V létě roku 2024 se Spojenými státy, Evropou, Středním a Blízkým východem a Asií přehnala neúprosná vedra, která v některých městech a oblastech dosahovala až 50 °C.

Podle amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír NASA byly měsíce červen, červenec a srpen dohromady o 0,23 °C teplejší než kterékoli jiné zaznamenané léto. Údaje zároveň ukázaly, že průměrná globální teplota zůstávala po dobu dvanácti po sobě jdoucích měsíců, končících srpnem 2024, přibližně 1,5 °C nad úrovní před průmyslovou revolucí.

Stupňující se poptávka po chlazení se v důsledku oteplování planety stává nevyhnutelnou realitou. Rostoucí závislost na klimatizaci však současně zhoršuje efekt městského tepelného ostrova a může urychlovat změnu klimatu.

Pro facility manažery je proto výzva jasná: nastal čas přehodnotit klimatizaci a hledat řešení, která zajistí tepelný komfort, energetickou účinnost i dlouhodobou odolnost budov.

Začarovaný kruh zvýšené poptávky po chlazení

Průměrná globální teplota na Zemi se od roku 1880 zvýšila nejméně o 1,1 °C. K většině tohoto oteplení došlo od roku 1975, a to zrychlujícím se tempem přibližně 0,15 až 0,20 °C za desetiletí.

Současně se spotřeba energie na chlazení prostor od roku 1990 více než ztrojnásobila. Chlazení prostor se stalo jednou z nejrychleji rostoucích oblastí spotřeby energie v sektoru nemovitostí.

Chlazení, ventilace a vytápění mohou v budovách představovat více než 40 % celkové spotřeby energie. V subtropických oblastech, jako je Hongkong, může samotné chlazení prostor tvořit přibližně polovinu spotřeby energie budovy.

Odpadní teplo vznikající provozem klimatizačních systémů může v městských oblastech přispívat ke zvýšení okolní teploty nejméně o 1 °C. Pokud nebudou přijata účinná opatření, předpokládá se, že spotřeba energie na chlazení budov se do roku 2050 více než zdvojnásobí.

Naléhavost situace nelze podceňovat. S rostoucími teplotami roste poptávka po chlazení, která následně zvyšuje spotřebu energie a emise uhlíku. Tento cyklus nejen zhoršuje globální oteplování, ale také vytváří značný tlak na energetickou infrastrukturu.

Prolomení začarovaného kruhu

Aby bylo možné tento cyklus přerušit, musí facility manažeři stát v čele zavádění udržitelných postupů a energeticky účinných řešení. Změna musí zahrnovat chování uživatelů, návrh budov, technické systémy, jejich řízení i pravidelnou údržbu.

1Změna chování

Přizpůsobení se vyšším vnitřním teplotám a omezení nadměrného chlazení může významně zvýšit energetickou účinnost. Důležitou roli přitom hraje vhodné nastavení klimatizace, komunikace s uživateli a přizpůsobení provozního režimu skutečné obsazenosti budovy.

Několik zemí a měst již zavedlo předpisy nebo doporučení pro nastavení vnitřní teploty ve veřejných a komerčních budovách.

Lehké letní oblečení pomáhá udržovat komfort i při vyšších vnitřních teplotách, snižuje potřebu nadměrného chlazení a šetří energii.

Při růstu venkovních teplot může mírně vyšší nastavení vnitřní teploty stále poskytovat přiměřeně komfortní prostředí. Menší tepelný rozdíl mezi venkovním a vnitřním prostředím navíc usnadňuje adaptaci uživatelů.

2Strategie odolného chlazení budov

Vzhledem k rostoucím venkovním teplotám a sílícím vlnám veder je stále důležitější navrhovat odolné chladicí systémy.

Odolné chlazení neznamená pouze dostatečně robustní technologii schopnou zvládnout krátké i dlouhodobé vlny veder. Zahrnuje také energeticky účinné, nízkoemisní a nákladově efektivní strategie.

Cílem je zvýšit odolnost budov a zmírnit dopady změny klimatu, zejména během dlouhotrvajících a intenzivních období extrémního horka.

Odolného návrhu chlazení lze dosáhnout prostřednictvím dvou hlavních přístupů:

• Zmírnění: snížení tepelných zisků budovy.
• Odvádění: účinný odvod tepla z budovy.

Zmírnění dopadů: snížení tepelných zisků

Zelené střechy a okolní vegetace

Zeleň přirozeně zmírňuje působení vysokých venkovních teplot na budovy. Zelené střechy mohou snížit povrchovou teplotu střechy, a tím omezit tepelné zisky.

Výzkumy uvádějí, že zelené střechy mohou přispět ke snížení venkovní teploty přibližně o 1,5 °C. Tím mohou zároveň snížit spotřebu energie potřebnou k chlazení přiváděného venkovního vzduchu.

Strategické rozmístění zeleně v okolí budov pohlcuje sálavé teplo, zvyšuje komfort chodců a snižuje efekt městského tepelného ostrova prostřednictvím stínění a ochlazování transpirací.

Rozšíření zelených střech však mohou omezovat vyšší náklady na výstavbu a údržbu nebo riziko poškození hydroizolace a zatékání.

Reflexní a sálavé chladicí nátěry

Životaschopnou alternativou k zeleným střechám mohou být bezúdržbové sálavé chladicí nátěry. Ty lze aplikovat na střechy, vodní nádrže, chladicí věže i další technická zařízení.

Pomáhají snižovat tepelné zisky ze slunečního záření, podporují odvod tepla a udržují nižší provozní teplotu technických zařízení.

Stínění kondenzátorů

Zastínění kondenzátorů, které neomezuje proudění vzduchu, může teoreticky zvýšit koeficient účinnosti COP až přibližně o 2,5 %.

Žaluzie, stínicí prvky a vzduchové clony

Použití vnitřních nebo vnějších žaluzií může výrazně omezit tepelné zisky okny. U velkých prosklených fasád je vhodné posuzovat také vnější stínění, vlastnosti zasklení a orientaci budovy.

Strategická instalace vzduchových clon, zejména u hlavních a frekventovaných vstupů, pomáhá omezit pronikání horkého vzduchu do interiéru.

Odvádění: efektivní odvod tepla

Komplexní soubor energeticky účinných strategií pro chlazení prostor pomáhá přizpůsobit výkon systému skutečné tepelné zátěži. Současně může snížit provozní náklady a environmentální dopady budovy.

Modernizace chladicího systému

Přechod ze vzduchem chlazených na vodou chlazené systémy

Vodou chlazené systémy mohou dosahovat hodnoty COP až kolem 6, zatímco u vzduchem chlazených chladicích zařízení se hodnota často pohybuje přibližně kolem 3.

Provoz více chladicích věží při částečném zatížení může být efektivnější než provoz jediné věže při plném zatížení.

Pro optimalizaci výkonu je vhodné:

• kontrolovat rozvod postřikovacího systému,
• opravovat ucpané nebo poškozené trysky,
• sledovat koncentrační cykly vody,
• zajistit dostatečný přívod doplňovací vody,
• upravit dávkování biocidů podle zvýšené provozní poptávky,
• zajistit dostatečné zásoby chemických prostředků pro úpravu vody.

Chladiva nové generace

Chladiva HFO mohou mít nízký potenciál globálního oteplování, avšak v některých aplikacích mohou poskytovat nižší účinnost nebo chladicí výkon než některá chladiva HFC.

Mezi možnosti nové generace s nízkým potenciálem globálního oteplování a vysokou účinností patří například:

• R-1234ze,
• R-1233zd,
• R-514A,
• R-1336mzz.

Správný výběr a přizpůsobení chladiva musí vždy probíhat v konzultaci s výrobcem zařízení nebo příslušným odborníkem.

Opětovné využití energie

Ventilace s rekuperací energie, označovaná jako ERV, zachycuje energii z odváděného vzduchu a využívá ji k předúpravě čerstvého vzduchu přiváděného do budovy.

Tento proces snižuje celkové chladicí zatížení vzduchotechnického systému a zvyšuje energetickou účinnost.

Efektivní ventilace řízená podle potřeby

Větrání řízené podle potřeby, označované jako DCV, využívá senzory CO₂, údaje o obsazenosti a informace o kvalitě vnitřního vzduchu.

Na základě aktuálních údajů optimalizuje množství přiváděného venkovního vzduchu. Zabraňuje tím nadměrnému odvádění klimatizovaného vzduchu a pomáhá zachovat energeticky účinný provoz při současném udržení požadované kvality vnitřního prostředí.

Strategie chlazení

Řídicí algoritmus provozu chladicího zařízení

Výkon chladicího zařízení by měl být průběžně přizpůsobován skutečným požadavkům budovy.

Provoz více chladicích jednotek s proměnnými otáčkami VSD při nižším částečném zatížení může být energeticky účinnější než provoz jedné nebo dvou jednotek s vysokým zatížením.

Chladicí jednotky s pohonem konstantními otáčkami CSD mohou často dosahovat dobré účinnosti při stabilním zatížení odpovídajícím přibližně 70 až 80 % špičkového výkonu.

Noční větrání a denní rozsah teplot

Noční větrání využívá rozdíl mezi denními a nočními teplotami. Během vln veder může být tento rozdíl v některých oblastech, zejména ve městech s vyšší nadmořskou výškou, přibližně 3,7 až 5,7 °C.

Chladnější noční vzduch lze využít k odvodu tepla nahromaděného v konstrukcích budovy. Snímač entalpie na přívodu čerstvého vzduchu může pomoci tento proces automaticky řídit.

Předchlazení mimo energetickou špičku

Předchlazení budovy v době nižších cen energie nebo nižšího zatížení energetické sítě může vyrovnat špičkovou denní potřebu chlazení.

Tato strategie může zlepšit celkové COP systému a omezit neefektivní provoz chladicího zařízení během období nejvyššího zatížení.

Sekundární chladicí systémy

Lokální chladicí jednotky lze využít v oblastech s vysokou tepelnou zátěží. Tím se snižují požadavky na primární centrální systém a zvyšuje celková energetická účinnost.

Tento přístup je vhodný například pro:

• hlavní vestibuly s vysokou návštěvností,
• prostory s velkými prosklenými fasádami,
• technologicky zatížené místnosti,
• prostory s výrazně odlišným provozním režimem.

Údržba

Ani dobře navržený systém nemůže dlouhodobě pracovat účinně bez kvalitní údržby. Řada provozních problémů není na první pohled viditelná, ale může výrazně zvyšovat spotřebu energie, snižovat výkon a zvyšovat riziko poruch.

Kontrola tepelné izolace chladicího systému

Potrubí chladicí vody, vedení chladiva a vzduchotechnické potrubí obvykle vyžadují tepelnou izolaci.

Během instalace nebo provozu mohou v izolaci vzniknout praskliny a netěsnosti, které umožní vnikání vodní páry. Výzkumy uvádějí, že tepelná vodivost izolace se může zvýšit přibližně 1,6krát při obsahu vlhkosti 5 % a až třikrát při obsahu vlhkosti 12 %.

I malá odchylka od požadované teploty chladicí vody může vést k významným energetickým ztrátám. Problém bývá výraznější ve výškových budovách a objektech se složitými systémy chladicí vody, jako jsou například obchodní centra.

Termografická kontrola umožňuje rychle odhalit skryté trhliny, problémy s vlhkostí a místa s poškozenou izolací.

Kondenzační strana chladicích systémů

Účinné odvádění tepla je v horkém období zásadní.

U vzduchem chlazených jednotek je nutné:

• zajistit správnou funkci ventilátorů,
• odstraňovat prach a nečistoty z trubek a žeber,
• zajistit dostatečný prostor pro proudění vzduchu,
• omezit recirkulaci ohřátého vzduchu.

U vodou chlazených zařízení je zásadní minimalizovat zanášení kondenzátoru. Správný systém čištění může významně snížit odpor způsobený usazeninami.

Uváděné zlepšení COP po zavedení účinného protokolu čištění se může pohybovat přibližně od 1,6 do 10,2 %.

Péče o systém přívodu vzduchu

Ve vzduchotechnických systémech mohou filtry představovat polovinu nebo více maximálního statického tlaku ventilátoru.

Znečištěné filtry zvyšují tlakovou ztrátu a spotřebu ventilátorů. Uváděný průměrný roční nárůst spotřeby energie může dosáhnout přibližně 14,3 % a u silně znečištěných filtrů až 28,4 %.

Znečištěné výměníky a chladicí spirály zároveň omezují přenos tepla, snižují chladicí výkon a zvyšují spotřebu energie.

Pravidelná výměna filtrů a čištění výměníků jsou proto nezbytnou podmínkou efektivního provozu.

U systémů s proměnným objemem vzduchu VAV jsou důležité přesné údaje ze snímačů průtoku vzduchu a tlaku, stejně jako správná funkce regulačních klapek.

Kontrola vzduchotechnického potrubí

I pětiprocentní netěsnost potrubí může způsobit významný únik klimatizovaného vzduchu. Následkem je vyšší spotřeba energie ventilátorů a zvýšený požadavek na chlazení.

Pravidelnou kontrolou, utěsněním netěsností a zajištěním správné izolace potrubí lze spotřebu energie výrazně snížit.

Mazání, kalibrace a provozní kontrola

Mazání motorů ventilátorů, ložisek, řemenů a dalších pohyblivých součástí vzduchotechniky minimalizuje tření a opotřebení.

Pomáhá zajistit plynulý provoz a snižuje riziko mechanických poruch v období nejvyšší poptávky po chlazení.

Před začátkem letní sezony je vhodné:

• kalibrovat termostaty a snímače,
• zkontrolovat provozní harmonogramy,
• ověřit funkci ventilů chladicích spirál,
• prověřit nastavení regulace,
• zkontrolovat čerpadla, ventilátory, pohony a klapky.

Syndrom nízkého delta-T

Syndrom nízkého delta-T je častým problémem systémů chladicí vody. Vede k nadměrné spotřebě energie čerpadly a chladicími jednotkami.

Pro správnou diagnostiku a odstranění problému je nutná konzultace s odborníky na vzduchotechniku a chladicí systémy.

Decentralizované chladicí systémy

U decentralizovaných systémů je zásadní upřednostňovat energeticky účinné a spolehlivé klimatizační jednotky.

Pro zajištění spolehlivého chlazení je nutné zabránit aktivaci vysokoteplotní ochrany zařízení během provozu. Toho lze dosáhnout kvalitním chlazením výkonových modulů IGBT, přičemž je nutné současně zohlednit riziko kondenzace.

Energeticky účinné klimatizační jednotky bývají vybaveny:

• ventilátory s větším průměrem ve venkovních i vnitřních jednotkách,
• tenčími měděnými trubkami,
• elektronickými expanzními ventily pro přesné řízení průtoku chladiva,
• širokým rozsahem nastavení otáček pro různé scénáře částečného zatížení.

Chladiva R32 a R-454B

Chladivo R32 může poskytovat přibližně o 10 % vyšší COP než R410A. Přispívá k tomu vyšší latentní teplo, lepší tepelná vodivost kapaliny, nižší viskozita a nižší hustota nasávaných par.

Vzhledem k jeho potenciálu globálního oteplování a budoucím regulatorním omezením však může být v některých aplikacích vhodnou alternativou chladivo R-454B.

Výběr chladiva musí vždy respektovat místní legislativu, bezpečnostní požadavky, vlastnosti zařízení a doporučení výrobce.

Sezonní účinnost CSPF

Chladicí sezonní výkonnostní faktor CSPF slouží jako ukazatel energetické účinnosti pokojových klimatizačních jednotek během celé chladicí sezony.

Vyšší hodnota CSPF znamená vyšší sezonní účinnost a potenciálně významné dlouhodobé úspory.

Je však důležité zohlednit, že hodnocení CSPF se může lišit podle regionálního rozložení venkovních teplot a místních provozních podmínek.

Hlavní role v oblasti udržitelného chlazení

Facility manažeři a správci budov stojí v první linii reakce na změnu klimatu. Rekordní vlny veder a rostoucí globální teploty zdůrazňují naléhavost přehodnocení návrhu, provozu a správy klimatizačních systémů.

Popsaná řešení – od změny chování až po pokročilé strategie chlazení – nejsou pouze teoretickými koncepty. Jedná se o praktická opatření, která lze v budovách zavádět již dnes.

Nejúspěšnější strategie nebude založena na jediném opatření. Bude kombinovat:

• odpovědné nastavení teplot,
• snížení tepelných zisků,
• zelené střechy, stínění a reflexní povrchy,
• efektivní ventilaci a rekuperaci energie,
• řízení chlazení podle skutečné potřeby,
• kvalitní údržbu,
• přesná provozní data,
• moderní a správně dimenzované technologie.