Chłodzenie naturalne nazywane także pasywnym, wykorzystuje chłód gruntu lub wody do obniżania temperatury pomieszczeń w budynkach mieszkalnych, a także użytkowych. To najtańsza metoda schładzania, nie wymagająca pracy sprężarki w obiegu chłodniczym pompy ciepła. Dodatkowo naturalne chłodzenie korzystnie wpływa na regenerację dolnego źródła ciepła, odciążając je od pracy w sezonie letnim.

1. Chłodzenie naturalne z pompą ciepła
 Możliwości chłodzenia w budynku jednorodzinnym
 Różnice pomiędzy chłodzeniem aktywnym, a pasywnym
 Wpływ chłodzenia pasywnego na sprawność pracy systemu grzewczego
Wydanie 1/2013
12.05.2013
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2. 2
Potrzeba chłodzenia pomieszczeń
w budynkach jednorodzinnych
 Nowoczesne budynki mieszkalne o wysokim standardzie energooszczędności,
potrzebują coraz mniejszych ilości ciepła dla celów grzewczych. Jednocześnie
zapotrzebowanie chłodu dla budynku może być stosunkowo wysokie, gdy np.
duże przeszklenia skierowane są na południe, powodując nadmierne zyski
od nasłonecznienia w okresie letnim.

3. 3
Komfort cieplny w zależności od temperatury
i wilgotności powietrza wewnętrznego
 Temperatura powietrza wewnątrz pomieszczenia, a także jego wilgotność
odgrywają znaczenie dla odczucia komfortu. Właściwa temperatura powinna
mieścić się w zakresie 20÷22oC, przy wilgotności względnej 40÷60%.
Wilgotnośćwzględnapowietrza(%)
Temperatura powietrza (oC)
100
80
60
40
20
0
12 14 16 18 20 22 24 26 28
w miarę komfortowo
brak komfortu, gorąco i wilgotno
brak komfortu, zimno i sucho
 W okresie letnim przy
wysokich temperaturach
zewnętrznych, zaleca się
utrzymywać wyższą
temperaturę powietrza
wewnątrz budynku
w granicach 23÷26oC, aby
nie dopuszczać do nadmiernej
różnicy w stosunku
temperatury zewnętrznej
wyższej niż 30÷35oC.

4. 4
Dolne źródło ciepła i chłodu
 Temperatura gruntu w jej górnych warstwach
jest ściśle powiązana z porą roku. Granica
zamarzania gruntu w zależności od strefy
klimatycznej wynosi około 1,0 do 1,5 metra.
 Od głębokości około 15 metrów, temperatura
gruntu pozostaje stabilna – niezmienna w okresie
całego roku. Dla pracy pompy ciepła stanowi to
korzystne źródło ciepła do pracy w sezonie
zimowym i jednocześnie źródło chłodu dla pracy
w okresie letnim w trybie chłodzenia naturalnego.
Lato Zima
Źródło: Leitfaden Erdwärme. BWP 2011

5. 5
Chłodzenie naturalne budynku
 Chłodzenie naturalne, nazywane inaczej pasywnym polega na wykorzystaniu
„naturalnego chłodu” najczęściej zgromadzonego w gruncie. Temperatura
zasilania z sond gruntowych (na poziomie od 6 do 14oC) zapewnia bardzo dobre
warunki pracy w trybie ogrzewania, ale również w trybie chłodzenia naturalnego.
Chłodzenie naturalne
jest określane w innych
krajach jako:
 natural cooling
 free-cooling
 natürliche Kühlung
 passive Kühlung
Tryb grzewczy Chłodzenie naturalne

6. 6
Wpływ chłodzenia naturalnego na
temperaturę wewnętrzną pomieszczeń
Źródło: Heizen und Kühlen mit Wärmepumpen in Wohngebäuden – Theorie und Praxis
Temperaturapomieszczenia(oC)
30
28
26
24
22
20
10 14 18 22 26 30
Temperatura zewnętrzna (oC)
- 3K
 Chłodzenie pasywne jest w stanie obniżyć o około 3 stopnie temperaturę
wewnątrz budynku (w zależności od przeszklenia, osłon przecisłonecznych)

7. 7
Chłodzenie aktywne, a pasywne…
Chłodzenie aktywne Chłodzenie pasywne
Obieg
chłodniczy,
sprężarka
 Wymagana praca sprężarki;
dla pompy ciepła odwrócenie pracy
obiegu chłodniczego (tryb grzania /
tryb chłodzenia)
 Sprężarka i zarazem cały obieg
chłodniczy zostaje wyłączony
z pracy, podczas trybu chłodzenia
naturalnego
Dolne źródło
ciepła
 Niezbędne do pracy obiegu
chłodniczego pompy ciepła:
powietrze, grunt lub wody gruntowe
 Obciążenie pracą w całym roku
 Stanowi bezpośrednie źródło chłodu,
stąd wymagane odwierty pionowe,
względnie woda gruntowa
 Regeneracja cieplna w okresie letnim
Wydajność
 Wysoka wydajność, odpowiednio
do mocy zastosowanego urządzenia.
Możliwość pokrywania wysokich
potrzeb chłodu
 Wydajność ograniczona przez
wydajność chłodniczą dolnego źródła
ciepła. Pokrycie niskich potrzeb chłodu
Efektywność
 Współczynnik efektywności COP
jak dla pomp ciepła, na poziomie
przeciętnie od 2,5 do 3,0
 Wysoki współczynnik COP procesu
chłodzenia pasywnego na poziomie
od 15 do 25
Koszty
eksploatacji
 Stosunkowo wysokie z uwagi na
pobór mocy elektrycznej przez
sprężarkę w obiegu chłodniczym
 Bardzo niskie, wynikające tylko z poboru
mocy elektrycznej przez pompy
obiegowe (solanka i obieg wtórny)

8. 8
Kompaktowa pompa ciepła z funkcją grzania
i chłodzenia pomieszczeń
 Kompaktowa pompa ciepła geoTHERM
exclusiv z wbudowanym zasobnikiem
ciepłej wody użytkowej, pozwala także
na eksploatację w trybie chłodzenia
naturalnego.
geoTHERM exclusiv

9. 9
Praca pompy ciepła w trybie chłodzenia
naturalnego
 Pompa ciepła współpracując z sondami
gruntowymi i instalacją ogrzewania
podłogowego, może przekazywać do
pomieszczenia maksymalną moc
chłodniczą do 25÷30 W/m2
 Chłodzenie naturalne może pokrywać
potrzeby chłodu budynku wynikające
z nasłonecznienia. Jednak brak
dodatkowych osłon (żaluzji, markiz)
może powodować zbyt wysokie zyski
ciepła i w związku z tym nie zapewniać
odpowiedniego schłodzenia powietrza
wewnątrz budynku.
z sond
gruntowych
25÷30 W/m2

10. 10
Ograniczanie zysków od nasłonecznienia
 Główne zyski ciepła w okresie letnim w budynku jednorodzinnym, pochodzą
od promieniowania słonecznego przenikającego przez przeszklenia.
 Najskuteczniejszą ochronę przez nadmiernym nasłonecznieniem, zapewniają
wszelkie zewnętrzne urządzenia, typu markizy, rolety i żaluzje. Dzięki nim
promieniowanie słoneczne nie dociera do powierzchni przeszklonych,
w przeciwieństwie do wewnętrznych żaluzji, zasłon, itp..

11. 11
Wpływ osłon przeciwsłonecznych
na zyski od nasłonecznienia
 Zastosowanie osłon przeciwsłonecznych odgrywa decydujące znaczenie
dla ograniczania zysków od nasłonecznienia, a tym samym zmniejsza
zapotrzebowanie pomieszczeń na moc chłodniczą.
 Najwyższe efekty uzyskuje się przy zastosowaniu zewnętrznych osłon,
które ograniczają wprost docieranie promieniowania słonecznego do okien.
Żaluzje zewnętrzne
Żaluzje wewnętrzne
Zasłony wewnętrzne
Brak osłon przeciwsłonecznych
Zyski ciepła w pomieszczeniu (W/m2)
Źródło: Ogrzewnictwo, Klimatyzacja, Ciepła Woda, Chłodnictwo. Recknagel, Sprenger, Schramek 08/09

12. 12
Wpływ chłodzenia naturalnego i zacieniania
na temperaturę wewnętrzną pomieszczeń
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Bez chłodzenia
Naturalne chłodzenie
Naturalne chłodzenie +
+ zacienianie + wentylacja
Źródło: Wärmepumpen + Solaranlagen richtig kombiniert, A.Witzig
 Chłodzenie naturalne może zapewniać wysoki komfort wewnątrz pomieszczeń,
szczególnie w połączeniu z dodatkowym zacienianiem przeszkleń oraz
wentylowaniem pomieszczeń. Temperatura wewnętrzna może być o kilka oC
niższa, niż w pomieszczeniach nie chłodzonych i bez zacienianych przeszkleń.
Temperaturapomieszczenia(oC)

13. 13
Chłodzenie pasywne, a regeneracja cieplna
dolnego źródła ciepła
 Chłodzenie naturalne dodatkowo zapewnia korzystny efekt – odciążenie dolnego
źródła ciepła od pracy w sezonie letnim. Ciepło doprowadzane przez glikol do
gruntu korzystnie wpływa na przyspieszenie regeneracji cieplnej dolnego źródła
ciepła.
 Wyższa temperatura dolnego źródła ciepła u progu sezonu grzewczego,
podwyższa następnie efektywność pracy pompy ciepła.

14. 14
Podwyższenie temperatury dolnego źródła
ciepła dzięki naturalnemu chłodzeniu
0 2000 4000 6000 8000
Źródło: Heizen und Kühlen mit Erdgekoppelten Wärmepumen, FHNW Schweiz
14
12
10
8
6
4
2
0
Założenia:
Niepokryte zapotrzebowanie
na chłód: 347 kWh (6%)
Różnica temperatury na
wymienniku ciepła 1oC
Przewodność gruntu:
2,6 W/mK
bez naturalnego
chłodzenia
z naturalnym
chłodzeniem
 Korzystnym „efektem ubocznym” zastosowania naturalnego chłodzenia, jest
podwyższenie temperatury dolnego źródła ciepła, co dotyczy szczególnie sond
gruntowych. Poprawia to ich regenerację cieplną poza sezonem grzewczym.
Temperaturazasilania
zsondgruntowych(oC)
Godziny (h)

15. 15
Podwyższenie współczynnik efektywności
COP dzięki naturalnemu chłodzeniu
0 2000 4000 6000 8000
Źródło: Heizen und Kühlen mit Erdgekoppelten Wärmepumen, FHNW Schweiz
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0
Założenia:
Niepokryte zapotrzebowanie
na chłód: 347 kWh (6%)
Różnica temperatury na
wymienniku ciepła 1oC
Przewodność gruntu:
2,6 W/mK
bez naturalnego
chłodzenia
z naturalnym
chłodzeniem
 Podwyższenie temperatury zasilania z sond gruntowych, wpływa bezpośrednio
na wzrost współczynnika efektywności COP pompy ciepła. W okresie letnim
wartość COP rośnie o około 7÷8%, a w całym roku można przyjąć wzrost o 2÷3%.
WspółczynnikefektywnościCOP
Godziny (h)

16. 16
Koszty chłodzenia pasywnego
 W porównaniu do innych rozwiązań, chłodzenie pasywne pompą ciepła
zapewniać może najniższe koszty chłodzenia domu. Miesięczny koszt chłodzenia
budynku o powierzchni rzędu 200 m2, nie powinien być wyższy niż 20÷30 zł.
Koszty eksploatacji klimatyzacji mogą być wielokrotnie wyższe na poziomie około
400÷600 zł miesięcznie, w zależności jej standardu energetycznego oraz czasu
pracy i wydajności uzależnionej od warunków pogodowych w danym roku.

17. Chłodzenie
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji