Otázka využívania obnoviteľných zdrojov energie je neustále aktuálna. Alternatívne zdroje energie majú nepopierateľný prínos pre naše životné prostredie. Pokúsime sa zistiť, či tento prínos pre ekológiu nie je príliš draho vykúpený ich vysokými obstarávacími nákladmi. Majú alternatívne zdroje a zdokonaľujúce sa technológie získavania energie čo ponúknuť bežnej domácnosti?
Obnoviteľné zdroje energie - prehľad
Predtým, než sa budeme priamo zaoberať tepelnými čerpadlami, predstavíme si výhody a nevýhody ostatných druhov ekologických energií.
Slnečná energia
Slnečná energia je najčastejšie využívaná slnečnými kolektormi pre ohrev vody. Využíva sa predovšetkým na ohrev úžitkovej vody, vody v bazéne či na vykurovanie. Medzi výhody slnečných kolektorov patria nízke prevádzkové náklady a zaistenie ohrevu vody takmer po celý rok. Nevýhodou sú vyššie obstarávacie náklady. Sústava zásobníka na teplú úžitkovú vodu s automatickou reguláciou a kolektormi stojí na priemerný rodinný domček približne 200 000 Sk.
Veterná a vodná energia
Domácnosti môžu dodávať energiu "malé" veterné elektrárne s maximálnym výkonom do 15 kW. Nie sú ale dostatočne ekonomické, takže sa príliš nevyužívajú. Nie všade tiež bývajú pre stavbu veternej elektrárne vhodné klimatické podmienky. Obdobná situácia je u vodných elektrární. Tie tiež nie sú pre jednotlivé domácnosti pre svoje vysoké obstarávacie náklady a nutnú dostupnosť vodného zdroja príliš atraktívne.
Tepelné čerpadlá: Princíp fungovania a výber
Všade v našom okolí je obrovský prebytok energie a záleží len na spôsobe, ako ho získať. Kým princíp fungovania plynového kotla alebo pece na uhlie je pomerne známy a nie je potrebné ho príliš vysvetľovať, ako pracuje tepelné čerpadlo, je pre väčšinu ľudí záhadou. Ako sa dá získať teplo z vody alebo zeme, a to i v zime, môže na prvý pohľad vyzerať ako neriešiteľná úloha.
Prečítajte si tiež: Využitie tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlo odoberá nízkopotenciálnu energiu vode povrchovej, spodnej alebo odpadovej, vzduchu alebo zemi prostredníctvom nemrznúcej kvapaliny obiehajúcej v uzavretom priestore a na termodynamickom princípe ju mení na využiteľné teplo, ktoré sa potom rozvádza vodou alebo vzduchom. Jednoducho povedané, pri vykurovaní tepelným čerpadlom len odoberáme teplo. Chladíme vodu zo studne, hĺbkového vrtu, zeminy alebo okolitého vzduchu a tým, čo odoberieme, vykurujeme vnútorné priestory domu. Fyzikálne ide o akumulovanú slnečnú energiu, ktorá sa nachádza všade okolo nás.
Ako postupovať pri výbere tepelného čerpadla
Základným krokom pre výber vhodného tepelného čerpadla je určenie tepelnej straty domu. Tepelná strata domu je množstvo tepla v kWh, ktoré stratí dom pri vonkajšej teplote v rozmedzí od -18°C až do -12°C za hodinu. Výpočet tepelnej straty sa dá nájsť v projekte kúrenia alebo je možno ho vypočítať. Tento výpočet nemusí byť celkom presný, pretože výkon tepelného čerpadla sa navrhuje na 60 až 80 % tepelné straty.
Ďalším krokom je voľba primárneho zdroja tepla. Na výber sú tri možnosti:
- Vzduch: Tepelné čerpadlá odoberajú teplo priamo zo vzduchu a je možné ich inštalovať všade. V polohách do 500 m nadmorskej výšky sú schopné usporiť až 60 % nákladov na vykurovanie. Náklady na obstaranie tohoto druhu tepelných čerpadiel sú obvykle najnižšie, a preto je i návratnosť počiatočnej investície najrýchlejšia.
- Zem: Tento princíp je schopný ušetriť až 70 % nákladov na vykurovanie. Ako primárny zdroj sa využíva hĺbkový vrt alebo plošný zemný kolektor. Investícia do tepelného čerpadla odoberajúceho teplo z vrtu je zo všetkých zostávajúcich typov najvyššia. Je to spôsobené vysokými nákladmi na prevedenie vrtu. Vyplatí sa predovšetkým v chladnejších oblastiach alebo tam, kde nie je dostatočný priestor na uloženie plošného kolektoru. Kolektor je obvykle položený na ploche 3x prevyšujúcej požadovanú plochu na vykurovanie.
- Spodná voda: Voda zo studne alebo z hĺbkového vrtu tepelné čerpadlo odoberie teplo a vracia ju do druhej studne. Tento spôsob je výhodný všade tam, kde je dostatok spodnej vody. Na 10 kW výkonu tepelného čerpadla je potrebný prítok vody 0,5 litru za sekundu. Tento typ čerpadla má najlepšie ekonomické výsledky.
Dotácie a podpora
Vykurovanie pomocou tepelných čerpadiel podporuje Štátny fond životného prostredia. S akými vysokými zľavami a úsporami môže užívateľ pri obstaraní tepelného čerpadla počítať sa však nedá dopredu presne stanoviť. Výška konečných nákladov sa bude líšiť. Podľa podmienok projektu Zelená domácnostiam je maximálna dotácia pre rodinné domy 4 025 €.
Tepelné čerpadlá v kontexte energetickej politiky EÚ
Zelené zdroje hrajú v stavebníctve čoraz väčšiu rolu. Aj Európska únia bije na poplach, nakoľko budovy spotrebujú približne 40 % energie v celom bloku a sú zdrojom nezanedbateľného množstva emisií, ktoré prispievajú ku stále vypuklejším klimatickým zmenám. Únia sa preto snaží upustiť od tradičných fosílnych zdrojov elektriny, tepla či chladu. Nejde však len o globálne otepľovanie a čistejšie ovzdušie. Ďalším dôvodom k prechodu na alternatívne zdroje je snaha o odstrihnutie sa od importérov fosílnych palív. Zároveň sa ukazuje, že správnym implementovaním môžu byť obnoviteľné zdroje lacnejšie než tie tradičné, ktorých zásoby sa míňajú, a tak ich cena bude len rásť. Vo výsledku tak prispejú k znižovaniu problému s energetickou chudobou.
Prečítajte si tiež: Výhody Tepelných Čerpadiel Austria Email
Riešenia na mieru: Prelievanie energie
Vladimír Lukáč, zakladateľ spoločnosti Etop Alternative Energy, sa obnoviteľným zdrojom energie venuje desiatky rokov. No inštaluje ich trochu inak, ako to poznáme dnes, kedy sa jednotlivé technológie pretláčajú bez rozmyslu a vzájomných súvislostí. Snaží sa systém rôznych zdrojov skombinovať tak, aby vzájomne spolupracovali, čoho výsledkom je synergický efekt. Hovorí tomu „prelievanie energie“. Hľadá cestu zdravého bývania, architektonicko-technického, efektívneho využívania systému vykurovania, teplej úžitkovej vody či chladenia. A využíva pri tom všetky prostriedky akumulácie, prelievania energie a rekuperácie. Jeho prístup možno uplatniť v akomkoľvek objekte - od rodinných cez bytové domy až po školy, škôlky či veľké výrobné a skladové haly.
Fotovoltika s rozumom
Fotovoltika je bežná vec, len treba rozmýšľať, kde ju dať, kde má aké účinnosti. Nie je to tak, že si len tak niekde dáte štyri panely, a je to dobre. Astronomicky riadený čas na trackeroch môže v budúcnosti priniesť mimoriadnu úsporu, lebo potrebujeme menej ocele. Ak umožníme trackeru naklápať fotovoltické panely v jednej osi, tak priemerný výkon za celý deň zvyšujeme o 15 či 20 %. Ak umožníme pohyb v dvoch osiach, tak získame v podstate až 50 %.
Hybridné panely a prelievanie energie
Hybridné panely dokážu využiť jednak svetelnú, tak aj tepelnú zložku slnečnej energie. Majú fotovoltický aj termický panel. No veľmi sa to zatiaľ nepresadilo. Ich inštalácia má veľa plusov aj negatív. Technologicky to však čas vyrieši.
Energie treba rozlišovať. Poznáme primárnu energiu, ktorú potom v mieste spotreby možno nejako použiť. Čiže čo sa deje v každom objekte? Potrebujem teplo, teplú vodu, elektrinu, akumuláciu, technológiu, dizajn a zdravie. To medzitým my nazývame prelievanie energií. Keď spojím z týchto siedmich základných systémov nejaký kilowatt, prelejem ho z jednej strany do druhej, tak jednému robím klasický výnos, ktorý potrebuje. A tomu druhému napomáham, aby mal vyšší výnos.
Napríklad, tepelné čerpadlo vzduch-voda má koeficient COP povedzme 3, čiže za 1 kW elektrickej energie dostanem 3 kW tepla. Pri tepelnom čerpadle voda-voda máme COP 4,5 a pri zem-voda môžeme mať COP 5. A k tomu sa pridáva bonus, že na primárnej strane existuje predohriata technológia primárneho okruhu, čiže termický panel teplo nepošle priamo do bojlera, ale pošle ho do akumulácie. Akumulácia je základný prvok, ktorý sa tu vôbec v strednej Európe nepoužíval. No bude veľmi vzácny, lebo je z hľadiska výroby kilowatthodiny (kWh) najefektívnejší, čiže má najmenšiu stratu, lebo prvá vyrobená elektrina je ušetrená, pričom tá je najefektívnejšia.
Prečítajte si tiež: Samsung 12kW - parametre vnútornej jednotky
Energetické ihly
Systém prelievania energií sa dá uplatniť v akomkoľvek objekte, ktorý potrebuje zabezpečiť energetickú nezávislosť a úplnosť, či už je to výrobná hala, skladová hala, skleník, futbalové ihrisko, cesta alebo čokoľvek iné. Napríklad spomínané futbalové ihrisko potrebuje získať energiu zo zeme a poslať ju na potrebné miesto, aby v januári nezamrzla pôda a aby sa na tráve dalo hrať.
Existuje takzvaná energetická ihla. Tá sa navŕta, pričom prírodou je dané, že v určitej hĺbke v zemi je 8 až 9 °C. Cez túto ihlu zoberiem teplo a prelejem ho zo spodnej časti na povrch. Nemusí ísť o ihrisko, ale napríklad aj bazén, ktorý si skoro zadarmo ohrejem len obehovým čerpadlom. Energiu zo zeme vieme poslať do objektu, či už vo forme tepla, alebo chladu. Ide o pasívne chladenie, teda bez potreby zapnutia kompresora.
Venujeme sa teplu, teplej vode a chladu spôsobom prelievania energie zo slnečného žiarenia do panelov. Z nich ide energia do zeme, v ktorej si ju odložíme, a v istom čase si ju zoberieme späť. Áno, v zemi stratíme 10, 20, možno aj 30 %, ale teplo zadarmo zo slnka je úplne v inej kategórii.
Tepelné čerpadlá vs. tradičné vykurovanie
Energetické ihly namiesto plynového kotla stoja menej. Väčšie tepelné čerpadlo pre bežnú inštaláciu dnes stojí 10- až 12-tisíc. No pri prelievaní energie už nepotrebujem takéto veľké, stačí mi maličké za 3- až 4-tisíc eur. Chcem mať rodinný dom s nízkym ističom. Už teda nepotrebujem 35A, ale len 25A istič.
Aurel Stodola: Slovenský priekopník v oblasti tepelných strojov
Aurel Stodola sa narodil 11. mája 1859 v Liptovskom Mikuláši. Už ako študent sa venoval parným strojom. Pri tejto akademickej kratochvíli ho pohltila problematika parných turbín. Táto téma sa mu stala osudovou do tej miery, že mu priniesla aj svetovú slávu. Patril medzi prvých odborníkov, ktorí sa snažili okolo turbín vytvoriť komplexnú teóriu ich používania. Predpovedal im totiž veľkú budúcnosť. V roku 1903 vydal dodnes čítanú knihu s názvom Parné turbíny a vyhliadky tepelných strojov.
Len písať a učiť, na to bol Aurel Stodola priveľký zanietenec. Túžil pretaviť svoje poznatky do praxe, čo sa mu aj podarilo. Postavil nielen prvé tepelné čerpadlo na svete, ale asi aj jedno z najtrvácnejších. Rok pred odchodom do dôchodku, na ktorý odišiel v roku 1929, skonštruoval zariadenie, ktoré dodnes vykuruje radnicu v Ženeve. Princípy a teórie, ktoré vytvoril, nájdete zhmotnené v takmer každej tepelnej či jadrovej elektrárni, ktoré by bez jeho prínosu sotva boli tak významné, ako sú dnes. Jeho turbíny poháňajú i lode či ponorky. Tepelné čerpadlá ani po dlhých rokoch od vynájdenia nestratili na svojej atraktivite, ale patria k efektívnym a vyhľadávaným vykurovacím zariadeniam súčasnosti.
Vplyv obnoviteľnej energie a tepelných čerpadiel
Obnoviteľná energia je nesmierne dôležitá. Keďže mnohé krajiny zažívajú bezprecedentné ceny palív a klimatickú krízu, obnoviteľná energia je nákladovo efektívna a lepšia pre naše zdravie a svet okolo nás. Využívanie obnoviteľnej energie znižuje emisie, ktoré vznikajú pri používaní fosílnych palív. Systémy obnoviteľnej energie si vyžadujú menej údržby. Znižujú náklady tým, že nahrádzajú elektrárne, ktorých prevádzka je nákladná. Obnoviteľné zdroje energie navyše znižujú našu závislosť od dovozu fosílnych palív. Aký vplyv má obnoviteľná energia? Obnoviteľná energia šetrí peniaze.
Tepelné čerpadlá vzduch-vzduch získavajú teplo z vonkajšieho vzduchu a využívajú ho na vykurovanie vášho domu. Tepelné čerpadlá vzduch-voda prenášajú teplo z vonkajšieho vzduchu do vody, ktorá ohrieva vaše miestnosti prostredníctvom radiátorov alebo podlahového vykurovania. Zabezpečujú aj ohrev teplej pitnej vody. Tepelné čerpadlá využívajúce energiu podzemných zdrojov odoberajú tepelnú energiu z vody v podzemnom potrubí a čerpajú ju do vnútorného výmenníka tepla. Tepelné čerpadlá sú účinnejšie ako iné systémy. Kompresor a čerpadlá síce potrebujú na svoju činnosť elektrickú energiu, ale spotrebujú jej menej, ako je množstvo tepla, ktoré privádzajú zvonku.
Tepelné čerpadlá v starších domoch
Ak uvažujete o inštalácii tepelného čerpadla v starom dome, najlepšou voľbou je tepelné čerpadlo vzduch-voda. Ak teda chcete vymeniť svoj starý plynový kotol za tepelné čerpadlo vzduch-voda, pripravte sa na malé úpravy. Elektrinu vyrobenú fotovoltickými panelmi je energeticky najvýhodnejšie premeniť na teplo pomocou tepelného čerpadla, ktoré zdarma pridá aj teplo z vonkajšieho prostredia. Pozor ale na to, že vykurovanie tepelných čerpadlom nebýva z princípu už tak výhodné (efektívne) pre domy s požiadavkou na vysokú teplotu vody vo vykurovacej sústave. Prvým krokom k úspore energie v staršom dome by preto malo byť zlepšenie tepelnoizolačných vlastností stavby. To znamená zateplenie fasády, izolácia podkrovných priestorov, výmena okien s nízkoemisným pokovaním, vchodových dverí atď. Aj pri nezateplených domoch sa však dá tepelné čerpadlo väčšinou použiť, len je potrebné porozhliadnuť sa po niektorom modeli s vyššou teplotou výstupnej vody. Aj to bude totiž značne efektívnejšie ako napríklad elektrokotol alebo malý ohrievač.
Alternatívne zdroje a vykurovanie drevom
K alternatívnym zdrojom sa zaraďuje aj drevo. To v poslednej dobe slúži v rodinných domoch predovšetkým ako vedľajší zdroj vykurovania poskytujúci väčšiu istotu aj možnosť prechádzať z jedného typu vykurovania k druhému a to podľa aktuálnej situácie. Obľúbené je využívanie krbu či krbových kachlí v jednej z obytných miestností. Súčasná energetická kríza a rekordná cena plynu ale spôsobili, že ľudia sa vracajú aj k v minulosti toľko rozšírenému vykurovaniu pomocou tuhých palív. Ak to dovoľuje veľkosť kotolne a komína, je možné mať v dome ako pôvodný (alebo modernizovaný) plynový kotol, ale aj kotol na pevné palivo. Obľubu medzi užívateľmi si získavajú moderné kotly na drevo, pelety alebo hnedé uhlie, ktoré prinášajú komfortnú obsluhu, vysokú účinnosť a ľahké ovládanie. Pri ich výbere je okrem voľby paliva tiež potrebné zvážiť, či dať prednosť automatickému kotlu so zásobníkom (na pelety), alebo zvoliť klasické ručné prikladanie. Drevo na rozdiel od peliet neumožňuje automatické prikladanie, takže do tohto typu kotla treba pravidelne ručne prikladať.
Kúrenie elektrinou
Kúrenie elektrinou patrí medzi čoraz častejšie zvažované spôsoby vykurovania rodinných domov aj menších objektov. Dôvodom je najmä jednoduchá inštalácia, nízke vstupné náklady a dobrá kombinovateľnosť s obnoviteľnými zdrojmi energie, ako sú fotovoltické elektrárne. Hoci sa elektrické kúrenie často považuje za drahé, moderné technológie a správny návrh systému môžu z neho urobiť efektívne a komfortné riešenie. Kúrenie elektrinou dáva najväčší zmysel v kombinácii s fotovoltickou elektrárňou.
ATES: Akumulácia tepelnej energie
Pojem ATES, akronym z anglického Aquifer Thermal Energy Storage, označuje technológiu, ktorá umožňuje skladovanie tepelnej energie vo vodonosnej vrstve, teda v priepustných vrstvách pod zemským povrchom, ktoré obsahujú podzemnú vodu. Technológia funguje na princípe zachytávania a uskladňovania tepla alebo chladu v podzemných vodonosných vrstvách v súlade s aktuálnym ročným obdobím. Proces sa uskutočňuje prostredníctvom dvoch vrtov - jedným „teplým“ a druhým „studeným“. V systémoch ATES sa podzemná voda stáva tepelným médiom na uskladňovanie tepla, ktoré sa potom odoberá podľa potreby v závislosti od ročného obdobia a používa sa na vykurovanie či klimatizáciu budov. V kombinácii s tepelným čerpadlom tak vzniká systém, ktorý funguje aj pri nízkych teplotách.
tags: #tepelne #cerpadlo #zo #slovenskych #elektrarni