Zainspirowany nieprzyjemnie wysokimi temperaturami w moim mieszkaniu (w chwili, gdy piszę te słowa, to jedynie 27,1°C), postanowiłem zgłębić nieco temat darmowej albo taniej klimatyzacji.
W polskich publikacjach dotyczących chłodnictwa i klimatyzacji powoli pojawia się pojęcie free coolingu, czyli darmowego chłodzenia. To nie do końca jest to, o czym chciałem dziś napisać. Free cooling to wykorzystywanie do produkcji wody lodowej (czynnika chłodniczego w dużych instalacjach klimatyzacyjnych zainstalowanych np. w biurowcach) temperatury powietrza zewnętrznego. Ta temperatura pozwala schłodzić, przynajmniej częściowo, wodę do niskich temperatur, oszczędzając prąd zużywany w centralach klimatyzacyjnych. Oczywiście free cooling działa tylko wtedy, gdy na dworze jest zimno, czyli nie teraz. 😉 Wystarczy wprawdzie do tego celu temperatura niższa, niż +12°C (temperatura powrotu zużytej wody lodowej), ale o taką latem trudno…
Chłodzenie wyparkowe
Chłodzenie wyparkowe, albo wyparne (ang. evaporative cooling) jest metodą na obniżanie temperatury strumienia powietrza dzięki odparowaniu wody. Ciepło parowania wody jest bardzo duże, więc odparowanie nawet niewielkiej jej ilości umożliwia spore obniżenie temperatury.
W czasie pogody takiej, jak teraz (gorąco, ale też bardzo wilgotno) trudno jest odparować wodę, więc pomysł trzeba rozbudować. Wygląda to wtedy tak, jak na obrazku poniżej:
Od lewej strony do urządzenia dociera ciepłe i wilgotne powietrze, zasysane przez wentylator. Do powietrza wtryskiwany jest strumień solanki, ten nasycony roztwór soli pochłania wilgoć z powietrza, jednocześnie zmniejszając stężenie soli. Dlatego zbierany jest z dna urządzenia i odprowadzany na zewnątrz i tam regenerowany (tj. woda jest odparowywana, na przykład za pomocą energii słonecznej). Osuszone, ale wciąż gorące powietrze płynie dalej i natrafia na mgłę wody z wodociągu, która odparowując przywraca właściwą wilgotność powietrza i obniża temperaturę do żądanej. Regulując ilość dostarczanej solanki i wody zmieniamy zarówno wilgotność, jak i temperaturę powietrza opuszczającego urządzenie.
Świetny pomysł, z pewnością będę chciał go zaadaptować do mojego przyszłego autonomicznego domu. 😉 Jedyna energia zużywana przez urządzenie jest do napędu wentylatora, pompki do solanki, i ewentualnego sterowania.
Chłodzenie przez gruntowy wymiennik ciepła
Gruntowy wymiennik ciepła to najczęściej długa i gruba rura zakopana w ziemi. Przez tę rurę przepływa powietrze wentylacyjne docierające do domu dzięki działaniu systemu wentylacji mechanicznej. Stosuje się go głównie do tego celu, aby podwyższał temperaturę powietrza w zimie (odbierając ciepło od gruntu), co zmniejsza straty ciepła i zużycie energii do ogrzewania. Gruntowe wymienniki ciepła mogą mieć też inną postać:
- długiej, cienkiej rurki wypełnionej glikolem, stosowane do podnoszenia temperatury powietrza wentylacyjnego, ale też jako tzw. dolne źródło pompy ciepła,
- sporej przestrzeni wypełnionej żwirem (wymiennik żwirowy).
Jak można się domyślić, latem mogą całkiem nieźle służyć do obniżania temperatury zasysanego do domu powietrza.
Całkiem nieźle to znaczy na tyle, że warto z GWC zimą korzystać. Nie na tyle zaś, by GWC mógł zastąpić działanie klimatyzatora. Moc chłodzenia takiego GWC przy normalnej wydajności wentylacji sięga kilkuset wat (dla całego domu), podczas gdy typowy klimatyzator montowany dla jednego pomieszczenia ma moc chłodzącą rzędu kilku tysięcy wat.
Jeśli komuś zależy, można z GWC korzystać za darmo (bez użycia wentylatora zasysającego powietrze). Trzeba tylko zbudować tzw. komin słoneczny (albo strych słoneczny), który będzie wymuszać przepływ powietrza przez wymiennik.
GWC klimatyzacji nie zastąpi, ale nieco ulży cierpieniom w czasie upału. 😉
Klimatyzator napędzany energią słoneczną
Klimatyzator to przecież pompa ciepła. A pompy ciepła można napędzać energią słoneczną w dwóch przypadkach:
- typowych, sprężarkowych pomp ciepła (a więc i klimatyzatorów) napędzanych energią elektryczną z baterii słonecznych,
- absorpcyjnych pomp ciepła (podobnych do bezsprężarkowych agregatów chłodniczych, jakie są w kempingowych lodówkach) napędzanych ciepłem z kolektorów słonecznych.
O tym się nie będę tu rozpisywać, bo napisałem o tym osobny artykuł zatytułowany Solarne pompy ciepła.
Tania metoda klimatyzacji jest jak najszersze otwieranie okien gdy tylko
temparatura na zewnatrz spadnie ponizej temperatury w pomieszczeniu (czyli
glownie nocami). U mnie w ten sposob mozna bylo utrzymac stabilne 20-22
stopnie, gdy w dzien na zewnatrz bylo ok. 30-tu. Znacznie w tym pomaga
dobra izolacja termiczna domu oraz duza pojemnosc cieplna.
Jezeli chodzi o GWC, to IMHO jego uzywanie latem ma podwojny sens. Przede
wszystkim pozwala na pewne obnizenie temperatury zasysanego powietrza. Ale
przy okazji cieplo oddawane jest do gruntu co w pewnym stopniu poprawi
ogrzewanie zima. Planuje zrobienie kolektora powietrznego do dogrzewania
jesienia i wiosna. Latem kolektor ten bedzie mial otwor u gory na zewnatrz
pomieszczenia. W zalozeniu ma on spowodowac zasysanie powietrza z GWC
poprzez dolny otwor kolektora umieszczony w pomieszczeniu. Prawdopodobnie
przy sprzyjajacych okolicznosciach ten uklad zadziala jak klimatyzator
radiacyjny. Zakladam, ze noca przy niskiej wilgotnosci schlodzi sie na
tyle, aby obieg powietrza zostal odwrocony. Gorny otwor bedzie zasysal
powietrze z zewnatrz, ktore schlodzone splynie do srodka pomieszczenia
dolnym otworem. Watpie, aby GWC mogl zapewnic dalszy obieg, dlatego licze
po prostu na uchylone okno.
Wymiennik a pompa
W najprostszym ujęciu wymiennik ciepła jest to urządzenie służące do wymiany ciepła pomiędzy dwoma ośrodkami (cieczami, gazami lub ciałami stałymi) najczęściej bez ich bezpośredniej styczności. Celem wymienników ciepła jest albo schłodzenie materiału (np. mleka) i są wtedy nazywane chłodnicami, lub ogrzanie (np. powietrza czy ciepłej wody użytkowej) i wtedy pracują jako nagrzewnice. Dla przykładu ciepłem pozyskanym przy chłodzeniu mleka ogrzewa się wodę. Urządzenie do tego służące jest wymiennikiem ciepła.
Budowa tych urządzeń jest bardzo różnorodna i stąd mamy wymienniki płytowe, spiralne, pojemnościowe, lamelowe, „rura w rurze”, rura Fielda. Najczęściej spotyka się wymienniki wykonane z rur lub innych form z materiałów o bardzo dużej przewodności cieplnej.
Wymienniki ciepła rzadko występują samodzielnie, są najczęściej częścią większych instalacji. Przykładowo opisywany w ubiegłorocznycm wydaniu naszego czasopisma (04/2007) kolektor słoneczny podgrzewa ciecz roboczą w panelach do wysokiej temperatury (niekiedy przekraczającej 100oC). Ale to dopiero w wymienniku ciepła następuje oddanie energii cieplnej zgromadzonej w cieczy roboczej kolektora.
Należy dodać, że często mylone są pojęcia pompa ciepła i wymiennik ciepła. Otóż pompa ciepła to nie jest wymiennik ciepła. Jest ona bardziej skomplikowanym urządzeniem, w którym za pośrednictwem sprężarki pobiera się ciepło z miejsca o niższej temperaturze (czyli z otoczenia – np. z. gleby albo jeziora) i przesyła za pośrednictwem gazu roboczego do budynku, gdzie to pobrane ciepło jest oddawane.
Rekuperator
Dobrym miejscem na zastosowanie wymiennika ciepła i tym samym na pozyskanie niemal darmowego energii jest wentylacja, szczególnie budynków inwentarskich. Takie wymienniki nazywane są często rekuperatorami. Za ich pomocą można odzyskać ciepło, które z dobrze ocieplonych i szczelnych budynków ucieka najbardziej właśnie poprzez systemy wentylacyjne. Tą drogą traci się 30 – 40% potrzebnego ciepła, a to z kolei pociąga za sobą straty finansowe. Tymczasem zastosowanie profesjonalnego rekuperatora na wylocie systemu wentylacyjnego może pozwolić na odzyskanie nawet do 70 – 90% traconej energii cieplnej. W wyniku zastosowania odpowiednich wymienników ciepła powietrze zasysane do budynku odbiera ciepło z powietrza „zużytego”, które jest wydmuchiwane na zewnątrz. Oba strumienie powietrza się nie mieszają, natomiast przepływając przez wymiennik następuje między nimi wymiana ciepła. Tak naprawdę jedynym mankamentem takiego rozwiązania jest koszt instalacji wymiennika. Profesjonalny projekt, urządzenia oraz wykonanie centrali nawiewno-wywiewnej z rekuperatorem może przekroczyć cenę kilkunastu tysięcy złotych (np. 8,8 tys. zł obsługujący do o kubaturze 800 m3). Oczywiście są firmy, które oferują takie systemy dużo taniej, jednak trudno powiedzieć, czy nie idzie za tym niska jakość. Warto zwrócić uwagę, aby, na wlocie zasysanego powietrza do wymiennika była grzałka, która uniemożliwi zimą w czasie niskich temperatur wytworzenie się warstwy lodu na wymienniku. Zatem zakładając zamontowanie takiego urządzenia w domu (ocieplonym styropianem i po wymianie okien) o kubaturze 800 m3 ogrzewanym węglem lub gazemmożna zaoszczędzić w jednym sezonie grzewczym nawet 60% kwoty wydawanej na ogrzewanie w okresie jesienno-zimowym.
GRUNTOWY WYMIENNIK CIEPŁA (GWC)
Wymienniki ciepła to również sposób na ogrzanie powietrza zimą, oziębienie latem przy jednoczesnym jego oczyszczeniu. Oczywiście mowa o gruntowym wymienniku ciepła (GWC) w kontekście uzupełnienia systemu wentylacyjnego w domach czy budynkach inwentarskich. Najbardziej popularnym, a jednocześnie niedrogim w wykonaniu jest tzw. system żwirowy. Oprócz niego jest jeszcze układ rurowy i płytowy, z tym, że jego budowa jest o wiele bardziej kosztochłonna i skomplikowana.
Zatem budowa żwirowego GWC polega na wykopaniu dołu o powierzchni ok. 10 m2 i pojemności wystarczającej do zasypania ok. 18 ton czystego żwiru. Taka ilość wystarczy dla budynku mieszkalnego o powierzchni do 150 m2. Dno i boki wykopu należy pokryć przepuszczalną geowłókniną. Warto pomyśleć również o położeniu na dnie wykopu rury drenarskiej celem odprowadzenia ewentualnego nadmiaru wody.
Na górze układamy 10-centymetrową warstwę styropianu, co daje efekt jak 4-metrowa warstwa ziemi i stabilizuje termicznie złoże (zimą nie będzie się ochładzało, a latem nagrzewało). Do złoża żwiru z jednej strony podłączamy rurę PCV o średnicy 200 mm i za pomocą kolanka i wyprowadzamy ją ponad powierzchnię, gdzie ustawiamy czerpnię powietrza. Po przeciwnej stronie złoża wprowadzamy rurę PCV, którą łączymy z systemem wentylacyjnym budynku. Koszt wykonania takiej instalacji to niecałe 2500 zł plus robocizna. W wyspecjalizowanych firmach można też kupić gotowy projekt GWC za niecałe 250zł. Powietrze przechodząc przez złoże żwiru z niewielką prędkością (ok. 0,1 m/s) w zimie nagrzewa się do temperatur dodatnich, zaś latem jest znacznie schłodzone, GWC działa wówczas jak darmowa klimatyzacja. No może nie do końca darmowa, gdyż trzeba uwzględnić energię elektryczną zużywaną przez wentylator zasysający powietrze ze złoża. Jest to jednak 30-krotnie mniej energii niż pobiera klimatyzator. Dodatkowo powietrze przechodząc przez żwir jest naturalnie filtrowane i pozbawiane alergenów czy bakterii, przy czym nie ma konieczności wymiany filtra żwirowego nawet przy 15 – 20 letniej pracy. Warto podkreślić, że taki bardzo tani i bezobsługowy system schładzania powietrza o kilka czy nawet kilkanaście stopni może być szczególnie polecany do stosowania latem w budynkach inwentarskich, gdzie bardzo wysokie temperatury są przyczyną pogorszenia dobrostanu zwierząt, a nawet ich padania.
Rurowy GWC różni się od żwirowego tym, iż powietrze zamiast przez warstwę żwiru płynie w rurach PCV pokrytych specjalną powłoką antybakteryjną. Ze względu na większą prędkość przepływu powietrza (1,5-2 m/s) wymagana jest większa długość rur, co podnosi koszty. Same tylko rury są bowiem droższe niż cały żwirowy GWC. Dodatkowo dla filtrowania powietrza na czerpni należy zastosować specjalistyczny filtr, który musi być wymieniany co pół roku. Dodatkowo ze względu na fakt, że w rurach skrapla się para wodna, należy co miesiąc wypompowywać powstały kondensat. W żwirowym GWC płyn ten po prostu spływa do gleby przez warstwę geowłókniny.
Spokojnie mozna wykorzystac tutaj pompę ciepła.
W przypadku pomp ciepła Nateo sa one pompami glikol-woda co oznacza, że ciepła pobierają z ziemi(za pośrednictwem rur z glikolem) i grzeją wodę.
@darek: czy te pompy Nateo są tak kiepskie, że trzeba je nachalnie reklamować w komentarzach? Tu dyskutujemy o klimatyzacji, czyli chłodzeniu, a nie ogrzewaniu pompą ciepła!
Ale jednak pompa ciepła z gruntowym wymiennikiem ciepła jest rewelacyjnym darmowym zrodlem do chlodzenia. montujemy wymiennik glikol – woda w instalacji c.o. Instalacja w budynku tak przygotowana aby mozna bylo podlączyć funcoile (klimakonwektor) i korzystamy z darmowego chlodzenia! jedyny koszt to prad na pompki cyrkulacyjne max 200w lącznie a wydajnosc bardzo duza! porownywalna do zwyklych klimatyzatorow. oczywiscie wszystko trzeba zaplanowac przed budową i wykonac odpowiednia instalacje.
@Maciek: to ja chętnie poczytam obliczenia, z których wynika, ile można mieć chłodu (jaką moc chłodniczą) z tych 200W pompek cyrkulacyjnych. No i wiatraków w fancoilach, które chyba też trzeba uwzględnić?
Poza tym czy fancoile trzeba byłoby najpierw zainstalować a taki rodzaj ogrzewania to mało kto z nas ma. Może lepiej schładzać wodę w ogrzewaniu podłogowym?
Maciek napisał dnia 25. Czerwiec 2010 o godzinie 22:11:
Ale jednak pompa ciepła z gruntowym wymiennikiem ciepła jest rewelacyjnym darmowym zrodlem do chlodzenia.
Pompa ciepła NIGDY nie jest DARMOWYM źródłem ciepła.
Pompa ciepła nigdy nie jest darmowym źródłem ciepła, i nikt nie mówi że jest darmowym. Za darmo to chyba nie ma nic w dzisiejszych czasach 🙂 ale przy budowie domu dodatkowy nakład na pompę ciepła jest nie dużym procentem który po latach zwróci się. Drugą sprawą jest olbrzymia wygoda, nie trzeba zamawiać oleju opałowego, dbać o kominy itp itd. Wszystkim steruje pompa i nie trzeba się dotykać 🙂 Pompa ciepła (jak ma miejsce u mnie) z 4kw energii elektrycznej uzyskuje 17kW ciepła więc duża część energii jest odzyskiwana z gruntu i stąd się to bardzo kalkuluje. I mamy PRAWIE darmowe chłodzenie. Mówię o prawie darmowym użytkowaniu. W momencie gdy budujemy dom i zdecydujemy się na pompę ciepła z gruntowym wymiennikiem, latem uzyskujemy temperaturę około 10 stopni z gruntu. W połączeniu z funcoilami mamy bardzo dobrą wydajność. Zużycie prądu to tak jak pisalem 200w na pompki cyrkulacyjne i do 100w na wiatrak. Chłodzenie podłogowe byłoby super, ale jest jeden problem – w momencie gdy jest duża różnica temperatur na podłodze zaczyna się wykraplać wilgoć z powietrza i niestety ale podłoga robi się mokra… a po umyciu podłogi to zanim ona wyschnie… nierealne. u siebie właśnie mam zrobione takie chłodzenie ale nie używam w ogóle… w tej chwili czekam na fun coile i będę mógł wypowiedzieć się w praktyce 🙂
@Maciej: z tego, co widziałem w praktyce takie instalacje (a dokładniej gruntowy wymiennik ciepła glikolowy podłączony do nagrzewnicy w kanale wentylacyjnym), wcale nie są to duże wydajności chłodnicze, niestety. 🙁
No ale z drugiej strony Ty masz wymiennik ciepła o większej mocy niż wymienniki, o których ja czytałem, dostosowane do wentylacji a nie do zapotrzebowania pompy ciepła…
Gdy jest tak gorąco klimatyzacja to świetna sprawa. Zwłaszcza, gdy można ją mieć za darmo. Przydałaby mi się taka klima na rowerze jak jadę 🙂
Sąsiadka wymyśliła metodę zalewania balkonu wiadrem wody, woda parując delikatnie ochładza betonową płytę i powietrze dookoła. Jest to parter.
Wstawienie miski z wodą do pomieszczeń też ochładza.
@realista: dzięki za rady, są niezłe! Od siebie dodam, że zmywanie podłogi zimną wodą (jak ktoś ma kafelki), zraszanie firanek albo po prostu rozwieszanie prania mają bardzo podobny efekt. Wyprany ręcznik na suszarce rozstawionej w pokoju ma większą powierzchnię parowania niż miska z wodą, więc powinien szybciej dać odczuwalny efekt.
Chlodzenie woda jest tanie, ale ma pewne wady. Przede wszystkim skutecznosc
zalezy od wilgotnosci powietrza. O ile przy 30 stopniach i 55% wilgotnosci
mozna osiagnac 23 stopnie, to przy wilgotnosci na poziomie 90% woda schlodzi sie
najwyzej do 29 stopni. Jezeli w pomieszczeniu bedzie parowala woda, to bardzo
szybko wzrosnie w nim wilgotnosc, a wiec spadnie skutecznosc chlodzenia. Przy
okazji wzrosnie tez uciazliwosc wysokiej temperatury, bo pot takze bedzie
gorzej chlodzil. Na dodatek istnieje ryzyko skraplania sie wody na zimnych
scianach, co moze doprowadzic nawet do rozwoju grzyba. Dlatego IMHO woda w
pomieszczeniu moze byc stosowana tylko na krotka mete gdy naprawde nie da
sie wytrzymac.
Ale moze daloby sie zaadoptowac pomysl z chlodzenie balkonu, najprosciej
powiesic mokre reczniki. Ale gdyby zrobic cos w rodzaju metalowej misy z
radiatorem umieszczonym pod spodem. Umieszczaloby sie ja tak, ze woda
wlewana bylaby na gorze, a radiatory umieszczono tak, ze powietrze
oplywaloby je i schlodzone kierowanoby do pomieszczenia. Przy odrobinie
pomyslowosci mozna to tak zorganizowac, aby uzycie mechanicznych
wentylatorow bylo zbedne.
Jak byłem dzieciakiem, to podczas gorących dni stawiało sie mię z zimną woda, a za nia wentylator, ot taka wersja klimatyzacji dla ubogich
Dobre rozwiązania choć bardzo mało popularne, idealne dla ekologiczych domów o niskim poborze energii.
w gorące dni mozna rozwiesic mase mokrych recznikow i wlaczyc wentylator xD to z miska juz lepsza sprawa napewno skuteczniej dziala
@Prometeus: to zadziała tylko wtedy, gdy wilgotność powietrza będzie nieduża.
Dla mnie najlepszym pomysłem na korzystanie z klimatyzacji za „darmo” to nie korzystanie z niej w ogóle, ponieważ nawet jeśli będziemy mieli w domu darmową energię elektryczną z instalacji fotowoltaicznej to wpierw trzeba ją kupić, a następnie konserwować, podobnie rzecz się ma do samego klimatyzatora który również trzeba regularnie serwisować. Wniosek? nie ma nic za darmo, a na pewno klimatyzacji 🙂
Za wygodę trzeba płacić, na szczęście jesteśmy społeczeństwem coraz bogatszym i wielu z nas stać na tradycyjną jednostkę chłodzącą typu split.