Współczesne budynki oraz instalacje przemysłowe generują znaczne ilości ciepła – czy to w wyniku działania urządzeń, procesów technologicznych, czy też przez nasłonecznienie. W efekcie dochodzi do powstawania znacznych zysków cieplnych, które negatywnie wpływają na komfort użytkowników, sprawność maszyn i całoroczny bilans energetyczny obiektów, które należy chłodzić. Tradycyjne chłodzenie aktywne, choć skuteczne, wiąże się z wysokim zużyciem energii elektrycznej i kosztami eksploatacyjnymi, zwłaszcza w trybie chłodzenia intensywnego w sezonie letnim. Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) szacuje, że klimatyzacja i chłodzenie odpowiadają za ok. 10% globalnego zużycia energii elektrycznej (źródło). W klimatach ciepłych i gorących udział ten bywa znacznie wyższy, sięgając nawet 40–50% w okresie letnim.
W krajach o klimacie umiarkowanym (np. w Polsce) ogrzewanie dominuje w bilansie energetycznym, ale rosnąca popularność klimatyzacji sprawia, że w niektórych obiektach (centra danych) koszt chłodzenia może sięgać nawet 30% kosztów energii (źródło).
Alternatywą, zyskującą na znaczeniu w nowoczesnym projektowaniu energetycznym, jest chłodzenie pasywne. To rozwiązanie, które pozwala skutecznie odbierać ciepło bez stosowania mechanicznych układów chłodniczych, a więc bez dodatkowego obciążania instalacji elektrycznej. Pasywne systemy chłodzenia są energooszczędne, ciche, i pozwalają znacznie obniżyć koszty eksploatacji urządzenia lub obiektu – zarówno w budynkach mieszkalnych, jak i obiektach przemysłowych.
W artykule omówimy, na czym polega chłodzenie pasywne, jakie daje korzyści i kiedy warto je łączyć z innymi technologiami, takimi jak pompy ciepła czy systemy odzysku ciepła.
Czym jest chłodzenie pasywne?
Chłodzenie pasywne to sposób chłodzenia, który opiera się wyłącznie na naturalnych zjawiskach fizycznych – takich jak przewodnictwo cieplne, promieniowanie czy konwekcja – bez użycia sprężarek, wentylatorów czy aktywnych źródeł zasilania. W odróżnieniu od systemów aktywnych, nie wymaga zasilania elektrycznego do procesu chłodzenia, a jego skuteczność zależy głównie od konstrukcji, warunków zewnętrznych oraz materiałów użytych w budynku lub urządzeniu.
Podstawową zasadą chłodzenia pasywnego jest odbieranie ciepła z wnętrza budynku lub urządzenia i przekazywanie go do otoczenia. Dzieje się to za pomocą takich elementów jak:
- radiator (rozpraszacz ciepła) wykonany najczęściej z aluminium – ma współczynnik przewodzenia na poziomie ok. 205–230 W/mK, co sprawia, że jest ono jednym z najpopularniejszych materiałów do szybkiego odprowadzania ciepła (stopy miedzi mają jeszcze wyższą przewodność, ale wyższą cenę). Dla porównania, stal ma λ na poziomie ok. 50 W/mK, co tłumaczy, dlaczego w większości systemów pasywnych stosuje się stopy aluminium,
- przygotowana obudowa, która umożliwia efektywny przepływ powietrza,
- naturalny ciąg powietrza wspomagający konwekcję,
- wykorzystanie naturalnej pojemności cieplnej przegród budowlanych, obudów, wykorzystanie materiałów zmiennofazowych celem zwiększenia pojemności cieplnej,
- chłodzenie powierzchni wodą (np. przy wykorzystaniu systemów free-cooling).
Pasywne chłodzenie znajduje zastosowanie nie tylko w budownictwie energooszczędnym, ale również w technice przemysłowej – np. w chłodzeniu procesorów, elementów automatyki, szaf sterowniczych czy innych elementów ruchomych, narażonych na przegrzewanie. W przypadku mocno nagrzewających się komponentów, które nie wymagają dynamicznej regulacji temperatury, pasywne chłodzenie zapewnia bezobsługową i długoterminową ochronę przed przegrzaniem – bez generowania kosztów energii.Warto podkreślić, że skuteczność chłodzenia pasywnego zależy od warunków pracy i czystości komponentów. Zabrudzenia, takie jak kurz czy osady, mogą ograniczyć efektywny odbiór ciepła, dlatego w praktyce kluczowe jest odpowiednie zaprojektowanie układu oraz jego konserwacja.
Zastosowania pasywnego chłodzenia w budownictwie
W nowoczesnym budownictwie pasywne chłodzenie odgrywa coraz większą rolę. Dobrze zaprojektowany system tego typu wpływa korzystnie na całoroczny bilans energetyczny budynku, redukując zapotrzebowanie na chłodzenie aktywne w miesiącach letnich i jednocześnie nie obciążając instalacji w sezonie zimowym. W praktyce oznacza to oszczędność energii, mniejsze zużycie urządzeń mechanicznych oraz obniżenie kosztów chłodzenia domu.
W budynkach mieszkalnych oraz użyteczności publicznej pasywne chłodzenie może być realizowane m.in. przez:
- wentylację nocną, która wykorzystuje niższe temperatury zewnętrzne do wychłodzenia wnętrz,
- masę termiczną budynku, czyli zdolność materiałów konstrukcyjnych (beton, cegła) do magazynowania i oddawania ciepła,
- ekrany przeciwsłoneczne i odpowiednie zarządzanie nasłonecznieniem,
- pionowe i poziome przesłony, ograniczające nagrzewanie pomieszczeń,
- systemy free-cooling, które wykorzystują niską temperaturę zewnętrznego powietrza do chłodzenia medium krążącego w instalacji (systemy free-cooling wymagają zasilania pomp obiegowych, jednak pozwalają na rezygnację z pracy sprężarek chłodniczych).
Z punktu widzenia inwestora szczególnie atrakcyjna jest możliwość redukowania zużycia energii elektrycznej, przy jednoczesnym utrzymaniu komfortu cieplnego w budynku. W niektórych przypadkach pasywne chłodzenie pozwala całkowicie uniknąć wykorzystania klimatyzacji, a więc także kosztów eksploatacyjnych urządzenia klimatyzacyjnego – jego zakupu, serwisowania i zasilania.
W opracowaniu PEEB wskazuje się, że dobrze zaprojektowane budynki pasywne mogą zredukować zapotrzebowanie na chłodzenie aktywne nawet o 30–50%, w zależności od lokalnego klimatu i konstrukcji budynku (źródło).
Symulacyjne badania Michael Darmanis et al. (2020) wykazały, że nocne przewietrzanie budynku może obniżyć średnie zapotrzebowanie na energię chłodzenia o ok. 27% (źródło).
Dobrze zaprojektowane pasywne chłodzenie nie koliduje z funkcją ogrzewania budynku – system może działać hybrydowo. Przykładem może być zintegrowane chłodzenie z pompą ciepła, gdzie latem aktywuje się przepływ chłodnej wody przez system dystrybucji ciepła (np. klimakonwektory), która odbiera ciepło z wnętrza budynku. Dzięki temu można utrzymać komfort cieplny kosztem znacznie niższym niż w przypadku klimatyzatorów czy chłodziarek sprężarkowych.
Chłodzenie pasywne w instalacjach przemysłowych i maszynach
W sektorze przemysłowym pasywne chłodzenie zyskuje na znaczeniu głównie tam, gdzie zachodzi potrzeba stałego odprowadzania ciepła z urządzeń, przy jednoczesnej minimalizacji zużycia energii elektrycznej. Dotyczy to szczególnie elementów ruchomych, systemów automatyki, transformatorów, silników, a także obudów zawierających elektronikę o dużej gęstości mocy.
W takich przypadkach sposób chłodzenia musi zapewniać niezawodność, stabilność temperatury i odporność na inne zabrudzenia, które mogłyby osłabić efektywność wymiany ciepła. Stąd często stosuje się radiatory z aluminium, naturalny przepływ powietrza oraz chłodzenie wodne, realizowane np. w obiegu grawitacyjnym lub w formie tzw. free-coolingu.
Analiza przypadku opublikowana przez J. Kim et al. (2024) wskazała, że wykorzystanie wentylacji naturalnej (wymuszonej wiatrem) może obniżyć temperaturę wewnątrz pomieszczeń nawet o 2,5°C, poprawiając komfort termiczny i zmniejszając potrzebę klimatyzacji (źródło).
Systemy tego typu są szczególnie korzystne w środowiskach, gdzie powstawanie nadmiaru ciepła jest przewidywalne i niezmienne – np. w serwerowniach, rozdzielniach elektrycznych czy laboratoriach. Zastosowanie chłodzenia pasywnego pozwala uniknąć kosztów związanych z eksploatacją agregatów chłodniczych, które generują wyższe koszty produkcji chłodu, a ich utrzymanie wymaga serwisowania i energii.
Ważnym aspektem jest też konserwacja. Nawet najlepsze systemy pasywne tracą swoją efektywność, gdy dojdzie do zatkania kanałów wentylacyjnych kurzem, zabrudzeniem radiatora czy nieprawidłowym przepływem powietrza. W takich przypadkach warto korzystać z usług serwisowych wyspecjalizowanych firm, takich jak M.A.S., które zapewniają kontrolę stanu technicznego systemów chłodzenia i ich długoterminową wydajność.W bardziej zaawansowanych zastosowaniach przemysłowych można również zastosować chłodnicze agregaty adsorpcyjne z naszej oferty – to urządzenia, które łączą zalety chłodzenia pasywnego i aktywnego, wykorzystując ciepło odpadowe do produkcji chłodu. Dzięki temu można obniżyć koszty eksploatacyjne urządzenia oraz zwiększyć udział pasywnych metod chłodzenia w ogólnym bilansie energetycznym zakładu.
Połączenie chłodzenia pasywnego z pompami ciepła
Jednym z najefektywniejszych sposobów wykorzystania chłodzenia pasywnego w praktyce jest jego integracja z pompami ciepła, które coraz częściej są projektowane z myślą o funkcji chłodzenia. W takim układzie w sezonie letnim pompa ciepła pracuje w trybie chłodzenia, a chłodna woda krąży w instalacji grzewczej (np. ogrzewaniu podłogowym), odbierając ciepło z wnętrza budynku i przekazując je do dolnego źródła ciepła – np. gruntowego wymiennika ciepła lub sond pionowych.
Ten proces pozwala na regenerację cieplną dolnego źródła, co ma istotne znaczenie dla pracy pompy ciepła w sezonie grzewczym. Zregenerowany grunt (czyli schłodzony latem) osiąga wyższą temperaturę na początku zimy, co przekłada się na wyższą sprawność pompy i obniżenie zużycia energii elektrycznej. Dodatkowo, część ciepła może zostać przekierowana do zbiorników na ciepłą wodę użytkową, gdzie jest dodatkowo podgrzewana. Badania producentów pomp ciepła (NIBE, Viessmann) pokazują, że zastosowanie systemu pasywnego chłodzenia i regeneracji dolnego źródła w lecie może przełożyć się na wzrost efektywności ogrzewania w sezonie zimowym (COP) o ok. 10–15%.
W praktyce oznacza to, że dobrze zaprojektowany system pasywnego chłodzenia nie tylko zmniejsza koszty chłodzenia domu latem, ale również poprawia efektywność ogrzewania zimą. Działa więc w sposób dwukierunkowy – wpływa pozytywnie na całoroczny bilans energetyczny budynku.
W naszej firmie oferujemy pompy ciepła i kompletne instalacje chłodzenia przemysłowego, które umożliwiają realizację takich zintegrowanych rozwiązań. Projektujemy je tak, aby działały w pełni automatycznie – przełączając się między trybem ogrzewania i chłodzenia w zależności od potrzeb użytkownika i parametrów zewnętrznych. To nie tylko oszczędność energii, ale także zwiększony komfort i trwałość całej instalacji.
Kiedy pasywne chłodzenie nie wystarcza – chłodzenie aktywne
Choć chłodzenie pasywne ma wiele zalet, są sytuacje, w których jego zastosowanie okazuje się niewystarczające. Dotyczy to zwłaszcza obiektów i procesów, gdzie dochodzi do powstawania znacznych zysków cieplnych – np. w halach produkcyjnych, serwerowniach czy centrach danych. W takich przypadkach niezbędne jest zastosowanie chłodzenia aktywnego, które pozwala precyzyjnie kontrolować temperaturę i błyskawicznie reagować na nagłe wzrosty obciążenia cieplnego.
Typowe systemy aktywne – takie jak chillery, klimatyzatory czy agregaty sprężarkowe – zapewniają wysoką moc chłodniczą, niezależną od warunków otoczenia, ale ich stosowanie wiąże się z wyższymi kosztami produkcji chłodu. Dlatego coraz częściej dąży się do optymalizacji: zastosowania chłodzenia aktywnego tylko wtedy, gdy rzeczywiście jest to konieczne, a w pozostałych okresach – przełączania instalacji w tryb pasywny lub półpasywny.
W naszej ofercie znajduje się szereg rozwiązań, które wspierają taką strategię. Przede wszystkim:
- Free-cooling – technologia wykorzystująca niższe temperatury powietrza zewnętrznego do chłodzenia medium roboczego bez angażowania agregatu chłodniczego,
- Systemy odzysku ciepła, które zmniejszają obciążenie układu chłodniczego przez ponowne wykorzystanie nadmiaru ciepła w procesach technologicznych lub do podgrzewania ciepłej wody użytkowej,
- Magazyny ciepła i chłodu, pozwalające na czasowe gromadzenie energii i jej rozdzielanie zgodnie z bieżącym zapotrzebowaniem,
- Chłodnicze agregaty adsorpcyjne, które generują chłód przy wykorzystaniu ciepła odpadowego – bez konieczności poboru dużej ilości prądu.
Dzięki tym technologiom jesteśmy w stanie projektować systemy, które łączą zalety chłodzenia aktywnego i pasywnego – optymalizując zużycie energii, obniżając koszty eksploatacji urządzenia i zwiększając wydajność całej instalacji.
Projektowanie i konserwacja systemów pasywnego chłodzenia
Skuteczność chłodzenia pasywnego zależy w dużej mierze od jakości projektu i poprawności wykonania instalacji. Nawet najlepsze komponenty nie zapewnią oczekiwanej efektywności, jeśli system zostanie źle zaplanowany – np. zbyt mały przepływ powietrza, błędna lokalizacja radiatorów, nieodpowiednie materiały czy brak przewidywania dla warunków eksploatacyjnych. Sposób chłodzenia musi być dobrany indywidualnie do specyfiki budynku lub maszyny, przy uwzględnieniu lokalnych warunków klimatycznych, rodzaju źródeł ciepła oraz oczekiwanej mocy chłodniczej.
Równie istotna jest eksploatacja i serwis. W systemach pasywnych szczególnie niebezpieczne są zabrudzenia takie jak kurz, osady czy tłuste wyziewy, które z czasem pokrywają powierzchnie odbierające ciepło. Taki osad ogranicza wymianę cieplną i prowadzi do wyraźnie wyższej temperatury pracy urządzenia, co może skutkować jego awarią lub obniżeniem wydajności.
W naszej firmie nie tylko projektujemy, ale również serwisujemy instalacje chłodzenia pasywnego. Oferujemy przeglądy techniczne, czyszczenie komponentów, diagnostykę przepływu powietrza i modernizacje systemów pod kątem poprawy energooszczędności. Korzystamy przy tym z doświadczeń naszego działu usług badawczo-rozwojowych, gdzie testujemy i udoskonalamy rozwiązania dla różnych sektorów przemysłu.
Jeśli pasywne chłodzenie ma działać niezawodnie przez lata – nie wystarczy sam zakup komponentów. Potrzebna jest wiedza, precyzja projektowa i regularne wsparcie techniczne. Tylko wtedy można liczyć na rzeczywiste obniżenie kosztów eksploatacyjnych urządzenia i długoterminową oszczędność energii.
Podsumowanie
Pasywne chłodzenie to dziś coś więcej niż alternatywa dla klasycznych metod – to kluczowy element nowoczesnego podejścia do zarządzania energią w budynkach i przemyśle. Właściwie zaprojektowane systemy tego typu pozwalają znacząco obniżyć zużycie energii elektrycznej, ograniczyć koszty chłodzenia domu i instalacji przemysłowych oraz poprawić ogólną wydajność urządzeń. Co więcej, mogą działać w pełnej synergii z pompami ciepła, wspierać regenerację cieplną dolnego źródła, a nawet zwiększać efektywność ogrzewania w sezonie zimowym.
Z doświadczenia wiemy, że największe korzyści płyną z podejścia systemowego – czyli łączenia chłodzenia pasywnego z rozwiązaniami takimi jak free-cooling, systemy odzysku ciepła, magazyny energii czy adsorpcyjne agregaty chłodnicze. Dzięki temu możliwe jest maksymalne wykorzystanie naturalnych źródeł chłodu i ciepła, przy minimalnym zużyciu zasobów.W M.A.S. specjalizujemy się w kompleksowym podejściu – od doradztwa technicznego, przez projekt, aż po serwis i rozwój istniejących systemów. Nasze rozwiązania są dostosowane do realnych potrzeb klientów, skalowalne i zoptymalizowane pod kątem całorocznego bilansu energetycznego. Chłodzenie pasywne nie jest już trendem – to świadoma decyzja o lepszej efektywności, niższych kosztach i trwałym komforcie użytkowania.
