Objev z roku 2017, který má pořád co říct

Voda může být chladnější než okolní vzduch, přestože protéká panelem vystaveným slunci. Bez odpařování. Bez kompresoru v samotném panelu. Výzkumníci ze Stanfordovy univerzity naměřili rozdíl až 5 °C. Teplo přitom odváděli směrem k obloze.

Zní to jako nabídka zařízení, ke kterému prodejce raději nepřikládá elektroměr. Jenže tady stojí za výsledkem skutečný experiment. Technologie využívá sálavé chlazení a nabízí zajímavou možnost, jak ulevit klimatizacím i průmyslovému chlazení. Má ovšem také podmínky, které se do líbivého titulku nevejdou.

Objev z roku 2017, který má pořád co říct

Výzkum publikovali Eli A. Goldstein, Aaswath P. Raman a Shanhui Fan v časopise Nature Energy 4. září 2017. Jeho téma lze přeložit jako chlazení kapaliny pod teplotu okolí pomocí oblohy, bez odpařování. Datum je podstatné. Nejde o právě oznámený objev, byť se název může znovu objevit mezi sledovanými vědeckými tématy.

Autoři během třídenního měření ukázali ochlazení vody až o 5 °C pod teplotu vzduchu. Uváděli průtok přibližně 0,2 litru za minutu na metr čtvereční panelu a odvod tepla až 70 W/m². Samostatná simulace kancelářské budovy v Las Vegas pak vyčíslila možnou letní úsporu elektřiny na chlazení na 21 %, tedy 14,3 MWh. To jsou výsledky původní studie.

Právě poslední dvě čísla potřebují zvýraznit. Jednadvacet procent byla modelovaná úspora konkrétního systému, nikoli univerzální výsledek měření na budovách. Českému skladu ji nelze připsat jen proto, že má také střechu.

Proč se tématem vůbec zabývat? Chlazení vytváří značnou elektrickou zátěž. Mezinárodní energetická agentura například odhadla jeho příspěvek k indickému špičkovému zatížení v roce 2024 na 60 GW. To dobře ukazuje rozsah problému, který úspornější technologie řeší. Podrobnosti uvádí zpráva IEA o spotřebě elektřiny.

Jak poslat teplo skrz atmosféru

Každý předmět kolem nás vyzařuje energii. Střecha, automobil i lidské tělo. Při běžných teplotách odchází velká část tohoto záření v infračervené oblasti. Očima ho nevidíme, termokamera si s ním poradí.

Atmosféra některé vlnové délky pohlcuje výrazně a jiné propouští lépe. Pro sálavé chlazení je zásadní takzvané atmosférické okno přibližně mezi 8 a 13 mikrometry. Vhodný povrch může touto cestou vyzařovat energii směrem do vesmíru a ochladit se pod teplotu vzduchu.

Přes den však dostává další tepelnou zásilku: sluneční záření. Funkční panel proto potřebuje dvě vlastnosti současně. Silně odrážet sluneční energii a účinně vyzařovat tepelné záření. Právě řízením těchto vlastností se zabývají speciální optické vrstvy. Fyzikální princip shrnuje odborný přehled o fotonických strukturách pro sálavé chlazení.

Představme si pro ilustraci dopadající sluneční výkon 1 000 W/m². Povrch, který pohltí pouhá tři procenta, přijme 30 W/m². Při desetiprocentním pohlcení už jde o 100 W/m². Rozdíl 70 wattů ukazuje, proč nestačí vybrat materiál podle toho, že vypadá světle. Jde o ilustrativní výpočet, nikoli parametry konkrétního výrobku.

Panel tedy nevyrábí chlad z ničeho. Umožňuje teplu odcházet účinnou cestou a omezuje jeho příjem ze slunce. Účetnictví energie zůstává v pořádku. Fyzika tentokrát reklamaci nepřijímá.

Chcete ušetřit na energiích?

Zjistěte, kolik můžete ušetřit sdílením elektřiny z FVE nebo optimalizací bateriového úložiště.

Spočítat úsporu →

Panel pomáhá kompresoru. Mrazák sám neutáhne

Stanfordský tým propojil speciální povrch s potrubím, kterým proudila voda. Tím posunul výzkum od chladného vzorku materiálu k zařízení použitelnému v kapalinovém okruhu. Univerzita popisuje zkoušky na střeše budovy Packard v září 2015 a následný záměr propojit technologii s běžným chlazením. Viz zpráva Stanfordovy univerzity.

Praktické využití si představte na teplé straně chladicího zařízení. Klimatizace odebírá teplo uvnitř budovy a odvádí ho ven. Kompresor při tom spotřebovává elektřinu. Když se podaří zlepšit podmínky pro odvod tepla, může klesnout potřebná práce kompresoru.

Slovo „může“ má svůj důvod. Rozhoduje zapojení, provozní teploty, regulace i účinnost původního zařízení. Přidaný výměník také přináší teplotní rozdíl a potrubí hydraulický odpor. Výsledek musí zahrnovat celý systém.

A hlavně: voda o teplotě 25 °C při venkovních 30 °C pořád není ledová voda. Pro běžný mrazicí box nepředstavuje přímou náhradu kompresorového okruhu. Může ale pomoci odvádět jeho odpadní teplo.

Také označení „pasivní“ patří především samotnému mechanismu vyzařování. Kapalinu v praktické instalaci obvykle pohání čerpadlo. Spotřebu mají i regulační prvky. Při hodnocení úspor musí být započtené, jinak porovnáváme skutečný elektroměr s pěkným obrázkem.

Kalifornský supermarket ukazuje cestu do praxe

Technologie nezůstala pouze na univerzitní střeše. Firma SkyCool Systems zveřejnila případovou studii supermarketu Grocery Outlet v kalifornském Stocktonu. Instalace využila 32 panelů, uspořádaných do osmi řad po čtyřech, a napojila je na stávající chladicí soustavu.

Dodavatel uvádí úsporu přibližně 100 kWh denně a odhad 36 MWh za rok. Roční úsporu energie vyčísluje na 15 %. Kapalinový okruh potřebuje malé oběhové čerpadlo, voda se při chlazení neodpařuje. Čísla pocházejí z případové studie SkyCool Systems.

Jde o údaje dodavatele, což je při čtení podstatné. Dokládají popsanou instalaci a její vykazované výsledky. Nenahrazují nezávislé ověření každého dalšího projektu. A roční odhad není totéž jako zveřejněná kompletní roční řada měření.

Supermarket přesto představuje srozumitelný příklad využití. Chladicí vitríny a sklady potřebují odvádět teplo dlouhodobě. Úsporná technologie tak může získat více provozních hodin než zařízení v kanceláři používané několik horkých týdnů.

Pro českého investora je zajímavá také možnost doplnit existující zařízení. Výměna celé strojovny bývá jiný investiční příběh než připojení dalšího okruhu. Předem však potřebuje ověřit, zda úpravu umožňuje konkrétní zařízení, jeho řízení a podmínky servisu. Univerzální stavebnici na každou střechu z toho dělat nelze.

České mraky do výpočtu promluví

Výhodné podmínky pro sálavé chlazení nabízí jasná obloha a nízký obsah vodní páry v atmosféře. Mraky a vlhkost mění množství infračerveného záření, které atmosféra propustí a sama vyšle zpět k povrchu. Výkon proto kolísá s počasím. Tento problém rozebírá také odborný přehled vztahu pasivního chlazení a atmosférické vody.

Pro českou instalaci z toho vyplývá konkrétní úkol: počítat s místními meteorologickými daty. Nestačí převzít výsledek z horkého a suchého Las Vegas a přepsat měnu na koruny.

Prověřit je potřeba i střechu. Panel musí mít vhodný výhled na oblohu. Okolní konstrukce ovlivňují jeho radiační výměnu. Do projektu vstupuje vedení potrubí, jeho izolace, nosnost střechy a přístup pro údržbu. V zimě navíc přichází otázka ochrany kapalinového okruhu před zamrznutím.

Samostatným bodem je kondenzace. Jestliže některý povrch klesne pod rosný bod okolního vzduchu, může se na něm srážet voda. Projektant musí řešit, kde je to přijatelné a kde by vlhkost způsobovala problém.

A potom provozní stárnutí. Před nákupem má smysl chtít údaje o znečištění povrchu, způsobu čištění, životnosti vrstev a zachování optických vlastností. Výkon čistého vzorku při předvádění je pouze začátek. Investici splácí zařízení vystavené skutečnému počasí několik let.

Kolik střechy potřebujete a co znamená úspora

Plocha je první rychlá kontrola realistických očekávání. Použijme pro ilustraci výkon 70 W/m² uvedený ve výzkumu. Sto metrů čtverečních by při takovém výkonu odvádělo 7 kW tepla. Pro odvod 100 kW by vycházelo přibližně 1 430 m².

To je pouze aritmetické přepočítání jednoho provozního bodu. Není to návrh zařízení ani předpověď celoročního výkonu. Ukazuje ale, proč se musí počítat se skutečně dostupnou plochou.

Kilowatt odvedeného tepla navíc není kilowatt ušetřené elektřiny. Přínos na elektroměru určuje změna práce celého chladicího systému. Přímé násobení tepelného výkonu cenou elektřiny by vytvořilo úsporu, kterou účetní nikdy nenajde.

Zkusme jiný, čistě modelový příklad. Provoz spotřebuje na chlazení 100 MWh elektřiny ročně. Ověřená čistá úspora deset procent představuje 10 MWh. Při předpokládané odvratitelné ceně 4 Kč/kWh odpovídá 40 000 Kč za rok před dodatečnými náklady na údržbu.

Při hypotetické investici 400 000 Kč vychází prostá návratnost deset let. Jde o zvolené předpoklady, nikoli nabídku dodavatele.

Přesnější ekonomika musí ocenit úspory v době, kdy vznikají. Orientaci ve velkoobchodních cenách poskytují výsledky denního trhu OTE. Skutečný přínos však závisí na smlouvě zákazníka a položkách účtu, které nižší odběr opravdu sníží.

Fotovoltaika, měření a chlazení musí hrát spolu

Na střeše může sálavému chlazení konkurovat fotovoltaika. Obě technologie potřebují prostor, ale poskytují jinou službu. Fotovoltaika vyrábí elektřinu. Chladicí panel odvádí teplo. Srovnávat pouze jejich okamžité watty na metr čtvereční proto nestačí.

Rozumné porovnání sleduje roční peněžní přínos, investici, údržbu a časový souběh s potřebami budovy. Pokud chlazení už spotřebovává vlastní solární výrobu, jeho úspora může uvolnit elektřinu pro jinou spotřebu nebo přetok. Hodnota takové změny se může lišit od ceny nákupu ze sítě.

Začít je vhodné měřením samostatné spotřeby chladicího zařízení. K tomu patří venkovní teplota, provozní zatížení a teploty kapaliny. Jako související služba může posloužit monitorování spotřeby a provozu. Samotný měřicí systém ovšem nepotvrzuje účinnost konkrétního panelu.

Pro širší posouzení nákupu a využití elektřiny nabízí energetická platforma SES informace [pro firmy](https://smartenergyshare.com/pro-firmy?utm_source=smartenergyshare-info&utm_medium=referral&utm_campaign=satellite-marketing). Návrh investice lze zasadit do [energetického poradenství](https://smartenergyshare.com/energeticke-poradenstvi?utm_source=smartenergyshare-info&utm_medium=referral&utm_campaign=satellite-marketing), které porovná více úsporných opatření.

Související čtení o fotovoltaice a komunitní energetice najdete na ShareElectric.cz a ElectricShare.cz. Pro konkrétní projekt ale rozhodnou vlastní provozní data. Dva stejné panely mohou na dvou různých budovách přinést velmi odlišnou ekonomiku.

Nejdřív pilot, potom objednávka celé střechy

První krok není nákup panelů. Je to zjištění, kolik elektřiny chlazení spotřebovává a kdy. Bez tohoto základu bude každá nabídka obsahovat více odhadů, než si investor zaslouží.

Druhý krok představuje technická studie napojení. Musí určit potřebné teploty, průtoky, plochu a způsob regulace. Má také porovnat alternativy: úpravu nastavení, servis výměníků, účinnější zařízení nebo omezení tepelných zisků budovy. Novinka si investici musí obhájit proti dostupným možnostem.

Pak dává smysl menší pilotní instalace. Měření má zahrnout elektrický příkon kompresorů, ventilátorů i nového čerpadla. Výsledky je potřeba porovnávat při podobném počasí a zatížení. Chladnější léto samo o sobě nedokazuje úspěch technologie.

Před rozšířením požadujte od dodavatele roční odhad podložený místním počasím, servisní podmínky a jasnou metodiku ověření úspor. Jediný povedený slunečný den investici nesplatí. Stejně tak jeden zatažený den technologii nevyvrací.

Sálavé chlazení má zajímavou budoucnost tam, kde dokáže dlouhodobě pomáhat existujícímu systému. Nejpravděpodobnější úspěch nevypadá jako zázračná náhrada všech klimatizací. Vypadá jako dobře navržená strojovna, které klesne spotřeba.

Máte provoz s velkou potřebou chlazení? Nechte nejdřív odděleně změřit jeho odběr. Právě tam začíná rozhodování, zda vaše střecha dokáže posílat do vesmíru teplo a na účet přinášet úspory.

Zdroje

Obchodujete s batteriovými úložišti nebo hledáte partnera pro flexibilitu a day trading elektřiny? SmartEnergyShare nabízí kompletní řešení pro BESS projekty od 50 do 250 kW — obchodování flexibility, SVR služby a IoT monitoring. Zjistěte víc →

Další články na toto téma najdete na: SdileniEnergie.info Firmy si roky kupovaly „zelenou elektřinu“ špatně. Hodino... Vice o sdílení