Vykurovanie 2022 – 3. část: tepelná čerpadla, využití solární energie a energetické využití odpadů

• 1. část: nová energetická legislativa, hospodárnost budov a energetické certifikáty
• 2. část: kogenerace a zvyšování podílu OZE v CZT

VI. Tepelná čerpadla

Chladiva a ekologie

V současnosti se v oblasti TČ prosazují především chladiva R32 (CH₂F₂), R290 (propan), R744 (CO₂) a R717 (NH₃). U R32 byl naměřen GWP = 675. R290 je zatím nejméně prodávané, ale má největší perspektivu a zájem roste. Zavedením ekologičtějších chladiv R32, R290 výrobci tepelných čerpadel předbíhají vývoj, který je stanovený ve strategii EU.

Obr. Z konference Vykurovanie 2022

TČ v novostavbách a stávajících budovách

Zatímco dnes je slovenský poměr instalovaných kusů TČ do novostaveb a při rekonstrukcích přibližně vyrovnaný, tak okolo roku 2030 se očekává zvýšení podílu modernizací na cca 65 % až 80 % v závislosti na síle podpůrných programů: „Dom samovýrobca elektriny – dom spotřebitel. Tento trend sa vo svete presadzuje. To znamená, že dom nielen energiu vyrába z obnoviteľnej energie, ale ju aj spotrebuje. To je téza, ktorá sa všeobecne vo svete podporuje.“

Chladivo R290 – propan

Chladivo R290 pomáhá výrobci Viessmann snížit průměrný koeficient GWP u jeho zařízení a nejbližší cíl je GWP pod 450. Řešení tepelného čerpadla s R290 vyžaduje použít specifickou konstrukci, musí být zabráněno i průnik propanu do otopné vody.

TČ pro zvýšení teploty zpátečky

Existují aplikace, ve kterých lze proces ohřevu otopné vody rozdělit do dvou fází. Teplotně spodní fázi může pokrývat tepelné čerpadlo a teprve při požadavku na vyšší teplotu otopné vody se za TČ připojí jiný zdroj tepla pracující s vyšší teplotou, například plynový kotel. Tepelné čerpadlo se nenavrhuje na plný výkon vytápění, ale jen částečný a využívá se vysoký topný faktor při nižším rozsahu pracovních teplot TČ. Toto řešení je důležité diskutovat již na počátku projekčních prací, kdy lze ovlivnit návrh schématu, zapojení soustavy, oddělení různých okruhů s ohledem na jejich konkrétní provozní teploty.

Tepelná čerpadla na Slovensku

„Najväčšiu výzvu vidíme v bytovej výstavbe, ktorá je väčšinou vykurovaná zastaralými vykurovacími systémami a v mnohých prípadoch stále používa fosílne palivá, ktoré sú škodlivé pre životné prostredie, ako je uhlie a vykurovací olej. Obnoviteľné vykurovanie pomocou tepelných čerpadiel predstavuje stále iba 10 %.“

Zpětné získávání tepla z bazénové vody

„Termálne, ale aj netermálne kúpaliská na Slovensku v súčasnosti bojujú s problémom vypúšťania odpadovej bazénovej vody s príliš vysokou teplotou. Existujú možnosti, ako sa dá energetický potenciál odpadovej bazénovej vody zmysluplne využiť. Možnosťou je využitie rúrového výmenníka tepla osadeného v chladiacom jazierku, alebo kanáli.“

VII. Sluneční energie

Potenciál

„Súčasné využívanie obnoviteľných zdrojov energie predstavuje iba 2,6 % z celkovej spotreby primárnych zdrojov energie. Využíva sa okolo 27 % z technicky využiteľného potenciálu obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku, takže stále zostáva nevyužité obrovské množstvo energie, ktorej potenciál predstavuje 115 775 TJ ročne. Po vynechaní veľkých vodných elektrární je potenciál využívaný iba na 17 %.“

Slovenské cíle

Obr. Percentuálny podiel jednotlivých zdrojov energie pri výrobe tepla a chladu z OZE v roku 2020

Zvýšení podílu OZE má pomoci operační program Kvalita životného prostredia, konkrétně:

„Podpora výroby a distribúcie energie z obnoviteľných zdrojov“ je určená práve na využívanie OZE, a to realizáciou niektorej z nasledujúcich aktivít:

• výstavba zariadení využívajúcich biomasu prostredníctvom rekonštrukcie a modernizácie existujúcich energetických zariadení,
• výstavba zariadení na výrobu biometánu, využitie vodnej energie, aerotermálnej, hydrotermálnej alebo geotermálnej energie, ...
• inštalácia malých zariadení na využívanie OZE,
• inštalácia malých zariadení na využívanie OZE v Bratislavskom samosprávnom kraji.

Dalším podpůrným opatřením je „NÁRODNÝ PROJEKT Zelená domácnostiam II“.

Solární systémy v praxi

„V porovnaní s ostatnými zariadeniami na využívanie OZE majú slnečné kolektory (najmä ploché) veľmi vysokú účinnosť premeny. Dnešné najkvalitnejšie výrobky majú maximálnu účinnosť viac ako 70 %, reálnu praktickú účinnosť aj cez 50 %. V porovnaní s fotovoltaickými panelmi je to takmer 4násobne vyššia účinnosť. Dôležitým faktorom je aj to, že táto účinnosť sa desiatkami rokov znižuje len minimálne, menej ako 2 % za 20 rokov, na rozdiel od FV panelov kde účinnost po 20 rokoch klesne aj o viac ako 20 %.“

Dalším porovnávacím parametrem může být roční výkonové číslo, respektive roční topný faktor, jako u tepelných čerpadel. Zatímco u tepelných čerpadel se poměr mezi vyrobenou tepelnou energií a vloženou energií pohybuje na úrovni 3 až 6, tak u tepelných solárních systémů je na úrovni 50 až 100.

Obr. Vplyv orientácie a sklonu kolektorov/PV panelov na výkon v strednej Európe (THERMO/SOLAR Žiar s.r.o.)

Obr. Specifický příklad autonomního systému přípravy teplé vody a elektrické energie (kolektor ohřívá vodu i vyrábí elektřinu) využitého chovateli (projektováno a vyrobeno na Slovensku, instalováno slovenskou firmou)

Fotovoltaika a vytápění

Zásadní je mít možnost přesunout spotřebu vyrobené elektřiny do doby potřeby tepla. Jednoduchou cestu nabízí teplovodní elektrický kotel kombinovaný s teplovodním akumulačním zásobníkem. Bohužel se tím nesnižuje potřeba elektřiny. Tu nabízí použití tepelných čerpadel a s nimi lze teplo ukládat i jinými způsoby které nevyžadují vysoké teploty akumulační hmoty, například tepelnou aktivací stavebních konstrukcí. Zásadní je využití optimalizačních procesů tepelného nabíjení a vybíjení konstrukcí, aby se nebyl narušen tepelný komfort.

VIII. Energetické zhodnocení odpadu

Palivové směsi

„Na základě požadavku nižší produkce emisí vzniklo palivo pro plánovaný provoz v energetice o složení dřevní biomasa, tuhé alternativní palivo (TAP) a čistírenský kal (ČK), jako záložní palivo bylo uvažováno uhlí. Pro různé směsi těchto paliv byly provedeny spalovací zkoušky v rotační peci a následně vyhodnoceny výsledky měření jak samotného procesu spalování, tak posouzení vzniklých spalin s důrazem na znečišťující látky.“

Kompaktní blok „iSEU – SUBSIDIARY ENERGY UNIT“ využívající odpadní směsi

„Základní neshoda vzniká s navyšováním cílů třídění odpadu, tím se rozumí snižování výhřevné složky ve zbytkové směsi komunálních odpadů. Pokud se mají v budoucnosti začlenit klasické roštové spalovny s kapacitou nad 100 000 t/rok do odpadových cílů a plánů Slovenska, vytvoří se nevyvážený stav mezi reálným výhřevným potenciálem u zbytkového komunálního odpadu a reálnou potřebou spalovny, chybějící energii spalovna musí získat ze zdrojů odpadů, které by mohly být recyklovány.“

Pokud není odpad „nadmíru“ vytříděn, je ekonomicky smysluplné využití kompaktního energetického bloku „iSEU“. Navrhován je se jmenovitým výkonem 10 MW nebo do 20 MW a zajistí komplexní řešení.

Termické zpracování digestátu

Digestát je odpad z bioplynových stanic a využívá se především pro hnojení půdy. Je-li však digestát jako hnojivo nevyužitelný, existuje možnost využít jej jako palivo do zplyňovacího procesu pro generování plynného paliva nebo do spalovacích zařízení.

Plazmové zplyňování alternativních paliv

Plazmové zplyňování alternativních paliv (odpadů) představuje vysoce efektivní a enviromentální technologii. Produkovaný plyn obsahuje majoritní podíl vodíku a oxidu uhelnatého a minimální množství znečišťujících látek, které je vhodné posléze odseparovat.

Komunální odpad

Na Slovensku se v průměru produkuje 2,4 milionu tun komunálního odpadu ročně. Směsný komunální odpad, jako jedna z jeho nejpočetnějších forem, tvoří asi 50 % z celkového množství a zastupuje velmi rozmanitou směs odpadních materiálů.

„Spáleniu celého objemu vyprodukovanému ZKO bráni na Slovensku ale i vo svete počet spaľovní s vhodnou technológiou kotlov a pomerne prísny legislatívny rámec v systéme ich výstavby (najmä v procese EIA). Preto je dnes pre úplný prechod na jeho kompletné spálenie aplikovaný aspoň systém vytriedenia jeho zhodnotiteľných foriem (Fe, Al, papier resp. plasty) a zvyšok po stabilizácii ťažkej frakcie uložený na skládku.“

Energetické zhodnocování tuhého odpadu s využitím pyrolýzy

„Technológia pyrolýzy môže nielen znížiť objem tuhého komunálneho odpadu TKO, ale taktiež produkovať pyrolýzny olej, pyrolýzny plyn a tuhý uhlík, ktoré majú vysokú výhrevnosť, aplikačné vlastnosti a naviac sú široko využiteľné v priemyselných činnostiach. Analyzovaním TKO sa podarilo vytvoriť rebríček výhrevnosti podľa jednotlivých zložiek.

Pri hmotnostnej bilancii sa z jednej tony odpadu získa 400 kg plynu s výhrevnosťou približne 12 MJ/kg a 240 kg koksu s približne 16 MJ/kg. Hoci sa 51 kg kovov, 61 kg inertných látok, 10 kg solí (hlavne CaCl₂ a NaCl), 20 kg zvyškov popola, 17–20 kg kyseliny chlorovodíkovej, 6–9 kg sadry ako aj 140 kg trosky tiež dodatočne zhodnocuje, čistá kapacita výroby energie tejto technológie je medzi 20 a 26 kW/t TKO.“