Chytrá stěna – výhodné řešení pro vytápění i chlazení

28. května 2015

Chytrá stěna vypadá jako každá jiná zeď, ale je to jen zdání. Ve skutečnosti jde o provozně nenáročnou alternativu běžné klimatizace, která dokáže zajistit kvalitu vnitřního prostředí na nesrovnatelně vyšší úrovni. Kromě toho šetří náklady na vytápění či chlazení interiéru.

Energeticky nezávislé budovy jsou vzhledem k neustále se zvyšujícím nákladům na energie velkým tématem nejbližší budoucnosti. Vývoj vhodných akumulátorů pro tvorbu zásob energie pro vytápění, chlazení i ohřev vody zvyšuje možnosti využití energie z obnovitelných zdrojů pro vytápění v době, kdy je aktuální dodávka energie nedostatečná. Pro využití energie z obnovitelných zdrojů pro vytápění respektive chlazení budov se jako vhodné řešení nabízí přímá akumulace tepla ve stavebních konstrukcích.

Sálavé chlazení či vytápění úsporně

„Chytrá stěna“, český patent vývojových pracovníků VUT v Brně, je určen pro stavby a prostory ohrožené rizikem nadměrných, ať už vnějších či vnitřních, tepelných zisků. Jde o technologii spojení sálavého vytápění či chlazení s tepelně akumulační kapacitou materiálů se změnou skupenství (Phase Change Materials – PCMs). Akumulace energie je důležitá v okamžiku, kdy se potřeba energie neshoduje s časem její dodávky, například při přeměně elektřiny a tepla ze slunečního záření na energii pro krytí energetické potřeby budovy. Nejvyšší výkony jsou zaznamenávány v letních měsících (poptávka je ovšem nižší), nejméně energie bývá v zimních měsících (vysoká poptávka).

Detail tepelně akumulačního modulu (chytré stěny)
–   snímek kanálku pro umístění přívodního a odvodního potrubí, případně pro rozvod elektroinstalace
–   kapilární rohož před zalitím tepelně akumulační omítkou
–   finální tepelně akumulační modul
– kresba ve spodní části – schematické znázornění konstrukce chytré stěny

Ukázky stavebních prvků s obsahem PCMs
–   hliníkové kontejnery pro použití ve stropních podhledech nebo zásobnících tepla
–   hliníkové polštářky pro pro akumulaci tepla ve stropním podhledu
–   sáčky s obsahem PCMs pro aplikaci v zavěšeném podhledu

„Inspirací pro vývoj tepelně akumulačních modulů byl jednak můj studijní pobyt na Bauhaus Universität Weimar v roce 2004, kde jsem experimentálně ověřoval tepelně akumulační účinky omítky s PCMs na vnitřní mikroklima, a pak návštěva Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ve Freiburgu v roce 2009. Zde jsem viděl poprvé kombinaci kapilárních rohoží v omítce pro sálavé stropní chlazení velkoprostorových kanceláří.
Lze říci, že vývojem prvků na bázi akumulace tepla při změnách skupenství se tedy zabývám 11 let. Během vývoje jsme také zkoušeli integraci tepelně akumulačních kontejnerů či dutinkových desek ve stavebních konstrukcích. Vývojem vlastní chytré stěny se zabýváme od roku 2011.“ (doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D.)

Takzvaná chytrá stěna je označení pro tepelně akumulační moduly, které lze umístit na stěny, šikmé i vodorovné podhledy, speciální moduly lze použít jako náhradu za podlahové vytápění. Ideální je připojení systému tepelně akumulačních modulů k reverzibilnímu tepelnému čerpadlu jakožto zdroji chladné nebo teplé vody. Chytrá stěna je vhodná pro všechny druhy zděných staveb, dřevostaveb a energeticky úsporných domů.

„Chytrá stěna využívá PCMs ve formě mikro kapslí pro razantní zvýšení tepelně akumulačních schopností omítky“, vysvětluje doc. Ing. Milan Ostrý, Ph.D. a pokračuje: „ta tvoří povrchovou úpravu systému sálavého vytápění či chlazení. Tepelně akumulační moduly sestávájí z podkladní desky, například OSB či sádrokartonové desky, ztužujícího rámu, kapilární rohože a tepelně akumulační omítky s třicetiprocentním podílem tepelně akumulačních mikropelet s obsahem materiálů se změnou skupenství. Díky tomu dokáže stěna snadno stabilizovat vnitřní tepelné mikroklima. Systém umožňuje nejen sálavé chlazení místností v letním období, lze jej využít i pro nízkonákladové sálavé vytápění během zimy.“

Český patent pro každý dům

Princip je zdánlivě jednoduchý – v letních horkých dnech je přebytečné teplo v interiéru v denních hodinách akumulováno do tepelně akumulační omítky. V noci, kdy teplota v místnosti klesne pod teplotu krystalizace akumulačního média, dochází k samovolnému uvolňování tepla z omítky směrem do místnosti. Systém je velice vhodný pro použití s obnovitelnými zdroji energie (fotovoltaické a termické panely a všechny druhy tepelných čerpadel).

Přednosti:
–   příznivé tepelné mikroklima v místnosti – rovnoměrná teplota po výšce místnosti, nejsme obtěžování průvanem z klimatizace
–   možnost suché montáže – vhodné pro dřevostavby
–   možnost využívat mimošpičkovou elektřinu či elektřinu z obnovitelných zdrojů (fotovoltaické nebo solární termické panely)
–   nízké provozní náklady zejména ve spojení s reverzibilním tepelným čerpadlem např. vzduch-voda
–   malé teplotní namáhání stavebních konstrukcí – pro vytápění a chlazení lze díky velké chladicí/otopné ploše využívat téměř shodnou teplotu pro vytápění i chlazení (teplotní rozsah 20 až 24 °C)

První aplikace chytré stěny v rodinném domě by měla být realizována v letošním roce, bude tak možné ověřit v reálných podmínkách její efektivitu. „Dosavadní měření ukazují na významnou úsporu“, říká Milan Ostrý, „například v letním období spotřebovává chytrá stěna pouze 40 % energie oproti konvenční klimatizaci. Při optimalizovaném nastavení lze očekávat i vyšší úspory. Životnost chytré stěny závisí na použitém systému kapilárních rohoží. Jde o léty odzkoušenou technologii a tuzemský výrobce uvádí, že díky nízkým tlakům a teplotám lze očekávat životnost až 100 let. U akumulačního média lze očekávat 20 až 30 let, avšak je třeba si uvědomit, že systém bude funkční i při ztrátě tepelně akumulačních schopností za cenu vyšších provozních nákladů.“