Solární ventilace na střechu: Komplexní průvodce

Sluneční záření je z pohledu lidského života věčným a přístupným zdrojem tepelné energie. Jeho využívání v systémech technického zařízení budov (TZB) se stává stále běžnější. Solární kolektory mohou zajistit částečné pokrytí potřeby tepla pro vytápění budov. Zatímco časté je jímání tepelné energie do kapaliny, která následně slouží pro ohřev teplé vody, příp. k vytápění v přechodném období, stále významnější roli hrají i vzduchové kolektory.

Vzduchové solární kolektory

Vzduchové kolektory používající jako teplonosnou látku vzduch patří k technicky nejjednodušším systémům solárního vytápění. Takový systém může být přímo zakomponován do budovy, například jako solární skleník. Nevýhodné vlastnosti vzduchu z hlediska přenosu tepla jsou kompenzovány malými nároky na konstrukci kolektoru, který může být vhodně zakomponován do stavby. Každý kolektor může být řešen jako atypický originál šitý na míru potřebám konkrétní stavby.

Zásadní nevýhodou vzduchového kolektoru je nízká schopnost vzduchu přenášet teplo, takže při požadavku na dosažení stejného výkonu jako kolektory kapalinové jsou vzduchové systémy nepoměrně větší, stejně jako rozměry potrubí. Vzduchové systémy má význam sestavovat s malými výkony (řádově stovky W na celý systém) a získanou energii využívat přímo bez dalších vložených okruhů. Jsou tedy vhodné pro předehřev vzduchu pro větrání nebo teplovzdušné vytápění.

Výhody a nevýhody vzduchových kolektorů

• Levnější a jednodušší provedení kolektoru: Z hlediska použitých materiálů i jeho konstrukce, a tím možnost zhotovení atypických prvků.
• Integrace do stavební konstrukce: Odpadají problémy s kotvením a podpůrnými konstrukcemi. Příkladem integrace do stavební konstrukce je "solární skleník" v budově Slunečního penzionu ve Svitavách.
• Možnost využití více provozních režimů: Ve vhodné konfiguraci v létě pracuje systém jako otevřený, čímž chrání vzduchový prostor před přehřátím a podporuje přirozené větrání objektu.
• Kondenzace vodní páry: Jisté potíže může působit kondenzace vodní páry v prostoru kolektoru. Ventil zabraňuje průvanu studeného vzduchu ve chvíli, kdy panel nepracuje a eliminuje riziko kondenzace vody v kolektoru. Ventil sám o sobě je méně hlučný než zpětná klapka a také snižuje hluk z venkovního prostředí.

Příklad využití vzduchového kolektoru

Jako příklad využití vzduchového kolektoru pro ohřev vzduchu pro nucené větrání v zimním období byl použit v současné době budovaný kolektor na rekreačním objektu v Brně. Objekt je dvoupodlažní, jižní fasáda má sklon 60° C a celá bude sloužit jako absorbér vzduchového kolektoru. Kolektor bude pracovat v několika režimech, v tomto příspěvku je realizován výpočet větracího režimu s nuceným pohybem vzduchu. Předehřátý vzduch pro větrání je nasáván z venkovního prostoru a přiváděn je do jednotlivých místností v 1. a 2. NP objektu.

Vrchní plášť kolektoru je tvořen dvojitým zasklením běžným sklem tl. 3 mm. Vlastní absorbér je uvažován s desek Cetris, pod kterými je vrstva tepelné izolace o tl. 250 mm. Výška vzduchové mezery je 8 cm, je uvažováno s průtokem vzduchu 20 m³.h^-1.m^-1 šířky kolektoru. Kolektor je vysoký 6m a v podélném směru je členěn na několik polí o šířce 1m. Výpočet je proveden pro střední pole. Na spodním konci je vzduch nasáván podélnou štěrbinou, na horním je vzduch nasáván ventilátorem do kruhového otvoru napojeného na potrubí. V místnostech je uvažována konstantní teplota 21°C. Výpočet je proveden jako stacionární pro jasnou oblohu v poledne 15.února.

Čtěte také: Solární kolektory a zásobník SUNTIME

Metody výpočtu teplotních poměrů

Pro výpočet teplotních poměrů vzduchu v kolektoru byly zvoleny 3 různé metody. Každá reprezentuje jiný matematický model, jinou přesnost výpočtu a jiné výsledky. Cílem porovnání je vytipování takového modelu, který je dostatečně přesný a přitom přiměřeně složitý z hlediska zpracování.

1. Zjednodušená tepelná bilance

Vzduchové kolektory pracují oproti kapalinovým s velkým rozdílem teploty, což je nutno ve výpočtu zohlednit. Kolektor je zahříván dopadajícím slunečním zářením a ochlazován sáláním a konvekcí do okolí. Výměna tepla přes zadní stěnu kolektoru byla zanedbána. Tepelná bilance zjednodušuje proces sdílení tepla tak, že se teplo dodané slunečním zářením na základě prostupnosti krytu kolektoru zmenší o ztráty konvekcí přes kryt kolektoru do venkovního prostoru. Ve skutečnosti však sluneční záření dopadá na povrch absorbéru, kde dojde ke zvýšení povrchové teploty a teplo se sdílí do vzduchu konvekcí. Z průběhu teploty zpracovaného pro 3 varianty součinitele prostupu tepla je zřejmé, že již ve vzdálenosti 2 až 3 m je dosaženo tepelné rovnováhy. Tepelný zisk od slunečního záření je v této vzdálenosti stejný jako ztráta tepla do okolí přes kryt kolektoru. Součinitel prostupu tepla U v grafu reprezentuje různou kvalitu krytu kolektoru. Doporučená hodnota dle [4] je U = 10-15 W.m^-2.K^-1. Volba této hodnoty je spojena s velkou nejistotou, poněvadž při jednoduchém i dvojitém zasklení tu hrají významnou úlohu součinitele přestupu tepla na obou stranách zasklení.

2. Jednorozměrný model přenosu tepla (Teruna)

Tato varianta výpočtu je založena na jednorozměrném modelu přenosu tepla, který byl sestaven pro řešení teplotních poměrů běžných místností pro pobyt člověka, čemuž odpovídají i určité idealizace přenosu tepla (program Teruna). Mechanismus sdílení tepla je založen na přenosu tepla sluneční radiací na pevné konstrukce vytvářející obálku místnosti (zde kolektoru), ze kterých se teplo předává vedením do stěn a konvekcí do vzduchového prostoru. Vzduch je reprezentován jednou teplotou, stejně jako jednotlivé stěny. Model je založen na řešení tepelné rovnováhy za dynamického tepelného stavu. Z průběhu je zřejmé, že přestože teplota vzduchu odpovídá přibližně ostatním modelům, v teplotách absorbéru i skla se dost liší. Důvody bude nutno hledat v zanedbání sdílení tepla dlouhovlnným sáláním.

3. CFD simulace

Tato varianta je založena na výpočtu sdílení tepla v solární střeše CFD simulací. Simulace vychází z trojrozměrného geometrického modelu vnitřního pole solární střechy a postihuje sdílení tepla vedením, prouděním, sáláním a to jak slunečním, tak i dlouhovlnným. Pro řešení proudění v solární střeše byl použit RNG k - ε model turbulence. Výpočet přenosu tepla sáláním je založen na solárním modelu pro bezmračnou oblohu dle ASHRAE a DO modelu radiace [5]. Kvalitativním parametrem kolektoru je jistě rozdíl teploty na sání a výstupu vzduchu z kolektoru a jeho účinnost, jejíž vyčíslení umožňuje vztah (3). Vyčíslená účinnost konkrétního řešeného kolektoru všemi výše zmiňovanými způsoby výpočtu činí přibližně 7 %.

Teplota vzduchu na výstupu ze solárních střechy vypočtená CFD simulací velmi dobře odpovídá vypočtené teplotě z tepelné bilance sestavené dle [1]. Tato teplota je v posuzovaných okrajových podmínkách dostatečná pro teplovzdušné větrání a dokonce i pro částečné teplovzdušné vytápění tohoto objektu. V ranních, či odpoledních hodinách však bude energetický přínos kolektoru výrazně nižší.

Čtěte také: Výměníky tepla pro bazény

Praktické aspekty solární ventilace

Pokud je kolektor součástí větracího systému jako otevřená soustava, je nutné při volbě materiálů pro jeho konstrukci k tomuto přihlížet. Povrchy musí být bezprašné, kolektor chráněn před hmyzem, ptactvem apod. Sání vzduchu musí být realizováno v určité výšce nad terénem (vzhledem k zimnímu provozu i proti zapadání sněhem). Dále je třeba omezit nasávání prachových částic z povrchu přilehlého terénu. Povrch absorbéru se upravuje tak, aby dosahoval vysoké pohltivosti, a tyto nátěry musí být i při expozici vysokým teplotám být stabilní a nesmí uvolňovat chemické látky do proudícího vzduchu. Barva by však měla být stálá i při dlouhodobém oslunění.

Výhody solární střešní ventilace

Solární střešní ventilace je systém založený na kombinaci fotovoltaického panelu a výkonného střešního ventilátoru. Fotovoltaický panel umístěný na střeše přeměňuje sluneční záření na elektrickou energii, která následně napájí motor ventilátoru. Díky této výměně dochází ke snižování vnitřní teploty, redukci vlhkosti a prevenci vzniku plísní, což má pozitivní dopad jak na zdraví obyvatel, tak na životnost stavebních materiálů a izolací. Solární ventilace pro svůj provoz nepotřebuje žádný externí zdroj energie (napájení).

Solární střešní ventilace představuje efektivní, ekologické a nákladově výhodné řešení pro zajištění optimálního prostředí v podstřešních prostorech. Díky své nezávislosti na elektrické síti, snadné instalaci a bezúdržbovému provozu se jedná o ideální volbu pro moderní udržitelné stavby.

• Regulace teploty: V horkých letních měsících může teplota v podstřešním prostoru přesáhnout 60 °C. Solární ventilace snižuje vnitřní teplotu.
• Prevence vlhkosti a plísní: Zamezením kondenzace a nadměrné vlhkosti se výrazně snižuje riziko vzniku plísní a hnilobných procesů, které poškozují střešní konstrukci a izolaci.
• Vhodné pro různé typy budov: Solární ventilace se uplatňuje nejen u rodinných domů, ale i u chat, garáží, skladových hal či komerčních objektů.
• Bezúdržbový provoz: Jednoduchá instalace a dlouhá životnost (obvykle více než 20 let).

Doplnění k tradiční ventilaci

Pro větrání domu pravděpodobně využíváte tradiční formu ventilace - otevřeným oknem, tato forma větrání ovšem nezaručí dostatečnou cirkulaci vzduchu, v zimních měsících pak navíc otevřeným oknem ztrácíte značnou část "drahého" tepla. Oproti tradičnímu způsobu "větrání okny" přináší solární ventilace nezanedbatelný zdroj tepla, který je navíc zcela zdarma. Solární ventilační panely nepotřebují ke svému provozu žádný externí energetický zdroj.

Značka SolarVenti

SolarVenti je renomovanou značkou specializující se na teplovzdušné solární panely. Tato firma nabízí inovativní řešení pro ohřev vzduchu v rámci domácností a komerčních prostor. Co činí značku výjimečnou, je její výrazné zaměření na využití sluneční energie k účinnému ohřevu vzduchu, což zajišťuje významné úspory energie a snižuje ekologickou stopu. Značka si získala uznání a důvěru zákazníků díky svým spolehlivým a trvanlivým solárním systémům. Dánské patentované teplovzdušné panely se vyrábějí již od roku 1992 a již mají více než 55.000 spokojených uživatelů po celém světě.

Čtěte také: Jak prodloužit koupací sezónu bazénu

Příklad z praxe uvádí, že panel Solar Venti typ "SV14A" na jihozápadní části střechy domu již po měsíci užívání přinesl pozitivní změnu. Funguje i při minimálním svitu. V zimě dosahují teploty 25° až 42°C. V teplých letních měsících se osvědčil v nočních hodinách jako klimatizace, kdy teplota klesla až o 3°C. Jaro i podzim pěkně vyvětrá a zahřeje.

Jak fungují teplovzdušné solární panely SolarVenti

Sběr sluneční energie: Teplovzdušné solární panely SolarVenti obsahují sluneční kolektory, které zachycují sluneční záření a konvertují ho na tepelnou energii. Ohřev vzduchu: Získaná sluneční energie ohřívá vzduch uvnitř panelů. Cirkulace vzduchu: Ohřátý vzduch je poté pomocí ventilátoru či přirozenou cirkulací vedemý do interiéru. Výměna vzduchu: Tímto způsobem SolarVenti zajišťuje neustálou výměnu vzduchu mezi interiérem a venkovním prostředím. Celkově lze říci, že SolarVenti vytváří cirkulaci vzduchu a zároveň ohřívá čerstvý vzduch díky sluneční energii.

Jakmile začnou sluneční paprsky dopadat na solární kolektor, začnou rychle ohřívat vzduch v panelu, který je umístěný buď na střeše nebo na zdi. Ventil tedy zabraňuje průvanu studeného vzduchu ve chvíli, kdy panel nepracuje. Eliminuje riziko kondenzace vody v kolektoru. Ventil sám o sobě je méně hlučný než zpětná klapka a také snižuje hluk z venkovního prostředí.

Funkce a výhody SolarVenti

SolarVenti nabízí širokou škálu výhod a funkcí, které mohou zlepšit kvalitu vzduchu a klima v interiéru:

• Větrání: SolarVenti využívá sluneční energii k neustálému proudění čerstvého venkovního vzduchu do vašeho domu, chaty nebo chalupy. Zároveň také vytlačí použitý, vlhký vzduch ven. Např. solární panel SV30 při slunečním svitu dovnitř vhání 100 - 150 m³ vzduchu za hodinu.
• Odvlhčování: Teplovzdušné solární panely přivádějí teplý vzduch do interiéru, což pomáhá vytlačit vlhkost ven. To je zvláště užitečné v chladnějších měsících, kdy může být vnitřní vzduch vlhký.
• Temperování: Vzduch je ohříván až o 40 °C ve srovnání s venkovní teplotou. Výrazně tak ušetříte za vytápění.
• Chlazení: SolarVenti Comfort panely dokážou i chladit pomocí nočního vzduchu. Teplota klesne až o 3°C.

Vlažný vzduch ze solární ventilace si poradí s vlhkostí a pomůže Vašemu vnitřnímu klima tak rychle, že návratnost počáteční investice pro Vaši chatu či chalupu může být i méně než 2 roky. Vaše nemovitost přestane být vlhká, zatuchlá a není až tak studená jako předtím. Pokud se jedná například o chalupu, budete mít příjemný pobyt hned od začátku a ne až po 1-2 dnech.

Teplovzdušné solární panely SolarVenti jsou ideálním řešením pro domy, chaty a chalupy. Poskytují celoroční bezplatné větrání a odvlhčování, což znamená, že si můžete vychutnávat příjemný rozdíl při každé návštěvě vaší chaty nebo chalupy.

Modely SolarVenti

SolarVenti je teplovzdušný solární kolektor, který lze umístit na všechny druhy střešních krytin, ale většinou se umisťuje jednoduše a přímo kolmo na zeď, která je orientována co nejvíce k jihu. Firma nabízí nejširší modelovou řadu s odpovídajícím určením vždy pro konkrétní nemovitost.

• Sklepní Kolektor VHES: Vysoušeč sklepu pro odstranění vlhkosti ve sklepě. Nejmenší z modelové řady sklepních ventilačních kolektorů.
• Teplovzdušný Solární Kolektor VH10K Classic: Pro ohřev a ventilaci domů.
• Nový solární panel DuoControl mini: Teplovzdušný solární panel vhodný pro řešení menších prostor.
• Teplovzdušný solární panel s optimalizovaným výkonem: Pro větrání domu.

Solární kolektory Classic pro úpravu mikroklimatu budov a úspory nákladů na energie. Solární kolektory pro řešení solární ventilace a přitápění. Ať už se jedná o starší rodinný dům, chatu, chalupu nebo průmyslový objekt v podobě například autodílny nebo sušárny plodin, princip solární ventilace s přidaným efektem výroby tepla nachází uplatnění i u velkých průmyslových objektů jako jsou například sušárny řeziva kde solární ventilace zabezpečí kromě zvýšení teploty v závislosti na stupni a počtu osazených kolektorů i průběžnou ventilaci čistým venkovním vzduchem, který je v kolektoru filtrován, ohříván a dále distribuován do objektu.

Tepelně-vlhkostní parametry pro různé typy místností

Následující tabulka shrnuje doporučené tepelně-vlhkostní parametry pro různé typy místností, které mohou být ovlivněny solární ventilací:

Tyto hodnoty pomáhají udržet optimální mikroklima v interiéru a zvyšují efektivitu solární ventilace.

Reference

• [1] Harcuba Jiří: Vzduchové solární systémy, Topenářství a instalace 3/2006 str.
• [2] Charvát Pavel, Jícha Miroslav, Štětina Josef: Solární komín pro větrání a pasivní chlazení, VVI 5/2004 str.
• [3] Jaroš Michal a kol: Solární skleník jako zdroj tepla pro teplovzdušné větrání, VVI 4/2004, str.
• [4] Cihelka Jaromír: Solární tepelná technika, nakladatelství T.
• [5] Fluent 6.2 User's Guide. Lebanon.
• [6] ČSN EN 12975 - Tepelné solární soustavy a součásti - Solární kolektory. ČSNI.

tags: #solární #ventilace #na #střechu #informace

Oblíbené příspěvky:

• Rady pro zateplení historických budov
• Vlastnosti PVC panelů imitace dřeva
• Revizní dvířka pod obklad 40x40 cm
• Technické detaily EPS 70 Neo
• Vše o střešních nosičích na auto