solarny komin v systemoch pasivneho vetrania budov
Galรฉria(7)

Solรกrny komรญn v systรฉmoch pasรญvneho vetrania budov

Partneri sekcie:

Na Stavebnej fakulte TU vย Koลกiciach pokraฤuje vรฝskum solรกrneho komรญna. Teoretickรก predstava oย moลพnostiach vyuลพitia solรกrneho komรญna vย systรฉmoch pasรญvneho vetrania budov patrรญ jednoznaฤne do hฤพadรกฤika alternatรญvnych rieลกenรญ, ktorรฉ podporujรบ prirodzenรบ vรฝmenu vzduchu vo vnรบtornom prostredรญ budov.

obr1vpravo big image
solarny komin v systemoch pasivneho vetrania budov 6035 big image
obr6 big image
obr5 big image
obr4 big image
obr3vpravo big image
Vย urฤitรฝch aplikรกciรกch solรกrneho komรญna tak moลพno minimalizovaลฅ potrebu kontinuรกlneho prevรกdzkovania mechanickรฉho systรฉmu vetrania, ฤo preukรกzali aj niektorรฉ praktickรฉ rieลกenia vo svete [1, 2, 3]. Aplikรกcie na experimentรกlnych objektoch vo ล vรฉdsku (Falkenberg) [1], vย Sรฝrii (Damask) [2] ฤi vย Spojenom krรกฤพovstve (Londรฝn) [3] poukazujรบ na uplatnenia vย odliลกnรฝch klimatickรฝch podmienkach. Zรกroveลˆ ide vo vลกetkรฝch prรญpadoch oย odliลกnรฉ konลกtrukฤnรฉ rieลกenia samotnรฝch solรกrnych komรญnov.

Oย ฤo ide? Je to komรญn?
Napriek pouลพรญvanรฉmu pojmu solรกrny komรญn (zย angl. Solar Chimney) tu netreba hฤพadaลฅ nijakรบ priamu sรบvislosลฅ sย konvenฤnรฝmi komรญnovรฝmi telesami, ktorรฉ sa pouลพรญvajรบ na odvod spalรญn. Sรบฤasne si treba uvedomiลฅ, ลพe pod tรฝmto oznaฤenรญm si nemoลพno predstaviลฅ ani akรฝsi unifikovanรฝ vรฝrobok, vyrรกbanรฝ vย urฤitรฝch konลกtrukฤnรฝch radoch, ktorรฝ by garantoval efektรญvnosลฅ vetrania pri jeho rรดznych aplikรกciรกch vย stavebnรฝch objektoch. Solรกrnym komรญnom sa vย zรกsade rozumie vertikรกlna ลกachta pozostรกvajรบca zย dvoch zรกkladnรฝch โ€žstavebnรฝchโ€œ prvkov, ktorรฝmi sรบ transparentnรฝ diel aย absorbรฉr. Netreba pritom zabรบdaลฅ, ลพe solรกrny komรญn sรกm osebe nebude ako samostatnรฝ prvok zakomponovanรฝ do stavebnรฉho objektu schopnรฝ plniลฅ svoju รบlohu vย systรฉme vetrania budovy, ak sa nebudรบ vytvรกraลฅ predpoklady na jeho plnohodnotnรบ aplikรกciu uลพ vย samotnom architektonickom, dispoziฤnom aย stavebno-konลกtrukฤnom rieลกenรญ stavebnรฉho diela. Vย takรฝchto prรญpadoch je preto vhodnรฉ nazeraลฅ na celkovรบ koncepciu pasรญvneho vetrania budovy komplexne aย zabezpeฤiลฅ intenzรญvnu komunikรกciu medzi vลกetkรฝmi zainteresovanรฝmi รบฤastnรญkmi, aย to poฤas celej fรกzy โ€“ od navrhovania aลพ po samotnรบ realizรกciu.

Ak budeme hovoriลฅ oย moลพnostiach vyuลพitia solรกrneho komรญna, mรดลพe รญsลฅ oย celoroฤnรฉ, respektรญve sezรณnne vyuลพitie, ฤo sa vย koneฤnom dรดsledku odvรญja od charakteru stavby aย klimatickรฝch podmienok lokality, vย ktorej by mal byลฅ objekt situovanรฝ. Vย minulosti (TZB Haustechnik ฤ. 1/2010 aย 5/2010) sme uลพ uviedli, ลพe teoretickรก podstata solรกrneho komรญna je zaloลพenรก na expanzii vzduchu, ktorรฝ sa vย dรดsledku toho stรกva ฤพahลกรญm aย stรบยญpa vย smere proti gravitรกcii, ฤรญm sa, samozrejme, vytvรกra prirodzenรฝ pohyb vzduchu. Spomรญnanรบ expanziu vyvolรกva nรกrast tepยญloty vzduchu vย ลกachte solรกrneho komรญna, ktorรฝ nastรกva vย dรดsledku prenosu tepla konvekciou zย povrchu absorbรฉra do priฤพahlรฉho vzduchu. Vzostup povrchovej teploty absorbรฉra indukuje dopadajรบce priame slneฤnรฉ ลพiarenie, ktorรฉ prenikรก cez transparentnรบ ฤasลฅ solรกrneho komรญna. Cieฤพom je teda vyยญuลพiลฅ energetickรฝ potenciรกl dopadajรบceho ยญslneฤnรฉho ลพiarenia na zemskรฝ povrch aย podporiลฅ prirodzenรฉ mechanizmy prรบdenia teยญkutรญn.

Zย tohto uhla pohฤพadu by sa zdalo, ลพe dรดleลพitรก je iba dostupnosลฅ priameho slneฤnรฉho ลพiarenia aย efektรญvnosลฅ jeho vyuลพitia vย systรฉme solรกrneho komรญna. Dostupnosลฅ slneฤnรฉho ลพiarenia (priama zloลพka) vย naลกich klimatickรฝch podmienkach je, samozrejme, vyลกลกia poฤas letnรฝch mesiacov. Vzhฤพadom na vรฝrazne niลพลกiu รบroveลˆ priemernรฉho relatรญvneho slneฤnรฉho svitu vย zimnom obdobรญ by sa oฤakรกvalo, ลพe solรกrny komรญn bude maลฅ obmedzenรบ funkciu, no vย tomto prรญpade je teplota interiรฉru budovy vรฝrazne vyลกลกia, neลพ je teplota vonkajลกieho vzduchu. Teplรฝ vzduch, ฤพahลกรญ ako vonkajลกรญ chladnejลกรญ, tak samovoฤพne stรบpa smerom nahor, vย smere proti gravitรกcii. Tento efekt sa snaลพรญme dosiahnuลฅ, respektรญve ho umocniลฅ aj poฤasย letnรฝch mesiacov, aย to pomocou solรกrneho komรญna.

รšvaha oย prirodzenom vetranรญ budovy vย zimยญnรฝch mesiacoch bez spรคtnรฉho vyuลพitia tepla zย odpadovรฉho vzduchu nemรก svoje opodยญstatnenie, pretoลพe takรฉ rieลกenie vรฝrazne znehodnocuje celkovรบ energetickรบ hospoยญdรกrยญnosลฅ budovy, ฤo je vย rozpore sย cieฤพom navrhovaลฅ energeticky hospodรกrne budovy. Preto vย naลกich klimatickรฝch podmienkach moลพno hovoriลฅ skรดr oย sezรณnnom vyuลพitรญ pasรญvneho vetrania budov sย podporou solรกrneho komรญna.

Treba vลกak eลกte doplniลฅ, ลพe ฤalลกรญmi aย veฤพmi vรฝznamnรฝmi faktormi, ktorรฉ ovplyvลˆujรบ prietok vzduchu, sรบ dynamickรฝ รบฤinok vetra, jeho intenzita aย smer prรบdenia. Vรฝznamne vplรฝvajรบ na prietok aย smer prรบdenia vzduchu vย budove, aย teda aj solรกrnym komรญnom, ฤo je danรฉ kreovanรญm tlakovรฝch pomerov vย okolรญ budovy aย vย  samotnej budove.

Vรฝskum vย Koลกiciach
Cieฤพom doterajลกieho vรฝskumu solรกrneho komรญna na SvF TU vย Koลกiciach bolo preskรบmaลฅ, do akej miery vplรฝvajรบ jednotlivรฉ parametre geometrie solรกrneho komรญna na prietok vzduchu vetracou ลกachtou pri pรดsobenรญ slneฤnรฉho ลพiarenia, bez dynamickรฉho รบฤinku vetra. Publikovanรฉ vรฝsledky sรบ malou frakciou spracovanej parametrickej ลกtรบdie, ktorรก by mala byลฅ obsiahnutรก vย odbornej publikรกcii pripravovanej na vydanie SvF TU vย Koลกiciach vย tomto roku. Analรฝza bola realizovanรก sย podporou simulaฤnรฉho nรกstroja CFD (Computational Fluid Dynamics โ€“ vรฝpoฤtovรก dynamika tekutรญn) Star CCM+. Vรฝsledky ukazujรบ, ktorรฉ zย posudzovanรฝch parametrov majรบ vรฝznamnรฝ, respektรญve bezvรฝznamnรฝ vplyv na prietok vzduchu vetracou ลกachtou solรกrneho komรญna, ฤo umoลพลˆuje navrhnรบลฅ jeho prvotnรบ rozmerovรบ charakteristiku. รšloha sa rieลกila pre 12. hodinu referenฤnรฉho dลˆa, ktorรฉho parametre vonkajลกej klรญmy boli simulovanรฉ exaktnรฝm definovanรญm:

  • polohy Slnka na oblohe (azimut Slnka A0Sย (ยฐ), vรฝลกka Slnka h (ยฐ)),
  • intenzity priamej zloลพky slneฤnรฉho ลพiarenia IP (W/m2),
  • teploty vonkajลกieho vzduchu ฮธe (ยฐC).

Na spresnenie treba doplniลฅ, ลพe intenzita priamej zloลพky slneฤnรฉho ลพiarenia Ip je hodnota uvaลพovanรก na plรดลกku orientovanรบ kolmo na smer slneฤnรฉho lรบฤa pri jeho aktuรกlnej polohe, ktorรก je danรก vรฝลกkou Slnka aย azimutom meranรฝm od severu.

Pri vรฝskume sa pouลพil model solรกrneho komรญna vย zรกkladnom vyhotovenรญ vetracej ลกachty (obr. 4), sย ฤพahkรฝm plechovรฝm absorbรฉrom na zadnej stene, povrchovo upravenรฝm ฤiernym matnรฝm nรกterom. Transparentnรบ ฤasลฅ tvorรญ iba prednรฝ diel solรกrneho komรญna zย jednoduchรฉho tvrdenรฉho kalenรฉho skla sย hrรบbkou 12 mm. Vลกetky ostatnรฉ ฤasti solรกrneho komรญna sรบ nepriehฤพadnรฉ, izolovanรฉ tepelnou izolรกciou sย hrรบbkou 150 mm. Vย tab. 2 sรบ parametre, ktorรฉ charakterizujรบ vlastnosti jednotlivรฝch povrchov.


Obr. 4 Model solรกrneho komรญna na รบฤely CFD simulรกcie

Vplyv hฤบbky vetracej ลกachty na hmotnostnรฝ prietok vzduchu
Prvou ฤiastkovou รบlohou bolo posรบdiลฅ vplyv hฤบbky vetracej ลกachty (B) na hmotnostnรฝ prietok vzduchu pri konลกtantnej vรฝลกke solรกrneho komรญna (H = 3,0 m). Menili sa ลกtyri varianty parametra B pri sรบฤasnej zmene ลกรญrky ลกachty (L) tak, ako to znรกzorลˆuje graf na obr.ย 5a. So zvรคฤลกujรบcou sa hฤบbkou sรญce stรบpa prietok vzduchu, ide vลกak oย nepatrnรฝ nรกrast, ฤo si moลพno vลกimnรบลฅ aj na grafe na obr. 5b. Pri 2,7-nรกsobnom zvรคฤลกenรญ hฤบbky vetracej ลกachty sa dosiahne zhruba 1,2-nรกsobnรฉ zvรฝลกenie prietoku vzduchu solรกrnym komรญnom. To je veฤพmi zanedbateฤพnรก hodnota vย porovnanรญ sย takรฝm vรฝraznรฝm zvรคฤลกenรญm parametra hฤบbky vetracej ลกachty, ktorรฉ mรก sรบฤasne vplyv aj na nรกroฤnosลฅ konลกtrukฤnรฉho vyhotovenia takรฉho typu solรกrneho komรญna. Zย vรฝsledkov analรฝzy vyplynulo, ลพe nรกvrh hฤบbky vetracej ลกachty solรกrneho komรญna by sa mal pohybovaลฅ vย rozpรคtรญ 0,35 aลพ 0,45 m pri ลกรญrke do 2,0 m. Pri vetracej ลกachte ลกirokej viac ako 2,0 m moลพno eลกte uvaลพovaลฅ oย zvรคฤลกenรญ hฤบbky na 0,65 m.
ย ย ย ย ย ย 
Vplyv ลกรญrky vetracej ลกachty na hmotnostnรฝ prietok vzduchu
Predmetom druhej รบlohy bolo analyzovaลฅ vplyv ลกรญrky vetracej ลกachty (L) na hmotnostnรฝ prietok vzduchu pri sรบฤasnej zmene jej hฤบbky (B) aย konลกtantnej vรฝลกke solรกrneho komรญna (H = 3,0 m). Opรคลฅ sa menili ลกtyri varianty parametra ลกรญrky vetracej ลกachty vย rozsahu 1,0 aลพ 4,0 m sย diferenciou โˆ†L =ย 1,0ย m. Vย tomto prรญpade sa uลพ aj vย teoretickej rovine predpokladal pozitรญvny vplyv zvรคฤลกujรบceho sa parametra ลกรญrky vetracej ลกachty na prietok vzduchu solรกrnym komรญnom, ฤo nakoniec potvrdili aj prezentovanรฉ รบdaje na grafe na obr. 6a. Trend zmeny hmotnostnรฉho prietoku vzduchu mรก so zvรคฤลกujรบcou sa ลกรญrkou ลกachty rastรบci charakter. Ten moลพno pokladaลฅ za lineรกrny, ฤiลพe pri n-tom zvรคฤลกenรญ parametra L sa pribliลพne n-nรกsobne zvรคฤลกรญ aj hmotnostnรฝ prietok vzduchu vetracou ลกachtou solรกrneho komรญna.
ย ย ย 
รšloha vรฝลกky vetracej ลกachty
Vย poradรญ tretรญm posudzovanรฝm parametrom bola vรฝลกka vetracej ลกachty (H), ktorรก sa menila vย rozsahu 3,0 aลพ 6,0 m sย vรฝลกkovou diferenciou DH = 1,0 m pri konลกtantnej ลกรญrke solรกrneho komรญna (L = 1,0 m) aย hฤบbke vetracej ลกachty (B = 0,65 m). Podobne ako vย predchรกdzajรบcom prรญpade, aj tu moลพno hovoriลฅ oย pozitรญvnom รบฤinku, ktorรฝ dokladujรบ aj vรฝsledky na grafe na obr. 6b. Zย nich vyplรฝva, ลพe pri 2-nรกsobnom zvรฝลกenรญ vรฝลกky solรกrneho komรญna zย 3,0 na 6,0 m sa dosiahne zhruba 1,7-nรกsobnรฉ zvรคฤลกenie prietoku vzduchu.


Obr. 5 Zรกvislosลฅ prietoku vzduchu od parametra hฤบbky vetracej ลกachty (B)


Obr. 6 Zรกvislosลฅ prietoku vzduchu od parametrov ลกรญrky vetracej ลกachty (L) aย vรฝลกky solรกrneho komรญna (H)

ฤŒo hovoria vรฝsledky
Treba zdรดrazniลฅ, ลพe dosiahnutรฉ vรฝsledky zo simulรกcie sรบ platnรฉ len pri modelovanom type konลกtrukcie solรกrneho komรญna. Ich platnosลฅ urฤite nemoลพno zovลกeobecniลฅ aย aplikovaลฅ aj na inรฉ typy solรกrnych komรญnov, ktorรฉ sa lรญลกia nielen tvarom, ale aj materiรกlovรฝm vyhotovenรญm, typom aย polohou absorbรฉra, veฤพkosลฅou aย umiestnenรญm otvorov na prรญvod aย odvod vzduchu aย podobne. Cieฤพomย tohto ฤlรกnku bolo priblรญลพiลฅ ฤiastkovรฉ vรฝsledky zย rozsiahlej parametrickej ลกtรบdie geometrie solรกrneho komรญna, vย rรกmci ktorej sa analyzovalo aj niekoฤพko ฤalลกรญch parametrov, ako naprรญklad:

  • vplyv tepelnotechnickรฝch vlastnostรญ netransparentnรฝch aย transparentnรฝch ฤastรญ solรกrneho komรญna,
  • vplyv veฤพkosti transparentnej plochy solรกrneho komรญna,ย 
  • vplyv zmeny polohy vstupnรฉho aย vรฝstupnรฉho otvoru.

Je vhodnรฉ pripomenรบลฅ eลกte jeden dรดleลพitรฝ faktor, ktorรฝ sa vย rรกmci tejto analรฝzy nerieลกil, aย to dynamickรฝ รบฤinok vetra, formujรบci tlakovรฉ pomery nielen vย okolรญ budovy, ale aj vย samotnej budove. Vย tomto prรญpade bude rozhodujรบca prรกve intenzita vetra aย smer jeho prรบdenia. Aby vลกak bolo moลพnรฉ takรบ analรฝzu vykonaลฅ, bolo by treba skรบmaลฅ uลพ konkrรฉtnu aplikรกciu solรกrneho komรญna na budove, vystavenej prรบdeniu vetra sย urฤitou intenzitou, aย analyzovaลฅ vplyv tlakovรฝch pomerov indukovanรฝch vetrom na smer aย kvantitu prietoku vzduchu solรกrnym komรญnom. Aj pre tieto dรดvody sa vรฝskumu solรกrneho komรญna budeme naฤalej venovaลฅ.

Prรญspevok vznikol vย rรกmci rieลกenรฝch projektov ITMS 26220120037 aย VEGA 1/0748/11.

Foto aย obrรกzky: archรญv autorov, Ing. Pavel Charvรกt, PhD.

Literatรบra
1.ย ย ย  EULEB – European High Quality Low Energy Buildings (on-line). Dostupnรฉ na http://www.new-learn.info/learn/packages/euleb/en/type/index.html.
2.ย ย ย  GOUMBOOK โ€“ Sustainable Architecture (on-line). Dostupnรฉ na http://www.goumbook.com/tag/sustainable-architecture.
3.ย ย ย  IDEA โ€“ Interactive Database for Energy-effcient Architecture (on-line). Dostupnรฉ na http://nesa1.uni-siegen.de/wwwextern/idea/main.htm.
4.ย ย ย  Kovรกฤ, M.: Kvantifikรกcia vรฝpoฤtovรฉho modelu solรกrneho komรญna aย jeho aplikรกcia vย sรบstavรกch techniky prostredia vo vรคzbe na prirodzenรฉ vetranie budov. Dizertaฤnรก prรกca. Koลกice: Technickรก univerzita vย Koลกiciach, Stavebnรก fakulta, 2011.

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZBย HAUSTECHNIK.

Najฤรญtanejลกie