Študija primera prezračevanja šole: Adiabatsko hlajenje z uporabo deževnice

Ekološka ozaveščenost postaja vedno bolj pomembna. Priča smo globalnemu segrevanju ozračja, zato postaja racionalna raba energije ključna za trajnostni razvoj. V Evropski uniji je delež rabe energije v gradbeni infrastrukturi 41%, od česar je delež za prezračevanje 30%. Pričakovati je, da se bo raba energije v prihodnosti še povečevala, saj vedno več ljudi spoznava, kako pomembno vpliva klima v prostorih na storilnost, počutje in zdravje ljudi.

Velik problem ob vedno večji izrabi energije bo predstavljalo zagotavljanje ugodne klime v poletnem času, saj je klasično mehansko hlajenje stroškovno potratno, poleg tega pa obremenjuje okolje s freonskimi plini. Pomembno je, da se iščejo nove, racionalne in energetsko varčne rešitve za klimatizacijo objektov. Ena od rešitev je adiabatno hlajenja zraka, pri katerem je v proces dovedena le tista energija, ki je potrebna za delovanje črpalk. Čeprav je ta tehnologija korak naprej v primerjavi z mehanskim hlajenjem, obstaja problem porabe in obdelave sveže vode. Racionalna rešitev za zmanjševanje rabe sveže vode za adiabatsko hlajenje je izraba deževnice, kar vam bomo predstavili v tem prispevku.

 

Indirektno adiabatsko hlajenje

Prednost adiabatskega hlajenja je v tem, da v tak sistem, razen za pogon črpalk, ni potrebno dovajati energije. Hlajenje namreč deluje na principu izparevanja vlage, pri čemer se zraku odvzema senzibilna toplota. Zrak se na tak način hladi, vendar pa hkrati postaja nasičen z vlago. Takšen zrak ni primeren za dovajanje v bivalne prostore, zato poteka adiabatno hlajenje na strani odtočnega oziroma zavrženega zraka. Sveži, zunanji zrak pa se hladi preko prenosnika toplote (rekuperatorja), ki ločuje odtočni in zunanji zrak. Na temperaturo hlajenega zraka lahko vplivamo s količino izparele vode, pri čemer lahko definiramo tri stopnje hlajenja.

• Zrak doseže stopnjo nasičenja ob izhodu prenosnika toplote (rekuperatorja), s čimer zrak ohladimo do temperature rosišča.
• Zrak ne doseže stopnje nasičenja, s tem je dosežena temperatura višja od temperature rosišča.
• Zrak je nasičen pred izhodom iz prenosnika toplote. Pri tem se zraku dovedena senzibilna toplota odraža v porastu temperature in entalpije ob krivulji nasičenja.

 

Slabost indirektnega adiabatnega hlajenja je v tem, da zraka ne moremo ohladiti pod temperaturo rosišča. To se lahko reši z regenerativnim indirektnim adiabatnim hlajenjem z napravo Adconair Adiabatic Zero GWP , pri čemer se delež ohlajenega vtočnega zraka uporabi za predhlajanje tako, da se primeša odtočnemu zraku ob vstopu v prenosnik toplote (rekuperator). S tem se zniža temperatura rosišča na račun nekoliko zmanjšanega pretoka vtočnega zraka.

Uporaba deževnice pri procesu adiabatnega hlajenja

Ker je poraba in priprava sveže vode za adiabatno hlajenje stroškovno neučinkovita, ima potencialno mesto pri takem hlajenju izraba deževnice. Prednost uporabe deževnice je tudi v tem, da vsebuje zgolj majhne količine raztopljenih kalcijevih karbonatov in soli, tako da ni potrebe po mehčanju in razsoljevanju vode. Količina porabljene deževnice za adiabatno hlajenje je zato lahko za pol manjša od količine vode iz vodovoda.

 

Študija primera prezračevanje šole: Šola Solbjerg, Aarhus, Danska

Konvencionalne hladilne sisteme spremljajo visoki stroški obratovanja, visoka raba energije, visok potencial globalnega segrevanja, poleg tega pa zahtevajo precej vzdrževanja. Alternativa je adiabatno hlajenje, ki temelji na izrabi vode, kar je bilo predmet študije v pričujočem primeru prezračevanja šole.

Avtorji projekta: Menerga Danska, Christian A. Hviid
Čas izvedbe: Maj in Junij, 2019
Lokacija stavbe: Šola Solbjerg v Aarhusu, Danska
Namen študije: Analiza uparjalnega hlajenja z uporabo deževnice
Površina hlajenja: 537 m2

Deževnica se je zbirala v jaških na strehi, ki vodijo do podzemnega rezervoarja prostornine 10 m3 (10.000 l). Rezervoar je bil dimenzioniran tako, da ob predvideni količini padavin pokriva potrebno količino vode za obdobje treh tednov. Za rezervoarjem deževnice je bil nameščen še dodaten rezervoar, v katerem se je zbirala  predhodno filtrirana deževnica. Hlajenje zraka z izparevanjem je potekalo v Menergini napravi Adconair adiabatic zero GWP (global warming potential; slov. potencial globalnega segrevanja). Za preprečevanje nastanka biofilma znotraj naprave se je izvajala UV dezinfekcija deževnice.

Zaradi zagotavljanja vode tudi v morebitnih daljših sušnih obdobjih, je bilo poskrbljeno tudi za dovod vode iz pipe. Zaradi visoke koncentracije mineralov v tej vodi, je bilo potrebno pred uporabo izvesti filtracijo z reverzno osmozo.

Za določanje zmogljivosti hladilnega sistema so bili znotraj prezračevalne naprave, v sistemu adiabatskega hlajenja, nameščeni merilniki energije. Učinkovitost vlaženja odtočnega zraka je bila določena na podlagi temperature in vlage zraka na vseh priključkih naprave. Za spremljanje kvalitete zraka v učilnicah so bili nameščeni senzorji temperature, CO₂ in IR senzorji gibanja.

 

Ključne ugotovitve:

• Kljub višjim temperaturam zunanjega zraka, ki so segale do 28°C, je bila dosežena temperatura v prostorih 22-24°C. V povprečju je bilo z adiabatnim hlajenjem možno zagotavljati notranjo temperaturo okrog 5°C pod temperaturo zunanjega zraka.
• Hladilna moč adiabatnega hlajenje je bila 20-30 W/m².
• Poraba vode za hlajenje je bila okrog 1 m³ na dan ob delovanju z maksimalno kapaciteto.

• Poraba električne energije je bila podobna tisti pri klasičnem kompresorskem hlajenju, kar je posledica delovanja visokotlačnih šob za vbrizgavanje vode.
• Voda iz vodovoda vsebuje visoke koncentracije raztopljenih mineralov, kar je povzročalo motnje v delovanju adiabatnega hlajenja. Zaradi tega je potrebna filtracija vode z reverzno osmozo pred uporabo za adiabatno hlajenje.
• Deževnica vsebuje le majhno količino raztopljenih soli in drugih snovi, zaradi česar odpade potreba po mehčanju vode in filtraciji z reverzno osmozo.

 

Povzetek

Ta primer ponazarja, da je koriščenje deževnice za adiabatno hlajenje izvedljivo in deluje brez motenj. Adiabatno hlajenje je tako realna alternativa kompresorskemu, še posebej velik potencial pa ima v krajih, kjer se višek deževnice lahko uporabi kot trajnosten vir hlajenja.

V Sloveniji so kraji z največ letnimi padavinami v zahodnem delu države. Npr. Nova Gorica, Postojna, Ajdovščina so kraji, kjer je uporaba deževnice pri adiabatskem hlajenju še posebej smiselna in se investicija hitro povrne.

Povzeto po: »Demonstration of adiabatic evaporative cooling in school«, avtor: Christian A. Hviid.