Voda o 5 °C chladnější než vzduch. Tenhle panel chladí i na slunci

Voda může být chladnější než okolní vzduch, přestože potrubím proudí přes panel vystavený slunci. Bez odpařování. A bez kompresoru, který by tento teplotní rozdíl vytvářel. Výzkumníci ze Stanfordovy univerzity takové zařízení skutečně otestovali. Teplo posílá infračerveným zářením směrem k obloze.

Pro provozovatele budov, robotických pracovišť nebo bateriových systémů je to zajímavější, než zní. Každý watt odvedeného tepla může ulevit běžnému chlazení. Jenže mezi povedeným experimentem a bezpečnou instalací na české střeše leží několik podstatných háčků.

Voda o 5 °C chladnější než vzduch. Tenhle panel chladí i na slunci

Za výzkumem stojí Eli A. Goldstein, Aaswath P. Raman a Shanhui Fan. Jejich práce vyšla 4. září 2017 v časopise Nature Energy. Nejde tedy o včerejší objev, byť název technologie pořád zní trochu jako pozvánka do sci-fi.

Během třídenního testování dosáhly panely ochlazení vody až o 5 °C pod teplotu okolního vzduchu. Průtok činil přibližně 0,2 litru za minutu na metr čtvereční. Efektivní odvod tepla dosahoval až 70 W/m². Autoři také modelovali zapojení do chlazení dvoupodlažní kancelářské budovy v Las Vegas. Za sledované letní období vyšla úspora elektřiny na chlazení 21 %, tedy 14,3 MWh. To byl výsledek simulace, nikoli naměřená úspora české budovy. Původní studie v Nature Energy

Právě poslední rozdíl rozhoduje o poctivém hodnocení. Pokles teploty vody dokazuje funkčnost zařízení. Procento úspory celého objektu už závisí na počasí, zapojení, velikosti střechy a účinnosti původního chlazení.

Představme si například venkovní vzduch o teplotě 32 °C. Voda ochlazená o pět stupňů má stále 27 °C. Na přímou náhradu běžné klimatizace to automaticky nestačí. Pro odvod tepla z její kondenzační části však může být taková voda užitečná. Studenější prostředí pro odvod tepla totiž může snížit práci kompresoru. Rozhodují konkrétní provozní teploty.

Obloha jako chladič: proč nestačí natřít střechu nabílo

Každý předmět kolem nás vyzařuje teplo. U těles s běžnou pokojovou teplotou jde především o infračervené záření. Atmosféra část tohoto záření pohlcuje, ale v pásmu přibližně 8 až 13 mikrometrů je za vhodných podmínek relativně propustná. Fyzici tomu říkají atmosférické okno. Povrch tak může odevzdávat energii směrem do vesmíru. Přehled fyzikálních principů sálavého chlazení

Přes den mu ovšem do práce mluví Slunce. Speciální povrch proto musí odrážet většinu dopadajícího slunečního záření a současně dobře vyzařovat teplo v infračerveném pásmu. Bílá barva pomáhá omezit ohřívání, sama však nezaručuje potřebné optické vlastnosti ani výsledný chladicí výkon.

Stanfordský tým spojil takový povrch s potrubím, kterým protékala voda. Dřívější pokusy ukazovaly ochlazování samotného materiálu. Kapalinový okruh umožnil chladicí účinek přenést k dalšímu zařízení. Tím se z materiálového experimentu stalo použitelné technické uspořádání. Popis experimentu Stanfordovy univerzity

Označení „pasivní“ se přitom týká především samotného odvodu tepla zářením. Oběhové čerpadlo, ventily a regulace mohou elektřinu potřebovat. V nabídce dodavatele proto hledejte spotřebu celé sestavy. Panel nemá kompresor, ale účet za provoz tím ještě nezmizel.

Pro výslednou bilanci je zásadní také tepelná izolace. Jakmile má panel nižší teplotu než vzduch, okolí jej začne ohřívat. Konstrukce musí tento přísun tepla omezit, jinak část získaného chladicího výkonu okamžitě ztratí.

Sedmdesát wattů z metru: počítejte střechu, ne zázraky

Výkon 70 W/m² vypadá nenápadně. Po přepočtu na větší plochu už dává technický smysl. Pokud by systém za příznivých podmínek dosahoval právě této hodnoty, 100 m² aktivní plochy by odvádělo přibližně 7 kW tepla. Pro 50 kW by bylo potřeba zhruba 714 m².

To je orientační přepočet okamžitého výkonu, nikoli návrh instalace. Skutečný výkon kolísá a závisí také na teplotě kapaliny. Mezi panely navíc potřebujete přístupové cesty. Další prostor zabere technika, potrubí a odstupy od překážek.

Ani 7 kW odvedeného tepla neznamená úsporu 7 kW elektřiny. Pro názorný příklad uvažujme chladicí zařízení, které při příkonu 1 kW poskytuje 3 kW chladu. Pokud by nový systém skutečně nahradil 7 kW jeho chladicího výkonu, teoreticky by ušetřil asi 2,3 kW příkonu před započtením vlastní spotřeby. Zapojení na kondenzační straně se však musí počítat podle provozních charakteristik konkrétního stroje.

Střecha navíc může sloužit fotovoltaice. Investor tak porovnává hodnotu vyrobené elektřiny s hodnotou omezené spotřeby chlazení. Univerzální vítěz neexistuje.

Rozsah problému ukázala už Mezinárodní energetická agentura. Ve zprávě z roku 2018 připisovala klimatizacím a elektrickým ventilátorům přibližně desetinu světové spotřeby elektřiny. Jde o tehdejší údaj, ale dobře vysvětluje, proč se i dílčí zlepšení účinnosti vyplatí zkoumat. Zpráva IEA o budoucnosti chlazení

Bezpečnost začíná u kapky vody na špatném místě

Neodpařovací chlazení neznamená provoz bez vody. Kapalina zůstává v uzavřeném okruhu a teplo odevzdává přes panel. Výhodou je odstranění potřeby průběžného odpařování vody v této části systému. Potrubí, spoje a výměníky ovšem stále mohou netěsnit.

Druhý problém přichází z okolního vzduchu. Pokud teplota povrchu klesne pod rosný bod, začne na něm kondenzovat vlhkost. To platí i pro potrubí přivedené do technické místnosti. Přehledová práce v Nature Communications popisuje souvislost mezi sálavým ochlazováním, místní vlhkostí a vznikem kondenzace. Sálavé chlazení a atmosférická voda

U elektroniky proto musí projekt řešit izolaci potrubí, odvod kondenzátu a detekci úniku. Praktický návrh může zahrnovat oddělení venkovního okruhu výměníkem. Konkrétní provedení ale musí odpovídat zařízení, které chladí, a jeho předepsaným provozním podmínkám.

Stejně pečlivě je potřeba posoudit zimní režim. Náplň vystavená mrazu vyžaduje odpovídající ochranu. Přidání nemrznoucí směsi přitom mění vlastnosti kapaliny, tlakové ztráty i přenos tepla. Výsledky pokusu s vodou proto nelze bez přepočtu převzít pro jinou náplň.

A baterie? Sálavý panel lze zvažovat jako pomoc při běžném tepelném hospodaření. Není to doložená ochrana proti tepelnému úniku článků ani náhrada požárního řešení. Chladicí okruh musí respektovat konstrukci úložiště. Úsporná technologie nesmí vytvořit novou poruchovou cestu přímo nad elektrickým rozvaděčem.

Dron nad požárem panel neuveze. Jeho základna by jej využít mohla

U robotiky se pozornost snadno upne na novou mechaniku čisticích dronů nebo prostorové vidění strojů nasazovaných u požárů. Vedle těchto nápadných inovací stojí méně atraktivní otázka: kam odvést teplo z výpočetní techniky, nabíječek a zázemí? Bez jejího vyřešení se dobře vybavený robot daleko nedostane.

Sálavé kapalinové chlazení je rozumnější posuzovat nejprve pro pevná pracoviště. Dron by musel nést plochu panelu, kapalinu i související konstrukci. Při pracovním předpokladu 70 W/m² by odvod pouhých 500 W tepla vyžadoval přes sedm metrů čtverečních aktivní plochy. Pro malou létající platformu dost nepraktická výbava.

Jako možné zkušební použití se naopak nabízí střecha servisní základny, nabíjecího stanoviště nebo budovy s robotickým provozem. Jde o technickou úvahu, nikoli o tvrzení, že zmiňovaná studie takové nasazení ověřila.

Pro bezpečnostní provozy bych při návrhu požadoval zachování chlazení i při nedostatečném výkonu panelů. Regulace musí poznat, kdy venkovní okruh pomáhá a kdy už jeho provoz nepřináší užitek.

Stejný přístup dává smysl u bateriového zázemí. Širší tematickou návaznost nabízí blog o bateriových úložištích BESS. Při návrhu konkrétní instalace však mají přednost parametry výrobce baterie a výpočty projektanta. Podobnost dvou kontejnerů na fotografii není technická specifikace.

Česká střecha není Las Vegas. Rozhodne počasí a měření

Suchá a jasná obloha sálavému chlazení obvykle přeje. Vodní pára a oblačnost zhoršují podmínky pro odvod tepla atmosférickým oknem. Proto je přenos výsledků z pouštního klimatu do českých podmínek nejistý. Rozhodující není jen venkovní teplota, ale i stav oblohy a vzdušná vlhkost. Rozbor vlivu atmosférických podmínek

Pro český projekt bych chtěl nejprve menší měřenou instalaci. Měla by zaznamenávat teplotu kapaliny před panelem a za ním, průtok, spotřebu čerpadla i spotřebu původního chlazení. Současně potřebujete znát provozní zatížení. Jinak můžete za úsporu omylem označit týden, kdy byla polovina firmy na dovolené.

Samostatnou pozornost zaslouží umístění. Přilehlá vyšší budova nebo nevhodně umístěná konstrukce omezuje výhled na oblohu. Prach a znečištění zase mohou měnit vlastnosti povrchu. Po dodavateli proto požadujte podmínky údržby a údaje o stárnutí materiálu.

Přehled energetických toků může pomoci vytvořit monitoring spotřeby a výroby SmartEnergyShare. Pro vyhodnocení chlazení bude vedle elektroměrů potřeba také vhodné měření tepla a provozních veličin. Samotný graf odběru budovy příčinu úspory neodhalí.

Dobrý pilot musí zahrnout i nepříznivé dny. Výsledek z jasného odpoledne ukáže potenciál. Série měření za různého počasí ukáže, jakou část provozu technologie skutečně obslouží. A právě z ní se má počítat návratnost.

Nejdřív změřte chlazení. Potom řešte panely a sdílení elektřiny

Úsporu je potřeba ocenit podle skutečně omezeného nákupu elektřiny. Modelový příklad: provoz ušetří po odečtení pomocné spotřeby 10 MWh ročně. Pokud každá ušetřená kilowatthodina sníží výdaje o 4 Kč, jde o 40 000 Kč ročně. Částka 4 Kč je zde výpočetní předpoklad, nikoli aktuální nabídka dodavatele.

Od výsledku ještě odečtěte údržbu. Investice za 400 000 Kč by při takto zjednodušené bilanci vycházela na deset let před servisem a financováním. Pevné platby za odběr přitom úspora kilowatthodin automaticky nesníží.

Součástí posouzení může být platforma SmartEnergyShare a její nabídka [energetických řešení pro firmy](https://smartenergyshare.com/pro-firmy?utm_source=smartenergyshare-info&utm_medium=referral&utm_campaign=satellite-marketing). Vedle omezení spotřeby lze prověřit také [sdílení elektřiny](https://smartenergyshare.com/sdileni-elektriny?utm_source=smartenergyshare-info&utm_medium=referral&utm_campaign=satellite-marketing). To řeší zásobování zbývající spotřeby, nikoli fyzikální účinnost chlazení.

Při sdílení záleží na časovém souběhu výroby a odběru. ERÚ popisuje vyhodnocování sdílené elektřiny v patnáctiminutových intervalech. Roční přebytek z fotovoltaiky proto sám o sobě nezaručuje pokrytí konkrétního odběru. Pravidla sdílení podle ERÚ Další tematický kontext nabízí blog Sdílení elektřiny.

První krok je prostý: zjistěte, kolik vaše chlazení skutečně spotřebuje a za jakých podmínek. Potom si nechte spočítat pilot. O budoucnosti sálavých panelů rozhodnou doložené provozní úspory. Vesmír teplo přijme, ale špatně navrženou investici za vás nezaplatí.

Zdroje

Následující podklady oddělují experimentální výsledky, fyzikální principy a energetické souvislosti. Rok vydání je podstatný zejména u výchozí studie a statistik spotřeby. Výpočty plochy panelů a finanční příklady v článku jsou orientační autorské přepočty s výslovně uvedenými předpoklady.

• Nature Energy: původní studie chlazení kapalin pod okolní teplotu — Goldstein, Raman a Fan, 2017. Primární zdroj naměřeného teplotního rozdílu, průtoku a odvodu tepla. Obsahuje také model úspory kancelářské budovy; měření a simulaci je nutné rozlišovat.
• Stanfordova univerzita: odvádění přebytečného tepla k obloze — Univerzitní popis experimentu a přechodu od chladicího povrchu ke kapalinovému zařízení. Pomáhá vysvětlit technické uspořádání a původ výzkumu.
• Nature Communications: sálavé chlazení a atmosférická voda — Přehled souvislostí mezi chlazením, vlhkostí, oblačností a kondenzací. Podklad pro vysvětlení klimatických omezení; nenahrazuje návrh konkrétního zařízení ani místní provozní měření.
• IEA: budoucnost chlazení — Zpráva z roku 2018 poskytuje historický kontext světové spotřeby klimatizací a ventilátorů. Její tehdejší údaje nejsou v článku vydávány za statistiku roku 2026.
• ERÚ: sdílení elektřiny a energetická společenství — Český institucionální zdroj k organizaci sdílení, alokaci a časovým intervalům vyhodnocování. Slouží pro energetickou návaznost článku, nikoli jako potvrzení účinnosti sálavých panelů.

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: SmartEnergyShare.cz Fotky: Bez jídla i elektřiny. Monzunové povodně odřízly d... Vice o datová centra