Spotřeba energie v moderní společnosti neustále roste, a to i kvůli zvyšujícím se nárokům na tepelný komfort v budovách. Proto se hledají způsoby, jak dosáhnout optimálního tepelného komfortu s co nejnižší spotřebou energie. Možnou alternativou je klimatizace prostorů sálavými chladicími systémy, které jsou poměrně účinné a pracují s vyšší teplotou chladicí vody, často nazývané jako vysokoteplotní chlazení.
Ve spojení s možností udržovat vyšší teplotu vzduchu dokážou tato zařízení ušetřit energii. Z energetického hlediska patří sálavé chladicí systémy do skupiny nízkoenergetického vysokoteplotního chlazení. Už název naznačuje, že se jedná o úsporný systém, což je považováno za jednu z největších výhod systému. Spotřeba energie je také jedním z často diskutovaných témat, zejména v souvislosti s rostoucí cenou energie.
Vzhledem k tomu, že sálavé chladicí systémy pracují s poměrně vysokou teplotou chladicí vody (minimálně 16 °C), je možné využít zdrojů chladu s nižším potenciálem chlazení (vyšší teplotou). Mezi takové zdroje patří zejména využívání chladu ze zemského polomasivu (zemní výměníky), podzemní voda nebo vodní toky apod. Důkazem, že sálavé chladicí systémy a systémy vytápění jsou energeticky úsporné, je jejich prosazování v tzv. zelených budovách (z angl. green buildings).
Výhody a nevýhody sálavých chladicích systémů
Jako každý systém mají i sálavé chladicí systémy své výhody a nevýhody. Z hlediska vytvoření tepelného komfortu se jeví sálavý přenos tepla mezi člověkem a okolím v porovnání s konvekčním přenosem výhodným. Na tepelnou pohodu člověka má totiž výrazný vliv i povrchová teplota okolních ploch. Sálavý způsob chlazení je výhodný i z dalších hygienických hledisek, neboť ho neprovázejí nežádoucí účinky, jako jsou hluk nebo případný průvan. Tepelný stav prostředí nemá přímý vliv jen na fyzický, ale i na duševní stav člověka.
Riziko kondenzace je u sálavých chladicích systémů jedním z hlavních omezujících faktorů. Teplota přívodní vody do chladicího systému se volí tak, aby nedocházelo k orosování povrchu. Povrchová teplota musí být vyšší než teplota rosného bodu vzduchu proudícího kolem panelu - zpravidla o 1 až 2 K. Sálavé chladicí systémy nedokážou odvádět teplo vázané ve vodní páře! U lehkých konstrukcí chladicích systémů nebo u systémů umístěných těsně pod omítkou lze kontrolovat povrchovou teplotu poměrně snadno.
Čtěte také: Realizace strojních betonových podlah
Často se tento problém řeší omezením teploty přívodní vody. V našich podmínkách (v místnostech bez dalších zdrojů vlhkosti) se teplota přívodní vody tw1 volí 16 °C pro lehké systémy a maximálně 20 °C pro těžké systémy s akumulační hmotou. Teplotní rozdíl odváděné a přiváděné chladicí vody ∆tw bývá v rozmezí 2 až 4 K. Investičně jsou sálavé chladicí systémy poměrně náročné. Například cena za 1 m2 pokládky běžného potrubního systému se pohybuje mezi 500 až 1000 Kč. V některých případech, zejména tam, kde systém slouží současně v zimě pro vytápění a v létě chlazení, může být pořizovací cena systému i nižší, než při použití odděleného systému vytápění a chlazení.
Ze stále rostoucích cen energií se však dá předpokládat, že doba návratnosti investice do vysokoteplotního chlazení se bude zkracovat.
Typy sálavých chladicích systémů
Z hlediska provedení lze sálavé chladicí systémy rozdělit na otevřené a uzavřené. S otevřenými konstrukcemi sálavých chladicích systémů se lze setkat výhradně v podobě chladicích stropů. Jsou charakteristické svými otvory či mezerami, které umožňují proudění vzduchu až ke stropu. U otevřených chladicích stropů převažuje konvektivní složka (50 až 60 %) přenosu tepla mezi povrchem stropu a okolním vzduchem, proto se někdy nazývají konvektivní.
Uzavřené systémy pracují převážně se sálavou složkou tepelného toku (asi 60 %). Z hlediska tepelného toku by měly být uzavřené chladicí stropy na horní straně vždy izolovány tak, aby nedocházelo ke ztrátě chladicího výkonu (pokud to není žádoucí). V některých případech může funkci tepelné izolace nahradit vzduchová mezera mezi stropní betonovou deskou a chladicím prvkem.
Masivní sálavé chladicí systémy jsou zpravidla součástí stavební konstrukce. Bývají tvořeny potrubním systémem vloženým buď do betonové stropní konstrukce, nebo pod omítku některých ze stěn místnosti. Lehké sálavé chladicí systémy (většinou chladicí stropy) bývají zavěšené pod stropní konstrukcí, zpravidla v podhledu nebo samostatně.
Čtěte také: Aplikace strojní jádrové omítky
Lehké systémy s minimální akumulační schopností reagují na tepelnou zátěž prakticky bezprostředně. Protipólem jsou masivní systémy s akumulační hmotou (aktivní beton), které mají naopak vysokou akumulační schopnost.
Potrubní systémy a aktivní beton
Potrubní systémy se hojně používají především pro vytápění, kde je velmi rozšířené zejména podlahové vytápění. Hlavní součástí systému je potrubní smyčka zakomponovaná do některé z vrstev stavební konstrukce. Chladicí plochu tvoří některá ze stěn ohraničující daný prostor (podlaha, stěny nebo strop) nebo jejich kombinace. Konstrukce chladicího potrubního systému je obdobná jako u vytápění, ale většinou se používají menší rozteče potrubí.
Vzhledem k tomu, že podlahové vytápění je dnes naprosto běžným systémem používaným pro vytvoření optimálních teplotních podmínek v zimě, jeví se jako vhodné zvážit možnost využití podlahové otopné plochy i pro chlazení. Pro aplikaci takovýchto systémů jsou vhodné zejména prostory, které nejsou trvalým pracovištěm a kde osoby spíše přecházejí, jako například vestibuly, čekárny, odbavovací haly, galerie, obchody nebo sportoviště.
Specifickým potrubním systémem je sálavé chlazení s akumulační hmotou, který kombinuje princip sálavého chlazení s akumulací tepla do stavební konstrukce. U tohoto systému je tepelná zátěž nejprve absorbována do stavební akumulační hmoty a až následně odvedena. V zahraniční literatuře se systém často označuje pojmem slab cooling, což znamená chlazení stavební deskou.
Chlazení betonu v praxi
Při chlazení betonu dochází ke snížení teploty vylitého betonu, aniž by se zhoršila jeho kvalita. Výstavba poté může až do určitého bodu hladce pokračovat. Chlazení betonu je velmi důležité, neboť beton hraje klíčovou úlohu téměř v každém stavebním procesu. Domy, mosty, přehrady - žádný z těchto projektů by nemohl být uskutečněn bez betonu. Mícháním a litím lze zpracovávat malé množství betonu. Následně je třeba čekat, až beton vytvrdne. Pokud bude tento postup stejným způsobem aplikován na velké množství betonu, stane se tak na úkor jeho kvality. Během procesu vytvrzování betonu se uvolňuje teplo.
Čtěte také: Výhody strojní betonové podlahy
Nizozemská společnost Chiron-tec B.V. implementovala na turecké přehradní nádrži Yusufeli systém řízení a vizualizace procesu chlazení pro zařízení na chlazení betonu společnosti NR Cooling Services.
Aktivace betonu v Národní technické knihovně v Praze
Systém tepelně aktivních betonových konstrukcí je běžně užívaný zejména na západ od našich hranic. Zkušenosti s provozem budov mají hlavně v sousedním Německu, Rakousku nebo ve Švýcarsku. U nás bude ve větší míře systém aktivního betonu použit v nově stavěné budově Národní technické knihovny v Praze - Dejvicích, kde je instalován na ploše cca 10 000 m2.
V budově je pro třetí až šesté podlaží použito aktivace betonu pro vytápění a chlazení. Systém spočívá v předchlazení (případně předehřevu) betonové stropní desky zabudovanými vodními smyčkami trubek. Při aktivaci betonu (chlazení stavebních desek) se kombinuje sálavé chlazení s akumulací chladu do masivní betonové desky.
Vzhledem k riziku kondenzace vlhkosti na povrchu desky a nemožností rychlé regulace povrchové teploty pracují systémy s teplotami bezpečně nad teplotou rosného bodu, tj. Při sálavém chlazení je pak průtok větracího vzduchu omezeno pouze na hygienické minimum. Vzduch je přiváděn do prostor knihovny po obvodu a odváděn přes atrium.
tags: #strojní #chlazení #betonu #postup