Ohlasy ze semináře "Solární termické systémy a zdroje tepla na biomasu"

Organizovala jej společnost Středisko pro efektivní využívání energie, o.p.s., ve spolupráci s Ústavem techniky prostředí zřízeném při Strojní fakultě ČVUT v Praze.

Smyslem semináře bylo upozornit na některá, často podceňovaná specifika těchto zařízení využívajících obnovitelné zdroje, a představit zásady "dobré praxe", které by pak bylo vhodné a žádoucí aplikovat u dalších instalací v budoucnu.

Na semináři proto dostali možnost vystoupit naši přední odborníci na solární systémy, soustavy vytápění a na spalovací zdroje tepla využívající paliva z biomasy. Teorii pak o některé konkrétní problémy z praxe doplnili pozvaní zástupci dodavatelů těchto systémů.

Úvodního slova se ujal Tomáš Voříšek (prezentace) ze společnosti SEVEn. V krátkosti představil důvody pro uspořádání tohoto semináře. SEVEn se za ČR účastní evropského projektu ACCESS, jehož cílem je podpořit v nových členských zemích EU rozšiřování využívání solární energie a energie z biomasy v decentralizovaných soustavách vytápění (zvláště) v sektoru bydlení. A organizovaný seminář má patřit k hlavním informačně-vzdělávacím aktivitám tohoto projektu u nás.

Sérii odborných přednášek odstartoval Tomáš Matuška (prezentace) z ČVUT, a to hned na klíčové téma semináře: principy a pravidla integrace solárních systémů a kotlů na biomasu do soustav vytápění budov.

Za klíčové ve své prezentaci označil pečlivé dimenzování výkonu (spolu)pracujících zdrojů tepla s ohledem na reálné potřeby. V případě solárního systému je výkon fakticky určen velikostí kolektorové plochy, která bývá navrhována častokrát s cílem dosáhnout vysoké míry solárního pokrytí, ačkoliv to zhoršuje ekonomické parametry systému v důsledku jeho delší stagnace v letním období (díky nízké potřebě odběru tepla).

U spalovacích zdrojů na biomasu je pak při nesprávném návrhu výsledkem chod zařízení po velkou část topné sezóny na významně nižší výkonové parametry, než je z pohledu účinnosti a emisí optimální. A tato situace je dnes v důsledku zlepšování tepelně-technických vlastností staveb stále častější, jak ve své následné prezentaci upozornil Karel Trnobranský (prezentace), jenž se energetickému využívání biomasy řadu let u nás věnuje (lektorsky na ČVUT a nyní jako externí spolupracovník REA Kladno).

Jako celkově prospěšným řešením proto doporučuje nasazení (vodních) akumulátorů tepla. Tuto skutečnost potvrdil ve své prezentaci i další vystupující, Bořivoj Šourek (prezentace) z ČVUT, a demonstroval ji na několika typových případech.

Při správném dimenzování akumulátor zabezpečuje výkonovou optimalizaci výroby a užití tepla v objektu a může navíc sloužit ke krytí odběrových špiček. Jmenovitý výkon (hlavního) tepelného zdroje pak může být dimenzován jen na 2/3 (výpočtové) tepelné ztráty objektu, což přesto dle empirických zkušeností postačuje ke krytí více než 90 % spotřeby tepla na vytápění během topné sezóny.

Dále upozornil na specifika různých druhů (tuhých) paliv z biomasy. Jednoznačně upřednostňuje využití dřevní hmoty, jelikož obsahuje pouze stopová množství popela, síry, dusíku a chloru, která pak při spalování vedou k produkci škodlivých emisí, jež mají negativní vliv na životní prostředí a i životnost spalovacího zdroje.

Zvláště chlor bývá v palivech z jiných (rostlinných) materiálů přítomen v mnohem větším množství (viz tabulka níže), což při jejich využití může vést k rychlejší korozi teplosměnných ploch kotle a navíc ke vzniku nebezpečných dioxinů, jejichž přítomnost ve spalinách je přímo úměrná právě obsahu chlóru ve spalovaném materiálu.

Druh biohmoty	C1	H1	O1	N1	S1	Cl1	Na2	Mg2	P2
Dřevní hmota	50	6,2	43	0,1	0,02	0,01	35	170	80
Sláma	49	6,3	43	0,5	0,10	0,40	500	700	1000
Zrno	46	6,6	45	2,0	0,10	0,10	50	1500	4000
Seno	49	6,3	43	1,4	0,20	0,81	1000	1700	3000

Tab. - Typické hodnoty různých druhů biomasy využitelných jako palivo
1) Hmotnostní podíl v hořlavině [w - % daf], 2) [mg/kg suš]
Zdroj: ČSN CEN/TS 14961

Co do formy pak při volbě druhu bio-paliva pro malé zdroje vytápění doporučuje standardizovaná paliva - brikety a pelety. Jejich energetický obsah na jednotku (objemové) hmotnosti je několikanásobně vyšší, takže šetří prostor, mají nižší nároky na dopravu a jsou ke spalovacímu zdroji i šetrnější (díky nižšímu obsahu vody).

Druh biopaliva		Výhřevnost [MJ/kg]	Měrná hmotnost [kg/m3]	Využitelná energie na jednotku objemu
				absolutně [GJ]	v poměru k smrkovému dříví [GJ]
Palivové dříví	Smrk	16,2	440	7,1	100%
	Borovice	15,8	520	8,2	115%
	Dub	15,1	690	10,4	146%
	Buk	14,4	700	10,1	141%
Standardizovaná biopaliva	Dřevní pelety	17	700	11,9	167%
	Dřevní brikety	17	1000	17,0	238%

Tab. - Množství využitelné energie pro různá paliva z dřevní biomasy dle výhřevnosti a měrné hmotnosti (při neměnné objemové velikosti)
Poznámka: Parametry palivového dříví shodně vyjádřeny k podílu vody 15 % a objemové velikosti v plnometrech (plm).

Spalovacím zdrojům na biomasu (jejich druhovému členění a výhodách a nevýhodách nasazení) byla věnována poslední část příspěvku pana Trnobranského. Z kotlů, tj. zdrojů tepla pro ústřední vytápění, doporučuje pouze tzv. zplyňovací kotle na kusové dřevo a kotle na pelety - mají široký výkonový rozsah při vysoké účinnosti.

Naopak pak upozorňuje na (skrytá) nebezpečí současného trendu - lokální topidla v novostavbách rodinných domů (krby, krbová kamna, krbové vložky). Bývají častokrát předimenzovaná, což pak uživatelům způsobuje problémy s přetápěním místností, kde se nacházejí.

Doporučuje tedy se při navrhování řídit rychlou poučkou, že jeden kilowatt tepelného výkonu lokálního topidla instalovaného do moderní novostavby postačuje pro vytopení min. 40 m3 prostoru (při předpokladu tepelné ztráty 25 W/m³).

Smysluplnost nasazení akumulátorů tepla jako "energetické centrály" objektu potvrdil svým příspěvkem i pan Kramoliš (prezentace), specialista na projekci zvláště velkoplošných solárních systémů. Vedle řady cenných zásad pro výběr vhodného typu a dimenze zásobníku uvedl ve své prezentaci jedno zajímavé srovnání, a to množství energie, které je možné "naakumulovat" třemi různými způsoby: ve formě citelného tepla do vodního akumulátoru, nebo latentního tepla do zásobníku obsahujícího sloučeninu schopnou za nízkých teplot fázové změny (PCM) anebo ve formě chemických vazeb, které představují paliva z biomasy.

Jak na konkrétním příkladu prokázal, zatímco do 1 m³ objemu vodního zásobníku lze "uložit" při Δt 60 resp. 70 °C 70-80 kWh energie, do zásobníku s PCM o stejném objemu o 50 i více % více energie a do zásobníku vyplněného peletami více než 40krát více dále využitelné energie.

Tato skutečnost je obzvlášť důležitá pro snahy o tzv. sezónní akumulaci solární energie - jednoznačně tak prokazuje, že chemické vazby biomasy jsou mnohanásobně efektivnější.

Obr. - Porovnání akumulačních objemů při různých látkách (m³)

O hlavním článku solárních soustav - sluneční kolektorech přednesl příspěvek Jiří Kalina (prezentace) ze společnosti Regulus. Ve své prezentaci se zaměřil zejména na specifika jednotlivých druhů kolektorů a faktory, které mají na výši solárních zisků z nich vliv.

Kromě umístění kolektoru, jak geograficky, tak i v prostoru, solární zisk významně determinuje typ kolektoru a kvalita jeho součástí, zvláště absorpčního povrchu.

A tak nejúčinnější jsou kolektory mající absorbér uloženým do trubic vyplněných vakuem, potažených uvnitř vysoce spektrálně selektivním povrchem (např. SUNSELECT). Kolektor má díky tomuto provedení přijímací plochu stejnou po celý den, čímž je zajištěn vyšší denní zisk energie i vyrovnanější zisky v průběhu roku.

Obr. - Srovnání velikosti absorpční plochy plochého a trubicového kolektoru v průběhu dne

Předpokladem správné funkce kolektoru je nicméně řádné zapojení do systému, jak přednášející dále upozornil. Způsob hydraulického zapojení kolektoru je určujícím faktorem pro tlakovou ztrátu a tím i pro nároky na oběhové čerpadlo. Nejvýhodnějším pro maloplošné soustavy je klasické paralelní zapojení kolektorů které se v obecné mluvě odborníků nazývá "lyra" nebo "harfa".

Závěrem byly na křivkách účinnosti různých typů kolektorů vysvětleny mezní stavy definující víceméně kvalitativní charakteristiky kolektoru. Jsou jimi tzv. optická účinnost, tj. jaké kolektor dosáhne účinnosti při nulových ztrátách tepla, a stagnační teplota kolektoru, což je nejvyšší teplota, na kterou se kolektor může ohřát, když z něho není odebíráno teplo. Čím jsou oba parametry vyšší, tím je kolektor kvalitnější.

Že nejen návrh, ale i způsob provozu může do značné míry pozitivně i negativně ovlivnit výši solárních zisků pak popisem a doprovodnými fotografiemi desítek dobrých i špatných příkladů instalací solárních systémů dokumentoval Ing. Peterka (prezentace), dlouholetý propagátor solární energetiky a redaktor časopisu Alternativní energie.

Seminář uzavřelo vystoupení Miroslava Svobody ze společnosti Viessmann, jenž se v krátkém čase pokusil doplnit prezentovanou problematiku o některá pozapomenutá témata (časté omyly a chyby v návrhu a provozu solárních soustav). Že životnost solárního systému je skutečně vysoká demonstroval na zařízení instalovaném touto společností před více než třiceti lety, které je dnes stále funkční.

Posluchači tak měli jedinečnou možnost získat komplexní přehled dané problematiky v celém svém rozsahu (od teorie k praxi). A téměř pět desítek účastníků akce jsou důkazem, že mezi odborníky začíná být o toto téma stále větší zájem.

I proto hodlají organizátoři na začátku prosince t.r. uspořádat na téma kombinovaného využití solárních systémů a zdrojů na biomasu ještě jeden odborný seminář, jenž by měl prezentovanou problematiku doplnit i o ekonomické aspekty, které o konkurenceschopnosti propagovaných řešení v konečném důsledku rozhodují.

Podrobnosti plánovaného semináře (datum a místo konání, program, podmínky registrace) budou uveřejněny na oficiální stránce projektu ACCESS v českém jazyce (http://www.access-ret.net/info/cz.htm), případně je bude možné získat u organizátorů (SEVEn, o.p.s.).

Prezentace ke stažení:

Úvod - Představení projektu ACCESS (Ing. Tomáš Voříšek, SEVEn)
Integrace solárních soustav a kotlů na biomasu do soustav pro vytápění budov (Ing. Tomáš Matuška Ph.D., ČVUT v Praze)
Typová řešení soustav vytápění a přípravy TV s využitím solární energie a biomasy (Ing. Bořivoj Šourek, ČVUT v Praze)
Moderní způsoby vytápění domů s využitím biomasy (Doc. Ing. Karel Trnobranský, CSc., REA Kladno)
Sluneční kolektory - typy kolektorů a dimenzování (Jiří Kalina, Regulus)
Využití akumulace tepla - návrh a dimenzování zásobníků, příklady (Ing. Petr Kramoliš, projekce OZE)
Maximalizace solárních zisků řádným provozem solárních soustav (Ing. Jaroslav Peterka CSc., Technická univerzita v Liberci)

Organizaci semináře podpořily: