Hybridní chlazení plynem a elektřinou

Země Evropské unie se snaží snižovat emise skleníkových plynů v zájmu boje proti změnám klimatu. Konkrétně ze závazků z Pařížské dohody o klimatu vyplývá, že je EU připravena do roku 2030 snížit emise skleníkových plynů o 40 % oproti úrovni z roku 1990.

Tohoto závazku lze dosáhnout mj. jen postupným omezováním výroby elektrické energie v tradičních zdrojích spalujících fosilní paliva. V řadě evropských zemí je navíc stále silnější trend odklonu od jaderné energetiky. Výsledkem jsou postupně rostoucí ceny elektrické energie.

Zmíněná opatření jsou bezesporu mimořádně důležitá z pohledu ochrany životního prostředí a klimatu, ovšem důsledky spojené s rostoucími cenami energií představují nemalý problém (mimo jiné) pro provozovatele budov.

Příčina je prostá – klimatizační systémy spotřebují při provozu velké množství elektrické energie a navíc nároky na klimatizování budov se rok od roku zvyšují. To se děje především v důsledku rostoucích požadavků na komfort uživatelů budov a intenzivnějším využíváním elektrických spotřebičů (osvětlení, počítače atd.) v budovách.

Účinnost versus cena

Majitelé a provozovatelé budov tedy čelí zásadní výzvě, jak zajistit účinné klimatizování budov a zároveň snížit spotřebu elektrické energie pro provoz klimatizačního zařízení. Jedna z cest je použití zemního plynu k pohonu zdroje chladu klimatizačního zařízení, což pomůže snížit i uhlíkovou stopu budovy.

Emisní faktor pro zemní plyn je přibližně jen 250 kg (CO₂ eq.)/MWh. Proti tomu je v podmínkách České republiky díky vyššímu podílu fosilních zdrojů na výrobě elektrické energie emisní faktor elektřiny až 1 170 kg (CO₂ eq.)/MWh.

Zemní plyn lze využít např. v absorpčních chladicích zařízeních. Jejich nevýhodou je ale poměrně nízké EER, vyšší investiční náklady a velké rozměry. Druhou možností jsou kompresorová chladicí zařízení s plynovým motorem, která jsou zpravidla levnější, menší, lehčí a mají vyšší EER než absorpční chladicí zařízení.

Mají však poměrně úzké pásmo optimální účinnosti dané specifickou charakteristikou spalovacího plynového motoru, což omezuje možnosti regulace chladicího výkonu. Tuto nevýhodu lze účinně potlačit kombinací elektrického a plynového pohonu kompresorového chladicího zařízení.

Jak hybridní systém funguje?

Funkčnost řešení, které kombinuje elektrický a plynový pohon, lze dobře vysvětlit například na hybridním systému VRF, který společnost Panasonic letos uvedla na trh. Systém kombinuje technologii elektrických tepelných čerpadel (EHP), tepelných čerpadel s plynovým spalovacím motorem (GHP) a specializovaného inteligentního regulátoru pro zajištění optimální účinnosti.

Tento regulátor neustále monitoruje spotřebu teplé vody, aktuální spotřebu energie a požadavek na klimatizaci objektu, aby vypočítal, zda GHP, EHP nebo kombinace obou zařízení současně zajistí nejlepší úspory. Inteligentní řídicí systém pak intuitivně přepne systém Hybrid VRF mezi GHP a EHP, aby optimalizoval účinnost.

Výsledkem je zásadní snížení spotřeby elektrické energie v době odběrové špičky, kdy je požadavek na klimatizací objektu vysoký (např. když je hotel plně obsazen). Systém GHP spotřebuje méně než 10 % elektřiny, kterou systém EHP zužitkuje při svém plném výkonu. Přechodem na GHP v době odběrové špičky elektrické energie jsou úspory energie maximalizovány.

To umožňuje, aby bylo elektrické napájení budovy využíváno mnohem efektivněji pro napájení důležité infrastruktury, jako je například osvětlení, kuchyně nebo provoz výtahu. V době, kdy je požadavek na klimatizaci objektu nízký (např. když je hotel během dne málo obsazen), může hybridní VRF systém přepnout provoz pouze na EHP, aby šetřil energii.

Vzhledem k tomu, že EHP může v obdobích mimo špičku pracovat s mnohem nižším výkonem než GHP, může být výkon vytápění nebo chlazení optimalizován přesně dle potřeby objektu. Tím je zajištěn efektivní provoz systému bez plýtvání energií.

Nepřehlédněte: Co všechno umí klimatizace

Navíc schopnost přepnout na EHP, když je požadavek na klimatizaci objektu nízký, pomáhá prodloužit životnost motoru GHP, který není neustále v provozu a neběží v režimu nepříznivé účinnosti. To přináší úspory nákladů na údržbu. Náklady na instalaci a údržbu systému hybridního VRF jsou dále sníženy díky společnému okruhu chladiva pro jednotku EHP a GHP.

Teplá voda jako bonus

Nezanedbatelným přínosem hybridního VRF od společnosti Panasonic je rovněž fakt, že dokáže zajišťovat dodávku teplé vody. Toho je dosaženo využitím odpadního tepla generovaného plynovým spalovacím motorem GHP během provozu v režimu chlazení, které teplou vodu ohřívá.

Tato funkce přispívá k velkým úsporám energie ve velkých komerčních aplikacích s vysokou spotřebou teplé vody, jakými jsou hotely, nemocnice, multifunkční objekty atd.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 2/2019.