Ako najlepลกie vybraลฅ zdroj tepla na bรกze obnoviteฤพnรฝch zdrojov
Ktorรฉ zdroje tepla na bรกze obnoviteฤพnej energie moลพno pouลพiลฅ samostatne a pri ktorรฝch je potrebnรก ich kombinรกcia s inรฝmi primรกrnymi zdrojmi? Zรกkladnรฝm cieฤพom energetickej politiky Eurรณpskej รบnie je ochrana ลพivotnรฉho prostredia, a to, okrem inรฉho, prostrednรญctvom zniลพovania tvorby sklenรญkovรฝch plynov.
Tradiฤnรฉ zdroje tepla na fosรญlne palivรก pomaly dosluhujรบ a postupne sa vymieลajรบ za modernรฉ zdroje tepla na uลกฤพachtilรฉ palivรก s lepลกรญm vyuลพitรญm energie obsiahnutej v plynnom a tuhom palive alebo za zdroje tepla s obnoviteฤพnou energiou, prรญpadne ich kombinรกciou.
Pri vรฝrobe tepelnej energie sa preto v ฤoraz ลกirลกom meradle pristupuje k uplatneniu obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie. Rozhodujรบcim faktorom ovplyvลujรบcim voฤพbu obnoviteฤพnรฉho zdroja energie ako zdroja tepla sรบ podstatne niลพลกie nรกklady na jeho prevรกdzku v porovnanรญ so zdrojmi tepla na tradiฤnรฉ plynnรฉ, tuhรฉ ฤi kvapalnรฉ palivรก.
Naproti tomu investiฤnรฉ nรกklady na zriadenie obnoviteฤพnรฉho zdroja tepla prevyลกujรบ investiฤnรฉ nรกklady pre tradiฤnรฉ zdroje tepla. Preto je dรดleลพitรฉ pri voฤพbe obnoviteฤพnรฉho zdroja tepla zosรบladiลฅ prevรกdzku sรบstavy ako celku a vybraลฅ typ zdroja obnoviteฤพnej energie, ktorรฝ je pre konkrรฉtny prรญpad najvhodnejลกรญ.
Z hฤพadiska riadenia vรฝroby tepla je dรดleลพitรฉ vedieลฅ, ฤi ide o jednozdrojovรฉ alebo o viaczdrojovรฉ zariadenie, keฤลพe viaczdrojovรฉ zariadenia mรดลพu pracovaลฅ s rovnakou alebo s rozdielnou primรกrnou energiou. Dรดleลพitรบ รบlohu pri zdrojoch tepla s rozdielnou primรกrnou
Vykurovanie a zรกsobovanie energiou Optimalizรกcia vรฝberu zdroja tepla na bรกze obnoviteฤพnรฝch zdrojov Ktorรฉ zdroje tepla na bรกze obnoviteฤพnej energie moลพno pouลพiลฅ samostatne a pri ktorรฝch je potrebnรก ich kombinรกcia s inรฝmi primรกrnymi zdrojmi? energiou vykonรกva riadiaci systรฉm zdroja tepla, ktorรฉho รบlohou je v maximรกlnej miere vyuลพiลฅ potenciรกl obnoviteฤพnej energie s minimรก
Systรฉmy s obnoviteฤพnรฝmi zdrojmi energie
Systรฉm vykurovania sa skladรก z troch komponentov: z vรฝroby tepla, distribรบcie tepla a odovzdania tepla. Ak mรก byลฅ vykurovacรญ systรฉm energeticky efektรญvny, je potrebnรฉ si uvedomiลฅ, ako รบzko tieto komponenty spolu sรบvisia a zรกroveล sa navzรกjom pri prevรกdzke ovplyvลujรบ.
K zdroju tepla s nรญzkou vรฝstupnou teplotou vykurovacej vody je potrebnรฉ priradiลฅ nรญzkoteplotnรบ distribuฤnรบ a odovzdรกvaciu sรบstavu, aby sa neznehodnotila energetickรก efektรญvnosลฅ sรบstavy ako celku. V opaฤnom prรญpade je potrebnรฉ nรญzkoteplotnรฝ zdroj kombinovaลฅ s inรฝm zdrojom tepla schopnรฝm vyrobiลฅ vyลกลกiu teplotu vykurovacej vody.
Potom je potrebnรฉ jednoznaฤne charakterizovaลฅ prevรกdzku takรฉhoto kombinovanรฉho zdroja tepla a zvoliลฅ vhodnรฝ riadiaci systรฉm. Pred vรฝberom obnoviteฤพnรฉho zdroja energie je potrebnรฉ zvรกลพiลฅ, ktorรฝ z dostupnรฝch obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie je vhodnรฝ pre danรฝ systรฉm vykurovania.
Na voฤพbu konkrรฉtneho typu obnoviteฤพnรฉho zdroja energie vplรฝva viacero faktorov:
- dostupnosลฅ obnoviteฤพnej energie
- vonkajลกie klimatickรฉ podmienky
- fyzikรกlne parametre vykurovacej sรบstavy
- veฤพkosลฅ budovy a jej tepelnotechnickรฉ vlastnosti.
Najฤastejลกie vyuลพรญvanรฝmi obnoviteฤพnรฝmi energiami a obnoviteฤพnรฝmi zdrojmi energie sรบ:
- energia zo slnka โ solรกrne kolektory,
- energia zo vzduchu, z vody a pรดdy โ tepelnรฉ ฤerpadlรก,
- energia z rastlรญn โ zdroje tepla na biomasu.
Kaลพdรก z tรฝchto obnoviteฤพnรฝch energiรญ je charakterizovanรก podmienkami, ktorรฉ vymedzujรบ ich aplikรกciu v zmysle tzv. monovalentnรฉho zdroja tepla pre vykurovacรญ systรฉm. Na zabezpeฤenie poลพadovanรฝch fyzikรกlnych parametrov vykurovacej sรบstavy je niekedy vhodnejลกia buฤ ich vzรกjomnรก kombinรกcia, alebo ich kombinรกcia so zdrojom tepla na uลกฤพachtilรฉ palivรก.
Systรฉmy s vรฝrobou tepelnej energie so zdrojom s jednรฝm druhom primรกrnej energie sa nazรฝvajรบ monovalentnรฉ systรฉmy
Monovalentnรฝ systรฉm โ solรกrny kolektor
Vyuลพitie slneฤnej energie ako obnoviteฤพnej energie v solรกrnych kolektoroch sa javรญ ako jedno z najjednoduchลกรญch a najlacnejลกรญch moลพnostรญ vรฝroby tepla. Pritom vรฝroba tepelnej energie solรกrnymi kolektormi patrรญ k najkomplikovanejลกรญm a najnestabilnejลกรญm spรดsobom.
Je to tรฝm, ลพe slneฤnรฉ ลพiarenie je premenlivรฉ nielen poฤas celรฉho obdobia vyuลพรญvania, ale uลพ v priebehu jednรฉho dลa. Solรกrnym kolektorom moลพno v zimnom obdobรญ pripraviลฅ vykurovaciu vodu s teplotou pribliลพne do 30 ยฐC, v letnom obdobรญ mimo tropickรฝch dnรญ do 50 ยฐC.
Vzhฤพadom na to, ลพe norma poลพaduje teplotu teplej vody 60 ยฐC, uvedenรฉ hodnoty nie sรบ postaฤujรบce na prรญpravu teplej vody. Vykurovanie budovy zase prebieha v obdobรญ, keฤ vรฝstupnรก teplota vykurovacej vody z kolektora nie je dostatoฤnรก ani pre nรญzkoteplotnรฉ sรกlavรฉ teplovodnรฉ vykurovanie.
Solรกrne kolektory tak nemoลพno uplatniลฅ ako monovalentnรฝ systรฉm (obr. 1). Vลพdy je potrebnรฉ doplniลฅ ich o zdroj tepla s inรฝm druhom energetickeho nosica.
Monovalentnรฝ systรฉm โ zdroj tepla na biomasu
Zdroje tepla na biomasu sa v sรบฤasnosti stali veฤพmi vyhฤพadรกvanรฝmi zdrojmi. ล peciรกl tepla najmรค pri budovรกch s nรญzkou potrebou tepla, akรฝmi sรบ rodinnรฉ domy. Biomasa ako palivo je na Slovensku relatรญvne dostupnรก vo forme drevnej ลกtiepky, kusovรฉho dreva alebo peliet.
Vรฝhodou tohto zdroja tepla na biomasu je, ลพe dokรกลพe vyrobiลฅ vykurovaciu vodu s vyลกลกou teplotou. Preto je vhodnรฝm zdrojom tepla aj pre starลกie neobnovenรฉ budovy s pรดvodnou vykurovacou sรบstavou s vyลกลกรญm teplotnรฝm spรกdom, kde je potrebnรก vรฝmena pรดvodnรฉho zdroja tepla v dรดsledku jeho opotrebovanosti.
Ich nรกvrh je v podstate podobnรฝ ako nรกvrh zdroja tepla na plynnรฉ palivo. ฤo je dรดleลพitรฉ si pri tomto zdroji uvedomiลฅ, predovลกetkรฝm pri zdrojoch na kusovรฉ drevo alebo drevnรบ ลกtiepku, je nรญzky komfort pri jeho prevรกdzke v porovnanรญ s ostatnรฝmi zdrojmi tepla. Tento diskomfort sa tรฝka plnenia zdroja palivom a odstraลovania popola ako produktu vznikajรบceho pri vรฝrobe tepla.
Kvalitu spaฤพovania ovplyvลuje vlhkosลฅ paliva, ฤo sprรญsลuje kritรฉriรก na uskladnenie paliva. Obtiaลพnejลกie je pri tomto palive aj prispรดsobenie vรฝkonu zdroja tepla znรญลพenej potrebe tepla, preto jeho efektรญvna prevรกdzka vyลพaduje pouลพitie akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka. Zdroj tepla na biomasu je vลกak moลพnรฉ uplatniลฅ ako monovalentnรฝ systรฉm (obr. 2) pre menลกie, ale aj pre vรคฤลกie budovy.
Monovalentnรฝ systรฉm โ tepelnรฉ ฤerpadlo
Tepelnรฉ ฤerpadlรก sรบ zdroje tepla, ktorรฉ vyuลพรญvajรบ energiu zรญskanรบ zo vzduchu, z vody alebo z pรดdy. Oproti solรกrnym kolektorom je vรฝroba tepelnej energie stabilnejลกia, tento nรกvrh je preto jednoduchลกรญ. Zdroj primรกrnej energie mรก totiลพ stabilnejลกie โ menej premenlivรฉ vstupnรฉ parametre.
Tepelnรฉ ฤerpadlรก zem-voda a voda-voda moลพno navrhnรบลฅ pri sรบstavรกch s nรญzkou teplotou vykurovacej vody ako monovalentnรฝ systรฉm (obr. 3), keฤลพe teplota pรดdy aj vody je v zime v podstate konลกtantnรก. Pri tepelnรฝch ฤerpadlรกch typu vzduch-voda mรก zdroj energetickรฉho nosiฤa (vonkajลกรญ vzduch) premenlivรบ hodnotu.
Pri nich je potrebnรฉ urฤiลฅ bod bivalencie, keฤ sa do systรฉmu zaraฤuje bivalentnรฝ zdroj energie (obr. 4). Na zรกklade bivalentnรฉho bodu sa urฤuje, koฤพko tepelnej energie sa vyrobรญ tepelnรฝm ฤerpadlom a koฤพko bivalentnรฝm zdrojom tepla.
Podฤพa DIN-EN 12 831 sa odporรบฤa voliลฅ bivalentnรฝ bod:
- pri vonkajลกej vรฝpoฤtovej teplote bivalentnรฉho bodu โ4 aลพ โ7 ยฐC,
- pri vonkajลกej vรฝpoฤtovej teplote โ16 aลพ โ12 ยฐC sa odporรบฤa teplota bivalentnรฉho bodu โ3 aลพ โ6 ยฐC,
- pri vonkajลกej vรฝpoฤtovej teplote โ10 ยฐC sa odporรบฤa teplota bivalentnรฉho bodu โ2 aลพ โ5 ยฐC.
Ak sa nachรกdza zdroj tepla v Bratislave, kde je vonkajลกia vรฝpoฤtovรก teplota โ11 ยฐC, teplota bivalentnรฉho bodu je โ5 ยฐC. V tomto prรญpade pre rodinnรฝ dom s potrebnรฝm tepelnรฝm vรฝkonom 10 kW pokryje tepelnรฉ ฤerpadlo vzduch-voda vรฝkon 8 kW a zvyลกnรฉ 2 kW je potrebnรฉ doplniลฅ inรฝm zdrojom energie.
Tepelnรฉ ฤerpadlรก s malรฝm vรฝkonom (do 30 kW) sรบ vybavenรฉ elektrickou ลกpirรกlou s chรฝbajรบcim doplnkovรฝm vรฝkonom. Takรฉto tepelnรฉ ฤerpadlรก sa teda navrhujรบ ako monovalentnรฉ systรฉmy. Pri bytovom dome s potrebnรฝm tepelnรฝm vรฝkonom 440 kW pokryje tepelnรฉ ฤerpadlo vzduch-voda vรฝkon 355 kW a zvyลกnรฝch 85 kW je potrebnรฉ doplniลฅ inรฝm bivalentnรฝm zdrojom energie.
Ak sa do systรฉmu vykurovania pridรก zdroj tepla s ฤalลกรญm inรฝm druhom energetickรฉho nosiฤa, systรฉm sa stรกva bivalentnรฝm alebo viacvalentnรฝm.Obnoviteฤพnรฉ zdroje energie, ktorรฉ zabezpeฤujรบ pokrytie vyลกลกรญch potrieb tepelnej energie, moลพno prevรกdzkovaลฅ ako bivalentnรฉ alebo viacvalentnรฉ systรฉmy. Pri tรฝchto systรฉmoch vznikรก otรกzka, ako zabezpeฤiลฅ optimรกlnu prevรกdzku zdroja tepla, ako aj celรฉho vykurovacieho systรฉmu.
Bivalentnรฝ systรฉm โ solรกrny kolektor a plynovรฝ kotol
Veฤพmi ฤasto navrhovanรก kombinรกcia bivalentnรฉho systรฉmu je zapojenie solรกrnych kolektorov v kombinรกcii s plynovรฝm kotlom. Hlavnรฝm zdrojom energie je v tomto prรญpade solรกrny kolektor, ktorรฝ mรดลพe slรบลพiลฅ iba na prรญpravu teplej vody alebo aj ako podpora vykurovania.
Plynovรฝ kotol je ลกpiฤkovรฝm doplnkovรฝm zdrojom tepla (obr. 5). Riadenie prevรกdzky prebieha prostrednรญctvom snรญmaฤov teplรดt. Prรญprava teplej vody v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi sa uskutoฤลuje primรกrne zo solรกrneho kolektora zapรญnanรญm ฤerpadla ฤ1.
ฤerpadlo ฤ1 je riadenรฉ signรกlom zo snรญmaฤov T1, T2 a T4. Ovlรกdanรญm trojcestnรฉho prepรญnacieho ventilu TRV1 prebieha prednostne prรญprava teplej vody v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi, prรญpadne na zรกklade snรญmaฤa T3 sa uskutoฤnรญ predohrev vody na vykurovanie v akumulaฤnom zรกsobnรญku ako podpora vykurovania.
Dohrev teplej vody v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi je realizovanรฝ pomocou ฤerpadla ฤ2 a zapรญnanรญm plynovรฉho kotla. Trojcestnรฝ prepรญnacรญ ventil TRV2 riadi vyuลพitie teploty vody v akumulaฤnom zรกsobnรญku na podporu vykurovania (predohrev vody vstupujรบcej do kotla) a je ovlรกdanรฝ snรญmaฤmi T5 a T6.
Trojcestnรฝ regulaฤnรฝ ventil TRV3 slรบลพi na ekvitermickรบ regulรกciu teploty vykurovacej vody a je riadenรฝ snรญmaฤmi T8 a T9. Regulaฤnรฝ ventil s termostatom RVT strรกลพi maximรกlnu teplotu teplej vody v sanitรกrnej sรบstave.
Bivalentnรฝ systรฉm โ solรกrny kolektor a kotol na biomasu
V oblastiach s vรฝskytom biomasy sa ฤasto pouลพรญva kombinรกcia obnoviteฤพnรฝch zdrojov tepla โ solรกrneho kolektoru a kotla na biomasu. Schรฉma zapojenia tรฝchto dvoch zdrojov energie je na obr. 6. Solรกrny kolektor sa vyuลพรญva ako hlavnรฝ zdroj tepla na prรญpravu teplej vody a kotol na biomasu sa vyuลพรญva ako zdroj tepla na vykurovanie a taktieลพ ako doplnkovรฝ zdroj na dohrev teplej vody.
Prรญprava teplej vody solรกrnym kolektorom je riadenรก snรญmaฤmi T1, T2 a T3 zapรญnanรญm ฤerpadla ฤ1. V prรญpade nedosiahnutia poลพadovanej teploty v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi sa zapรญna ฤerpadlo ฤ2 a dohrev teplej vody sa uskutoฤลuje z akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka vyhrievanรฉho kotlom na biomasu.
Kotol na biomasu pracuje efektรญvnejลกie, ak je ฤo najdlhลกie v prevรกdzke a nie v cyklickom reลพime zap./vyp. Akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk v systรฉme slรบลพi aj na predฤบลพenie prevรกdzky kotla. Nabรญjanie akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka je pomocou ฤerpadla ฤ3 riadenรฉho od ลกpeciรกl snรญmaฤov teploty T4 a T5. Pre kotol na biomasu je potrebnรฉ pouลพitie ochrany proti nรญzkoteplotnej korรณzii, ฤo zabezpeฤuje trojcestnรฝ ventil TRV1.
Bivalentnรฝ systรฉm โ solรกrny kolektor a tepelnรฉ ฤerpadlo
Vzhฤพadom na nenรกroฤnรฉ poลพiadavky na priestorovรฉ usporiadanie, ale aj na komfort obsluhy je vhodnรฝm obnoviteฤพnรฝm zdrojom energie tepelnรฉ ฤerpadlo, predovลกetkรฝm typ vzduch-voda. Schรฉma zapojenia v spoluprรกci so solรกrnym kolektorom je na obr. 7.
Hlavnรฝm zdrojom energie je slneฤnรก energia, ktorรบ vyuลพรญva solรกrny kolektor na ohrev vody v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi a nรกsledne na podporu vykurovania. Princรญp funkcie je opรญsanรฝ pri obr. 5. Tepelnรฉ ฤerpadlo slรบลพi ako doplnkovรฝ zdroj energie na ohrev vody v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi aj na nabรญjanie akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka na vykurovanie.
Funkcia akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka aj v tomto prรญpade spฤบลa podobnรบ รบlohu ako pri zdroji tepla na biomasu, t. j. predlลพuje ฤas zapnutia a vypnutia tepelnรฉho ฤerpadla, aby pracovalo ฤo najefektรญvnejลกie. Riadenie dobรญjania zรกsobnรญkovรฉho ohrievaฤa alebo akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka teplej vody sa realizuje ฤerpadlom ฤ2 a trojcestnรฝm ventilom TRV2.
Viacvalentnรฝ zdroj tepla โ solรกrny kolektor, tepelnรฉ ฤerpadlo a plynovรฝ kotol
V oblastiach s extrรฉmne nรญzkou teplotou vonkajลกieho vzduchu nestaฤรญ ako zdroj tepla len obnoviteฤพnรฝ zdroj energie. Tento ลกpiฤkovรฝ zdroj tepla je potrebnรฉ doplniลฅ o zdroj nezรกvislรฝ od klimatickรฝch podmienok. Takรฝmto zdrojom tepla mรดลพe byลฅ plynovรฝ kotol alebo elektrickรฝ kotol (obr. 8).
รlohou riadenia je vyลพitie slneฤnej energie v maximรกlnej miere na ohrev vody v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi, ako aj na podporu vykurovania prostrednรญctvom akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka. V poradรญ druhรฝm zdrojom energie je tepelnรฉ ฤerpadlo. Dohrev teplej vody v zรกsobnรญkovom ohrievaฤi je rieลกenรฝ zapรญnanรญm ฤerpadla ฤ2. Prepรญnanรญm trojcestnรฉho ventilu TRV2 je riadenรฉ dobรญjanie z akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka alebo priamo z plynovรฉho kotla.
Vykurovanie prebieha z akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka ohrievanรฉho prostrednรญctvom solรกrneho kolektoru ako hlavnรฉho zdroja energie a tepelnรฉho ฤerpadla ako druhรฉho zdroja tepla. ล piฤkovรฝ zdroj tepla โ plynovรฝ kotol, sa do okruhu vykurovania pripรกja ako poslednรฝ.
Na zรกver
Energetickรก politika Eurรณpskej รบnie diktuje na Slovensku trendy vo vรฝrobe tepla. Projektanti a prevรกdzkovatelia zdrojov tepla ฤoraz viac uplatลujรบ zdroje tepla na bรกze obnoviteฤพnej energie. V rozsiahlejลกรญch budovรกch s rozliฤnรฝmi odbermi tepelnej energie je vhodnรก kombinรกcia obnoviteฤพnรฝch zdrojov s odliลกnรฝmi zdrojmi.
Vlastnosti systรฉmu a vstupnรฉ faktory primรกrnej energie rozhodujรบ o poradรญ pripรกjania zdroja tepla na systรฉm, aby bola vรฝroba tepelnej energie ฤo najefektรญvnejลกia. Prรกca bola podporenรก Ministerstvom ลกkolstva, vedy, vรฝskumu a ลกportu SR prostrednรญctvom grantu VEGA 1/0303/21.
Autorka pรดsobรญ na Katedre TZB, Stavebnรก fakulta STU Bratislava
ฤlรกnok bol publikovanรฝ v ฤasopise Sprรกva budov 03/2021.
Literatรบra:
- 1. Kurฤovรก, M. โ Ehernwald, P.: Regulรกcia kotlov na biomasu. In: 17. medzinรกrodnรก konferencia Vykurovanie 2009. Tatranskรฉ Matliare, 2009, s. 369 โ 372.
- 2. Kurฤovรก, M. โ Ehrenwald, P.: Ako mรดลพe sรบฤasnรก regulaฤnรก technika prispieลฅ k optimalizรกcii vykurovania? In: 18. medzinรกrodnรก konferencia Vykurovanie 2010. ฤฝubovnianske kรบpele, 2010, s. 401 โ 404.
- 3. Kurฤovรก, M. โ Ehrenwald, P.: Regulรกcia vykurovacรญch sรบstav s tepelnรฝm ฤerpadlom. In: 19. medzinรกrodnรก konferencia Vykurovanie 2011. ฤฝubovnianske kรบpele, 2011, s. 437 โ 441.
- 4. STN EN 15 450 Vykurovacie systรฉmy v budovรกch. Navrhovanie vykurovacรญch systรฉmov s tepelnรฝmi ฤerpadlami (2007).
- 5. Podklady pre projektantov fi riem Buderus, Viessmann, Brilon.