V dobe neustále rastúcich cien energií a prehlbujúcej sa klimatickej krízy sa stáva využívanie prirodzených princípov chladenia a vykurovania kľúčovou stratégiou pre úsporu nákladov a udržateľnosť. Prirodzené chladenie, respektíve chladenie s využitím prirodzeného prostredia, nie je žiadnou novinkou. Ľudia vždy chladili potraviny tradičným spôsobom a moderné technológie teraz tieto osvedčené postupy posúvajú na novú úroveň, využívajúc stabilnú teplotu zemského plášťa.
Výhody a princípy využívania teploty zeme
Základom prirodzených chladničiek a moderných zemných výmenníkov je využitie poznatku, že teplota v určitej hĺbke zeme je takmer konštantná počas celého roka. Zatiaľ čo na povrchu sa v našich zemepisných šírkach strieda jeden teplotný extrém s druhým, s rozsahom viac ako 65 stupňov (od -20 °C v zime až po takmer 40 °C v lete), tento teplotný rozsah sa s hĺbkou postupne znižuje.
Vo väčšine prípadov je už v hĺbke okolo 2 metrov teplota viac-menej stabilná, respektíve výkyvy teploty počas roka sú zanedbateľné. Pohybuje sa približne medzi 7 až 12 °C. V hĺbke pod 1 meter je teplota zeme stabilná počas celého roka, pričom sa môže meniť v okolí výmenníka podľa fázy nabitia/vybitia výmenníka.
Glykolové zemné výmenníky tepla: Moderné riešenia pre vetranie
Kontrolované vetranie moderných budov s vysokými hodnotami tepelných odporov sa stáva nevyhnutnosťou. Využívanie tepla zeme je technika, ktorá sa dnes už často zužitkováva v systémoch tepelných čerpadiel. Bežnou súčasťou tohto systému je rekuperačná výmena tepla, ktorá zaisťuje odvádzanie odpadového vzduchu a privádzanie čerstvého vzduchu s následným dohrievaním, respektíve dochladzovaním.
Predstavenie systému AQUACOM a AQUACOMPLUS
AQUACOM predstavuje plnohodnotný systém špičkového zemného výmenníka tepla na glykolovej báze, ktorý vynikajúco dopĺňa systém riadeného vetrania. Výhodou systému nie je len vysoká účinnosť, ale predovšetkým schopnosť vyladiť riadenie čerpadla pomocou viacerých snímačov, čím sa prevádzka stáva veľmi efektívnou presne podľa potrieb klienta. Práve úspornosť prevádzky a možnosť voľby vhodného režimu fungovania je kľúčová vlastnosť, vďaka ktorej celý systém dokáže dosiahnuť vysokú účinnosť, čo sa prejavuje najmä výrazne zníženou spotrebou elektrickej energie.
Riešenie problémov klasických zemných registrov
Glykolové zemné výmenníky tepla vyriešili najväčšie problémy klasických potrubných zemných registrov. V štandardnom zemnom registri prechádza nasávaný vzduch cez systém potrubí umiestnených pod zemou. Bežný zemný výmenník má niekoľko nevýhod:
- Potrubie musí byť vyspádované.
- Potrebuje mať odvod kondenzátu, ktorý pri fungovaní vzniká.
- Musí byť zatesnené proti radónu.
- Potrebuje nasávaciu šachtu.
- Pracuje s určitou tlakovou stratou.
Vzhľadom na tieto nevýhody bol vyvinutý systém zemného výmenníka AQUACOM, ktorý má pod zemou umiestnené potrubie, v ktorom prúdi kvapalina na báze glykolu. Kvapalina následne prechádza výmenníkom tepla, ten sa od kvapaliny buď schladí (v lete), alebo zahreje (v zime). Vzduch určený na vetranie objektu tak prichádza do kontaktu len s výmenníkom. Výhodou je, že vzduch vôbec neprichádza do kontaktu s potrubím pod zemou, a tým sú eliminované všetky spomínané nevýhody a riziká.
Kľúčové vlastnosti a výhody AQUACOMPLUS
Zariadenia rady AQUACOMPLUS ponúkajú nasledujúce výhody:
- Čerstvý vzduch neprúdi potrubím pod zemou: Zabezpečuje hygienickejšie riešenie.
- Žiadne riziko kontaktu s kondenzátom respektíve vniknutou spodnou vodou.
- Takmer 0% tlaková strata.
- Nevyžaduje údržbu: Vďaka absencii akejkoľvek nasávacej a odpadovej šachty.
- Nevyžaduje presné spádovanie potrubia pod zemou.
- Vysoko odolné potrubie: Môže byť umiestnené aj pod zaťažovanými plochami, ako sú základy nehnuteľnosti, parkovisko.
- Presný riadiaci systém: Dodáva energiu iba v potrebnom čase a množstve.
- Bez rizík poškodenia: V prípade zatopenia potrubia je vysoká spodná voda prakticky výhodou.
Produkty rady AQUACOM a praktické skúsenosti
Produkty rady AQUACOM zahŕňajú:
- AQUACOM I.: Zariadenie vo forme komponentov - výmenník + čerpadlová zostava + riadiaca jednotka + expanzomat.
- AQUACOMPLUS: Zariadenie ALL in ONE (všetky komponenty umiestnené v jednom zariadení). Hmotnosť zariadenia AQUACOMPLUS je 26 kg.
Skúsenosti so zariadením AQUACOMPLUS v praxi: Zariadenie AQUACOMPLUS inštalované ako súčasť systému riadeného vetrania pred rekuperačnú jednotku má najciteľnejší efekt v letných horúčavách. Zimný predohrev človek výrazne nepocíti, aj keď jeho účinok je rovnako výrazný a šetrný, čo sa ukazuje predovšetkým na spotrebe elektrickej energie.
Ako príklad môžeme uviesť realizáciu kompletného systému vetrania s centrálou HRUC-E 380 doplnenou o zariadenie AQUACOMPLUS v Bratislave, kde sa pri základnom výkonovom stupni oboch zariadení udržala teplota interiéru pod 22,6 °C. V prípade vonkajšej teploty 30,4 °C bol do interiéru privádzaný vzduch s teplotou 20,2 °C, pričom celý proces oboch zariadení prebehol pri minimálnej spotrebe energie - iba 8W v základnom režime fungovania.
Systémy AQUACOMPLUS boli inštalované na viacerých miestach po celom Slovensku. Jedna z netypických inštalácií sa nachádza v historickom Hoteli Hviezdoslav na námestí Kežmarku. Ide o inštaláciu dvoch zariadení AQUACOMPLUS využívaných na dochladzovanie vzduchu hotelových apartmánov. Celá inštalácia bola kompletne postavená na ventilačných rozvodoch COMAIR Uniflexplus, kde sa dokonale využili jeho flexibilné vlastnosti (malá výška rozvodu, rôzne možnosti vyústení, veľmi jednoduchá manipulácia pri spojoch) ako aj úžitkové vlastnosti v rámci izolácie zvukov. Základom systému vetrania hotela sú viaceré centrály HRUC-E 520 s automatickým riadením. Do celého systému vetrania nebolo potrebné zaradiť na ohrev a chladenie ani ohrevnú špirálu, kompresor či výparník. Privádzaný vzduch sa zohrieva a chladí výlučne pomocou tepla získaného zo zemského plášťa prostredníctvom zariadenia AQUACOMPLUS.
Tradičné a inovatívne podzemné chladničky
Chladnička je spotrebič, bez ktorého si fungovanie v domácnosti nedokážeme predstaviť, pretože dokáže dlhodobo uchovať čerstvé zásoby potravín. Existuje však aj iný osvedčený a rokmi vyskúšaný spôsob, ktorý je úplne nezávislý od elektrickej energie - pivnica alebo podzemná chladnička.
Návrat k osvedčeným metódam: Pivnica a Groundfridge
Autorom podzemnej chladničky Groundfridge je dizajnér Floris Schoonderbeek. V podstate oprášil staronové poznatky o uchovávaní potravín v zemi a vytvoril hybrid pivnice a chladničky. Svoj produkt predviedol na výstave v Miláne a v roku 2015 za neho dokonca získal holandskú cenu za najlepší dizajn. Porotcovia ocenili, že chladnička je ekologická a šetrí priestor.
Podzemná chladnička je výhodná najmä pre majiteľov rodinných domov, ktorí ju môžu využiť aj na uskladnenie úrody z vlastnej záhrady. Základom jej spoľahlivého fungovania je fakt, že hlboko v zemi je po celý rok konštantná teplota 10 - 12 °C. Táto teplota postačuje na skladovanie ovocia, zeleniny, mliečnych výrobkov a nápojov.
Konštrukcia a variabilita podzemných chladničiek
Groundfridge má tvar gule, ku ktorej je pripojené schodisko ústiace nad povrch zeme. Je vyrobená z laminovaného polyesteru, pričom vnútorné vybavenie predstavujú drevené police. Konštantnú teplotu a vlhkosť vo vnútri pomáhajú udržať nielen dvere s kvalitným tesnením, ale i dômyselné otvory, ktoré odvádzajú kondenzovanú vlhkosť k otvorom na dne. Vonkajšia strana dverí je z reflexného materiálu, ktorý odráža teplo. High-tech model môže byť vybavený aj solárnymi panelmi, LED osvetlením s batériou a cirkuláciou vzduchu vo dverách.
Pre milovníkov piva existujú aj špeciálne upravené podzemné chladničky na plechovky piva. Revolučný vynález jednoducho zakopete do zeme a keď dostanete chuť na nápoj, stačí otočiť kľukou. Takáto chladnička má výšku 113 centimetrov a priemer 30 cm a zmestí sa do nej 24 plechoviek piva. Vrchná časť, ktorá trčí zo zeme, môže navyše slúžiť na sedenie.
Možnosti výstavby prírodných chladničiek
Na to, aby ste si vybudovali prírodnú chladničku, nepotrebujete žiadne špeciálne znalosti. Prírodné chladničky môžete zakomponovať do pripravovanej stavby nového domu vo forme pivnice, alebo ako samostatnej jednotky. Veľmi populárne sú práve samostatne stojace prírodné chladničky. Na ich realizáciu budete potrebovať dostatočne veľký pozemok pri dome.
Podzemnú chladničku môžete vybudovať dvoma základnými spôsobmi. Prirodzene vás napadne, že najjednoduchšie bude vykopať na rovnom pozemku veľkú jamu, následne jej steny vybetónovať, osadiť strop a naň vysypať potrebnú hrúbku hliny. Výsledkom môže byť podzemná chladnička, ktorá nebude vyčnievať spod zeme. S takýmto riešením však prichádza jeden nemalý problém, a to pôsobenie spodnej vody. Hladina spodnej vody sa líši od miesta k miestu. Problém však nemusí spôsobovať iba podzemná voda, ale aj tzv. podpovrchová voda. Pri takejto stavbe je potrebné byť mimoriadne dôsledný pri hydroizolácii.
Aj z tohto dôvodu sa zvyknú podzemné chladničky stavať nad povrchom terénu, respektíve čiastočne nad povrchom. Namiesto hlbokej jamy vykopete iba zlomok z pôvodne plánovanej hĺbky, vymurujete steny, ktoré budú iba čiastočne zasahovať do terénu, a následne takúto stavbu zasypete zeminou.
Treťou cestou, ako sa dopracovať k podzemnej chladničke, je vykopať otvor do svahu. Toto sa zdá ako najelegantnejšie riešenie, avšak nie každý má pri rodinnom dome prudký svah.
Ak sa vám celá myšlienka murovania a hydroizolácie veľmi nepozdáva, vďaka holandskému dizajnérovi Florisovi Schoonderbeekovi máte k dispozícii alternatívu. Cena takejto alternatívy je síce minimálne 7 tisíc eur, ale ide o naozaj pekné riešenie, pri ktorom nebudete musieť nič murovať. Bez práce to však tiež nebude. Holanďan vytvoril prefabrikovanú chladničku. Pre chladničku buď pripravíte vykopanú jamu, kam vložíte prefabrikovanú chladničku, alebo budete postupovať povrchovým variantom.
Na podobnom princípe bola vyvinutá aj podzemná plastová chladnička. Je rozmerovo menšia a je určená pre všetkých, ktorí zistili, že ju potrebujú a nechcú sa namáhať s betónom, tehlami a murovaním. Plastovú chladničku je možné umiestniť v záhrade, na chate aj priamo pod domom, takže získate prístup z interiéru. Schádza sa do nej cez šachtu po rebríku alebo po pohodlnom, mierne klesajúcom schodisku.
Praktické využitie a energetická úspora
Ak mávate problém, že sa neviete so všetkým jedlom a nápojmi zmestiť do bežnej chladničky, "Groundfridge", ako sa táto kapsula nazýva, vám takto problém zaručene nespôsobí. Objemovo pojme to, čo 50 bežných chladničiek. V priemere má guľatá časť chladničky 2,2 metra, čo z nej robí skutočne obrovský úložný priestor - až 3000 litrov. To znamená, že môže pojať až 500 kilogramov potravín, ovocia, zeleniny, nápojov a podobne. Vďaka tejto chladničke tak budete mať miesto nielen na potrebné veci - môžete si vytvoriť aj vlastnú vinotéku či pivotéku. Podzemná chladnička tohto typu je ideálna k novostavbám, ktoré nechcú do svojho projektu zakomponovať klasickú pivnicu. Groundfridge osloví všetkých, čo majú vlastnú záhradu a potrebujú skladovať svoju s láskou dopestovanú úrodu. Ak máte takúto chladničku napríklad na chalupe, odpadá vám starosť s častými nákupmi zásob.
Táto konštrukcia si udržuje teplotu približne 10 °C, čo je síce asi o 5,5 °C viac, než normálna chladnička, no nevyužíva pritom nič, len zem, do ktorej je vložená. V chladničke je celoročne konštantná vlhkosť a teplota. Vďaka kvalitnej cirkulácii vzduchu nedochádza ku kondenzácii vzduchu ani k vzniku plesní a vnútornej vlhkosti.
Adiabatické chladenie: Udržateľná alternatíva
Adiabatické chladenie funguje na princípe odparovania vody a termodynamickej rovnováhy medzi vzduchom a vodou. Na odparovanie vody je potrebné teplo, ktoré je získavané zo vzduchu, čím sa vzduch prirodzene ochladzuje. V porovnaní s bežne používanými klimatizačnými jednotkami je adiabatický chladič udržateľnejšou alternatívou.
Nová inovatívna technológia adiabatického chladenia s dôrazom na systém Oxycom IntrCooll Plus využíva princíp odparovania vody k efektívnemu chladeniu vzduchu. Systém IntrCooll Plus je pokročilý a udržateľný spôsob chladenia s významnými energetickými úsporami. Je navrhnutý tak, aby poskytoval vysokú efektivitu chladenia pri nízkej spotrebe elektrickej energie. Na vytvorenie 40 kW chladiaceho výkonu totiž spotrebuje iba 1 kW elektriny, čo v konečnom dôsledku môže ušetriť až 90% elektrickej energie. To zaručuje významné úspory nákladov na prevádzku. Takisto kladie dôraz na udržateľný prístup k chladeniu vzduchu.
Chladenie vodou je tiež možné využiť aj na zvýšenie účinnosti kondenzačných jednotiek. Tieto chladiarenské zariadenia môžu pri vysokých teplotách spotrebovať viac energie, nakoľko sa znižuje ich výkon. Chladenie vzduchu pred vstupom do chladiaceho zariadenia je možné bez ohľadu na druh chladiacej látky.
Návrh a realizácia zemného výmenníka vzduchu pre vetranie
Často sa buduje takzvaný zemný výmenník tepla (niekde sa označuje ako zemný register či zemný kolektor), ktorý vo vykurovacom období predhrieva čerstvý vzduch privádzaný k vetracej jednotke. Privádzaný čerstvý vzduch sa vedie potrubím uloženým v zemi a počas prechodu vzduchu dochádza k výmene tepla medzi vzduchom a zeminou okolo potrubia. Vo vykurovacom (zimnom) období je prúdiaci vzduch okolo zeminy ohrievaný, v letných horúcich mesiacoch, naopak, ochladzovaný. Takto sa využíva skutočnosť, že teplota pôdnych vrstiev je v hĺbke okolo 2 m v zime i v lete približne konštantná (7 až 12 °C).
Kľúčové zásady a materiály
Investor (nezriedka i projektant) má však v mnohých prípadoch o zemnom výmenníku zjednodušenú predstavu - do výkopu položia kanalizačné potrubie, ktoré dovedú k domu, a problém je vyriešený. Pri návrhu a realizácii zemného tepelného výmenníka vzduchu je však potrebné dodržiavať niekoľko najdôležitejších zásad. Ako pri každom inom systéme, tak aj pri zemnom výmenníku je najdôležitejší práve správny návrh a použitie správneho materiálu.
Systém tepelnej výmeny vzduchu s využitím teploty zeme na kontrolované vetranie objektu má nepochybne veľkú budúcnosť najmä pre svoju efektívnosť, úsporu energie a pre zabezpečenie čistoty vzduchu. Na efektívnu funkčnosť a spoľahlivú prevádzku treba použiť rúrový materiál so zvýšenou tepelnou vodivosťou a vysokou pozdĺžnou tuhosťou, napríklad polypropylén. Materiál potrubia musí byť tesný proti nasávaniu radónu zo zeme do potrubia a taktiež by mal zamedzovať tvorbe baktérií. Ide o vlastnosť materiálu potrubia, ktorá je veľmi dôležitá. Na rozdiel od iných vlastností potrubného materiálu, ako je napríklad koeficient tepelnej vodivosti, ktorý sa dá kompenzovať iným spôsobom (avšak na úkor snahy o optimalizáciu nákladov), sa nedá použiť materiál bez tejto vlastnosti.
Zemný kolektor alebo zemný register je určený na prívod čerstvého vzduchu do obytných budov. Kolektor - systém rúr s vnútornou antibakteriálnou povrchovou úpravou - je uložený v hĺbke asi 2 metre.
Umiestnenie, veľkosť a optimalizácia
Svoju úlohu pri efektívnom fungovaní systému tepelnej výmeny vzduchu plní aj kvalitné podložie, do ktorého sa potrubné rozvody uložia. Ideálne sú íly, respektíve ílovité zeminy, menej priaznivé sú štrkovité a pieskové podložia. Potrubné vedenie môže byť podľa miestnej situácie navrhnuté ako priama alebo okružná trasa okolo objektu, prípadne formou registra. Možné sú i kombinácie obidvoch spôsobov.
Pri návrhu celkovej dĺžky potrubia zemného výmenníka je potrebné počítať s rýchlosťou vzduchu pod 3 m/s. Ďalším parametrom návrhu je tepelná vodivosť materiálu použitého na potrubie a požadované množstvo vzduchu vychádzajúce z požadovanej intenzity výmeny vzduchu v objekte. Celková dĺžka potrubného vedenia môže byť aj niekoľko sto metrov (počíta sa približne so 60 m na 1 kW v dostatočne vlhkej pôde). Ak dĺžka potrubia presiahne 400 m, odporúča sa rozvod rozdeliť na dve paralelné slučky po 200 metrov. Veľkosť plochy zemného kolektora na pozemku dosahuje približne dvoj- až trojnásobnú veľkosť vykurovanej plochy domu.
Hygiena a odvod kondenzátu
Najvyššiu kvalitu vzduchu zo zemného výmenníka vzduchu zaručuje optimálna konštrukcia celého systému. Aby sa docielila optimálna hygiena a sviežosť vzduchu, je nutná predfiltrácia nasávaného vzduchu (odstránenie prachu, nečistôt, pachov atď.).
Keďže pri letnej prevádzke systému zemného výmenníka vzniká kondenzát, vytvára sa v potrubí výmenníka optimálne prostredie na vývoj choroboplodných zárodkov (tmavé vlhké prostredie s teplotou 16 až 25 °C). Ak sa tento kondenzát neodvedie, skondenzovaná voda znečistí privádzaný vzduch hnilobným zápachom a vetrací systém bude potom tento zápach rozvádzať po celom objekte. Ešte horším následkom môžu byť baktérie, ktoré nájdu v tomto prostredí optimálne životné podmienky. Výsledkom je nepríjemný hnilobný pach privádzaný vetracím systémom a následné chronické ochorenia osôb zdržiavajúcich sa v objekte. Samozrejme, úplne to znehodnocuje celý systém a vyvoláva nové náklady na nápravu. Tá je zvyčajne veľmi nákladná alebo úplne nereálna (v prípade umiestnenia zemného kolektora pod základovou doskou objektu). Najčastejším riešením je potom odpojenie systému výmenníka.
Pre tvorbu kondenzátu v letnom období musí mať celý systém spád minimálne 2 % smerom k sifónu na odtok kondenzátu alebo ku kondenzačnej zbernej šachte. Pri odvádzaní kondenzátu treba počítať pri potrubnom vedení so spádom k sifónu na odvod kondenzátu, prípadne ku kondenzačnej zbernej šachte. Aj pri použití potrubia s nedostatočnou pevnosťou sa prejavujú problémy so zhromažďujúcou sa vodou v najnižších miestach potrubia, pričom baktérie tam môžu spôsobiť hnilobný pach, ktorý sa rozšíri cez ventilačné zariadenie do celého domu. Preto sa vyvarujte použitia nevhodných materiálov, napríklad bežných kanalizačných rúr z PVC, pri ktorých problém s choroboplodnými zárodkami určite nastane.
Geotermálna energia pre chladenie a vykurovanie budov
Využívanie geotermálnej energie v lete si uvedomili aj mnohé inštitúcie v zahraničí. Teploty nad 35 stupňov Celzia nielen v Egypte, ale aj na Slovensku motivujú organizácie a domácnosti hľadať riešenia, ako sa ochladiť. Geotermálna energia totiž v zime vie fungovať opačne, teda prevádzať teplo zo zeme do vykurovacieho systému. Chladenie tepelným čerpadlom v domácich podmienkach je ešte stále menej populárna téma, klimatická kríza ich však bude pravdepodobne motivovať tieto priority prehodnotiť.
Zaujímavým príkladom je Katedrála sv. Patricka v írskom Dubline, ktorá patrí medzi najväčšie uzavreté geotermálne systémy v Európe. Ide o príklad historickej budovy, ktorej vedenie sa rozhodlo pre udržateľnejšie fungovanie. Výhody energie spod zeme využívajú aj slovenskí susedia. Viedenský Office Park 4 je ultramoderná kancelárska budova na letisku Schwechat, ktorá tiež využíva tieto systémy.
Tipy pre efektívne chladenie v domácnosti
Pre minimalizáciu spotreby energie v domácnosti je dôležité dodržiavať niekoľko zásad:
- Umiestnite chladničky a mrazničky ďalej od sporáka a tepelných zariadení, na chladnejšie miesta. Každý stupeň navyše nad 20 °C zvyšuje spotrebu asi o 4-6 %.
- Zadnú stenu, kam sa usádza prach, pravidelne čistite, pretože prach usadený na mriežke pre ochladzovanie zhoršuje tepelný spád (výmenu tepla medzi mriežkou a ovzduším).
- Chladničky a mrazničky zbytočne často neotvárajte a nevkladajte tam teplé jedlá, čím predídete prehrievaniu zariadenia.
- Využívajte chladné obdobia počas roka - potraviny môžete skladovať aj v skrinke na balkóne.