UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra technické a informační výchovy
Obnovitelné zdroje energie – využití biomasy
Bakalářská práce
Olomouc 2013
Vedoucí práce:
Autor práce:
Mgr. Martin Havelka, Ph.D.
Tomáš Nevřela
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a s použitím pramenů uvedených v seznamu literatury.
V Olomouci dne 18. března 2013
………………………….. Tomáš Nevřela
Poděkování Děkuji vedoucímu práce, panu Mgr. Martinovi Havelkovi, Ph.D, za odborné vedení, připomínky a rady, které mi poskytl při zpracování této práce.
Obsah ÚVOD .........................................................................................................................................6 Teoretická část ............................................................................................................................8 1 Definice OZE .......................................................................................................................8 2 Rozdělení OZE ..................................................................................................................10 2.1 Sluneční energie ..........................................................................................................10 2.2 Větrná energie .............................................................................................................11 2.3 Geotermální energie ....................................................................................................11 2.4 Energie vody ...............................................................................................................11 3 Biomasa .............................................................................................................................13 3.2 Rozdělení biomasy......................................................................................................13 3.3 Výhody a nevýhody biomasy jako energetického zdroje ...........................................16 4 Technika pro využití biomasy jako energetického zdroje .................................................20 4.1 Principy .......................................................................................................................20 4.2 Výhody a nevýhody ....................................................................................................22 Aplikační část ...........................................................................................................................24 5 Výběr vhodných plodin .....................................................................................................24 5.1 Energetické plodiny ....................................................................................................24 5.2 Rychle rostoucí dřeviny ..............................................................................................33 5.3 Odpadní suroviny vhodné pro výrobu pevných paliv z fytomasy zemědělských plodin. ...............................................................................................................................36 6 Technologie zpracování a příprava suroviny na palivo .....................................................37 6.1 Technologie přípravy kusového dřeva ........................................................................37 6.2 Technologie přípravy dřevní štěpky ...........................................................................39 6.3 Technologie přípravy briket........................................................................................40 6.4 Technologie přípravy pelet .........................................................................................41 7 Technologie pro vytápění a přípravu TUV ........................................................................43 7.1 Zdroje tepla .................................................................................................................43
Obrázek č. 21: Peletová kamna firmy HAAS+SOHN (73) ..............................................50 7.2 Potrubní sítě ................................................................................................................51 7.3 Akumulační nádrže .....................................................................................................54 7.4 Otopná tělesa...............................................................................................................54 8 Příklad konkrétní realizace nízkoenergetického domu, jeho vytápění a příprava TUV. ..57 ZÁVĚR .....................................................................................................................................63 Slovníček pojmů: ......................................................................................................................65 Bibliografie: ..............................................................................................................................66 Anotace .....................................................................................................................................72
ÚVOD Obnovitelné zdroje energie (dále jen OZE) jsou v dnešní době předmětem zájmů mnoha diskuzí a to ze tří hlavních důvodů: •
prvním důvodem je vyčerpatelnost fosilních paliv. Je docela možné, že ropa a zemní plyn už v průběhu našich životů nebudou. Proto se snažíme najít alternativní zdroje energie, které ropu a zemní plyn nahradí a bude možné tyto zdroje bez větších problémů obnovovat;
•
druhým důvodem je zabezpečení dodávek energie. I když jsou fosilní paliva v jedné části světa stále dobře dostupná, budeme stále usilovat o snížení naší ekonomické závislosti na dovážených zdrojích;
•
třetím důvodem je velmi pravděpodobná skutečnost, že emise z fosilních paliv mění naše podnebí. Klimatické změny podnebí má na svědomí mnoho lidských aktivit, nejvíce se však na něm podílí zesilování skleníkového efektu působením CO2. (1)
V této práci se pokusíme v souladu s konceptem ekologické stopy nastínit, jak lze účinně snížit spotřebu fosilních paliv v podmínkách rodinného domu. Je třeba si uvědomit, že nejlevnější a nejekologičtější energie je ta, kterou nespotřebujeme a proto je vhodné při přípravě stavby uvažovat o nízkoenergetickém a pasivním bydlení. Investice vložená do těchto staveb se vrátí o to rychleji, o co rychleji porostou ceny energie. Z vlastní zkušenosti mohu říct, že se dá postavit nízkoenergetický dům za stejnou cenu jako běžný dům. Současné ČSN zpřísňují požadavky v oblasti tepelně izolačních vlastností stavebních konstrukcí. Tyto hodnoty jsou pro obvyklou novostavbu stanoveny na 80 – 140 kWh/m2 podlahové plochy za rok, pro nízkoenergetické stavby 15 – 50 kWh/m2 podlahové plochy za rok, pro pasivní domy 5 – 15 kWh/m2 podlahové plochy za rok a 5 a méně kWh/m2 podlahové plochy za rok pro nulové domy dle normy ČSN 73 0540. Z toho plyne, že dodržíme-li aktuální požadavky normy, neznamená, že stavíme dostatečně úsporně. Dále by měl být kladen důraz na osobní motivaci člověka při výběru typu stavby a koncepce systému vytápění a přípravy TUV z hlediska plánování a realizace dílčích kroků, směřujících k takovému způsobu života člověka, který je v souladu s myšlenkou trvale udržitelného rozvoje. Zajímá mě využití alternativních způsobů výroby energie. Při přípravě stavby mého domu jsem podrobně studoval jak stavbu nízkoenergetických domů, tak hospodárné technologie pro jejich vytápění a ohřev TUV a proto jsem si zvolil dané téma. 6
Cílem bakalářské práce je zpracování poznatkové báze problematiky využití obnovitelných zdrojů energie při vytápění rodinného domu a dále realizace případové studie zaměřené na analýzu využitelnosti biomasy při lokálním vytápění a přípravě TUV. Popsán bude celý řetězec od pěstování vhodných plodin přes jejich zpracování a výběr vhodné technologie pro zvolený typ bytového domu.
7
Teoretická část 1 Definice OZE Mluvíme-li o obnovitelných zdrojích energie, máme především na mysli efektivní využívání přírodních energetických zdrojů k výrobě elektrické a tepelné energie. Jedná se o zdroje, které jsou v podstatě nevyčerpatelné a stále se obnovují, jako je slunce, voda, vítr a biomasa. (2) V současné době jsou v ČR nejrozšířenějším zdrojem energie fosilní paliva a to především uhlí a zemní plyn. Tato paliva sice patří mezi přírodní zdroje, ale rozhodně je nemůžeme považovat za nevyčerpatelné. Vezmeme-li v úvahu například uhlí, k jehož přeměně do využitelné podoby bylo zapotřebí milióny let, podařilo se během pouhých sto let jeho zásoby natolik snížit, že se jejich vyčerpání předpokládá již v první polovině tohoto století. Všechna ostatní fosilní paliva (zemní plyn, ropa) je třeba dovážet, a lze předpokládat celosvětový nárůst jejich cen. Dalším aspektem ukazujícím v neprospěch fosilních paliv je jejich negativní účinek při spalovacích procesech, kdy vznikají oxidy uhlíku a dusíku, které se významnou měrou podílejí na skleníkovém efektu a znečišťování životního prostředí. (2) Pod pojmem OZE se rozumí využitelný zdroj energie, jehož energetický potenciál se obnovuje přírodními procesy. Jedná se tudíž o energii slunce, větru, vody, biomasy a energii ovzduší a horninového prostředí, přičemž jsou rozlišeny přírodní – primární - zdroje energie a technologie využití těchto energií. Další relevantní pojmy užívané v této práci jsou definovány následovně: •
„obnovitelnými zdroji energie“ se rozumějí obnovitelné nefosilní zdroje energie (vítr, sluneční energie, geotermální energie, energie vln a přílivu, energie vody, biomasa, plyn ze skládek, z čistíren odpadních vod a bioplyny) v souladu s § 31 zák. č.458 viz dále; (2)
•
„biomasou“ se rozumí biologicky rozložitelná část výrobků, odpadů a zbytků ze zemědělské a
produkce
(včetně
rostlinných
a
živočišných
látek),
lesnictví
souvisejících průmyslových odvětví, a rovněž biologicky rozložitelná část
průmyslového a komunálního odpadu; (2) •
„elektrickou energií vyrobenou z obnovitelných zdrojů energie“ se rozumí elektrická energie vyrobená v zařízeních, která využívají pouze obnovitelné zdroje energie a část elektrické energie vyrobené z obnovitelných zdrojů energie v hybridních zařízeních, která využívají i konvenční zdroje energie, a to včetně obnovitelné
8
elektrické energie používané k doplnění akumulačních systémů, ale s výjimkou elektrické energie vyrobené jako výsledek těchto akumulačních systémů; (2) •
„spotřebou elektrické energie“ se rozumí vnitrostátní výroba elektrické energie včetně vlastní výroby, s připočtením dovozů a odečtením vývozů (hrubá národní spotřeba elektrické energie)“. (2)
Pojem OZE je definován a používán v těchto zákonech: •
§ 31 zákona č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon), ve znění pozdějších předpisů;
•
a § 2 zákona č. 18/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů (zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů) se rozumí obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu a energie bioplynu. (2)
9
2 Rozdělení OZE Mezi obnovitelné zdroje energie se obvykle řadí: 1. sluneční energie; 2. větrná energie; 3. geotermální energie; 4. energie vody; 5. energie z biomasy. Některé z uvedených pojmů souvisí s pojmem biomasa a budou dále v této práci využívány, proto je budeme nyní krátce charakterizovat. 2.1 Sluneční energie Sluneční energie je nejdůležitější druh energie, bez které by na Zemi neexistoval život. Závisí na ní všechny děje odehrávající se na Zemi. Část dopadajícího slunečního záření se odráží zpět do kosmu, ale z větší části je zachyceno planetou. V ČR jsou poměrně dobré podmínky pro využití energie Slunce, přestože energie záření v průběhu roku kolísá a nejvíce v období, kdy je ho nejvíce třeba. Sluneční energii lze přeměnou v jiné druhy energie využít mnoha způsoby – tepelně, mechanicky, elektricky a chemicky. Civilizovaný člověk dokáže větší část dopadající sluneční energie usměrnit ve svůj prospěch. Využívá tuto energii dvěma způsoby: •
pasivní cestou – vhodným architektonickým a stavebním řešením objektu. Přes transparentní plochy (okna, prosklené střechy a stěny) vniká do objektů sluneční záření, které se po dopadu na předměty přemění v dlouhovlnné záření. Tento princip má význam hlavně u koncepce pasivních či aktivních domů;
•
aktivní cestou – je to mnohem efektivnější způsob využití energie Slunce. Tyto systémy jsou flexibilnější a efektivnější, a jsou schopny časově částečně oddělit energetické zisky od jejich skutečného využití tzn., že jsou schopny akumulace energie, která se uskladní pro pozdější použití. Tyto systémy členíme na fototermické (slouží pro výrobu tepla) a fotovoltaické (slouží pro výrobu elektřiny). (3)
Sluneční záření je v rostlinách formou fotosyntézy přeměňováno na chemickou energii uloženou v rostlinách a podílí se tak na vzniku fytomasy. Z tohoto pohledu je pro téma práce sluneční energie jako primární zdroj energie uložené v biomase důležitá.
10
2.2 Větrná energie Vítr je proudění vzduchu vlivem tlakových změn v atmosféře způsobených nerovnoměrným ohříván vzduchu a Země. Energie větru se využívá k výrobě elektrické energie, k čerpání vody v závlahových systémech a v minulosti hlavně ke konání mechanické práce (větrný mlýn a hamr). Vyrobená elektrická energie se používá k vlastní spotřebě výrobce např. k osvětlení, vytápění objektů, k ohřevu vody. U větších zařízení je možné vyrobenou elektrickou energii dodávat do rozvodné sítě na základě smluvního vztahu s distribuční společností. Výhodné je použití malé větrné elektrárny v místech bez přípojky elektrické energie. Princip větrné elektrárny je založen na přeměně energie proudících mas vzduchu (větru) na mechanickou práci (otáčení lopatek rotoru). (4) 2.3 Geotermální energie Jde o nejstarší energii na naší planetě. Geotermální energie je projevem tepelné energie zemského jádra, která vzniká přirozeným rozpadem radioaktivních prvků v hlubokých vrstvách zemského jádra a působením slapových sil. Využívá se ve formě tepelné energie (pro vytápění), či pro výrobu elektrické energie v geotermálních elektrárnách. Takové využití energie je většinou technologicky náročné, protože horká vody z vrtů je silně mineralizovaná a zanáší technologii elektrárny. Navíc je dostatečný tepelný spád vrtu obvykle spojen s geologickou nestabilitou oblasti. Geotermální energie se využívá také k individuálnímu vytápění či chlazení domků pomocí tepelných čerpadel. Jedná se o využití zemního tepla, které se nachází v hloubce 2 – 3 metrů a zůstává stabilní během roku. (5) 2.4 Energie vody „Energie vody (hydroenergie) je nejvýznamnější obnovitelný zdroj energie, a také jediný, který je ekonomický konkurenční fosilním palivům a nukleární energii.“ (6) Principem vodní elektrárny je soustředění měrné energie vodního toku vybudováním jezu nebo přehrady, kde voda roztáčí turbínu, ta je na společné hřídeli s elektrickým generátorem. Mechanická energie proudící vody se zde mění na energii elektrickou. (7) Zdroj (6) server Zdroje energie rozděluje vodní elektrárny následovně: •
podle způsobu provozu: o průtočné elektrárny – využívají přirozeného průtoku, o akumulační – využívají řízený odběr vody z akumulační nádrže (např. Vltavská kaskáda).
•
podle systému soustředění měrné energie a přívody vody k turbíně: 11
o přehradní a jezové elektrárny – soustřeďují energii pomocí vzdouvacího zařízení (jezu nebo přehrady), o derivační – využívají derivaci, tzn. odvedení vody přivaděčem (kanál, štola, potrubí) z vodního koryta do turbíny, o přečerpávací (akumulační) – principem je přečerpání vody v době přebytku elektrické energie (např. v noci) a následný levný provoz ve špičce (v době nedostatku elektrické energie) – např. Dalešice, Dlouhé Stráně. •
podle využití měrné energie: o rovnotlaká turbína – turbína s volným odpadem vody (Peltonova turbína), o přetlaková – se sníženým tlakem (Francisova turbína, Kaplanova turbína). Tolik obecně k tématu OZE, v další kapitole se již zaměříme na téma biomasy jako
jednoho konkrétního OZE.
12
3 Biomasa 3.1 Definice biomasy Evropská směrnice č. 77/2001/ES definuje pojem biomasa následovně: „Biomasou se rozumí biologicky rozložitelná část výrobků, odpadů a zbytků ze zemědělství (včetně rostlinných a živočišných látek), lesnictví a souvisejících průmyslových odvětví, a rovněž biologicky rozložitelná část průmyslového a komunálního odpadu.“ (8) V prameni (9) nalézáme definici pojmu biomasa z pohledu energetického: Pro výrobu energie a paliv je důležitá jen energeticky využitelná biomasa (energetická biomasa nebo zkráceně pouze biomasa). Biomasu lze považovat za formu akumulace energie slunečního záření, která je charakteristická nízkou účinností, ale s téměř nulovými ztrátami při dlouhodobé akumulaci. Naproti tomu zdroj (10) nahlíží na obsah pojmu biomasa z hlediska ekologického: Ekologie definuje biomasu jako celkovou hmotu jedinců určitého druhu, skupiny druhů nebo všech druhů společenstva na určité ploše. U rostlin se vyjadřuje v hmotnosti sušiny, u živočichů také v čerstvé hmotnosti (v joulech, obsahu uhlíku ap.). U půdních a vodních organismů může být vztažena také k celkovému objemu (litr, cm3, m3). U rostlin je rozlišována biomasa podzemní nebo nadzemní, biomasa živá nebo mrtvá (stařina). Výše uvedené definice jsou pojaty z různých úhlů pohledu. Nejširší záběr má ekologická definice. Pro účel této práce se mi jeví jako nejvhodnější definice, která je definována jako energetická biomasa. 3.2 Rozdělení biomasy V podmínkách České republiky přichází především v úvahu energetické využití těchto druhů biomasy: •
dřevní odpady;
•
rychle rostoucí dřeviny;
•
energetické plodiny;
•
sláma ze zemědělské produkce;
•
kejda a chlévská mrva pro produkci a využití bioplynu;
•
řízené skládky pro využití bioplynu z odpadů (skládkový plyn). (11)
V další části provedeme stručnou charakteristiku jednotlivých druhů biomasy.
13
Dřevní odpady Mezi dřevní odpady můžeme zařadit odpady vzniklé při údržbě krajiny a sadů (prořezy, křoviny a náletové dřeviny), odpady vzniklé při těžbě dřeva (kůra, vršky stromů, větve, šišky, pařezy, kořeny apod.) a odpady vzniklé ve dřevozpracujících provozech (odřezky, piliny, hobliny). Rychle rostoucí dřeviny Pod tímto pojmem v podmínkách střední Evropy zařazujeme různé druhy, odrůdy a klony topolů a vrb. Plantáže rychle rostoucích dřevin vznikají a měly by vznikat na místech méně vhodných pro pěstování konvenčních plodin. (12) Energetické plodiny Jsou to cíleně pěstované rostliny, které využíváme pro energetické účely (ozdobnice, šťovík, konopí, řepka olejná, kotřava, lesknice, psíček apod.). Energii z energetických plodin získáváme chemickými či biochemickými procesy. Základní technologií je spalování biomasy, kterou doplňují další technologie jako je lisování oleje ze semen (řepka), fermentace cukrů (alkoholové kvašení cukrové řepy, obilí, kukuřice apod.), pyrolýza suché biomasy. (13) Sláma ze zemědělské produkce Sláma a seno provází člověka od začátku pěstování obilovin. Pěstitelé se vždy zabývali problémem, jak slámu využít. Většinou se hledaly možnosti jejího využití především v oblasti živočišné výroby (krmivo, podestýlka atd.). V posledních letech, ale vlivem skutečnosti, že lidstvo si uvědomilo, že zdroje energie nejsou neomezené, vzrostl zájem o energetické využití biomasy. Souvisí též s méně intenzivním chovem skotu, podestýlky a krmiva není tolik potřeba. Kejda a chlévská mrva pro produkci a využití bioplynu Kejda je tekuté statkové hnojivo, částečně zkvašená směs tuhých a tekutých výkalů hospodářských zvířat a zbytků krmiv s podílem technologické vody. Chlévská mrva je čerstvá směs pevných a částečně i tekutých výkalů ustájených hospodářských zvířat chovaných s podestýlkou. Využití najdou v bioplynových stancích pro výrobu bioplynu. Řízené skládky pro využití bioplynu z odpadů (skládkový plyn) Je označován plyn vznikající samovolně ve skládkách anaerobním rozkladem. Tento plyn vzniká naprosto shodným způsobem jako reaktorový bioplyn, tedy postupnou přeměnou biologicky rozložitelného substrátu působením acidogenních a methanogenních bakterií. (14) 14
Množství a složení skládkového plynu závisí na množství skládkovaného odpadu, složení ukládaného odpadu (druh ukládaného odpadu, pH, poměr zastoupení jednotlivých složek odpadu), stupni jeho rozkladu a teplotě. (14) Složkami skládkového plynu jsou methan a oxid uhličitý doplněné stopovými příměsemi. Skládkové plyny se vzájemně neliší pouze druhem a množstvím stopových příměsí, ale hlavně variabilitou poměru CH4: CO2, a to ne jen mezi různými skládkami, ale i na jedné skládce v čase. Ze stopových složek je třeba jmenovat kyslík, sulfan, argon, halogenvodíky, oxid dusný, amoniak, vodík, organické látky (uhlovodíky, alkoholy, aldehydy, ketony) a organochlorové a křemíkaté sloučeniny. Obsah stopových složek je vzhledem k množství methanu a oxidu uhličitého zanedbatelný (maximálně v jednotkách %), ale jejich hladinu je třeba sledovat pro jejich negativní vlivy na životní prostředí a na případná zařízení používaná při likvidaci nebo dalším využití skládkového plynu. (14)
15
3.3 Výhody a nevýhody biomasy jako energetického zdroje V následující části textu se pokusíme shrnout základní pozitivní a negativní momenty spojené s využíváním různých skupin materiálů náležících do kategorie biomasa jako paliva v systému vytápění a přípravy teplé vody v systému lokálního vytápění. V úvodu uvedeme hlavní důvody, které nás vedou k využívání biomasy k energetickým účelům: •
obnovitelný zdroj energie – biomasu můžeme opakovaně a v relativně krátkém čase vypěstovat;
•
lokální dostupnost biomasy – jsme schopni, na rozdíl od fosilních paliv, vyprodukovat biomasu v blízkosti její spotřeby;
•
místní rozvoj regionu – tím, že místně produkujeme biomasu, poskytujeme v regionu pracovní místa;
•
ekologie – spalováním biomasy nedochází k zvyšování skleníkového efektu, protože při vzniku biomasy, při fotosyntéze, rostliny odebírají z atmosféry CO2 při svém růstu a pomocí barviva chlorofylu a energie slunce z něj vytvářejí glukózu a řadu složitých organických látek, které potřebují ke svému životu a jako odpadní materiál vypouštějí kyslík. Při energetickém využití je tento CO2 vypouštěn zpět do atmosféry. (15)
V další části této kapitoly uvedeme přehled hlavních pozitiv a negativ pro každou z výše uvedených kategorií biomasy. Dřevní odpady Výhody: •
místní dostupnost;
•
nízký obsah popelovin (cca 1 %);
•
nízká cena suroviny;
•
vysoký bod tání popelovin.
Nevýhody: •
nehomogenní struktura materiálu – různý poměr kůry a dřeva, různá velikost;
•
nemožnost plánování produkce – nevíme kolik a kdy bude této suroviny k dispozici.
Rychle rostoucí dřeviny Druhy dřevin jsou popsány v kapitole 3.2 Rozdělení biomasy. Každé dřevině je pak věnována stať v kapitole 5 Výběr vhodných plodin. 16
Výhody: •
dle výběru pěstované plodiny, dosáhneme vlastností (výhřevnost, velikost částic, vlhkost materiálu, chemické složení), které potřebujeme pro danou aplikaci;
•
možnost plánování produkce;
•
možnost využití půdy, která se nehodí pro tradiční zemědělství;
•
nižší obsah popelovin než stébelniny.
Nevýhody: •
surovinu je třeba před použitím patřičně zpracovat (sušit, drtit, lisovat apod.), k čemuž je třeba se vybavit potřebnou technologií a mechanizací;
•
zemědělci nemají s těmito plodinami dostatek zkušenosti, a proto mají nedůvěru k pěstování těchto plodin.
Energetické plodiny Druhy energetických plodin jsou popsány v kapitole Rozdělení biomasy. Jednotlivým plodinám je věnována stať v kapitole 5 Výběr vhodných plodin. Výhody: •
dle výběru pěstované plodiny, dosáhneme vlastností (výhřevnost, velikost částic, vlhkost materiálu, chemické složení), které potřebujeme pro danou aplikaci;
•
možnost plánování produkce;
•
možnost využití půdy, která se nehodí pro tradiční zemědělství;
•
většinou se sklízí v době, kdy je plodina vysušena a odpadá tak energeticky náročné sušení suroviny.
Nevýhody: •
surovinu je třeba před použitím patřičně zpracovat (sušit, drtit, lisovat apod.);
•
zemědělci nemají s těmito plodinami dostatek zkušenosti, a proto mají nedůvěru k pěstování těchto plodin;
•
vyšší obsah popelovin než dřeviny.
17
Sláma ze zemědělské produkce Výhody: •
nízká cena – odpad;
•
místní dostupnost;
•
možnost plánování produkce.
Nevýhody: •
vyšší obsah popelovin než dřeviny;
•
složení popelu je blízké ke složení sklářského kmene – může docházet k zanášení spalovacího prostoru sklovinou a tím dochází k narušování žáruvzdorné vyzdívky;
•
vzhledem k tomu, že se sláma většinou zpracovává do balíků, je spíše vhodná pro spalování ve větších kotelnách (vyšší nároky na skladování a mechanizaci při dopravě), případně na větších peletizačních linkách, které nabízí např. firma SOMA Lanškron. (53)
Kejda a chlévská mrva pro produkci a využití bioplynu Výhody: •
cena prakticky nulová, je to odpad.
Nevýhody: •
vysoké investiční náklady na technická zařízení v řádech desítek milionů Kč a velkém výkonu nepoužitelné pro lokální vytápění. (16)
18
Řízené skládky pro využití bioplynu z odpadů (skládkový plyn) Výhody: •
cena prakticky nulová, je to odpad.
Nevýhody: •
vysoké investiční náklady na technická zařízení v řádech desítek milionů Kč a velkém výkonu nepoužitelné pro lokální vytápění. (16)
Z daných vlastností (výhod a nevýhod surovin) vyplývá, že pro lokální vytápění a ohřev TUV jsou nejvhodnější tyto druhy biomasy: •
dřevní odpady;
•
rychle rostoucí dřeviny;
•
energetické plodiny;
•
Sláma ze zemědělské produkce.
Z tohoto důvodu se již dále v této práci nebudeme věnovat možnostmi využití: •
kejdy a chlévské mrvy pro produkci a využití bioplynu;
•
řízené skládky pro využití bioplynu z odpadů (skládkový plyn).
V další části se zaměříme na ty druhy biomasy, které jsou využitelné pro lokální vytápění rodinného domu a přípravy TUV, tj. dřevní odpad, energetické plodiny, rychle rostoucí dřeviny a sláma ze zemědělské produkce. Pro získání energií z biomasy používáme technologie, které jsou založeny na různých principech. V následující kapitole si popíšeme nejdůležitější technologie pro získávání energie z biomasy.
19
4 Technika pro využití biomasy jako energetického zdroje 4.1 Principy Principy využití biomasy jsou do značné míry předurčeny fyzikálními a chemickými vlastnostmi suroviny. Z principiálního hlediska lze rozlišit několik způsobů získávání energie z biomasy: •
spalování biomasy;
•
zplyňování biomasy;
•
pyrolýza biomasy.
Těmto finálním procesům zpravidla musí předcházet mechanické zpracování biomasy (štípání, drcení, lisování, briketování, peletování, mletí apod.). (17) Spalování biomasy Nejjednodušší metodou pro termickou přeměnu biomasy je spalování za dostatečného přístupu kyslíku. Tato technologie je dokonale zpracovaná a pro investory představuje minimální riziko. Produktem je tepelná energie, která se následně využije pro vytápění, technologické procesy nebo pro výrobu elektrické energie. Spalování většinou nevyžaduje předběžnou speciální úpravu biomasy. Je přijatelná i vyšší vlhkost suroviny. Vzhledem k charakteru biomasy a jejímu proměnnému složení je nutno věnovat značnou pozornost optimálním podmínkám při spalování a při čištění výstupních spalin, kde je nutno především kontrolovat emise oxidu uhelnatého a tuhých látek. Spalování biomasy je v současnosti technicky dostatečně vyřešeno a to ve dvou koncepcích: •
spalování na roštu;
•
spalování na fluidní vrstvě.
Rozšířenější je dosud spalování na roštu, avšak fluidní technologie má některé významné výhody a její technický vývoj stále postupuje. (18) Ze suché biomasy se působením vysokých teplot uvolňují hořlavé plyny. Jestliže je přítomen vzduch, dojde k hoření, tzn. k prostému spalování biomasy. Biomasa je velmi složité palivo, protože obsah zplyňovacích složek je velmi vysoký (u dřeva 70 %). Navíc vzniklé plyny mají různou teplotu hoření. Proto se stává, že ve skutečnosti hoří jen část paliva. Podmínkou pro dokonalé shoření paliva je vysoká teplota, dobré směšování se vzduchem a dostatek prostoru pro to, aby tato směs dokonale shořela a nestávalo se, že bude hořet až v komíně. (19)
20
Zplyňování biomasy Zplyňování je značně komplikovaná termochemická přeměna paliva za nedostatku kyslíku, při které vzniká plyn s nízkou výhřevností v rozsahu 4 - 10 MJ/m3. Vzniklý plyn může být spalován například přímo ve dřevoplynovém kotli, v pístových spalovacích motorech kogeneračních jednotek, nebo ve spalovacích turbínách. Zplyňování probíhá tak, aby se co největší podíl energie z paliva transformoval do energetického obsahu plynu. Výhodou zplyňování oproti přímému spalování je lepší využitelnost technologie pro výrobu elektrické energie s větší účinností a nižšími emisemi. Spalování produkovaného plynu je také lépe řiditelný proces. Hlavními složkami plynu viz obr. č. 1 jsou: CO, CO2, H2, CH4, dále potom vyšší uhlovodíky, dusík a nečistoty. Mezi nečistoty které plyn obsahuje, patří prach, alkalické sloučeniny, sloučeniny dusíku, síry a halogenů, a dehet. Nejdůležitějším parametrem plynu je jeho složení, výhřevnost a obsah nečistot, největší problémy při spalování mohou způsobovat tuhé nečistoty a dehet. (20)
Obrázek č. 1: Princip zplyňování (50) Pyrolýza biomasy Pyrolýza tvoří spolu se zplyňováním a spalováním skupinu tzv. termických procesů. Na rozdíl od spalování a zplyňování je tato metoda založena na termickém rozpadu biomasy bez přísunu vzduchu. V praxi bývá tento proces rozdělen na tři dílčí kategorie podle použitých teplot, a to na nízkoteplotní (<500 °C), středněteplotní (500 – 800 °C), vysokoteplotní pyrolýzu (>800 °C). Při tepelném rozkladu biomasy dochází k uvolňování prchavé hořlaviny. Při pyrolýzním procesu vznikají zpravidla čtyři složky. Jedná se o tuhý zbytek, pyrolýzní plyn, pyrolýzní olej (bio-olej) a pyrolýzní vodu, jejíž větší část pochází z vlhkosti obsažené v surovině. Na rozdíl od spalování, které se vyznačuje produkcí velkého množství spalin, je produkce pyrolýzního plynu výrazně menší. (21)
21
Při spalování biomasy je produkována tepelná energie umožňující výrobu páry, teplé užitkové vody, jejichž další využití může být značně problematické. Naproti tomu se při pyrolýze produkuje organický kondenzát a pyrolytický plyn, obojí využitelné jako paliva. Kapalné a plynné produkty lze navíc rafinovat a tím dále zušlechťovat. (21) Na obrázku č. 2 je popsáno rozdělení biomasy borovice na jednotlivé produkty vzniklé při pyrolýze. (22)
Obrázek č. 2: Pyrolýzní proces borovice (22) V další kapitole se pokusím shrnout výhody a nevýhody těchto principů využívání energie z biomasy. 4.2 Výhody a nevýhody Výhody a nevýhody jednotlivých principů technologií využívání biomasy vyplývají jednak z vlastností těchto technologií a jednak z dostupnosti komerčního řešení pro využití daného principu pro lokální vytápění domu a ohřev TUV. Spalování biomasy Výhody: •
osvědčená technologie používaná po staletí;
•
mnoho druhů kamen, krbů a kotlů o různých výkonech a přenosu energie (teplovodní, teplovzdušné);
•
možnost použití paliva s větší vlhkostí s menším dopadem na proces spalování oproti zplyňování;
•
nižší investice (cena spalovacích kotlu a kamen je nižší než dřevoplynových kotlů).
Nevýhody:
22
•
nižší komfort obsluhy oproti zplyňování (častější přikládání, menší možnost regulace výkonu, která však může být zlepšena použitím akumulační nádrže;
•
nižší účinnost spalování oproti zplyňování.
Zplyňování biomasy Výhody: •
v dnešní době je zvládnuta technologie dřevoplynových kotlů;
•
k dispozici jsou kotle a kamna o různých výkonech vhodné pro každý dům;
•
při použití generátorů dřevoplynu je možné využít vzniklý plyn nejen na vytápění a ohřev TUV;
•
vyšší komfort obsluhy oproti spalování (nižší četnost přikládání, lepší možnost regulace kotle);
•
vyšší účinnost zplyňování oproti spalování.
Nevýhody: •
vyšší investice;
•
potřeba dobře vysušeného paliva.
Pyrolýza biomasy Výhody: •
vznikající produkty mají vyšší energetickou hustotu (lepší skladovatelnost);
•
bio-olej i pyrolýzní plyn je možné dále zušlechťovat;
•
možnost univerzálnějšího použití vzniklých látek. (22)
Nevýhody: •
neexistuje komerční řešení, které by mělo odpovídající výkon naši aplikaci (příliš velký výkon);
•
vysoké investice vycházející z vyšších výkonů vyráběných zařízení, relativně malosériové výroby (oproti běžným kotlům). (22)
Jak vyplývá z daného výčtu výhod a nevýhod, je pro lokální vytápění domu a přípravu TUV možné použít spalování a zplyňování biomasy. Z dílčích závěrů v teoretické části je zřejmé, že pro lokální vytápění a přípravu TUV je vhodné používat dřevní odpad, energetické plodiny a rychle rostoucí dřeviny v kombinaci se spalováním a zplyňováním. Využití pyrolýzy je vzhledem k nedostupnosti komerčních řešení a jejich aktuálně vysokým cenám prakticky nepoužitelné. V další kapitole se pokusíme vybrat vhodnou plodinu pro danou aplikaci. 23
Aplikační část 5 Výběr vhodných plodin Při výběru energetických plodin musíme vzít v úvahu řadu kritérií, mezi hlavní kritéria jsme zařadili: 1. klimatické podmínky, které jsou nutné pro pěstování; 2. odolnost plodiny vůči škůdcům a nemocem; 3. technika, potřebná pro obhospodařování a zpracování; 4. vlastnosti, ovlivňující použití plodiny pro energetické účely.
Uvedená kritéria použijeme při výběru energetických plodin pro vytápění rodinného domu biomasou. 5.1 Energetické plodiny Krmný šťovík
Obrázek č. 3: Šťovík Uteuša (60) Krmný šťovík (viz obrázek č. 3) je statná vytrvalá rostlina, dosahující výšky 1,5 až 2,5 m, která může od 2. roku po založení dosáhnout průměrného výnosu celé rostliny v plné zralosti 6,5 t/ha, v optimálních podmínkách přes 10 t/ha. Krmný šťovík je samosprašná rostlina, která byla vyšlechtěna pro krmivářské účely křížením šťovíku zahradního a ťjanšanského, označeného Rumex OK-2, pod názvem odrůdy Uteuša. Poprvé byla tato rostlina registrována roku 2001. Je velmi významná jako zdroj farmak, ale i jako technická rostlina. Při dodržení správných pěstitelských postupů zajistí tato plodina dostatek fytomasy jako vhodného paliva
24
po několik po sobě následujících let, a to hned od 2. roku po zasetí, aniž by musel být porost znovu zakládán. (23) V našich klimatických podmínkách je krmný šťovík jednou z perspektivních energetických plodin. V současné době probíhají ověřovací provozní zkoušky pěstování a využití této plodiny v řadě států Evropské unie. V ČR v roce 2007 dosáhla celková rozloha pěstovaných ploch energetického šťovíku hodnoty 1 000 ha. (23) Jako každá kulturní plodina, rovněž energetický šťovík vyžaduje kontinuální odrůdové obnovení alespoň jednou za pět let, proto je vznik nové odrůdy velmi vítaný, zejména s ohledem na to, že extrémně suchý rok 2003 ukázal nedostačující odolnost původní odrůdy Rumex OK-2 vůči suchu, která se projevila významným poklesem výnosů u velmi produktivních víceletých porostů. (23) Krmný šťovík Rumex OK- 2 je jednou z nejdůležitějších cíleně pěstovaných energetických rostlin. Tato biomasa má poměrně vysokou výhřevnost i příznivé další parametry srovnatelné se dřevem. Šťovík je nenáročný na půdně-ekologické podmínky, proto se dá pěstovat na většině zemědělských půd, kromě těch, které prokazují silně kyselou pH reakci (pod 5,0 pH). Je velmi ranný a dobře využívá jarní vláhu. Má vysokou krmivářskou hodnotu. Podmínkou pro jeho úspěšné pěstování je správné založení porostu a jeho řádné ošetřování. K tomu je nezbytné využít všech praktických zkušeností a vypracované agrotechniky pro podmínky České republiky. Při dodržení doporučovaných zásad pěstování lze porost udržet dlouhodobě v dobrém stavu, nejméně 8 a více let. Krmný – energetický šťovík lze sklízet i na zelenou hmotu pro krmné účely nebo i jako přídavek do fermentoru při výrobě bioplynu (po provozním ověření) a to opakovaně, 2 – 3 x do roka. Energetické byliny (i ve směsi se slámou a jinými druhy rostlin) lze úspěšně lisovat do tvarovaných fytopaliv, jako jsou pelety nebo brikety, v zeleném stavu je vhodný pro výrobu bioplynu. (23)
25
Chrastice rákosovitá
Obrázek č. 4: Chrastice rákosovitá (61) Chrastice rákosovitá (viz obrázek č. 4) – jedná se o původní druh trávy z čeledi lipnicovitých, který je značně náročný na vodu a živiny, nenáročný na agrotechniku a dávající ve vhodných podmínkách relativně vysoké výnosy. Chrastice je přirozeně rozšířena na celém území našeho státu i téměř po celé Evropě, Asii (kromě jižní části) a Severní Americe. Jedná se o vysokou trávu, jejíž výška často přesahuje 2 m. V přirozeném prostředí se vyskytuje nejčastěji v okolí vodních toků a vyznačuje se velkou odolností vůči drsným klimatickým podmínkám. Nejlépe se jí daří na těžších půdách s bohatou zásobou živin. Holomrazy ani pozdní jarní mrazíky jí neškodí. Také zastínění nebo krátkodobé zaplavení snáší dobře. Šlechtí se nové odrůdy pro průmyslové využití, které by se měly lišit od krmných tím, že mají vysoký poměr stonků oproti listům, nízký obsah popele a prvků jako jsou křemík, draslík a chlór. Chlór při spalování způsobuje korozi spalovacích zařízení a popel se při vysokém obsahu uvedených prvků a při nízkých teplotách taví a spéká. Pokud je v materiálu vysoký obsah křemíku, projeví se to nízkou teplotou tavení popela, což může při nevhodné konstrukci spalovacího zařízení způsobovat provozní potíže. (24) V ČR může průměrný výnos dosáhnout 5 – 10 t/ha, že celkový výnos fytomasy je značně závislý na průběhu klimatických podmínek v jednotlivých letech a na daných stanovištích. Celé rostliny se využívají jako krmivo (čerstvá píce, seno, siláž), k výrobě buničiny (stonky), pro přímé spalování (listy nebo celé rostliny), k výrobě elektřiny a bioplynu. Choroby ani škůdci obvykle u chrastice nečiní problémy. (24) Fytomasa chrastice není bez dosoušení ani koncem listopadu vhodná pro okamžité spalování. Jsou dvě možnosti jak se zbavit do zimy přebytečné vody: buď porost na podzim desikovat nebo jej sklidit a dosušit uměle. Porost je možno také sklízet přes zimní období, pokud to půdně-klimatické podmínky a sněhové poměry dovolí, nebo je možno sklízet až na jaře, až do doby, než začne znovu růst (obrážet). První mrazy porost vysuší, takže jej lze pak 26
sklízet a přímo spalovat. Vlhkost pod 20 % při jarním termínu sklizně je vhodná přímo k lisování do briket nebo pelet, skladování nebo okamžitému spalování. Ztráta fytomasy 22,5 % přes zimní období není v porovnání s některými ostatními plodinami vysoká. Ztráta je kompenzována úbytkem vlhkosti, neboť na podzim bychom museli sklizenou fytomasu dosoušet. Porost chrastice přes zimní období většinou nepoléhá, což umožňuje bezproblémovou sklizeň bez větších ztrát fytomasy. (24) Čirok
Obrázek č. 5: Čirok (62) Čirok (viz obr. 5) je teplomilná rostlina dobře snášející sucho s koeficientem transpirace přibližně 200 litrů na 1 kg sušiny. Vyznačuje se nenáročností, nesnáší však pokles teplot pod 10 °C. Nízké teploty způsobují žloutnutí listů a zhoršují opylení květů. U nás lze proto pěstovat pouze odrůdy s krátkou vegetační dobou, která musí proběhnout v nejteplejším období roku. Pozdní mrazy na jaře nebo nízké teploty během fáze klíčení a vzcházení omezují vývoj rostliny. (25) Podle účelu pěstování lze čirok dělit do 4 skupin: •
zrnový čirok – se pěstuje hlavně v Africe a Asii na chudých a často erozí ohrožených půdách. Má nižší vzrůst a v suchých podmínkách poskytuje vyšší výnosy než ostatní obilniny;
•
cukrový čirok – vnějším vzhledem se podobá čiroku zrnovému, ale je vyšší. Stébla dorůstají 2-5 m a obsahují šťávu až z 18 % převážně hroznového cukru;
•
technický metlový čirok – vyznačuje se pružnou latou se zkrácenou střední osou a velmi dlouhými postranními větvemi, které dorůstají až do délky 0,8 m;
•
čirok súdánský – súdánská tráva – vytváří velké množství nadzemní biomasy. Mladé rostliny obsahují v zelené hmotě glykosid durin, ze kterého se rozkladem uvolňuje 27
kyanovodík. V posledních letech se více využívají hybridní odrůdy vzniklé křížením čiroku cukrového a súdánské trávy. Jejich výhodou je produkce jakostní zelené hmoty, která v pozdějších růstových fázích nedřevnatí. (25) Zrno se používá jako zdroj škrobu ve škrobárenském a lihovarnickém průmyslu. Z fytomasy (slámy) se vyrábějí kartáče, košťata a v neposlední řadě lze čirok používat jako energetickou plodinu pro spalování fytomasy. Spalné teplo stébel čiroku je 17,9 MJ/kg suché biomasy a produkce sušiny nadzemní biomasy až přes 10 t/ha, výnos závisí na pěstované oblasti, obecně se dá říci, že v teplých oblastech je větší. Z hlediska vysokého obsahu vody v rostlinách během celé vegetace jsou čiroky vhodnější pro výrobu bioplynu. V současné době neexistují v ČR praktické poznatky z velkovýrobního pěstování (zejména sklizně a zpracování biomasy na fytopalivo). (25) Ovsík vyvýšený
Obrázek č. 6: Ovsík vyvýšený (63) Ovsík vyvýšený (viz obrázek č. 6) je statná, vytrvalá, volně trsnatá kulturní tráva, až přes 150 cm vysoká. Roste hlavně v Evropě. U nás je obecně rozšířeným planě rostoucím druhem po celé republice, zejména v nížinách až podhůří, na loukách, pastvinách, mezích, stráních a jiných travnatých stanovištích. Je značně náročným druhem na stanovištní podmínky, zejména na obsah živin. Dobře mu vyhovují půdy na vápencovém podkladě. Drsnější podmínky vyšších poloh mu nesvědčí. Celkem dobře snáší zastínění. Je hojný zejména na sušších stanovištích. Na půdní kyselost není zvláště citlivý, je dobře přizpůsoben na půdní kyselost v rozmezí pH od 4,5 do 7,5 s optimem pH kolem 6. (26)
28
Biomasa ovsíku vyvýšeného se tradičně využívá ve směsích víceletých i krátkodobých lučních porostů. Vzhledem k vysokému hrubšímu stéblu, středně poléhavému, má dobré předpoklady využití i v energetice, pro přímé spalování, nebo i jako přídavek do fermentoru při výrobě bioplynu. (26) Ovsík vyvýšený je obecně doporučován pro sklizeň na semeno a slámu pro energetické účely. Pro účely výlučně energetické se sklízí celková nadzemní hmota, kde se uvádí průměrné výnosy 5 – 9 t/ha. (26) Ozdobnice čínská
Obrázek č.7: Ozdobnice čínská (64) Ozdobnice čínská (sloní tráva) (viz obrázek č. 7) je vysoká tráva dosahující za příznivých podmínek vysokého vzrůstu. Původní domovinou této rostliny je východní Asie. Do Evropy byla poprvé přivezena roku 1935. Z tohoto původního klonu pochází většina druhů soudobé výsadby používané v Evropě. V současné době se o ozdobnici uvažuje jako o alternativním zdroji obnovitelné energie a surovině pro průmyslové užití. (27) Ozdobnici se nejlépe daří na lehčích strukturních půdách, spíše v teplejších oblastech s vyšším množstvím srážek. Doporučují se humózní písčité půdy s vysokou hladinou podzemní vody (ne více než 600 mm) a pokud možno s malým zaplevelením vytrvalými plevely (pýr, šťovíky). V seznamu registrovaných odrůd není uvedena žádná odrůda. Ze zahraničí jsou k dispozici výkonné formy Gigantheus, Goliath, Sirene nebo nově vyšlechtěné klony Desert, Spat a Hornum a Resistent 01. Jejich nevýhoda je, že jsou sterilní. (27) Využívá se pro výrobu tepla (přímé spalování nebo pyrolýza), výrobu buničiny, jako stavební materiál a pro výrobu snadno likvidovatelných obalů. (27)
29
Psineček velký
Obrázek č. 8: Psineček velký (65) Psineček velký (viz obr. 8) je vytrvalá, středně vysoká kulturní tráva dobře snášející silné mrazy. Psineček však obtížněji snáší sucho, jelikož má mělký kořenový systém. Roste na chudých půdách, kde se náročnější trávy nemohou uplatnit. Při záměrném pěstování nemá nijak vyhraněné požadavky na stanoviště, ale v souladu s jeho přirozeným výskytem se mu daří dobře na vlhčích stanovištích. Uplatňuje se tradičně jako doplňkový druh i v extenzivních trvalých lučních a pastevních porostech, zvl. na těžších půdách. Dobře se vyvíjí i ve vyšších polohách a marginálních oblastech, neboť netrpí nižšími teplotami a vymrzáním. (28) Povolená odrůda je psineček velký – Rožnovský. Psineček velký dosahuje ze skupiny kulturních trav nejvyššího výnosu sušiny a energetické hodnoty. (28) Sklizeň se provádí tradičním způsobem, buďto sušením, nebo konzervováním formou senáže. Průměrný výnos celé rostliny v plné zralosti se uvádí 5 t/ha. Jako krmná plodina nepatří mezi nejkvalitnější, pro energetické účely se hodí díky vysokému nárůstu nadzemní biomasy a hrubšímu stéblu. Výnos semene se pohybuje od 0,3 – 0,7 t/ha. Pro účely fytoenergetiky se jeví perspektivní pro své hrubší, střední až poměrně vysoké stéblo. Slámu po výmlatu semenářských kultur lze slisovat do hranatých či válcových balíků a uložit do skladů poblíž kotelny. Při cíleném pěstování psinečku velikého pro účely energetiky se sklízí celková nadzemní hmota včetně semene. Způsob sklizně i zpracování je obdobný jako slámy po sklizni semenářské kultury. (28)
30
Kostřava rákosovitá
Obrázek č. 9: Kostřava rákosovitá (66) Kostřava rákosovitá (viz obrázek č. 9) je vysoká hustě trsnatá tráva, mohutnější než kostřava luční, na jaře brzy obrůstá a zůstává zelená dlouho do podzimu. Kostřava pochází z Evropy. Postupně se rozšířila do vlhčích podmínek mírného pásu. (29) Kotřava se přirozeně vyskytuje na vlhkých, výživně těžších půdách na březích potoků, mokrých loukách, okrajích cest, ve vlhkých příkopech. Vyznačuje se vysokou tolerancí k půdním a klimatickým podmínkám, snáší dobře sucho i krátkodobé zamokření, daří se jí dobře na stanovištích s vyšší hladinou podzemní vody. Je vytrvalou rostlinou, dorůstá do výšky až 2 metrů. Kostřava má mimořádnou ekologickou přizpůsobivost, je vyhraněně ozimého charakteru, velmi odolná k suchu, k záplavám, náročná na živiny v půdě, dává přednost těžším půdám, ale je citlivá k okyselení půd. (29) Porost určený na semeno se sklízí kombajnem, ale mláticí ústrojí musí být jen lehce přitaženo. Sklizená sláma se po proschnutí ještě jednou přemlátí, a tím se zajistí co nejnižší sklizňové ztráty. Kostřava rákosovitá se sklízí zpravidla v červenci při plné zralosti, což nejčastěji odpovídá i termínu sklizně pro energetické účely. Sláma se pak slisuje do balíků, hranatých nebo válcových, případně je možné ji sklidit sběrací řezačkou. Obdobným způsobem se sklízí i celková nadzemní hmota určená pro energetické využití. Výnosy celkové nadzemní hmoty kostřavy rákosovité jsou přibližně 6 – 11 t/ha suché hmoty. Výhodné je rovněž i poměrně rychlé stárnutí porostu usnadňující vysychání biomasy, což je rovněž pro její využívání k přímému spalování vítané. Pěstování kostřavy rákosovité se proto jeví pro energetické účely jako perspektivní. (29)
31
Konopí seté
Obrázek č. 10: Konopí seté (67) Konopí (viz obrázek č. 10) je jednoletá dvoudomá rostlina, která dorůstá do výšky až 4 m. Existují tři formy: severní (u nás se nepěstuje, malý výnos stonků a semen), jižní (velký výnos vláken, malý výnos semen) a přechodný (prostřední vlastnosti dvou předcházejících). Obsah psychoaktivních látek je velmi nízký, mnohdy se vůbec nevyskytují. (30) V některých zemích je produkce konopí zakázána, např. v USA podléhá kontrole. Celosvětově se konopí pěstuje na cca 280 tis. hektarech, v západní Evropě 18 tis. ha (zejména ve Francii). 1. 1. 1999 nabyl účinnosti Zákon č. 167/1998 Sb., o návykových látkách. Došlo ke změně některých dalších zákonů, který upravuje pěstování máku a konopí, např. § 24a zákona č. 167/1998 Sb. zakazuje pěstovat druhy a odrůdy konopí, které mohou obsahovat více než 0,3 % látek ze skupiny THC. (30) Semeno se využívá v potravinářském průmyslu (výroba tuků, pivo), chemickém průmyslu (mýdlo, barvy, laky), v textilním průmyslu, lékařství (fytin – chudokrevnost), v kosmetice atd. Konopí se dá pěstovat v oblastech s různou zeměpisnou šířkou, neboť je velmi přizpůsobivé. V prvním období růst konopí vyžaduje dostatek vláhy, později dokáže odolávat přechodnému suchu. Je náročné na půdní podmínky, nejlépe mu vyhovují úrodné, hluboké, hlinité či písčitohlinité půdy s nízkou spodní vodou, dobře vyhnojené a bohatě zásobené humusem. Konopí je poměrně odolné vůči chorobám a škůdcům. (30) V současné době se konopí sklízí tím způsobem, že se posekají celé rostliny, kdy jsou semena ve spodní polovině květenství v plné zralosti a horní v mléčné zralosti. Semeno jde sklízet obilním kombajnem CASE IH. (30) Sláma se spaluje (spalné teplo stonků 18,06 MJ/kg, semene 24,62 MJ/kg) či se z ní produkují jiné výrobky jako vlákna, umělé chemikálie, nitě, papír. Pazdeří se používá jako 32
těsnící materiál a ke spalování, plevy jako antibiotikum – silný baktericidní účinek. Průměrný výnos celkové rostliny v plné zralosti se uvádí 8 t/ha, konopí reaguje pozitivně na hnojení dusíkem. (30) Žitovec
Obrázek č. 11: Žitovec (68) Žitovec (Triticale) (viz obrázek č. 11) je uměle vytvořený mezidruhový kříženec pšenice obecné a žita setého. Cílem šlechtění bylo zachovat výnosy a kvalitu sklizně pšenice a silný kořenový systém a toleranci k horším pěstitelským podmínkám žita. Triticale se využívá pro výrobu speciálního pečiva, ale hlavní využití je pro krmné účely. Obsah dusíkatých látek v zrnu je vyšší než u většiny obilovin (v průměru 15 – 17 %). Bílkoviny mají příznivou skladbu aminokyselin, zvláště vyšší obsah lysinu. Využití bílkovin při zkrmování je vyšší než u pšenice. Nároky triticale na půdní a klimatické podmínky jsou menší než u ozimé pšenice, ale vyšší než u žita. Ve srovnání s ozimou pšenicí je tolerantnější k nízkému pH půdy a je méně náročné na dávky hnojiv. Je také tolerantnější k horší předplodině než ozimá pšenice, ale méně než ozimé žito a ozimý ječmen. (51) K pěstování pro energetické účely nejsou jen vhodné trvalé byliny, ale i rychle rostoucí dřeviny. V další kapitole si popíšeme nejrozšířenější druhy rychle rostoucích dřevin.
5.2 Rychle rostoucí dřeviny Rychle rostoucí dřeviny můžeme pěstovat třemi způsoby: •
dřevinné plantáže s krátkým obmýtím, které produkují energetickou dřevitou štěpku určenou pro spalování ve speciálních kotlích. Obmýtí těchto plantáží je velmi krátké, v rozmezí 3 – 6 let v podmínkách České republiky. Pro sklízení mechanizací je totiž důležité, aby nejsilnější kmínky stromků měly u země tloušťku nepřesahující 15 cm. Tomu odpovídá také hustota plantáže, na kterou se vysazuje 6 600 – 22 200 kusů dřevitých řízků na každý hektar. Topol se sází obvykle v řádcích s roztečí 3 m mezi řádky a 0,5 m v řádku. Vrby se obvykle vysazují do dvojřádku s roztečí 1,2 m mezi řadami, 0,6 m mezi řádky a 0,5 m v řádcích; 33
•
dřevinné plantáže se střednědobým obmýtím jsou určeny k produkci papírenské štěpky (bílá štěpka z odkorněných kmínků) nebo k produkci energetické biomasy určené zejména pro lokální vytápění kamny nebo kotli vhodnými ke spalování dřeva (tzv. polínkaření, při kterém si spotřebitel vyrábí klasická polínka). Obmýtí plantáže se pohybuje od 6ti do 15ti let. Výsadba musí být řidší, většinou ve sponu 3 x 1,5 m nebo 3 x 2 m a plantáž se sklízí, dosáhnou-li stromy či výhony výšky 15 m a více. Tyto plantáže se vyplatí osazovat sazenicí, lépe snášejí zabuřenění a plocha se nemusí před sadbou tak úzkostlivě kultivovat;
•
dřevinné plantáže s dlouhým obmýtím jsou určené k produkci dendromasy pro pilařský průmysl, pěstují se tedy obvyklé vzrostlé stromy. Obmýtí může být 15 – 30 let, záleží na účelu využití narostlé hmoty (vlákniny pro celulózky nebo výřezy pro zpracování na pilách). Používají se spony od 4 x 4 m do 6 x 6 m. (31)
Japonský topol
Obrázek č. 12: Pětiletý porost Japonského topolu (69) Japonský topol (viz obrázek č. 12) představuje v České republice nejrozšířenější pěstovanou rychle rostoucí dřevinou. Jedná se konkrétně o křížence topolu černého, který je pěstován po celém evropském kontinentu, s topolem Maximowičova, jehož původ je na ostrově Sachalin. Zpravidla roste v klimatických podmínkách, které mu na jižní Moravě můžeme nabídnout. Minimální požadavky japonského topolu na lokalitu počítají s průměrnou teplotou kolem sedmi stupňů Celsia, nadmořskou výškou do 650 metrů nad mořem a ročním srážkovým úhrnem okolo 500 milimetrů. (32) Japonský topol roste v prvních letech po výsadbě velmi rychle, roční výškový přírůstek může v tomto případě dosahovat i dvou až tří metrů. Současně rychle rostoucí dřeviny vykazují skvělé regenerační schopnosti při seříznutí přízemní části dřeviny. (32) Rychlý růst japonského topolu dokazuje i fakt, že výškové přírůstky dosahují v prvním roce po seříznutí úctyhodné výšky až pět metrů. Pěstitelé na japonském topolu oceňují též výbornou ujímavost a dobrou odolnost, neboť dřevina se adaptuje na klimatické podmínky
34
a vydrží několikatýdenní sucha i deštivé období. Oproti jiným konkurenčním dřevinám navíc nemá japonský topol v našem prostředí přirozené škůdce, díky čemuž je ideální dřevinou k pěstování. Pěstitelé japonských topolů mají navíc nekonečně široké možnosti využití biomasy. (32) Švédská vrba
Obrázek č. 13: Plantáž Švédské vrby (70) Švédská vrba (viz obrázek č. 13) je trvalá zemědělská plodina, která se pěstuje k produkci dřevní štěpky užívané pro výrobu tepla a elektrické energie. Může být pěstována v místě potřeby a tím může přispívat k lokálnímu zásobování v dlouhodobém horizontu. (33) Produkce dřevní štěpky v dobře obdělávané plantáži může dosáhnout 30 – 35 tun sušiny na hektar. Rostliny se sklízejí jednou za 3 roky. Nové výhony vyrůstají z původní kořenové soustavy, proto není nutná nová výsadba. Životnost dobře obdělávané plantáže může dosáhnout na cca 25 let, což znamená, že může být sklízena až 7 během svého života. (33) Pro odstranění vrbové plantáže na konci její životnosti je možné kořenový systém rozbít běžnými zemědělskými stroji. Půda je tak navrácena do stavu orné půdy a připravena pro další výsadbu. Pro dosažení dlouhodobého vysokého výnosu je nejdůležitějším prvkem úspěšné založení plantáže. Proto musí být všechny plevele efektivně odstraněny. Založenou plantáž je vhodné i dobře přihnojovat, aby se podpořil růst kořenového systému. Na veškerou péči o plantáž, kromě výsadby a sklizně, je možné použít běžnou zemědělskou techniku. (33) Dalším zdrojem relativně kvalitní biomasy jsou odpadní produkty z různých zemědělských procesů. V další kapitole se zmíním o některých z nich.
35
5.3 Odpadní suroviny vhodné pro výrobu pevných paliv z fytomasy zemědělských plodin. Zde si uvedeme výčet a nejdůležitější informace o nich: •
Odpadní fytomasa z čističek zrnin - producenty této odpadní suroviny jsou zemědělské podniky, osivářské firmy, mlýny, sladovny, lihovary. Roční produkce v ČR činí cca 2-3 % z množství čištěné suroviny, tedy cca 150 tisíc tun,
•
Sušené lihovarské výpalky - jejich produkce je dána počtem stávajících a budoucích lihovarů a jejich kapacitou,
•
Vysušené fermentační zbytky v bioplynových stanic na senáže a siláže - jejich produkce je dána počtem stávajících a budoucích bioplynových stanic a jejich kapacitou,
•
Sláma obilovin včetně kukuřice na zrno, olejnin a ostatních stébelnin - její množství tvoří cca 40 % hmotnosti sklizeného zrna, tj. cca 3 300 tisíc tun ročně,
•
Seno z trvale travnatých ploch zvláště i v oblastech s útlumem produkce sena kapacita suroviny na území ČR činí cca 1 000 tisíc tun ročně. (53)
Při výběru energetické plodiny budou mimo agrotechnických vlastností, kterými se v této práci nebudu zabývat (produkci biomasy bych si zadal jako poptávku u zemědělců), důležité tyto vlastnosti: •
výhřevnost biomasy;
•
obsah popelovin v biomase;
•
bod tavení popelovin;
•
obsah vlhkosti v biomase;
•
forma produkce biomasy (kusové dřevo, štěpka, řezanka, balíky apod.);
• výtěžnost (kolik tun je možné vyprodukovat z hektaru, pokud tuto hodnotu vynásobíme výhřevností, dostaneme hodnotu produkce energie z hektaru). Samotný výběr plodiny bude záviset na místních podmínkách. Určující je, bude záležet, jaké zdroje biomasy budou v dané lokalitě k dispozici. Můžeme mít k dispozici dřevní odpad o dostatečné kapacitě ze dřevozpracujícího podniku, dostatek slámy či sena ze zemědělské produkce, dostatečný přísun odpadů z čističek zrnin apod. Tyto faktory spolu s přírodními podmínkami ovlivní výběr fytomasy, kterou budeme zpracovávat na palivo.
36
6 Technologie zpracování a příprava suroviny na palivo Téměř každá forma biomasy vyžaduje před přeměnou na energii nějaký druh zpracování (řezání, štípání, štěpkování, drcení, lisování, briketování, peletování). 6.1 Technologie přípravy kusového dřeva Kusové dřevo patří mezi nejběžnější formu využití biomasy při vytápění rodinných domů a přípravě TUV. Jak již název (kusové dřevo) napovídá, je třeba dřevo nařezat a naštípat na kusy a to takové velikosti, aby se pohodlně vešlo do konkrétního kotle či konkrétních kamen. Na řezání dřeva je možné použít: •
ruční pily;
•
motorové pily;
•
kolébkové pily.
Ruční použije v případě, že dřeva nepotřebujeme mnoho nebo si chceme zvýšit svou fyzickou kondici. Příprava dřeva ruční pilou zabere i hodně času. Proto je lepší použít motorových pil na krácení klád na menší kusy a polena připravit na kolébkové pile. V dnešní době je obrovský výběr motorových a kolébkových pil. Mezi zajímavé pomocníky považuji praktické klešťové pily vhodné na krácení větších větví. Na obrázku č. 14 je zobrazena klešťová řetězová pila. (34)
Obrázek č. 14: řetězová pila značky Black&Decker (34)
37
Na štípání dřeva můžeme použít: •
sekery;
•
štípačky.
Sekera patří mezi tradiční nástroje na přípravu palivového dřeva. Z vlastní zkušenosti považuji za vynikající sekery značky Fiskars. Štípačky se rozlišují na vertikální a horizontální. Horizontální bývají slabší a jsou určeny na štípání menších kusů. (34) Pro štípání dlouhých kusů – lidově známých „metrů“ – slouží dražší vertikální štípače, které štípou na výšku postavený kus pohyblivým klínem. Podle toho jaký klín použijeme, roztrhnou klínem a hydraulickou silou několika tun polena na dva nebo čtyři kusy s délkou 50, 80 nebo až 100 cm. (34) Na obrázku č. 15 je vertikální štípačka Vari, která drtí metrová polena hydraulickou silou 7 tun. (34)
Obrázek č. 15: štípání špalku na hydraulické vertikální štípačce (34)
38
6.2 Technologie přípravy dřevní štěpky Dřevní štěpka je strojně nadrcená dřevní hmota na částice o délce od 3 do 250 mm. Je získávána z odpadů lesní těžby a průmyslového zpracování dřeva nebo rychle rostoucích dřevin. Jedná se o velmi levné palivo určené pro vytápění větších budov o výhřevnosti od 9 do 16 MJ/kg. (35) Štěpku lze používat ve vyšší výkonové škále kotlů a kamen v rodinných domech a ve větších budovách. Vzhledem k povaze paliva jde o zcela čistý a obnovitelný zdroj energie bez přidané energie (např. na sušení nebo lisování), což se projevuje v nízké pořizovací ceně za palivo. (35) V kotlích na spalování dřevní štěpky je možno spalovat nestlačenou, volně loženou dřevní štěpku, na drobno nadrcenou (štěpkovačem nebo drtičem) z dřevních zbytků z lesní těžby, pil, apod. Podle velikosti a výkonu kotle a doporučení výrobce lze využívat štěpku hrubší o nestejné frakci vyrobenou v kladivových drtičích nebo jemnější štěpku vyrobenou v nožových štěpkovačích. (35) Na obrázku č. 16 je uveden vysoce výkonný profesionální štěpkovač Eliet Super Prof 2000 Cross Country pro zpracování biomasy. Jeho výkon je 6 m3/hod. Pro snažší pohyb v terénu je vybaven pásy. Předností tohoto stroje je nízká spotřeba benzínu 3,2 l/hod. (36)
Obrázek č. 16: štěpkovač Eliet Super Prof 2000 Cross Country (36) Za nevýhodu dřevní štěpky považuji její nízkou objemovou hmotnost kolem 250 kg/m3 a z toho vyplývající potřebu větších skladovacích prostor, které nejsou většinou u rodinného domu k dispozici. (35) Dřevní štěpku si může spotřebitel v malých objemech připravit sám vhodným drtičem, lze využívat např. biomasu rychle rostoucích dřevin nebo zbytky stromů. Při potřebě většího
39
množství paliva je doporučeno obrátit se na dodavatele dřevní štěpky – těžařské firmy, distributory paliv, majitele lesů, pil, dřevozpracujícího průmyslu, správce státních lesů. (35) 6.3 Technologie přípravy briket Brikety jsou vyráběny lisováním např. ze suchého dřevního prachu, drtě, pilin, kůry, jemných hoblin nebo rostlinných zbytků do tvaru válců, hranolů nebo šestistěnů, o průměru 40 až 100 mm a délky do 300 mm. Podle zvoleného materiálu jsou na trhu brikety ze dřeva, kůry, slámy, energetických plodin nebo a briketami vyrobených ze směsí těchto materiálů – tzv. směsnými briketami. Materiál je nejdříve nutné nadrtit, pak vysušit na vlhkost obvykle 8 % objemu vody a nakonec se na speciálních lisech vylisuje na brikety požadovaných tvarů a délky. (37) Na obrázku č. 17 je briketovací lis AGROLIS Duo ideální pro malou či střední zemědělskou výrobu o maximálním výkonu 220 kg/h. (38)
Obrázek č. 17: briketovací lis Agrolis Duo (38) K rychlému vytopení víkendové chaty lze doporučit brikety z měkkého dřeva s otvorem uprostřed, které umožňují snadnější zátop a rychlejší prohořívání. Pro stabilní vytápění rodinného domu, lze doporučit plné brikety nebo tzv. RUF brikety, které navíc při použití tvrdého dřeva či kůry jako vstupní suroviny, dávající pomalý rovnoměrný žár po dobu až 6 hodin. (37) Brikety mají díky své vysoké objemové hmotnosti, která se pohybuje okolo 1 000 až 1 200 kg/m3, stabilní a nízkou vlhkost (obsah vody obvykle kolem 8 %) a nízký obsah popele (kolem 1 až 3 %). Výhřevnost se pohybuje od 12 do 18 MJ/kg. (37) Brikety je možné spalovat v jakýchkoliv kotlích na dřevo, dají se použít v krbech, kachlových kamnech i kotlích ústředního vytápění. Jsou ekologickou náhradou za uhlí a alternativou pro obce potýkající se s kouřem ze spalování uhlí v domácích topeništích. 40
Vzhledem k nízké vlhkosti dosahujeme nejvyšší účinnosti při spalování briket z biomasy v kotlích na dřevoplyn. (37)
6.4 Technologie přípravy pelet Pelety (viz obrázek č. 18) jsou ekologickým palivem vyráběným z biomasy, vhodným pro automatické spalování ve speciálních kotlích. Jedná se o průmyslově lisované granule o průměru 6 až 14 mm. Komfortní spalování pelet nahrazuje spalování neekologických fosilních paliv jako je uhlí, zemní plyn, olej a v mnoha případech i elektřina. (39)
Obrázek č. 18: pelety: vlevo ze šťovíku, vpravo ze dřeva. (40) Materiál na výrobu pelet se musí před lisováním nadrtit na částice, které mají průměr o 2 mm menší než je průměr otvorů v matrici lisu. Poté je nutné zajistit vhodnou vlhkost materiálu od 5 do 19 % obsahu vody (záleží na druhu materiálu). Pak probíhá lisování pelet na speciálním lisu na pelety. Při peletování se materiál zahřívá, stlačuje a dochází k uvolňování pojiva, které, pak drží peletu pohromadě. (40) Pelety se spalují ve speciálních kotlích na spalování pelet. Jejich výhoda je, že jsou téměř automatické. Musíme pouze doplňovat pelety a vynášet popel. Komfort je srovnatelný s kotli plynovými či elektrickými. Nevýhodou je vyšší pořizovací cena kotle. (40) Pelety rozdělujeme na: •
dřevní - vyrábí se lisováním suché dřevní hmoty – pilin, kůry a dřevní štěpky, a dělí se na: o bílé - vyrábí se z čisté dřevní hmoty, především z pilin; o tmavé - vyrábí se z pilin smíchaných s kůrou;
•
alternativní - vyrábí se lisováním rostlin nebo jejich částí a dále se dělí na: o agropelety - vyrábí se lisováním zemědělských komodit - energetických rostlin, řepkové slámy, obilné slámy, odpadů po čištění obilnin a olejnin, sena
41
apod. - mezi agropelety řadíme i pokrutiny, které vznikají při lisování řepkového a slunečnicového oleje; o ostatní - vyrábí se lisováním různých, jinak obtížně využitelných, materiálů (např. drceného starého papíru, uhelného prachu), případně se tyto materiály míchají se zmíněnými zemědělskými komoditami. (39) Porovnání parametrů alternativních a dřevních pelet Parametry alternativních pelet: •
výhřevnost: 15,0 až 18,0 MJ/kg;
•
měrná hmotnost: 0,9 až 1,2 t/m3;
•
sypná hmotnost 0,55 až 0,75 t/m3;
•
popelnatost: 1,0 až 9,0 %. (39)
Parametry dřevěných pelet: •
výhřevnost: 17,5 až 19,5 MJ/kg;
•
měrná hmotnost: 1,0 až 1,4 t/m3;
•
sypná hmotnost: 0,6 až 0,8 t/m3;
•
popelnatost: 0,5 až 2,5 %. (39)
Pro spalování alternativních pelet je nutné použít speciálních kotlů, které jsou k tomu určeny. Při spalování alternativních pelet v kotlích určených pro dřevěné pelety, dochází k zapékání hořáku již po pár hodinách provozu a tím je znemožněn automatický provoz kotle. Je to způsobeno nízkým bodem tavení popele většiny alternativních pelet. (39) Před výběrem kotle doporučuji spotřebiteli navštívit diskuze na odborných webech Tzb-info: www.tzb-info.cz a Energoportál: www.energoportal.cz, kde může získat informace o zkušenostech uživatelů kotlů různých značek.
42
7 Technologie pro vytápění a přípravu TUV V této kapitole budou popsány důležité prvky otopné soustavy a způsoby jejich zapojení. Otopná soustava zajišťuje přenos tepla ze zdroje tepla do jednotlivých vytápěných místností. Skládá se z těchto základních prvků: •
zdroj tepla – kotle na pevná, plynná nebo kapalní paliva, tepelná čerpadla, výměníky tepla apod;
•
potrubní sítě – rozdělené podle způsobu propojení otopných těles, pracovní teploty, konstrukce expanzní nádoby, oběhu vody či materiálu rozvodu;
•
spotřebičů tepla - otopná tělesa – článková, desková, trubková a konvertory (s nuceným či samovolným vybíjením tepla). (41)
Návrh otopné soustavy je v podstatě volba jednotlivých parametrů z hlediska minimálních provozních a investičních nákladů s přihlédnutím ke specifickým podmínkám daného objektu (požadavky investora, účel a provoz objektu, konstrukce objektu a jiné). (41) 7.1 Zdroje tepla Moderní kotle na spalování biomasy se již nepodobají jejich předchůdcům, které známe z kotelen na uhlí. Jsou obvykle vybaveny kvalitní elektronikou a ve funkcích vůbec nezaostávají za moderními plynovými kotli. Výrobci nabízejí řadu doplňků, které dále zlepšují jejich funkce (regulátory, speciální armatury apod.). (42) Nabídka kotlů na spalování biomasy je na našem trhu široká. Jednotlivé výrobky se liší způsobem spalování, životností, parametry provozu a také nabídkou náhradních dílů a zárukou od výrobce. Výhodnější je dávat přednost firmám, které nabízejí komplexní servis včetně případných dodávek paliva. (42) Volba kotle na spalování biomasy jako jediného zdroje tepla je závislá na dostupnosti paliva a jeho formě. Do kotle je obvykle nutné ručně doplňovat palivo a péče o vytápění objektu se stává povinností a také nutností některého ze členů domácnosti. (42) Před samotným výběrem kotle je dobré si položit následující otázky: •
Má být navrhovaný kotel hlavním zdrojem tepla? Každý zdroj tepla by měl být navržen se zřetelem na jeho účelné a efektivní využití. Při volbě zdroje tepla na vytápění domu či bytu je důležité v prvé řadě znát tepelné ztráty všech vytápěných místností. Ty většinou vypočítává buď projektant vytápění, nebo odborný energetický poradce, případně odborný energetický auditor. Podle vypočtené velikosti tepelných ztrát by měl projektant navrhnout potřebný výkon 43
zdroje tepla, jenž by měl i v době největších mrazů zajistit požadovanou tepelnou pohodu. (42) •
Bude navrhovaný kotel pouze doplňkovým zdrojem k již stávajícímu zdroji (např. plynovému kotli)? Pokud bude zdroj tepla sloužit jako doplňkový zdroj tepla a to zejména při extrémních mrazech či naopak jen pro temperování v přechodném topném období na jaře a na podzim, musí to projektant zohlednit v projektu vytápění. Hlavní i doplňkový zdroj je třeba vůči sobě správně výkonově dimenzovat a vhodně začlenit do celé otopné soustavy. (42)
•
Má navrhovaný zdroj sloužit jako záložní v případě výpadku elektrické energie? V případě, že navrhovaný zdroj tepla by měl vytápět interiér pouze při výpadku elektřiny, budou vhodná například lokální krbová kamna na kusové dříví nebo na dřevní brikety bez teplovodního výměníku. (42)
•
Chceme mít tento zdroj tepla umístěn v interiéru? Pokud má být zdroj tepla (krbová kamna, krb, krbová vložka atd.) umístěn přímo do interiéru, mějte na paměti, že jeho maximální výkon by měl odpovídat vypočtené tepelné ztrátě místnosti, kde bude instalován. To je ale někdy dost obtížné zajistit, především z důvodu nízkých tepelných ztrát ve vytápěných místnostech s ohledem na současné požadavky na tepelnou izolaci objektu. (42)
•
Jak velký chceme mít komfort při obsluze navrhovaného zdroje? Komu nevadí štípání dřeva, jeho sušení a skladování, bude jistě spokojen s kotlem na kusové dřevo, umístí jej do kotelny a komfort obsluhy vylepší připojenou akumulační nádrží. Provozovatelé, kteří budou chtít celý proces vytápění automatizovat, zvolí raději peletový kotel nebo krbová kamna se zásobníkem. (42)
•
Máme dostatek místa k osazení nového zdroje tepla a vhodný sklad paliva? V případě, že stavíme nový dům anebo rekonstruujeme dům starší, měli bychom pamatovat na to, že i zdroje tepla, vyžaduje určitý prostor a splnění dalších požadavků nutných k jejich provozu. Kolem zdroje tepla musí být například zajištěn dostatečný prostor k čištění teplosměnných ploch, musíme zabezpečit dostatečné množství spalovacího vzduchu pro hoření paliva, místnost na uskladnění paliva by měla být pokud možno suchá, dobře přístupná pro zavážení paliva a podobně. (42)
44
7.1.1 Kotle na štěpku Kotle na dřevní štěpku jsou určeny pro ústřední vytápění a ohřev vody větších obytných budov, skupin budov nebo podniků. Štepkové kotle nejnižších výkonů lze také použít k vytápění a ohřevu vody v rodinných domech. Tepelný výkon těchto kotlů začíná na 15 kW. Při vyšších výkonech je využití dřevní štěpky hospodárnější než spalování pelet. Výkon kotlů lze automaticky regulovat. V některých kotlích lze spalovat i rostlinné zbytky nebo obilí. (44) V kotlích na spalování dřevní štěpky je možno spalovat neztlačenou, volně loženou dřevní štěpku. Podle velikosti a výkonu kotle je doporučeno využívat štěpku hrubší vyrobenou kladivovém drtiči nebo jemnější vyrobenou v nožovém štěpkovači. Lesní štěpka se ještě rozlišuje podle kvality – obsahu jednotlivých příměsí – na zelenou, hnědou a bílou štěpku. Dřevní štěpka se dodává volně ložená na nákladním automobilu nebo ve velkoobjemových textilních vacích (big bag). (44) Pro skladování dřevní štěpky potřebujeme díky její nízké objemové hmotnosti prostornější sklady, velkoobjemová sila apod. V případě instalace kotle na štěpku v rodinném domě je potřeba počítat s odpovídajícími prostorami např. ve sklepě pro min. 50 m3 štěpky. Ve skladu musí být především zaručeno nezbytné provětrávání. Palivová štěpka má vyšší obsah vody, je náchylná k plesnivění a zapařování, což by mohlo v uzavřených místnostech vést k riziku samovznícení. Dostatečné provětrávání skladu nám zajistí i dosoušení štěpky během skladování. Uskladnění přímo ve vytápěných obytných budovách bez účinného provětrávání skladu se nedoporučuje, v některých zemích je přímo zakázáno. (44) Vlastní přikládání dřevní štěpky je nejčastěji řešeno šnekovým dopravníkem. V případě vytápění většího objektu je menší objem štěpky do kotle dopravován šnekovým dopravníkem z meziskladu, který je dle aktuální potřeby doplňován větším pásovým dopravníkem nebo kolovým manipulátorem z centrálního skladu štěpky. (44) Výrobci moderních kotlů na štěpku nabízejí modely kotlů již od výkonu 15 kW, což umožňuje jejich využití i pro rodinné domy. Tyto kotle na štěpku jsou ve většině případů plně automatizovaná zařízení s dobrými spalovacími vlastnostmi a s nízkými emisemi díky řízenému systému dávkování paliva a spalného vzduchu a umožňují ekologicky spalovat i méně kvalitní palivo, kterým je dřevní štěpka s vyšším obsahem vlhkosti. Na obrázku č. 19 je vyobrazen řez automatickým kotlem na dřevní štěpku Guntamatic Powerchip.Tepelný výkon je řízen plynule regulovaným přívodem paliva a vzduchu v závislosti na venkovní teplotě a požadované vnitřní teplotě. Průměrná účinnost spalování těchto kotlů se pohybuje mezi 80 a 90 %. (44)
45
Obrázek č. 19: Řez automatickým kotlem na dřevní štěpku Guntamatic Powerchip (71) Důležitou součástí kotle na štěpku je hořák a systém uchycení roštu, u kotlů menších výkonů se používají hořáky horizontální, hořáky s posuvným plněním nebo hořáky retortové, u kotlů větších výkonů jsou nejčastější pevné nebo posuvné (šikmé). (44)
46
7.1.2 Kotle a kamna na dřevo a brikety Kotle na dřevo jsou ve střední Evropě nejvíce rozšířeny jako součásti teplovodní soustavy a proto jsou konstruovány na použití vody jako teplonosného média. Existují však i kotle pro teplovzdušné vytápění. Tyto kotle se spojují s teplovzdušnou jednotkou s rekuperací vzduchu. Teplovzdušné vytápění se používá především v moderních nízkoenergetických domech, kde však narážíme na problém s vysokým výkonem kotle oproti potřebě objektu. Tento problém odpadá v případě, že použijeme teplovodní kotel a přiřadíme k němu akumulační nádrž. (45) Použití kotle a ústředního vytápění má značné výhody proti použití lokálních kamen. Tím, že vytápíme objekt jako celek, může mít kotel vyšší výkon a tím pádem je možno přikládat větší kusy dřeva, čímž šetříme energii a čas vynaložené na přípravu dřeva k topení. Další výhodou ústředního vytápění je fakt, že kotel je většinou umístěn mimo obytné místnosti a tím se vyhneme znečištění vlivem transportu paliva a přikládání. Není pak také nutnost přivádět spalovací vzduch do každé místnosti. Také pořizovací cena jednoho výkonnějšího kotle je zpravidla nižší než součet cen všech lokálních topidel. Z výše uvedených důvodů je dnes teplovodní kotel ve spojení s ústředním topením nejrozšířenější variantou vytápění rodinných domů. (45) Dalšími zařízeními, ve kterých můžeme efektivně spalovat dřevo a brikety jsou krby, krbová a kachlová kamna apod., které slouží k lokálnímu vytápění místností. V případě použití teplovodní vložky je lze napojit do systému centrálního vytápění domu. (15) Krb je jedno z nejstarších a dosud hojně používaných topidel. Předává teplo do místnosti převážně sáláním, jen menší množství je předáváno konvekcí, tj. ohříváním vzduchu zdivem krbu a komína. Z hlediska energetické účinnosti a produkce škodlivých emisí je dnes však klasický otevřený krb již zcela nevyhovující. Hlavní nevýhodou krbu je to, že hořící dřevo je příliš ochlazováno vzduchem z místnosti a není dost dobře možné řídit množství vzduchu přiváděného pro spalování. Krb nasává velké množství vzduchu, který s sebou do komína odnáší mnoho tepla. Vzduch pro spalování je navíc odsáván z místnosti, čímž ji ochlazuje. Výsledkem je nízká účinnost (méně než 20 %). (15) Dnes se proto používají převážně uzavřené krby (krbové vložky), vzduch pro spalování se často přivádí zvenku zvláštním kanálem a zpravidla se také odebírá část tepla z kouřových plynů pomocí zvláštního výměníku. Tento výměník může být teplovzdušný (předává teplo do vzduchu místnosti, v níž je uzavřený krb umístěn, případně pomocí teplovzdušných rozvodů a ventilátoru i do dalších místností) nebo teplovodní, který předává teplo do otopné soustavy. Účinnost pak může být i přes 70 %. Krb se v dnešní době používá tam, kde je požadován „živý“ oheň a kde je výhodné použít sálavý přenos tepla. (15) 47
Dalším populárním topidlem jsou kachlová kamna. Oproti krbu mají kachlová kamna řadu výhod, mezi hlavní patří vyšší účinnost (u moderních kamen dosahuje až 80 %) a schopnost akumulace tepla, což umožní rovnoměrnější vytápění a menší nároky na obsluhu. Slušné účinnosti je u kachlových kamen dosahováno díky tomu, že spaliny jsou do komína vedeny řadou kanálů (tahů), kde odevzdávají větší část svého tepla. Také vlastní spalování v topeništi může být účinnější než u klasického krbu, protože topeniště nemá takové tepelné ztráty a lze dobře regulovat přívod primárního i sekundárního vzduchu.(15) Kachlová kamna jsou také velmi variabilní a nabízejí mnoho možností pro uplatnění umělecké tvořivosti. Pro svou schopnost akumulace tepla jsou masivní kachlová kamna dobrou volbou pro domy s malou schopností akumulace (např. dřevostavby). (15) Ještě větší schopností akumulace tepla mají kamna postavená z cihel nebo kamenů, které se u nás nazývají „finská kamna“, která jsou zobrazena na obrázku č. 20. Tato kamna mají vysokou hmotnost (minimálně 800 kg) a jsou vybavena protiproudými tahy. U těchto kamen se topí po kratší dobu optimálním výkonem, teplo je akumulováno do hmoty kamen a po vyhasnutí ohně je místnost až do druhého dne vyhřívána z akumulovaného tepla ve stěnách kamen. Tato kamna prošli vývojem, byla vybavena sekundárním spalováním a dosahují vysoké účinnosti až 90 %. Optimální topení ale vyžaduje jisté zkušenosti, spálením příliš velkého množství paliva místnost můžeme přehřát. (15)
Obrázek č. 20: Finská kamna (72) 48
7.1.3 Kotle a kamna na pelety Kotel na pelety je určen pro vytápění jednoho a více rodinných domů, kanceláří a dílen. Jednoduchou formou lze vyřešit výměnu staršího neekologického kotle s nízkou účinností za moderní automatické a ekologicky šetrné kotle s komfortní obsluhou. Obdobně jako u plynových nebo uhelných kotlů se teplo ze spalování pelet předává topnému médiu, jenž bývá nejčastěji voda. Tepelný výkon peletového kotle pro rodinné domy je nejčastěji v rozmezí 10 až 30 kW a lze ho zpravidla automaticky regulovat podle požadované teploty v rozsahu 30 až 100 % přísunem paliva a množstvím vháněného vzduchu. Kotlem na pelety lze řešit vytápění budov i přípravu teplé užitkové vody a při instalaci je nutné myslet na prostor pro umístění paliva – dřevěných, směsných nebo rostlinných pelet (agropelet). (46) Moderní peletové kotle jsou plně automatizovaná zařízení s dobrými spalovacími vlastnostmi s nízkými emisemi díky přesnému elektronicky řízenému systému dávkování paliva a spalného vzduchu. Tepelný výkon je řízen plynule regulovaným přívodem paliva a vzduchu v závislosti na venkovní teplotě a požadované vnitřní teplotě. Účinnost kotle dosahuje až 94 %. (46) Důležitou součástí peletového kotle je hořák, základní typy hořáku jsou podsuvný nebo hrncový hořák. Zapalování kotle se děje automaticky horkým vzduchem, přísun paliva do hořáku je také automatický a zpravidla elektronicky řízený. Pelety jsou dávkovány na odhořívací talíř nebo šnekovým dopravníkem do odhořívacího hrnce. (46) Další možností jak topit peletami jsou peletová kamna. Jedny z mnoha typů jsou vyobrazeny na obrázku č. 21. Používají se pro vytápění jednotlivých místností, menších bytů nebo nízkoenergetických domů. Předávání tepla zde probíhá sáláním a v případě zapojení ventilátoru také prouděním do vzduchu. Tepelný výkon peletových kamen se většinou pohybuje od 6 do 10 kW a reguluje se ručně nebo automaticky přes termostat. Peletová kamna jsou jednoduchá a snadno obsluhovatelná kamna, která jsou také vyhledávána kvůli estetickým vlastnostem hořícího ohně v místnosti. (47) Dnešní peletová kamna mají mimo dobrých topenářských vlastností a produkci nízkých emisí také nezastupitelné estetické vlastnosti díky viditelnému plameni v často zajímavě designově pojatých kamnech. Tepelný výkon je možno plynule regulovat přívodem paliva a spalovacího vzduchu. Účinnost spalování dosahuje 90 %. (47) Důležitou součástí peletových kamen je hořák, nejčastěji hrncový. Zapalování kotle se děje automaticky horkým vzduchem, přísun paliva do hořáku je řízený, pelety jsou dávkovány malým šnekovým dopravníkem do hořáku. (47)
49
Pro vytápění dalších místností nebo pro přípravu teplé užitkové vody jsou také nabízena peletová kamna s adaptérem, který tvoří výměník spaliny – voda. Tento výměník je možno napojit na stávající systém ústředního vytápění v bytě. Další možností je propojení solárního ohřevu vody s výměníkem peletových kamen tak, že odpadá nutnost zapojení běžného kotle ústředního vytápění (doporučeno pro nízkoenergetické nebo pasivní domy). (47)
Obrázek č. 21: Peletová kamna firmy HAAS+SOHN (73)
50
7.2 Potrubní sítě V této kapitole se omezíme na popis otopné soustavy s přirozeným oběhem vody a uzavřené otopné soustavy s nuceným oběhem vody. Zabíhání do dalších podrobností by bylo nad rámec této práce. Otopná soustava s přirozeným oběhem vody Jedná se o soustavy, které se v současnosti navrhují jen v malém množství případů. Setkáváme se s nimi ve stávajících starších objektech. Tato soustava pracuje na principu rozdílné hustoty topné přívodní a vratné vody. Voda ve vratném potrubí (chladnější) má vyšší hustotu, takže ze strany vratné vody je u zdroje (kotle) vyšší hydrostatický tlak než ze strany vody přívodní. Přetlak způsobí pohyb vody v okruhu kotel – otopné těleso – kotel a tak dochází k přirozenému oběhu vody. Soustava s přirozeným oběhem vody může být otevřená nebo uzavřená. Většina soustav však byla zabezpečena otevřenou expanzní nádobou. Návrhový teplotní spád mezi přívodní a vratnou vodou je 90/70 °C a to z důvodu zajištění dostatečného vztlaku. Tyto soustavy se navrhovaly (v malé míře i navrhují) pro menší objekty, s většími výškovými rozdíly mezi otopnými tělesy a zdrojem tepla. (48) Výhoda: •
v soustavě není třeba čerpadlo a tudíž není třeba zabezpečení soustavy při výpadku elektrické energie. (48)
Nevýhody: •
průměry potrubí samotížných soustav jsou větší než u soustav s nuceným oběhem, armatury musí vykazovat malou tlakovou ztrátu – vyšší spotřeba materiálu při instalaci soustavy;
•
vlivem použití větších průměrů potrubí je potřebný větší objem vody, tím se soustava vyznačuje dlouhou dobou náběhu, dlouhou setrvačností (což v objektech bez akumulačních schopností (dřevostavby) nemusí být na závadu) a obtížnou regulovatelností;
•
otopná tělesa musí být umístěna mnohem výše než zdroj tepla.
•
v případě použití otevřené expanzní nádoby dochází ke vnikání vzduchu do otopné soustavy a tím je soustava náchylnější ke korozi. (48)
51
Otopné soustavy s nuceným oběhem vody Jsou nejrozšířenějším typem soustav. Nucený oběh vody (s oběhovým čerpadlem) je schopen překonat mnohonásobně větší tlakové ztráty v okruzích než samotížný systém. Průměry potrubí jsou menší, lze volit vyšší rychlosti proudění. Teplotní spád je možné navrhnout dle potřeby. Zvýšené tlakové ztráty překonává oběhové teplovodní čerpadlo. Dnes se jednoznačně dává přednost soustavám uzavřeným, ať již s tlakovou expanzní nádobou nebo jiným expanzním zařízením. Otopné soustavy s nuceným oběhem mohou být dvoutrubkové nebo jednotrubkové, se spodním či horním rozvodem. (48) Výhody: •
menší průměry potrubí snižují náklady na použitý materiál, zlepší se i vzhled nezakrytých částí potrubní sítě;
•
otopná tělesa se mohou umístit do stejné výšky jako zdroj tepla, případně i níž;
•
nucený oběh nám poskytuje rovněž rozsáhlé možnosti regulace a rychlý zátop. (48)
Nevýhoda: •
soustava je závislá na dodávce elektrické energie a proto v případě výpadku je nutné zabezpečit soustavu proti přehřátí. (48)
V následující kapitole bude naznačen princip návrhu otopných soustav s akumulační nádrží (dále jen AN) a bez AN. 7.2.1 Otopné soustavy s AN Princip používání AN není složitý. Kotel provozujeme na plný výkon, tedy s nejvyšší účinností a také nejdelší životností, a to až do maximální akumulace nádrží na teplotu cca 90 °C. Zároveň při tomto spalování produkujeme minimum škodlivin do ovzduší. Kotel poté necháme dohořet a znovu ho již nenaplňujeme palivem a tím snižujeme nebezpečí jeho přehřátí při výpadku elektřiny. Teplo ze zásobníků poté odebíráme běžným způsobem přes směšovací ventil, který je vhodné řídit elektronicky. Na tomto místě je možné říci i první omezení použití - je nutný dostatečný prostor pro umístění akumulačních nádrží a provoz znamená také zvýšené nároky na obsluhu kotle v době nabíjení systému. Je zřejmé, že AN musí být dostatečně izolovány, aby nedocházelo k tepelným ztrátám a tím k prodražení provozu celé soustavy. Umístění akumulačních zařízení je proto problematické u některých rodinných domů postavených v posledních letech, kde je prostor na kotelnu minimalizován nebo není vůbec. (42) Pro ekonomiku provozu akumulačního vytápění je klíčovým faktorem volba optimálních parametrů zásobníku tepla, tedy stanovení jeho nejvhodnějšího objemu. (42) 52
Teplota v zásobnících by měla být při nabíjení co nejvyšší, aby mohl kotel pracovat s co nejvyšší účinností a aby tím byl též snížen jejich objem. Výrobci nabízejí běžně zásobníky o objemu 500 až 700 l, které je možné vzájemně propojovat. Velikost celkového akumulovaného objemu je vhodné stanovit podle požadavků majitele rodinného domu v závislosti na požadované době vybíjení. Omezujícím faktorem pak může být i doba samotného nabíjení, které by vzhledem k pohodlnosti provozu nemělo být delší než 1 den. Pro zdroj o výkonu 25 kW lze doporučit akumulační objem 2 m3. Pro výkon 20 kW pak akumulační objem 1 až 1,5 m3. Akumulace energie v souhrnu představuje úsporu provozních nákladů cca 10 až 15 %. K tomu je vhodné ještě přičíst ekologický přínos provozu. Zásobníky lze rovněž používat i pro akumulaci tepla od slunečních kolektorů. (42) Na obrázku č.22 je znázorněno schéma otopné soustavy s použitím AN.
Obrázek č. 22: Schéma otopné soustavy s použitím AN (42) 7.2.2 Otopné soustavy bez AN V případě použití otopné soustavy bez AN jsou na zdroj tepla kladeny zvýšené nároky. Kotel by měl svým výkonem odpovídat tepelným ztrátám objektu, což je v dnešní době, kdy se staví nízkoenergetické a pasivní domy, docela problém. Sice se kotle s malým výkonem dají pořídit, jejich nabídka však není tak velká jako kotlů s vyšším výkonem. Jejich pořizovací cena v poměru k instalovanému výkonu bude vyšší. Další požadavek na zdroj tepla v této soustavě je nutnost dobré regulace výkonu. Tuto podmínku splňují většinou jen automatické kotle, které mají omezené možnosti použití druhů paliva (pelety, štěpka apod.). Další problém, který je třeba vyřešit, vzniká při použití podlahového vytápění a jiných nízkoteplotních otopných prvků. Tato zařízení používají topnou vodu o nízké teplotě (45 °C 53
a méně) a na druhé straně je třeba zajistit kotli teplotu vratné vody nad 65 °C, která nezpůsobuje nízkoteplotní korozi v kotlovém tělese. Z těchto důvodů jsou otopné soustavy bez AN méně vhodné pro použití vytápění a přípravy TUV pomocí energie z biomasy. 7.3 Akumulační nádrže AN slouží především k optimalizaci hospodaření s tepelnou energií. Zapojení AN do topného systému má celou řadu předností: •
uložení přebytečného tepla v době nadvýroby ve zdroji tepelné energie;
•
okamžitá dodávka naakumulovaného tepla v době potřeby;
•
snížení časových nároků na obsluhu topení, neboť naakumulované teplo může v přechodných obdobích topné sezóny vystačit i na několik dní otopu z akumulace bez zásahu obsluhy;
•
u akumulačních nádrží s vestavěným výměníkem TUV lze ohřev teplé užitkové vody realizovat s výhodou i v letním období, kdy stačí vytopit nádrž energií z kotle a tu, pak několik dní využívat;
•
umožní akumulaci tepla získaného z netradičních zdrojů – ze solárních panelů, tepelných čerpadel, odpadního tepla z technologie apod.;
•
vhodné použití je ve spojení s kotlem na tuhá paliva, kde lze nádrž rychle a efektivně ohřát a potom teplo odebírat regulovaně dle potřeby. (49)
7.4 Otopná tělesa K hospodárnému provozu otopné soustavy nemalou měrou přispívá také její návrh a komponenty. Otopná tělesa patří mezi nejdůležitější, která dále zásadním způsobem ovlivňují finální výraz interiéru. Stavebník, díky pestré nabídce trhu, může vybírat ze široké palety a to nejenom podle technického provedení. (52) Základní funkcí otopných těles je dodávka tepla do vytápěného prostoru k zajištění optimální tepelné pohody. Další, neméně významnou funkcí, může být u vybraných výrobků i dotváření vzhledu interiéru (barva, tvar, umístění). Můžeme nalézt i výrobce, kteří dávají otopným tělesům až umělecké tvary, zaujmout Vás mohou i velmi pěkné radiátory předsíňové, kombinované např. se zrcadlem. Otopná tělesa trubková koupelnová (žebříky) již v našich krajích zdomácněla, výrobci je nabízejí i s možností elektrického dotápění. (52) K udržení tepelné pohody v místnosti v otopném období je třeba právě pomocí otopných těles pokrýt ztráty tepla, které unikají do venkovního (chladného) prostředí. 54
Tepelnou ztrátu jednotlivých vytápěných prostor určí výpočtem např. projektant, vhodné vnitřní teploty v jednotlivých vytápěných prostorách doporučuje vyhláška 291/2001 Sb. (52) 7.4.1 Rozdělení otopných těles pro teplovodní otopné soustavy Desková tělesa z ocelového plechu – v současné době patří k nejprodávanějším. Na rozdíl od klasických litinových radiátorů mají malý objem topné vody, což zaručuje jejich rychlejší ohřev, ale na druhé straně zase také rychlejší vychladnutí. Rozměry deskových radiátorů a tedy i velikost požadovaného výkonu jsou variabilní (existuje jich několik stovek), navíc i ve zdvojeném či ztrojeném provedení, případně i s lamelami mezi deskami, které výkon dále zvyšují. Za optimální se v současnosti považuje délka topného tělesa minimálně stejná jako je délka okna. Pro lepší výraz tělesa v interiéru je možné zvolit deskové otopné těleso s hladkou čelní deskou. (52) Článková litinová (ocelová) – stále oblíbené radiátory s velkým objemem, požadovaného výkonu se dosahuje sestavováním jednotlivých článků. Díky velkému objemu pomaleji vychládají (mají větší tepelnou setrvačnost). Jsou vhodné např. do otopných soustav s kotli na pevná paliva. Výhodou litinových radiátorů je dlouhá životnost, která je informativně uváděna kolem padesáti let. (52) Článková hliníková – tento typ otopných těles si také získává oblibu a to z několika důvodů. Na rozdíl od litinových či ocelových článků, hliníkový článek je tlakově odlit jako jeden kus, nenajdete na něm žádné švy či spoje, které jsou obvykle jedním z míst, kde radiátor začíná „téct“. Podobně jako desková mají velmi malý objem, což umožňuje rychlé nahřátí. Hliníková otopná tělesa mají navíc větší výhřevnost než litinová. Na přání zákazníka je možno dodat články se zaoblenými lamelami, které usměrňují ohřátý vzduch do vytápěného prostoru. Materiál použitý k výrobě se vyznačuje výtečnými tepelně fyzikálními vlastnostmi, korozní odolností a dlouhou životností, která je uváděna jako prakticky neomezená. Výrobci na tento typ radiátorů poskytují záruky 10 a více let. Rozměrové možnosti jsou podobné jako u deskových topných těles. Kromě novostaveb, hliníková otopná tělesa jsou vhodná také při výměně použitých litinových otopných těles. (52) Trubková koupelnová – také „žebříky“ už u nás zdomácněly. Uplatnění najdou v koupelnách, prádelnách, toaletách, kuchyních a předsíních, a to nejenom jako zdroj tepla, ale třeba také jako optické rozdělení prostoru. Na první pohled je zřejmé, že trubková otopná tělesa nedosahují takových výkonů jako „radiátory“ stejné velikosti, jdou však postavit do prostoru. Pokud uznáte za vhodné, lze do žebříků instalovat elektrické topné těleso. (52)
55
Konvektory – na rozdíl od předešlých typů je konstrukčním základem tzv. lamelový výměník tepla (lamely připájené na trubce), který je umístěn buď v krytu a nebo žlabu (pro podlahové konvektory). Teplo je do vytápěného prostoru předáváno přirozeným a nebo vynuceným (pomocí ventilátoru) prouděním vzduchu. K dispozici jsou i provedení s velmi nízkou výškou (cca 7 cm), které využije při instalaci pod nízko položená okna či v zimních zahradách. Podlahové konvektory jsou vhodné např. před velké prosklené plochy, jsou vybaveny nášlapnou mřížkou. Konvektory jsou oproti „radiátorům“ odlišným zařízením. Velikosti teplosměnné plochy, nutné k předání požadovaného výkonu do prostoru, je dosaženo napájením např. lamel na trubky, ve kterých je vedena otopná voda (výměník). Konvektory se vyznačují nízkými výškami, díky čemuž jsou vhodné pro instalaci před velké zasklené plochy. Teplo se do vytápěného prostoru předává prouděním (konvekcí), složka sálavá je minimální. Díky této skutečnosti je povrchová teplota skříně konvektoru nízká i v případě vysoké teploty otopné vody, což je výhodné z hlediska bezpečnosti (nebezpečí popálení). Konvektory patří mezi otopná tělesa s malým vodním objemem, což je předpoklad pro rychlý zátop a dobrou regulaci. Mohou být statické a dynamické (s ventilátorem). Podlahové konvektory na rozdíl od podlahového celoplošného vytápění netemperují celou plochu místnosti, ale jsou umísťovány do nejexponovanějších míst, kterými jsou především okna. Výhodné a estetické uplatnění nalézají především u zasklených ploch, ať se jedná o velké okenní plochy, prosklené dveře, a nebo zimní zahrady. Jedinou viditelnou částí je nášlapná mřížka, která je shrnovatelná. (52)
56
8 Příklad konkrétní realizace nízkoenergetického domu, jeho vytápění a příprava TUV. Na této konkrétní realizaci rodinného domu bude prezentováno řešení vytápění, přípravy TUV a vývoj řešení dle potřeb a přání majitele domu. Jedná se o jednopodlažní nízkoenergetický dům s půdním prostorem v celkové jednotné hmotě, i když se skládá ze dvou funkčních celků a to objektu obytného a objektu garáže se saunou. Tyto zcela funkčně odlišné objekty jsou hmotově propojeny střešní konstrukcí, která zároveň tvoří kryté stání pro dva osobní automobily. Obytný objekt má zastavěnou plochu 195 m2. Dispoziční řešení 4+0 bylo navrženo s důrazem na co nejkratší vzdálenosti rozvodů TUV a na oddělení klidové části domu (tří ložnic) od obytné části (obývací pokoj spojený s kuchyní). Svislé nosné konstrukce jsou tvořeny betonovou skořepinou o tloušťce 200 mm, zděné na betonovou maltu. Vnější stěny jsou zatepleny polystyrenem o tloušťce 250 mm. Nenosné příčky jsou vyzděny z pórobetonových tvárnic Ytong o tloušťce 100 mm. Konstrukce podlah byla zvolena následovně: podkladní beton v tl. 150 mm, na podkladový beton je položena vodovzdorná izolace z asfaltových pásů, na tuto vrstvu je položena vrstva tepelné izolace 4x50 mm z podlahového polystyrenu, ta je pokryta betonovým potěrem 50 mm s kari sítí 100x8/100x8 mm, na betonu jsou položeny buď dlaždice nebo plovoucí podlaha dle charakteru místnosti. Skladba tepelné izolace byla rozdělena do 4 vrstev. V první vrstvě jsou umístěny rozvody vody, ve druhé a třetí odpady, ve čtvrté jsou umístěny ploché rozvody vzduchu. Ty slouží pro rozvod čerstvého vzduchu a pro rozvody tepla. Konstrukce stropu je tvořena dřevěnými hraněnými trámy 160/180 a 160/200 mm, které jsou uloženy na železobetonový věnec. V prostoru obývacího pokoje s kuchyní jsou trámy přiznané a jsou na nich uloženy sádrokartonové desky, parozábrana a tepelná izolace z kamenné vaty o tloušťce 500 mm. V ostatních místnostech jsou trámy podbity palubkami, na nich je parozábrana a vrstva tepelné izolace z kamenné vaty o tloušťce 500 mm. Konstrukce krovu střechy je zhotovena jako klasická dřevěná stojatá stolice s vaznicemi a krokvemi. Na ní je umístěna pojistná hydroizolace a plechová střešní krytina značky Ranila. K dispozici je jak připojení na dostatečně dimenzovanou elektrickou síť, tak na rozvody plynu. Vzhledem k velikosti tepelné ztráty objektu 4,5 kW bylo rozhodnuto 57
nepřipojovat dům na plynové rozvody z důvodu vysoké ceny přípojky, ale využít elektrickou energii i pro vytápění. Jako centrální systém domu pro vytápění a větrání byla zvolena teplovzdušná vytápěcí a větrací jednotka DUPLEX RB firmy Atrea s.r.o. Tato jednotka umožňuje vytápění, větrání a chlazení domu s využitím rekuperace tepla s účinností až 90%. Při svém provozu zároveň filtruje cirkulační a čerstvý vzduch pomocí filtru G4 s účinností až 94%. Při své činnosti využívá moderní dvouzónové uspořádání okruhů vzduchotechnických rozvodů. Primární okruh zajišťuje cirkulační teplovzdušné vytápění, s přívodem vzduchu podlahovými mřížkami do každé obytné místnosti, případně chlazení přes zemní výměník tepla nebo strojní chlazení. Sekundární okruh zajišťuje zcela oddělené odvětrání sociálních zařízení, kuchyně a šatny s rekuperací tepla. Při větrání je do cirkulačního vzduchu přimícháván čerstvý vzduch po rekuperaci tepla. Tím je zajištěn přívod větracího vzduchu do obytných místností. Jednotka DUPLEX RB umožňuje 5 provozních režimů (viz obrázek č.23): 1. Rovnotlaký větrací režim je určen k celoročnímu provozu, kdy zajišťuje větrání domu volitelně s rekuperací nebo přes by-pass (bez rekuperace), 2. Cirkulační a větrací režim je vhodný pro použití v topném období, kdy je dům teplovzdušně vytápěn a zároveň větrán s rekuperací vzduchu, 3. Přetlakový větrací režim s nárazovým větráním, který je určen pro topné období. Dům je teplovzdušně vytápěn. Pomocí impulsu z WC, koupelny a z kuchyně je větrán v době, kdy je to třeba. Dále je nastaveno periodické větrání v nastavených intervalech, 4. Větrací podtlakový režim je možno použít v letním a přechodném období. Slouží pro podtlakové odsávání odpadního vzduchu, s částečným přívodem filtrovaného větracího vzduchu přes jednotku a infiltrací okny, 5. Větrací přetlakový režim, který je určen pro intenzivní letní přetlakové větrání obytných prostor plným přívodem venkovního vzduchu. Odvod vzduchu je realizován pootevřenými okny.
58
Obrázek č. 23: Provozní režimy jednotky DUPLEX RB (74) 59
V domě jsou instalovány čtyři druhy rozvodů. Příklad instalace těchto rozvodů je vyobrazen na obrázku č.24. 1. Speciální ploché vzduchovody pro rozvod vzduchu v podlahách sloužící pro rozvod tepla a větracího vzduchu do obytných místností, 2. Kruhové flexibilní rozvody o průměru 100 – 160 mm, které jsou určeny pro odvod odpadního vzduchu z domu. Talířové vyústky jsou umístěny v kuchyni, v koupelně, na WC a v šatně, 3. Kruhové flexibilní rozvody o průměru 250 mm určeny pro rozvody cirkulačního vzduchu. Jejich vyústky jsou umístěny v hlavní obývací místnosti nad kamny a ve stropě na chodbě v blízkosti ložnic, 4. Zemní registr, který je zhotoven z odpadových trubek o průměru 250 mm a délce 20 m a je uložen 2 m hluboko v zemi. Tento registr slouží pro přívod čerstvého vzduchu do domu. V létě se přívodní vzduch ochlazuje a v zimě se ohřívá.
Obrázek č. 24: Příklad instalace rozvodů (74) Jako zdroj tepla pro tuto jednotu je použit elektrokotel o výkonu 10 kW, který zásobuje teplovodní ohřívač teplou vodou. V současné době je odstaven a slouží jako záloha topení. Jako hlavní zdroj tepla jsou využita litinová krbová kamna značky Jotul F 3 MF, která mají nominální výkon 6,5 kW a maximální výkon 10 kW. Jednotka DUPLEX RB umožňuje cirkulaci vzduchu po domě. Toho bylo využito v případě použití těchto kamen, umístěných
60
v obývacím pokoji. Teplo, které tyto kamna produkují, je nasáváno cirkulačním rozvodem a je dále rozváděno do dalších místností v domě. Důvody, proč bylo rozhodnuto použití těchto litinových kamen: 1. nejmenší výkon na trhu (v době pořízení), 2. výborná kvalita kamen a vyspělá technika, 3. přístup majitele k dodávkám kvalitního dřevního odpadu – dubové odřezky z výrobny parket. Jaké jsou zkušenosti s provozem domu? Nucené (strojní) větrání, které je realizováno pomocí jednotky DUPLEX RB, funguje naprosto bez problémů. I když jsou okna před noc uzavřena nestává se, že by byl vzduch ráno v místnosti vydýchán. Rozvody jsou vybaveny tlumičem zvuků, takže se hluk jimi nešíří. Problém je ve vysokém výkonu kamen, která jsou téměř celou dobu (kromě zatápění a rychlého vyhřátí obývacího pokoje) udržována na minimálním výkonu. Tím dochází ke snížení účinnosti spalování kamen a tím i k relativně vyšší spotřebě dřeva, která činí zhruba 6 m3 dubového dřeva za rok. Druhým problémem je nízká přenosová kapacita tepla vzduchu, která způsobuje nižší teploty v ostatních obytných místnostech. Ohřátí těchto místností trvá déle a bylo by třeba dlouhodobějšího nepřetržitého provozu kamen, což zase vede k přetápění obývacího pokoje. Na základě těchto zkušeností jsou navrženy dvě varianty řešení: 1. Použití krbových kamen s teplovodním výměníkem, kterým by se ohřívala akumulační nádrž o objemu cca 1,5 m3. Kamna by natápěla tento zásobník a ten by sloužil jako zdroj tepla pro DUPLEX RB, který by teplo rozváděl po celém domě. Navíc by touto variantou byl vyřešen i ohřev TUV v době topné sezony. Tato varianta má dvě nevýhody: relativně složité řešení a umístění akumulační nádoby v domě. 2. Použití těžkých akumulačních cihlových finských kamen (viz obrázek č.20), která fungují v režimu spálení celé vsázky dřeva „najednou“ s nejvyšší možnou účinností, akumulují získané teplo ve hmotě kamen a toto teplo pak dlouhodobě (12 - 24 hodin) předávají do místnosti. Kamna jsou vybavena protisměrnými tahy, které zlepšují akumulaci tepla do konstrukce kamen (viz obrázek č.25). Výhodou je vysoká účinnost spalování srovnatelná s moderními kamny, jednoduchá a spolehlivá konstrukce kamen ověřená stoletími provozu těchto kamen, bez nutnosti údržby a oprav s životností přes 30 let. Další výhodou je, že není třeba každé cca 2 hodiny přikládat. Jako nevýhodu můžeme uvést nemožnost přípravy TUV pomocí této varianty a problematické topení v přechodném období, kdy je třeba rychle a krátce zatopit. 61
Obrázek č. 25: Schéma protiproudých tahů používaných u konstrukce finských kamen (75) Pro přípravu TUV je použit 80 l bojler o výkonu 3,6 kW. Objem 80 l se může zdát nedostačující pro 4-člennou rodinu, ale díky výkonu je bojler schopen ohřát celý obsah během 45 minut. Teplá voda je dostupná vždy, když je potřeba. Navíc díky malému objemu má bojler i nízké ztráty. Bojler je připojen k elektrické síti přes elektroměr, aby bylo možné zjistit přesné náklady na ohřev TUV. V roce 2007 tyto náklady činily 3500 Kč za rok. Díky této informaci bylo možno rozhodnout, že se nevyplatí investovat do ohřevu TUV pomocí solárních kolektorů.
62
ZÁVĚR Cílem této práce bylo vytvoření poznatkové báze problematiky využití obnovitelných zdrojů energie při vytápění rodinného domu a přípravě TUV a případové studie na toto téma. Práce je rozdělena do dvou základních oblastí: teoretické a aplikační. V teoretické části je definován pojem „obnovitelné zdroje energie“ a je provedeno jeho členění. Následně je jako vhodný energetický zdroj pro vytápění rodinného domu a přípravu TUV zvolena biomasa. I tento pojem je řádně definován a je uvedeno jeho členění. Dále jsou zde uvedeny výhody a nevýhody jednotlivých druhů biomasy. V závěru teoretické části je popsány principy techniky pro využití biomasy jako energetického zdroje, jejich výhody a nevýhody. Z dílčích závěrů v teoretické části je zřejmé, že pro lokální vytápění a přípravu TUV je vhodné používat dřevní odpad, energetické plodiny a rychle rostoucí dřeviny v kombinaci se spalováním a zplyňováním. Aplikační část práce je rozdělena do několika kapitol. První se zabývá výběrem vhodného druhu biomasy. Jsou zde popsány energetické plodiny, rychle rostoucí dřeviny a odpadní suroviny vhodné pro výrobu pevných paliv z fytomasy zemědělských plodin. Na základě studia této kapitoly si každý budoucí uživatel může vybrat dle svých požadavků a možností, jakou biomasu použije pro vytápění svého rodinného domu a pro přípravu TUV. Druhá kapitola obsahuje popis přípravy kusového dřeva, přípravy dřevní štěpky, výroby briket a pelet. I zde si můžeme udělat představu o výhodách a nevýhodách jednotlivých druhů paliv a dle svých možností a preferencí si zvolit vhodný typ paliva. Ten významně ovlivňuje použitou technologii pro vytápění, zejména zdroj tepla, který můžeme použít. Proto jsou v další kapitole popsány zdroje tepla, rozvody tepla, použití akumulační nádrže a možnosti otopných těles. Po prostudování aplikační části získá zájemce o problematiku či budoucí uživatel potřebné základní informace k tomu, aby byl schopen vybrat druh biomasy, technologii přípravy paliva, zdroj tepla a druh rozvodů tepla, a dovedl posoudit, zda je vhodné použít akumulační nádrž a zvolit mezi dostupnými druhy otopných těles, která lze v otopném systému použít. V závěrečné kapitole koncipované do podoby případové studie je popsána koncepce konkrétního nízkoenergetického domu, jeho vytápění, příprava TUV. Shrnuty jsou dosavadní praktické zkušenosti majitele domu a dále jsou zde navrženy možné změny technického řešení, které vyplynuly z několikaletého provozu domu.
63
Lze shrnout, že biomasa se jeví jako vhodný a ekologicky udržitelný zdroj energie pro vytápění nízkoenergetického domu, musí však být organickou součástí systému vytápění a větrání.
64
Slovníček pojmů: Dendromasa – dřevo, dřeviny, kůra a odpad ze dřeva. (58) Desikace – umělé vysušení porostu rostlin chemickými prostředky, tzv. desikačními látkami. Někdy se desikace provádí před sklizní plodin, například u sadbových brambor se desikací zničí nadzemní část rostliny, což zajistí kvalitnější stav bramborových hlíz v zemi. Desikace se užívá například u semenných jetelovin před sklizní, u některých luskovin a řepky. Po provedení desikace se snadněji provádí kombajnová sklizeň. (59) Fytomasa – objem rostlinné hmoty (zejména jejích organických látek) vytvořený díky působení fotosyntézy na určitém území. (54) Obmytí – období, během kterého se těží lesní porosty. Stanovuje se na základě vyhodnocení ekonomických a produkčních činitelů. (55) Senáž – speciálním druhem siláže a je charakterizovaná tím, že má vyšší obsah sušiny (většinou nad 50 %) a nižší obsah rozpustných cukrů. Právě proto, že obsahuje méně vody než siláž, mléčné kvašení je zde omezeno a pH výsledného produktu je vyšší, takže méně chrání píci před zkažením. Proto je u senáží naprosto důležité zachovat prostředí bez přístupu vzduchu. (57) Transpirace – výdej vody povrchem rostlin ve formě vodní páry. (56)
65
Bibliografie: 1. MACKAY, David J. C. Sustainable Energie - without the hot air. Cambridge: UIT Cambridge, 2008. ISBN 978-0-9544529-3-3. 2. Druhy OZE. Česká agentura pro obnovitelné zdroje energie [online]. 2003-2009 [cit. 201201-30]. Dostupné z: http://www.czrea.org/cs/druhy-oze 3. Energie slunce. PRAŽSKÁ ENERGETIKA, a.s. Energetický poradce PRE [online]. 2008 [cit. 2012-02-03]. Dostupné z: http://www.energetickyporadce.cz/obnovitelne-zdroje/energieslunce.html 4. Energie větru. KEA OLOMOUCKÉHO KRAJE. KRAJSKÁ ENERGETICKÁ AGENTURA OLOMOUCKÉHO KRAJE [online]. [cit. 2012-02-04]. Dostupné z: http://www.keaolomouc.cz/index.php?ca=zdroje&ar=05 5. Geotermální energie. ČEZ, a. s. Skupina CEZ [online]. 2012 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://www.cez.cz/cs/vyroba-elektriny/obnovitelne-zdroje/geotermalni-energie.html 6. Energie vody. Zdroje energie [online]. 2008-10-31 [cit. 2012-02-04]. Dostupné z: http://zdrojeenergie.blogspot.com/2008/10/energie-vody.html 7. Energie vody. PRAŽSKÁ ENERGETIKA, a.s. Energetický poradce PRE [online]. 2008 [cit. 2012-02-04]. Dostupné z: http://www.energetickyporadce.cz/obnovitelne-zdroje/energievody.html 8. Definice a členění. Občanské sdružení BIOMASA 2010 [online]. 2010 [cit. 2012-02-04]. Dostupné z: http://www.biomasa2010.cz/co-je-to-/ 9. Biomasa – definice, rozdělení, využití, rizika, trendy. BOHEMIA BIOENERGY S.R.O. BOHEMIA BIOENERGY [online]. [cit. 2012-02-04]. Dostupné z: http://www.bohemiabioenergy.cz/biomasa.htm 10. Ekologická definice biomasy. Biomasa.divoce.cz [online]. 2012 [cit. 2012-02-04]. Dostupné z: http://biomasa.divoce.cz/ekologicka-definice-biomasy/ 11. Energetické využití biomasy. KEA OLOMOUCKÉHO KRAJE. Krajská energetická agentura Olomouckého kraje [online]. [cit. 2012-02-10]. Dostupné z: http://www.keaolomouc.cz/index.php?ca=zdroje&ar=07 12. Jak pěstovat rychlerostoucí dřeviny. WOODCAPITAL S.R.O. Woodcapital [online]. 2010 [cit. 2012-02-12]. Dostupné z: http://www.woodcapital.cz/rychle-rostouci-dreviny-a-jejichpestovani/ 13. Energetické plodiny. XBIZON, s.r.o. Nazeleno.cz [online]. 2008 [cit. 2012-02-12]. Dostupné z: http://www.nazeleno.cz/energeticke-plodiny.dic 66
14. Skládkový plyn - odpad, nebo zdroj energie?. CZ BIOM [online]. [cit. 2012-02-12]. Dostupné z: http://stary.biom.cz/clen/jso/a_lfg.html 15. MURTINGER, Martin a Jiří BERANOVSKÝ. Energie z biomasy. Brno: ERA, 2006. ISBN 80-7366-071-7. 16. TÁBORSKÝ, Jan. Kněžice: komplexní energetické řešení. Časopis Stavebnictví [online]. 2009,
2009,
roč.
06-07
[cit.
2012-02-18].
Dostupné
z:
http://www.casopisstavebnictvi.cz/knezice-komplexni-energeticke-reseni_N2412 17. Biomasa. FOREST GAMP, s.r.o. Forest Gamp, s.r.o. ekologicky šetrné technologie v lesnictví, výroba energetické štěpky a biomasy [online]. 2008 [cit. 2012-02-18]. Dostupné z: http://forestgamp.eu/biomasa.html 18. MOTLÍK, Jan, VÁŇA, Jaroslav: Biomasa pro energii (2) Technologie. Biom.cz [online]. 2002-02-06
[cit.
2012-02-19].
Dostupné
z
WWW:
clanky/biomasa-pro-energii-2-technologie>. ISSN: 1801-2655. 19.
Výroba
energie
z
biomasy.
[online].
[cit.
2012-02-18].
Dostupné
z:
http://www.alternativni-zdroje.cz/vyroba-energie-biomasa.htm 20. ŠKVAŘIL, Jan. Spalování plynu ze zplyňování biomasy. Biom.cz [online]. [cit. 2012-0218]. Dostupné z: http://df.biom.cz/cz/odborne-clanky/spalovani-plynu-ze-zplynovani-biomasy 21. ING. STAF, Marek, ING. SKOBLJA a Petr PROF. ING. BURYAN, DRSC. Pyrolýza odpadní
biomasy.
[online].
s.
7
[cit.
2012-02-18].
Dostupné
z:
oei.fme.vutbr.cz/konfer/biomasa/Staf.pdf 22. SOBOLÍKOVÁ, Kateřina. Osvědčená výroba pyrolýzního oleje a jeho praktické využití nejen v energetice. In: [online]. [cit. 2012-02-18]. Dostupné z: www.biomasainfo.cz/cs/doc/S2_09.pdf 23. Krmný šťovík. Biom.cz [online]. 2011-07-31 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/krmny-stovik 24. Chrastice rákosová. Biom.cz [online]. 2011-07-31 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/chrastice-rakosovita 25.
Čirok.
Biom.cz
[online].
2011-07-31
[cit.
2012-04-03].
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/cirok 26. Ovsík vyvýšený. Biom.cz [online]. 2011-07-31 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/ovsik-vyvyseny 27. Ozdobnice čínská. Biom.cz [online]. 2011-07-31 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/ozdobnice-cinska
67
28. Psineček velký. Biom.cz [online]. 2011-07-31 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/psinecek-velky 29. Kotřava rákosovitá. Biom.cz [online]. 2011-07-31 [cit. 2012-04-03]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/kostrava-rakosovita 30.
Konopí
seté.
Biom.cz
[online].
2011-07-31
[cit.
2012-04-03].
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/konopi-sete 31. Návod na pěstování japonských topolů. JATOP s.r.o. [online]. 2010 [cit. 2012-02-13]. Dostupné z: http://www.jatop-topoly.cz/ke-stazeni/10-navod-k-pstovani-japonskych-topol 32. Japonský topol. JATOP S.R.O. Japonský topol - řízky a sazenice [online]. 2010 [cit. 201204-03]. Dostupné z: http://www.jatop-topoly.cz 33. Manuál pro pěstitele Švédské vrby. CHMELLAR BIOMASS & BIOENERGY. Chmellar Biomass
&
Bioenergy
[online].
[cit.
2012-02-16].
Dostupné
z:
http://www.chmellar.eu/biomass-and-bioenergy/?q=cs/skoleni_kurzy 34. ING.TŮMA, Jan. Proč topit dřevem a jak se při jeho přípravě nenadřít?. [online]. 25.10.2011 [cit. 2012-02-21]. Dostupné z: http://www.toolscomp.cz/poradna/proc-topitdrevem-a-jak-se-pri-jeho-priprave-nenad/ 35. STUPAVSKÝ, Vladimír a Tomáš HOLÝ. Dřevní štěpka - zelená, hnědá, bílá. Biom.cz [online].
1.1.2010,
19.5.2010
[cit.
2012-02-21].
ISSN:
1801-2655.
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/drevni-stepka-zelena-hneda-bila 36. Štěpkovač Eliet 2000 Cross Country. SVP - PŮJČOVNA S.R.O. SVP půjčovna [online]. [cit. 2012-02-21]. Dostupné z: http://www.svp.cz/super-prof-2000-cross-country.html 37. Brikety z biomasy - dřevěné, rostlinné, směsné brikety. Biom.cz [online]. 1.1.2010, 19.5.2010 [cit. 2012-02-21]. ISSN: 1801-2655. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/brikety-z-biomasy-drevene-rostlinne-smesne-brikety 38. Briketovací lis AGROLIS Duo. Skořupa nástroje a nářadí [online]. [cit. 2012-02-21]. Dostupné z: http://www.akunaradi.cz/briketovaci-lis-agrolis-duo/d-70599/ 39. VERNER, Vladimír. Alternativní pelety. Biom.cz [online]. 31.12.2007, 11.3.2010 [cit. 2012-02-21]. ISSN: 1801-2655. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/alternativnipelety 40.
Green
Energy.
Green
Energy
[online].
[cit.
2012-02-21].
Dostupné
z:
http://briketovacilis.eu/ 41. ING. VAVŘIČKA, PH.D. Kurz vytápění: Teplovodní otopné soustavy konvekční. s. 10. Dostupné
z:
http://www.fsid.cvut.cz/~vavrirom/Kurz%20Vytapeni/Sylabus%20-
%20Otopne%20soustavy%20teplovodni%20-%20%20Kurz%20vytapeni.pdf 68
42. ING.KABRHEL, Michal. Využití biomasy a akumulační zdroje pro vytápění RD. ČVUT V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA TZB. Tzbinfo [online]. 9.4.2002 [cit. 201202-22]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/945-vyuziti-biomasy-a-akumulacni-zdroje-provytapeni-rd 43. KLOBUŠNÍK, Lubomír. Co bychom měli vědět před nákupem kotle. Biom.cz [online]. 26.4.2010,
28.4.2010
[cit.
2012-02-23].
ISSN:
1801-2655.
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/co-bychom-meli-vedet-pred-nakupem-kotle 44. STUPAVSKÝ, Vladimír. Kotel na dřevní štěpku. Biom.cz [online]. 1.1.2010, 24.3.2010 [cit.
2012-02-22].
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/kotel-na-drevni-
stepku?add_disc=1#disc 45. MURTINGER, Martin a Jiří BERANOVSKÝ. Energie z biomasy. Brno: Computer Press, a.s., 2011. ISBN 978-80-251-2916-6. 46. STUPAVSKÝ, Vladimír. Kotel na pelety - peletový kotel pro ústřední vytápění. [online]. 2010-01-01 [cit. 2012-04-01]. ISSN 1801-2655. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/kotel-na-pelety-peletovy-kotel-pro-ustredni-vytapeni 47. STUPAVSKÝ, Vladimír. Kamna na pelety - pokojová peletová kamna. [online]. 2010-0101 [cit. 2012-04-01]. ISSN 1801-2655. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/kamnana-pelety-pokojova-peletova-kamna 48. RUBÍNOVÁ, O. Teplená soustava /přednáška/. [online]. [cit. 2012-04-02]. Dostupné z: http://www.fce.vutbr.cz/TZB/rubinova.o/prednasky/A_UT%2002_09.pdf 49. Akumulační nádrž. VERNER: Expert na teplo [online]. [cit. 2012-04-04]. Dostupné z: http://www.kotle-verner.cz/data/sharedfiles/4013/cz-akumulacni-nadrze-modry.pdf 50. Zplyňování biomasy – možnosti uplatnění. POHOŘELÝ, Michael a Michal JEREMIÁŠ. BIOM.CZ
[online].
[cit.
2012-05-12].
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-
clanky/zplynovani-biomasy-moznosti-uplatneni 51.
Triticale
-
žitovec.
[online].
[cit.
2012-12-22].
Dostupné
z:
http://vfu-
www.vfu.cz/vegetabilie/plodiny/czech/triticale.htm 52. Otopná tělesa: Základ tepelné pohody. ČESKÁ ENERGETICKÁ ASOCIACE. Česká energetika
[online].
[cit.
2012-12-22].
Dostupné
z:
http://www.ceskaenergetika.cz/nezarazene_clanky/otopna_telesa.html 53. ING. VERNER, Lubomír a Hana ING. MAREŠOVÁ. Projekt systému produkce, výroby a užití pevného paliva z fytomasy zemědělských plodin. [online]. 2010, s. 27 [cit. 2012-1222]. Dostupné z: http://www.ekover.cz/wp-content/uploads/2012/04/ak%C4%8Dn%C3%ADpl%C3%A1n-aktualizace-2010.pdf 69
54. Fytomasa. A-Z encyklopedie [online]. [cit. 2012-12-22]. Dostupné z: http://www.azencyklopedie.info/f/40119_Fytomasa/ 55.
Obmytí.
LECCOS.COM
[online].
[cit.
2012-12-22].
Dostupné
z:
[cit.
2012-12-22].
Dostupné
z:
http://leccos.com/index.php/clanky/obmyti 56.
Transpirace.
Enviregion
[online].
http://ucebnice3.enviregion.cz/slovnicek/transpirace 57. Mezi senem a trávou. Equichannel [online]. [cit. 2012-12-22]. Dostupné z: http://www.equichannel.cz/mezi-senem-a-travou-senaz 58.
Dendromasa.
Ihličnaté
stromy
[online].
[cit.
2012-12-22].
Dostupné
z:
http://ihlicnatestromy.webnode.sk/vyznam-a-vyuzitie-ihlicnatych-stromov/dendromasa/ 59.
Desikace.
COJECO
[online].
[cit.
2012-12-22].
Dostupné
z:
http://www.cojeco.cz/index.php?detail=1&id_desc=19259&title=desikace&s_lang=2 60.
Krmný
šťovík.
BIOM.CZ
[online].
[cit.
2013-03-18].
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/krmny-stovik 61.
Chrastice
rákosovitá.
BIOM.CZ
[online].
[cit.
2013-03-18].
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/chrastice-rakosovita 62. Čirok. BIOM.CZ [online]. [cit. 2013-03-18]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/cirok 63.
Ovsík
vyvýšený.
BIOM.CZ
[online].
[cit.
2013-03-18].
Dostupné
z:
[cit.
2013-03-18].
Dostupné
z:
2013-03-18].
Dostupné
z:
Dostupné
z:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/ovsik-vyvyseny 64.
čínská.
Ozdobnice
BIOM.CZ
[online].
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/ozdobnice-cinska 65.
Psineček
velký.
BIOM.CZ
[online].
[cit.
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/psinecek-velky 66.
Kostřava
rákosovitá.
BIOM.CZ
[online].
[cit.
2013-03-18].
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/kostrava-rakosovita 67. Konopí seté. BIOM.CZ [online]. [cit. 2013-03-18]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/konopi-sete 68. Tritikále. HOKR, spol. s r.o. HOKR [online]. [cit. 2013-03-16]. Dostupné z: http://www.hokr.cz/agro/zemedelske-komodity/tritikale 69. Suché jaro – nepřítel nových plantáží. BIOM.CZ [online]. [cit. 2013-03-18]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/suche-jaro-nepritel-novych-plantazi
70
70. Výběr vhodného stanoviště pro založení plantáže rychle rostoucích dřevin. BIOM.CZ [online]. [cit. 2013-03-18]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/vyber-vhodnehostanoviste-pro-zalozeni-plantaze-rychle-rostoucich-drevin 71. Automatický kotel na dřevní štepku Guntamatic Powerchip. BIOM.CZ [online]. [cit. 2013-03-18]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/obrazek/automaticky-kotel-na-drevni-stepkuguntamatic-powerchip 72. Temp-Cast Photo Gallery. TEMP-CAST MASONRY HEATERS. Temp-Cast Masonry Heaters
[online].
[cit.
2013-03-17].
Dostupné
z:
http://www.tempcast.com/gallery/fullview/full01.html 73. ALMERIA 17 peletová kamna - antracit, černá. M&M TECHNIKA S.R.O. M&M Technika
[online].
[cit.
2013-03-17].
Dostupné
z:
http://www.mamtechnika.cz/start.php?stare=KPxml9720&kategorie=605&poradi=2&metoda =3&vyrobce=vsechny&varianta=C&selectidprodukt=9720 74. Dokumentace. ATREA S.R.O. Atrea [online]. [cit. 2013-03-20]. Dostupné z: http://www.atrea.cz/?download=cz/obytne/duplex_rb_cz_2009_06.pdf 75. Masonry Heater. HICKORY MOUNTAIN CHIMNEY & MASONRY, LTD. HICKORY MOUNTAIN CHIMNEY & MASONRY, LTD [online]. [cit. 2013-03-21]. Dostupné z: http://www.hickorymountain.com/hickory_mtn_masonry_heaters.html
71
Anotace Jméno a příjmení:
Tomáš Nevřela
Katedra:
Katedra technické a informační výchovy
Vedoucí práce:
Mgr. Martin Havelka, Ph.D
Rok obhajoby:
2013
Název práce: Název v angličtině: Anotace práce:
Obnovitelné zdroje energie – využití biomasy Renewable source of energy – utilization biomass Při přípravě stavby mého domu jsem podrobně studoval jak stavbu nízkoenergetických domů, tak hospodárné technologie pro jejich vytápění a ohřev TUV a proto jsem si zvolil dané téma. Jedním z důvodů je také fakt, že mě zajímá využití alternativních způsobů výroby energie. Cílem bakalářské práce je
realizace
případové
studie
zaměřené
na
analýzu
využitelnosti biomasy při lokálním vytápění a přípravě TUV. Popsán bude celý řetězec od pěstování vhodných plodin přes jejich zpracování a výběr vhodné technologie pro zvolený typ bytového domu. Klíčová slova:
biomasa, obnovitelné zdroje energie, vytápění, příprava teplé vody
Anotace v angličtině:
During construction of my house I studied both construction of low-energy houses, and economical technologies for their heating and water heating, which is why I chose this topic. One of the reasons is also a fact that I am interested in use of alternative energy sources. The aim of the bachelor thesis is an implementation of a case study focused on analysis of usability of biomass during local heating and preparation of domestic hot water. The whole chain from growing suitable crops, their processing and choice of suitable technology for a chosen type
72
of residential houses will be described.
Klíčová slova v angličtině:
biomass, renewable source of energy, heating, water heating
Přílohy vázané v práci: 0 Rozsah práce:
60 stran, 55 normostran textu
Jazyk práce:
Český jazyk
73
