Zodpovedné zaobchádzanie so životným prostredím vyvoláva dopyt po maximálnom znižovaní spotreby energie pri výrobe tepla na vykurovanie, a teda po využití obnoviteľných foriem energie. Úspory paliva možno dosiahnuť využívaním netradičných energetických zdrojov ako aj inštaláciou kvalitných kotlov. Tieto požiadavky podmieňujú najmä vysoké spoločenské potreby energie na vykurovanie.

Pri získavaní tepelnej energie na vykurovanie čoraz väčší význam nadobúda spaľovanie obnoviteľného paliva v kvalitných kondenzačných a nízkoteplotných kotloch, napríklad dreva ako dorastajúcej suroviny, pilín, kôry, štiepky, biomasy. V tomto smere sa dajú hospodárne využiť aj kotly na spaľovanie olejov či na bioplyn. Dôležité je tiež generovanie tepla z energie slnečného žiarenia a jeho získavanie z okolitého prostredia prostredníctvom tepelných čerpadiel.
Biomasa je hmota organického pôvodu, čiže ide o prírodné alebo poľnohospodárske produkty, ďalej priemyselný či komunálny odpad, drevný odpad, rýchlorastúce energetické plodiny, slamu, exkrementy úžitkových zvierat, kaly z čistiarní odpadových vôd a pod. Biomasu môžeme použiť priamo ako vstupné palivo na výrobu tepla, ale tiež na výrobu bioplynu, drevoplynu a nakoniec aj na výrobu kvapalných palív. Všetky uvedené druhy biopalív sa bez problémov dajú využiť na výrobu tepla na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody pre rodinný dom. Na na našom trhu je v ponuke dostatok druhov kotlov na biomasu, a to v dostatočnom výkonovom rozsahu.

Zariadenia pre NED a PD
Tepelné čerpadlo patrí medzi alternatívne zdroje energie. Využíva obnoviteľné zdroje energie, čiže slnečné teplo akumulované v pôde, podzemnej vode alebo vo vzduchu prostredníctvom malého množstva pohonnej energie. Ak je správne a efektívne navrhnuté, môže sa celoročne využívať ako jediný zdroj tepla alebo pomáha znižovať neekonomické používanie priameho ohrevu vykurovacej vody a navrhuje sa spolu s doplnkovým zdrojom tepla. Môže pracovať dvoma spôsobmi, a to tak, že tepelné čerpadlo pracuje samostatne a rovnako aj zdroj tepla, čiže kotol, alebo je navrhnutý bivalentný systém, pri ktorom pracuje tepelné čerpadlo a doplnkový zdroj podľa aktuálnej potreby.
Najčastejšie používané typy tepelných čerpadiel sú kompresorové alebo absorpčné. Kompresorové tepelné čerpadlá používajú na zabezpečenie obehu pracovnej látky ako pohonný systém kompresor s prívodom mechanickej prípadne elektrickej energie. Absorpčné používajú ako pohonnú jednotku termokompresor, ktorý prostredníctvom generátora a absorbéra zabezpečuje obeh pracovnej látky v okruhu tepelného čerpadla.
Kvalitné systémy majú inštalovanú aj funkciu regulátora na prirodzené chladenie, ktorá v lete umožňuje využívať nižšie teploty pôdy alebo podzemnej vody komfortne a energeticky úsporne iba s použitím elektrickej energie obehového čerpadla a prídavného tepelného výmenníka aj na chladenie domu.

Spôsob fungovania
Tepelné čerpadlo zjednodušene povedané pracuje na princípe chladničky. Zariadenie odoberá teplo inému zdroju tepla, napríklad zo zeme, vzduchu, vody alebo iných zdrojov. Tepelné čerpadlo môže ohriať vykurovaciu vodu až na 55 °C a následne prostredníctvom nej ohrievať teplú úžitkovú vodu alebo vykurovať dom. Samotné tepelné čerpadlo má veľkú výhodu aj v tom, že potrebuje nízky príkon energie. Táto skutočnosť sa dá využiť hlavne tam, kde je poddimenzovaný rozvod elektriny. Tepelné čerpadlá získavajú naakumulované slnečné teplo prostredníctvom zemných plošných kolektorov, zemných hĺbkových sond a výmenníka tepla.

Druhy tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlo voda - voda získava tepelnú energiu z vody a vode ju aj odovzdáva. Treba si však uvedomiť, že pri inštalácii tohto druhu zariadenia je potrebné získať súhlas na využitie vodného zdroja na úrade životného prostredia. Pri tepelných čerpadlách zem - voda je zdrojom tepelnej energie teplo zo zeme, ktoré sa cez hĺbkové sondy uložené vo vrtoch odovzdáva do vody prostredníctvom výmenníka. Pri tepelnom čerpadle vzduch - voda sa teplo odoberá výparníkom zo vzduchu, ktorý býva najčastejšie umiestnený na voľnom priestranstve.
Zvislé vrty môžu byť hlboké niekedy až 100 m. Môžeme tiež využiť teplo zo spodnej vody a studne. Z čerpacej studne sa odoberá voda, ktorá odovzdá teplo do vypúšťacej studne a nakoniec využitím vonkajšieho vzduchu, ktorý sa nasáva cez vzduchový kanál, dochádza k jeho ochladeniu v tepelnom čerpadle. Schladený vzduch je potom odovzdávaný prostrediu prostredníctvom malého množstva pohonnej energie potrebnej na pohon kompresora.
Samotné tepelné čerpadlo pracuje tak, že pri príjme tepla z okolitého prostredia sa médium nachádza pri nízkom tlaku vo výparníku na studenej strane. Teplota tepelného zdroja z vonkajšej strany na výparníku je vyššia, ako je bod varu média, preto sa médium vyparuje a pritom okolitému prostrediu odoberá teplo. Odparené médium z výparníka nasáva kompresor, stláča ho, a tým stúpa teplota pary. Para sa dostáva z kompresoru na teplej strane vykurovacieho systému do kondenzátora, ktorý je chladený vykurovacou vodou. Kondenzačná voda má vyššiu teplotu ako vykurovacia, a preto dochádza k ochladeniu pary, ktorá znova kondenzuje. Do vykurovacej vody sa odovzdáva teplo prijaté výparníkom. Do výparníka je privádzaná cez expanzný ventil a pritom dochádza k zníženiu tlaku kondenzátora na nižšie hodnoty a k ochladeniu.

Tepelné čerpadlá sa najčastejšie navrhujú ako bivalentné, čiže s prídavným ohrevom, ktorý slúži zároveň ako záložný zdroj tepla v prípade poruchy zariadenia. Tepelné čerpadlá môžu byť napojené na teplovodnú alebo teplovzdušnú vykurovaciu sústavu. Najčastejšie sa stretneme so systémom tepelné čerpadlo voda - voda v kombinácií s kotlom na tuhé palivo alebo sa používa systém voda - vzduch.
Ďalším riešením je systém tepelného čerpadla voda - voda s nízkoteplotným zdrojom energie z plochých slnečných kolektorov, tiež tepelné čerpadlo a elektokotol a existuje veľa iných možností. Najviac používaný je ale systém napojenia na nízkoteplotný vykurovací systém s maximálnou teplotou prídavnej vody 50 až 60 °C, ale aj nižšou, napríklad pre systém podlahového alebo stenového vykurovania. Tepelné čerpadlá sú však vhodné aj pre iné systémy, ako sú napríklad konvektory alebo článkové vykurovacie telesá, veľkoplošné radiátory, parapetné jednotky s nútenou cirkuláciou vzduchu, čiže nízkoteplotné vykurovacie systémy. Tepelné čerpadlo je možné do systému vykurovania a prípravy teplej vody zabudovať aj dodatočne.
Celý systém musí obsahovať nízkoteplotný zdroj tepla, kde môže nastať vyparovanie. V systémoch s tepelnými čerpadlami je navrhnutý vždy aj doplnkový zdroj tepla, čiže kotol, ktorý pokrýva energetické požiadavky v rámci špičky. To znamená, že tepelné čerpadlo vykrýva tepelný výkon len do určitej vonkajšej teploty, do teploty bivalencie a pri nižšej teplote mu pomáha ďalší zdroj v paralelnej alebo alternatívnej prevádzke.

Kotly pre NED
Na získavanie tepla v nízkoenergetických domoch sa využívajú hlavne nízkoteplotné systémy na výrobu energie. Sú to napríklad nízkoteplotné, kondenzačné kotly a moderné kotly na pevné palivo a biomasu, tiež kotly na oleje, splyňovanie paliva a elektrické kotly.
Nízkoteplotné kotly majú spaľovací priestor rozdelený na viac komôr, a to kvôli usmerneniu toku spalín. Spaliny v prídavných komorách zotrvávajú dlhší čas, a preto sa znižuje teplota pod 160 °C. Prevádzkujú sa s plynulo klesajúcou teplotou vratnej kotlovej vody, ktorá sa udržuje nad teplotou rosného bodu paliva. Ich povrchové straty sú len 2 až 3 %. Pri tomto systéme je veľmi dôležitá kvalitná regulačná technika, a to preto, aby nenastala kondenzácia vodnej pary a aby nebol kotol a komín vystavený vlhkosti.
Mali by sme vedieť, že pri týchto systémoch je potrebné dodržiavať minimálnu teplotu spalín, ktorá musí byť vyššia ako rosný bod, pretože ku kondenzácií vodnej pary dochádza v prípade spaľovania zemného plynu pri teplote 57 °C. Komínové straty sú pod 6 %, a tým je dosiahnutý zvýšený stupeň účinnosti kotla - cca 94 %. Ak teplota spalín neklesne pod 100 °C, straty latentného tepla zostávajú nezmenené a ku kondenzácií vodnej pary nedochádza. Výpočtom bolo dokázané, že týmto kotlom sa ušetria náklady na získavanie tepla aj pri nezateplenom objekte, ale neplatí to opačne, že ak necháme starý kotol a zateplíme dom, úspory sú menšie.

Kondenzačné kotly
Princípom kondenzačných kotlov je odobrať energiu, čiže teplo, ochladením vodnej pary zo spalín v špeciálnom výmenníku a takto získané teplo použiť na ohrev teplej vody a na vykurovanie. Pri tomto druhu kotlov energetický zisk narastá.
Pri spaľovaní zemného plynu vzniká voda, ktorá pri klasických konvenčných kotloch uniká cez komín ako vodná para. Pri spálení jedného kubíka zemného plynu vzniká cca 1,6 litra kondenzátu. Získaním tejto energie môžeme ohriať napríklad 10 litrov vody z 5 °C na 95 °C.
Najviac energie sa získa pri ochladení spalín vtedy, ak vodná para v nich obsiahnutá skondenzuje, a to je pri teplotách vykurovacej vody nižšej ako je rosný bod spalín, ktorý sa pohybuje okolo 57 °C. Z tohto dôvodu dosiahneme pri kondenzačných kotloch najväčšie úspory pri podlahovom vykurovaní, pretože platí zásada, že čím je nižšia teplota vykurovacej vody, tým účinnejšie je využite tepla.
Pri pracovnom režime 80/60°C dochádza k minimálnej kondenzácií vodnej pary a účinnosť kotla sa pohybuje okolo 98 %. Ak ale pri podlahovom vykurovaní znížime teplotný spád na 50/30 °C, môže sa v plnej miere uplatniť kondenzačný režim kotla, dochádza k výraznej kondenzácií vodnej pary, a teda aj k zvýšenej účinnosti kotla až na 106 %. Preto sa pri kondenzačných kotloch snažíme voliť nižšie pracovné teploty vykurovacieho systému. To sa bez problémov dosahuje pri sálavom veľkoplošnom vykurovaní.
Pri kondenzačných kotloch majú komínová vložka aj kotol špeciálne konštrukčné aj materiálové vlastnosti, a preto im skondenzovaná voda neškodí. Tak môžeme využiť aj spalné teplo, čiže kondenzačný účinok kotla. Kondenzát zo spalín sa dostáva buď priamo do kotla, alebo do výmenníka. Výhodnejšie je odvádzanie priamo do kotla. Teplota spalín pri tomto druhu kotla je len cca 40 °C, čo je ekologicky veľmi priaznivé.
Pri použití kondenzačnej techniky sa dá spaľovať aj drevo alebo olej. Kondenzačný kotol je približne o 100 % drahší ako klasický. Na vykurovanie nízkoenergetických rodinných domov si môžeme vybrať kotol stacionárny alebo závesný, ktorý môže byť inštalovaný aj v obytnej časti domu. Kotly majú modulovaný výkon vykurovania s ohrevom teplej úžitkovej vody s prietokom alebo so zásobníkom.

Použitie kotlov na tuhé palivo
Dnes vyrábané kotly na tuhé palivo majú veľký spaľovací priestor, ktorý umožňuje dlhý spaľovací čas. Rošt dokáže odviesť vodu a predhriaty sekundárny vzduch je regulovateľný. Toto všetko spoločne zabezpečuje dobré využitie paliva. Kotly spaľujú kusové drevo, drevené brikety, štiepky či biomasu. Drevo je dorastajúca surovina a z hľadiska CO2 sa spaľuje neutrálne. Ponúka zaujímavú alternatívu k fosílnym palivám.
Kotly sa umiestňujú najčastejšie do samostatnej miestnosti na prízemí alebo v pivnici. Peletový kotol pracuje tak, že generované teplo sa prispôsobuje aktuálnym potrebám, a preto pri týchto kotloch nemusia byť inštalované veľké akumulačné nádoby. Kotly sú pri spustení horákov plne automatické, majú digitálnu reguláciu, pričom sací ventilátor reguluje prevádzku, ktorá sa vie prispôsobiť tepelným potrebám. Prísun peliet sa realizuje automaticky. Niektoré druhy majú aj samočistenie vykurovacích plôch. Spaľovanie je dokonalé, s nízkou tvorbou popola. Prevádzka horákov je veľmi dôležitá z hľadiska výkonovej regulácie. Možnosť plynulej regulácie zabezpečuje dokonalé vyťaženie zariadenia pri spaľovaní. Musí sa zabezpečiť optimálne zladenie, aby sa zabránilo krátkodobej prevádzke horáka, stratám pri vypnutom stave a zbytočným emisiám pri štartoch.
Výrobcovia ponúkajú v súčasnosti aj tzv. splyňovacie kotly, ktorých podstata získavania tepelnej energie spočíva v splyňovaní paliva. Ide o tepelný rozklad organických a anorganických látok v uzavretej nádobe kotla pri miernom pretlaku primárneho vzduchu, ktorý vytvára dúchací ventilátor. Kvalitná automatika rozkurovania umožňuje dosiahnuť optimálnu teplotu v spaľovacom priestore už 3 minúty po štarte. Proces spaľovania sa dá regulovať aj digitálne, t. j. cez modul diaľkovej obsluhy a ak chceme, tak rovno aj z obývacej izby.
Tieto kotly sa používajú na efektívne a komfortné vykurovanie drevom - od pilín až po polená, ktoré pokojne môžu byť dlhé aj 50 cm. Pri tomto riešení je dôležité, aby konštrukcia kotla umožňovala vhodné spaľovacie podmienky. Tepelný rozklad dreva začína od teploty 230 °C. Vznikajúci plyn sa potom samovoľne zapaľuje pri teplote 400 °C, a to ak má k dispozícií atmosférický kyslík. Pri teplote 650 °C sa tepelný rozklad končí a zvyšný hmotnostný podiel zhorí modrastým plameňom. Konštrukcia tohto kotla zabezpečuje, že pri spaľovaní dreva je dosiahnutá maximálna možná teplota 1 000 až 1 200 °C. Takáto teplota zabezpečí úplnú oxidáciu. Kotol má veľkú nakladaciu komoru (čím sa predlžuje dĺžka jeho chodu na jedno naloženie) a plynulú reguláciu. Jeho účinnosť sa pohybuje od 80 - 90 %.

Využitie plynu, oleja a elektrickej energie
Kotol na plynné palivo pracuje na zemný alebo skvapalnený plyn a jeho súčasťou je už zvyčajne aj zásobník teplej vody. Môže byť stacionárny alebo závesný. Olejové kotle spaľujú ľahké a super ľahké vykurovacie oleje, sú vybavené horizontálnou spaľovacou komorou, ktorá je dostatočne dlhá na voľné a čisté vyhorenie plameňa. Majú dvojvrstvovú vykurovaciu plochu, ktorá sa najčastejšie skladá z oceľového valca a doň sú zasunuté liatinové segmenty s radiálnymi rebrami. Uzatvorená vnútorná strana liatinových segmentov tvorí vlastne spaľovaciu komoru. Vnútorná strana z liatiny sa ohrieva na vyššiu teplotu ako oceľový valec, ktorý je obklopený kotlovou vodou, čím sa zabraňuje kondenzácii vodných pár obsiahnutých v spalinách. Medzi výhody patrí hlavne vysoký stupeň účinnosti cca 93 %, dlhá životnosť, jednoduchá montáž a čistenie, široká výkonová škála a spaľovanie s nízkym obsahom emisií.
Elektrický, priamo výhrevný kotol je plne automatizovaný s regulovateľným výkonom najčastejšie 8, 12, 16 kW, a tak ako plynový, olejový alebo akýkoľvek iný zaisťuje bezpečnú, spoľahlivú a hospodárnu prevádzku vykurovacieho systému. Jeho súčasťou býva vnútorný aj vonkajší termostat na regulovanie prívodu tepla.

Kachle a kachľové pece
Jedno z riešení na dosiahnutie úspor pri vykurovaní je spojenie sálavého vykurovacieho systému s lokálnymi vykurovacími telesami, a to či už ide o kozuby, teplovzdušné kachľové pece alebo kachle.

Moderný kozub je výkonné vykurovacie teleso, ktoré pri správnej stavbe a nastavení všetkých potrebných parametrov dosahuje tepelnú účinnosť 70 - 80 %, a preto môže slúžiť ako kvalitný záložný alternatívny zdroj tepla. Teplovzdušné kachľové pece môžu spĺňať až dve funkcie, a to teplovzdušné vykurovanie spolu s akumuláciou tepla.
Biomasa je výborným palivom aj pre kachľové pece. Musia byť však zaistené tri základné konštrukčné prvky, a to biokúrenisko, akumulácia a konštrukčne správne riešený plášť. Biokúrenisko je celokeramické s riadeným prívodom a predhrevom spaľovacieho vzduchu v keramických častiach konštrukcie. Tvar biokúreniska musí zaistiť udržanie vysokej teploty po celú dobu horenia.

Dokonale spálené palivo potom prechádza do akumulačnej časti kachieľ, kde je teplo zo spalín odvádzané a akumulované v keramickom murive. Kachľový plášť pece zaisťuje rovnomerný prenos tepla a uzatvára vnútorný výmenníkový systém. Energetické využitie biomasy má aj prínos pri znižovaní emisií SO2 a CO2, a preto je biomasa oceňovaná ako palivo, ktoré patrí ku ekologickým zdrojom energie.
Nové konštrukcie kotlov s optimálnym spaľovaním pri nízkych emisiách škodlivých látok, s vysokou prevádzkovou bezpečnosťou, znižujúcou sa teplotou kotlovej vody, s dlhou životnosťou a možnosťou prevádzkovania systémov používajúcich obnoviteľné zdroje energie umožňujú efektívne navrhovať systémy vykurovania pre nízkoenergetické a pasívne domy. Redukuje sa tak spotreba paliva, energie a zaťaženie životného prostredia.

Ing. Mária Kostolná
Snímky: archív redakcie