Solární klimatizace

Sluneční energie se dnes využívá přednostně za účelem přípravy teplé vody a v poslední době stále více i k vytápění. Teplem ze solárních kolektorů však lze pokrývat další energetické potřeby staveb. Jde o technologie nacházející se dnes ještě ve startovací fázi, ale jejichž hromadné využití je v budoucnu velmi pravděpodobné. V tomto příspěvku je popsán princip využití slunečního tepelného záření k odvlhčování a regeneraci vzduchu.

Krátký popis systému
Nasazovat tepelnou energii za účelem generování chladu se na první pohled jeví jako absurdní, ale je to slibná možnost. Tepelná energie zde slouží pro pohon chladícího zařízení nebo může, jak bude popsáno v tomto článku, aktivovat zařízení pro regeneraci a odvlhčování vzduchu. Tím je pro solární kolektory dáno nové široké pole možných nasazení. Podle rakouských zdrojů, odkud tento příspěvek pochází, by se tak dokonce celé tepelně solární hospodářství Rakouska s dnešními asi 3500 zaměstnanci mohlo stát v budoucnu významným hospodářským faktorem. Podaří-li se využít sluneční kolektory v zimě pro vytápění prostor a v létě pro klimatizaci, dojde k jejich optimálnímu využití. To v důsledku 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 technologií solárního chlazení. V zásadě je třeba rozlišovat mezi výrobou chladu a klimatizací. Typický příklad klimatizace představuje klimatizace na principu sorpce. Teplotní úroveň pracovního plynu - vzduchu - pro pohon tohoto typu je 60 °C až 90 °C. To je ideální rozsah teplot pro využití tepla ze solárních kolektorů. Klimatizace na principu sorpce se označuje anglickou zkratkou DCS (desiccant cooling systems) nebo DEC (desiccative and evaporative cooling). 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 náhradní tepelný zdroj.
U zařízení DEC je třeba »odvlhčení« a »chlazení« uvažovat odděleně. Vzdušná vlhkost vnějšího vzduchu, která by v případě ochlazení na vnitřní klimatizovanou teplotu mohla způsobit vysokou relativní vlhkost, se redukuje adiabatickým odvlhčením vnějšího vzduchu pomocí sorpčního prostředku jako je silikagel nebo chlorid lithný. 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 °C se udává odvlhčovací výkon až 6 g vody na jeden kg suchého vzduchu. Zde může dojít k využití energie ze solárních zařízení nebo i odpadního tepla, pro pohon sorpčního kola je ale 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, které se uvolní sorpcí plynných molekul vody na povrchu sorpčního prostředku) vyšší teplotní úroveň než výstupní vzduch z prostoru, který je třeba klimatizovat. Proto probíhá v druhém - rotujícím - rekuperačním kole rekuperace tepla, vlastně »rekuperace chladu«, která vede ke snížení teploty odvlhčeného vnějšího vzduchu. Následně se tento upravený vnější vzduch převede pomocí vypařovacího chlazení zvlhčovače na žádanou teplotu vzduchu v prostoru 16 až 18 °C.
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 vypouští ven. Možná varianta, viz obrázek 2, představuje systém s otevřeným vedením odpadního vzduchu. Zde se vzduch z prostoru, který je třeba vyvést, za rekuperačním kolem přímo vypustí. Vnější vzduch se ohřeje v kolektoru, tzn. přivede se na regenerační teplotu, vede se sorpčním kolem a zase vypustí. 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 záložním otopným 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.