstavujú bežné technické riešenie, a s tromi typmi stenových chladiacich systémov, ktoré sa navzájom líšia usporiadaním materiálových vrstiev a úrovňou tepelnej hmoty. Ciele sú definované takto:

  • Porovnanie teploty vody, potenciál akumulácie energie a tepelná dynamika troch stenových chladiacich systémov. Tieto údaje sa použijú ako vstupy na výpočty účinnosti chladiacich agregátov.
  • Preskúmať energetické výhody používania solárneho ejektorového chladenia v porovnaní s tradičným kompresorovým chladením.
  • Stanoviť energetické výhody kombinovania chladiacich zariadení s vysokoteplotným stenovým chladiacim systémom namiesto tradične používaných fancoilov.

  

TEPLOTA VODY A TEPELNÁ DYNAMIKA STENOVÉHO SÁLAVÉHO CHLADENIA

Na skúmanie stenového sálavého systému je v tejto štúdii potrebný fyzikálny model steny spolu so zadefinovanými okrajovými podmienkami. 

 

Skúmané stenové chladiace systémy

Dva uvažované systémy stenového sálavého chladenia sú znázornené na obr. č. 1 a sú opísané takto:

Stena A má rúrky zabudované do betónového jadra, čo robí jej inštaláciu realistickejšou iba v nových budovách.

Stena B má rúrky tepelne oddelené od betónového jadra vrstvou tepelnej izolácie. Tento systém je potenciálne vhodný ako súčasť dodatočnej montáže.

 

 Obr. č. 1 Systémy stenového chladenia použité v prípadovej štúdii

 

 

Fyzikálny model a metódy výpočtu

Prenos tepla bol vypočítaný pomocou počítačových simulácií pre charakteristický fragment steny s chladiacim systémom. Výpočtový model steny A bol overený pre letné podmienky [17]. Klimatické podmienky, nastavenie simulácie a riešenie v ref. [17] boli totožné s riešeniami použitými v tejto štúdii.

Stacionárne simulácie sa použili na výpočet chladiaceho výkonu a distribúcie teploty v rámci fragmentu, zatiaľ čo dynamické simulácie slúžili na určenie tepelnej energie naakumulovanej vo fragmente. Výpočty sa vykonali pomocou softvéru CalA 3.2, ktorý bol overený v súlade s EN ISO 10211 [18]. Softvér rieši ustálený a dynamický 2D prenos tepla vedením:

    

Celý článok dočítate v aktuálnom čísle časopisu Eurostav 


Autor
Ing. Martin Šimko, PhD., prof. Ing. Michal Masaryk, PhD., Ing. Peter Mlynár, PhD.
Digitalizované ukážky časopisov
E-shop eurostav
Archbooks
YTONG