Solární komín - využití solárního komínu pro přirozené větrání budov

Solární komín je zařízení odpovídající nejmodernějším trendům využívání přirozené energie bez nutnosti dalších energetických vstupů. Využití solárního komínu zvyšuje efektivitu přirozeného větrání budov při využití energie slunečního záření. Zda by komín skutečně fungoval i v klimatických podmínkách ČR jsem ověřil ve školní studii, v níž jsem komín umístil na budovu fiktivního gymnázia. Výsledkem experimentu je zjištění, že by komín v tomto konkrétním případě přinesl pro provoz vzduchotechniky až 53% úsporu elektrické energie!

Jak a kde komín funguje

Konstrukce solárního komínu se obvykle skládá ze tří základních částí: z čelní prosklené stěny, vzduchové mezery a ze zadní absorpční stěny. Prosklená stěna solárního komínu bývá orientována na jih tak, aby byla přímo vystavena slunečnímu záření. Systém větrání funguje na principu přirozené konvekce, kdy teplota vzduchu uvnitř komínu je vyšší než teplota okolního vzduchu, a proto vzduch stoupá a současně odsává vzduch z interiéru objektu. Hlavní hnací silou větrání objektu je sluneční záření, které ohřívá konstrukci komínu, ze které se poté přenáší teplo do vzduchu ve vzduchové mezeře. Současně se také akumuluje teplo do absorpční stěny; to se poté uvolňuje v době, kdy intenzita sluneční radiace klesne, popř. ve večerních a nočních hodinách, kdy je slunce již pod horizontem. Díky tomu může být v letních měsících solární komín využit k částečnému nočnímu pasivnímu vychlazení objektu.

Systém větrání objektu je navržen jako hybridní: nucený přívod a přirozený odvod (proudění vzduchu v objektu znázorňují šipky na obrázku „Řez objektem“). Větrací vzduch se nuceně přivádí do vzduchotechnických jednotek přes zemní kolektor, ve kterém se v zimě předehřívá a v létě předchlazuje. Ve vzduchotechnických jednotkách se tento vzduch upravuje na požadované parametry a pomocí potrubí se dále distribuuje do jednotlivých místností. Vzduch se z objektu odvádí přirozeně přes atrium a solární komíny, které jsou umístěny v nejvyšším podlaží.
Budova fiktivního gymnázia, pro kterou byl projekt zpracován, má pět nadzemních a jedno podzemní podlaží. Uvnitř objektu je atrium, nad kterým jsou umístěny celkem tři solární komíny.

Parametry solárního komínu

Efektivitu solárního komínu jsme zjišťovali dvěma nezávislými způsoby: analytickým výpočtem a počítačovou simulací. Obě řešení posuzovala chování solárního komínu hodinu po hodině během jednoho roku a vycházela z klimatické databáze IWEC (International Weather for Energy Calculations). Odchylky dvou sad výsledků se vzhledem na jistá zjednodušení celé problematiky lišily jen nepatrně.
Množství větracího vzduchu znázorňují grafy. Jde o množství, které lze z objektu odvést třemi solárními komíny bez použití ventilátorů. Pro názornost a přehlednost jsem z celoročního grafu vyjmul intervaly jednoho pracovního týdne v zimním a v letním období.

Požadovaná denní výměna vzduchu byla v daném objektu výpočtem stanovena na 26 460 m3/h. Ve večerních a nočních hodinách, kdy není škola využívána, jsme odhadli průtok vzduchu 10 000 m3/h.
V zimním období je průtok vzduchu solárním komínem více konstantní a nevykazuje velké výkyvy, protože slunce svítí slaběji a méně často než v létě. Hnací silou přirozeného větrání zůstává pouze relativně velký rozdíl teplot uvnitř a vně objektu.

Průtok vzduchu v letním období vykazuje ve srovnání s obdobím zimním podstatně vyšší výkyvy průtoků. Je to tím, že venkovní teplota se blíží teplotě uvnitř objektu, a tudíž výsledný průtok vzduchu závisí především na intenzitě sluneční radiace. Z grafu popisujícího situaci v létě je zřejmé, že za slunných dnů je požadovaná výměna vzduchu pokryta ve velké míře solárními komíny. Naopak při zatažené obloze proudí vzduch přirozeným mechanizmem přes solární komíny jen velmi málo a je třeba minimální výměnu zajistit pomocí vzduchotechnických zařízení.

Úspory

Celkové roční úspory elektrické energie na provoz vzduchotechnických zařízení (na pohon ventilátorů) v posuzovaném objektu dosahovaly 53 %. Na základě výpočtu mohu konstatovat, že využití solárního komínu pro zvýšení efektivity přirozeného větrání budov může být i v klimatických podmínkách České republiky zajímavým a ekonomicky výhodným řešením, jak zajistit předepsanou výměnu vzduchu.

---

Cena Jiřího Skuly

Za projekt využití solárního komínu pro větrání budovy a ojediněle komplexní výpočet funkčnosti celého zařízení získal čerstvý absolvent ČVUT František Havránek Cenu Jiřího Skuly za mimořádný přínos v oblasti nových cest úspor energie. Tuto cenu uděluje obchodní síť Koska na památku svého zakladatele Jiřího Skuly, který byl propagátorem nových, efektivnějších a přínosnějších způsobů vytápění.

Autor oceněného projektu komplexně propočítal fungování celého zařízení tak, aby bylo možné stanovit jeho ekonomický a energetický přínos. Tento výpočet, v České republice svou šíří dosud unikátní, dokázal, že aplikace solárních komínů je zajímavým a ekonomicky výhodným řešením, jak zajistit potřebnou výměnu vzduchu. Projekt kromě jiného významně přispívá k popularizaci a rozšiřování podobných zařízení.