ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA. Katedra výkonových elektrotechnických systémov. Bakalárska práca

Transcript

1 ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA Katedra výkonových elektrotechnických systémov Bakalárska práca Textová časť 2009 Michal Hrabek

2 ZÁVEREČNÁ BAKALÁRSKA PRÁCA Názov práce: Štúdia ročných nákladov na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody pre domácnosť. Fakulta: Elektrotechnická Katedra výkonových elektrotechnických systémov Priezvisko a meno: Hrabek Michal rok: 2009 Počet strán: 33 Počet obrázkov:20 Počet tabuliek: 1 Počet grafov: 0 Počet príloh: 0 Použitá lit.: 30 Kľúčové slová: Štúdia ročných nákladov na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody pre domácnosť. Anotácia: Táto bakalárska práca poskytuje štúdia ročných nákladov na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody pre domácnosť. Taktiež poskytuje porovnanie energetických zdrojov a návrh viaczdrojového vykurovania rodinných domov. Poskytuje prehľad modernými a ekologickými spôsoby vykurovania rodinných domov. Anotácia v anglickom jazyku: This Bachelor thesis presents a years study of expences for heating and preparation of warm utility water for housholds. Moreover, it presents a comparison of energetic machines and a proposal of multisource heatings for housholds. It gives an overview of modern and ecological ways of heatings. Vedúci bakalárskej práce: Doc. Ing. Milan Pospíšil, PhD Školiteľ: Doc. Ing. Milan Pospíšil, PhD Oponent: Dátum odovzdania práce :

3 ČESTNÉ PREHLÁSENIE Prehlasujem, že som danú bakalársku prácu vypracoval samostatne, pod odborným vedením vedúceho bakalárskej práce Doc. Ing. Milana Pospíšila, PhD a konzultanta Doc. Ing. Milana Pospíšila, PhD a používal som len literatúru uvedenú v práci. Súhlasím so zapožičiavaním bakalárskej práce. V Žiline, dňa Podpis študenta

4 OBSAH 1 ÚVOD Výpočet energie pre vykurovanie a ohrev teplej úžitkovej vody v rodinnom dome Rozdelenie rodinných domov Štandardný rodinný dom Energetický úsporný dom Nízkoenergetický dom Energeticky pasívny dom Nulový dom Výpočet celkovej ročnej spotreby energie na vykurovanie a ohrev teplej úžitkovej vody v rodinnom dome Výpočet potrebného výkonu kotla pre rodinný dom Výpočet energie pre vykurovanie rodinného domu Výpočet energie pre ohrev TÚV Porovnanie zdrojov energie pre domácnosť Zemný plyn Kusové drevo Uhlie Biomasa Drevené brikety Drevené pelety Energetická štiepka Elektrická energia Porovnanie zdrojov energie Návrh viaczdrojového vykúrovania v domácnosti Nízkoteplotné systémy Podlahové kúrenie Stenové vykurovanie Kombinované kotle na splyňovanie dreva, peliet, zemného plynu...28

5 5 Moderné a ekologické spôsoby vykurovania rodinného domu Solárne diódové okná Infravykúrovanie Tepelné čerpadlá Solárne kolektory Kotly na biomasu Kotly s prehorievaním dreva Kotly so spodným horením dreva Kotly so splyňovaním dreva Záver...40 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY

6 ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK A SYMBOLOV a potreba vody na jedného obyvateľa b počet obyvateľov c vo d n Q c Q macx Q r,vyk Q tuv T t e t epr t i t SV TÚV U W x merná tepelná kapacita vody počet vykurovacích dní počas roka počet dní ohrevu teplej vody Celková spotreba energie celková tepelná strata objektu ročná spotreba tepla (energie) na vykurovanie ročný odber tepla počet hodín prevádzky systému je najnižšia výpočtová teplota priemerná teplota vzduchu vo vykurovacom období je priemerná teplota vzduchu vo vykurovanom objekte priemerná teplota studenej tepla úžitková voda súčiniteľ prechodu tepla výkonom kotla na vykurovanie objem domu/bytu y tepelný výkon na 1 m³ ε pri výpočte tepelných strát

7 1 ÚVOD Vstupom Slovenska do EÚ dochádza aj k zásadným zmenám v legislatíve. Európska únia sa snaží, aby jej členské štáty zmenou legislatívy a transformáciou jednotlivých odvetví využili veľký potenciál úspory energie a tým znížili rozdiely medzi výsledkami členských štátov v jednotlivých sektoroch. Environmentálnou politikou v oblasti energetiky je snahou vytvoriť vhodné podmienky na transformáciu hospodárstva zo štruktúry energetický a surovinovo veľmi náročnej, na štruktúru s racionálnejším využitím energie a surovín. Vo väčšej miere využívať energiu z obnoviteľných zdrojov, a tým šetriť prírodné zdroje. Slovensko nemá vlastné zdroje energetických surovín. Slovensko dováža až 89 percent energetických surovín. Úsporné a racionálne využívanie prírodných zdrojov ako aj požiadavky na ochranu životného prostredia sú v súčasnosti prioritami, ktoré sa začínajú dotýkať každého. Spotreba energie v budovách a stavbách tvorí významný podiel z celkovej spotreby energie v jednotlivých ekonomikách. Snaha o jej zníženie sa premieta aj do oblasti správy budov, ako energetická hospodárnosť budov. V bakalárskej práci som sa zameral na štúdia ročných nákladov na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody pre domácnosť. Prvá kapitola sa zoberá teoretickými poznatkami rozdelenia rodinných domov podľa energetickej náročnosti a výpočtom ročnej spotreby energie na vykurovanie a ohrev teplej úžitkovej vody v rodinnom dome. V druhej kapitole sú predstavené jednotlivé zdroje energie a vyhodnotenie ich výhod a nevýhod. Ďalej sa v tejto kapitole zaoberám analýzou ekonomicky najvýhodnejšieho zdroja vykurovania. Po vykonaní dôkladnej analýzy a vyvodení záverov z nej som sa v tretej kapitole zameral na viac zdrojové vykurovanie domácnosti. Vo štvrtej kapitole predstavujem moderné a ekologické spôsoby vykurovania, ktoré sú prínosom pri úspore energií. 8

8 2 Výpočet energie pre vykurovanie a ohrev teplej úžitkovej vody v rodinnom dome Teplo tvorí najväčšiu časť spotrebovanej energie v každom rodinnom dome alebo byte. Najväčšou mierou sa na tejto spotrebe podieľa množstvo tepla, ktoré potrebujeme na vykurovanie. Ako druhá najväčšia spotreba sa udáva teplo na ohrev teplej úžitkovej vody. Veľkosť spotreby energie v rodinných domoch závisí od toho, či sa jedná o starý rodinný dom so zlou tepelnou izoláciou, alebo ide o nový rodinný dom s veľmi dobrou izoláciou s malými tepelnými stratami [1]. Priemerná spotreba energií v domácnosti: Na vykurovanie v rodinnom dome spotreba 83 % energií v byte spotreba 64 % energií Na ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV) v rodinnom dome spotreba 8 % energií v byte spotreba 18 % energií Na svetlo v rodinnom dome spotreba 1 % energií v byte spotreba 2 % energií Ostatné spotrebiče v rodinnom dome spotreba 8 % energií v byte spotreba 16 % energií [2] Obr.1 Priemerná spotreba energie v domácnosti [2]. 9

9 2.1 Rozdelenie rodinných domov Vyjadrenie energetickej náročnosti domov sa používa pojem stupeň energetickej náročnosti. Stupeň energetickej náročnosti ukazuje koľko percent energie na vykurovanie spotrebuje rodinný dom v porovnaní s normovanou hodnotou [1]. Z hľadiska energetickej náročnosti rodinné domy delíme na: Štandardný rodinný dom Energetický úsporný dom Nízkoenergetický dom Energeticky pasívny dom Nulový dom [3] Štandardný rodinný dom energetická potreba MJ/m² za rok, postavený z bežne používaných materiálov bežnými stavebnými postupmi [3]. Pre rodinný dom podľa obr.3 by sa jeho ročná energetická potreba mala pohybovať 37-72GJ Energetický úsporný dom energetická potreba MJ/m² za rok dosiahnutá: zvýšením tepelnoizolačných hodnôt obvodových konštrukcií a ich stykov, využitím úsporného konvenčného vykurovacieho systému (radiátory), využitím solárnych prvkov [3]. Pre rodinný dom podľa obr.3 by sa jeho ročná energetická potreba mala pohybovať 18,4-26GJ Nízkoenergetický dom energetická potreba MJ/ m² za rok dosiahnutá: použitím kvalitnej masívnej tepelnej izolácie obvodového plášťa využitím mechanického regulovaného vetrania s rekuperáciou tepla využitím nízkoteplotného vykurovania využitím solárnych prvkov [3]. Pre rodinný dom podľa obr.3 by sa jeho ročná energetická potreba mala pohybovať 5,5-18,4GJ. 10

10 Výstavba nízkoenergetického domu neznamená len zateplenie a inštalovanie slnečných kolektorov či tepelného čerpadla, ale aj niekoľko ďalších zásad, ktoré výrazne prispejú k zníženiu spotreby energie: 1. Umiestnenie domu s ohľadom na miestnu klímu, terén, jeho orientáciu na svetové strany a vegetáciu. 2. Využitie slnečnej energie pomocou pasívnych solárnych prvkov a systémov, ako sú napríklad veľké južne orientované okná, zimné záhrady, stenové systémy, premenlivá proti slnečná ochrana a letná tepelná ochrana proti prehrievaniu budovy. 3. Vysoká tepelná ochrana obvodového plášťa (podlahy, steny, strechy, okná a dvere) a dôsledné tepelnoizolačné opatrenia vo všetkých detailoch (bez tepelných mostov). 4. Regulované vetranie podľa aktuálnych potrieb, čiže mechanická výmena vzduchu spojená s odbúraním škodlivín vo vnútornom prostredí, s minimálnymi energetickými stratami a spätným získavaním tepla z odvádzaného vzduchu a dostatočnou vzduchotesnosťou obvodového plášťa. 5. Účinná, efektívna a k prírodným zdrojom šetrná výroba tepla, využitie obnoviteľných zdrojov energie, využitie odpadového tepla, (pre nízku spotrebu tepla nepotrebuje vysokovýkonné zariadenia na vykurovanie, vhodné sú napríklad tepelné čerpadlá). 6. Využitie nízkoteplotného vykurovacieho systému a prídavné využitie slnečnej energie prostredníctvom aktívnych solárnych a iných alternatívnych zariadení na úsporný ohrev teplej vody. 7. Správne používanie nízkoenergetického domu a efektívne využívanie elektrickej energie (energeticky úsporné osvetlenie a domáce spotrebiče) [3]. V bežnom dome uniká veľa tepla cez steny a lacné okná s mikrovetraním. Nízkoenergetický dom musí byť utesnený a mať systém riadeného úsporného vetrania [4]. Pri návrhu tvaru domu vychádzame z podmienky zabezpečenia požadovaného objemu pri čo najnižšom povrchu stavby podľa obr.2 (optimálny tvar je guľa, resp. polguľa). Kompaktná, málo členitá stavba s malým počtom zalomení, výstupkov a vikierov alebo balkónov má pri rovnakom objeme s menšou vonkajšou plochou aj menšie straty prestupom tepla. V dobre izolovaných domoch je vplyv tvaru budovy veľmi malý, ale táto požiadavka je dôležitá aj z hľadiska snahy o čo najnižší počet kritických miest potenciálnych tepelných mostov [5]. 11

11 obr.2 Tvary budovy s vonkajšími plochami a ich straty prestupom tepla K nízkoenergetickému domu sa môžete dostať nielen použitím moderných stavebných materiálov a technológií pri výstavbe. Aj rekonštrukcia môže posunúť klasický rodinný dom do sféry nízkoenergetického bývania, alebo ho k nej aspoň priblížiť zníženými nákladmi na prevádzku. Stačí len vedieť, ako nájsť rizikové miesta, a predovšetkým, ako sa ich zbaviť. Chybou starých rodinných domov je nedostatočná tepelná izolácia väčšiny stavebných konštrukcií stien, stropov, strechy i základov, netesnosť stykov stavebných konštrukcií a tepelné mosty. Tepelné mosty v prvom rade ovplyvňujú tepelné straty budovy, teda podmienky v interiéri. Tepelné mosty vznikajú najčastejšie: v mieste napojenia steny a strešnej konštrukcie, v mieste styku konštrukcie balkóna či stropu s obvodovými stenami, v nárožiach, na nezateplených železobetónových konštrukciách, v osadzovacích škárach a osteniach okien, v mieste okenných parapetov, nadokenných prekladov a roletových boxov, v prienikoch pre vykurovacie telesá. Najlepším spôsobom, ako redukovať tepelné mosty, je kvalitné zateplenie konštrukcií. Rovnako ako pri stenových konštrukciách, aj pri streche nízkoenergetického domu treba dosiahnuť súčiniteľ prechodu tepla U = 0,15 W/ (m².k), čo znamená asi 30 cm vrstvu tepelnej izolácie [3]. Strecha je dôležitým a výrazným architektonickým prvkom domu. Najvýhodnejšia sa javí šikmá strecha (45, len s miernymi odchýlkami). Takáto strecha má dobré prirodzené hydroizolačné 12

12 vlastnosti, priaznivé obtekanie vetrom a vhodný sklon pre optimálne umiestnenie solárnych kolektorov. Najlepšia orientácia strešnej roviny je priamo na juh, s 10-stupňovým odklonom podľa konkrétnych podmienok. Strešné okná sú najaktívnejšími pasívnymi solárnymi systémami, ale len za predpokladu, že je zabezpečené kvalitné tienenie kvôli prehrievaniu v lete a vyriešené dokonalé tepelnoizolačné napojenie okenných rámov na okolitú konštrukciu. Ďalším faktorom pri navrhovaní strechy je prevládajúci vietor k nemu by mala byť natočená bokom. Dostatočný presah strechy chráni múry pred snehom a dažďom, čím sa znižuje vlhkostné namáhanie, a tým sa zvyšuje prirodzená tepelnoizolačná schopnosť obvodových konštrukcií. Okná sú pasívne slnečné kolektory, ale zároveň platí, že sú to tepelné otvory v plášti budovy. Pri požiadavke úspory energie z ekologického hľadiska je nutné používať tepelnoochranné zasklenie. Dobrým nasmerovaním domu voči slnku je možné ušetriť výrazné množstvo energie. Miestnosti s vyššími nárokmi na denné svetlo (veľké okná) sa musia z energetického hľadiska umiestňovať na oslnené strany. Tak sa dá počas vykurovacieho obdobia využívať priame slnečné žiarenie. Prísun tepla musí byť možné rýchlo priškrtiť, aj úplne uzavrieť. Inak môže dôjsť k prehrievaniu miestností, a tým i k zvýšeným stratám tepla, alebo k odvetraniu teplotných ziskov. Na severnú stranu je nutné umiestňovať čo najmenšie okná [6]. Pre nízkoenergetické domy sú potrebné okná s trojitým zasklením s lepšími tepelnoizolačnými vlastnosťami. Tieto okná sa špeciálne montujú, aby sa znížilo neriadené vetranie [4]. V nízkoenergetickom dome je výhodné použiť riadené vetranie (pomocou vetracieho zariadenia) so spätným získavaním tepla rekuperáciou. Teplo získané z odvádzaného vzduchu ohrieva privádzaný vzduch, čo prispieva k zníženiu potreby energie na vykurovanie. Najmodernejšie rekuperačné výmenníky dosahujú účinnosť až 95%. Na optimálne využitie výhod rekuperácie je dôležité zabezpečiť čo najlepšiu vzduchotesnosť domu, aby pre dosiahnutie tepelnej pohody nebolo treba príliš dohrievať privádzaný vzduch [6]. V nízkoenergetických domoch by sa ako zdroj tepla mali využívať najmä obnoviteľné zdroje energie. Najvhodnejšie je zabezpečiť rozvod tepla nízkoteplotným vykurovacím systémom (napr. podlahovým alebo stenovým vykurovaním), pričom teplo, potrebné na vykurovanie a prípravu teplej vody, sa môže získať z: energie z biomasy (odpadové drevo, slama) pomocou kotlov na biomasu alebo pomocou kachľových pecí a pecí na biomasu, energie z prostredia, pomocou tepelných čerpadiel a rekuperáciou, 13

13 zo slnečnej energie, pomocou pasívnych systémov (napr. veľké zasklenia a zimné záhrady) a aktívnych systémov (solárne kolektory a zásobníky tepla), z fosílnych palív a elektriny, pomocou plynových (najlepšie kondenzačných) a olejových kotlov a elektrických konvektorov. Z ekologického hľadiska by sa tieto zdroje tepla mali využívať len v ojedinelých prípadoch, napríklad na dohrev integrovaného zásobníka pri použití vetracej jednotky alebo krátkodobo pri vykurovaní odľahlých častí domou [6] Energeticky pasívny dom energetická potreba MJ/ m² za rok dosiahnutá: dokonalým tepelnoizolačným obalom domu, vzduchotesnosťou obalu domu, využitím mechanického vetrania s rekuperáciou tepla, bez konvenčného vykurovania (využitie solárnych prvkov nie je podmienkou) [3]. Pre rodinný dom podľa obr.3 by sa jeho ročná energetická potreba mala pohybovať 1,8-5,5GJ Nulový dom energetická potreba 0 18 MJ/ m² za rok. Za spotrebu energie sa v takomto dome neplatí nič, pretože si v lete vyrobí výlučne z obnoviteľných zdrojov taký nadbytok energie, aký v zime spotrebuje. Tepelná energia sa získava pomocou veľkoplošných slnečných kolektorov a uchováva sa v zásobníku teplej vody s objemom 3000 až litrov alebo sa využívajú veľkoplošné fotovoltické panely napojené na verejnú sieť, ktorá slúži ako sezónny zásobník (v zime sa odberom elektrickej energie zo siete pokrýva zvyšková potreba tepla v dome) [3]. Pre rodinný dom podľa obr.3 by sa jeho ročná energetická potreba mala pohybovať 0-1,8GJ. 2.2 Výpočet celkovej ročnej spotreby energie na vykurovanie a ohrev teplej úžitkovej vody v rodinnom dome Zvolil som si štandardný rodinný dom s pôdorysom znázorneným na obr.3, ktorý má tieto parametre: Obytné miestnosti: 4 Úžitková plocha domu: 102,0 m² (s garážou a skladom 126,0 m²) 14

14 Obytná plocha domu: 74,0 m² Zastavaná plocha: 65,0 m² (s garážou a skladom 95,0 m²) Obstavaný priestor: 328,0 m³ Výška hrebeňa strechy od +,- 0,00: 6,5 m [29]. obr.3 Pôdorys navrhovaného rodinného domu Výpočet potrebného výkonu kotla pre rodinný dom Na výpočet je potrebné poznať objem domu/bytu v m³ (x). Odhadovaný tepelný výkon na 1 m³ je 40 W (y). Nižšie uvedeným vzorcom vypočítate približný výkon kotla pre vašu domácnosť [30]. x. y W = ( kw ) 1000 Výpočet potrebného výkonu kotla pre navrhovaný rodinný dom na obr.3 : W = = 13kW

15 2.2.2 Výpočet energie pre vykurovanie rodinného domu Qr, vyk = ε Q max ti te, d ti t pr e Q r,vyk - ročná spotreba tepla (energie) na vykurovanie. [J.r -1 ] Q max - celková tepelná strata objektu, ktorá sa dá zistiť prepočtom z tepelných strát. Veľmi zjednodušene možno tento výkon nahradiť výkonom kotla na vykurovanie. (Spravidla je výkon kotla o cca 20~50 % vyšší ako tepelná strata). [W] ε - pri výpočte tepelných strát, alebo návrhu kotla sa vychádza z najnepriaznivejšieho stavu, v ktorom pôsobenie infiltrácie (prevetrávanie) je maximálne. Keďže počas roka je pôsobenie vetra premenlivé, jeho celoročné pôsobenie sa koriguje hodnotou v rozsahu 0,65 ~ 0,8. Zároveň hodnotou ε je možné definovať aj vplyv prerušovaného vykurovania [ - ] d - počet vykurovacích dní počas roka. Je to údaj z dlhodobých meraní. Možno ho definovať ako počet dní, v ktorých priemerná teplota vonkajšieho vzduchu poklesne pod +13 C (predtým sa vyžadovalo + 12 C). Pri veľmi kvalitne zateplených domoch je možné túto teplotu znížiť až na +10 C. Pre výpočet použijeme oblasť Košice, kde d = 218 dní. [ - ] [7]. t i - je priemerná teplota vzduchu vo vykurovanom objekte a uvažuje sa 18 C. [ C] t e - je najnižšia výpočtová teplota (priemerná najnižšia teplota v troch po sebe idúcich dňoch) je určená opäť z dlhodobých pozorovaní. Pôvodná -15 C sa upravila v revidovanej STN na hodnotu - 13 C pre Košice. [ C] t epr - priemerná teplota vzduchu vo vykurovacom období určená z dlhodobých pozorovaní, pre náš prípad +3 C. [ C] Q max - si zvolíme potrebný výkon 13 kw, s polohou v Košiciach. (Pre porovnanie bežný panelákový byt sa pohybuje v rozpätí 3 ~ 7 kw - ovplyvňuje ho objem bytu, zasklené plochy, poloha bytu v rámci objektu, kvalita obalových konštrukcií.) [7]. Výpočet energie na vykurovanie pre rodinný dom na obr = r Q r, vyk , = 77GJ. 1 16

16 2.2.3 Výpočet energie pre ohrev TÚV TÚV. Q tuv Ďalšou významnou položkou je ohrev TÚV. Pri štyroch členoch v domácnosti sa potreba ( 50 t ) 6 a b sv = cvo n 23 3, T Q tuv - ročný odber tepla pre zásobovanie teplou úžitkovou vodou [ J.r -1 ] a - potreba vody na jedného obyvateľa ( l/deň) [ kg ]- odporučané možstvo teplej vody pre jedného obyvateľa je 90 l na jeden deň b - počet obyvateľov [ - ] t SV - priemerná teplota studenej vody počas roka ( C) [ C] T - počet hodín prevádzky systému ohrevu TÚV (24 hod) [hod] c vo merná tepelná kapacita vody (4200) [J.kg -1.K -1 ] n - počet dní ohrevu teplej vody (cca 350 dní) [ - ] [7]. Uvažujeme 4 osoby trvale žijúce v domácnosti s odberom na jednu osobu cca 90 l TÚV na deň. Výpočet energie na ohrev TÚV pre rodinný dom na obr.3: Q tuv ( 50 10) = ,6 10 = 20,3GJ. r Celková spotreba energie na vykurovanie a ohrev teplej úžitkovej vody: Q c = Q r r, vyk + Qtuv = ,3 = 97,3 100GJ. 1 17

17 3 Porovnanie zdrojov energie pre domácnosť 3.1 Zemný plyn Zemný plyn je prírodný horľavý plyn a je významným plynným fosílnym palivom. Je to zmes uhľovodíkov, z ktorých 93 až 99 % objemu tvorí metán. No okrem metánu obsahuje aj propán, bután a ďalšie látky. Je ľahší ako vzduch, bezfarebný, bez chuti a bez zápachu, preto sa pri úprave pridáva odorant - zápachová látka, aby bol v ovzduší identifikovateľný. Zemný plyn sa používa ako palivo na vykurovanie Výhody: Nie je potrebný sklad paliva Jednoduchá regulácia Ekologická prevádzka Neobmedzená dodávka Vysoká účinnosť Nevýhody: Cena silne závislá od vývoja ceny ropy a kurzu meny [8] 3.2 Kusové drevo V podhorských oblastiach a na väčšine nášho vidieka je to okrem plynu najdostupnejšie palivo (veľká časť územia je plynofikovaná). Využívanie dreva pre energetické účely je možné považovať za lokálny zdroj, ktorý si vyžaduje len minimálne nároky na dopravu a preto je relatívne lacný v porovnaní s klasickými fosílnymi palivami. Dnes existuje na trhu veľký počet domácich kotlov na drevo, ktoré sú určené na vykurovanie rodinných domov [9]. Určitým problémom je, že kotly na kusové drevo sa prakticky nedajú automatizovať a preto sa používajú maximálne do výkonu 250 kw. Vyžadujú si ručné prikladanie a čistenie, čo ale nie je problém v budovách, kde je pracovník určený na prevádzku a údržbu [8]. Veľkou výhodou dreva je, že pri dobrom uložení si uchováva svoj energetický obsah dokonca ho v prvých dvoch až troch rokoch relatívne zvyšuje. Je to tým, že v tomto období 18

18 vysychá. To je dôležitý fakt, pretože vlhkosť v dreve sa uvoľňuje až v kotly a to na úkor výhrevnosti. Súčasne pri spaľovaní vlhkého dreva klesá aj teplota spaľovania, čo vedie k nesprávnemu zoxidovaniu všetkých spáliteľných zložiek, dochádza k dymeniu, zanášaniu dymových potrubí a k znižovaniu životnosti kotla [9]. Obr.4 Znázorňuje tvar kusového dreva 3.3 Uhlie Uhlie, prípadne koks boli klasickým palivom používaným na vykurovanie rodinných domov. V súčasnosti je už možné vymeniť technologicky zastaralé spaľovacie kotly za splyňovacie, ktoré majú vyššiu účinnosť a sú lepšie regulovateľné. Z pohľadu súčasných trendov vo vykurovaní nie je uhlie už dávno moderným a efektívnym nosičom energie, ktorý navyše vo väčšine prípadov nespĺňa stále náročnejšie normy ochrany ovzdušia [10]. Vyhody: Nízka cena [8] Nevyhody: treba vybudovať bezpečný a veľký priestor pre skladovanie prikladanie paliva môžu vzniknúť problémy s reguláciou vykurovacieho systému a emisné problémy [12]. 19

19 3.4 Biomasa Biomasa v podobe rastlín je chemicky zakonzervovaná slnečná energia. Je to súčasne jeden z najuniverzálnejších a najrozšírenejších zdrojov energie na Zemi. Okrem toho, že poskytuje výživu, používa sa ako stavebný materiál, vyrába sa z nej papier, lieky alebo chemikálie, je tiež výborným palivom. Biomasa sa ako palivový zdroj využíva od objavenia ohňa. Jej výhodou je, že ponúka nielen veľkú rôznorodosť vstupných surovín, ale aj univerzálne využitie v energetike. Je ju možné využiť nielen na výrobu tepla ale aj na výrobu elektriny v moderných spaľovacích zariadeniach. Kvapalné a plynné formy biomasy (etanol, metanol, drevoplyn, bioplyn) je tiež možné použiť na pohon motorových vozidiel. Dnes sa však často považuje za nízko kvalitné palivo a v mnohých krajinách sa ani neobjavuje v energetických štatistikách [9]. Pod pojmom biomasa sa ukrýva veľký počet zdrojov energie organického pôvodu od dreva až po organický materiál na skládkach komunálneho odpadu. Biopalivá sú v podstate všetky tuhé, kvapalné a plynné palivá vyrobené z organických látok buď priamo z rastlín alebo nepriamo z priemyselných, poľnohospodárskych alebo domácich odpadov. Rastliny okrem toho, že ich môžeme získavať priamo z prírody, je možné aj špeciálne pestovať pre energetické účely [9]. Biomasa sa považuje za obnoviteľný zdroj energie, pretože na regeneráciu využitých zásob je potrebná iba krátka doba. Dominantným zdrojom bioenergie je v súčasnosti pevná biomasa [11]. Výhody: Lepšia regulácia ako pri kotloch na drevo ekologický zdroj tepelnej energie prikladanie sa dá automatizovať Nevýhody: treba vybudovať veľký priestor pre skladovanie nutná pravidelná kontrola kotla prikladanie paliva a dopĺňanie do zásobníka môžu nastať problémy s reguláciou vykurovacieho systému [12]. 20

20 3.4.1 Drevené brikety Je to suché a kvalitné palivo s vysokou výhrevnosťou. Pokiaľ sú brikety menšie, dajú sa dopravovať závitovkovými dopravníkmi a sú použiteľné aj v automatických systémoch. Ak sa jedná o väčší rozmer (rozmery sú rádovo v cm) sú brikety vhodné len do systémov s ručným prikladaním [10]. Brikety sú valcovité telesá s dĺžkou asi cm vyrobené z odpadovej biomasy drtením, sušením a lisovaním bez akýchkoľvek chemických prísad. Lisovaním sa dosahuje vysoká hustota (1200 kg/m3), čo je dôležité pre objemovú minimalizáciu paliva. Vysoká výhrevnosť (19 MJ/kg) je zárukou nízkych nákladov na vykurovanie. Nízka popolnatosť (0,5%), neobmedzená skladovatelnosť, bezprašnosť a jednoduchá manipulácia sú vlastnosti, ktoré tomuto palivu dávajú špičkové parametre [13]. Obr.5 Znázorňuje tvar brikiet Drevené pelety Je to palivo vyrábané pre automatické kotly s vlastnosťami veľmi podobnými vlastnostiam brikiet. Jediný podstatný rozdiel je vo veľkosti rádovo v mm [10]. V Európe sa pelety najviac používajú v Švédsku a Dánsku, trh rastie rýchlo v Rakúsku, Fínsku, Taliansku a Nemecku [11]. Peleta je názov pre granulu kruhového prierezu s priemerom 6-8 mm a dĺžkou mm. Pelety sú vyrobené výhradne z odpadového materiálu ako sú piliny alebo hobliny bez akýchkoľvek chemických prísad. Lisovaním pod vysokým tlakom sa dosahuje vysoká hustota paliva. Ich veľkou výhodou je, že majú nízky obsah vlhkosti - asi 8 až 10 %. Relatívne vysoká hustota materiálu (min. 650 kg/m3 ) znamená aj vysokú energetickú hustotu - až 20 MJ/kg. Týmito parametrami sa pelety vyrovnajú uhliu. V poloautomatických kotloch bývajú zásobníky na pelety skonštruované tak, aby objem vsypaného paliva vystačil asi na 1 týždeň. Po tejto dobe 21

21 je potrebné vybrať popol a doplniť palivo. Dlhší cyklus prikladania umožňujú zásobníkové silá. Tie môžu mať podobu drevenej ohrady, malej priľahlej miestnosti alebo podzemnej nádrže, z ktorej sú pelety premiestňované do kotla dopravníkom. V prípade vybudovania sila sa užívateľ nemusí starať o palivo celý rok. Spôsob doplňovania paliva je veľmi jednoduchý. Do zásobníku sa palivo nasype priamo z transportných vriec (20 alebo 50 kg) alebo z nákladného automobile [13]. Obr.6 Znázorňuje tvar peliet Energetická štiepka Je to palivo, v ktorom sa spájajú štyri významné výhody : miestné zdroje: kríky, okolité porasty možno z neho vyrobiť lacné teplo. Pri súčasnej cenovej úrovni prakticky najlacnejšie. kotly na štiepku sa dajú plne automatizovať. Komfort prevádzky takýchto kotlov je porovnateľný s prevádzkou plynových kotlov. skladovanie štiepky si nevyžaduje žiadne osobitné nároky [10]. Štiepky sú cca 2-4 cm dlhé kúsky dreva, ktoré sa vyrábajú štiepkovaním z drevných odpadov napr. tenčiny z prerieďovania porastov alebo konárov. Štiepky sú odpadovým produktom drevárskeho priemyslu a ich energetické zužitkovanie sa stalo v mnohých krajinách bežné. V Dánsku aj v Rakúsku existuje viacero väčších obecných kotolní spaľujúcich štiepky. Výhodou štiepkov je, že rýchlejšie schnú, a tiež umožňujú automatickú prevádzku kotlov pri použití zásobníka a dopravníka paliva [9]. 22

22 Obr.7 Znázorňuje tvar štiepky 3.5 Elektrická energia Elektrická energia patrí medzi ušľachtilé energie a mala by byť využívaná predovšetkým na iné účely ako na vykurovanie. Ide o pomerne drahú a všestranne využívanú energiu. Jej veľkou výhodou najlepšia regulácia elektrického kúrenia, ako aj možnosť pomerne jednoduchej dopravy. Pri premene na teplo nevznikajú žiadne spaliny, takže nie je potrebný komín. Navyše elektrická energia nevyžaduje žiadny skladovací priestor. Investičné náklady sú pomerne nízke [10]. Výhody: Netreba sklad paliva Vysoká účinnosť Jednoduchá regulácia Nevýhody: Vysoká cena, nízka tarifa nie je celý deň Nutnosť vysoko dimenzovanej elektrickej siete [8]. 23

23 3.6 Porovnanie zdrojov energie Tab.1 druhy palív a ich ceny za celoročnú spotrebu energie 100GJ pre rodinný dom. Palivo Jedn MJ/ Cena/ Účinnosť Spotr. Cena %k %k jedn jedn.[ ] [%] /rok za rok plynu drevu Zemný plyn D3 m³ 33,4 0,4035* , ,5 Elektric.energia kwh 3,6 0,15** ,8 4166,7 290,5 597 Čierne uhlie kg 27 0, ,4 181,7 Hnedé uhlie kg 17,5 0, ,6 167,6 Drevo buk kg 14,1 0, ,7 100 Drevo smrek kg 13,8 0, ,11 43,3 89 Dreven brikety kg ,6 Dreven pelety kg ,9 Dreven. brikety kg ,5 65,7 135 Dreven. pelety kg , ,5 65,8 135,2 Energetick.stiepka kg 13 0, ,2 * - cena je aktuálna podľa cenníka SPP rok 2009 **- cena je aktuálna podľa cenníka VSE rok 2009 cena za rok[ ] Zemný plyn D3 Elektric.energia Čierne uhlie Hnedé uhlie Drevo buk Drevo smrek Dreven brikety druh paliva Dreven pelety Dreven. brikety Dreven. pelety Energetick.stiepka Obr.8 Znázorňuje rozdiely cien jednotlivých palív za ročnú spotrebu 100GJ. 24

24 4 Návrh viaczdrojového vykúrovania v domácnosti 4.1 Nízkoteplotné systémy Nízkoteplotné systémy (stenové, podlahové vykurovanie, tepelné čerpadlá) majú nižšie tepelné straty vedením a distribúciou, ako klasické systémy, čím dosahujú vyššiu účinnosť. Tepelnú pohodu pri týchto systémoch je možné dosiahnuť pri nižšej teplote v miestnosti o 275,15-276,15K, ako pri klasických radiátoroch (zníženie teploty o 274,15K prináša energetickú úsporu 6%). Dôvodom je vysoký podiel sálania. Vzduch v miestnosti neprúdi tak intenzívne ako v prípade radiátorov. Túto skutočnosť uvítajú najmä alergici. V tepelne izolovaných domoch postačí teplota vykurovacieho média C. Ako zdroj tepla je vhodné (pri vykurovaní plynom) použiť kondenzačný kotol, ktorý je reguláciou aj materiálovo určený pre nízkoteplotné systémy. Podlahové a stenové vykurovanie je vhodné pre systémy s podporou vykurovania slnečnými kolektormi, alebo tepelným čerpadlom [14]. Výhody nízkoteplotných systémov: zabezpečujú rovnomernejšie horizontálne aj vertikálne rozvrstvenie teploty v miestnosti zabezpečujú lepší pocit tepelnej pohody (pri nižšej teplote vzduchu) cirkulácia vzduchu a vírenie prachu v miestnosti sú nižšie z estetického hľadiska sú neviditeľné Nevýhodou je pomerne dlhá nábehová doba a dlhá zotrvačnosť. Preto je vhodné tieto systémy používať v priestoroch s nízkymi nárokmi na operatívne zmeny teploty, naopak, v miestnostiach ako spálňa, podkrovie je vhodnejšie vykurovať radiátormi. Nábehová doba je u stenového vykurovania kratšia, ako u podlahového, je to z toho dôvodu, že povrchová (nášľapná) vrstva u podlahového vykurovania je hrubšia, ako u stenového [14]. 4.2 Podlahové kúrenie Podlahové vykurovanie patrí medzi sálavé spôsoby vykurovania. Podiel sálavej zložky ku konvenčnej na celkovom prenose tepla z vykurovacej plochy je 55% : 45%. Od klasického konvenčného vykurovania sa podlahové vykurovanie odlišuje spôsobom prenosu tepla a teplotnými pomermi v miestnosti. 25

25 Podlahové vykurovanie je charakterizované rovnomerným rozložením teploty na obr.9 a podstatne menším prúdením vzduchu (nižšia praľnosť). Vplyvom sálavej zložky dochádza k ohrievaniu stien, obklopujúcu vykurovanú miestnosť. Od stien sa ohrieva okolitý vzduch. Je zachovaná relatívna vlhkosť vzduchu, čo priaznivo pôsobí na dýchacie cesty [15]. Obr.9 Prúdenie tepla pri podlahovom vykurovaní a jeho uloženie Najdôležitejšou časťou podlahového a stenového vykurovania sú vykurovacie rúrky. Pri ich voľbe je dôležité brať do úvahy, že rúrka je počas svojej životnosti umiestnená v podlahe a akákoľvek porucha by znamenala vysekanie podlahy a následnú opravu. Je preto veľmi dôležité zohľadňovať najmä kvalitu. Najlepším materiálom pre podlahové vykurovanie je meď, ale má vysokú cenu, a preto sa vo väčšine prípadov nahrádza plastovými rúrkami. Medzi najlepšie plastové rúrky patrí 4-vrstvová polybutylénová rúrka na obr.10 [15]. Obr.10 4-vrstvová polybutylénová rúrka 26

26 4.3 Stenové vykurovanie Stenové vykurovanie patrí medzi sálavé spôsoby vykurovania, pričom podiel sálavej zložky na celkovom prenose tepla z vykurovacej plochy je vyšší ako tok tepla konvekciou (65:35). Keďže vykurovacie rúrky sú súčasťou stenovej konštrukcie, patrí stenové vykurovanie tiež medzi veľkoplošné vykurovacie systémy znázornený na obr.12. Podľa spôsobu prevedenia sa stenové vykurovanie dá rozdeliť do dvoch základných skupín: stenové vykurovanie tvorené nekonečnou rúrkou- vykurovací systém v stene tvorí bezpečnostná 4-vrstvová vykurovacia rúrka stáleho priemeru, ktorá je na stenu uložená vodorovne, meandrovitým spôsobom znázorneného na obr.11. Samostatné rúrky jednotlivých vykurovacích okruhov sú napojené z jedného spoločného rozdeľovača. stenové vykurovanie tvorené registrom- vykurovací systém v stene je zložený z rúrok minimálne dvoch rôznych priemerov. Hlavné prívodné a vratné potrubie je medzi sebou prepojené systémom väčšieho počtu tenkých rúrok, ktoré tvoria vykurovací systém znázornený na obr.11 [16]. obr.11 Spôsoby prevedenia stenového vykurovania 27

27 Obr.12 Uloženie stenového vykurovania. 4.4 Kombinované kotle na splyňovanie dreva, peliet, zemného plynu Atmos uviedol na trh kombinované kotly na spaľovanie dreva v kombinácií s peletami, zemným plynom, alebo extra ľahkým vykurovacím olejom. Kotol umožňuje po vyhorení dreva automatické prepnutie na alternatívne palivo [17]. Obr.13 Kotol s troma komorami. Konštrukcia kotla: Kotol sám je konštruovaný ako teleso s tromi pod sebou posadenými komorami. Vrchné dve komory slúžia k splynovaniu dreva, tak ako to poznáte u klasických splyňovacích kotlov, ktoré 28

28 vyrábame štandardne. Tretia, najspodnejšia komora je zpredu osadená požadovaným horákom a vyložená keramikou pre optimálnu kvalitu spaľovania. Obe systémy sú od seba oddelené vodným plášťom, navzájom sa tak príliš neovplyvňujú a tým dosahuje kotol vysokú účinnosť pri vykurovaní jednotlivými palivami. Odvod spalín do komína je riešený jedným výstupným hrdlom a preto vystačíme s jedným komínom [18]. Výhody kotla : možná kombinácia jednotlivých druhov palív - striedanie paliva bez úprav na kotli drevo + pelety, drevo + zemný plyn, možná zámena jednotlivých horákov - kedykoľvek môžeme prejsť na iné médium vysoká účinnosť pri jednotlivých palivách - prakticky rovnaká ako u špeciálnych kotlov zemný plyn alebo pelety (až 92,3% pri menovitom výkone) lacnejšie riešenie - ak sčítame náklady na zakúpenie dvoch kotlov, ich zapojenie a oddymenie (komín) zistíme, že jeden kotol aj keď drahší je ekonomicky výhodnejší malý zastavaný priestor - oproti viac kotlom jeden komín a dymovod ekologická prevádzka dotovaný kotol - iba v prevedení drevo v kombinácii s horákomm na pelety [19]. Regulácia výkonu kotla: Prevádzka kotla je riadená úplne automaticky na požadovanú výstupnú teplotu vody, tak aby bola zaistena čo najvyššia účinnosť kotla a najlepšia kvalita spaľovania. K tomu slúši: Regulátor ťahu HONEYWELL Regulačný termostat Spalinový termostat Termostat na čerpadlo Hlavný vypínač a prepínací vypínač prevádzky kotla Ako príslušenstvo je možné dokúpiť zariadenie, ktoré po dohorení dreva automaticky zapne zabudovaný horákna pelety alebo zemný plyn [18]. 29

29 Obr.14 Doporučené zapojenie s akumulačnou nádržou. Doporučeným zapojením je zapojenie kotla s Laddomatem 21 alebo termoregulačnym ventilom s vyrovnávacio nádržou o objemom 500 až 1000 l. Ďalšou možnosťou je inštalácia kotla s akumulačnými nádržami s potrebným objemom (napr l), ktoré naviac umožňujú vykurovanie akumulačnou elektrickou energiou alebo pripojením solárnych panelov. V prípade potreby je samozrejme možné zapojiť kotol do systému i bez akumulačných nádrží, a to predovšetkým pokiaľ zvolíme ako druhé médium zemný plyn [17]. Akumulačná nádrž znižuje počet štartov kotla, zabezpečí rovnomerný odber tepla a tým lepšie prevádzkové podmienky. Pri použití akumulačnej nádrže sa môže uskutočniť výroba energie počas dlhšieho časového úseku, tým sa zabráni častým impulzom kotla a zvýši sa účinnosť zariadenia [28]. Pre navrhovaný rodinný dom som navrhol kombinovaný kotol v kombinácií drevo plyn, ktorý musí mať minimálny výkon 13kW. 30

30 5 Moderné a ekologické spôsoby vykurovania rodinného domu 5.1 Solárne diódové okná Okrem solárnych panelov, ktoré sú už dnes bežne známe, sú na trhu aj menej známe Kunertové solárne diódové okná. V zime sa na nich nastaví tzv. zimná strana skla. V tomto režime okenná tabuľa absorbuje slnečnú energiu, ktorá ohrieva sklo až na 40 C a toto teplo prepúšťa do miestnosti. Ak je systém správne vyregulovaný, kotol sa vypne ak sa teplota v miestnosti zvýši na požadovanú teplotu a šetrí sa energia. V lete treba otočiť okennú tabuľu o 180 C a získame opačný efekt. V tomto režime sa 50 % slnečnej energie odráža späť do vonkajšieho priestoru a my šetríme na klimatizácii alebo ventilátoroch. Okná sú tvrdené, takže bezpečnostné a zároveň pohlcujú hluk. A keďže cez okná máme najväčšie tepelné straty, dá sa konštatovať, že je to polovica všetkých strát, potom solárne diódové okná budú vítaným doplnkom vykurovania [12]. 5.2 Infravykurovanie Vykurovanie, ktoré vytvára veľmi príjemnú klímu a oproti konvenčnému vykurovaniu má veľa nezanedbateľných výhod. Teplo vzniká pri prechode elektrický prúd cez karbonovú zmes s minimálnym príkonom, vďaka kterému je dosiahnuté zdravé, výhodné a energiu šetriace teplo. Prednosti: Príjemný pocit tepla ako u kachľovej peci Nespaľuje kyslík ani nevysušuje vzduch Teplota pri podlahe zhodná s teplotou pri strope Suché murivo, žiadna kondenzácia vody na stenách a v stenách Nedochádza k víreniu prachu Rýchla prispôsobivosť teploty Náklady: najnižšie prevádzkové náklady infrapanelov v porovnaní s ostatnými vykurovacími systémami vstupné náklady zrovnateľné s moderným centrálnym vykurovaním na plyn 31

31 nižšie náklady pri sanácii starých domov bez centrálneho vykurovania. Funkčnosť zdravotne nezávadné šetrí miesto kompaktné ploché vykurovacie elementy (25mm) vysoká prevádzková bezpečnosť, poruchy sú prakticky vylúčené jednoduchá obsluha a regulácia pomocou termostatu presné meranie spotreby, stále kontrolované presne spočítateľná spotreba elektrickej energie pre každý priestor alebo pre každé vykurovacie teleso [20]. Obr.15 Infravykurovanie Podstata technického riešenia Sálavé infračervené vykurovacie teleso podľa tohto technického riešenia je vytvorené z jednotlivých dielov, ktoré po svojom spojení a vzájomnom spolupôsobení majú nový a vyšší účinok, ako doteraz známe konštrukčné riešenie. Princípom vlastného vykurovania je emisia infračerveného žiarenia, ktoré najprv ohrieva predovšetkým okolné murivo, resp. pevné materiály a osoby a od nich je následne ohrievaný okolný vzduch a takto je dosiahnuté optimálne teplotné gradientum v miestnosti a následne lepšia tepelná pohoda v interiéry [20]. 5.3 Tepelné čerpadlá Medzi najekologickejšie najúspornejšie systémy na vykurovanie a prípravu teplej vody v súčasnosti patria tepelné čerpadlá. Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré pracuje na rovnakom 32

32 princípe ako chladnička, ale obrátene: odčerpáva tepelnú energiu z okolitého prostredia a odovzdáva ju vykurovaciemu systému [21]. Tepelné čerpadlo len prečerpáva na vyššiu teplotnú úroveň, pri spotrebe určitého množstva elektrickej energie [22]. Možnosti využitia tepelného čerpadla vykurovanie domov, bytov, priemyselných či rekreačných objektov; ohrev vody na bežnú spotrebu či ohreb bazénovej vody; klimatizácia a chladenie v prípade tepelného čerpadla s reverzným chodom [21]. Typy tepelných čerpadiel Podľa využívaného zdroja nízkopotenciálneho tepla rozlišujeme 3 typy tepelných čerpadiel: zem/voda môže mať dva varianty. Prvým je inštalácia s použitím horizontálnych zemných kolektorov, ktorá vyžaduje pomerne veľký a málo svahovitý pozemok. Pre bežný rodinný dom je potrebné uvažovať s plochou 250 až 400 m² pozemku na umiestnenie zemného kolektora. Kolektory sa zakopávajú do hĺbky približne 1,5 až 2 metre. Druhá alternatíva s využitím hlbinných vrtov sa využíva vtedy, ak na zemné kolektory nie je dostatočný pozemok. Bežne sa vŕta do hĺbky 50 až 100 metrov. Obr.16 Tepelné čerpadlo typu zem-voda s použitím horizontálnych zemných kolektorov a s využitím hlbinných vrtov voda/voda je síce najúčinnejšie, vhodnosť lokality však musí posúdiť odborník. Najčastejšie sa v tomto systéme využíva voda zo studne, ktorá musí mať stabilnú výdatnosť aspoň 0,5 litra za sekundu a vyhovujúce chemické zloženie. 33

33 Obr.17 Tepelné čerpadlo typu voda-voda Vzduch/voda predstavuje najlacnejšiu alternatívu. S montážou nie sú spojené výraznejšie náklady, pretože vzduch ako zdroj tepla je dostupný v každej lokalite [21]. Obr.18 Tepelné čerpadlo typu vzduch-voda Princíp fungovania tepelného čerpadla Chladiaca látka tepelného čerpadla odoberá teplo z okolitého prostredia a zahriatím mení svoje skupenstvo na plynné. Následným stlačením plynu vzrastie jeho tlak a teplota. Ohriate 34

34 chladivo odovzdá teplo vykurovacím telesám a znížením teploty skondenzuje opäť na kvapalinu schopnú odoberať teplo z okolitého prostredia. Nato, aby sa mohol tento cyklus opakovať, je potrebné tepelnému čerpadlu dosať elektrickú energiu. Z 1 kwh elektrickej energie je možné získať 3 až 4 kwh tepelnej energie. Až 75% tepla tak môžete získať bezplatne z okolitého prostredia. Zaplatíte len za elektrickú energiu, ktorá je potrebná na pohon tepelného čerpadla [21]. 5.4 Solárne kolektory Slnko a jeho energia, ktorú môžeme využiť prostredníctvom slnečných kolektorov, predstavuje jeden z najekologickejších zdrojov. Hoci ich obstarávacia cena je pomerne vysoká, prevádzkové náklady sú nízke. Zjavnými nevýhodami sú sezónnosť a nestálosť využitia, preto sa tento zdroj väčšinou využíva ako doplnkový na predhriatie úžitkovej vody v zimných mesiacoch, na ohrev počas slnečnejších období a prikurovanie na jar a jeseň. Ak chceme solárne systémy využívať celoročne na predohrev vody a na prípravu teplej vody, vhodné sú bivalentné zásobníky s objemom minimálne 300 litrov. Ideálnym riešením je použitie monovalentného zásobníka v kombinácii s konštrukčne vhodným kotlom so zabudovaným zásobníkom. Využiteľnosť takéhoto zapojenia je aj v zimnom období, hoci je intenzita slnečného svitu slabá [23]. Predpokladom pre efektívne využívanie slnečnej energie je kvalitný systém vybavený prvkami pracujúcimi s maximálnou účinnosťou. Základným predpokladom je však vhodné umiestnenie slnečného kolektoru v priestore a jeho smerovanie. Závislosť celkového ročného žiarenia závisí od sklonu slnečného kolektoru a jeho azimutu. Pri smerovaní kolektoru 45 juhovýchodne až 45 juhozápadne a jeho sklone 15 až 55 je možný zisk viac ako 95% celkového slnečného žiarenia, čo zaručuje že prakticky na každom objekte je možné nájsť vhodné miesto pre umiestnenie slnečného kolektora. Typická denná ponuka energie na južne orientovane kolektory je v lete počas jasného počasia 7-8 kwh/m² a počas oblačného počasia 2 kwh/m². V jari a jeseni počas jasného počasia 5 kwh/m² počas oblačného počasia 1,2 kwh/m². V zime počas jasného počasia 3 kwh/m² počas oblačného počasia 0,3 kwh/m².[27] Slnečné kolektory je možné využívať ako doplnkový zdroj tepla rôznymi spôsobmi a to hlavne na: na vykurovanie, 35

35 prípravu teplej úžitkovej vody, ohrev vody v bazénoch, vykurovanie v nízkoteplotných vykurovacích systémoch [24]. Kombinované vykurovacie systémy na drevo a slnečnú energiu sa skladajú z komponentov termických solárnych systémov a biomasového vykurovacieho systému znázornený na obr.19. Hlavné zložky týchto systémov sú: Kotol na drevo s príslušenstvom (sklad paliva, dopravníky paliva a pod.) Solárny systém (slnečné kolektory, solárny obvod primárny okruh atď.) Akumulačná nádrž Riadiaci systém [25]. Obr.19 Kombinovaná schéma solárneho ohrevu TÚV a vykurovania peletami 5.5 Kotly na biomasu Kotly sú v prípade dostatku základného paliva ekonomicky výhodné a majú minimalizovaný vplyv na životné prostredie. Konštrukčný vývoj zdrojov tepla a princíp procesu spaľovania palív na báze dreva výrazne ovplyvnilo aj sprísnenie požiadaviek na emisie. Zlepšili sa najmä stavba a 36

36 tvar spaľovacej komory, dodávka vzduchu a automatická regulácia spaľovania. Výsledkom je vysoká účinnosť (75 až 90 %), ale aj nízke emisie. Na obr.19 je Rez kotlom spaľovanie kusového dreva, ktorý je zložený:1 prikladací priestor, 2 spaľovací priestor, 3 tryska, 4 trubkový výmenník, 5 komínová klapka, 6 vodný plášť, 7 izolácia,8 ventilátor, 9 rozvod vzduchu, 10 regulátor [26]. Obr.20 Rez kotlom pre spaľovanie kusového dreva Kotly s prehorievaním dreva Najjednoduchšie kotly na drevo sú tzv. prehorievacie kotly. Sú usporiadané tak, že vzduch vniká zospodu kotla a prechádza hore cez palivo. V takom prípade drevo prehorieva veľmi rýchlo a horľavé plyny nezhoria úplne, pretože teplota kotla je relatívne nízka. Väčšina plynov uniká 37

37 do komína a spolu s ňou aj užitočná energia. Tieto kotly sa zväčša nehodia na spaľovanie dreva, ich účinnosť je nízka približne 50 % [26] Kotly so spodným horením dreva Kotly so spodným horením sa líšia od kotlov s prehorievaním. Vzduch sa totiž neprivádza naraz k celému objemu paliva, ale len k jeho časti, pričom horí len spodná vrstva dreva. Zvyšok dreva sa vysušuje a pomaly sa z neho uvoľňujú plyny. Pridaním dodatočného vzduchu priamo do plameňa nastáva horenie plynov. V moderných kotloch tohto typu je spaľovacia komora z keramiky, ktorá je dobrým izolátorom a udržuje teplo vnútri komory. Tým sa dosahuje vysoká teplota spaľovania a účinnejšie horenie. Bežná účinnosť týchto kotlov je asi 65 až 75 % [26] Kotly so splyňovaním dreva Splyňovacie kotly sa skonštruujú tak, aby horenie paliva vyvolalo pyrolytickú destiláciu, pri ktorej sa všetky spáliteľné zložky paliva splyňujú. Spaľovanie sa uskutočňuje trojstupňovým procesom: 1. stupeň vysúšanie a splyňovanie drevnej hmoty, 2. stupeň horenie drevného plynu v tryske s prívodom predhriateho sekundárneho vzduchu, 3. stupeň dohorievanie v nechladenom spaľovacom priestore. Takto riadený systém spaľovania zaručuje vysokú účinnosť často až 90 %. Pritom výkon kotla možno plynulo regulovať od 40 % do 100 %, niekedy aj nižšie. Spaľovací priestor vrátane dýzy sa vyrába zo žiaruvzdorných keramických materiálov. Riadenie prevádzky kotla zabezpečuje elektronický regulátor v závislosti od prevádzkovej teploty a jej predvoľby, čo umožňuje automatickú bezobslužnú prevádzku kotla. Výkon kotla sa reguluje privretím klapiek alebo reguláciou otáčok ventilátora [26]. Vzhľadom na vysoký stupeň automatizácie prevádzka splyňovacích kotlov kladie minimálne nároky na obsluhu. Obsah násypky dreva stačí minimálne na 8 až 12 hodín prevádzky pri strednom výkone. Väčšina splyňovacích kotlov umožňuje prevádzku v tzv. tepelnej rezerve, keď kotol vydrží v útlme až 24 hodín bez zásahu obsluhy. Aj po uplynutí tejto lehoty spínacie hodiny zabezpečia nábeh kotla na plný výkon. Popol sa odstraňuje približne raz za 3 až 5 dní. Pri automatickej prevádzke s dodávaním paliva zo zásobníka pracuje kotol bezobslužne. Útlmový režim zabezpečuje potrebnú dodávku tepla počas denných aj nočných hodín. Kotly sú určené 38

38 na montáž do systému s núteným obehom aj samotiažnou cirkuláciou, čím ich za určitých podmienok možno použiť aj do rekonštruovaných vykurovacích sústav. Kotol zvyčajne musí mať samostatný komín, dostatočne tepelne izolovaný. V splyňovacích kotloch možno spaľovať suchú drevnú hmotu od štiepok cez polená s dĺžkou viac ako 50 cm a priemerom až 30 cm až po drevené brikety alebo pelety. Kotly na drevné štiepky sa používajú najmä v zdrojoch tepla s väčšími tepelnými výkonmi [26]. 39

39 6 Záver Slovensko ako členský štát Európskej únie sa snaží o racionálnejšie využívanie energií a prírodných energetických surovín. Preferuje využívanie energie z obnoviteľných zdrojov, a tým aj ochranu životného prostredia. Týmto svojím úsilím sa chce čo najviac priblížiť k ostatným členským štátom Európskej únie. Cieľom mojej bakalárskej práce bolo vyhodnotiť ročné náklady na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody pre domácnosť. Navrhnúť najvýhodnejšie riešenie pre obytný dom. V štúdií som vyhodnotil ročné náklady na energiu pre rodinný dom s ročnou spotrebou 100 GJ, podľa druhu paliva dostupných na našom trhu a ich aktuálnych cien, podľa planých cenníkov. Podrobnou analýzou som dospel k záveru, že najvyššie ročné náklady sú pri elektrickom energetickom zdroji a najnižšie pri energetickej štiepke. Na základe mojej analýzy navrhujem spôsob vykurovania a ohrev teplej úžitkovej vody pre štandardný rodinný dom s ročnou spotrebou 100GJ. Pre daný rodinný dom odporúčam podlahové a stenové vykurovanie, a ako hlavný zdroj tepla podľa môjho názoru použiť ekonomicky najvýhodnejší kombinovaný kotol. Podľa lokality, v ktorej sa rodinný dom nachádza navrhujem na vykurovanie kombináciu energetických zdrojov drevo a zemný plyn. Drevo patrí medzi obnoviteľné zdroje a jeho cena pri spotrebe 100GJ je skoro najnižšia, a patrí v tejto lokalite medzi ľahko dostupné palivo. Drevo pri dobrom uskladnení zvyšuje svoj energetický obsah. Plyn navrhujem preto, že je to najdostupnejší zdroj, má neobmedzenú dodávku, jednoduchú reguláciu a vysokú účinnosť. Ako doplnkový zdroj použiť solárne kolektory, tie využívať hlavne na ohrev teplej úžitkovej vody. Pri vypracovaní práce som vychádzal z teórie spracovanej v domácej a zahraničnej literatúre. 40

40 POUŽITÁ LITERATÚRA [1] DUFKA, J.: Hospodárné vytápění domů a bytů. PRAHA: Grada, IBSN [2] ( ) [3] Ďuríková, K Plytvanie už nie je v móde. Môj dom, 2008,č. 5, s [4] ( ) [5] ( ) [6] ( ) [7] ( ) [8] ( ) [9] ( ) [10] ( ) [11] ( ) [12] ( ) [13] ( ) [14] ( ) [15] ( ) [16] ( ) [17] ( ) [18] ( ) [19] ( ) [20] ( ) [21] VSE Tepelné čerpadlo- usporte až 75% ročných nákladov na vykurovanie. Môj dom, 2008,č. 5, s 153 [22] ( ) [23] ( ) [24] ( ) [25] ( )