Prihodnost ogrevanja, hlajenja in prezračevanja s sistemom ISOMAX

Nov sistem pri katerem ne potrebujete več peči, toplotne črpalke, drv, olja ali plina ampak samo malo elektrike za pogon obtočnih črpalk in ventilatorjev, če pa se vgradi še sistem za pridobivanje elektrike dobimo PLUS energijsko hišo.

Dandanes uporabljamo približno 60 do 70 % energije, ki jo imamo na voljo, za klimatiziranje, kar pomeni za ogrevanje in hlajenje stavb – nesprejemljiv prestiž, če se zavedamo, da imamo na voljo okolju prijazne in gospodarsko smiselne alternative.

Kljub raznolikim alternativam izkoriščanja obnovljivih virov energije so primarna poraba za izdelavo tovrstnih sistemov in naprav ter stroški nakupa tehnike fotovoltaike, sončnih kolektorjev, vetrnic ali toplotnih črpalk v primerjavi s ciljnim prihrankom energije še vedno odločno previsoki.

V tej predstavitvi bomo predstavili Terra-Solstavbno tehnologijo za klimatiziranje stavb z izkoriščanjem tal pod stavbo kot zbiralnega medija in sončne energije kot nosilca energije. Ta tehnologija potrebuje majhno količino energije, omogoča prihodnjim generacijam varovanje narave in okolja. Je gospodarna tako glede na stroške izdelave kot stroške obratovanja, tako predstavlja tudi alternativo tradicionalnim ogrevalnim in klimatskim napravam.

Izkoriščanje zemeljske toplote, ki je blizu površine in jo podpira sonce, za prihranek energije v stavbah

Stalne toplotne tokove iz notranjosti proti površini zemlje ocenjujemo na 4 x 10¹⁰ kW – odvisno od površine – to je približno 0,7 kWh/m²/letno. Za neposredno izkoriščanje je ta vrednost prenizka. Pri tem se upoštevajo zgolj geometrične anomalije: vroča voda, ki je ujeta v zadrževalniku podzemnih voda in razen prek gejzirov nima naravne povezave s površino zemlje.

Termično izkoriščanje podlage je v Nemčiji trenutno zelo razširjena tema, pri čemer ločujemo: izkoriščanje talne vode prek vodnjakov, izkoriščanje talne vode, ki se nahaja blizu površine zemlje prek zemeljskih toplotnih kolektorjev ali sonde, pri čemer tudi temeljne opornike uporabljamo kot prenosnike toplote (energijski piloti). V vseh primerih uporabljamo toploto, da bi dosegli za ogrevanje stavb potrebno temperaturo predtoka.

Popolnoma drugo in bistveno gospodarnejšo pot je ubral luksemburški raziskovalec in razvojnik, dipl. ing. in fizik Edmond D. Krecké, ki neposredno izkorišča zemeljsko temperaturo blizu površine, ki je posledica sončne toplote.

Znano je, da je na globini 3 do 4 m tako poleti kot pozimi, neodvisno od zemeljske atmosfere, pretežna temperatura od 9 do 11 °C. Nekateri ta pojav imenujejo temperatura vinske kleti: pozimi to občutimo kot toploto, poleti pa kot hlad. V odprto stavbo je energijo za ogrevanje treba dovajati v skladu s konkretno razliko med zunanjo in notranjo temperaturo (glej sliko).

Če bi v praktične namene izkoriščali v neskončni meri razpoložljivo temperaturo tako, da bi vse zunanje stene oskrbovali, npr. s temperaturo 10 °C, tudi zelo nizke zunanje temperature ne bi mogle neposredno vplivati na temperaturo v notranjosti: tako bi ustvarili temperaturno bariero, poraba energije stavbe pa bi bila odvisna le od temperature v notranjosti in temperature temperaturne bariere - kot kaže druga slika, ne glede na to, kako nizko se spustijo zunanje temperature.

Kako bi torej lahko oskrbovali zunanje stene s temperaturo zemlje?

V kletna tla oz. približno 3 m globoko v zemljo položimo cevi po katerih kroži voda. Ta segreva temperaturo zemlje, nato pa se ta prečrpa v zunanje stene in ko odda toploto, od tam spet steče.

Kadar gradimo stavbo brez kleti, torej neposredno na zemeljska tla in talno ploščo izoliramo z zgornje strani, se vodni tok iz notranjosti zemlje shranjuje pod talno ploščo; temperatura narašča vse dotlej, dokler se ne vzpostavi ravnotežje z ob strani stavbe vzemeljsko atmosfero uhajajočim toplotnim tokom.

To zvišanje temperature se seveda pojavi takrat, ko stavbe ne ogrevamo. Dvig temperature je med drugim odvisen od globine temeljev in tlorisa stavbe. Temperatura se zviša za 2 do 4 Kelvine (K), tako da temperatura temperaturne bariere znaša približno 12 °C in je za porabo energije odločilna temperaturna prarazlika (leva slika).

At = 20 °C – 12 °C = 8 K

Zaželeno je, da bi to temperaturno razliko še znižali, kar pomeni, da bi še zvišali temperaturo v temperaturni barieri, in sicer na temperaturo, ki skrbi za prijetno notranjo temperaturo, ne da bi bilo treba pri tem dovajati energijo. Pri tem upoštevamo solarno pridobivanje energije, na primer skozi okno ali interne pridobitve energije pri izkoriščanju stavbe.

Pri tem je fizik Krecké prišel do ideje, da bi uporabil še en neizčrpen, zelo zmogljiv in prav tako brezplačen vir energije -sonce (desna slika).

Samo v Sloveniji letno sončno obsevanje omogoča pridobitev energije v vrednosti 1.000 kWh na m² letno na vodoravno površino (glej sliko).

Primer: za oskrbo temperaturne bariere potrebujemo 10 kWh energije na m² osnovne površine letno, tako bi lahko s sončno energijo v Sloveniji oskrbovali 100 etažnih površin! To je teoretična vrednost, od katere je treba odšteti še izgube, kar pa vendarle kaže na razsežnost. Dejstvo pa je, da je zlasti pri visokih hišah pri absorpciji potrebno poleg vodoravnih in poševnih strešnih površin uporabiti tudi navpične stenske površine.

Spoznavamo torej, da sonce predstavlja vir energije, s katerim lahko skoraj brezplačno klimatiziramo stavbo.Vprašanje je le absorpcija in prenos ter shranjevanje energije. Zemlja predstavlja vir energije za hlajenje ter medij za shranjevanje sončne toplote. To imenujemo tehnika Terra-Sol.

Pod strešno kritino oz. med strešno kritino in toplotno izolacijo položimo absorpcijsko napeljavo – plastične cevi, kot je to že opisano pri napeljavi temperaturne bariere: v zunanje stene – če je tam potrebna absorpcijska napeljava – jo položimo pod omet. Vodo v ceveh poleti do 75 °C segrejejo sonce in ustrezne zunanje temperature, pozimi pa celo pri negativnih temperaturah, če sije sonce, na uporabnih 20 do 25 °C.

V izoliranih ceveh je segreta voda vodena v talno ploščo, in sicer v osrednjo cono pri visokih temperaturah ali v srednjo cono in na rob, če so temperature nizke (Slika 2.6). Iz zgornje strani izolirane talne plošče toplota potuje v zemljo, kjer se shrani. Da bi zmanjšali stranske toplotne izgube – torej izgube toplote v zemeljsko atmosfero – v tla vzdolž tlorisa stavbe vgradimo ustrezno izolacijo. Če je potrebno, s pomočjo v zemlji shranjene toplote ogrevamo vodo v ceveh talne plošče, v katere je napeljana temperaturna bariera zunanjega ovoja, kjer se ta voda spet shladi in od koder je spet vodena v talno ploščo. S številnimi meritvami s tehniko Terra-Sol opremljene stavbe smo ugotovili, da temperatura vode v ceveh talne plošče pred pretokom v zunanji ovoj znaša od 18 do 20 °C: pri tem temperatura zemlje pod talno ploščo znaša približno 20 do 22 °C.

Višjih temperatur v zemlji ne dosežemo, četudi smo prej že dosegli zelo visoko absorpcijsko zmogljivost: namesto da bi se zvišala temperatura, se poveča prostornina zemeljskega zbiralnika.

Z večdesetletnimi izkušnjami smo ugotovili, da je z izkoriščanjem celotne strešne površine stavbe kot absorpcijske površine na voljo bistveno več toplotne energije, kot jo potrebujemo.

V večini primerov v osrednji del stavbe položimo z vseh strani izolirani t. i. osrednji zbiralnik, ki je v nasprotju z drugim zemeljskim zbiralnikom prepleten s cevno napeljavo. Pri tem temperature vode dosežejo do 35 °C, kar izkoriščamo za predogrevanje sanitarne pitne vode.

Cevne napeljave temperaturne bariere, ki jih pozimi lahko izkoriščamo za ogrevanje zunanje obloge, poleti izkoriščamo za hlajenje. Do pred kratkim je bilo za to potrebno položiti ločene cevne napeljave v zemlji, izven tlorisa stavbe in s tem izven zemeljskega zbiralnika, z ustreznimi nižjimi temperaturami vode. Zdaj pa smo to poenostavili: za hlajenje poleti izkoriščamocevi na robu zemeljskega zbiralnika, saj tu ne dosegamo višjih temperatur kot 20 do 22 °C. Poleg prihranka z občutno nižjim stroškom napeljave cevi je prednost tudi v tem, da poleti v primeru hlajenja, ko se temperatura vode v temperaturni barieri zviša, to višjo temperaturo lahko ponovno oddajamo ali shranimo.

Klimatiziranje, torej ogrevanje in hlajenje stavbe prek temperaturne bariere v zunanjih stenah, predstavlja glede reguliranja temperature primerljiv inertni sistem. Zato smo dodali hitro komponento v obliki posebnega, prav tako patentiranega zračenja, protitočno napravo cev–v–cevi.

V zunanji in večji cevi je doveden odtok, v manjši ter notranji cevi pa dotok zraka.Cevni sistem položimo pod talno ploščo v zemeljski zbiralnik. Skozi obe druga v drugi ležeči cevi, ki ju na gradbišču ovijemo v tanko pločevino iz legiranega jekla, dosežemo 98-odstotno rekuperacijo toplote.

S pomočjo opisanega sistema dosežemo ekstremno nizko porabo energije, ki znaša med 5 in 12 kWh/m²/a.

To pomeni, da za 100 m² stanovanjsko hišo porabimo za približno 50 do 120 € elektrike za celo leto za ogrevanje, hlajenje in prezračevanje. In to samo z 10 cm toplotno izolacijo na zunanji steni ter okni z toplotno prevodnostjo 1.1 K.

Avtor članka: Dulc, d. o. o., Stranje pri Škocjanu 7, 8275 Škocjan, tel.: 07 337 47 20, e-naslov: info@dulc.si