Zrównoważone systemy chłodzenia: chłodzenie płaszczyznowe kontra klimatyzacja

Systemy chłodzenia zapewniające zrównoważony komfort klimatu w pomieszczeniach

Zarówno nowe projekty budowlane, jak i projekty renowacyjne obecnie skupiają się głównie na poprawie efektywności energetycznej. Wyjątkowym wyzwaniem jest stworzenie zrównoważonego budynku, który zapewni mieszkańcom komfort przez cały rok. Kluczowym elementem jest odpowiedni system ogrzewania i chłodzenia, o ile jest on dostosowany do charakterystyki budynku oraz potrzeb jego użytkowników.

Popularnym rozwiązaniem jest rozszerzenie systemu ogrzewania opartego na grzejnikach o aktywny system chłodzenia, taki jak klimatyzacja. Niemniej jednak, konwektory z wentylatorem - klimakonwektory lub systemy oparte na promieniowaniu, które oferują ogrzewanie i chłodzenie poprzez panele lub podłogi, stanowią równie interesującą alternatywę. Przyjrzyjmy się teraz korzyściom i ograniczeniom każdego z tych systemów.

Klimatyzacja

Ludzie instalują systemy klimatyzacji przede wszystkim ze względu na ich wyjątkową zdolność do skutecznego chłodzenia. Klimatyzatory mogą także posiadać wbudowane filtry powietrza, które usuwają zanieczyszczenia, poprawiając jakość powietrza w pomieszczeniu. Co istotne, klimatyzacja stanowi niezawodny sposób na kontrolowanie poziomu wilgotności, co zmniejsza ryzyko wystąpienia wilgoci, pleśni oraz szkodliwych bakterii. W niektórych przypadkach klimatyzacja może również pełnić funkcję ogrzewania, choć wymaga to spełnienia pewnych warunków.

Pomimo że klimatyzacja zapewnia wysoki poziom komfortu, niestety wiąże się z relatywnie wysokim zużyciem energii. Dodatkowo, często wykorzystuje czynniki chłodnicze, które mają krótki okres użytkowania i negatywny wpływ na środowisko naturalne. Dlatego też zarówno producenci, jak i użytkownicy muszą stawić czoła wyzwaniu, jakim jest przejście na bardziej zrównoważone rozwiązania.

W swoim raporcie na temat przyszłości chłodzenia⁽¹⁾, Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) porusza ten istotny temat i zachęca użytkowników końcowych do wybierania bardziej efektywnych klimatyzatorów. Według ich analiz, średnia wydajność obecnie dostępnych na rynku klimatyzatorów stanowi mniej niż połowę efektywności, która potencjalnie jest dostępna na rynku, a jedynie jedna trzecia najlepszych dostępnych technologii jest obecnie wykorzystywana. Zgodnie z założeniami Scenariusza Efektywnego Chłodzenia, efektywna polityka może znacząco zwiększyć średnią wydajność klimatyzacji, co przekłada się na obniżenie zapotrzebowania na energię chłodniczą o imponujące 45% w porównaniu ze scenariuszem referencyjnym.

Chłodzenie powierzchniowe

Systemy ogrzewania lub chłodzenia płaszczyznowego, takie jak podłogowe, ścienne lub panelowe, mają liczne zalety. Przede wszystkim nie zajmują one cennej przestrzeni na ścianie i są ciche w działaniu. Ogrzewanie lub chłodzenie płaszczyznowe w tych systemach eliminuje również cyrkulację kurzu i przeciągi. Dodatkowo, można je łatwo zintegrować z przyjaznymi dla użytkownika sterownikami, takimi jak seria Unisenza, aby dostosować temperatury w różnych pomieszczeniach. To przyczynia się do zwiększenia komfortu mieszkańców i redukcji zużycia energii, ponieważ nieużywane pomieszczenia nie są niepotrzebnie ogrzewane ani chłodzone.

Co więcej, adaptacja systemów ogrzewania płaszczyznowego w systemy chłodzenia płaszczyznowego wymaga jedynie kilku dodatkowych komponentów. Najczęściej stosuje się system, w którym można używać tych samych rur i komponentów do ogrzewania i chłodzenia. To oznacza, że już istniejący wysoki poziom komfortu i jakości życia, który oferuje system ogrzewania płaszczyznowego Purmo, można jeszcze bardziej zwiększyć, nie ponosząc przy tym znaczących dodatkowych kosztów ani inwestycji w znaczące ilości dodatkowych materiałów.

W przypadku chłodzenia płaszczyznowego rozróżnia się dwa główne rodzaje: chłodzenie aktywne i pasywne, w zależności od produkcji zimnej wody.

• Chłodzenie pasywne wykorzystuje głównie systemy pomp ciepła, takie jak woda/woda, solanka/woda, oraz rzadziej powietrze/woda. W przypadku chłodzenia pasywnego, zazwyczaj grunt lub woda gruntowa pełnią rolę regeneracyjnego źródła chłodzenia. Odpowiednia temperatura jest przekazywana bezpośrednio do instalacji za pomocą wymiennika ciepła.
  
• Aktywne chłodzenie wymaga dostarczania energii do agregatu chłodniczego lub rewersyjnej pompy ciepła. Czynnik chłodniczy krążący w agregacie chłodniczym pobiera nadmiar ciepła z wody z instalacji, która ma zostać schłodzona przy użyciu parownika. Ta zasada działania jest analogiczna do zasady działania lodówki, ale ma zastosowanie w większej skali. Wydajność chłodzenia zależy od temperatury czynnika w instalacji oraz efektywnej powierzchni przenoszenia ciepła w pomieszczeniu. Jest ona ograniczona przede wszystkim przez temperaturę punktu rosy. Nawet jeśli obliczone obciążenie chłodnicze i zakładana temperatura w pomieszczeniu nie zostaną całkowicie osiągnięte, to i tak można obniżyć temperaturę w pomieszczeniu o kilka stopni, co znacząco poprawia komfort w porównaniu do pomieszczeń niechłodzonych.

Wady systemów chłodzenia płaszczyznowego obejmują ograniczenie maksymalnej wydajności chłodzenia w zależności od powierzchni pomieszczenia. Dodatkowo, aby zapewnić optymalne działanie, konieczne jest unikanie kondensacji. Oznacza to, że wszelkie obszary, które mają kontakt z ciepłym powietrzem z zewnątrz, takie jak okna, drzwi, otwory wentylacyjne itp., muszą być odpowiednio uszczelnione.

Klimakonwektory

Podobnie jak systemy płaszczyznowe, klimakonwektory, takie jak Vido S2, są doskonałymi rozwiązaniami do niskotemperaturowych systemów grzewczych i mogą być stosowane zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia, przy użyciu rewersyjnej pompy ciepła. Klimakonwektory oferują wiele możliwości montażu (na ścianie, w ścianie, na suficie, w suficie), a dzięki swojej wysokiej sprawności potrzebują niewielkiej ilości miejsca na ścianie lub suficie. Aby wentylatory nie musiały pracować na najwyższym poziomie przez większość czasu muszą być odpowiednio dobrane przez specjalistę. W przeciwnym razie mogłoby to skutkować zwiększonym zużyciem energii oraz poziomem hałasu.

Porównanie różnych systemów chłodzenia

W ramach projektu SCoolS (Sustainable Cooling Systems), naukowcy z Uniwersytetu Nauk Stosowanych im. Thomasa More'a oraz Belgijskiego Instytutu Techniki Budowlanej przeprowadzili serię symulacji. Wykorzystując te symulacje, ocenili wydajność zrównoważonych systemów chłodzenia i porównali ją z klimatyzacją, biorąc pod uwagę komfort (najwyższy) oraz zużycie energii (najniższe) jako kluczowe wskaźniki. Zgodnie z wynikami, aktywne systemy chłodzenia powietrzem, przy mocy chłodzenia wynoszącej 50 W/m2, mogą zapewnić wysoki komfort w 98% badanych przypadków. Jednak bardziej zrównoważone systemy, wykorzystujące chłodzenie płaszczyznowe i klimakonwektory przy mocy od 15 do 30 W/m2, są w stanie zapewnić podobny poziom komfortu w 80% przypadków.

Symulacje wyraźnie pokazują, że zastosowanie zrównoważonych systemów chłodzenia, takich jak chłodzenie płaszczyznowe lub klimakonwektory, prowadzi do znacznego obniżenia zużycia energii w porównaniu z tradycyjnymi systemami chłodzenia. Kluczowym jest jednak odpowiednie dostosowanie sterowania tych systemów do danego budynku i potrzeb jego mieszkańców⁽²⁾.

Zrównoważone systemy chłodzenia: pełny obraz

Przy wyborze między różnymi systemami chłodzenia omówionymi powyżej, istotne jest uwzględnienie pełnego kontekstu. Oznacza to rozważenie zarówno potrzeb związanych z ogrzewaniem, jak i chłodzeniem, a także specyfiki budynku i codziennych nawyków jego mieszkańców. Na przykład, warto zastanowić się, czy dostępna jest odpowiednia powierzchnia do chłodzenia, aby zapewnić odpowiedni komfort termiczny. Jeśli tak, to system chłodzenia płaszczyznowego może być doskonałą opcją, ponieważ jest elastyczny i energooszczędny. Jednakże, w przypadku, na przykład, dużego obłożenia, lepszym rozwiązaniem może być wybór systemu chłodzenia z klimakonwektorami lub klimatyzatorem, które można bardziej precyzyjnie dostosować do bieżących potrzeb chłodzenia. 

Źródła:
1. https://www.iea.org/reports/the-future-of-cooling
2. https://www.duurzamekoeling.be/uploads/1/0/2/1/102130926/8-180-21_wuyts.pdf