Lexikón vykurovacej techniky – technické termíny zrozumiteľne a jednoducho

Energia uvoľnená pri spaľovaní oleja alebo plynu v kotly sa nemôže dodávať do vykurovacieho systému bez straty. Horúce spaliny, ktoré unikajú komínom do atmosféry, obsahujú pomerne veľké množstvo tepla známe ako "strata spalinami".

Počas ročnej emisnej kontroly revízny technik v spalinách zisťuje, či kvalita spaľovania a straty v spalinách vznikajúce počas prevádzky horáka spĺňajú zákonné predpisy. Kontrolujú, či horák funguje správne a či je systém bezpečný. Aj keď mu udelia výborný výsledok, o skutočnej spotrebe energie kotla (jeho štandardnej sezónnej účinnosti) to vypovedá len málo, pretože aj tá je výrazne ovplyvnená stratami povrchom.

Absorbéry sú neoddeliteľnou súčasťou každého solárneho kolektora. Umiestňujú sa pod priehľadný sklenený kryt kolektora s nízkou odrazivosťou, takže slnečné žiarenie k nim dopadá priamo.

Absorbér absorbuje slnečné žiarenie takmer úplne a slnečná energia sa premieňa na teplo. Pokiaľ ide o vysokú účinnosť, vynikajú najmä absorbéry, ktoré majú vysoko selektívnu povrchovú úpravu - kam patria všetky solárne kolektory od spoločnosti Viessmann.

Kogeneračná jednotka sa v podstate skladá z motora, synchrónneho generátora a výmenníka tepla. Synchrónny generátor poháňaný spaľovacím motorom (pohonná jednotka) vyrába trojfázový striedavý prúd s frekvenciou 50 Hz a napätím 400 V, ktorý sa spravidla používa na mieste.

Na elektrické pripojenie sa používa sieť nízkeho napätia (úroveň 0,4 kV). Kogeneračné jednotky sa spravidla prevádzkujú paralelne so sieťou. V zásade sa však môžu používať aj v režime nahrádzania siete nasadením synchrónnych generátorov.

Prebytočný výkon sa môže exportovať do siete dodávateľa elektrickej energie. Motor generuje teplo, ktoré sa môže absorbovať vo "vnútornom chladiacom okruhu" postupne z mazacieho oleja, chladiacej kvapaliny motora a výfukových plynov a odovzdávať do vykurovacieho systému prostredníctvom doskového výmenníka tepla.

Tento systém výroby a využitia energie sa označuje ako kombinovaná výroba tepla a elektriny (KVET), pretože mechanická energia (výkon) vyrobená motorom a tepelná energia (teplo), ktorú motor odovzdáva pri pohone generátora, sa využívajú súčasne.

Schematická schéma

Spaľovací plynový motor poháňa generátor na výrobu energie. Teplo, ktoré pritom vzniká, sa odoberá z chladiacej kvapaliny a výfukových plynov prostredníctvom výmenníka tepla a následne sa môže využiť.

Pri dvojrežimovom ohreve TV sa teplá voda ohrieva dvoma rôznymi zdrojmi tepla – napríklad kotlom a solárnymi kolektormi. Teplo zo solárnych kolektorov sa odovzdáva do TV prostredníctvom vnútorného výmenníka v zásobníku TV. V prípade potreby môže byť voda dohrievaná kotlom prostredníctvom druhého výmenníka.

Na výrobu tepla a energie stačí vodík a kyslík. Chemická reakcia medzi týmito dvoma látkami tvorí základ toho, čo sa niekedy označuje ako "studené spaľovanie". Prebieha medzi dvoma elektródami: Vodík sa dopravuje k anóde, kde ho katalyzátor rozdelí na kladné ióny a záporné elektróny. Elektróny putujú ku katóde cez elektrický vodič, čím vzniká elektrický prúd. Kladne nabité vodíkové ióny sa zároveň cez elektrolyt (iónovú výmennú membránu) dostanú na katódu, kde nakoniec reagujú s kyslíkom za vzniku vody. Uvoľňuje sa teplo. Celý proces je úplne bez škodlivín a je šetrný k životnému prostrediu.

Hrubá výhrevnosť (Hs) určuje množstvo tepla uvoľneného úplným spálením vrátane výparného tepla latentného vo vodnej pare horúcich plynov (teplo v spalinách).

Donedávna sa vyparovacie teplo nemohlo využiť, pretože na to neexistovali technické možnosti. Preto sa za základ všetkých výpočtov účinnosti zvolila čistá výhrevnosť (Hi). Odvolanie sa na Hi a využitie dodatočného odparovacieho tepla tak môže viesť k účinnosti vyššej ako 100 %.

Kondenzačná technológia využíva nielen teplo vznikajúce pri spaľovaní ako merateľnú teplotu horúcich plynov (čistá výhrevnosť), ale aj obsah vodnej pary (hrubá výhrevnosť). Kondenzačné kotly dokážu získať takmer všetko teplo obsiahnuté v spalinách a premeniť ho na vykurovaciu energiu.

Kondenzačné kotly používajú vysoko výkonné výmenníky tepla. Tie ochladzujú spaliny pred ich únikom komínom do takej miery, že vodná para obsiahnutá v týchto plynoch zámerne kondenzuje. Tým sa uvoľňuje dodatočné teplo, ktoré sa odovzdáva do vykurovacieho systému.

Vďaka tejto technológii dosahuje kondenzačný kotol štandardnú sezónnu účinnosť [podľa DIN] až 98 % (vzhľadom na Hs). Kondenzačné kotly sú preto mimoriadne energeticky úsporné a starajú sa o vašu peňaženku aj o životné prostredie.

Princíp konštrukcie trojťahového kotla prispieva k zníženiu škodlivých emisií. Horúce plyny najprv prúdia cez spaľovaciu komoru, potom sa cez reverznú zónu (druhý ťah) vracajú dopredu a vstupujú do tretieho ťahu. Tým sa skracuje čas, ktorý spaľovacie plyny strávia v najhorúcejšej časti kotla (v spaľovacej komore), čím sa znižuje tvorba oxidov dusíka (NOx).

Inovatívny zdroj energie pre tepelné čerpadlá zem/voda

V novostavbách je dnes každý tretí zdroj tepla tepelné čerpadlo a trend je stúpajúci. Na vykurovanie sa teplo najčastejšie získava z okolitého vzduchu, zeme alebo podzemnej vody.

So systémom zásobníkov ľadu od spoločnosti Viessmann je teraz k dispozícii ďalší atraktívny zdroj tepla pre tepelné čerpadlá soľanka/voda. Zásobník ľadu pozostáva z nádrže so zabudovanými výmenníkmi tepla, ktorá je zakopaná v záhrade a naplnená bežnou vodou z vodovodu. Na streche domu sú nainštalované špeciálne solárne absorbéry vzduchu. Tie odoberajú teplo z okolitého vzduchu a zo slnečného žiarenia a dodávajú ho do zásobníka. Zásobník ľadu tiež čerpá energiu priamo zo zeme.

Vykurovanie ľadom – dodatočná energia

V prípade potreby tepelné čerpadlo odoberá zo zásobníka energiu potrebnú na vykurovanie a ohrev TV, pričom vodu pri tom ochladzuje alebo prípadne zmrazuje. Aj keď zásobník zľadovatie, zo solárnych/vzduchových absorbérov a zo zeme prúdi dostatok tepla, aby tepelné čerpadlo mohlo bezpečne a hospodárne vykurovať budovu. Energia zo slnka a okolitého vzduchu, ako aj geotermálne teplo sa využívajú na opätovné rozmrazenie zásobníka.

Pri každom spaľovaní fosílnych palív vznikajú okrem oxidu uhličitého (CO₂) aj škodlivé plyny oxid uhoľnatý (CO) a oxid dusíka (NOx). Oxidy dusíka sú v tomto prípade obzvlášť dôležité. Zvýšený obsah týchto plynov vedie nielen k vyššej úrovni jedovatého ozónu, ale je aj jedným z faktorov zodpovedných za kyslé dažde

V systémoch vákuových solárnych trubíc, solárne médium nepreteká priamo cez rúrky solárneho systému. Namiesto toho sa v trubici pod absorbérom odparuje médium a odovzdáva teplo solárnemu výmeníku na kolektore. Suché spojenie rúrok tepelnej trubice vo vnútri kolektora, malý obsah kvapaliny vo vnútri kolektora a automatické vypnutie v závislosti od teploty v prípade systému Vitosol 300-TM zabezpečujú mimoriadne vysokú prevádzkovú spoľahlivosť.

Vykurovací kotol je nástenný spotrebič určený výlučne na vykurovanie. Takéto spotrebiče sa môžu kombinovať aj so zásobníkom teplej vody na zabezpečenie ohrevu teplej vody.

Regulátor vykurovania s kompenzáciou počasia zabezpečuje, aby teplota vykurovacej vody zodpovedala skutočnej potrebe tepla (teplota vykurovcej vody  je teplota vody privádzanej do radiátora alebo podlahového vykurovania).

Na tento účel sa meria vonkajšia teplota a vypočítava sa teplota vykurovacej vody vo vzťahu k požadovanej teplote v miestnosti a okrajovým podmienkam budovy.

Vzťah medzi vonkajšou teplotou a teplotou vykurovacej vody opisujú vykurovacie krivky. Jednoduchšie povedané: čím nižšia je vonkajšia teplota, tým vyššia je teplota vody v kotle alebo teplota vykurovacej vody.

Čistá výhrevnosť (Hi) sa vzťahuje na množstvo tepla uvoľneného úplným spálením, ak sa výsledná voda vypustí ako para cez komín. Latentné teplo obsiahnuté vo vodnej pare horúcich plynov sa nevyužíva (teplo v spalinách).

Hybridný zdroj tepla  je zdroj tepla napájaný z viacerých zdrojov energie. Medzi takéto systémy patria napríklad dvoj režimové systémy tepelných čerpadiel. Ide o vykurovacie systémy s elektricky poháňaným tepelným čerpadlom v kombinácii s aspoň jedným kotlom na fosílne palivo, napríklad plynový kotol.

Počas prevádzky tepelné čerpadlo pokrýva základné zaťaženie s využitím energie z prostredia. Na tento účel vonkajšia jednotka odoberá latentné teplo z vonkajšieho vzduchu a prostredníctvom kompresora ho ohrieva na požadovanú nastavenú teplotu.

Plynový kondenzačný kotol sa "zapne" len vtedy, keď je to výhodné z hľadiska nastaveného prevádzkového režimu, t. j. keď to vedie k nižším prevádzkovým nákladom pre užívateľa systému, nižším emisiám CO₂ alebo vyššiemu komfortu pri príprave teplej vody.

Všetky nástenné a kompaktné kondenzačné kotly Viessmann sú vybavené výmenníkom tepla Inox-Radial z ušľachtilej ocele. Táto technológia so sebou prináša mimoriadne vysokú účinnosť až 98 percent [podľa DIN] a mimoriadne spoľahlivú a efektívnu prevádzku počas dlhej životnosti.

Výmenník tepla Inox-Radial ochladzuje spaliny pred ich odvedením do komína do takej miery, že vodná para obsiahnutá v týchto plynoch zámerne kondenzuje Presne definované medzery medzi jednotlivými špirálami výmenníka, zabezpečujú maximálne odovzdanie tepla jedným prechodom spalín. Dodatočne uvoľnené teplo sa odovzdáva do vykurovacieho systému. Táto funkcia nielen šetrí cennú energiu, ale aj chráni životné prostredie prostredníctvom výrazne nižších emisií CO₂.
Kruhový tvar výmenníka, zabezpečuje, že stekajúci kondenzát na stenách výmenníka, zabezpečujú čistenie povrchu výmenníka.

V tepelných čerpadlách je výkonový koeficient (COP) pomerom prenosu tepla k spotrebe energie. Sezónny výkonový koeficient je priemer všetkých COP vyskytujúcich sa v danom roku. COP sa používa na porovnávanie tepelných čerpadiel z hľadiska účinnosti, napriek tomu sa odvodzuje od konkrétneho prevádzkového bodu pri definovaných teplotných podmienkach.

Pri plánovaní systému sa musí zohľadniť jeho prevádzka počas celého roka. Na tento účel sa množstvo tepla preneseného počas roka uvádza vo vzťahu k celkovému elektrickému výkonu, ktorý systém tepelného čerpadla odoberá (vrátane výkonu čerpadiel, riadiacich jednotiek atď.) za rovnaké obdobie. Výsledok sa uvádza ako sezónny výkonový faktor. Príklad: SCOP 4,5 znamená, že v priemere za celý rok tepelné čerpadlo potrebovalo jednu kilowatthodinu elektrickej energie na výrobu 4,5 kilowatthodiny tepla

Kombinovaný kotol je nástenný zdroj tepla, ktorý sa používa na vykurovanie aj na ohrev TV. Ohrev TV prebieha na princípe prietokového ohrevu vody.

Regulátor spaľovania Lambda Pro Control v nástenných plynových kondenzačných kotloch Vitodens zabezpečuje trvalo stabilné a ekologické spaľovanie, trvalo vysokú úroveň účinnosti a vysokú prevádzkovú spoľahlivosť, a to aj pri kolísavej kvalite plynu.

Regulátor spaľovania Lambda Pro Control automaticky rozpozná každý druh použitého plynu. Vďaka tomu nie je potrebné manuálne nastavenie a meranie počas uvádzania do prevádzky. Okrem toho regulátor Lambda Pro Control nepretržite riadi zmes plynu so vzduchom, aby zabezpečil konštantne čisté a účinné spaľovanie, a to aj v prípade, že sa kvalita plynu mení. Ionizačná elektróda poskytuje na tento účel potrebné prvotné údaje priamo z plameňa.

Decentralizované zásobovanie teplom a energiou sa ukazuje ako čoraz dôležitejšie. Viessmann ponúka riešenia, ktoré môžu prispieť k vyrovnaniu nestability dodávok elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov. Veterné farmy a fotovoltaické systémy sa vo veľkom počte stavajú namiesto jadrových elektrární a konvenčných veľkých elektrární.

Keďže však dostupnosť týchto obnoviteľných zdrojov energie kolíše, a preto sa nedá naplánovať, stali sa riadené zariadenia na kombinovanú výrobu elektriny a tepla (KVET) dôležitými prvkami pri presadzovaní úspešnej energetickej transformácie.

Decentralizovaná výroba energie

Tam, kde je nedostatok stabilnej výroby energie, môžu mikrokogeneračné jednotky významne prispieť k pokrytiu dopytu. Keďže sa tak deje lokálne a energia sa vyrába na mieste, znižuje sa tým aj tlak na rozvodné siete. Výroba vlastnej elektrickej energie pomocou kogeneračných jednotiek je v súčasnosti reálnou náhradou za odber energie zo siete. V kombinácii s jednotkou na uskladnenie energie možno dosiahnuť autonómne zásobovanie elektrickou energiou, najmä pri mikrokogeneračných systémoch.

[1] Kotol pre špičkový  zaťaženie

[2] Modul palivového článku

[3] Zásobník TV s objemom 220 l, hydraulika a snímače

[4] Systém odvodu spalín

[5] Integrovaný merač exportu energie z kogeneračnej jednotky

[6] Komunikačné rozhranie WiFi

[7] Domáci merač (obojsmerný elektromer)

[8] Domáci elektrický okruh

[9] Verejná sieť

[10] Mobilná aplikácia/ViCare

Hlavným účelom tepelných čerpadiel je zabezpečiť pohodlné a komfortné ústredné vykurovanie a spoľahlivý ohrev teplej vody. Môžu sa však používať aj na chladenie budovy. Zatiaľ čo v zime sa zem alebo podzemná voda využíva na zabezpečenie energie na vykurovanie, v lete sa môže využívať na prirodzené chladenie.

Pri funkcii prirodzeného chladenia riadiaca jednotka tepelného čerpadla spúšťa iba primárne čerpadlo a čerpadlo chladiaceho okruhu. To znamená, že teplo zo zeme alebo vody sa využíva na priame chladenie bez potreby použitia kompresora tepelného čerpadla.

Povrchové straty sú straty pri spaľovaní cez konštrukciu zdroja tepla, ktoré sa uvoľňujp do okolitého vzduchu povrchom zdroja tepla, a tým sa stráca ako využiteľná vykurovacia energia.

Vyskytujú sa ako radiačné straty počas chodu horáka alebo ako pohotovostné straty, keď je horák nečinný, najmä na jar/jeseň, ale aj v letných mesiacoch, keď je kotol potrebný výlučne na ohrev TV.

Povrchové straty starého kotla budú spravidla podstatne vyššie ako straty spalinami, ktoré kontroluje revízny technik pri kontrole  spalín. Úroveň povrchových strát je teda rozhodujúcim faktorom nákladovej efektívnosti zdroja tepla.

Pri prevádzke závislej na vzduchu miestnosti si kotol berie spaľovací vzduch z miestnosti, v ktorej je nainštalovaný. Miestnosť preto musí mať samozrejme vhodné vetracie otvory. Existuje tu niekoľko možností. Často sa prívod spaľovacieho vzduchu zabezpečuje cez otvory alebo medzery (prieduchy) vo vonkajšej stene. Ak je spotrebič umiestnený vo vnútri obytného priestoru, ďalšou možnosťou je "prepojený prívod vzduchu do miestnosti", pri ktorom je dostatočné vetranie zabezpečené prostredníctvom prípojok vzduchu (štrbín vo dverách) do viacerých ďalších miestností.

Pri prevádzke nezávislej na vzduchu miestnosti sa potrebný spaľovací vzduch privádza zvonku cez ventilačné potrubie. V podstate možno identifikovať tri riešenia:

1. Prívod vzduchu cez vertikálny strešný vývod
2. Prívod vzduchu cez pripojenie na vonkajšiu stenu
3. Prívod vzduchu cez koncentrický komín

Výhody prevádzky nezávislej na vzduchu miestnosti spočívajú v tom, že poskytuje ešte väčšiu flexibilitu, pokiaľ ide o umiestnenie nástenných plynových kotlov. Spotrebič je možné inštalovať kdekoľvek - či už v obytných miestnostiach, alebo vo výklenkoch, skriniach či strešných priestoroch.

Nezávislosť od vnútorného vzduchu tiež znižuje straty, pretože ohriaty vzduch v miestnosti sa nepoužíva na spaľovanie. Spotrebiče utesnené v miestnosti sa preto môžu umiestniť v rámci tepelného plášťa budovy.

Základom tohto typu systému je bivalentný zásobník TV. Pri dostatočnom slnečnom žiarení solárne médium v solárnom tepelnom systéme ohrieva vodu v zásobníku TV prostredníctvom spodného, vnútorného výmenníka tepla.. Keď teplota klesne v dôsledku odberu teplej vody, napríklad na kúpanie alebo sprchovanie, spustí sa v prípade potreby kotol, aby zabezpečil dodatočný ohrev TV prostredníctvom druhého výmenníka tepla v zásobníku.

Okrem ohrevu TV možno solárne médium ohriate v solárnych kolektoroch použiť aj na ohrev vykurovacej vody. Na tento účel sa vo vykurovacom okruhu prostredníctvom výmenníka tepla využíva voda v solárnom zásobníku, ktorá je priebežne ohrievaná solárnymi kolektormi. Riadiaca jednotka kontroluje, či sa dá dosiahnuť požadovaná teplota v miestnosti. Ak je teplota nižšia ako nastavená hodnota, spustí sa aj kotol.

Solárny kolektor vytvára teplo vždy, keď na absorbér dopadá slnečné svetlo - aj v čase, keď nie je potrebné teplo. Môže to byť napríklad v lete, keď sú obyvatelia na dovolenke. Ak prenos tepla cez zásobník TV alebo akumulačný zásobník vykurovacej vody už nie je možný, pretože jeden z nich je už plne ohriaty, obehové čerpadlo sa vypne a solárny tepelný systém sa dostane do stagnácie.

Ak na kolektor dopadá ďalšie slnečné žiarenie, jeho teplota sa zvyšuje, až kým sa teplonosné médium nevyparí, čo spôsobuje vysoké tepelné namáhanie komponentov systému, ako sú tesnenia, čerpadlá, ventily a samotné teplonosné médium nemusí ostať v tekutom stave.. V systémoch s vypínaním v závislosti od teploty ThermProtect sa spoľahlivo zabráni tomuto stavu, pretože pri prekročení definovanej teploty, absorbér slnečného kolektora mení svoje vlastnosti, čím dochádza k zatmaveniu absorbéra, čo má za príčinu odraz slnečného žiarenia a zabráni ďalšej absorbcii slnečého žiarenia do solárneho sysému.

Plochý kolektor s prepínateľnou absorpčnou vrstvou

Po prvýkrát bol vyvinutý a patentovaný plochý kolektor, ktorý po dosiahnutí určitej teploty zabraňuje ďalšej absorpcii energie. Absorpčná vrstva kolektora Vitosol 200-FM je založená na princípe špeciálnej vrstvy na absorbére kolektora. Kryštalická štruktúra, a teda aj výkon kolektora, sa mení v závislosti od teploty kolektora, čím sa znižuje stagnačná teplota. Pri teplotách absorbéra 75 °C a viac sa kryštalická štruktúra povlaku mení, čím sa zvyšuje odraz slnečného žiarenia a vyžarovania tepla. T

Po poklese teploty v kolektore sa kryštalická štruktúra vráti do pôvodného stavu. Viac ako 95 % prichádzajúcej slnečnej energie sa teraz môže absorbovať a premeniť na teplo; len malá časť (menej ako 5 %) sa vyžiari späť. To znamená, že výťažnosť nového kolektora je vyššia ako pri bežných plochých kolektoroch, pretože kolektor sa nikdy nedostane do fázy stagnácie a môže kedykoľvek opäť dodávať teplo. Počet aktivácií zmeny kryštalickej štruktúry nie je obmedzený, čo znamená, že táto funkcia je vždy k dispozícii.

V štandardnom režime kolektora sa nový absorbér plochého kolektora Vitosol 200-FM správa ako akýkoľvek štandardný absorbér plochých kolektorov Viessmann. Pri teplotách kolektora 75 °C a viac sa mnohonásobne zvyšuje prenos tepla, čím sa spoľahlivo zabraňuje prehriatiu a tvorbe pary v prípade stagnácie.