Sezรณnna akumulรกcia tepla zniลพuje spotrebu energie
Pod pojmom sezรณnna akumulรกcia tepla si mรดลพeme predstaviลฅ sezรณnne uskladnenie tepelnej energie zo solรกrnych kolektorov vย obdobรญ sย vyลกลกou intenzitou slneฤnรฉho ลพiarenia (letnรฉ obdobie) aย minimรกlnou potrebou tepelnej energie na obdobie sย vyลกลกรญmi nรกrokmi na tepelnรบ energiu poฤas obdobia sย nรญzkou intenzitou slneฤnรฉho ลพiarenia (zimnรฉ obdobie).
ย Energetickรก bezpeฤnosลฅ krajรญn sa zakladรก na energetickej aย ekonomickej situรกcii medzi jednotlivรฝmi krajinami, ale najdรดleลพitejลกou รบlohou je zabezpeฤenie takรฝch zรกkladnรฝch รบloh, ako sรบ รบzemnรก celistvosลฅ, suverenita ลกtรกtu, bezpeฤnosลฅ obyvateฤพstva vย kaลพdej situรกcii aย podpora vedy aย vรฝskumu.Vย 70. aย 80. rokov 20. storoฤia sa svet dlho otriasal vo svetovรฝch energetickรฝch krรญzach, ktorรฉ vznikli vย dรดsledku prudkรฉho nรกrastu cien ropy aย inรฝch energetickรฝch surovรญn na svetovรฝch trhoch, ฤo prinieslo aj nรกrast cien za energiu. Vฤaka tรฝmto udalostiam sa hฤพadanie novรฝch energetickรฝch moลพnostรญ aย zaistenie energetickej bezpeฤnosti stalo prioritou mnohรฝch ลกtรกtov. Preto aย takisto vย dรดsledku globalizรกcie aย zvyลกujรบcich sa nรกrokov ฤพudstva na potrebu energie, sa zaฤali hฤพadaลฅ novรฉ technolรณgie ลกetriace surovinovรฉ zdroje aย energiu aย vznikali novรฉ รบvahy oย alternatรญvnych energetickรฝch zdrojoch prรญrodnรฉho charakteru, tzv. obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie.
Za jeden zย moลพnรฝch zdrojov energie sa pokladรก slneฤnรก energia, ktorej zdroj, slnko, mรก najvรคฤลกรญ energetickรฝ potenciรกl spomedzi vลกetkรฝch obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie. Na zem vyลพaruje za hodinu viac energie, neลพ je jej celoroฤnรก spotreba, aย pri dneลกnej intenzite ลพiarenia tento proces potrvรก eลกte vyลกe 4 miliardy rokov. Preto ho prรกvom povaลพujรบ za nevyฤerpateฤพnรฝ zdroj najฤistejลกej energie. Napriek tomu podiel solรกrnej energie vย ลกtruktรบre celkovej spotreby je vย sรบฤasnosti veฤพmi malรฝ. Hlavnou prรญฤinou je, ลพe rozdiel medzi obdobรญm sย najvรคฤลกou dostupnosลฅou aย obdobรญm sย najvรคฤลกou potrebou je pribliลพne 6 mesiacov. Tento nedostatok sa dรก odstrรกniลฅ len sezรณnnou akumulรกciou tepla.
ย
Sezรณnna akumulรกcia tepla
Slneฤnรก energia je zรกkladom takmer vลกetkรฝch prรญrodnรฝch procesov vrรกtane ฤพudskรฉho ลพivota. Intenzรญvnejลกie vyuลพรญvanie slneฤnej energie je nevyhnutnou podmienkouย zabezpeฤenia trvalo udrลพateฤพnรฉho zรกsobovania energiou, teda chrรกniลฅ naลกu planรฉtu aย zdravie budรบcich generรกciรญ.
Vย 80. rokoch minulรฉho storoฤia sa zaฤalo vย severskรฝch krajรญn sย vรฝskumom vyuลพรญvania slneฤnej energie poฤas celรฉho roka. Najฤastejลกรญm spรดsobom vyuลพitia tepla zย fototermรกlnej premeny vย solรกrnych kolektoroch predstavuje prรญprava teplej vody. Najvรคฤลกรญm spotrebiteฤพom tepelnej energie vย naลกich klimatickรฝch podmienkach vลกak predstavujรบ budovy, ktorรฉ treba poฤas zimnรฉho obdobia vykurovaลฅ aย vย letnom obdobรญ chladiลฅ. Vย dรดsledku tejto potreby sa zย energetickรฉho hฤพadiska zaฤalo uvaลพovaลฅ oย vyuลพitรญ slneฤnej energie na zรกsobovanie budov teplom aj vย zimnom obdobรญ, keฤ potreba tepla je najvรคฤลกia, aleย na strane druhej je intenzita slneฤnรฉho ลพiarenia najniลพลกia, zย hฤพadiska krytia tepelnรฝch strรกt budov takmer bezcennรก. Rieลกenie na aspoล ฤiastoฤnรฉ odstrรกnenie tohto problรฉmu naลกli prvรฝkrรกtย vย severskรฝch krajinรกch aplikรกciou princรญpu sezรณnnej akumulรกcie tepla.
Samotnรฉ systรฉmy so sezรณnnou akumulรกciou tepla sa zakladajรบ na pouลพitรญ solรกrnych kolektorov sย plochou niekoฤพko 100 ย aลพ niekoฤพko 1 000 m2ย aย veฤพkokapacitnej akumulaฤnej nรกยญdrลพe (sezรณnneho zรกsobnรญka) sย objemom niekoฤพko 100 aลพ niekoฤพko 1ย 000 m3 akumulaฤnej lรกtky. Mnoลพstvo zachytenรฝch solรกrnych ziskov zรกvisรญ od mnohรฝch faktorov, ako sรบ รบฤinnosลฅ solรกrnych kolektorov, spรดsob obehu mรฉdia, aย najmรค kvalitne navrhnutรฉ aย zrealizovanรฉ tepelnรฉ zรกsobnรญky.
Pri procese sezรณnnej akumulรกcie tepla vย letnom obdobรญ, vย obdobรญ sย maximรกlnym slneฤnรฝm ziskom, sa sezรณnne zรกsobnรญky takzvane nabรญjajรบ. Takto naakumulovanรฉ teplo sa poฤas roka pouลพije na prรญpravu teplej vody aย vย zimnom obdobรญ na podporu vykurovania. Vย dรดsledku spotreby tepla sa sezรณnny zรกsobnรญk takzvane vybรญja. Predpokladanรฝ ฤas vybitia zรกsobnรญka je tri aลพ ลกtyri mesiace.
ย
Sezรณnne zรกsobnรญky tepla
รlohou zรกsobnรญkov tepla je akumulรกcia tepla, vyrovnรกvanie teplotnรฝch rozdielov aย dosiahnutie ฤo najefektรญvnejลกieho vyuลพitia zachytenej energie. Samotnรฉ rozhodnutie oย tom, akรฝ typ zรกsobnรญka zvoliลฅ, vย znaฤnej miere zรกvisรญ od miestnych podmienok, objemu zรกsobnรญka, ako aj od geologickรฝch aย hydrogeologickรฝch podmienok vย podloลพรญ danej lokality.
Pri vรฝvoji novej generรกcie solรกrnych systรฉmov so sezรณnnou akumulรกciou tepla poฤรญtame sย preferovanรญm teplovodnรฝch zรกsobnรญkov, lebo majรบ najvรคฤลกiu akumulaฤnรบ kapacitu. Pri akumulรกcii tepla vย teplovodnรฝch zรกsobnรญkoch sa akumuluje citeฤพnรฉ teplo, ktorรก je najvyuลพรญvanejลกรญm spรดsobom akumulรกcie tepla. Najdรดleลพitejลกou vlastnosลฅou pracovnej lรกtky je tepelnรก kapacita, ktorej hodnota by mala byลฅ ฤo najvรคฤลกia aย sรบฤasne by nรกklady na pracovnรบ lรกtku mali byลฅ ฤo najniลพลกie. Najvhodnejลกรญm materiรกlom je voda, ktorej tepelnรก kapacita predstavuje hodnotu 4,187 kJ/(kg . K). Inรฝmi pracovnรฝmi lรกtkami mรดลพu byลฅ kamenivo aย inรฉ pevnรฉ lรกtky, ktorรฉ vลกak majรบ omnoho niลพลกiu tepelnรบ kapacitu. Vรฝhodou tรฝchto teplovodnรฝch zรกsobnรญkov je nรญzka cena, nevรฝhodou je veฤพkรฝ objem akumulรกtora aย jeho pomerne rรฝchle vybรญjanie.
Akumulรกcia mรดลพe prebiehaลฅ aj ako akumulรกcia latentnรฉho tepla, kde sa vyuลพรญva fรกzovรก premena lรกtok, pri ktorej sa menia niektorรฉ vlastnosti. Najvhodnejลกia je fรกzovรก premena medzi kvapalinou aย pevnou lรกtkou. Vรฝhodou je konลกtantnรก teplota aย menลกรญ objem, nevรฝhodou je vysokรก cena pracovnej lรกtky.
Najvhodnejลกรญm rieลกenรญm pri vรฝbere zรกsobnรญka tepla je pouลพitie stratifikaฤnรฉho zรกsobnรญka, ktorรฝ pracuje na podobnom princรญpe ako verejnosti dobre znรกme krรกtkodobรฉ zรกsobnรญky tepla (bojlery). Tieto zรกsobnรญky vyuลพรญvajรบ princรญp teplotnej stratifikรกcie, t.ย j. teplotnรฉho vrstvenia vody vย zรกsobnรญku tepla, ktorรก vznikรก vplyvom rรดznych hustรดt rรดznych teplรดt vody (obr. 1 aย 2). Maximรกlna teplota vody vย zรกsobnรญku je 90 ยฐC. Tรกto teplota sa vลกak vplyvom neustรกleho odoberania tepelnej energie menรญ, vย dรดsledku ฤoho sa zรกsobnรญk postupne vybรญja.
Obr. 1ย Zรกvislosลฅ hustoty vody od teploty
Obr. 2ย Teplotnรก stratifikรกcia vody vย teplovodnom zรกsobnรญku
Za najdรดleลพitejลกiu vlastnosลฅ sezรณnneho zรกsobnรญka sa povaลพuje schopnosลฅ udrลพaลฅ teplo ฤo najdlhลกie aย sย ฤo najniลพลกรญmi tepelnรฝmi stratami do okolia. Postupom ฤasu sa vyvinuli rรดzne novรฉ technolรณgie aย materiรกly pouลพรญvanรฉ na vรฝstavbu sezรณnnych zรกsobnรญkov (tab.).
Sezรณnna akumulรกcia tepla aย vykurovanie
Najvรคฤลกรญ pokrok vo vykurovanรญ pomocou solรกrnej energie dosiahli vย severnรฝch krajinรกch, kde sa na jednej strane obdobie zimy vyznaฤuje krรกtkym ฤasom slneฤnรฉho ลพiarenia, priฤom slnko je veฤพmi nรญzko, aย na druhej strane studenรฝmi klimatickรฝmi podmienkami aย vysokou potrebou tepla. Vย tรฝchto regiรณnoch sa na vykurovanie budov vynakladรก znaฤne vysokรฝ podiel spotreby energie. Vย niektorรฝch krajinรกch predstavuje tento podiel aลพ 50 percent zย celkovej spotreby energie. Vzhฤพadom naย vysokรบ potrebu energie na vykurovanie aย nรญzku intenzitu slneฤnรฉho ลพiarenia sa solรกrne systรฉmy sย podporou vykurovania budov dostรกvajรบ do istรฝch principiรกlnych ลฅaลพkostรญ. Prรกve tieto problรฉmy vลกak mรดลพu pomรดcลฅ vyrieลกiลฅ sezรณnne zรกsobnรญky tepla (dlhodobรฉ zรกsobnรญky tepla).
Systรฉmy sย diaฤพkovรฝm vykurovanรญm sย vyuลพiยญtรญm solรกrneho systรฉmu sa vย zahraniฤรญ vyuลพรญvajรบ pri podpore vykurovania objektov sย najmenej 100 bytovรฝmi jednotkami. Vย pilotnรฝch projektoch vย Nemecku dosahuje podiel solรกrnej energie aลพ 40 aลพ 60 percent zย celkovej potreby tepla na vykurovanie aย prรญpravu teplej vody.
ย
Zรกver
Jednรฝm zย cieฤพov vรฝstavby sezรณnnych zรกsobnรญkov tepla je myลกlienka trvalej udrลพateฤพnosti, ktorou by sa vย znaฤnej miere prispelo kย znรญลพeniu spotreby fosรญlnych palรญv. Nevรฝhodou systรฉmov so sezรณnnou akumulรกciou tepla sรบ vลกak vysokรฉ investiฤnรฉ nรกklady, ktorรฉ zahลลajรบ nรกklady na vรฝstavbu zรกsobnรญka aย kรบpu solรกrnych kolektorov.
Potrebnรฉ sรบ vลกak aj finanฤnรฉ prostriedky na samotnรฝ vรฝskum vย podloลพรญ, urฤenie hladiny aย smeru prรบdenia spodnรฝch vรดd. Vzhฤพadom na vysokรฉ nรกklady je momentรกlne tรฉma sezรณnnej akumulรกcie na Slovensku nepravdepodobnรก.
ย
TEXT: Ing. Emese ล ivรกkovรก, doc. Ing. Ladislav Bรถszรถrmรฉnyi, PhD.
FOTO: TUKE, Energetickรฉ centrum Bratislava
Ing. Emese ล ivรกkovรก a doc. Ing. Ladislav Bรถszรถrmรฉnyi, PhD., pรดsobia vย รstave pozemnรฉho staviteฤพstva Stavebnej fakulty Technickej univerzite vย Koลกiciach.
ย
Tento prรญspevok vznikol vฤaka podpore vย rรกmci operaฤnรฉho programu Vรฝskum aย vรฝvoj pre projekt Centrum vรฝskumu รบฤinnosti integrรกcie kombinovanรฝch systรฉmov obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie, ย kรณd ITMS: 26220220064, spolufinancovanรฝ zo zdrojov Eurรณpskeho fondu regionรกlneho rozvoja.
Literatรบra
1ย ย ย Bรถszรถrmรฉnyi, L. โ Bรถszรถrmรฉnyi, L.: Vรฝznam obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie vย zรกsobovanรญ budov teplom. www.tzbportal.sk, 2011.
2ย ย ย ล ivรกkovรก, E.: Integrรกcia tepelnรฉho ฤerpadla do solรกrnej sรบstavy so sezรณnnou akumulรกciou tepla. Prรกca naย vykonanie dizertaฤnej skรบลกky. Koลกice: TU, 2011.
3ย ย ย Schmidt, T. โ Mangold, D. โ Mรผller-Steinhagen, H.: Seasonal thermal energy storage in Germany. Gรถteborg, 2003.
4ย ย ย Vancรกk, I. โ Tauลก, P.: Sezรณnne uskladnenie solรกrneho tepla pre vzduchovรฉ vykurovacie systรฉmy. In: Techcon, ฤ. 8, 2004.
5ย ย ย Schmidt, T. โ Benner, M., Heideman, W. โ Mรผller-
-Steinhagen, H.: Saisonale Wรคrmespeicher โ aktuelle Speichertechnologien und Entwicklungen bei Heiรwasser-Wรคrmespeichern). www.itw-uni-stuttgart.de.
6ย ย ย Mangold, D. โ Riegger, M. โ Schmidt, T.: Solare Nahwรคrme und Langzeit-Wรคrmespeicher. Mรผnchen, 2007.
7ย ย ย ล ivรกkovรก, E.: Matematickรฝ opis teplotnej stratifikรกcie vody vย zรกsobnรญku tepla. Koลกice: TU, 2012.
8ย ย ย ล ivรกkovรก, E.: Akumulรกcia tepla do podzemnรฝch zรกsobnรญkov. In: Poruchy aย obnova obalovรฝch konลกtrukciรญ budov. Konferencia, Vysokรฉ Tatry, Podbanskรฉ, 2012.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZBย HAUSTECHNIK.