Nápady a objevy

17. června 2022

Odborníci z FAST testují energopiloty – zajistí statiku i chlazení budov

Podle Ondřeje Šikuly mohou energopiloty šetřit velkou část nákladů za energie | Autor: Jan Prokopius

Energie země může sloužit jako obnovitelný zdroj tepla a chladu. A to díky své celoročně stabilní teplotě. Postarají se o to energopiloty – tepelně aktivované základové piloty, které se nacházejí pod stavbami a zajišťují statiku budov. V projektu TAČR je nyní vyvíjejí a testují odborníci z centra AdMaS a Ústavu geotechniky FAST VUT.

Pokud stavba stojí na nestabilním pozemku, musí mít pro zajištění statiky hluboké základy. K tomu se využívají základové piloty – deseti- až padesátimetrové sloupy, kterých se do podzemí vloží i několik desítek. Kromě stabilizační funkce mohou nabízet i energetickou úsporu.

„Klasické piloty jsou vyztužené armokošem a my do něj navineme plastové potrubí s kapalinovým okruhem. Z podzákladí pak čerpáme teplo či chlad, které využíváme k ohřívání či chlazení budovy,“ vysvětluje Ondřej Šikula z Ústavu geotechniky FAST VUT, který se zabývá i numerickým modelováním vedení tepla pro konkrétní stavby. „Jedna desetimetrová pilota může mít výkon okolo 750 wattů a pod budovou jich mohou být umístěny desítky. Dostáváme se tak na zajímavé výkony, které ze zeminy stabilně čerpáme,“ dodává.

Požadovaná teplota uvnitř budov se celoročně pohybuje mezi 20–26 °C. „Pokud bychom v zimě čerpali teplo z venkovního vzduchu, museli bychom ho pro účely vytápění transformovat třeba z minus 10 °C na plus 40 °C. Zemina má ale v našich klimatických podmínkách stabilních 9 °C. Je mnohem ekonomičtější jímat teplo země než ze vzduchu, protože se na jeho transformaci v tepelném čerpadlu nespotřebuje takové množství energie,“ popisuje Šikula.

Ještě efektivnější je pak využívání teploty podzákladí v letních měsících. „Pomocí energopilot načerpáme ze zeminy chlad a můžeme jím rovnou ochlazovat budovu. Nepotřebujeme ani tepelné čerpadlo, chlad čerpáme pouze přes výměník, který sníží teplotu vody v chladicích okruzích budovy. Celé je to extrémně levné a energeticky nenáročné,“ popisuje.

Budovy využívající k vytápění či chlazení energopiloty s tepelnými čerpadly mohou ušetřit velkou část nákladů na energie. Nejefektivnější je využití pilot s velkoplošnými systémy pro nízkoteplotní vytápění a vysokoteplotní chlazení ­– tedy s takzvanými sálavými systémy, které jsou umístěny ve stropní konstrukci či jako součást příček.

Princip propojení pilot s energetickým využitím není nový a poprvé se objevil v 70. letech minulého století. Dnes se využívá u některých staveb v Německu a rozšířený je na Islandu, kde zemina díky geotermálním pramenům dosahuje vyšších teplot a energopiloty ji mohou snadno využít k ohřevu budov. V Česku na tomto principu fungují pouze dvě stavby.
Na experimentálním zmenšeném modelu energopiloty odborníci testují její napětí při různých teplotách | Autor: Jan Prokopius
„V našich klimatických podmínkách je země chladnější – což má ale výhodu v letních měsících, kdy ji můžeme využít k ochlazování. Zatím máme s využitím energopilot minimální zkušenosti. Přitom je to velmi slibná technologie, která se řadí k obnovitelným zdrojům energie a výrazně snižuje závislost na fosilních palivech či dovozu plynu ze zahraničí, což je teď velmi aktuální,“ dodává Šikula.

Opakované zahřívání a zchlazování pilot však způsobuje jejich mírné zvedání či smršťování, což může vnášet napětí do nosného systému budovy a ovlivnit její statiku. „V laboratoři pracujeme s experimentálním zmenšeným modelem piloty, abychom dokázali predikovat, jaká napětí a přetvoření v ní při různých teplotách probíhají a jak ovlivní statické funkce. V návazném projektu plánujeme testovat reálné piloty v terénu a vyzkoušet tak námi vyvíjený software, který statikům umožní zakomponovat pohyb piloty do projektu budovy,“ dodává Šikula.

Energopiloty jsou vhodné téměř pro všechny budovy, které využívají skeletový konstrukční systém a které je tak kvůli špatnému podloží nutné na těchto základových konstrukcích postavit. Především pak pro velkoplošné stavby s jedním či dvěma patry. Pod takovými konstrukcemi je totiž možné umístit i desítky pilot produkujících energii. Ideální využití jsou tak skladovací či výrobní haly, které nespotřebovávají velké množství tepla či chladu. V takových budovách dokáže technologie pokrýt až 100 % chladícího a topného výkonu. Pokud se zajistí přívod elektřiny třeba pomocí fotovoltaických panelů, může být budova ekologická a nezávislá na okolním světě.


(mar)
Autor: Archiv Ondřeje Šikuly
Autor: Archiv Ondřeje Šikuly
Autor: Archiv Ondřeje Šikuly
Model zatěžovacího kuželu energopiloty | Autor: Jan Prokopius
Vstoupit do fotogalerie

Témata

Související články:
Na FASTu vymysleli podlahu, která snese téměř všechno
V centru AdMaS hledají asfaltovou směs, která zvýší bezpečnost na silnicích
V centru AdMaS mají speciální pece. Zkouší v nich teplotní odolnost materiálů
V centru AdMaS testují zelené parkoviště. Přispívá k boji se suchem
Tomáš Apeltauer: Evakuace osob je stále důležitější téma. Naše modely v tom pomáhají