Tepelný komfort je zabezpečovaný sústavami zásobovania tepelnou energiou prakticky dve tisícročia. Spätný pohľad do histórie nám umožňuje získať ucelený obraz o sústavách centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) od ich vzniku a aplikácií v malých okrskoch dedín až po výrobu a distribúciu tepla v sídliskách veľkomiest.
Počiatky centralizovaného zásobovania teplom
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 roku 1332-1334 bol vo francúzskej obci Chaudes-Aigues 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 s
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.
Rozvoj a industrializácia SCZT
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 distributérom 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 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. Tieto severské štáty spolu s Islandom sú typické rozvinutými SCZT a sú priekopníkmi v oblasti používania obnoviteľných zdrojov energie (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.
História 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 ropnej 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. Podobne 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. 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.
Generácie SCZT
História SCZT sa dá rozdeliť do niekoľkých generácií, ktoré odrážajú technologický pokrok a zmeny v prístupe k výrobe a distribúcii tepla.
1. generácia: Parné sústavy
Toto obdobie možno charakterizovať ako éru parných sústav. Energetická účinnosť týchto 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. generácia: Horúcovodné systémy
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. generácia: Teplovodné systémy s nižšou teplotou
Horúcovodný systém nahradil teplovodný s teplotou nižšou ako 100 °C v prívodnom potrubí. Táto generácia so sebou 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. generácia: Inteligentné tepelné siete
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.
Koks ako palivo v SCZT a priemysle
Koks je pevný uhlíkový zvyšok odvodený od nízkopopolnatého nízkosírneho čierneho uhlia, z ktorého sú odstránené prchavé zložky v koksárenskej batérii bez prístupu kyslíka pri teplotách 1000 °C. Pri spaľovaní uhlia vzniká oxid uhličitý spolu s premenlivým množstvom oxidu siričitého a oxidov dusíka v závislosti od kvality spracovávaného uhlia. Emisie z uhoľných elektrární predstavujú najväčší umelý zdroj oxidu uhličitého, čím výrazne prispievajú ku globálnemu otepľovaniu.
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. V minulosti sa používal aj svietiplyn, ktorý vznikal pri karbonizácii uhlia. Čierne uhlie sa karbonizuje pri zohrievaní približne až na tisíc stupňov Celzia bez prístupu vzduchu. Karbonizácia hnedého uhlia prebieha pri nižších teplotách a zároveň so svietiplynom sa uvoľňuje zmes vodíka, metánu a oxidu uhoľnatého. Kameňom úrazu svietiplynu i koksárenského plynu je oxid uhoľnatý obsiahnutý v nich.
Vývoj koksárenských pecí a technológií
V priebehu storočí sa koksárenské pece vyvinuli z jednoduchých konštrukcií úľov na moderné pece na výrobu vedľajších produktov. Skoré pece boli neefektívne a škodlivé pre životné prostredie, do atmosféry uvoľňovali uhoľný plyn a decht. Pracovníci tento proces riadili manuálne, takže bol náročný na prácu a nebezpečný.
Koncom 19. storočia pece na vedľajšie produkty zachytávali prchavé látky vznikajúce pri koksovaní. Uhoľný plyn mohol byť presmerovaný na vykurovanie alebo osvetlenie, zatiaľ čo decht sa spracovával na chemikálie, liečivá a farbivá. Vonkajšie vyhrievané pece poskytovali lepšiu kontrolu teploty, čím sa získaval kvalitnejší koks. V 20. storočí ďalšie inovácie zahŕňali mechanické prikladanie, automatizované vykladanie a vylepšené techniky miešania uhlia. Najnovšie technológie ako Coke Dry Quenching (CDQ) znižujú spotrebu vody a rekuperujú teplo na výrobu pary alebo elektriny, čím zosúlaďujú výrobu s modernými cieľmi udržateľnosti.
Moderné koksárenské pece sú viac než len pece; sú to aj závody na chemickú regeneráciu. Počas procesu koksovania vznikajú rôzne vedľajšie produkty, vrátane uhoľného plynu, dechtu, benzénu a amoniaku. Namiesto vypúšťania týchto látok do atmosféry ich teraz pokročilé zariadenia zachytávajú a zušľachťujú.
Význam koksu v priemysle
Primárnou vlastnosťou zlievarenského koksu je jeho mechanická pevnosť. Koksové lôžko musí vydržať hmotnosť surovín v peciach bez drvenia. Vysoká pevnosť zaisťuje správne prúdenie vzduchu a rovnomerné rozloženie tepla, čo je kľúčové pre efektívne tavenie. Zlievárenský koks musí mať tiež nízky obsah síry a popola.
Zlievárenský koks je ústredným prvkom mnohých priemyselných aplikácií. Jeho najvýznamnejšie využitie je pri výrobe ocele, kde pôsobí ako palivo aj redukčné činidlo vo vysokých peciach. Koks sa používa ako palivo a redukčné činidlo, okrem iného aj vo vysokej peci.
tags: #vyuzivanie #koku #na #vykurovanie #historia