Solรกrny komรญn v systรฉmoch pasรญvneho vetrania budov
Na Stavebnej fakulte TU vย Koลกiciach pokraฤuje vรฝskum solรกrneho komรญna. Teoretickรก predstava oย moลพnostiach vyuลพitia solรกrneho komรญna vย systรฉmoch pasรญvneho vetrania budov patrรญ jednoznaฤne do hฤพadรกฤika alternatรญvnych rieลกenรญ, ktorรฉ podporujรบ prirodzenรบ vรฝmenu vzduchu vo vnรบtornom prostredรญ budov.
Vย urฤitรฝch aplikรกciรกch solรกrneho komรญna tak moลพno minimalizovaลฅ potrebu kontinuรกlneho prevรกdzkovania mechanickรฉho systรฉmu vetrania, ฤo preukรกzali aj niektorรฉ praktickรฉ rieลกenia vo svete [1, 2, 3]. Aplikรกcie na experimentรกlnych objektoch vo ล vรฉdsku (Falkenberg) [1], vย Sรฝrii (Damask) [2] ฤi vย Spojenom krรกฤพovstve (Londรฝn) [3] poukazujรบ na uplatnenia vย odliลกnรฝch klimatickรฝch podmienkach. Zรกroveล ide vo vลกetkรฝch prรญpadoch oย odliลกnรฉ konลกtrukฤnรฉ rieลกenia samotnรฝch solรกrnych komรญnov.Oย ฤo ide? Je to komรญn?
Napriek pouลพรญvanรฉmu pojmu solรกrny komรญn (zย angl. Solar Chimney) tu netreba hฤพadaลฅ nijakรบ priamu sรบvislosลฅ sย konvenฤnรฝmi komรญnovรฝmi telesami, ktorรฉ sa pouลพรญvajรบ na odvod spalรญn. Sรบฤasne si treba uvedomiลฅ, ลพe pod tรฝmto oznaฤenรญm si nemoลพno predstaviลฅ ani akรฝsi unifikovanรฝ vรฝrobok, vyrรกbanรฝ vย urฤitรฝch konลกtrukฤnรฝch 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 โstavebnรฝchโ 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, dispoziฤnom aย stavebno-konลกtrukฤnom rieลกenรญ stavebnรฉho diela. Vย takรฝchto prรญpadoch je preto vhodnรฉ nazeraลฅ na celkovรบ koncepciu pasรญvneho vetrania budovy komplexne aย zabezpeฤiลฅ intenzรญvnu komunikรกciu medzi vลกetkรฝmi zainteresovanรฝmi รบฤastnรญkmi, aย to poฤas celej fรกzy โ od navrhovania aลพ po samotnรบ realizรกciu.
Ak budeme hovoriลฅ oย moลพnostiach vyuลพitia solรกrneho komรญna, mรดลพe รญsลฅ oย celoroฤnรฉ, respektรญve sezรณnne vyuลพitie, ฤo sa vย koneฤnom 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, ฤรญm 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 slneฤnรฉ ลพiarenie, ktorรฉ prenikรก cez transparentnรบ ฤasลฅ solรกrneho komรญna. Cieฤพom je teda vyยญuลพiลฅ energetickรฝ potenciรกl dopadajรบceho ยญslneฤnรฉho ลพiarenia na zemskรฝ povrch aย podporiลฅ prirodzenรฉ mechanizmy prรบdenia teยญkutรญn.
Zย tohto uhla pohฤพadu by sa zdalo, ลพe dรดleลพitรก je iba dostupnosลฅ priameho slneฤnรฉho ลพiarenia aย efektรญvnosลฅ jeho vyuลพitia vย systรฉme solรกrneho komรญna. Dostupnosลฅ slneฤnรฉho ลพiarenia (priama zloลพka) vย naลกich klimatickรฝch podmienkach je, samozrejme, vyลกลกia poฤas letnรฝch mesiacov. Vzhฤพadom na vรฝrazne niลพลกiu รบroveล priemernรฉho relatรญvneho slneฤnรฉho svitu vย zimnom obdobรญ by sa oฤakรกvalo, 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 poฤasย letnรฝch mesiacov, aย to pomocou solรกrneho komรญna.
รvaha 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, ฤo 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 ฤalลกรญmi aย veฤพmi vรฝznamnรฝmi faktormi, ktorรฉ ovplyvลujรบ prietok vzduchu, sรบ dynamickรฝ รบฤinok vetra, jeho intenzita aย smer prรบdenia. Vรฝznamne vplรฝvajรบ na prietok aย smer prรบdenia vzduchu vย budove, aย teda aj solรกrnym komรญnom, ฤo 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 slneฤnรฉho ลพiarenia, bez dynamickรฉho รบฤinku 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 simulaฤnรฉho nรกstroja CFD (Computational Fluid Dynamics โ vรฝpoฤtovรก dynamika tekutรญn) Star CCM+. Vรฝsledky ukazujรบ, ktorรฉ zย posudzovanรฝch parametrov majรบ vรฝznamnรฝ, respektรญve bezvรฝznamnรฝ vplyv na prietok vzduchu vetracou ลกachtou solรกrneho komรญna, ฤo umoลพลuje navrhnรบลฅ jeho prvotnรบ rozmerovรบ charakteristiku. รloha sa rieลกila pre 12. hodinu referenฤnรฉho dลa, ktorรฉho parametre vonkajลกej klรญmy boli simulovanรฉ exaktnรฝm definovanรญm:
- polohy Slnka na oblohe (azimut Slnka A0Sย (ยฐ), vรฝลกka Slnka h (ยฐ)),
- intenzity priamej zloลพky slneฤnรฉho ลพiarenia IP (W/m2),
- teploty vonkajลกieho vzduchu ฮธe (ยฐC).
Na spresnenie treba doplniลฅ, ลพe intenzita priamej zloลพky slneฤnรฉho ลพiarenia Ip je hodnota uvaลพovanรก na plรดลกku orientovanรบ kolmo na smer slneฤnรฉho lรบฤa 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 ฤiernym matnรฝm nรกterom. Transparentnรบ ฤasลฅ tvorรญ iba prednรฝ diel solรกrneho komรญna zย jednoduchรฉho tvrdenรฉho kalenรฉho skla sย hrรบbkou 12 mm. Vลกetky ostatnรฉ ฤasti 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 รบฤely CFD simulรกcie
Vplyv hฤบbky vetracej ลกachty na hmotnostnรฝ prietok vzduchu
Prvou ฤiastkovou 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 sรบฤasnej zmene ลกรญrky ลกachty (L) tak, ako to znรกzorลuje graf na obr.ย 5a. So zvรคฤลกujรบcou sa hฤบbkou sรญce stรบpa prietok vzduchu, ide vลกak oย nepatrnรฝ nรกrast, ฤo si moลพno vลกimnรบลฅ aj na grafe na obr. 5b. Pri 2,7-nรกsobnom zvรคฤลกenรญ hฤบbky vetracej ลกachty sa dosiahne zhruba 1,2-nรกsobnรฉ zvรฝลกenie prietoku vzduchu solรกrnym komรญnom. To je veฤพmi zanedbateฤพnรก hodnota vย porovnanรญ sย takรฝm vรฝraznรฝm zvรคฤลกenรญm parametra hฤบbky vetracej ลกachty, ktorรฉ mรก sรบฤasne vplyv aj na nรกroฤnosลฅ konลกtrukฤnรฉho 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 zvรคฤลกenรญ 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 sรบฤasnej 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 โL =ย 1,0ย m. Vย tomto prรญpade sa uลพ aj vย teoretickej rovine predpokladal pozitรญvny vplyv zvรคฤลกujรบceho sa parametra ลกรญrky vetracej ลกachty na prietok vzduchu solรกrnym komรญnom, ฤo nakoniec potvrdili aj prezentovanรฉ รบdaje na grafe na obr. 6a. Trend zmeny hmotnostnรฉho prietoku vzduchu mรก so zvรคฤลกujรบcou sa ลกรญrkou ลกachty rastรบci charakter. Ten moลพno pokladaลฅ za lineรกrny, ฤiลพe pri n-tom zvรคฤลกenรญ parametra L sa pribliลพne n-nรกsobne zvรคฤลกรญ aj hmotnostnรฝ prietok vzduchu vetracou ลกachtou solรกrneho komรญna.
ย ย ย
รloha 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 รบฤinku, 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 zvรคฤลกenie 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)
ฤo hovoria vรฝsledky
Treba zdรดrazniลฅ, ลพe dosiahnutรฉ vรฝsledky zo simulรกcie sรบ platnรฉ len pri modelovanom type konลกtrukcie solรกrneho komรญna. Ich platnosลฅ urฤite 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 ฤlรกnku bolo priblรญลพiลฅ ฤiastkovรฉ vรฝsledky zย rozsiahlej parametrickej ลกtรบdie geometrie solรกrneho komรญna, vย rรกmci ktorej sa analyzovalo aj niekoฤพko ฤalลกรญch parametrov, ako naprรญklad:
- vplyv tepelnotechnickรฝch vlastnostรญ netransparentnรฝch aย transparentnรฝch ฤastรญ 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 รบฤinok 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 urฤitou 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 naฤalej 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 vรฝpoฤtovรฉho modelu solรกrneho komรญna aย jeho aplikรกcia vย sรบstavรกch techniky prostredia vo vรคzbe na prirodzenรฉ vetranie budov. Dizertaฤnรก prรกca. Koลกice: Technickรก univerzita vย Koลกiciach, Stavebnรก fakulta, 2011.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZBย HAUSTECHNIK.