Pošlete teplo do vesmíru. Střecha může pomoci snížit spotřebu chlazení o pětinu

Voda může být chladnější než okolní vzduch, přestože protéká panelem na sluncem zalité střeše. Bez odpařování. Bez kompresoru v samotném panelu. Vědci ze Stanfordovy univerzity naměřili rozdíl až 5 °C. Trik spočívá v tom, kam odchází teplo: prostřednictvím infračerveného záření směrem k obloze. Zní to jako reklamní slib. Tentokrát za ním ale stojí experiment. Otázkou je, kolik takové chlazení skutečně ušetří.

Pošlete teplo do vesmíru. Střecha může pomoci snížit spotřebu chlazení o pětinu

Eli Goldstein, Aaswath Raman a Shanhui Fan zveřejnili výsledky 4. září 2017 v časopise Nature Energy. Jejich práce se zabývá chlazením kapaliny pod teplotu okolí bez odpařování, s využitím oblohy. Označení „trendující“ tedy neznamená čerstvý objev. Vědecký článek může znovu přitáhnout pozornost i po letech.

Výzkumníci během třídenního testování ochladili vodu až o 5 °C pod teplotu vzduchu. Při průtoku přibližně 0,2 litru za minutu na metr čtvereční dosahoval odvod tepla až 70 W/m². Následný model kancelářské budovy v Las Vegas ukázal možnost snížit letní spotřebu elektřiny na chlazení o 21 %, tedy o 14,3 MWh. Ochlazení vody bylo naměřené. Úspora celé budovy byla vypočtená. To je zásadní rozdíl. Původní studie v Nature Energy

Důvod, proč se podobným nápadem zabývat, je přitom velmi praktický. Mezinárodní energetická agentura ve zprávě z roku 2018 přisuzovala klimatizacím a ventilátorům téměř pětinu světové spotřeby elektřiny v budovách. Nejde o aktuální údaj pro rok 2026, ale dobře ukazuje velikost problému. Zpráva IEA o budoucnosti chlazení

Provozovatele obchodu samozřejmě nezajímá, jestli teplo skončí nad střechou, nebo daleko za atmosférou. Zajímá ho elektroměr. A právě mezi působivým fyzikálním pokusem a nižší fakturou začíná skutečná technická práce.

Jak ochladit vodu, když je kolem horko

Každý povrch vyzařuje tepelné záření. Zároveň přijímá záření ze svého okolí. Pokud více energie vyzáří, než přijme ostatními cestami, ochladí se. Pro sálavé chlazení je zvlášť užitečná oblast infračervených vlnových délek přibližně 8 až 13 mikrometrů. Atmosféra je v tomto pásmu za vhodných podmínek poměrně propustná. Část záření tak může uniknout do vesmíru. Fyzikální přehled sálavého chlazení

Slunce ovšem celou věc komplikuje. Povrch vystavený přímému záření obvykle získává více tepla, než dokáže odvést sáláním. Stanfordský tým proto použil optický povrch, který podle univerzitního popisu odráží přibližně 97 % slunečního záření a současně účinně vyzařuje teplo. Pod ním proudí voda, která panelu předává energii. Popis technologie Stanfordovou univerzitou

Pro představu vezměme modelové sluneční ozáření 1 000 W/m². Pokud neprůhledný povrch odrazí 97 %, zbývá přibližně 30 W/m² absorbovaného výkonu. Při odrazivosti pouze 90 % by to bylo 100 W/m². Rozdíl činí 70 wattů na každém metru. U technologie pracující s desítkami wattů chladicího výkonu rozhodně nejde o kosmetiku.

Proto nestačí koupit lesklý plech. Materiál musí mít vhodné vlastnosti pro sluneční i tepelné záření. Konstrukce navíc musí omezovat nežádoucí přísun tepla z okolí. Vypadat jako zrcadlo a fungovat jako sálavý chladič jsou dvě různé disciplíny.

Chcete ušetřit na energiích?

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

Spočítat úsporu →

Sedmdesát wattů z metru není sedmdesát wattů ušetřené elektřiny

Právě tady vzniká nejčastější nedorozumění. Údaj 70 W/m² popisuje tepelný výkon. Neříká, kolik elektrického příkonu zmizí z faktury. Pro orientační přepočet vezměme 100 m² aktivní plochy. Při uvedeném výkonu by odváděla 7 kW tepla. Je to prostý součin, nikoli garantovaný výkon střechy za každého počasí.

Představme si dále čistě modelovou chladicí jednotku s chladicím faktorem 3. Na odvedení 7 kW tepla by potřebovala zhruba 2,3 kW elektřiny. Takové srovnání pomůže pochopit jednotky. Samo o sobě ale neurčuje úsporu při zapojení panelů do skutečné soustavy. Ta závisí na teplotách, průtocích, regulaci i příkonu pomocných zařízení.

Studie počítala s podporou kondenzační strany chladicího systému. Tam se odvádí teplo odebrané chlazenému prostoru spolu s energií dodanou kompresorem. Chladnější prostředí pro odvod tepla může snížit práci kompresoru. Zapojení popsané v původní studii

Neznamená to, že voda o teplotě 27 °C sama vychladí kancelář na 22 °C. Pokud by venku bylo 32 °C a panel dosáhl pěti stupňů pod okolím, právě na 27 °C bychom se dostali. Taková voda může pomoci vhodně navrženému zařízení. Zázračná náhrada všech klimatizací z ní ale nebude. Projektant musí nejprve určit, kde přesně bude chlad využitelný.

Bez odpařování ano. Bez čerpadla obvykle ne

Odpařovací chlazení odvádí teplo tím, že se část vody mění v páru. Sálavý panel používá jinou cestu. Teplo vyzařuje a kapalina může obíhat v uzavřeném okruhu. Provozovatel tak nepotřebuje průběžně doplňovat vodu kvůli samotnému odpařovacímu principu. To může být zajímavé zejména tam, kde je voda drahá nebo omezeně dostupná.

Slovo „pasivní“ však potřebuje vysvětlení. Samotný přenos tepla zářením elektrický pohon nepotřebuje. Rozvod kapaliny po střeše a mezi výměníky už zpravidla ano. Do energetické bilance proto patří čerpadlo, regulace i případné další pomocné spotřebiče. Dodavatel SkyCool tento rozdíl uvádí také u své komerční instalace. Případová studie supermarketu

Příklad: čerpadlo s příkonem 100 W spotřebuje za 4 000 provozních hodin 400 kWh. Jestliže panely za stejné období ušetří na kompresoru 3 000 kWh, čistý přínos před dalšími spotřebami činí 2 600 kWh. Malý pomocný příkon se vyplatí započítat. Elektroměr totiž neuznává kategorii „tohle je jen čerpadýlko“.

Uzavřený okruh také nezbavuje majitele údržby. Zůstávají spoje, těsnění, kontrola kapaliny a čištění povrchů. Při českém provozu je potřeba vyřešit ochranu proti zamrznutí. Projekt musí počítat i s odstávkou nebo poruchou, aby experiment na střeše neohrozil hlavní chlazení objektu.

Supermarket už technologii vyzkoušel. Výsledky čtěte i s drobným písmem

Zajímavý příklad poskytuje prodejna Grocery Outlet v kalifornském Stocktonu. SkyCool Systems ve své případové studii popisuje instalaci 32 panelů, uspořádaných do osmi řad po čtyřech. Soustava pomáhá odvádět teplo z existujícího chladicího zařízení. Podle dodavatele přinesla úsporu přibližně 100 kWh denně, s odhadem 36 MWh za rok a roční úsporou energie kolem 15 %. Údaje SkyCool Systems

Je to konkrétní provozní reference. Současně jde o materiál dodavatele, nikoli o nezávislé ověření použitelnosti v každé budově. Pro českého investora má podobná zpráva sloužit hlavně jako podklad pro otázky. Jak dlouho se měřilo? Jak se zohlednilo počasí? Změnil se provoz prodejny? Je odečtena spotřeba čerpadla?

Supermarket je logický kandidát k posouzení. Potraviny potřebují chlazení i po zavírací době. Dlouhá provozní doba vytváří více příležitostí využít dodatečný odvod tepla. U kanceláře, která se chladí jen během pracovního dne, může stejná plocha panelů přinést jiný roční výsledek.

Přepočet americké úspory na koruny by bez českého provozního profilu byl zavádějící. Liší se počasí, cena elektřiny, stávající technologie i dostupná plocha. Rozhoduje rovněž výchozí stav zařízení. Dobře seřízená soustava nabídne jiný prostor pro zlepšení než zanesený kondenzátor. Před nákupem nové technologie proto stojí za to prověřit i levnější servisní zásahy.

České mraky do návratnosti promluví víc než reklamní leták

Sálavé chlazení potřebuje příznivou radiační bilanci. Vodní pára snižuje propustnost atmosférického okna a oblačnost může účinný odvod tepla k obloze výrazně omezit. Stejná venkovní teplota proto neznamená stejný chladicí výkon. Suchý jasný den a dusné zatažené odpoledne představují odlišné podmínky. Vliv atmosféry na sálavé chlazení

Český projekt tedy potřebuje místní meteorologická data. Nestačí dosadit průměrnou letní teplotu. Simulace by měla sledovat průběh počasí společně s odběrem chladu. Rozhodující je souběh: zda panely poskytují užitečný výkon právě tehdy, když jej budova dokáže využít. Přebytek chladu bez vhodného odběru úsporu automaticky nevytvoří.

Prověřit je nutné také samotnou střechu. Panel potřebuje výhled na oblohu, hydraulické propojení a prostor pro servis. Sousední nástavba může část výhledu zakrývat. Pyl, prach a stárnutí povrchu zase mohou měnit jeho optické vlastnosti. Dodavatel by měl doložit, jak se výkon vyvíjí po letech venkovního provozu.

Jiná situace nastane u nízké haly s velkou střechou a jiná u vysoké administrativní budovy. Druhá může mít velkou potřebu chlazení vzhledem k dostupné střešní ploše. Předběžné posouzení proto musí spojit stavební možnosti s energetickou bilancí. Pro tuto fázi lze využít například energetické poradenství SmartEnergyShare. Konkrétní projekt sálavého chlazení ovšem vyžaduje i specialistu na chladicí techniku.

Fotovoltaika má na střeše konkurenci. Srovnávejte koruny, ne dojmy

Fotovoltaický panel vyrábí elektřinu. Sálavý panel odvádí teplo. Soutěží tedy o stejnou plochu, ale poskytují jinou službu. Správné srovnání musí převést oba přínosy na peníze za stejných podmínek. Vedle pořizovací ceny patří do výpočtu životnost, servis a skutečné využití vyrobené či uspořené energie.

Uvažujme čistě ilustrační provoz, kde chlazení spotřebuje 100 MWh ročně. Pokud by ověřená čistá úspora dosáhla 10 %, jde o 10 MWh. Při zvolené hodnotě ušetřené elektřiny 4 Kč/kWh představuje přínos 40 000 Kč ročně. Hypotetická investice 400 000 Kč by měla jednoduchou návratnost deset let, ještě před započtením servisu a financování. Jde o početní příklad, nikoli cenovou nabídku.

Při proměnlivé ceně elektřiny záleží také na čase úspory. Podklady nabízí denní trh OTE, případně přehled spotových cen SmartEnergyShare. Tržní cena ovšem není automaticky konečnou cenou na faktuře. Výpočet musí odpovídat smlouvě konkrétního odběratele.

Do stejného rozhodování patří vlastní spotřeba fotovoltaiky a možnost využití přebytků. Související témata komunitní energetiky najdete na ShareElectric.cz. Samotné sdílení elektřiny účinnost chladiče nezmění, může však ovlivnit hodnotu alternativního využití střechy. Nejlepší řešení proto nemusí obsadit celou plochu jedinou technologií. Rozhodnout má společný výpočet, nikoli souboj dvou obchodních prezentací.

Nejdřív měřte. Teprve potom objednávejte střechu, která chladí

První krok je méně efektní než panel posílající teplo k obloze: zjistit skutečnou spotřebu chlazení. Samostatně měřit kompresory, ventilátory a čerpadla. K tomu zaznamenávat venkovní teplotu, provozní dobu a teploty kapaliny. Pro dlouhodobý sběr energetických dat se nabízí monitoring SmartEnergyShare; potřebná čidla a přesnost měření musí určit konkrétní projekt.

Druhým krokem je malý pilot s jasně stanoveným vyhodnocením. Nestačí porovnat účet za letošní červenec s loňským. Jeden mohl být výrazně teplejší. U supermarketu navíc hraje roli objem provozu, u kanceláře obsazenost. Úsporu je třeba vztáhnout ke srovnatelným podmínkám a započítat všechny nově přidané spotřeby.

Třetím krokem je nabídka včetně montáže, regulace, údržby a odpovědnosti za výkon. Ptejte se na záruku povrchu, interval čištění, dostupnost náhradních dílů a chování při poruše. Přehled navazujících energetických služeb najdete na smartenergyshare.com. Dodávku samotných sálavých panelů je nutné ověřit zvlášť.

Chlazení oblohou si zaslouží pozornost právě proto, že nabízí fyzikálně prokázanou cestu, jak snížit práci běžných chladicích zařízení. Jeho budoucnost ale rozhodnou dlouhodobá provozní data a cena instalace. Máte objekt s velkou střechou a vysokou spotřebou chlazení? Začněte měřením. Vesmír za odvedené teplo fakturu neposílá. Zařízení na střeše se přesto musí zaplatit.

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: RPSavings.cz Sdílení elektřiny mezi sousedy: kolik ušetříte a jak začí... Vice o sdílení