História vykurovania a využitia koksu

Tisícročia sa ľudstvo snažilo zlepšiť tepelnú pohodu, pričom sa spočiatku využíval otvorený oheň, neskôr oheň uzavretý do krytých ohnísk, ktoré boli predchodcami neskorších kachieľ.

Rané formy vykurovania

Z obdobia Rímskej ríše sa zachovalo dokonca aj jednoduché ústredné vykurovanie známe ako hypocaustum (vykurovanie zdola). Tento systém pozostával z kúreniska obsluhovaného z podzemného priestoru vedľa budovy a zo sústavy kanálov, ktorými sa spaliny odvádzali pod podlahou miestnosti do zvislých prieduchov v obvodovom murive a následne do ovzdušia. V súčasnosti by sme tento systém nazvali podlahové vykurovanie.

Ilustrácia rímskeho hypokaustového systému vykurovania

Kozuby pripojené na komín sa objavujú len zriedkavo, až okolo 14. storočia. S príchodom novoveku nastáva rozvoj rôznych typov kozubov, väčšinou kachľových. V 15. storočí sa objavujú kachľové pece.

S rozvojom priemyslu sa ustálil typ kachieľ vytvorených z liatinového ohniska a keramického nadstavca, ktorý odnímal teplo spalinám, vykuroval miestnosť a zároveň teplo akumuloval. V kozuboch a kachliach sa pôvodne kúrilo drevenými polenami.

Nástup uhlia a koksu

Uhlie sa na vykurovanie začalo používať až začiatkom 19. storočia, neskôr sa k nemu pridal aj koks. Tieto palivá priniesli významnú zmenu v dostupnosti a efektívnosti vykurovania.

Lokálne vykurovanie sa zachovalo až do súčasnosti a znamenalo veľký technický pokrok. Požiadavky na súčasné lokálne vykurovače sú však vysoké. Okrem estetického vzhľadu, malých rozmerov a nízkej hmotnosti vzťahovanej na jednotku výkonu sa predovšetkým požaduje vysoká účinnosť.

Okruh palív (energií) používaných pri lokálnom vykurovaní sa rozšíril.

Vývoj ústredného vykurovania

Koncom 18. storočia a predovšetkým v 19. storočí sa začínajú navrhovať prvé sústavy ústredného vykurovania. Zdroj tepla, spravidla kotol, bol umiestnený priamo v budove alebo bol spoločný pre viac budov. Teplo sa pomocou teplonosnej látky prenášalo do jednotlivých miestností.

Ak bol zdroj vykurovania určený na vykurovanie jediného podlažia alebo jediného bytu, hovorilo sa o etážovom, prípadne bytovom vykurovaní.

Prvé vykurovacie sústavy boli parné, čo znamená, že teplonosnou látkou bola para. Para bola v 19. storočí základnou energetickou látkou používanou v priemysle (parné stroje) aj v doprave (parné lokomotívy), a využívala sa teda aj na vykurovanie.

Iné teplonosné látky, najmä horúca a teplá voda, sa začali využívať až na prelome 19. a 20. storočia.

Ďalšou využívanou teplonosnou látkou bol vzduch, a tak sa v prvej tretine 20. storočia začali projektovať teplovzdušné sústavy, predovšetkým v súvislosti s rozvojom klimatizácie, ktorá zabezpečuje okrem vykurovania aj chladenie miestností a úpravu vlhkosti vzduchu. Primitívne teplovzdušné vykurovanie sa však využívalo už omnoho skôr; napríklad už v 12. storočí sa vzduch rozohriaty rozpálenými kameňmi rozvádzal kanálmi do miestností.

Schéma teplovzdušného vykurovacieho systému

Sústavy centralizovaného zásobovania teplom (SCZT)

V súvislosti s rozvojom ústredného vykurovania sa v 20. storočí začalo rozvíjať aj diaľkové vykurovanie. Pri diaľkovom vykurovaní sa teplo dodáva viacerým budovám, prípadne aj celým mestským celkom z jediného spoločného zdroja.

Sústavy centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) zabezpečujú dodávku tepla prostredníctvom primárnych tepelných sietí z jedného alebo viacerých zariadení na výrobu tepla. Spätný pohľad do histórie nám umožňuje získať ucelený obraz o SCZT od ich vzniku a aplikácií v malých okrskoch dedín až po výrobu a distribúciu tepla v sídliskách veľkomiest.

Historický vývoj SCZT vo svete

Z archeologických výskumov je známe, že už pred vyše 2000 rokmi starí Rimania skonštruovali skutočné vykurovacie systémy - hypokaustá, ktoré fungovali na princípe teplovzdušného vykurovania a mohli ohrievať aj viacero budov. Konštrukcia hypokausta pozostávala z pece a „ohrievanej miestnosti“, pod ktorou boli vybudované 30-40 cm široké a 30-60 cm vysoké kanály pre prúdenie vzduchu.

V francúzskej obci Chaudes-Aigues (v preklade Horúce Vody) bol v 14. storočí (okolo roku 1332-1334) vybudovaný prvý systém CZT z geotermálneho zdroja tepla, ktorý je funkčný dodnes. Z geotermálneho prameňa sa účinkami gravitácie distribuovala prostredníctvom drevených potrubí geotermálna voda do siete dlhej približne 5 kilometrov, ktorá zásobovala teplom niektoré budovy v obci.

Dobová fotografia hlavného geotermálneho prameňa v Chaudes-Aigues

V roku 1622 holandský vynálezca Cornelius Drebbel navrhol sústavu CZT pre mesto Londýn. Väčší rozsah využitia zaznamenalo CZT až koncom 19. storočia.

Pred týmto obdobím boli budovy vykurované samostatne, pričom palivovú základňu tvorili tuhé fosílne palivá - najmä uhlie. Problémom boli nielen časté požiare, ale aj znečisťovanie ovzdušia. Práve aplikáciou SCZT boli tieto problémy eliminované.

Sústava CZT bola v roku 1853 inštalovaná aj v komplexe budov United States Naval Academy v Annapolise. Zlomovým bol rok 1877, kedy bolo CZT zavedené prvýkrát komerčne v meste Lockport (USA). Spoločnosť Holly Steam Combination Company bola prvým výrobcom a distribútorom diaľkového vykurovania z centrálneho parného vykurovacieho systému. Zakladateľom spoločnosti bol inžinier Birdsill Holly, ktorý na vykurovanie domov, obchodov a kancelárskych budov v meste vytvoril sústavu centrálneho parného vykurovania. Do roku 1881 bola táto parná SCZT zavedená do 19 miest.

Na konci 19. storočia dochádza vo veľkých mestách aj k problémom so skladovaním odpadu, ktorý sa hromadil na uliciach a predstavoval určité zdravotné riziká. V Hamburgu sa okolo roku 1892 rozhodli tento problém riešiť spaľovaním odpadu, pričom vyrobená para slúžila na vykurovanie radnice a koncertnej sály v meste.

Parnými rozvodmi sa v roku 1895 začala vykurovať radnica a škola v Prahe-Holešoviciach. V roku 1901 bol v Drážďanoch vybudovaný závod pre diaľkové parné vykurovanie, ktorý zásoboval teplom 12 budov do maximálnej vzdialenosti 1 kilometra. Palivovú základňu tvorilo uhlie a koks.

Nápad so spaľovaním odpadu bol inšpiráciou aj pre ďalšie mestá v Európe. V dánskom meste Frederiksberg (dnes už súčasť hlavného mesta Kodaň) sa v roku 1902 rozhodli postaviť prvú spaľovňu odpadu v Dánsku, ktorá vyrábala nielen teplo, ale aj elektrinu. Výroba tepla sa spustila v roku 1903 pre novú nemocnicu, sirotinec a chudobinec.

Masívne boli SCZT od roku 1920 budované vo všetkých väčších mestách Ruska. Najväčší rozmach zaznamenala výstavba SCZT v Európe v období socializmu, kedy sa začalo s výstavbou sídlisk. V 50.-70. rokoch 20. storočia sa začalo s budovaním SCZT vo väčších mestách Švédska, Dánska a Fínska. Práve tieto severské štáty spolu s Islandom sú typické rozvinutými SCZT a sú priekopníkmi v oblasti používania OZE v SCZT.

Poľsko, Maďarsko, Bulharsko a Rumunsko zaznamenali rozvoj sústav CZT v 60. rokoch, pričom palivovú základňu do veľkej miery aj dnes tvoria fosílne palivá.

Vývoj SCZT na Slovensku

Od roku 1928 do roku 1945 dochádzalo na území mesta Bratislavy k snahám využiť zvyškové teplo pri výrobe elektrickej energie v sústavách CZT. V roku 1930 firma Škoda vypracovala pre Bratislavu projekt samostatnej teplárne, ktorý sa ale neuskutočnil.

O rok na to Západoslovenské elektrárne prenajali a neskôr odkúpili elektráreň textilného podniku Klinger, z ktorej sa mal stať centrálny zdroj tepla. Výstavba tepelných sietí bola kvôli Veľkej hospodárskej kríze odložená. Novopostavená tepláreň rafinérie Apollo zastávala úlohu tepelného zdroja v ďalšom projekte zásobovania teplom, ktorý vznikal v rokoch 1938-1944. Zničenie rafinérie spojeneckými náletmi v júni 1944 spôsobilo, že ani tento projekt sa nezrealizoval.

Do roku 1948 sa CZT používalo ako systém vykurovania budov v areáloch priemyselných podnikov, nemocníc a škôl. Tak ako v okolitých krajinách, aj na Slovensku boli povojnové 50. roky obdobím realizácie plánov zásobovať viacero budov z centrálneho zdroja tepla.

Na tento účel sa vo väčších mestách využívali staršie tepelné elektrárne, ktoré sa upravovali na nové požiadavky a práve obyvatelia týchto miest boli prví, ktorí mohli využívať výhody distribúcie tepla a teplej vody z centrálneho zdroja tepla. V Bratislave bola prvýkrát na tento účel prispôsobená závodná elektráreň chemického podniku Vistra, a v roku 1953 aj tepelná elektráreň rafinérie Apollo. Teplonosnou látkou v rozvodoch tepla bola para. Z dôvodu prevádzkovej a ekonomickej výhodnosti došlo v roku 1959 k prechodu na novú teplonosnú látku - horúcu vodu.

Roky 1948-1989 boli obdobím dynamického rozvoja SCZT, kedy sa preferoval ich rozvoj a nové budovy, ktoré pribúdali v zónach s dostupnými SCZT, k nim boli povinne pripájané. Príkladom je aj výstavba najväčšieho sídliska v strednej Európe - bratislavská Petržalka. Jej výstavba začala v roku 1973 a po kladných skúsenostiach z praktickej prevádzky CZT aj v iných mestách sa tento spôsob zásobovania teplom zvolil aj na tomto sídlisku.

Po roku 1990 dochádza nielen k spoločenským zmenám, ale aj k odpájaniu sa koncových odberateľov od SCZT. Trend odpájania sa od SCZT pokračuje aj v súčasnosti. Odberatelia tepla sa môžu odpojiť len za predpokladu splnenia daných podmienok, ktoré sú uvedené v § 20 zákona č. 657/2004 Z. z.

Generácie distribúcie tepla

Vývoj sústav centralizovaného zásobovania teplom možno rozdeliť do niekoľkých generácií:

  1. 1. generácia: Toto obdobie možno charakterizovať ako éru parných sústav. Energetická účinnosť týchto parných sústav bola nízka, nakoľko v nich dochádzalo k vysokým tepelným stratám a ich údržba bola finančne náročná. V mestských teplárenských zdrojoch sa spaľoval odpad a tuhé fosílne palivá - uhlie.
  2. 2. generácia: V tomto období dochádza k zmene teplonosnej látky v sústavách CZT a do popredia prichádza voda. Horúcovodný systém je typický teplotou vyššou ako 100 °C v prívodnom potrubí. Zmenou teplonosnej látky dochádza k viditeľnému nárastu a zlepšeniu energetickej účinnosti. K získavaniu tepla zo spaľovania odpadov a tuhých fosílnych palív pribúdajú aj zdroje kombinovanej výroby elektriny a tepla (KVET).
  3. 3. generácia: Horúcovodný systém nahradil teplovodný s teplotou nižšou ako 100 °C v prívodnom potrubí. Táto generácia priniesla určitý stupeň prefabrikácie - predizolované potrubia, nové materiálové a konštrukčné vyhotovenia jednotlivých komponentov SCZT - výmenníky tepla s vysokými výkonmi, kompaktné domové odovzdávacie stanice tepla, meranie a reguláciu prevádzkových parametrov v týchto sústavách. Ku klasickým zdrojom tepla spaľujúcim fosílne palivá pribúdajú kogeneračné jednotky, zdroje tepla na spaľovanie biomasy, využívajú sa solárne systémy a odpadové teplo z priemyselných procesov.
  4. 4. generácia: Ide o obdobie najbližších troch desaťročí. Cieľom je prechod na nový energetický systém bez spaľovania fosílnych palív, čím by došlo k požadovanému zníženiu emisií skleníkových plynov. Plánuje sa s KVET, väčším využívaním odpadového tepla z priemyselných procesov, aplikáciou zdrojov tepla využívajúcich obnoviteľnú energiu a novinkou je snaha o využívanie tepla z výpočtových stredísk. Cieľom je zvýšiť energetickú účinnosť sústavy znížením tepelných strát v sieti a dodávať teplo budovám s nízkou potrebou energie.

Záver

Vládne organizácie po celom svete si uvedomujú nielen výhody, ktoré so sebou SCZT prinášajú, ale aj to, aký majú potenciál pre budúcnosť. Historický vývoj od jednoduchých ohnísk až po moderné systémy diaľkového vykurovania svedčí o neustálom hľadaní efektívnejších a udržateľnejších spôsobov zabezpečenia tepelného komfortu.

tags: #vyuzivanie #koksu #na #vykurovanie #historia