Solární klimatizace

Solárně tepelné získávání energie se dnes nasazuje přednostně za účelem přípravy teplé vody jakož i nyní stále více k částečnému solárnímu vytápění prostor. Tepelnými solárními kolektory však lze pokrývat ještě některé další energetické potřeby technologiemi, které se dnes ještě nacházejí ve startovací fázi, jimž se ale předpovídá enormní potenciál. Vedle průmyslového technologického tepla dosažitelného pomocí vysoce účinných popř. koncentrujících systémů je to především solární chlazení. Nasazovat tepelnou energii za účelem generování chladu se na první pohled jeví jako absurdní, je to ale mnohoslibná možnost. Tepelná energie slouží jako pohonná energie pro chladící zařízení nebo může, jak bude ještě v následujícím popsáno, dojít užitku u vzduchových systémů k regeneraci při odvlhčování vzduchu. Tím je pro solární kolektory dáno nové široké pole možných oblastí nasazení, což by mohlo učinit tepelně solární hospodářství Rakouska příkladně s dnešními asi 3500 zaměstnanci významným hospodářským faktorem. Jestliže se podaří využít kolektory v zimě pro podporu vytápění prostor, jakož i v létě pro klimatizaci, dojde k optimálnímu využití těchto kolektorů. To může vést k redukci doby amortizace celého solárního zařízení. Trend ke chlazení je velmi výrazný obzvláště v kancelářských budovách s vysokými vnitřními zátěžemi, jakož i v dnešních typických budovách. V novostavbách obytných budov naproti tomu by potřeba chlazení neměla v důsledku inteligentního projektování pokud možno vůbec vzniknout. Existují různé druhy solárních technologií chlazení, přičemž je třeba rozlišovat mezi výrobou chladu a klimatizací. Typický příklad klimatizace představuje klimatizace na principu sorpce. U ní představuje teplotní úroveň pohonu 60^oC až 90^oC ideální základ pro využití tepla ze solárních kolektorů. Klimatizace na principu sorpce, krátce nazývaná SGK, se uvádí též pod pojmy pocházejícími z americké mluvy „desiccant cooling systems“, krátce DCS nebo „desiccative and evaporative cooling“, krátce DEC. Tato zařízení se dají dělit na solární nezávislá a na solárně podporovaná zařízení. U solárních nezávislých zařízení jsou solární kolektory jediným dodavatelem tepla. Solárně podporovaná zařízení dodávají pouze část potřebného tepla, zbytek dodává Back-up systém. U zařízení DEC je třeba „odvlhčení“ a „chlazení“ uvažovat odděleně. Vzdušná vlhkost se redukuje adiabatickým odvlhčením vnějšího vzduchu pomocí sorpčního prostředku jako je silikagel nebo chlorid lithia. V současnosti se instalují zařízení s rotujícími sorpčními koly. Jako nosiče silikagelu se používají skelná nebo keramická vlákna a pro LiCl celulózová matrice. Aby se udržel kontinuální provoz, probíhá v protiproudu desorpce teplým vzduchem v pomalu rotujícím sorpčním kole. Při regenerační teplotě 70^oC se udává odvlhčovací výkon až 6 g vody na kg suchého vzduchu. Zde může dojít využití energie ze solárních zařízení nebo i odpadní teplo, pro pohon sorpčního kola je zapotřebí elektrické energie. Oproti odvlhčení podkročením rosného bodu je možné u sorpčního odvlhčování vyhnout se vytápění. Za sorpčním kolem má vnější vzduch v důsledku vazebného tepla vyšší teplotní úroveň než výstupní vzduch prostoru, který je třeba klimatizovat, proto probíhá rekuperace tepla, vlastně "rekuperace chladu", ke snížení odvlhčeného vnějšího vzduchu v rotujícím rekuperačním kole. Následně se tento upravený vnější vzduch přivede pomocí vypařovacího chlazení zvlhčovače na žádanou teplotu vzduchu v prostoru 16 až 18^oC. Obrázek 1: otevřený sorpční systém s uzavřeným vedením odpadního vzduchu Obrázek 2: otevřený sorpční systém s otevřeným vedením odpadního vzduchu Na obrázku 1 je předveden nákres systému jednoduchého klimatizačního zařízení na principu sorpce se solárními kolektory. Na uvedeném náčrtku, v systému s uzavřeným vedením odpadního vzduchu, se odpadní vzduch za rekuperačním kolem otepluje v tepelném kolektoru, vede se sorpčním kolem a následně se vyfoukne. Možná varianta, viz obrázek 2, představuje systém s otevřeným vedením odpadního vzduchu. Zde se vzduch z prostoru, který je třeba vyvést, za rekuperačním kolem vyfoukne. Vnější vzduch se ohřeje v kolektoru, tzn. přivede se na regenerační teplotu, vede se sorpčním kolem a zase se jako vstupní vzduch vyfoukne. Tento systém se nasazuje především tehdy, když je vzduch v prostoru příliš zatížen, např. kuřáky nebo zcela obecně když se má zabránit, aby se např. baktérie z odpadního vzduchu dostaly znovu do vstupního vzduchu. U tohoto systému je třeba na straně odpadního vzduchu dvou ventilátorů, avšak potrubí z rekuperačního kola ke kolektoru lze uspořit. Další možnost dělení je dána typem použitého kolektoru. Na jedné straně se rozlišují, jak již bylo vysvětleno, systémy se solárními vzduchovými kolektory a na straně druhé systémy se solárními kolektory kapalinovými. U druhé varianty systému se nasazují vakuové a ploché kolektory. Tyto uvedené základní systémy připouštějí řadu variant zařízení. Možný příklad představuje varianta se solárními kapalinovými kolektory a zásobníkem s Back-up systémem. Energie ze solárních kolektorů uložená v zásobníku se předává tepelným výměníkem proudu odpadního vzduchu. Pokud by tepelná energie pro regeneraci sorpčního kola neměla vystačit, dá energii k dispozici přídavný systém. Již na tomto jednoduchém popisu možných variant systému je zřetelně vidět, že solárně podporovaná sorpční klimatizace poskytuje široké spektrum možností systému pro solární klimatizaci. Již provedená zařízení jak se solárními vzduchovými kolektory, tak s kolektory kapalinovými ukázala, že realizace těchto variant je také korunována úspěchem a že jsou možné systémy s vysokou účinností.