Teplo z obnovitelných zdrojů

Renewable Energy Working Party (REWP) v rámci Mezinárodní energetické agentury (IEA) definuje obnovitelné zdroje energie takto: zdroje neustále se doplňující energie, která má různé formy a přímo nebo nepřímo se čerpá ze slunce nebo z tepla generovaného hluboko uvnitř Země. Tato definice zahrnuje energii produkovanou ze: slunce, větru, biomasy, geotermálních zdrojů, malých vodních zdrojů a oceánu, biopaliv a vodíku získaných z obnovitelných zdrojů.

Ve vytápěcí soustavě bytů a domů se uplatní především kotle na dřevo a biomasu, sluneční kolektory a tepelná čerpadla. Vytápět můžeme i elektřinou vyrobenou ve vodních a větrných elektrárnách, biomasu mohou využívat i centrální velkokapacitní kotelny. Představa energeticky nezávislého rodinného domu je při dnešních cenách energií dodávaných centrálně velmi zajímavá, a to i z hlediska ochrany životního prostředí a citlivějšího přístupu k přírodě. Možností využití přírodních zdrojů energie je vskutku dostatek, záleží jen na nás, jak s nimi naložíme.

Energie slunečního záření
Podmínky pro využití sluneční energie jsou na území České republiky poměrně dobré. Na zemský povrch na našem území dopadá ročně 950 až 1 100 kWh energie na 1 m². Čas slunečního záření se měří sítí stanic a výsledky se zaznamenávají do sluneční mapy. Rozdíly mezi nejvýše a nejníže položenou stanicí jsou maximálně 15 procent, takže „nabídka“ slunečního záření v různých místech je srovnatelná. Sluneční záření využíváme přímo prostřednictvím solárního tepelného kolektoru nebo přeměnou na elektrickou energii ve fotovoltaických článcích.

Zdroj: Sluneční kolektor
Hlavní částí solární termické soustavy je solární kolektor, který absorbuje tepelnou energii slunečních paprsků a ohřívá teplonosné médium v kolektorovém okruhu. Toto médium potom energii odevzdává tam, kde teplo potřebujeme: ve vytápěcí místnosti (u teplovzdušných kolektorů), v akumulační nádrži (při přípravě teplé vody nebo podpoře vytápění) nebo například v bazénu. Kolektor může být konstruovaný jako plochý či trubicový, médiem je nejčastěji nemrznoucí kapalina. Instaluje se na nosný rám nebo přímo do konstrukce střechy či fasády. Může být i součástí střešního okna; v tom případě lineární Fresnelova čočka soustřeďuje sluneční záření na absorbér, takže prostor pod kolektorem zůstává osvětlený. Absorpční plocha běžných kolektorů je asi 1 až 2,5 m², maximální účinnost téměř 80 %, průměrná účinnost během celého roku je téměř 60 %. Nejvyšší účinnost, a to zejména v zimním období, mají vakuové kolektory – největší ztráty výkonu způsobuje totiž nízká teplota vzduchu a vítr. V horších podmínkách (v horách) proto musíme nainstalovat skutečně kvalitní kolektor a optimalizovat způsob využívání získaného tepla.
 
Malá domácí elektrárna
Elektřinu pro vlastní potřebu lze vyrobit například i ve fotovoltaickém kolektoru pomocí fotovoltaických panelů. Například fotovoltaický domácí systém s plochou 16 m² má výkon asi 2 kWp, díky čemuž se dá ročně získat až 2 100 kWh. Cena fotovoltaických článků je však zatím tak vysoká, že o přijatelné době návratnosti se moc nedá mluvit. Pro rodinné domy jsou proto finančně výhodnější solární tepelné kolektory. Na sluneční energii už dnes běžně fungují i různé elektrické přístroje: čerpadla, nabíječky, záložní zdroje, lampy, ventilátory, sprchy, dokonce i odpuzovače krtků a jiných škůdců. Fotovoltaika tedy patří k nejperspektivnějším obnovitelným zdrojům energie, i když zatím k těm nejdražším.

Palivové dřevo a biomasa
Zřejmě nejdůležitějším obnovitelným zdrojem je dřevo a biomasa. Palivové dřevo koupíme od obchodníků s palivem, v lesnických firmách, od majitelů lesa a jako odpad od zpracovatelů dřeva. Někde je možné (samozřejmě po dohodě s majitelem lesa) těžit palivové dřevo i svépomocí. Zvláštním druhem je dřevní štěpka získaná drcením odpadního dřeva nebo krátké kusové dřevo vyrobené drtičem větví přímo v lese. Stále oblíbenější jsou pelety a brikety, což jsou různě velké a tvarované výlisky z pilin ze suchého dřeva nebo z biomasy (slámy, šťovíku a podobně) spojené organickými tmely. Ve velké míře diskutovaným palivem je odpadní obilí a kukuřice. Rozvíjí se i pěstování speciálních energetických plodin, rychle rostoucích dřevin a podobně. A dokonce se začíná formovat nový obor – fytoenergetika.

Kotel nově
Dřevem a biomasou můžeme dobře topit i v klasickém kotli, ale ekologicky nejvhodnější jsou zplynovací a automatické kotle. Předností zplynovacích kotlů je komfortní obsluha a účinnost 81 až 89 procent v regulačním rozsahu zhruba 30 až 100 procent výkonu, což přináší značnou úsporu paliva. Do ovzduší přitom uniká jen málo škodlivých exhalátů. Automatické kotle mají automatizovaný přísun paliva. Spalují hlavně pelety ze dřeva, z energetických plodin a slámy, ale též odpadní obilí. V některých typech můžeme speciální hořáky vyjmout, nahradit víkem a topit klasicky, kusovým dřevem. Provoz řídí regulátor, který v nastaveném režimu ovládá podávací dopravník, ventilátor a čerpadlo vytápěcího média. Pro obsluhu to znamená téměř stejný komfort, jako by obsluhovala plynový nebo olejový kotel. Účinnost automatických kotlů je kolem 80 až 85 procent.

Tepelná čerpadla
Důležitým zdrojem tepla už dnes jsou, ale hlavně budou, tepelná čerpadla. Dokážou odebírat nízkoúrovňové teplo z okolního přírodního prostředí (z vody, vzduchu nebo země) a využívat ho na vytápění nebo ohřev teplé vody. Podle toho, odkud se teplo bere a kam se odevzdává, existují čtyři základní typy čerpadel: vzduch – voda, země – voda, voda/voda a vzduch/vzduch. V našich podmínkách je nejrozšířenější typ vzduch – voda. Pro menší dům nebo rekreační chatu je vhodný i typ vzduch/vzduch. Tepelné čerpadlo se většinou instaluje spolu s dalším zdrojem tepla (bivalentní systém), který pokrývá nedostatek tepla z čerpadla při výrazném poklesu teplot venkovního vzduchu. Vytápěcí soustava je nízkoteplotní, vhodné je především podlahové a stěnové vytápění nebo velkoplošná konvekční vytápěcí tělesa.

Jiří Trnavský, Kamila Ďuríková
Foto: JAGA