Dla osiągnięcia celów rządu w zakresie ochrony klimatu i polityki energetycznej powstały liczne wytyczne dotyczące przegród zewnętrznych (niski współczynnik przenikalności ciepła, szczelność etc.). Jednak okazuje się że coraz większy problem stanowi nie ogrzewanie budynków zimą, lecz chłodzenie latem. Tendencja zużycia energii na potrzeby chłodzenia budynków stale rośnie- wzrost zużycia energii w tym sektorze w okresie 2000 do 2020 szacuje się na 260 % [1], potwierdza to również wzrost sprzedaży klimatyzatorów [2].

Tak zaczyna się błędne koło- w efekcie powszechnego stosowania klimatyzatorów zwiększa się zarówno zużycie energetyczne budynków jak i temperatura powietrza na zewnątrz. Ponieważ chłód nie może być faktycznie wytworzony w sensie termodynamicznym, chłodzenie jest zawsze wypieraniem ciepła. Ciepło jest usuwane z obszaru, który ma być chłodzony i wprowadzane do innego obszaru -zazwyczaj jest to przestrzeń zewnętrzna lub środowisko. W ten sposób wzrasta temperatura zewnętrzna, to zaś prowadzi do ponownego nasilenia 'chłodzenia’ w budynkach. Jak temu zapobiec? Co jest przyczyną tak silnego wzrostu klimatyzacji budynków?

Głównymi przyczynami wzrostu zużycia energii na potrzeby chłodzenia budynków są [3]:

  • powiększenie części przeszklonych budynku (silne nagrzewanie się pomieszczeń latem),
  • zmniejszanie zdolności magazynowania ciepła poprzez zastosowanie lekkich elementów budowlanych (np. ścianki działowe z płyt gipsowo-kartonowych),
  • wzrost wewnętrznych obciążeń cieplnych – spowodowany np. wzrostem liczby odbiorników elektrycznych,
  • wzrost akceptacji klimatyzacji i oczekiwań użytkowników,
  • efekt 'miejskiej wyspy ciepła’,
  • globalne ocieplenie.

W celu zmniejszenia negatywnego wpływu urządzeń chłodzących pomieszczenia należy z zasady unikać chłodzenia mechanicznego. Jednak w budynkach biurowych całkowita rezygnacja z klimatyzacji pomieszczeń jest praktycznie niemożliwa. W związku z tym ciągle powraca pytanie o przyjazne dla środowiska i energooszczędne alternatywy dla konwencjonalnej techniki chłodniczej.

Jedną z takich alternatyw może być adiabatyczne nawilżanie powietrza wylotowego.W chłodzeniu adiabatycznym ciepło z powietrza jest pochłaniane przez wodę, która w wyniku tego ciepła wyparowuje- ponieważ brak jest energii termicznej dostarczanej z zewnątrz proces taki jest określany jako adiabatyczny. Z reguły chłodzenie adiabatyczne jest instalowane w kanale powietrza wylotowego systemów klimatyzacyjnych. Dzięki dostępnym obecnie urządzeniom do odzysku ciepła, schłodzone powietrze wylotowe może chłodzić ciepłe powietrze zewnętrzne.

Dodatkowym argumentem są koszty. Długoterminowe badania projektu EnEff:Stadt wykazały, że koszty jednostkowe wykorzystania zasobów eksploatacyjnych (ciepło, energia elektryczna, woda) są w konkretnych przypadkach wielokrotnie niższe dla chłodzenia adiabatycznego niż dla stosowanych technologii konwencjonalnych [3]. Dotyczy to w szczególności wykorzystania wody deszczowej, w przypadku której można zrezygnować ze zmiękczania w porównaniu z wykorzystaniem wody pitnej.

Pasywne środki chłodzenia to:

  • zacienienie zewnętrzne
  • odpowiedni udział powierzchni przeszklonych w elewacji ( od 40 do 60% w zależności od orientacji)
  • wykorzystanie masy termicznej
  • zielone dachy oraz elewacje, które z natury rzeczy obniżają temperaturę powietrza wokół budynku

Według pomiarów przeprowadzonych przez Instutut fizyki Berlin-Adlershof [4] na dwóch dachach w dzielnicy Berlin-Tempelhof, dachy zazielenione ekstensywnie przekształcają 58% bilansu promieniowania w parowanie wody w miesiącach letnich. Z drugiej strony, dachy niezazielenione przekształcają 95% bilansu promieniowania w ciepło. Proces ten świetnie ilustrują poniższe schematy stworzone przez ww. instytut

Dwa schematy pokazują bilans energetyczny metra kwadratowego dachu bitumicznego w porównaniu z dachem zielonym. Każdy schemat przedstawia zmierzoną średnią dobową dla miesięcy letnich od czerwca do sierpnia 2000 roku.

Ciekawym tematem są zielone fasady tworzące warstwę buforową (pnącza zdystansowane od elewacji budynku- np.na balkonach lub specjalnej konstrukcji). Łączą one w sobie funkcję zacienienia zewnętrznego z funkjcą chłodzenia i tym samym znacznie przyczyniają się do optymalizacji energetycznej budynku. W lecie fasada powinna być zazieleniona i zapewniać aktywną ochronę przeciwsłoneczną, natomiast w zimie światło słoneczne może bez przeszkód przenikać przez szklaną fasadę. Drugim wspomnianym efektem jest generowanie chłodzenia wyparnego, które poprawia mikroklimat wewnątrz budynku i w jego bezpośrednim otoczeniu. Badanie przeprowadzono zarówno na roślinach posadzonych w gruncie jak i w pojemnikach elewacyjnych, łącznie przetestowano dziesięć gatunków roślin pnących.
Dzięki zazielenieniu elewacji bezpośredni wpływ na budynek jest wyraźnie większy niż w przypadku zielonych dachów. Według danych Instytutu [4], średnie parowanie w okresie od lipca do sierpnia wyniosło 5,4 do 11,3 milimetrów wody na dobę, co odpowiada średniej wydajności chłodniczej 157 kWh dziennie. Poniższy schemat przedstawia zużycie energii na ogrzewanie/chłodzenie budynku w zależności od zastosowanych systemów ochrony przeciwsłonecznej
(brak zacienienia, rolety sterowane ręcznie,autamatycznie oraz zielona fasada) [5] :

[1] Energy Efficiency and Certification of Central Air Conditioners (EECCAC) – Study for the D.G. Transportation-Energy (DGTREN) of the Commission of the E.U.; 2003
[2] European HVAC Market to Expand. Japan Air Conditioning, Heating & Refrigeration News (JARN); 31.5.2017; http://www.ejarn.com/news.aspx?ID=44724
[3] Energieeffiziente Gebäudekühlung- Marco Schmid und Dr. Olaf Böttcher BundesBauBlatt
[4] Instytut fizyki w Berlin-Adlershof gebaeudekuehlung.de – Passive Gebäudekühlung
[5] Prezentacja 'Zwischen LowTech und HighTech: Energieeffiziente Gebäude 2050 Exportinitiative Energie’, Marco Schmidt

Autor: Aleksandra Kręt-Grześkowiak