ENERGIE BIOMASY - Střední průmyslová škola strojní a ...

ENERGIE BIOMASYBiomasa vzniká jako důsledek dopadající sluneční energie. Je definována jakosubstance organického původu, která se přímo vyrábí, nebo se jedná o odpady zezemědělské, potravinářské nebo lesní produkce.Přírodní podmínkyV přírodních podmínkách ČR lze využívat biomasu v následujících kategoriích:Biomasa odpadní:Rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny -řepková akukuřičná sláma, obilná sláma, seno, zbytky po likvidaci křovin a náletových dřevin,odpady ze sadů a vinic, odpady z údržby zeleně a travnatých ploch.• Lesní odpady (dendromasa) -po těžbě dříví zůstává v lese určitá částstromové hmoty nevyužita (pařezy, kořeny, kůra, vršky stromů, větve,šišky a dendromasa z prvních probírek a prořezávek).• Organické odpady z průmyslových výrob -spalitelné odpady zdřevařských provozoven (odřezky, piliny, hobliny, kůra), odpady zprovozů na zpracování a skladování rostlinné produkce (cukrovary),odpady z jatek, mlékáren, lihovarů, konzerváren.• Odpady ze živočišné výroby -hnůj, kejda, zbytky krmiv, odpady zpřidružených zpracovatelských kapacit.• Komunální organické odpady -kaly, organický tuhý komunální odpad(TKO).Biomasa záměrně produkovaná k energetickým účelům, energetické plodiny:Dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty)Pro hodnocení produkčníObiloviny (celé rostliny) Travní porosty schopnosti jednotlivých regionů sloužíLignocelulózové (sloní tráva, chrastice, trvalé travníporosty) Ostatní rostliny (konopí seté, bonitace zemědělského půdního fondu.čirok, křídlatka, šťovík krmný, slézZákladní oceňovací a mapovacítopolovka)Řepka olejná, slunečnice, len, dýně na jednotkou jeOlejnatésemenoBPEJ –bonitovaná půdně ekologickáŠkrobno-cukernatéjednotka určená pětimístným kódem.Brambory, cukrová řepa, obilí (zrno),topinambur, cukrová třtina, kukuřiceTabulka1:Energetické plodiny.Příklad: 3 01 00, první místo je pro klimatický region -KR, druhé a třetí místo jepro hlavní půdní jednotku-HPJ,ze čtvrtého místa vyčteme svažitost a expozicivůči světovým stranám a z pátéhomísta určíme skeletovitost a hloubkupůdního profilu.

Obrázek1:Zpracování odpadní biomasy štěpkovánímMožnosti využití a přehled technologiíZ energetického hlediska lzeenergii z biomasy získávat téměřvýhradně termo-chemickou přeměnou,tedy spalováním. Výhřevnost je dánamnožstvím tzv. hořlaviny (organickáObrázek2:Možnosti využití biomasy. část bez vody a popelovin, směshořlavých uhlovodíků -celulózy, hemicelulózy a ligninu). Biomasa je podle druhuspalována přímo, nebo jsou spalovány kapalné či plynné produkty jejího zpracování.Od toho se odvíjejí základní technologie zpracování a přípravy ke spalování:Termo-chemickápřeměnaBiochemickápřeměnaMechanickochemickápřeměnaPřímé spalování a zplyňováníBiomasa je v současnostivyužívána zejména decentralizovaně vlokálních topeništích a malých kotlích vrodinných a bytových domech(palivové a odpadní dřevo), v menšímíře i ve větších zdrojích (průmyslovézdroje v dřevozpracujícím i jinémprůmyslu, blokové kotelny, zdrojeCZT).Spalování-suchá biomasa je velmi složité palivo, protože podíl částízplyňovaných při spalování je velmi vysoký. Vzniklé plynymají různé spalovací teploty. Proto se také stává, že veskutečnosti hoří jenom část paliva.Dřevoplyn -ze suché biomasy se působením vysokýchteplot uvolňují hořlavé plynné složky, tzv. dřevoplyn.Jestliže je přítomen vzduch, dojde k hoření, tj. jde o prostéspalování. Pokud jde o zahřívání bez přístupu vzduchu,odvádí se vzniklý dřevoplyn do spalovacího prostoru, kdese spaluje obdobně jako jiná plynná paliva. Část vznikléhotepla je použita na zplyňování další biomasy. Výhodou jesnadná regulace výkonu, nižší emise, vyšší účinnost.štěpky ve výtopně Schenkenfelden,Horní Rakousko.pyrolýza (produkce plynu, oleje)zplyňování (produkce plynu)fermentace, alkoholové kvašení(produkce etanolu)anaerobní vyhnívání, metanovékvašení(produkce bioplynu)lisování olejů (produkce kapalnýchpaliv,oleje) esterifikace surových bioolejů(výrobabionafty a přírodních maziv)štípání, drcení, lisování, peletace,mletí(výroba pevných paliv)Obrázek3:Kotel na spalování dřevní

Vliv vlhkosti na výhřevnost biomasyVýhřevnost dřeva je srovnatelná s hnědým uhlím. U rostlinných paliv všakkolísá podle druhu a vlhkosti, na kterou jsou tato paliva citlivá. Čerstvě vytěženédřevo má relativní vlhkost až 60 %, dobře proschlé dřevo na vzduchu má relativnívlhkost cca 20 %; pod střechou sníží svůj obsah vody na 20 % za půl až jeden rok.Dřevěné brikety mohou mít relativní vlhkost od 3 do 10 %, podle kvality lisování.Pro spalování štěpek je optimální vlhkost 30 - 35 %. Při vlhkosti nižší máhoření explozivní charakter a mnoho energie uniká s kouřovými plyny. Při vyššívlhkosti se mnoho energie spotřebuje na její vypaření a spalování je nedokonalé. Prospalování dřeva lze doporučit vlhkost cca 20 %.JEDNOTKA NÁZEV VÝZNAMplm plnometr = m3 krychle o hraně 1 m vyplněná dřevem bez mezer, 1 m3 skutečné dřevní hmoty ("bez děr")prmprostorový metr = m3 p. o.(tedy "prostorového objemu")krychle o hraně 1 m vyplněná částečně dřevem s mezerami, čili 1 m3 složeného dřevaštípaného nebo neštípaného ("s dírami"), např. dřevo v lese složené do "metrů"prms prostorový metr sypaný 1 m3 volně loženého sypaného (nezhutňovaného) drobného nebo drceného dřevaTabulka2:Jednotky a termíny pro objemové značení dřevní hmoty.V praxi používanývýraz "kubík" většinou znamená plm.DruhpalivaDřevoobecněObsahvodyVýhřevnost[%] [MJ/kg]20 14,23[kg/m3]=[kg/plm]Měrné hmotnosti[kg/prm][kg/prms]Buk 15 670 469 275Dub 15 685 480 281Borovice 15 517 362 212Smrk 15 455 319 187Listnatédřevo15 14,605 678 475 278Jehličnatédřevo15 15,584 486 340 199Polena(měkké 20 14,28 400dřevo)Dřevníštěpka30 12,18 210Slámaobilovin10 15,49 120 (balíky)Slámakukuřice10 14,40 100 (balíky)Lněnéstonky10 16,90 140 (balíky)Slámařepky10 16,00 100 (balíky)Obrázek4:Automatický kotel s podáváním palivana peletky.Tabulka3: Výhřevnost biomasy.

Bio-chemická přeměnaBioetanol - Fermentací roztoků cukrů je možné vyprodukovat etanol(etylalkohol). Vhodnými materiály jsou cukrová řepa, obilí, kukuřice, ovoce nebobrambory. Cukry mohou být vyrobeny i ze zeleniny nebo celulózy. Teoreticky lze z 1kg cukru získat 0,65 l čistého etanolu. V praxi je však energetická výtěžnost 90 až95%.Fermentace cukrů může probíhat pouze v mokrém (na vodu bohatém)prostředí. Vzniklý alkohol je nakonec oddělen destilací a je vysoce hodnotnýmkapalným palivem pro spalovací motory. Jeho přednostmi jsou ekologická čistota aantidetonační vlastnosti. Nedostatkem etanolu jako paliva je schopnost vázat vodu apůsobit korozi motoru, což lze odstranit přidáním antikorozních přípravků.V USA probíhají výzkumy výroby etanolu z celulózy pomocí speciálněvyšlechtěných mikroorganismů. Etanol lze pak získat i ze dřeva, slámy nebo sena.Etanol pro spalovací motory je hojně využíván v Mexiku.Skládkové plyny -na skládkách TKO dochází ke složitým biologickýmpochodům, důsledkem je tvorba skládkového plynu. Složení plynu se mění vprůběhu let. Průměrné množství TKO na jednoho obyvatele na rok je asi 310 kg. Ztoho množství je přibližně 35 % organického původu a z něhož lze odhadovatpřibližnou produkci 0,3 m 3 /kg.Bioplyn - Při rozkladu organických látek (hnůj, zelené rostliny, kal z čističek) vuzavřených nádržích bez přístupu kyslíku vzniká bioplyn. Tento proces, kdy seorganická hmota štěpí na anorganické látky a plyn, vzniká díky bakteriím pracujícímbez přístupu kyslíku (anaerobně). Rozkládání víceméně odpovídá procesůmprobíhajícím v přírodě s tím rozdílem, že v přírodě probíhají i za přítomnosti kyslíku(aerobní procesy). Proto jsou meziprodukty těchto procesů odlišné a také chemickésložení konečných produktů se liší. Zbytky vyhnívacího procesu jsou vysocehodnotným hnojivem nebo kompostem.Bioplyn obsahuje cca 55 -70 % objemových procent metanu, výhřevnost seproto pohybuje od 19,6 do 25,1 MJ/m 3 . V zemědělství se v největší míře využívákejda (tekuté a pevné výkaly hospodářských zvířat promísené s vodou), případněslamnatý hnůj, v menší míře sláma, zbytky travin, stonky kukuřice, bramborová nať(obtížnější zpracování). Bioplynový potenciál v hnoji závisí na obsahu sušiny a nasložení a strávení potravy.V bioplynové stanici se biomasa zahřívá na provozní teplotu vevzduchotěsném reaktoru, kde zůstávápevně stanovenou dobu zdržení(většinou experimentálně ověřenou).Optimální teplotní pásma jsou vázánana různé kmeny bakterií:Druhy bakterií Teplota fermentovaného materiálu [°C]Bakteriepsychrofilní15 -20Bakterie mezofilní 37 -43Bakterie termofilní 55Tabulka4:Optimální teplotní pásma anaerobních bakterií.

Obrázek5:Kontinuální systém na zpracování kejdy,Dánsko.Obrázek6:Schéma bioplynové stanice, kontinuálnísystém.Popis zařízení: 1 -odvod bioplynu, 2 -přepad kalu, 3 -zásobník odplyněné kejdy, 4 -nová sběrná nádrž, 5 –kalovéčerpadlo, 6 plynojem, 7 -vodní uzávěr, 8 -připojení ke stávajícímu dálkovému vytápění, 9 -teplo z kogeneračníjednotky, 10 -kogenerační vytápění, 9 -teplo z kogenerační jednotky, 10 -kogenerační jednotka, 11 -dmychadlo,12 -elektřina z kogenerační jednotkyMechanicko-chemická přeměnaBionafta - Z řepkového semene se lisuje olej, který se působenímkatalyzátoru a vysoké teploty mění na metylester řepkového oleje, jenž jepoužitelný jako bionafta. Nazývá se "bionafta první generace". Protože výrobametylesteru je dražší než běžná motorová nafta, mísí se s některými lehkými ropnýmiprodukty, nebo s lineárními alfa-olefiny, aby jeho cena mohla konkurovat běžnémotorové naftě. Tyto produkty se nazývají "bionafty druhé generace", musíobsahovat alespoň 30 % metylesteru řepkového oleje, zachovávají si svoubiologickou odbouratelnost a svými vlastnostmi, jako je např. výhřevnost, se vícepřibližují běžné motorové naftě. Jejich výroba se řídí ČSN 656507, kterápojednává o výrobě biopaliv. Motory musí být pro spalování bionafty přizpůsobeny(např. pryžové prvky).

Pěstování biomasy proenergetické účelyDruh energetické plodiny jeurčován mnoha faktory: druhempůd, způsobem využití a účelem,možností sklizně a dopravy,druhovou skladbou v okolí. Předemse musí porovnat náklady napěstování a na výrobu (spotřebuenergie) a výnosu (zisku) energie.Z bylin jsou zajímavé rostlinyprodukující cukr, škrob nebo olej.Například brambory, cukrová řepa,slunečnice a zejména řepka (řepkovýolej se zpracovává na naftu amazadla, řepková sláma se použije kespálení). Řepková sláma má vyššívýhřevnost 15 - 17,5 GJ/t oprotiobilné slámě, u které počítáme svýhřevností 14,0 - 14,4 CJ/t.Z víceletých rostlin je známákřídlatka sachalinská (Reynoutriasachalinensis Nakai), která dosahujevysokých výnosů 30 - 40 t sušiny zha. Velmi diskutovanou energetickourostlinou je sloní tráva (Miscanthussinensis). Výhodné je pěstováníkonopi setého (Cannabis sativa L.), neboť nevyžaduje žádné ošetření v průběhuvegetace. V Evropě dosahuje výšky až 4 m a výnosu hmoty 6 -15 t suché hmoty z ha.Konopí je jednoletá rostlina, ale na stanovišti vydrží, pokud se vysemení, mnoho let(odtud např. Konopiště).Nejvhodnější rychlerostoucí dřeviny (RRD) jsouplatany, topoly (černý, balzamový),pajasany (žláznatý), akáty, olše azejména vrby , které jsou vhodnéhlavně pro hydromorfní půdy podélvodotečí, kde lze uplatnit i domácítopol černý. Obmýtní doba je 2 až8 vegetačních období, životnostPlodina/termín Výhřevnost Vlhkost Výnos [t/ha][MJ/kg] [%] min. prům. opt.Sláma obilovin(VII-X)14 15 3 4 5Sláma řepka(VII)13,5 17-18 4 5 6Energetickáfytomasa -orná 14,5 18 15 20 25půda (X-XI)Rychlerostoucídřeviny -zem. 12 25-30 8 10 12půda (XII-II)Energetickéseno -zem. půda 12 15 2 5 8(VI;IX)Energetickéseno -horské 12 15 2 3 4louky (VI;IX)Energetickéseno -ostatní 12 15 2 3 4půda (VI-IX)Rychlerostoucídřeviny -antropogenní12 25-30 8 10 12půda (XII-II)Jednoletérostliny -antropogenní14,5 18 15 17,5 20půda (X-XI)Energetickérostliny -antropogennípůda (X-XII)15 18 15 20 25Tabulka 5: Orientační klíčová čísla pro výhřevnost, výnosy, dobusklizně a sklizňovou vlhkost energetické fytomasy. (Zdroj:VÚRV.)Obrázek7: Sklizeň konopí,Unhošť.

plantáže je 15 -20 let. Speciální vyšlechtěné klony mají výtěžnost až 15 -18 t sušinyna ha, v našich podmínkách se dosahuje roční výtěžnosti 10 t/ha. Je třebarespektovat zákon č. 114/92 Sb. o ochraně přírody a krajiny (cizí rostliny a dřeviny).[1] Beranovský, J. a kol.: Metody hodnocení vhodnosti a výtěžnosti OZE pro účelyenergetických bilancí a energetické statistiky a pro účely regionálního územníhoplánování a energetických generelů. ČEA, EkoWATT, Praha, 2000.[2] Hančarová, D.: Zpracování kejdy. ÚVTIZ, č. 5,1991.[3] Kára, J., Adamovský, R.: Praktická příručka - obnovitelné zdroje energie. MZE ČR,Praha, 1993.[4] Kára, J. a kol.: Program zaměřený na zvyšování energetické účinnosti adosažení energetických úspor v zemědělském a potravinářském komplexu.VÚZT Řepy,1992.[5] Kára, J., Šrámek, V., Hutla, P., Stejskal, F., Kopická, A.: Využití biomasy proenergetické účely. ČEA, Praha,1997.[6] Knápek, J., Vašíček, J., Havlíčková, K.: Ekonomická efektivnost pěstováníbiomasy pro energetické účely. ČVUT Praha, VÚKOZ, Průhonice, 2001.[7] Kol. autorů: Katalog firem 2002 -2003, obnovitelné zdroje energie. EkoWATT,Praha, 2002.[8] Kol. autorů: Energie -kde ji vzít? EkoWATT, Praha, 1993. ISBN 87-87669-74-1.Dotisk EkoWATT, Praha,1995.[9] Kol. autorů: Využití biomasy pro energetické účely. ČEA, Praha, 1997.[10] Kol. autorů: Využití biomasy k energetickým účelům. Studie VTR, ÚVTIZ, č. 19,1986.[11] Pastorek, Z. a kol.: Využití odpadní biomasy rostlinného původu. Metody prozemědělskou praxi č. 12/1999. ÚVTIZ, MZE ČR, Praha, 1999.[12] Pázral, E., Kára, J., Kotková, J., Svobodová, V.: Kombinované energetickésystémy s využitím obnovitelných zdrojů energie. ČEA, Praha, 1997.[13] Pažout, F., Hutla, P.: Praktická příručka obnovitelné zdroje energie 3/1993. MZEČR, Praha, 1993.[14] Simanov, V.: Dříví jako energetická surovina. MZE ČR, Praha, 1993.[15] Trnobranský, K., Valentová, M., Dufour, R.: Energetické využívání dřevníchodpadů. ČEA, Praha, 1998.ÚSPORNÁ OPATŘENÍ V BYTOVÝCH DOMECHÚspory a rekonstrukce: dvě mouchy jednou ranouMnoho bytových domů, zejména panelových, stojí před rekonstrukcí. Spojitopravu pláště či novou fasádu se zateplením je na první pohled zjevně výhodné.

Snížení spotřeby tepla se ihned projeví v peněženkách obyvatel; hodnotaopraveného domu se zvýší a měly by poklesnout náklady na odstraňování poruch.Jak ale postupovat, aby výdaje na rekonstrukci přinesly maximální efekt?Zateplování zdivaTeplo z domu uniká dvojím způsobem: jednak prostupuje stěnami a okny ajednak uniká se vzduchem, a to nejen při větrání, ale i když jsou okna zavřena.Průniku tepla obvodovým pláštěm budovy nelze nikdy zcela zabránit (to by bylo protifyzikálním zákonům), ale lze ho značně snížit. Stejně jako si v chladných dnechoblékáme svetr a kabát, můžeme i dům opatřit izolací. Je to efektivnější, než topit atopit.Pro většinu budov je vhodnější použít venkovní zateplení. Zejména upanelových domů je to i účinná cesta k prodloužení životnosti domu. Zateplení chránív zimě před mrazem a v létě před slunečním žárem, takže klesne namáhání pláštěbudovy tepelnou roztažností. Ocelové spojovací prvky jsou více chráněny předpovětrností a tedy i před korozí. Pozor však na nesprávný návrh zateplení, kdynaopak dojde ke kondenzaci vody v konstrukci, která korozi ocelových prvků urychlí!Zateplením se eliminují i tepelné mosty ve spárách mezi panely a při správnémnávrhu i u okenních otvorů.Vnější kontaktní zatepleníJedná se o často používanou technologii, která je mnohdy i nejlevnější.Spočívá v nalepení desek z polystyrenu nebo minerální vaty na stěnu. Desky jsoupřikotveny hmoždinkami (jak kvůli jejich hmotnosti, tak kvůli sacímu efektu větru,který by je mohl odtrhnout). Na izolant se nanáší stěrková omítka, která je na výběr vmnoha barvách i strukturách povrchu. Nová stěna nemusí být hladká, lze ji doplnitřímsami, šambránami, pilastry i složitějšími sádrovými odlitky či polystyrenovýmiprofily. Venkovní zateplení lze tedy použít i pro cihlové domy se složitější, alepamátkově nevýznamnou fasádou.Důležité je, aby jednotlivé prvky (izolant, lepicí a omítkové hmoty, lišty,hmoždinky a další) tvořily dohromady systém se zaručenými parametry. Kombinovatrůzné prvky vybírané způsobem "aby to moc nestálo" se nemusí vyplatit -v zateplenímohou vznikat trhliny, životnost může být kratší a případná reklamace bude velmisložitá.Zateplení s předsazenou fasádouBudova se opatří novoufasádou, která je upevněna na nosnékonstrukci kotvené do původní stěny.Do vzniklého prostoru se vložítepelná izolace tak, aby mezi ní a1. fasádní deska 3., 4. tepelná izolace2. laťový rošt se vzduchovou 5. stěnaObrázek1: mezerou Zateplení s předsazenou 6. vnitřní omítka

vnějším pláštěm zůstala ještě větraná vzduchová mezera. Výhodou je, že toutomezerou může unikat vlhkost pronikající z interiéru, takže riziko trvalé kondenzace sevýrazně snižuje.Nová fasáda může být z nejrůznějších materiálů hliníkových či plastovýchlamel, betonových tvarovek, dřeva, mramoru atd. Podle hmotnosti vnější fasády sevolí nosný systém, vždy ale tak, aby tvořil minimální tepelný most. Špatný návrhmůže zhoršit izolační efekt; v nejhorším případě může dokonce tepelnými mostyunikat tolik tepla, kolik ho zadrží okolní izolace.Výhodou tohoto systému je možnost demontáže a opětného použití -napříkladrozhodneme-li se přistavět nové křídlo budovy. Rovněž opravy jsou snazší.Vnitřní zatepleníV případě, že fasáda domu je památkově cenná, lze uvažovat o vnitřnímzateplení. Velkou nevýhodou je to, že stavební práce probíhají v bytě a že se plochabytu sníží. Podmínkou je samozřejmě kvalitní návrh i realizace zateplení. Vnitřnízateplení může spočívat v přizdění stávající zdi tepelně-izolačním materiálem,omítnutí speciální omítkou nebo i ve vybudování nové vnitřní stěny s izolací vmeziprostoru. Uvědomíme-li si, že pro vnější zateplení se běžně používá izolace vsíle 15 až 20 cm, je zřejmé, že vnitřní zateplení bude vždy kompromisem mezipožadavkem na úsporu tepla a velikostí obytného prostoru.Na co si dát pozorVždy platí, že návrh (projekt) zateplení je lepší svěřit odborníkům. Dokonce ina první pohled stejné paneláky se ve skutečnosti často liší právě stavebníkonstrukcí.Zejména při vnitřním zateplení je třeba mít kvalitní návrh, protože zde se dázkazit opravdu hodně. Špatné zateplení může ohrozit funkci domu (destrukce zdípromrzáním, hnití zhlaví stropních trámů) i zdraví jeho obyvatel (růst plísní v bytě).Při vnějším zateplení je rizikem hlavně nekvalitní provedení (časté je špatnépřilepení výztužné síťoviny), které později vede třeba k praskání omítek. Dále se přirealizaci podceňuje důsledné izolování celé vnější plochy -okenních ostění, nadpražía parapetů, hran štítových panelů atd. To může později působit poruchy v konstrukci.Většinou se vyplatí vybrat pro montáž zateplení firmu, která má zkušenosti,vyžádat si seznam referenčních zakázek, prověřit, jak tyto zakázky vypadajídoopravdy a jak firma dodržuje smluvní podmínky, termíny a kvalitu (např. má-licertifikaci výrobce zateplovacího systému).Tepelná pohodaZateplením stěn dojde vždy i ke zvýšení jejich povrchové teploty na vnitřnístraně. To má vliv na tepelnou pohodu -čím jsou stěny chladnější, tím je pobyt méněpříjemný a naopak (to je také důvod, proč je teplo kachlových kamen vnímáno jako

velmi příjemné). V konečném důsledku můžeme v dobře zateplené místnostiudržovat o něco nižší teplotu vzduchu, aniž bychom pociťovali chladno. To opět vedeke snížení spotřeby energie (snížení teploty o 1°C představuje úsporu tepla cca 6%).Izolování stropů a střechyPloché střechy jsou právě u panelových budov častým zdrojem poruch.Nutnost nové krytiny je příležitostí zamyslet se i nad tepelnou izolací.Jednoplášťové střechyMezi stropní konstrukcí avnější spádovou vrstvou je tepelnáizolace většinou z lehčenýchstavebních materiálů (škvárobeton,křemelinové desky atd.).Dodatečnou tepelnou izolaci jetedy nutno dát na horní povrch.Pokud je překryta novouhydroizolací, je tu riziko prošlápnutínebo proražení, protože tepelnáizolace je většinou měkčí. Proto ses oblibou používá systém tzv.obrácené střechy. Původníkrytina je opravena nebo nahrazena novou a na ní je kladena tepelná izolace,překrytá vrstvou kamínků, dlažbou kladenou nasucho nebo jiným způsobem, kterýmvoda může pronikat. Pokud střecha snese větší přitížení, lze uvažovat i o "zelenéstřeše", tj. překrytí vrstvou zeminy a osázení vhodnými (suchomilnými) rostlinami.Výhodou je, že hydroizolace není namáhána teplotními výkyvy, povětrností ani UVzářením, což zvyšuje její životnost.Jinou možností je opatřit střechu nástřikem polyuretanové (PUR) pěny, kteráfunguje jako izolace proti vodě i proti chladu. Nástřikem se vytvoří souvislá vrstva,která vyřeší i problematická místa, jako napojení komínků, atik, výtahových nástavebatd. Je také možné převést konstrukci na střechu dvouplášťovou, což je sice dražší,ale o to levnější jsou pozdější opravy a údržba.Obrázek2:Zateplování jednoplášťové střechy a tzv. obrácená střecha.Dvouplášťové střechyV prostoru mezi stropníkonstrukcí a střešním pláštěm jevzduchová mezera, většinouodvětraná (otvory v atice). TutoObrázek3:Zateplování dvouplášťové střechy.

mezeru je možno využít pro instalaci teplené izolace. Někdy lze do prostoru nafoukatsypkou izolaci, např. z papírových vloček. Je-li mezera příliš malá (nevejde sedostatečná tloušťka izolantu) je možno sejmout vnější střešní plášť a zvýšit spádovéklíny, na kterých ležel. Do vzduchové mezery pak vložit izolaci a střešní plášťinstalovat zpět. Vždy je vhodné provést izolaci tak, aby ve vzduchové mezeře zůstalodost volného místa, aby mohla stále větrat.Dvouplášťové střechy je ovšem možno izolovat i shora, podobně jakojednoplášťové, ovšem za cenu značného snížení účinku vrstvy tepelné izolace.Ploché střechy jsou z principu navrženy tak, aby se dovnitř nedostala voda. Toale bohužel často současně znamená, že se ani nemůže dostat ven -ať už se tamdostala zatékáním nebo difúzí.Izolování vnitřních konstrukcíV panelových domech jde zejména o strop technického podlaží, který lzepoměrně snadno izolovat. Izolace může být nalepena na strop, případně zakrytapodhledem. Je to místo, kde lze s poměrně malými náklady ušetřit poměrně hodněenergie.Někdy je vhodné zateplit i stěny z bytů na schodiště, do zádveří nebo jinýchprostor s nižší teplotou. Zde je výběr izolačních materiálů omezen i požadavkem napožární bezpečnost. Vždy platí zásada, že se konstrukce izoluje z ochlazovanéstrany.Meziokenní izolační vložky (MIV)Mnoho panelových domů je řešeno tak, že mezi oknyjsou lehké konstrukce s dřevěným rámem, zvenku nejčastějiopláštěné sklem, plechem nebo cementotřískovými deskami.Většinou jsou ve špatném stavu, způsobeném vnitřníkondenzací vlhkosti. Při výměně oken dochází k jejich dalšímupoškození, proto je nutná výměna spolu s okny. MIV jeObrázek4:Zasklení lodžií.možno nahradit novým výrobkem obdobné konstrukce,ovšem se silnější vrstvou izolantu.Pokud to statika domu dovolí, je také možno nahradit je vyzdívkou z lehkýchmateriálů, která bude zateplena stejně jako parapetní panely. Toto řešení umožnísnížit velikost nových oken a tedy i náklady -interiéry však musí mít dostatek denníhosvětla!Jsou-li MIV v dobrém stavu a ponechají-li se původní okna, může se přizateplování panelů instalovat izolace i na MIV. Protože jde o lehkou konstrukci, jezde izolant většinou silnější. Toho se někdy využívá tak, že se izolantem zcelavyrovná rozdílná tloušťka parapetního panelu a MIV. Budova pak získá novou tvář -okna a MIV již netvoří souvislé pásy.

Zasklení lodžiíV některých typech panelových domů jsou zapuštěné lodžie, které je možno zasklít.Tím se vytvoří zóna teplejšího vzduchu, která izoluje přilehlou stěnu a okna. Přiorientaci jižním směrem se zvýší tepelné zisky přilehlé místnosti; podmínkou jejichvyužití je však termostatický ventil na radiátoru nebo jiná vhodná regulace vytápění.V přechodném období je možno lodžii užívat jako obytnou místnost. Pokud je alelodžie vyhřívaná schválně otevřenými dveřmi a okny -třeba kvůli pěstovanýmkvětinám -účet za teplo nám silně naroste. Úspora tepla zasklením lodžií tedy silnězávisí na chování uživatele. Pokud je zasklení trvale pootevřené, může být výsledeknulový. Je-li zasklení těsně zavřené, omezuje to výměnu vzduchu v přilehlé místnostia je nutno místnost větrat jiným způsobem.Únik tepla oknyOkny vždy uniká poměrně velké množství tepla. Vývoj v této oblasti všakzaznamenal velký pokrok, takže nová moderní okna jsou dvakrát lepší než ta, nakteré jsme u starších budov zvyklí.Výměna okenVýměna oken za nová je vždy poměrně nákladná. Rozhodneme-li se však užokna vyměnit (třeba kvůli špatnému stavu původních), neměli bychom šetřit nanesprávném místě. Tím je zasklení. Okna jsou nabízena s různými typy dvojskel,přičemž rozdíl mezi nejlevnějším a nejdražším typem je asi 20 % ceny okna. Naprotitomu rozdíl v izolační schopnosti je až dvojnásobný. Měli bychom tedy vždy dátpřednost kvalitnímu dvojsklu s mezerou mezi skly plněnou argonem nebo jinýminertním plynem. Důležité je, aby vnitřní sklo dvojskla bylo opatřeno pokovením(selektivní vrstvou), které dokáže odrážet teplo zpět do místnosti.Současná tzv. eurookna se vyznačují poměrně tenkým rámem, který vyžadujesprávné osazení do zdi. Pokud nejsou okenní ostění, nadpraží a parapety důsledněizolovány, vzniká okolo oken výrazný tepelný most, kterým uniká velké množstvítepla. U panelových domů je navíc ještě v okraji okenního otvoru přerušena tepelnáizolace. Případné vnější zateplení zdiby tedy mělo přesahovat i na rámy. Jedobré si uvědomit, že v současné doběizoluje většina dřevěných a plastovýchrámů tzv. eurooken hůře než kvalitnídvojsklo!Pokud chceme nahradit špaletová okna, jesoučinitel prostupu tepla U [W/m2.K]špaletové okno s obyčejným zasklením 2,7dřevěné okno s dvojitým obyčejným zasklením 2,8"eurookno" s běžným izolačním dvojsklem 2,8"eurookno" s izolačním dvojsklem s mezeroumezi skly plněnou argonem a s pokovením1,8 -1,3repasované špaletové okno, zasklení s pokovením 1,9 -2,1Tabulka1:Parametry oken.vhodné nechat vyrobit nové okno obdobné konstrukce, které má ovšem vnější křídlozasklené kvalitním izolačním dvojsklem.Repase okenJestliže jsou stávající okna v dobrém stavu, lze uvažovat

o jejich repasi. Ta spočívá v opravě poruch, případně výměně závěsů a kování,instalaci těsnění a zejména výměně vnitřního skla. U menších křídel, která snesouvětší zatížení, lze instalovat izolační dvojsklo. Jinak se vnitřní sklo vymění za nové, spokovením, které odráží tepelné záření do místnosti. Součinitel prostupu tepla se taksníží přibližně o čtvrtinu.Únik tepla větracím vzduchemPro dobrý pocit osob a z hygienických důvodů je nutno větrat všude tam, kdese zdržují lidé. To znamená, že vzduch v místnosti by se měl zcela vyměnit každédvě hodiny. Ve většině domů je toto větrání zajištěno tzv. přirozeným způsobem, tedypronikáním studeného vzduchu netěsnostmi mezi okenním křídlem a rámem (aúnikem teplého vzduchu horní částí oken). Intenzita tohoto větrání se přitom měnípodle venkovní teploty, síly větru a prakticky se nedá regulovat. Někdy je zbytečněvelká (při větru vlají záclony), jindy nedostatečná. Nejsou-li v bytě lidé, je toto větránínežádoucí; přitom spotřeba tepla na pokrytí ztráty tepla větráním tvoří třetinu ažpolovinu spotřeby (nezatepleného) domu. Proto má na úsporu velký vliv instalaceokenního těsnění, případně instalace nových, dobře těsněných oken.Nesmíme však nikdy zapomínat na větrání, jsou-li v domě lidé. Na trhu jsouokna, jejichž kování umožní "netěsnou" polohu nebo okna s větracím otvorem vrámu, jehož velikost se dá regulovat.Větrat je však nutno i tam, kde vzniká vlhkost (kuchyně, koupelny), aby vlhkostnepronikala do stěn, které tak poškozuje. V místě tepelných mostů (v koutechmístností) může dojít i k růstu plísní. Řešením je eliminace studených koutů vnějšímzateplením nebo zvýšením vnitřní teploty a větší intenzitou větrání.Nová okna znamenají prakticky vždy zvýšení komfortu, třeba i kvůli sníženíhluku z venkovního prostoru.Ve vyšších panelových budovách je kromě větrání okny zajištěna výměnavzduchu také nuceným větráním centrální šachtou. U starších objektů je tentosystém v provozu nepřetržitě. Jeho zapínáním v určitých intervalech na nezbytněnutnou dobu je možno ušetřit mnoho tepla, ale i elektrické energie pro pohonventilátorů.Úprava topného systémuZateplením či výměnou oken se sníží potřeba tepla až na polovinu. Je tedynutno upravit vytápěcí systém, aby místnosti nebyly přetápěny -tím by zatepleníztratilo smysl. Základním opatřením je přenastavení stávající (obvykle ekvitermní)regulace. Dalším krokem by měla být instalace termostatických ventilů, které zabránípřetápění a umožní využít pasivní solární zisky. Současně musí být upravenyhydraulické poměry v systému, jinak nemusí ventily fungovat správně, mohou hlučet,klapat atd. Obvykle se na patě stoupaček osazují speciální armatury, případně se

každá stoupačka nebo celý systém opatří oběhovým čerpadlem s elektronickyřízenými otáčkami.Snížení ztrát tepla v rozvodechIzolace rozvodů i armatur a ventilů má velký význam nejen u otopné soustavy,ale také u rozvodů teplé vody. V bytových domech totiž teplá voda v potrubí stálecirkuluje, i když ji zrovna nikdo nečerpá, aby byla ihned k dispozici i ve vzdálenýchčástech domu, takže se teplo ztrácí během celého dne a celého roku. Značnýchúspor lze dosáhnout prostým vypínáním cirkulace v nočních hodinách.LegislativaZákon č. 406/2000 Sb. a vyhláška č. 213/2001 Sb. vyžaduje od většíchspotřebitelů energií, aby na své budovy nechali zpracovat energetický audit. To setýká zejména bytových družstev a obcí, protože hranice roční spotřeby 35 tis. GJpředstavuje asi 500 až 700 bytů.Majitelé budov se spotřebou vyšší než 700 GJ za rok (přibližně 14 bytů) musípři případné rekonstrukci domu postupovat tak, aby spotřeba tepla po rekonstrukcivyhovovala vyhlášce č. 291/2001 Sb. To musí prokázat již při žádostio stavební povolení. Jedním z možných způsobů je nechat si zpracovatenergetický audit (který může i prokázat, že požadavky vyhlášky není možno ztechnických či ekonomických důvodů splnit). Pro památkově chráněné budovy platípožadavky vyhlášky přiměřeně.Všichni majitelé pak musí přisoučinitel prostupu tepla U požadovanárekonstrukci budovy v rozsahu, který[W/m2.K]hodnotavyžaduje vydání stavebního povolení, venkovní stěny -zdi, panely 0,38 0,25venkovní stěny -MIV 0,30 0,20splnit požadavky ČSN 730540, kterástěny a stropy k nevytápěným0,60 0,40byla v roce 2002 novelizována. V praxi prostorámploché střechy 0,30 0,20to znamená téměř vždy zateplit většinu okna nová 1,80 1,20konstrukcí budovy tak, aby vyhověly okna upravená 2,00 1,35požadavkům normy. Na projekt, který toTabulka2:VybranépožadavkyČSN730540-2.nerespektuje, by nemělo být vydáno stavebnídoporučenáhodnotapovolení. Norma definuje i tzv. energetický štítek budovy, podle kterého lze budovuhodnotit podle energetické náročnosti, podobně jako pračky nebo ledničky.Na základě zákona č. 406/2000 Sb. a vyhlášky č. 152/2001 Sb. jsou majitelébudov povinni instalovat na otopná tělesa termostatické ventily (nebo jiný systémregulace, který umožní využití solárních a vnitřních tepelných zisků), a to nejpozdějido konce roku 2004.Energetický auditEnergetický audit najde různé možnosti, jak snížit náklady na energie v domě;nemusí jít jen o zateplení, ale třeba i přechod na jiné palivo. Audit také pomůže najít

optimální tloušťku izolace, která závisí nejen na konstrukci domu, ale i na ceně tepla.Například u venkovního zateplení tvoří cena vlastního izolantu jen asi 1/4 celkovýchnákladů. Největší část v celkovém rozpočtu tvoří kotvící prvky, lišty, lepicí a omítkovéhmoty a ovšem i cena montáže a lešení. Proto není tloušťka izolace tím nejlepšímmístem, kde ušetřit na nákladech.Díky auditu se může zadavatel rozhodnout mezi různými možnostmi úspor amá záruku, že investice byla optimální a že přinese očekávaný efekt. Audit můžetaké napomoci při získávání státních dotací.Použitá a doporučená literatura[1] ČSN 730540-2[2] časopis Tepelná ochrana budov, vydává ČKAIT, Sokolská 15, 120 00 Praha 2.[3] Tichý, F., Mužík, V.: Zateplování budov. SIA, 1998.[4] Šála, J., Machatka M.: Zateplování budov v praxi. Grada, 2002.[5] Řehánek, J., Janouš, A., Kučera, P., Šafránek, J.: Tepelně technické aenergetické vlastnosti budov. Grada, 2002.[6] Barták, K.: Nejčastější problémy při rekonstrukcích domů. Grada, 1998.[7] Barták, K.: Fasády a jejich rekonstrukce. Grada, 1996.EKONOMIKAMetodicky správné hodnocení ekonomické efektivity investic projektů obnovitelnýchenergetických zdrojů (OEZ) a energetických úspor má smysl hned z několikadůvodů. Nová energetická legislativa se s ohledem na vstup ČR do EU snažívybudovat ucelený systém energetického plánování v ČR. Pro ČR však z tétoskutečnosti vyplývají závazky státu v oblasti energetiky a ŽP.EU přijala v roce 2001 zatím málo známou Směrnici Evropského parlamentu aRady "O podpoře elektřiny z obnovitelných zdrojů energie na vnitřním trhu selektřinou" . Ta předpokládá dosažení 12 % podílu OEZ na celkové domácíspotřebě energie a dosažení 22,1 % podílu elektřiny vyráběné z OEZ na celkovéspotřebě elektřiny (brutto) za EU jako celek do roku 2010.(%) (%) (TWh)Belgie 1,1 6,0 6,3Dánsko 8,7 29,0 12,9Finsko 24,7 35,0 33,7Francie 15,0 21,0 112,9Irsko 3,6 13,2 4,5Itálie 16,6 25,0 89,6Lucembursko 2,1 5,7 0,5Německo 4,5 12,5 76,4Nizozemí 3,5 12,0 15,9Portugalsko 38,5 45,6 28,3

Rakousko 72,7 78,1 55,3Řecko 8,6 20,1 14,5Spojenékrálovství1,7 10,0 50,0Španělsko 19,9 29,4 76,6Švédsko 9,1 60,0 97,5EU 13,9 22,1 674,9Tabulka1:Podíl OEZ ve výrobě elektřiny v roce 1997 a navrhovaný stav v roce 2010 v zemích EU.Kromě toho k Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu byl v listopadu 1997 vKjótu přijat Protokol, ve kterém se ČR přiřadila k zemím, které sníží celkové emiseskleníkových plynů o 8 % do období 2008 -2012 v porovnání s úrovní roku 1990.Redukce se týká všech skleníkových plynů vyjádřených ve formě tzv. agregovanýchbilancí emisí oxidu uhličitého. Česká republika svůj závazek zatím plní předevšímdíky poklesu průmyslové výroby v letech 1990 až 1997, díky změně struktury výrobya změně struktury spotřeby primárních energetických zdrojů. V časovém horizontu2013 -2017 se proto očekává, že bude přijat nový závazek požadující další sníženíemisí skleníkových plynů. Splnění tohoto nového závazku nebude pravděpodobněmožné bez aktivního přístupu v oblasti úspor energie a využívání obnovitelnýchzdrojů energie. Mezi základní pozitiva obnovitelných zdrojů patří především:• Úspora neobnovitelných zdrojů energie -fosilních paliv, které tak mohousloužit jako cenný zdroj nejen pro energetiku i příštím generacím.• Minimalizace emisí škodlivých látek do okolního prostředí.• Diverzifikace energetických zdrojů a snížení závislosti nadovozech (nabývá na důležitosti zejména po 11. září 2001). Nevýhodycharakterizující obnovitelné zdroje:• Relativně nízká "hustota energie", což způsobuje nutnost záboruvelkých ploch. Současně jsou vhodné lokality často odlehlé od místspotřeby.• Závislost na vnějších (přírodních) podmínkách (síla větru, osvit, průtokvody apod.), což způsobuje problémy v zajištění spolehlivosti dodávek azvyšuje nároky na řízení elektrizační soustavy.• Zpravidla vysoké měrné investiční náklady.Výše uvedené důvody způsobují, že využívání obnovitelných zdrojů energie jez čistě ekonomického pohledu často nekonkurenceschopné ve srovnání s"klasickými" zdroji energie, a to i z toho důvodu, že do cen energie vyrobené"klasickými" zdroji se do značné míry nepromítají jejich negativní vlivy na životníprostředí. Širší rozvoj využívání obnovitelných zdrojů energie pak není možný bezurčité formy přímé či nepřímé podpory formou daňových úlev, státních dotací nebopříspěvků od jiných subjektů.

Vstupní údaje pro ekonomické hodnoceníEkonomickou výhodnost a efektivnost OEZ ovlivňují následující ekonomickéveličiny:• Investiční náklady, které zahrnují veškeré jednorázové výdaje napřípravu stavby, projekt, dodávky technologického zařízení a jehomontáž, stavební úpravy, elektrickou přípojku, popř. i náklady na výkuppotřebných pozemků.• Doba životnosti zařízení, tj. doba, po kterou bude možno využívatprodukce OEZ (dosahovat úspor energie), aniž by bylo nutné znovuvynakládat investiční výdaje na obnovu zařízení. Spolehlivá technologies dlouhou dobou životnosti významně zvyšuje dosažené ekonomicképřínosy.• Provozní náklady na obsluhu zařízení, jeho pravidelnou údržbu,předpokládané opravy, režie, pojištění majetku, pozemkové daně a jinépoplatky, nákup paliv a energie včetně dopravy.• Velikost úspor energie, roční produkce elektřiny a tepla. Ekonomickouefektivnost příznivě ovlivní možnost výroby elektřiny v době špiček, kdyje její cena nejvyšší.Na ekonomiku OEZ mají vliv i parametry financování stavby, tj. velikost,doba splácení a úroková sazba poskytnutého úvěru a také cena vlastních penězinvestora. Ekonomický efekt proinvestora ovlivňuje i daň z příjmů,případné daňové úlevy a státní čijiné podpory.V budoucnu může naMVE 1,50Větrné elektrárny 3,00Spalování biomasy 2,50Spalování bioplynu 2,50Geotermální energie 3,00Sluneční záření 6,00ekonomiku OEZ významnězapůsobit i případné zavedení"ekologických" daní, jejichž výšeby měla být závislá na spotřebovaném množství energie nebo na produkciskleníkových plynů vznikajících spalováním klasických pevných paliv (nikolivbiomasy).Tabulka2:Minimální výkupní ceny z obnovitelných zdrojů.(Zdroj: Cenové rozhodnutí ERÚč. 1/2002 ze dne 27.11. 2001,kterým se stanovují ceny elektřiny a souvisejících služeb.)Hodnocení ekonomické efektivnosti úspor energie a OEZVýpočet ekonomické efektivnosti hodnotí dosažené výnosy (efekty) vesrovnání s náklady (nároky) na realizaci a provoz posuzované investice.Ekonomická efektivnost se měří penězi, proto její výpočet nemůže obsahovat penězineměřitelné veličiny, mezi něž bohužel patří i většina přínosů ve prospěch životníhoprostředí. Ekonomické hodnocení nám proto může dát pouze odpověď na otázku, conás to stojí a jaký je ekonomický efekt. Konečné rozhodnutí je na nás, nainvestorovi a toto rozhodnutí může být ovlivněno i naším zájmem přispět ke zlepšení

životního prostředí, i když na tom my sami bezprostředně peněžní efekt nezískáme.Můžeme si ale spočítat, co nás naše rozhodnutí bude stát .Ekonomickou efektivitu lze stanovit na základě výpočtu ekonomických kritériíhodnocení. Následující kritéria jsou aktuální zejména pro investory typu firma,podnikatel, domácnost nebo instituce.Pro zjednodušený výpočet postačuje v mnoha případech porovnánídosažených ročních přínosů (z úspor energie nebo OEZ) s vynaloženými investičnímináklady:• prostá doba návratnosti vynaložené investice Tn, doba splaceníinvestice.Toto minimalizační kritérium vyžaduje ve svém způsobu hodnocení napříkladvyhláška MPO ČR č. 213/2001 Sb., kterou se vydávají podrobnosti náležitostíenergetického auditu a vypočítá se z následující podmínky:IN INTn= =CFt( V − Np)kde:IN jsou investiční výdaje projektu [Kč]CF tje tok hotovosti, roční přínosy projektu (Cash Flow, změnapeněžních toků pro realizaci projektu) [Kč] V jsou výnosy z realizace, např.roční hodnota úspor energie [Kč]N p jsou roční provozní výdaje [Kč]Toto často používané kritérium (nejkratší návratnost vložených investic) všakzanedbává řadu podstatných faktorů, jako např. budoucí růst cen energie, ale ifakt, že peníze můžeme vložit do jiných investičních příležitostí. Prostá dobanávratnosti nebere v úvahu časovou hodnotu peněz. Tím, že zanedbává efekty podobě návratnosti, znevýhodňuje ty investice do úspor či OEZ, které mají dlouhoudobu životnosti, např. zateplování budov nebo malé vodní elektrárny. Výpočet prosténávratnosti nám proto dává pouze orientační představu o ekonomické efektivnosti.Hotovostní tokyPeníze, které chceme vložit do hodnocené investice, můžeme investovat ijiným způsobem, který nám přinese výnos v podobě úroků nebo ziskuz podnikání. Abychom mohli říci, že je naše navrhovaná investice výhodná, musínám přinést výnos vyšší než jiné alternativy, které nabízejí zhodnocení našich penězs přiměřenou, rozumnou mírou rizika.Příklad: Uložíme-li dnes částku 7835 Kč, získáme při ročním úroku 5 % za 5let částku:7835×( 1+0,05) 5 = 10000[ Kč]Tento vztah nás však současně upozorňuje, že budoucí, v čase

o 5 let odložená částka 10 000 Kč, má pro nás dnes hodnotu nižší, právěoněch 7835 Kč. Při možnosti každoročního úročení 5 % ji totiž za 5 let můžemezískat také. Nominálně jsou sice tyto dvě částky odlišné, pokud je ale vyjádříme kestejnému okamžiku, ekonomicky se od sebe již nijak neliší.Základní filozofie ekonomické a finanční analýzy vychází z principu stanovenítzv. čisté současné hodnoty v budoucnosti vynaložených výdajů a příjmů.Ekonomické výpočty se provádějí na hodnotovém základě výpočtem diskontovanéhotoku hotovosti. Z většiny literatury vyplývá, že za ekonomicky optimální se považujeta varianta energeticky úsporných opatření, která při stejném riziku dosahujemaximální čisté současné hodnoty toku hotovosti. Některé investice však mohou být ivynucené, tzn. že se realizují i v případě záporného NPV (viz níže).Budoucí přínosy z úspor energie nebo z provozu OEZ proto správně sečtemepodle vztahu, který vyjadřuje kritérium, tzv.:• čistá současná hodnota hotovostního toku, NPV (Net PresentValue) čili diskontovaný tok hotovosti, DCF (Discount Cash Flow).Čistou současnou hodnotu (NPV) projektu při jednoznačně zadanýchvstupních údajích lze spočítat vždy a nabývá jen jedné hodnoty.NPVTž= DCFTž=Tž∑t=1CFt−t( 1+r) = maxkde:CF t je tok hotovosti (Cash Flow) [Kč]r je diskontní sazba [Kč](1+r) je tzv. odúročitel; pro každý rok nám udává budoucí částku úspor,přepočtenou, diskontovanou k prvnímu roku, tj. k současnému okamžikunašeho rozhodováníje doba životnosti projektu [roky]T žHotovostní peněžní tok CF tje v každém t-tém roce dán rozdílemočekávaných přínosů (kladné hodnoty) a výdajů na realizaci a provoz (zápornéhodnoty). V počátečním roce odečítáme výdaje jednorázového, investičníhocharakteru.Navrhovaná investice je ekonomicky výhodná, je-li čistá současná hodnotabudoucích peněžních toků větší než nula.Hodnota NPV = 0 představuje investici do úspor či OEZ, jejíž výnos za dobuživotnosti je stejný jako alternativní výnos, např. z uložení peněz na roční čistý úrokve výši r (diskontní sazba). Nominální diskontní míra se stanoví vztahem:r( 1+) × ( 1+) −1= αnr r

kde:r n je nominální diskontní míra (včetně inflace) [%]r r je reálná diskontní míra (bez inflace) [%]α je míra inflace [%]Je potřeba rozlišit reálnou diskontní míru a nominální diskontní míru, kterése odlišují vyloučením nebo zahrnutím vlivu inflace. Diskontní míra pro účely výpočtučisté současné hodnoty projektu je očekávaná nebo požadovaná míra výnosnostiinvestic, která je ovlivněna třemi faktory: výnosem, rizikem a likviditou.Diskontní míra ve své podstatě proto vyjadřuje cenu ušlé příležitosti (tzv.Opportunity Costs), což je cena kapitálu. Její hodnota je důležitá i pro přepočetekonomických veličin mezi různými časovými obdobími na ekvivalentní sčitatelnéhodnoty ke společnému datu (tzv. analýza současné hodnoty -Present ValueAnalysis).Požadovaný výnos je většinou stejný pokud jednotlivé varianty mají stejnárizika. U varianty s vyšší mírou rizika racionální rozhodovatel požaduje vyšší míruvýnosu (prémii za riziko).Likviditou u energetických projektů, které mají zpravidla delší dobunávratnosti, se rozumí spíše schopnost dostát závazkům vyplývajícím z realizaceinvestice, jako jsou např. splátky úvěrů.Hotovostní toky investora, podnikatelePokud má hodnocená investice podnikatelský charakter, je nutné důsledněrespektovat i způsob jejího financování včetně zdanění dosaženého zisku. Peněžnítok, tok hotovosti (Cash Flow) lze formulovat několika způsoby. Podstatné však je,aby byl vždy zvolen způsob, který odpovídá danému rozhodovateli (investorovi). Nížeuvedený způsob odpovídá rozhodovateli typu investor a počítá se přímou metodou(nepřímá metoda počítá tok hotovosti z daní). Hotovostní toky investora vjednotlivých letech lze vyjádřit jako rozdíl peněžních příjmů a peněžních výdajůnásledujícím vztahem:CF = V − N − N − N − ZS − S − D + D Út p ú ivlpl z OT+kde pro jednotlivé roky doby životnosti jsou:CF t je tok hotovostit jsou jednotlivé roky doby životnosti T žV jsou výnosy (příjmy, tržby, úspory), které plynou z realizacehodnocené investice (varianty)N p jsou provozní výdaje (obsluha, údržba, mzdy, opravy, režie, materiál, palivo,energie, voda, ostatní)

N újsou úroky z úvěrů, podle splátkového kalendáře úvěru (nákladové úroky pouvedení do provozu)N ivlZSS plD zD OTÚjsou investiční výdaje na realizaci, investiční prostředky z vlastních zdrojů(včetně úroků v době výstavby); případná investiční dotace se odečítá aneodepisujejsou jednorázové výdaje na změnu stavu oběžných aktiv během výstavby(náhradní díly, zásoby paliva, atd.)jsou splátky z úvěrů, tzv. úmor (částka, o kterou ročně snižujeme stav dluhu)je daň z příjmů (ze zisku) splatná v daném roce, kterou určíme z následujícíhovztahuje investiční dotacejsou přijaté investiční úvěry vydané na financování projektuTok hotovosti po zdanění vystihuje lépe ekonomický vliv projektu než tokhotovosti před zdaněním pouze v organizacích, které jsou poplatníky daně z příjmu.Pro účely stanovení toku hotovosti po zdanění je třeba rozčlenit investici doodpisových skupin, přičemž je potřeba postupovat podle přílohy k zákonuč. 586/1992 Sb. o daních z příjmu.Odpisy nepatří do hotovostních výdajů pro účely stanovení toku hotovosti předzdaněním. Při stanovení toku hotovosti po zdanění je však nutné znát výši odpisů,protože se odečítají od daňového základu, ze kterého se určí daň z příjmu jakožtohotovostní výdaj. Daň z příjmu splatná v daném roce:kde:D zVN pN úN odO,P( V − N − N − N ± O P)Dz = dz×p ú od,je sazba z daně z příjmůjsou výnosy (příjmy, tržby, úspory), které plynou z realizace hodnocenéinvestice (varianty)jsou provozní výdaje (režie, materiál, palivo, energie, voda, opravy, údržba,mzdy, ostatní)jsou úroky z úvěrů, případně z obligací (nákladové úroky pouvedení do provozu)jsou daňové odpisy dle zákona č. 586/92 Sb. o dani z příjmůjsou položky, upravující základ daně z příjmů, odpočitatelné případněpřipočitatelné položky k základu daně z příjmů (např. poplatky nebo penále),případně úprava daňové ztráty z minulých letU podnikatelských energetických projektů je potřeba mít na paměti, že úsporynákladů na energii při nezměněné výši příjmů zvyšují základ daně z příjmu.

Kritérium NPV umožňuje stanovit také tzv. minimální cenu produkceenergie, která zaručuje očekávaný výnos vloženého kapitálu. U investora můžezahrnovat i požadovaný nebo regulovaný výnos:• minimální cena produkce energie c PEmin se z pohledu investora vypočítá zpodmínky NPV = 0.PříkladMáme zhodnotit ekonomickou efektivnost stavby malé vodní elektrárny navlastním pozemku, kde již v minulosti menší vodní dílo existovalo.Po ověření hydrologických poměrů, spádu a průtoku nám bylo doporučenopoužít 2 turbosoustrojí o výkonu 2 x 11 kW, které mohou v dané lokalitě vyrobit ročně80 MWh. Vyrobená elektřina bude dodávána rozvodnému podniku do sítě nízkéhonapětí za cenu 1,50 Kč/kWh. (Cenové rozhodnutí ERÚ č. 1/2002 ze dne27. listopadu 2001, kterým se stanovují ceny elektřiny a souvisejících služeb).Náklady na technologickou část elektrárny včetně připojení do sítě budou 650 tis. Kč.Stavební úpravy si vyžádají 350 tis. Kč. Provozní náklady (nezbytné kontroly zařízenía jeho údržba) si vyžádají částku 10 tis. Kč/rok. Životnost zařízení předpokládámenejméně 25 let bez větších oprav a investic.Pro daňové účely bude technologie odepisována 12 let, stavební část budeodepisována 30 let. Po dobu prvních 5 let využijeme ustanovení § 4 odst. 1e) zákonao osvobození příjmů z prodeje elektřiny od daně, nemůžeme ale uplatnit daňovéodpisy ani provozní výdaje. Daň z příjmů předpokládáme 31 %. Financovánípředpokládáme částečně úvěrem ve výši 400 tis. Kč, rovnoměrně spláceným podobu 6 let s úrokem 12 %. Cenu vlastních peněz (diskont, alternativní výnosvlastního kapitálu) předpokládáme 8 %.Hotovostní toky investora (Cash Flow) v jednotlivých letech budou následující:Posuzovaná investice vykazuje poměrně příznivé ekonomické parametry, cožje dáno vysokým využitím instalovaného výkonu (3600 hod/rok) a relativně příznivýmiinvestičními náklady. Počet let, za něž dosáhne kumulovaný, odúročený(diskontovaný) peněžní tok alespoň nulové hodnoty je 19 let. Tato doba jediskontovaná doba splacení vloženého vlastního kapitálu (600 tis. Kč) při diskontu 8%. Posuzovaná investice je lepší, než alternativní výnos 8 %, neboť za dobu jejíživotnosti je čistá současná hodnota peněžních toků +127 tis. Kč. Abychom stejnýekonomický efekt získali z jiné investice, musela by mít tato alternativní investicetrvalý roční výnos 9,65 % (tzv. vnitřní výnosové procento, vypočtené z podmínkyNPV = 0 za dobu životnosti).Před vlastním rozhodnutím o realizaci je nezbytné podrobně prověřit, zda jsmeneopomněli nějaká rizika, která by mohla investiční výdaje zvýšit (neočekávanéstavební práce, cena pozemků popř. náhrad, náhrady za užívání vodního díla apod.).Riziko možného nejistého vývoje výkupních cen elektřiny je ve výpočtu respektovánoopatrným předpokladem pouze 2 % ročního růstu výkupní ceny.

Pokud by hydrologické poměry v lokalitě byly méně příznivé a výroba by činilajen 60 MWh, byla by čistá současná hodnota peněžních toků záporná a odpovídajícívnitřní výnosové procento jen 5,8 %. Pro tuto méně příznivou variantu by při původnívýkupní ceně 1,50 Kč/kWh bylo potřebné získat k dosažení očekávanéhoŘádek \ Rok 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 251 Příjmy zaelektřinu2 Provoznínáklady120,0122,4124,8127,3nominálního výnosu 8 % např. investiční dotaci 18 % z investičních výdajů.129,9132,5 135,1137,8140,6 158,3146,3174,810,0 10,4 10,8 11,2 11,7 12,6 12,7 13,2 13,7 14,2 17,3 21,1 25,63 Odpisy celkem 34,2 68,4 68,4 68,4 68,4 68,4 68,4 68,4 68,4 68,4 11,9 11,9 11,94 Úroky 48,0 40,0 32,0 24,0 16,0 8,05 Investice 1000,06 Čerpání úvěru 400,07 Úmor úvěru 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7 66,78 Zisk předzdaněním27,8 3,6 13,6 23,7 33,8 43,9 54,1 56,3 58,5 60,89 Daň z příjmů 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 13,6 16,8 17,5 18,1 18,8 40,0 44,0 48,210 Zisk pozdanění11 Hotovostní tok(CF)12 KumulovanýCF27,8 3,6 13,6 23,7 33,8 30,3 37,3 38,8 40,4 41,9 89,1 97,9-600,0 -4,7 5,3 15,4 25,4 35,5 31,6 105,7-600,013 Odúročitel 1,00014 DiskontovanýCF15 Kumulovanýdisk.CF-604,70,926-599,30,857-584,00,794-558,50,735-523,00,681-491,4 -385,70,630 0,583107,2-278,50,540129,2141,9108,8 125,3 88,9 109,8-169,7 -44,50,500 0,463-600,0 -4,3 4,6 12,2 18,7 24,2 19,9 61,7 57,9 54,4 58,0 28,0 23,5 17,4-600,0-604,3-599,7-587,6-568,9-544,7-524,8 -463,1-405,2-350,7 -292,7464,40,315-104,7995,50,21528,6193,0155,5107,3119,21572,20,146127,2Tabulka3:Hotovostní toky investora(Cash Flow)v jednotlivých letech,příklad v textu,[Kč].Použitá a doporučená literatura[1] Beranovský, J. a kol.: Metody hodnocení vhodnosti a výtěžnosti OZE pro účelyenergetických bilancí a energetické statistiky a pro účely regionálního územníhoplánování a energetických generelů. ČEA, EkoWATT, Praha, 2000.[2] Brealey, R. A., Meyers, S. C.: Teorie a praxe firemních financí. VictoriaPublishing, 1. vydání, Praha, 1992.[3] Kápl, Tepper: Peníze a Vy. Prospektum Praha, 1. vydání, Praha , 1991.[4] Knápek, J., Vašíček, J.: Výkup elektřiny z obnovitelných zdrojů v podmínkáchtrhu s elektřinou. Energetika 2001, roč. 51, č. 7-8, s. 250-253. ISSN 0375-8842.

KOMBINOVANÁ VÝROBA ELEKTŘINY A TEPLAKombinovaná výroba tepla a elektrické energie (neboli "kogenerace"z anglického "co-generation"), představuje velmi zajímavou aplikaci moderníchtechnologií na známé principy. Ve starší české technické literatuře se pro kogeneracipoužívá termín "teplárenský cyklus výroby energie".V porovnání s oddělenou výrobou tepla ve výtopnách, případně s výrobouelektřiny v kondenzačních elektrárnách, je při stejném množství užitečné energiespotřeba neobnovitelných fosilních paliv nižší. Tomu odpovídá i snížení emisíškodlivin ze zdrojů energie v globálním měřítku. Energetické využití paliva je ukombinované výroby elektřiny a tepla podstatně vyšší.Porovnání oddělené a kombinované výroby tepla a elektrické energiee ( -) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5∆qpv ( % ) 9 19 25 30 34e ( -) 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5∆qpv ( % ) 37 41 44 47 49Tabulka1:Vliv poměru výroby el.energie atepla(e=Q EL/Q TEP) na měrnou úsporu paliva ∆q pvpřikombinované výrobě tepla a elektřiny oproti oddělenévýrobě tepla a elektřiny.Možnosti využitíZákladní podmínkou propoužití kombinované výrobyelektřiny a tepla je možnostvyužití tepla. Tím se výraznězvyšuje energetická účinnostcelého zařízení. Přehledzákladních parametrůjednotlivých typů těchtozařízení ukazuje následujícítabulka:Typteplárny Sparnímstrojem SparnímiturbínamiSe spalovacímimotorySespalovacímiturbínamiParoplynovéPodílvýrobyelektřiny ateplaQEL/QTEP( -) 0,16 -0,25 0,24 -0,34 0,7 -1. 0,5 -0,80,5 -1,5Účinnostelektrická( % ) 8 -12 12 -1532 -41 23-38 35 -44Účinnosttepelná (% ) 60 -67 6 -844 -5336 -5032 -50Účinnostcelková( % ) 68-87 72 -80 82 -90 68 -85 78 -87El.výkonteplárny( MW )0,1 -2 .0,15 -100 0,1-10 2 -100 5 -200 avíceTabulka2:Základní parametry jednotlivých typů kombinovanévýroby elektřiny a tepla

S tím ostře kontrastuje skutečnost, že se přivýrobě elektřiny ve velkých elektrárnách využije30 % (u starých) a až 42 % (u moderních)energie obsažené v palivu; zbytek se bez užitkuodvádí do vzduchu chladicími věžemi. Kroměvýznamného faktoru decentralizace výrobyObrázek2:Porovnání účinnosti výrobyenergie (Sankeyův diagram).Obrázek3:Kogenerační jednotka se spalovacímMotorem ČOVÚ stín. Labem. (Zdroj: Motorgas,elektřiny vede použití kombinované výroby elektřiny sr.o.) a tepla ke snížení ztrát velektrorozvodné síti. Běžné kogenerační jednotky mají obvykle relativně malý výkon,desítky až stovky kW elektrického výkonu. S většími zařízeními se můžeme setkat vprůmyslových podnicích a městských teplárnách (odtud český termín prokogeneraci), kde je odpadní teplo využíváno pro technologické procesy či vytápění apřípravu teplé užitkové vody pro sídliště. Takovéto agregáty jsou známy například znemocnic, kde tvoří záložní zdroj pro případ výpadku elektřiny ze sítě.Základní části a přehled zařízeníKogenerační jednotku tvoří generátor na výrobu elektřiny, poháněný nejčastějispalovacím motorem (plynová kogenerace) nebo parní turbínou (tzv. parní neboparoplynová kogenerace). Zvláštní případ tvoří tzv. palivové články. Výše uvedenázařízení se liší způsobem i stupněm přeměny primárního paliva na obě sledovanésložky (elektrická energie a teplo).Plynová kombinovaná výroba elektřiny a tepla se provádí přímýmspalováním plynu (zemního, bioplynu nebo procesního -např. koksárenského) vespalovacím motoru nebo spalovací turbíně pohánějící generátor elektřiny. Využíváse teplo z chlazení motoru a ze spalin za motorem nebo plynovou turbínou.Kogenerační jednotka se spalovacím motorem se skládá ze zážehovéhospalovacího motoru pohánějícího přímo alternátor vyrábějící elektřinu a výměníků provyužití odpadního tepla z motoru. Odpadní teplo z motoru je odváděno pomocí dvouvýměníků na dvou teplotních úrovních. První výměník odvádí teplo z bloku motoru az oleje na úrovni cca 80 -90 °C. Druhý výměník odvádí teplo z odcházejících

výfukových spalin o teplotě cca 400 - 500 °C. Výměníky jsou z hlediska průtokuteplonosného média zapojeny do série. Obvykle jsou kogenerační jednotkykoncipovány pro dodávku tepla do teplovodního systému 90/70 °C, méně již dosystému 110/85 °C resp. 130/90 °C. Kogenerační jednotky se zážehovýmispalovacími motory se dodávají o el. výkonech v rozsahu od cca 20 kW do 5000kW.Kogenerační jednotka sespalovací turbínouse skládá ze soustrojí spalovacíturbína-altemátor vyrábějícíhoelektřinu a spalinového kotle.Zemní plyn pro pohon turbíny jenutno přivádět pod tlakem cca 1,5 -2,5 MPa dle kompresního poměruObrázek4: Blokové schéma kogenerační jednotky. turbíny. Spaliny z turbíny jsou přiváděnydo spalinového kotle k výrobě tepla veformě páry nebo horké resp. teplé vody. Při požadavku na zvýšení tepelnéhovýkonu spalinového kotle je instalován tzv. dohořívací (přihřívací) hořák na zemníplyn (hořák používající jako okysličovadlo spaliny ze spalovací turbíny). Ten jevřazen do spalin proudících z turbíny do kotle a zvyšuje teplotu spalin přicházejícíchz turbíny (cca 450 -600 °C) na maximální teplotu 900 °C. Hlavní výhodoukogeneračních jednotek se spalovacími turbínami proti kogeneračním jednotkám sespalovacími motory je možnost volby média, kterým je odváděno teplo zespalinového kotle. Kogenerační jednotky se spalovacími turbínami se dodávají oelektrickém výkonu v rozsahu od cca 1 MW do 200 MW.Stupeň konverze energie obsažené v primárním palivu na elektřinu je oprotiparní kogeneraci podstatně vyšší cca 23 -41 %, účinnost výroby tepla je cca 35 -57%. Celková účinnost využití energie v palivu činí cca 68 -90 %. Cenou za vyšší podílvyráběné el. energie je ale nutnost spalování plynného paliva, tzn. ve většině případůdrahý zemní plyn. Jako alternativní plynné palivo je možno použít i bioplyn nebo jinýodpadní plyn. Nízká výhřevnost těchto plynů však vyžaduje konstrukční úpravymotoru či turbíny a navíc se projevuje nižší elektrickou účinností.Parní kombinovaná výroba elektřiny a tepla se provádí prostřednictvímpáry vyrobené v parním kotli pomocí fosilních či nefosilních paliv (např. hnědé uhlí,biomasa). Pára se přivádí do parního motoru, protitlaké nebo kondenzačníodběrové parní turbíny, kterými se pohání generátor elektrické energie. Teplo veformě páry, jejíž tlak odpovídá konstrukci stroje nebo požadované teplotní úrovnitepelné energie, se odebírá z výfuku parního stroje, z protitlaku (odběru) parníturbíny.

Pro nižší elektrické výkony (cca 50 kW - 15 MW) jsou dodávána soustrojí sprotitlakými turbínami axiálními nebo radiálními (pro vyšší výkony pouze s turbínamiaxiálními), které pohání přes převodovku alternátor. Z hlediska dosahovanétermodynamické účinnosti jsou výhodné moderní rychloběžné radiální turbínyjednostupňové nebo dvoustupňové s malou měrnou hmotností a krátkou dobounajíždění. Turbíny axiální i radiální jsou v uvedeném výkonovém rozsahukonstruované pro vstupní/výstupní tlak páry 0,9 -6,5/0,1 -0,7 MPa a teplotu páry 200-450 °C. Regulace elektrického výkonu soustrojí je zajištěna regulačním ventilem napřívodu páry do turbíny, případně navíc natáčivými statorovými lopatkami.Celková účinnost využití energie obsažené v primárním palivu je cca 77 -87%, přičemž dominantní je účinnost výroby tepla (v závislosti na tlaku před a zaturbínou cca 62 -76 %). Účinnost výroby elektřiny se pohybuje mezi 8 -20 %. Stupeňzhodnocení primárního paliva na elektřinu je tedy nízký. Oproti plynové kombinovanévýrobě elektřiny a tepla je však výhodou možnost spalování levného paliva (uhlí)nebo obnovitelného paliva biomasy.Paroplynová kombinovaná výroba elektřiny a tepla je snahou o maximálnípodíl výroby elektřiny, což je zajištěno kombinací dvou turbosoustrojí se spalovací aparní turbínou.Pára, která se vyrábí ve spalinovém kotli odpadním teplem ze spalovacíturbíny, pohání soustrojí s parní turbínou. Někdy se část vyrobené páry vstřikuje dospalovací komory spalovací turbíny. Teplo se získává ze spalin spalovací turbíny a zprotitlaku (odběru) parní turbíny. Ojediněle se vyskytuje i kombinace parní turbíny sespalovacím motorem.Jinými slovy pára vyrobená v kotli využitím tepla spalin ze spalovací turbínypohání ještě parní turbínu. Poměrem dodávky paliva do spalovací komory turbíny aspalinového kotle je potom dán poměr výkonu spalovací a parní turbíny. U většíchinstalací se obvykle používá dvoutlakového spalinového kotle a tomu odpovídajícídvoutlakové parní turbíny. Poměr elektrických výkonů turbosoustrojí se spalovací aparní turbínou je většinou přibližně 3:1 až 4:1.Podstatou tohoto typu kombinované výroby tepla a elektrické energie jedosažení maximálního podílu výroby elektrické energie, který může přesáhnout až 44% z přivedeného tepla v palivu. Jinak v paroplynovém cyklu platí stejné možnosti aomezení jako u cyklu plynového.Kombinovaná výroba elektřiny atepla palivovými články je založena naprincipu chemické reakce plynu sokysličovadlem v tzv. palivovém článkutvořeném vhodnými elektrodami aelektrolytem. Nejobvyklejším palivem jevodík nebo zemní plyn, okysličovadlemvzduch. Zde dochází k přímé přeměněchemicky vázané energie v plynu naObrázek5:Kogenerační jednotka se spalovacímmotorem, teplárna Studénka v Nové Pace.(Zdroj: Motorgas, sr.o.)

elektřinu a využitelné teplo.Produktem reakce je voda, neboť se jedná se o proces inverzní k elektrolýzevody. V palivovém článku je vyráběn stejnosměrný elektrický proud, pro dodávkuvyrobené elektřiny do sítě je tedy nutnou součástí střídač.Elektrický generátor je u typových zařízení přizpůsoben ke snadnémupřipojení k veřejné elektrické síti. Při tzv. ostrovním provozu, kdy generátor dodáváproud pouze pro vlastní potřebu bez připojení na síť, vzrůstají náklady na regulaci.Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzováníPři rozhodování o typu a instalovaném výkonu kogenerační jednotky je nutnobrát do úvahy všechna výše uvedená hlediska. Zejména je nutné přihlížet kprovozním podmínkám investora či provozovatele kombinované výroby elektřiny atepla:• denní a roční harmonogram spotřeby tepla a elektřiny (ukomunálních zdrojů jen tepla, elektřina je dodávána do sítě),• druh požadovaného teplonosného média,• dostupnost jednotlivých paliv,• stávající instalovaný výkon kotlů a jejich teplotní a tlakové parametry.Příklad: Do daného subjektu je teplo dodáváno z parních kotlů o vyšším tlakua teplotě. Je spalováno levné palivo (uhlí, těžký topný olej). Pak je přes redukčnístanici při instalaci parní kogenerace (paralelně k redukční stanici) zajištěnarelativně dobrá návratnost investičních prostředků. Pokud však takový subjekt mávyšší spotřebu elektřiny vůči spotřebě tepla, není efekt výroby elektrické energiev parní kogeneraci výrazný.Naopak kogenerační jednotky se spalovacími motory (s podstatně vyššívýrobou elektřiny vůči teplu) je možno instalovat jen v těch případech, kdy je možnovyužít vyrobené teplo ve formě teplé (90/70 °C) nebo horké vody (110/85 °C) a danýsubjekt je plynofikován s dostatečnou kapacitou dodávky plynu.V průmyslových závodech, kde je odběr tepla vázán na dodávku páry, jemožno instalovat pouze kogenerační jednotku se spalovací turbínou neboparoplynovou jednotku.Kogenerační jednotky se spalovacími turbínami nebo jednotky paroplynové jeekonomicky opodstatněné instalovat pouze do průmyslových nebo komunálníchobjektů (s výměníky pára/voda) a jen s vysokými instalovanými výkony (řádovědesítky MW).Vhodným ukazatelem investiční náročnosti kombinované výroby tepla aelektřiny je měrná investiční náročnost instalovaného elektrického výkonu (Kč/kW e).Tato hodnota se pohybuje v rozmezí cca 10 -40 000 Kč/kW ea obecně klesá srostoucím instalovaným výkonem (bez stavebních nákladů a nákladů na vyvedeníelektrického a tepelného výkonu jednotky). Nejnižší investiční náročnost je u parníchkogenerací a nejvyšší u paroplynových jednotek.

Ukazatel provozní náročnosti jednotky je cena provozu bez paliva vztažená na1 kWh vyrobené elektrické energie (Kč/kWh). Např. pro prvních 40 až 55 tisíc hodinprovozu kogenerační jednotky s plynovým motorem se tato položka pohybuje dleúdajů výrobců v rozsahu 0,16 až 0,35 Kč/kWh.Rozhodnutí o instalaci kogenerační jednotkyvšak musí předcházet pečlivý ekonomický rozborjejího provozu.Vhodnými ekonomickými ukazatelipro tyto případy jsou zejména čistá současnáhodnota, NPV (Net Present Value), čilidiskontovaný tok hotovosti, DCF (Discount CashFlow) a minimální cena produkce energie c Pemin ,která se z pohledu investora vypočítá z podmínkyNPV = 0.Jednotku je třeba provozovat tak, abykromě vyrobené elektřiny bylo maximálněvyužito i vyrobené teplo. Pro splnění uvedenýchObrázek6:Pokrytí roční spotřeby tepla třemikogeneračními jednotkami a špičkovacímkotlem.podmínek je tedy nutné výkon kogenerační jednotky vhodně dimenzovat ve vztahu kprůběhu denního i ročního diagramu odběru elektřiny a tepla a k ceně, za kterou lzevyrobenou elektřinu a teplo zhodnotit.Velikost kogenerační jednotky se tedy odvozuje od spotřeby tepla v danémsubjektu. Kogenerační jednotka může pokrývat základní spotřebu tepla, špičky pakpokrývá jiný zdroj, např. plynový kotel. Častější však je volba výkonnější jednotky vkombinaci s akumulací tepla. Pak se kogenerační jednotka uvádí do provozu tak, abydodávala proud v době, kdy je nejvýhodnější tarif výkupních cen elektřiny.Při rozhodování o investici do kogenerace záleží zejména na ceně tepla, kteréspotřebováváme, resp. na ceně, za kterou můžeme toto teplo získat jinýmzpůsobem, a na výkupních cenách energie. Zejména druhý faktor bývá rozhodující azávisí na dohodě s příslušným elektrorozvodným podnikem. V neposlední řadě závisímožnost použití i na způsobu financování stavby (výše úvěru, úroků, dobasplatnosti).Legislativa a povolovací řízeníAčkoli podle platného energetickéhozákona je možno prodávat jak vyrobené teplo takelektřinu, v praxi je velmi obtížné splnit technicképožadavky správce tepelné sítě. Proto sekogenerační jednotka navrhuje tak, aby veškeréteplo spotřeboval provozovatel. Elektřinu pakmůže podle potřeby buď spotřebovat sám, neboji prodávat do sítě.

Komerčně dostupné kogenerační jednotky splňují příslušné bezpečnostní aemisní parametry, takže jejich instalace je z tohoto hlediska bez problémů. Vzhledemk poněkud hlučnějšímu provozu je třeba při stavebním řízení prokázat, že okolínebude obtěžováno nadměrným hlukem. Podle hygienických předpisů MZ ČR,vyhláška č. 13/1977 Sb., je nejvyšší přípustná hladina hluku ve venkovním prostoruna obytném území příměstském u menších sídelních útvarů ve dne 50 dB a v noci 40dB. Tyto hodnoty lze při instalaci kogenerační jednotky s protihlukovým krytemdodržet.Obrázek 7: Pohled zhora na kogeneračníjednotku s plynovým motorem. (Zdroj:Motogas, s r.o.)Obrázek 8: Schéma kogenerační jednotky splynovou turbínou. (Zdroj: firma ABB.)Použitá a doporučená literatura[1] Hrdlička, F., Dlouhý, T., Kolovratník, M.: Průmyslová energetika. ČVUT, Praha,2000.[2] Kol. autorů: Katalog firem 2002 -2003, obnovitelné zdroje energie. EkoWATT,Praha, 2002.ZÁSADY VÝSTAVBY NÍZKOENERGETICKÝCHDOMŮPředpisy, které určují spotřebuenergie na vytápění budov, se neustálezpřísňují. Je to dáno jednak stálevětšími požadavky na kvalitu životníhoprostředí a jednak technologickýmpokrokem. Domy stavěné podlesoučasných požadavků spotřebujípolovinu až čtvrtinu oproti domůmObrázek1:Škála energetické náročnosti domů.

starším. Přesto je možné snížit spotřebu ještě mnohem více -dokazují to domynízkoenergetické, pasivní a nulové.Poslední dvě kategorie jsou u nás i ve světě zastoupeny spíše jenexperimentálními domy. Nízkoenergetických domů však stále přibývá a například vRakousku nebo Německu už patří ke standardnímu zboží.Volba místaCharakteristickým prvkemnízkoenergetického domu jsou velká jižníokna (nebo jiné prosklení), kterými v zimědopadá dovnitř dostatek sluneční energie.Pozemek by tedy měl na této straněposkytovat dost soukromí a současně nesmíbýt stíněn (lesem, okolní zástavbou).Orientovat prosklení na východ či západ jenevhodné. Letní slunce má i nízko nadobzorem dost síly, takže by ráno a večer důmpřehřívalo. Jižní zasklení však lze předvysokým sluncem snáze zastínit (např.markýzou) a paprsky dopadající pod ostrýmúhlem se z větší části odrážejí ven.Obrázek2:Jižní a západní zasklení.Tvar a dispozice domuDům by měl být kompaktní,aby poměr plochy pláště kobestavěnému objemu (A/V) byl conejmenší. Není však nutno stavětdomy kulové (kde je tento poměrvůbec nejvýhodnější); stačí sevyvarovat přízemních rozpláclinnebo domů sestávajících z mnohakřídel.V dispozici domu je možnovytvářet chladné zóny na severnístraně (např. garáž, sklad, komora).Příčky k těmto prostorám však musíObrázek3:Nízkoenergetický dům se zimní zahradou,Horní Rakouskobýt izolovány skoro stejně dobře jako venkovní stěny; efekt "nárazníkové zóny" jetedy nevelký.V některých případech je požadováno, aby vzduch ohřátý sluncem přirozeněcirkuloval v celém domě. To už je složitější zadání, které lze řešit třeba schodištěm

na severní straně pro klesající vzduch a zimní zahradou probíhající přes dvě patra najižní straně. Nevhodně navržená zimní zahrada však může působit jako chladič azvyšovat tak spotřebu domu.Konstrukce domuJedním ze základních prvků nízkoenergetického domu jsou důkladné tepelnéizolace, v síle 50 cm i více. Izolovány musí být nejen venkovní zdi, ale i vnitřníkonstrukce mezi vytápěným a nevytápěným prostorám (garáž, sklep, půda aj.).Rovněž i podlahy a stěny přilehlé k terénu musí mít důkladnou izolaci; chránit důmjenom zapuštěním do země by bylo nedostatečné. V hloubce cca 3 m pod terénem jeteplota celoročně cca 4 až 10 °C, takže dům by se musel vytápět nejen v zimě, ale i vdobě, kdy sousedům topná sezóna dávno skončila.oknaplochá střechastřecha podkrovíobvodové stěnyObrázek4:Typické parametrystavebních konstrukcí0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0Součinitel prostupu tepla U [W/m 2 .K]StěnyPožadavku na dostatečnou izolační schopnost (při rozumné tloušťce) jen stěžívyhoví zeď z jakýchkoli cihel či tvárnic. Proto je rozumné dimenzovat nosné zdivo jenpodle statických požadavků a doplnit izolaci podle potřeby. Izolace může býtprovedena jako vnější kontaktní zateplení se stěrkovou omítkou. Případně může býtvložena do prostoru mezi vnitřní zdí a venkovní přizdívkou, nebo mezi lehkou vnějšífasádou.U rodinných domů je často používaným řešením nosná dřevěná konstrukce,vyplňovaná izolací libovolné síly. Hmota pro akumulaci tepla je tvořena masivnímipodlahami a vnitřními příčkami a rovněž poměrně tenkou přizdívkou obvodových stěnz plných cihel (někdy nepálených). Venkovní fasáda je ze dřeva, omítnutých deseknebo z cihel.

Obrázek5:Příklady stěnnízkoenergetických domůse součinitelem prostuputepla U

Těsnost budovyPoměrně novým požadavkem je těsnost budovy -do domu nesmí pronikatnežádoucí vzduch spárami ve stěnách, okolo oken, ze sklepa atd. Jinak by spotřebaenergie zbytečně a zcela nekontrolovatelně rostla.Těsnost se ověřuje zkouškou při dokončení stavby a někdy je jednou zpodmínek převzetí stavby investorem. Je to jeden ze způsobů, jak prověřit opravdukvalitní a pečlivé provedení stavby. Po uzavření všech oken a dveří, případněkomínových průduchů a jiných otvorů, se do otvoru vstupních dveří instalujeventilátor a zbytek prostoru se zakryje fólií. Ventilátor dům "napumpuje" vzduchem aměří se rozdíl tlaků uvnitř a venku. Netěsnostmi vzduch uteče stejně jako dírou vpneumatice -najít je je však velmi obtížné.VětráníSpotřeba energie na ohřevvětracího vzduchu tvoří u běžných domůzhruba 30% celkové spotřeby. Čím jedům lépe izolován, tím je tento podílvyšší.Větrání nelze omezit podhygienické limity. Nízkoenergetické domymají proto často nucené (strojní) větrání.Lidé v domě tak mají zaručen vždydostatečný přívod čerstvého vzduchu a naObrázek6:Schéma větrání s rekuperací tepla.rozdíl od větrání okny se nemusí o nicstarat. Vzduch může být filtrován, což sníží prašnost v domě -to ocení zejménaalergici. Vzduch je možno i zvlhčovat, což dále zvýší komfort v domě.Strojní větrání často slouží i pro odvedení přebytečného tepla z jižníchmístností do chladnějších (neosluněných) částí domu. Jeli větrací jednotka vybavenadohřevem (např. plynovým kotlem), může zajišťovat i vytápění. V domě paknenajdeme radiátory ani jiná topná tělesa, což pro investora znamená sníženínákladů.Hlavním důvodem pro strojní větrání je však možnost využít teplo zodváděného vzduchu. Nejčastěji se používá rekuperační výměník, kde znečištěnývzduch odváděný zevnitř předává teplo čerstvému vzduchu přiváděnému zvenčí. Vzimě se přiváděný vzduch ohřívá, v létě ochlazuje.Rekuperace může být nahrazena tepelným čerpadlem, které odebírá teplo zodpadního vzduchu a ohřívá vzduch přiváděný. Výhodou je vyšší účinnost,nevýhodou vyšší cena.

Dostatek čerstvého vzduchu dělá bydlení příjemným a uživateli je vesměsvysoce ceněn. Nesprávný návrh větracího systému však může být zdrojem hluku,což je vždy vnímáno jako zásadní problém.Zimní zahradyZimní zahrada je prvkem, kterým mnohý dům dává najevo svénízkoenergetické vlastnosti. Přitom správný návrh zimní zahrady je velmi nesnadnýúkol, protože na tento prostor jsou kladeny protichůdné požadavky. Má-li sloužit probydlení, nelze čekat výrazný energetický přínos, spíše naopak (obyvatelé majítendenci zahradu vytápět i v zimě). Má-li sloužit k získávání energie, snižuje se jejíobytná funkce (v solárním kolektoru se bydlí nepohodlně). Má-li sloužit k výhledu dookolí, nemůže zde být mnoho květin (skla se vysokou vlhkostí rosí).Architekt musí tedy vždy navrhovat zimní zahradu "na tělo" obyvatelům domua jejich individuálnímu vkusu.VytápěníPro domy s tepelnou ztrátou nižší než 10 kW nabízí trh jen málo vhodnýchzdrojů tepla. Kotle na plyn nebo na dřevo se většinou nabízejí s výkonem několikrátvyšším. U tepelných čerpadel je nabídka lepší; vůbec žádné problémy pak nejsou selektrickým topením. Výroba elektřiny však silně zatěžuje životní prostředí, takžemnozí lidé odmítají "pálit ji v kamnech".Trendem tedy je začlenit do vytápěcího systému akumulační nádrž, která jenahřívána kotlem (u kotle na dřevo je to téměř nevyhnutelné). Z ní se pak odebíráteplo do ústředního topení (případně pro ohřev vzduchu ve větrací jednotce),nezávisle na výkonu kotle. Výhodou je, že kotel může pracovat vždy v optimálnímrežimu, s nejnižšími emisemi a dobrou účinností nemusí se "škrtit". To mimo jinézvyšuje jeho životnost. Další výhodou je možnost nahřívání akumulační nádržesolárním systémem -využívají se tak přebytky energie na jaře a na podzim.Akumulační nádrž může současně sloužit i pro ohřev teplé užitkové vody,např. v plovoucím bojleru.Solární systém pro ohřev vodySpotřeba energie na přípravu teplé užitkové vody nezávisí na vlastnostechdomu, ale jeho obyvatel. Přesto jsou solární kolektory obligátním atributemnízkoenergetických domů.Solární energie může bez problémů ohřát více než 3/4 celoroční spotřebyteplé vody. Někdy se používá i pro vytápění, např. v kombinaci s podlahovým čistěnovým vytápěním. Jinou možností je nahřívání akumulační nádrže.

Fotovoltaické systémyRegulace vytápění, čidla teploty, oběhová čerpadla, ventilátory a další prvkyzabezpečující správnou funkci vytápění jsou závislé na dodávce elektřiny. Prozvýšení bezpečnosti a spolehlivosti systému může mít proto dům vlastní zdroj -fotovoltaický panel pro přeměnu slunečního záření na elektřinu.Šedá energieVýroba a doprava stavebních hmot pro výstavbu domu potřebuje energii. Ustarší výstavby byla tato energie malá ve srovnání s tím, co dům spotřeboval navytápění během svého života. U nízkoenergetických domů to již zanedbatelné není -může to být více než 10 % spotřeby domu za 50 roků. Proto je stále větší pozornostvěnována i materiálům nenáročným na energii. Největší oblibě se těší dřevo avýrobky z něj. Začíná se vracet nepálená hlína, která má také příznivý vliv namikroklima v budově. Pro izolaci se může použít izolace z ovčí vlny, bavlny, korku islámy, případně z recyklovaného papíru či skla.Domy s nízkou spotřebou energie preferují lidé se vztahem k životnímuprostředí, z čehož vyplývá i stále širší nabídka "přírodních" a snadnorecyklovatelných materiálů.Bezpečnost a nezávislostDům s nízkou spotřebou energie je méně zranitelný výpadkem energie. Díkysilným izolacím a solárním prvkům je do značné míry energeticky soběstačný a svýmobyvatelůmtak zaručujevětšíbezpečnost.Maláspotřeba jepojistkou vůčirůstu cen -obyvatelésnáze zaplatíi velmidrahouenergii,pokud jispotřebujímálo.Spolu se vztahem k životnímu prostředí jsou to právě tyto důvody, kterémotivují lidi ke stavbě nízkoenergetických domů.

LegislativaPro nízkoenergetické domy platí stejné předpisy, jako pro běžnou výstavbu.Koncem roku 2002 byla novelizována ČSN 730540, která se věnuje inízkoenergetickým a pasivním domům a která definuje hranice roční spotřeby tepla,které musí tyto domy dosáhnout, aby spadaly do příslušné kategorie.Norma definuje i tzv. energetický štítek budovy, podle kterého lze budovuhodnotit podle energetické náročnosti, podobně jako pračky nebo ledničky. Pokuddům nespadá do kategorie A nebo B, jistě není nízkoenergetický.Splnění určitých hodnot může být i jedním z kritérií ve smlouvě meziinvestorem a stavební firmou. V rámci stavebního řízení musí projekt prokázatspotřebu energie na vytápění, investor tak vždy má v ruce doklad o spotřebě domu.Použitá a doporučená literatura[1] ČSN 730540-2[2] časopis Tepelná ochrana budov, vydává ČKAIT,Sokolská 15, 120 00 Praha 2.[3] časopis ERA 21, vydává ERA group s r.o., Lidická9, 602 00 Brno.[4] Tichý, F., Mužík, V.: Zateplování budov. SIA, 1998.Obrázek7:Energetický štítek budovydleČSN730540-2Obrázek8:Nízkoenergetický rodinnýdům HorníRakousko[5] kol.: Spotřebitelské otázky a odpovědi ekologických poraden. STEP, 2001.[6] Šála, J.: Zateplování budov. Grada, 2000.[7] Nagy, E.: Nízkoenergetický ekologický dům. Jaga Group, 2002.[8] Ladener, H. a kol.: Jak pořídit ze staré stavby nízkoenergetický dům. HEL, 2001.[9] Haller, A., Humm, O., Voss, K.: Solární energie -využití při obnově budov. Grada,2001.[10] CD-ROM Ekodomy - inspirace pro každého. LEA, 2001.[11] CD-ROM Katalogové listy -nízkoenergetické rodinné domy podpořené ČEA vletech 1998-2000. EkoWATT, 2001.

ENERGIE PROSTŘEDÍ, GEOTERMÁLNÍENERGIE, TEPELNÁ ČERPADLAEnergie prostředí (nízkopotenciální teplo obsažené v zemi, vodě i ve vzduchu)vzniká jako důsledek dopadající sluneční energie a jako důsledek geotermálníenergie (energie zemského jádra, radioaktivní rozpad uvnitř Země).V našich podmínkách lze, až na výjimky, tuto energii využít pouze pomocítepelných čerpadel (TČ). Princip tepelného čerpadla byl popsán již v minulémstoletí anglickým fyzikem lordem Kelvinem.Tepelná čerpadla umožňují odnímat teplo okolnímu prostředí, převádět je navyšší teplotní hladinu a předávat jej pro potřeby vytápění nebo pro přípravu tepléužitkové vody. O využitelnosti tepelné energie rozhoduje kromě jejího množstvízejména teplota látky, na kterou je tato energie vázána. Podobně jako vodní čerpadlopřečerpává vodu z nižší hladiny na vyšší, tepelné čerpadlo převádí teplo o nízkéteplotě na teplotu vyšší.

Přírodní podmínkyjsou:Primárními zdroji tepla pro využití energie prostředí a geotermální energie• "suché" zemské teplo hornin (zemní "suché" vrty),• podzemní voda (vrty, studnice, zavodněné šachtice starých důlních děl),• půdní vrstva (zemní kolektory).Tepelná čerpadla mohou využívat jako primární zdroj tepla také povrchovévody (vodoteče, jezera, rybníky a jiné akumulace vod), vzduch z okolí, nebo zesklepních či důlních prostor, z tunelů, podzemních kolektorů apod.Obrázek1:Izolinie tepelného tokuna území ČR. (Zdroj: Geomédia,sr.o.)Možnosti využitíZ okolního vzduchu -Vzduch se ochlazuje ve výměníku tepla umístěném vně,případně uvnitř budovy.Z odpadního vzduchu - Ochlazuje se vzduch odváděný větracím systémemobjektu, který má vždy relativně vysokou teplotu. Tepelné čerpadlo může pracovatefektivně i za podmínek, kdy běžně užívané systémy zpětného získávání tepla(rekuperace) nelze použít.Z povrchových vod - Voda v toku nebo rybníku se může ochlazovattepelným výměníkem umístěným buď přímo ve vodě, nebo zapuštěným do břehuvždy tak, aby nehrozilo zamrznutí. Teoreticky je také možné vodu přivádět potrubímpřímo k tepelnému čerpadlu a ochlazenou vypouštět zpět. V tom případě se všakplatí poplatky správci toku za odběr vody. Zásadní překážkou ovšem je znečištěnípovrchové vody a její mineralizace, která způsobuje zanášení výměníků a potrubí. Přivětší vzdálenosti objektu od potenciálního zdroje se může stavba potrubí neúnosněprodražit.Z půdy - Půda se ochlazuje tepelným výměníkem z polyethylenového potrubíplněného nemrznoucí směsí a uloženého do výkopu (půdní kolektor) nebo do vrtů.

Půdní kolektor se umisťuje vedle objektu vnezámrzné hloubce. Trubky půdníhokolektoru se mohou ukládat na souvisleodkrytou plochu, nejméně 0,6 m od sebe.Velikost takovéto plochy je asi trojnásobkemplochy vytápěné. Je také možné ukládatpotrubí ve tvaru uzavřených smyček dovýkopového kolektoru, rýhyo hloubce 2 m a šířce 0,9 m. Na 1 kWvýkonu tepelného čerpadla je pak potřeba 5 až 8Obrázek2: Průřez půdním kolektorem.metrů délky výkopu. Velmi často se využívá vrtůhlubokých až 150 m. Vrty se umisťují v blízkosti stavby, nejméně 10 m od sebe. Jemožno umístit vrty i pod stavbou, zvláště jde-li o novostavbu. Na 1 kW výkonutepelného čerpadla je potřeba 12 až 18 m hloubky vrtu, podle geologickýchpodmínek.Z podzemní vody - Voda se odebírá ze sací studny a po ochlazení sevypouští do druhé, takzvané vsakovací studny. Podmínkou je geologicky vhodnépodloží, hloubka hladiny přibližně do 20 m a dostatečná vydatnost zdroje vody, kteráse ověří dlouhodobou čerpací zkouškou. Důležité je také chemické složení vody.Teplota v zemi v hloubkách větších než 10 metrů je stálá během celého roku apohybuje se v rozmezí 8 až 10 °C. Proto tepelné čerpadlo pracuje velmi vyrovnaně aúčinně, jako v předchozím případě.Z odpadního tepla z technologických procesů - Tento případ je specifický,vhodný zejména pro výrobní podniky a průmyslovéprovozy. Například v chladírenských provozech lzepoužít odpadní teplo na přípravu teplé užitkové vody.Namísto tepelného čerpadla se používají i levnějšísystémy zpětného získávání tepla.Podobně se může ochlazovat vzduch odváděnývětracím systémem objektu. Takové systémy sepoužívají zejména v klimatizovaných budovách neboprůmyslových podnicích. Použití vzduchu ve sklepěnebo na půdě (obytného domu) jako zdroje tepla nenívhodné, protože se tak zvyšují tepelné ztrátysousedních místností.Obrázek4:Oproti předchozímuzpůsobu je výměník umístěnuvnitř budovy.Obrázek3:Tepelné čerpadlovzduch/voda; vzduch se ohlazujeve výměníku umístěném vněbudovyObrázek 5:Ochlazováním vodyčerpané z hluboké(sací) studny, kde jeteplota stálá,získáme velmivyrovnaný a účinnýzdroj tepla.Ochlazená voda sevypouští do druhé(vsakovací) studny.

V sedmdesátých letech seexperimentovalo s využitím vrtůnebo výkopů pro sezónní"uskladnění" slunečního tepla.Během léta se akumuluje teplo zeslunečních kolektorů a v topnémobdobí se pak odčerpává. Tepelnéčerpadlo sice pracuje efektivněji, ale celý systém jeinvestičně velmi náročný a ekonomicky málo efektivní.Sluneční kolektory lze využít také jako přímý zdrojtepla pro tepelné čerpadlo. Podmínkou je použití akumulačnínádrže, která je ohřívána solární energií. Tepelné čerpadloodebírá teplo přednostně z akumulační nádrže, kromě níObrázek6:Tepelné čerpadlo nemrznoucí kapalina/voda; výměník.Naplněný nemrznoucí směsí ochlazuje půdu ve vrtu nebo vevýkopu, případně vodu ve vodním toku nebo v rybníku.však musí mít k dispozici dalšínízkopotenciální zdroj tepla(pro případ vyčerpání tepla zakumulační nádrže). I tytosystémy jsou ekonomicky méně efektivní (navýšení investic o akumulační nádrž,solární systém, měření a regulaci).Přehled systémůDle způsobu, kterým se uskutečňuje odsávání par z výparníku a zvýšení jejichtlaku na kondenzační, se tepelná čerpadla dělí na:• Kompresorová tepelná čerpadla (KTČ) -nejběžnější druh. Hnacímechanická energie pro pohon kompresoru (pístového, rotačního) může býtdodávána spalovacím nebo elektrickým motorem.• Absorpční tepelná čerpadla (ATČ) -zřídka se vyskytující, mají nízkouúčinnost. Pro zvýšení tlaku par je použito pochodu absorpce chladiva doroztoku, jeho přečerpání do vypuzovače a následné vypuzení chladiva zroztoku při kondenzačním tlaku. Hnací tepelná energie může být dodávánaparou, horkou vodou nebo spalováním paliva.• Hybridní tepelná čerpadla -obvykle zakázková výroba.Podle druhu ochlazovaného a ohřívaného média se rozlišují typy tepelnýchčerpadel.Typ čerpadla:(ochlazuje se/ohřívá se)vzduch/vodaMožnosti použitíuniverzální typ, pro ústřední vytápění

vzduch/vzduchvoda/vodanemrznoucíkapalina/vodavoda/vzduchdoplňkový zdroj tepla, teplovzdušnévytápění, klimatizacevyužití odpadního tepla, geotermální energie,ústřední vytápěníuniverzální typ pro ústřední vytápění,zdrojemtepla je nejčastěji vrt nebo půdní kolektorteplovzdušné vytápěcí systémyTabulka1:Nejčastější typy tepelných čerpadel.Kompresorová tepelná čerpadlaČinnost tepelného čerpadla jezaložena na pochodech spojených sezměnou skupenství v závislosti na tlakupracovní látky (chladivo). Ve výparníkuodnímá chladivo za nízkého tlaku a teplotyteplo ochlazované látce (zdrojinízkopotenciálního tepla). Dochází k varu akapalné chladivo přiváděné do výparníku sepostupně mění v páru. Páry chladiva jsou zvýparníku odsávány a stlačenykompresorem na kondenzační tlak. VObrázek7:Princip tepelného čerpadla.kondenzátoru předávají kondenzační teploohřívané látce a mění své skupenství na kapalné. Kapalné chladivo je po sníženítlaku přiváděno zpět do výparníku, kde doplňuje vypařené chladivo. Tím je oběhuzavřen.Spotřeba pohonné energie pro uskutečnění popsaného děje závisí předevšímna množství přečerpávaného tepla a rozdílu mezi teplotou kondenzační avypařovací. Poměr tepelného výkonu k příkonu kompresoru (resp. energie dodanépro ohřev k energii spotřebované) se nazývá topný faktor ε T. Přibližný vztah provýpočet topného faktoru KTČ:TkεT= k ×Tk− T 0kde:T kje teplota kondenzační (topného systému) [K]T 0je teplota vypařovací (teplota zdroje) [K]k je korekční součinitel respektující skutečný oběh; k = (0,4 ÷ 0,6)Chladicívýkon 1 kWPrůtok zdrojevýparníkemkg/hVoda215-172Vzduch891-712Zemníteplo217-290Slunečníenergie217-172

Teplotní rozdílmezi vstupema výstupemzdroje vevýparníkuDovolená min.teplota vstup.zdroje dovýparníkuDovolenámax. teplotavstup. zdrojedo výparníkuK 4-5 4-5 3-4 4-5°C 8-10 0-(-15) -15°C20 -240-(-4)20-25 25 20-24Tabulka2:Orientační hodnoty potřebnévydatnosti zdroje tepla a dovolenévstupní teploty teplonosné látky dovýparníku.(Zdroj: Geotermsr.o.)Pro dosažení minimální spotřeby pohonné energie a dosažení vysoké hodnotytopného faktoru je zapotřebí:• Teplota zdroje nízkopotenciálního tepla má být co nejvyšší, nesmí všakpřesáhnout maximální teplotu povolenou výrobcem pro daný typ tepelnéhočerpadla. Jeho vydatnost musí být dostatečná a ochlazení teplonosné látky vevýparníku přiměřené, aby teplota vypařovací nemusela být zbytečně nízká. Kroměsnížení topného faktoru pak může dojít k ohrožení funkce, např. zamrznutímzdrojové vody.• Používání tepelného čerpadla je výhodné v kombinaci s nízkoteplotnímvytápěcím systémem (podlahové vytápění). Čím menší rozdíl hladin teplot musítepelné čerpadlo překonávat, tím méně energie spotřebuje (maximální pracovníteplota na výstupu TČ je cca 55 °C).Topný faktor během roku kolísá v závislosti na vstupní a výstupní teplotětepelného čerpadla. Průměrný roční topný faktor je poměr celoroční spotřebyenergie a celoroční výroby tepla a používá se pro vyhodnocení provozu. Běžnětepelná čerpadla dodají za ideálních podmínek třikrát až čtyřikrát více tepla nežspotřebují elektřiny.Bivalentní provoz tepelného čerpadlaSpotřeba tepla na vytápění se během roku mění. Pokrytí celé spotřeby TČ jeneekonomické (větší TČ a delší vrty výrazně zvyšují pořizovací náklady), proto sesystém doplňuje dalším špičkovým zdrojem tepla, obvykle elektrokotlem. Tentozdroj slouží i jako záloha pro případ výpadku TČ.Systém pak pracuje v tzv. bivalentním provozu, kdy po určitou dobu (např. vmrazových dnech) běží kromě TČ druhý zdroj tepla (elektrokotel). Instalovanýtepelný výkon tepelného čerpadla je v tomto provozu nižší než je maximální potřebný(obvykle 50 -75 %). U správně navrženého systému špičkový zdroj dodává pouze 10-15 % celkové spotřeby tepla.

Obrázek8: Bivalentní chod tepelnéhočerpadlaVýběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzováníTČ pro vytápění lze použít téměř všude, pro dimenzování je důležité znátspotřebu tepla a teplé užitkové vody a další podmínky:• Elektrická přípojka musí umožnit připojení TČ (dostatečný příkon).• Obvykle je výhodné provést zateplení objektu (pak stačí menší a levnějšítechnologie).• Vzduchová TČ není výhodné používat v drsných klimatických podmínkách,kde venkovní teploty klesají pod -15 °C (horské oblasti). U tohoto typu jepotřeba najít vhodné umístění vnější jednotky (hlučnost, omezení průtokuvzduchu, námrazy).• V případě využití hlubinných vrtů je dobré znát předem geologicképodmínky v podloží, aby nedošlo k jejich poškození ("zavření vrtu").Provádění vrtů v 1. a v 2. ochranném pásmu lázní a minerálních vod jeupravené zvláštními předpisy.• Při využití podzemní vody je podmínkou dostatečná vydatnost zdroje vody.• Při využití povrchových vod se platí poplatky správci toku, případně stočné.

TČ se nejčastěji používají na vytápění a klimatizaci budov. V kancelářskýchprostorách se často využívá možnosti reverzního chodu, kdy tepelné čerpadlo v létěochlazuje vzduch v místnostech, zatímco v zimě topí.V zemědělství tepelná čerpadla ohřívají teplou užitkovou vodu odpadnímteplem z chlazení mléka. V průmyslových odvětvích se používají kombinace chlazenía přípravy užitkové vody.Porovnáme-li emise vzniklé vdůsledku spotřeby elektřiny propohon TČ s emisemi vzniklými přispalování tuhých paliv, pak odprůměrného ročního topného faktoru2,33 dochází ke snížení emisí(uvažujeme-li ztráty při výrobě apřenosu elektřiny 70 % a přispalování tuhých paliv 30 %).Obrázek9: Kotelnas16kWTČ.(Zdroj:Alterm s.r.o.)Použitá a doporučená literatura[1] Dvořák, L., Klazar, J., Petrák, J.: Tepelná čerpadla. Praha, SNTL, 1987.[2] Kol. autorů: Katalog firem 2002 -2003, obnovitelné zdroje energie. EkoWATT,Praha, 2002.[3] Kol. autorů: Obnovitelné zdroje energie. FCC Public, Praha, 1994, druhéupravené a doplněné vydání 2001.[4] Kol. autorů: Tepelná čerpadla, projektování a instalace. Stiebel Eltron, 1998.[5] Kol. autorů: Kombinované energetické systémy s využitím obnovitelných zdrojůenergie. ČEA, Praha, 1997.ÚSPORNÁ OPATŘENÍ V RODINNÝCH DOMECHŠetření energií nemusí znamenat snížení komfortuNaopak, úspornými opatřeními můžeme významně zlepšit kvalitu svéhobydlení. Starší domy zřídka vyhovují moderním požadavkům na spotřebu paliva, nauživatelský komfort i na obsluhu vytápění. V současnosti jsme k úsporám energiedále motivováni také rostoucími cenami paliv i současnými předpisy (o nich v dalšímtextu). Úsporná opatření se týkají nejčastěji spotřeby tepla na vytápění, protože zdeje největší potenciál. Ani úspory elektřiny však nejsou zanedbatelné: výroba elektřinysilně zatěžuje životní prostředí a její cena není malá.

Zateplování zdivaSpotřeba tepla je dána zejména tepelnou ztrátou budovy. Teplo z domuneustále uniká dvojím způsobem: jednak prostupuje stěnami a okny a jednak unikáse vzduchem, kterým větráme. Průniku tepla obvodovým pláštěm budovy nelze nikdyzcela zabránit (to by bylo proti fyzikálním zákonům), ale lze ho značně snížit. Stejnějako si v chladných dnech oblékáme svetr a kabát, můžeme i dům opatřit izolací. Jeto efektivnější, než topit a topit.Vnější zateplení – výhody a nevýhody+ zdivo je "v teple" a není tolik namáháno výkyvy teplot a povětrností+ zvýší se akumulační schopnost domu+ snáze se eliminují tepelné mosty v konstrukci (okenní překlady, věnce, stropy aj.)+ riziko kondenzace vlhkosti ve zdivu je minimální+ budova získá novou fasádu = úspora nákladů na údržbu+ při instalaci se neruší pobyt osob uvnitř- potřeba lešení a prostoru okolo domu- izolaci je potřeba provádět naráz v celé ploše domu- vyšší nákladyVnitřní zateplení – výhody a nevýhody+ možnost izolovat jen jednu místnost+ snadný přístup, bez lešení+ možno instalovat bez ohledu na počasí+ snáze se provádí svépomocí- riziko kondenzace vlhkosti ve stěnách domu- riziko promrzání vnějšího zdiva- riziko růstu plísní, zejména v oblasti tepelných mostů- snížení akumulační schopnosti zdiva- zmenšení plochy místnostíNa co si dát pozorVždy platí, že návrh (projekt)zateplení je lepší svěřit odborníkům.Každý dům je trochu jiný a tak semůže stát, že to, co se osvědčilo usouseda, v našem domě přineseproblémy.Zejména při vnitřním zatepleníje třeba mít kvalitní návrh, protože zde se dáObrázek1:Zateplení spodní části zdí.

zkazit opravdu hodně. Špatné zateplení může ohrozit funkci domu (destrukce zdípromrzáním) i zdraví jeho obyvatel (růst plísní v bytě).Při vnějším zateplení je rizikem hlavně nekvalitní provedení, které pozdějivede třeba k praskání omítek. Často se při realizaci podceňuje důsledné izolovánícelé vnější plochy -okenních ostění, nadpraží a parapetů a pruhu zdiva nad terénem.To může později působit poruchy v konstrukci.Většinou se vyplatí svěřit práci firmě, která má zkušenosti, a nelitovat času nato jít se podívat, jak vypadá zateplení, které už dělala a jak jsou s ním uživateléspokojeni.Vlhké zdivoVždy platí, že zateplovat by semělo jen suché zdivo. To znamenápřed jakýmkoli zateplovánímodstranit příčiny vlhnutí (napříkladpodříznout zeď a vložit izolaci).Pokud vlhké zdivo opatříme zvenkukontaktním zateplením (s vysokýmdifúzním odporem), problémy svlhkostí se zaručeně zhorší. Vlhkost,která se až dosud odpařovala z vnějšku i zevnitř, Obrázek2: Zateplení vlhkého zdiva.může najednou odcházet jen z vnitřní strany. Tovede k objevení nebo zvětšení "map" a někdy i k plísním. Takovéto problémy semohou objevit i u zdí, které se před zateplením jevily jako suché. Nelze-li příčinyvlhnutí zdiva odstranit, je nutné poradit se se stavebním specialistou.Tepelná pohodaZateplením stěn dojde vždy ike zvýšení jejich povrchové teploty.To má vliv na tepelnou pohodu -čímjsou stěny chladnější, tím je pobytméně příjemný a naopak (to je takédůvod, proč je teplo kachlovýchkamen vnímáno jako velmipříjemné). V konečném důsledkuObrázek 3: Průběh teplot ve zdivu s různým zateplením.můžeme v dobře zateplené místnostiudržovat trošku nižší teplotu vzduchu, aniž bychom pociťovali chladno. To opět vedeke snížení energie (snížení teploty o 1°C představuje úsporu cca 6 %).

Izolování stropů a střechyMá-li dům nevytápěnou půdu, lze strop poměrně snadno a efektivně izolovatpoložením izolace na podlahu půdy. Chceme-li mít půdu pochozí, je nutno překrýtizolaci záklopem z prken nebo desek. Toto opatření patří k nejlevnějším anejefektivnějším. Výhodou je i to, že rozhodneme-li se v budoucnu pro zvýšení domunebo vestavbu podkroví, dá se izolace snadno odstranit a použít jinde.Jinou možností je zaplnit dutiny trámového stropu izolací. Pokud se použijefoukaná izolace (např. z papírových vloček nebo bavlny), je zásah do konstrukceminimální a v interiéru ani na půdě se nic nezmění.Stále častěji se dosud nevyužívaná půda rekonstruuje na podkroví. To jevhodná příležitost pro izolaci střechy. I zde bohužel platí, že špatným návrhem ahlavně nekvalitním provedením se dá hodně zkazit. Tepelná izolace, hydroizolačnífólie a parotěsná zábrana musí být provedeny tak, aby původní konstrukce krovutrvale nevlhla. Je dobré, aby dřevo mohlo "dýchat", tedy aby voda, která se dokonstrukce přes pečlivou instalaci zateplení dostane (zatékáním nebokondenzovanou vlhkostí, která proniká z interiéru), mohla zase odejít. V opačnémpřípadě může být krov napaden hnilobou a houbami.1.střešní krytina2.střešní latě3.latě pro vymezení větrací mezery4.krokev5.izolace mezi krokve(10cm)6.izolace přes krokve(10cm)7.latě přes krokve(6x10cm)8.parotěsná zábranaObrázek4: Zateplení podkroví.Izolování podlahIzolace podlah je mnohdy problematická. Někdy ji nelze provést bezzásadního zásahu do interiéru. To je případ podlah na terénu. Někdy je možnonahradit izolaci plochy podlahy tím, že izolujeme zeminu pod objektem -třebazapuštěním izolace pod terén v okolí základů (takováto tepelná izolace můževýhodně sloužit i jako izolace proti vlhkosti).Jestliže jsou obytné místnosti podsklepeny, je vhodné zateplit jejich podlahyzespoda, nalepením izolantu na strop. Pokud jsou stropy klenuté, je možno nahraditstávající násyp klenby tepelně-izolačním násypem.Izolace podlah je nutná zejména v případě, že chceme instalovat podlahovévytápění.

Čím izolovatNa trhu je mnoho druhů izolace, která se prodává pod desítkami obchodníchznaček. Nejčastěji se používá polystyren a minerální a skelná vata. Oba materiályizolují přibližně stejně dobře. Konkurovat jim začíná izolace z ovčí vlny, která je velmiekologická. Pro specifické případy (např. izolace pod terénem) je nutno použítobvykle dražší materiály; v jiných případech naopak můžeme použít i izolaci velmilevnou (např. slámu).Návrh materiálu by měl být součástí odborného návrhu zateplení; obvykle sevyplatí nechat si zpracovat různé cenové návrhy. Je však dobré si uvědomit, žezejména u venkovního zateplení tvoří cena vlastního izolantu jen asi 1/4 celkovýchnákladů. Kotvící prvky, lišty, lepicí a omítkové hmoty a ovšem i cena montáže tvoří vcelkovém rozpočtu největší část. Proto nemusí být síla izolace tím nejlepším místem,kde ušetřit na nákladech.Kolik izolace?Optimální tloušťka izolace je prokaždý dům jiná -závisí nejen namateriálu zdí, ale i na ceně paliva aprioritách majitele domu. Při životnostizateplení nejméně 40 roků je potřebazvažovat růst cen energií v celé tétodlouhé době. Pokud tloušťku izolantupodceníme, těžko budeme po několikaletech zateplovat dům znovu.Současné požadavky jemožno splnit jen s poměrně silnými tloušťkami izolace -viz obrázek.Obrázek5:Tloušťky izolantu pro splnění požadavků normy.Únik tepla oknyOkny vždy uniká poměrně velké množstvítepla. Vývoj v této oblasti však zaznamenal velkýpokrok, takže nová moderní okna jsou dvakrát lepšínež ta, na které jsme u starších budov zvyklí.Výměna okenVýměna oken za nová je vždy poměrněnákladná. Rozhodneme-li se však už okna vyměnit(třeba kvůli špatnému stavu původních), nemělibychom šetřit na nesprávném místě. Tím jezasklení. Okna jsou nabízena s různými typydvojskel, přičemž rozdíl mezi nejlevnějším a

nejdražším typem je asi 20 % ceny okna. Naproti tomu rozdíl v izolační schopnosti jeaž dvojnásobný. Měli bychom tedy vždy dát přednost kvalitnímu dvojsklu s mezeroumezi skly plněnou argonem nebo jiným inertním plynem. Důležité je, aby vnitřní sklodvojskla bylo opatřeno pokovením, které dokáže odrážet teplo zpět do místnosti.Současná tzv. eurookna se vyznačují poměrně tenkým rámem, který vyžadujesprávné osazení do zdi. Pokud nejsou okenní ostění, nadpraží a parapety důsledněizolovány, vzniká okolo oken výrazný tepelný most, kterým uniká velké množstvítepla. Případné vnější zateplení zdi by mělo přesahovat i na rámy. Je dobré siuvědomit, že v současné době izoluje většina dřevěných a plastových rámů tzv.eurooken hůře než jejich zasklení!Obrázek 6: Izolace okna.Pokud chceme nahradit špaletová okna, je vhodné nechat vyrobit nové oknoobdobné konstrukce, které má ovšem vnější křídlo zasklené kvalitním izolačnímdvojsklem.Repase okenJestliže jsou stávající okna vdobrém stavu, lze uvažovato jejich repasi. Ta spočívá v opravěporuch, případně výměně závěsů akování, instalaci těsnění a zejménavýměně vnitřního skla. U menšíchkřídel, která snesou přitížení, lze instalovat izolačnísoučinitel prostupu tepla U [W/m2.K]špaletové okno s obyčejným zasklením 2,7dřevěné okno s dvojitým obyčejným zasklením 2,8"eurookno" s běžným izolačním dvojsklem 2,8"eurookno" s izolačním dvojsklem s mezeroumezi skly plněnou argonem a s pokovením1,8 -1,3repasované špaletové okno, zasklení s pokovením 1,9 -2,1Tabulka 1: Parametry oken.dvojsklo. Jinak se vnitřní sklo vymění za nové,s pokovením, které odráží tepelné záření domístnosti. Součinitel prostupu tepla se taksníží přibližně o čtvrtinu.Únik tepla větracím vzduchemPro dobrý pocit osob a z hygienickýchdůvodů je nutno větrat všude tam, kde sezdržují lidé. V rodinných domcích to znamená,že vzduch v místnosti by se měl zcela vyměnitkaždé dvě hodiny. Ve většině domů je totovětrání zajištěno tzv. přirozeným způsobem,tedy pronikáním studeného vzduchunetěsnostmi mezi okenním křídlem a rámem(a únikem teplého vzduchu horní částí oken).Intenzita tohoto větrání se přitom mění podlevenkovní teploty, síly větru a prakticky se nedáregulovat. Nejsou-li v domě lidé, je toto větránínežádoucí; přitom ztráty větráním tvořípřibližně 1/3 spotřeby (nezatepleného) domu.Obrázek 7: Energetický štítek spotřebiče.

Proto má na úsporu velký vliv instalace okenního těsnění, případně instalace nových,dobře těsněných oken.Nesmíme však nikdy zapomínat na větrání, jsou-li v domě lidé. Na trhu jsouokna, jejichž kování umožní "netěsnou" polohu nebo okna s větracím otvorem vrámu, jehož velikost se dá regulovat.Větrat je však nutno i tam, kde vzniká vlhkost (koupelny, sušárny prádla), abyvlhkost nepronikala do stěn, které tak poškozuje. U starších domů se může pozatěsnění nebo výměně oken ukázat vlhkost ve zdech. Tato vlhkost byla až doposudprůběžně odvětrávána netěsným oknem, takže problém nebyl vidět. Lepší než trvalevětrat je však vždy odstranit příčiny vlhnutí.Velmi efektivním a komfortním řešením je instalovat systém nuceného větránís rekuperací tepla, což u starších budov může narážet na technické překážky.Úspory elektřinyVzhledem k rostoucím cenám elektřiny se vyplatí vybírat úspornějšíelektrospotřebiče. Tzv. bílá technika (chladničky, pračky, myčky atd.) musí být vobchodě opatřena energetickým štítkem, který určuje spotřebu energie výrobku.Nejúspornější je kategorie A, nejhorší kategorie F a G. Skutečná spotřeba ovšemzáleží i na tom, jak budeme s výrobkem zacházet. Energetický štítek uvádí i dalšídůležité údaje, jako třeba hlučnost výrobku, spotřebu vody, účinnost praní aj.Máme-li v domě levný ohřev teplé vody (solárním systémem, kotlem na dřevoaj.), vyplatí se poohlédnout se po pračce či myčce nádobí s přívodem teplé i studenévody. Podstatná část jejich spotřeby připadá právě na elektrický ohřev vody.LegislativaPokud dům rekonstruujeme v rozsahu, který vyžaduje vydání stavebníhopovolení, je nutno splnit požadavky ČSN 730540, která byla v roce 2002novelizována. V praxi to znamená téměř vždy zateplit většinu konstrukcí budovy tak,aby vyhověly požadavkům normy. Na projekt, který to nerespektuje, by nemělo býtvydáno stavební povolení. Norma definuje i tzv. energetický štítek budovy, podlekterého lze budovu hodnotit podle energetické náročnosti, podobně jako pračky neboledničky.součinitel prostupu tepla U[W/m2.K]požadovanáhodnotadoporučenáhodnotavenkovní stěny 0,38 0,25podlahy na terénu 0,60 0,40strop pod nevytápěnou půdou(těžká konstrukce)0,30 0,20okna nová 1,80 1,20okna upravená 2,00 1,35Tabulka 2: Vybrané požadavky ČSN730540-2 nakonstrukce

Použitá a doporučená literatura[1] ČSN 730540-2[2] časopis Tepelná ochrana budov, vydává ČKAIT, Sokolská 15, 120 00 Praha 2.[3] kol.: Spotřebitelské otázky a odpovědi ekologických poraden. STEP, 2001.[4] Šála, J.: Zateplování budov. Grada, 2000.[5] Barták, K.: Nejčastější problémy při rekonstrukcích domů. Grada, 1998.[6] Barták, K.: Fasády a jejich rekonstrukce. Grada, 1996.[7] Balík, M.: Vysušování zdiva I.-III. Grada, 2002.[8] Nagy, E.: Nízkoenergetický ekologický dům. Jaga Group, 2002.[9] Ladener, H. a kol.: Jak pořídit ze staré stavby nízkoenergetický dům. HEL, 2001.ENERGIE SLUNCE -SLUNEČNÍ TEPLO, OHŘEVVODY A VZDUCHUSluneční energie je základní podmínkou života na Zemi. Sluneční záření lzepřímo využívat k výrobě tepla, chladu a elektřiny, nepřímo jako energii vodních toků,větru, mořských vln, tepelnou energii prostředí (atmosféra, hydrosféra, litosféra) aenergii živé hmoty -biomasy (biochemická energie).Možnosti využitíPřeměna světelného záření na teplo (fototermální přeměna) může být pasivní(pomocí pasivních solárních prvků budov prosklené fasády, zimní zahrady) neboaktivní (pomocí přídavných technických zařízení -sluneční sběrače -kolektory).Podrobné rozdělení možností ukazuje následující schéma:U pasivního systémumnožství získané energie závisí napoloze, architektonickém řešení azejména na druhu budovy, použitýchmateriálech, vytápěcím systému (míravyužití zisků z oslunění). Podmínkouvyužití pasivních solárních systémů jevyřešení rizika tepelné zátěže (řádnéodvětrání, možnost akumulace dostavebních konstrukcí,...). U nověbudovaných staveb je nutnépřizpůsobit celé architektonické

řešení. Starší stavby lze vhodně rekonstruovat (vybudovat skleněné přístavky,prosklené verandy apod.).Konkrétní budovu je lépe řešit se specializovaným odborníkem (energetickýauditor) než s architektem či stavařem. Energetický přínos závisí i na způsobuužívání budovy -např. dodatečně zasklená lodžie přináší úsporu jen pokud není vzimě vytápěná.Aktivní systémy je téměř vždy možné dodatečně instalovat na stávajícíbudovu. Využívají se zejména k celoroční přípravě teplé užitkové vody (TUV),ohřevu bazénové vody a k přitápění budov pomocí teplovodního či teplovzdušnéhovytápění.S ohledem na sezónnícharakter průběhu slunečníhozáření je možné tepelnou energiii dlouhodobě akumulovat vzásobnících (vodních, štěrkovýchaj.). Čím je delší dobaakumulace, tím je systém dražšía méně ekonomický. Proto senejčastěji používá krátkodobáakumulace spolu s pružnýmiotopnými systémy, které využijíokamžité solární zisky.Obrázek 1: Rodinný dům se solárním systémem (Horní Rakousko).Energie Slunce je vČeské republice využívána zejména v aktivních solárních systémech s kapalinovýmiplochými kolektory, které jsou využívány zejména k přípravě teplé užitkové vody vrodinných domech, zemědělství, službách a k ohřevu vody v bazénech. V mnohemmenší míře jsou využívány i pro přitápění či jako zdroj pro akumulaci tepla.Teplovzdušné kolektory se většinou využívají pro sušení v zemědělství a v menšímíře k přitápění budov.Přírodní podmínkySluneční záření dopadající na plochu pod vrstvou atmosféry se skládá zpřímého a z rozptýleného záření. Přímé sluneční záření je záření od slunečníhodisku, které tvoří vzhledem k velké vzdálenosti svazek prakticky rovnoběžnýchpaprsků. Rozptýlené sluneční záření vzniká v důsledku rozptylu přímých slunečníchpaprsků na molekulách plynných složek vzduchu, vodních kapkách a ledovýchkrystalcích a na různých aerosolových částečkách. Rozptýlené záření se jeví jakosvětlo oblohy; kdyby nebylo, jevila by se obloha i během dne černá s ostře zářícímslunečním kotoučem.Základní veličinou při popisu přímého slunečního záření je intenzita, která jedefinována jako množství zářivé energie dopadající za jednotku času na jednotkovou

plochu orientovanou kolmo ke slunečním paprskům. Solární konstanta I* udáváintenzitu slunečního záření na hranici (vně) zemské atmosféry ve střední vzdálenostiZemě -Slunce, I* = 1367 W/m .2Množství celkového slunečního záření dopadajícího za jednotku času najednotku plochy horizontálního zemského povrchu se nazývá globální slunečnízáření a je dáno algebraickým součtem intenzity přímého a intenzity difúzníhoslunečního záření na horizontální zemském povrchu.Průměrný počet hodin solárního svitu (bez oblačnosti) se v ČR pohybujekolem 1460 h/rok (od 1400 do 1700 h/rok). Nejmenší počet hodin má severo-západúzemí. Směrem na jiho-východ počet hodin narůstá. Lokality se od sebe běžně liší vprůměru o ±10 %. V některých ojedinělých případech je odchylka vyšší.Na plochu jednoho čtverečního metru dopadne za rok průměrně 1100 kWhenergie. Roční výroba slunečníchkolektorů v našich podmínkáchdosahuje přibližně 300 -550 kWh/m 2rok. Pro reálné odhady hrubé výrobyenergie v průměrných solárníchzařízeních v podmínkách ČR lzeuvažovat průměrnou roční výrobu380 -420 kWh/m kolektorové plochy,2což odpovídá i obvyklým naměřenýmhodnotám.Mapka ukazuje globální slunečnízáření dopadající na vodorovnou plochu ovelikosti 1 m za 2Obrázek 2: Průměrné roční sumy globálníhozáření v MJ/m 2rok a dává tak představu o množství využitelné sluneční energie.Mapka neplatí pro oblasti se silně znečištěnou atmosférou, kde je nutné počítat spoklesem globálního záření o 5 -10 %, někdy až 15 -20 %. Pro oblasti s nadmořskouvýškou od 700 do 2000 m. n. m. je nutné počítat s 5 % nárůstem globálního záření.Základní části solárního systémuZákladním stavebním prvkemslunečního kolektoru (solární tepelný jímač)je absorbér, což je např. plochá deska sneodrazivým povrchem a trubicemi pro odvodteplonosného média. Uložením absorbérupod skleněnou desku vznikne slunečníkolektor, který využívá "skleníkového efektu".Z hlediska teplonosného média dělímekolektory na kapalinové a vzduchové, resp.kombinované.Obrázek3: Pohled na vakuový trubicový kolektor.

Sluneční absorbéry přeměňují zachycené sluneční záření na tepelnouenergii (dlouhovlnné záření). Ta je pomocí teplonosného média (kapalina, vzduch)odváděna do místa okamžité spotřeby nebo akumulována v zásobníku. Kolektorydělíme podle tvaru na ploché a trubicově (mají absorbér zataven ve vakuovétrubici). Vakuum snižuje tepelné ztráty a zvyšuje účinnost při dosažení vyššíchvýstupních teplot; používá se i u plochých kolektorů.Kvalitní kolektory mají absorbér opatřený spektrálně selektivní vrstvou(speciální černá barva nebo galvanické pokovení), mají vyšší účinnost a dokážízpracovat i difúzní záření.U koncentračních kolektorů čelní (lineární Fresnelovy čočky) neboodrazová plocha (duté zrcadlo) koncentruje záření na menší absorpční plochu.Dosáhne se tak vyšších teplot a vyšší účinnosti. Doplňují se polohovacím zařízením,které natáčí kolektor nebo jeho absorbér za Sluncem.Solární zásobník slouží pro přípravu TUV, doplňkově se ohřívá tepelnouenergií z ústředního vytápění a elektřinou (při nedostatku sluneční energie). Objemzásobníku musí odpovídat ploše kolektorů, aby i v létě akumuloval zachycenouenergii a nedošlo k poškození systému. Z hygienických důvodů je žádoucí alespoňjednou týdně ohřát obsah zásobníku na 72 °C, neboť při provozu za nízkých teplot amalém odběru se mohou rozmnožit nežádoucí mikroorganizmy.Solární výměník tepla je v zásobníku umístěn co nejníže, nad ním jevýměník okruhu ústředního vytápění a nejvýše je elektrické topné těleso. Plochyvýměníků musí být navrženy s ohledem na materiál, z něhož jsou vyrobeny, nateplotu kapaliny v solárním okruhu a dále na průtok a objem zásobníku.Potrubí by mělo být co nejkratší s kvalitní tepelnou izolací, navržené naodpovídající požadovaný průtok, teplotu a tlak teplonosné kapaliny v solárnímokruhu. Oběhové čerpadlo zajišťuje cirkulaci teplonosné kapaliny. Armaturyzabezpečují správnou funkci z hlediska spolehlivosti a bezpečnosti včetně kontroly aregulace (manometr, teploměr, zpětný ventil). Vyrovnání tlaku vlivem značnéhokolísání teploty zajišťuje expanzní nádoba, jejíž konstrukce a umístění musíodpovídat předpokládané maximální teplotě, objemu a tepelné roztažnostiteplonosné kapaliny. Jako ochrana proti extrémnímu zvýšení tlaku při výpadkuelektřiny se instaluje pojistný ventil. Automatická regulace zabezpečuje optimálnívýkon systému, chrání ho před poškozením a umožňuje potřebnou regulaci teplamezi spotřebiči.Pro sezónní přípravu užitkové vody se jako teplonosná kapalina používávoda. Pro celoroční provoz je nutné použít nemrznoucí směs, která má mít podobnéfyzikální vlastnosti jako voda (kromě bodu tuhnutí). Tomu vyhovují kapaliny na báziroztoku vody a propylenglykolů s inhibitory koroze, například Solaren.

Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzováníSluneční systém pracuje nejlépe, pokud je navržen pro skutečné místnípodmínky (dimenzování, umístění kolektorů a způsob využití).Pro dimenzování je důležité znát spotřebu TUV, zda bude ohříván bazén,zda bude požadováno přitápění, způsob napojení na klasický zdroj energie,způsob regulace a další vstupní údaje:• počet hodin slunečního svitu a intenzita slunečního záření, která se měnípodle znečištění atmosféry (město, venkov, hory),• chod ročních venkovních teplot, větru či jiných nepříznivýchmeteorologických jevů, které určují tepelné ztráty kolektorů (zejménanámrazy),• orientace; ideální je na jih (případně s mírným odklonem max. ±45°), JZsměr je výhodnější než JV, neboť maximum výkonu nastává obvykle kolem14. hodiny, kdy jsou v důsledku nejvyšší denní teploty nejnižší tepelné ztráty;automatické natáčení kolektorů za Sluncem je neekonomické,• sklon slunečních kolektorů; pro celoroční provoz je optimální 45°vzhledem k vodorovné rovině, při preferenci výhradně letního provozu 30°, uzimního provozu je výhodnější sklon 60 -90°,• množství stínících překážek; ideální je celodenní osvit Sluncem,krátkodobé zastínění je přípustné spíše v dopoledních hodinách,• délka potrubních rozvodů; má být co nejkratší (minimalizace tepelnýchztrát),• možnost umístění,• únosnost střechy; pokud nedostačuje, nebo není správně orientovaná, lzevyužít i štítovou stěnu, střechu garáže, přístavku, pergoly,• rozložení spotřeby tepla; v ideálním případě kopíruje roční průběhslunečního záření, např. pro instalace jsou vhodnější bytové a rodinné domy,naproti tomu školy se jeví jako problematické, protože v době nejvyššíhoslunečního svitu bývají většinou nevyužívané.Z výše uvedených parametrůje možné stanovit množstvívyrobené energie z celéhosystému za rok. Pro podrobnějšívýpočty existují již počítačovéprogramy, např. firemní programyvýrobců slunečních kolektorů.Následující tabulka slouží proorientační dimenzování solárního systému na ohřev TUV se standardními plochýmisolárními kolektory s konverzní selektivní vrstvou (Heliostar, Ekostart Therma apod.).

V případě využití pasivních solárních prvků se obtížně stanovuje ročníenergetický přínos, je potřeba sledovat zejména:• Optimální využití jižní strany budovy, která musí byt v ziměosluněná (bez stínících překážek), měla by mít co největšíplochu. Prvky pasivní solární architektury se umísťují na jižnístěnu, u jednodušších systémů to jsou např. velká okna prozachycení solárního zářeni, u složitějších systémů je celájižní stěna prosklená a za ní je teprve vlastní nosnáa akumulační stěna s okny do místností, dveřmi, větracímikanály a pod.• V případě orientace prosklených ploch na V nebo Z se zvyšujeriziko přehřívání interiéru v letních měsících.• Prosklené plochy a další prvky musí být zkonstruovány tak, abyse snížil únik tepla vedením a sáláním v době bez slunečníhosvitu (např. v zimě nebo v noci).• U všech pasivních systémů je potřeba dávat pozor na vzniktepelné zátěže a je nutné zabezpečit akumulaci získanéhotepla - obvykle do stavební konstrukce, nebo odvést teplývzduch do ostatních místností. Zejména v letních měsících jenutné odvětrání jižních místnosti v budově a zabezpečitsystém clonění velkých prosklených ploch z důvodu možnéhopřehřívání budovy. V ideálním případě lze využít přebytkytepla pro přípravu TUV či ohřev vody v bazénu.Přehled zařízeníPodle způsobu oběhu teplonosné kapaliny:a) Solární systémy se samotížným oběhem využívají k oběhu teplonosnékapaliny gravitace mezi kolektorem a zásobníkem. Kapalina v systémuproudí díky rozdílu hustoty mezi ochlazenou a ohřátou teplonosnou kapalinou.Solární zásobník je nutné umístit výše než kolektory. Nevýhodou je horšíregulace průtoku teplonosné kapaliny kolektorem (nižší účinnost zařízení).Většina moderních kolektorů je navržena na nucený oběh a pro svůj velkýhydraulický odpor není k tomuto zapojení vhodná. Výhody jsou nižšípořizovací náklady, maximální jednoduchost, nezávislost na vnějším zdrojienergie, vyšší spolehlivost, nehrozí výpadek čerpadla. Systém samotížnéhooběhu se využívá u velmi jednoduchých malých solárních systémů určenýchpřevážné pro sezónní ohřev.b) Solární systémy s nuceným oběhem využívají k oběhu teplonosnékapaliny oběhové čerpadlo. Výhodou je přesná regulace průtoku teplonosnékapaliny kolektorem, která umožňuje vyšší účinnost přenosu tepla. Zmenšeníprůtoku vlivem hydraulických ztrát se nechá částečně kompenzovat změnou

otáček čerpadla, snížení průtoku lze docílit skrčením. Nevýhody jsou vyššípořizovací náklady, větší složitost, nižší spolehlivost (výpadek čerpadla) azávislost na vnějším zdroji energie.Podle počtu okruhů:a) Jednookruhové systémy přímo ohřívají vodu bez výměníku tepla.Výhody jsou vysoká účinnost přenosu tepla, nižší pořizovací náklady,jednoduchost. Nevýhody jsou možnost použití pouze pro sezónní provoz(bazény), nebezpečí tvorby bakterii a řas, při nízkých teplotách hrozízamrznutí vody. Propojení okruhu spotřeby a výroby tepla komplikuje návrhzejména složitějších systémů. Vlivem používání neupravené vodovodnívody dochází k zanášení a korozi (oxidaci) kolektoru i systému. Používají sevýhradně v nejjednodušších zařízeních pro sezónní ohřev vody.b) Dvouokruhové systémy pracuji s výměníkem tepla a dvěma nezávislýmiokruhy. První okruh rozvádí ohřátou teplonosnou kapalinu od kolektorů dovýměníku tepla. Druhý přebírá teplo z výměníku a vede jej do místaspotřeby (solární zásobník). Primární okruh bývá napuštěn nemrznoucísměsí. Výhoda je celoroční provoz. Tlakové odděleni okruhů umožňujevelkou variabilitu zapojení s různými průtoky médií. Nevýhody jsou horšíúčinnost v důsledku ztrát ve výměníku tepla, vyšší pořizovací náklady asložitost.Pro letní ohřev vody (bazén,sprcha) stačí použít jednookruhový systéms jednoduchým absorbérem (plastová deskas dutinami pro ohřívanou vodu). Pro celoročníprovoz se používá nejčastěji dvouokruhovýsystém s kolektory, výměníkem anemrznoucí teplonosnou kapalinou.Obrázek 4: Dvouokruhový solární systém s nucenýmoběhem.Popis: 1-solární kolektor, 2-solárni zásobník (trivalentní), 3-kotel ústředního vytápění, 4-elektronická regulace solárníhosystému, 5-elektrické topné těleso, 6-výměník teplaokruhu ústředního vytápěni, 7-výměník tepla solárníhookruhu, 8-teploměry, 9-manometr, 10-expanzni nádrž, 11-oběhové čerpadlo, 12-pojišťovací ventil, 15-odvzdušňovacíventil, 14-výstup teplé vody, 15-uzavírací ventily, 16-zpětnáklapka, 17-plnicí kohout, 18-vstup studené vody zvodovodního řadu. Pozice č. 8, 9, 10, 11, 12, 16 spolu sprůtokoměrem jsou na solární instalační jednotce.

Obrázek 5: Solární systém na ohřev teplé vody,Boži Dar hotel SlunečnáPoužitá a doporučená literatura[1] Cihelka, 1: Solární tepelná technika. T. Malina, Praha, 1994.[2] Hájek, L: Sluneční kolektory. Poradenská knižnice ČEA, ČEA,Praha, 1997.[3] Karmanolis, S.: Sluneční energie. MAC, Praha, 1996.[4] Kol. autorů: Energie - kde ji vzít? EkoWATT, Praha, 1993. ISBN 87-87669-74-1.Dotisk EkoWATT, Praha, 1995.[5] Kol. autorů: Obnovitelné zdroje energie. FCC Public, Praha, 1994, druhéupravené a doplněné vydání 2001.[6] Krieg, B.: Elektřina ze Slunce. HEL, Ostrava, 1993.[7] Mittermair, R: Zařízeni se slunečními kolektory. HEL, Ostrava, 1995.[8] Pázral, E., Kára, l, Kotková, l, Svobodová, V.: Kombinované energetickésystémy s využitím obnovitelných zdrojů energie. Poradenská knižnice ČEA,ČEA, Praha, 1997.[9] RAEN, spol. s r. o.: Alternativní zdroje energie. Poradenská knižnice ČEA, ČEA,1997[10] Vaniček, K. a kol.: Popis pole globálního záření na území České republiky vobdobí 1984 -1993. Národní klimatický program České republiky, Praha, 1994.[11] Vaniček, K., Čeněk, J., Reichrt, 1: Sluneční záření na území ČSSR. MLVHČSR ve spolupráci a DT ČSVTS Pardubice,Pardubice, 1985.

ENERGIE VĚTRUVětrná energie vzniká jakodůsledek dopadající slunečníenergie. Vítr je proudění vzduchu,které vzniká tlakovými rozdíly mezirůzně zahřátými oblastmi vzduchu vzemské atmosféře. Pokud neníuvedeno jinak, rozumí se (i v odbornéliteratuře) pod pojmem vítr pouzehorizontální složka prouděnívzduchu.Přírodní podmínkyVětrná energie je na přednímmístě pomyslného žebříčku velikostidostupného potenciálu obnovitelných zdrojů energie v ČR. Česká republika jevnitrozemský stát s typicky kontinentálním klimatem, který se projevujevýznamným sezónním kolísáním rychlostí větru. Příčinou je zejména globálnívzdušně prouděni typické pro severní a střední Evropu.Rychlost větru, která je nejdůležitějším údajem při využívání energie větru, jeúměrná velikosti tlakového rozdílu a udává se převážně v m/s. Poblíž zemskéhopovrchu je toto proudění ovlivňováno drsnosti povrchu, ale s rostoucí výškou serychlost větru logaritmicky zvyšuje. Pro rovný terén, kde je závislost mezi rychlostí avýškou ovlivňována pouze drsností povrchu, lze použít vztah závislosti mezi rychlostívětru a výškou:wh⎛= wo⎜⎝hho⎞⎟⎠pkde:w ow hh ohje střední rychlost větru ve výšce h o [m/s]je vypočítaná rychlost větru [m/s]je výška, ve které se provádí měření [m]je výška umístění osy rotoru [m]

p je exponent závisející na drsnosti povrchu, vertikálním profilu teplot a výšcenad zemských povrchem; vyjadřuje vliv atmosférické turbulence a nabývá hodnot 0až 1. Při použití průměrných rychlostí větru lze orientačně předpokládat pro vrstvu 0- 2 m hodnotu p=0,25, pro vrstvu 2 – 16 m hodnotu p=0,22 a pro vrstvu 16 – 250 mhodnotu p=0,20.Druh povrchuhladký povrch, vodní hladina, písek, led, bláto 0,10 - 0,14rovinatý terén s nízkým travnatým porostem, 0,13 - 0,16ornice, zasněžený terénvysoký travnatý porost, nízké obilné porosty 0,18 - 0,19porosty vysokých kulturních plodin, nízké lesníporosty0,21 - 0,25vysoké husté lesy 0,28 - 0,32předměstí, vesnice, malá města 0,40 - 0,48Tabulka 1: Orientační koeficienty pro extrapolacirychlosti větruPozn.: Pozor na rozdíl mezi výškounad zemským povrchem a výškounad terénem. Je dobré siuvědomit, že koeficienty v tomtopřiblíženi platí pro rovinatý terén, atudíž odrážejí vliv drsnosti podložívzdušného proudu, ale nikoliv vlivčlenité orografie. Koeficienty se mění is výškou vegetace, sněhu, atd. (závisína ročním období). Drsnost povrchu může být různá i z různých směrů.Směr větru (odkud vítr vane)se uvádí převážně v desítkách stupňůazimutu, případně v meteorologiizávaznými anglickými zkratkami.Proudění vzduchu je vždyturbulentní, což se projevujekolísáním rychlosti a směru větru.Výsledky měření směru a rychlostivětru jsou proto průměrované za určitýčasový interval, tzv. vzorkovací dobu.PObrázek 2: Větrný atlas České republiky. (Zdroj: UFAAV ČR )Měření rychlosti větru se provádí nejčastěji miskovými anemometry.Pro tato měření jsou mezinárodně přijaty standardy. Pro rychlost a směrvětru je to výška 10 m nad zemským povrchem (pokud ji není možno dodržet, jsouúdaje dohodnutým způsobem přepočítávány na tuto výšku).Bohužel jednotlivémetody nejsou plně srovnatelné, na některých stanovištích jsou mezinaměřenými hodnotami kontinuálním měřením a vypočtenými průměrnýmirychlostmi při měření v klimatických termínech rozdíly 10 - 20 %.Pro základní výpočet průměrných ročních rychlostí větru vznikl v Ústavu fyzikyatmosféry AV ČR počítačový program VÁS (Větrný atlas ČR, za podpory Českéenergetické agentury). Výpočet je prováděn interpolací údajůmeteorologických stanic a z numerického modelu proudění nad naším územím.Umožňuje teoretické rozlišení pro oblast velikosti 2 x 2 km.

Možnosti využitíMožnosti využití větrné energie jsou dvě:• přímá přeměna energie větru na mechanickou práci, např.čerpání vody,• přímá přeměna energie větru na elektřinu, kterou je možnédodávat do sítě, nebo využívat v dané lokalitě.Systémy nezávislé na rozvodné síti (grid-off), autonomní systémy, sloužípro lokální zásobování elektřinou (mikroelektrárny). Větší autonomní systémyvyužívají klasické větrné elektrárny se záložními zdroji (bez akumulace) upravenépro ostrovní provoz. V každém případě je kladen důraz na minimální ztrátyenergie a na používání energeticky úsporných spotřebičů.Systémy dodávající energii do rozvodné sítě (grid-on) jsou nejrozšířenější apoužívají se v oblastech s velkým větrným potenciálem; slouží výhradně prokomerční výrobu elektřiny.Podobně jako u sluneční energie se jedná o nestálý energetický zdroj,který je většinou doplňkem klasických zdrojů energie. Nevýhodou je obecnázávislost na počasí, denní době a ročním období.Základní části zařízeníPopis:1 - rotor s rotorovou hlavici,2 - brzda rotoru,3 -planetová převodovka,4 - spojka,5 - generátor,6 - servo-pohon natáčení strojovny,7 - brzda točny strojovny,8 - ložisko točny strojovny,9 - čidla rychlosti a směru větru,10 - několikadilná věž elektrárny,11 - betonový armovaný základ elektrárny,12 -elektrorozvaděče silnoproudého a řídícího obvodu,13 - elektrická přípojka.

Přehled zařízeníVyužitelný potenciál energie větru velmi ovlivňuje typ navržené větrnéelektrárny a její výkon. Větrné elektrárny se od sebe liší výtěžností pro určitéparametry větru, což vyplývá z konstrukce rotoru, typu generátoru a zejménaregulace. V současné době převládají dva typy regulace výkonu v závislosti narychlosti větru:Regulace Stali (pasivní): Rotor elektrárny má pevné listy a pro regulacivyužívá odtržení proudnice vzduchu od listu rotoru při určité rychlosti větru. Poodtrženi dojde ke snížení výkonu. Výhody jsou o něco vyšší výroba elektrické energiepři vyšších rychlostech větru s větrnými nárazy a nižší pořizovací náklady. Vsoučasné době se používá i aktivní varianta regulace typu Stali, která spočívá vmírném pomalém aktivním natáčení listů v závislosti na okamžitých klimatickýchpodmínkách, např. hustotě vzduchu.Regulace Pitch (aktivní): Využívá natáčení celého listu rotoru podleokamžité rychlosti větru tak, aby byl celkový náběh větrného proudu v danémokamžiku optimální (dosažení nejvyšší výroby). Výhodou je vyšší výroba elektrickéenergie zejména při nižších rychlostech větru, kdy se optimalizace projeví nejvíce.Nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady.Podle aerodynamického principu dělíme větrné motory na vztlakové aodporové. Nejrozšířenějším typem jsou elektrárny s vodorovnou osou otáčení. Typracují na vztlakovém principu, kdy vítr obtéká lopatky s profilem podobným leteckévrtuli. Na podobném principu pracovaly již historické větrné mlýny, nebo tak pracujívětrná kola vodních čerpadel (tzv. americký větrný motor). Při stejném průměrurotoru v zásadě platí nepřímá závislost počtu listů a frekvence otáčení. Moderníelektrárny mají obvykle tři listy, byly však vyvinuty i typy s jediným nebo se dvěmalisty.Existují také elektrárny se svislou osou otáčení, některé pracují naodporovém principu (typ Savonius, jako misky anemometru) nebo na vztlakovémprincipu (typ Darrieus). Výhodou elektráren se svislou osou pracujících navztlakovém principu je, že mohou dosahovat vyšší rychlosti otáčení a tím i vyššíúčinnosti; není je třeba natáčet do směru převládajícího větru. Elektrárny se svislouosou otáčení se v praxi příliš neuplatnily, neboť u nich dochází k mnohemvyššímu dynamickému namáhání, které značně snižuje jejich životnost.Nevýhodou je malá výška rotoru nad terénem, tj. i menši rychlost větru. Vpraxi se téměř nepoužívají.Výkony mikroelektráren se pohybují od cca 50 do 1000 W. Elektřina se obvyklevyrábí pomocí synchronních generátorů buzených permanentními magnety, svýstupním napětím 12 nebo 24 V, které napájí malé spotřebiče (světla, TV,chladničky) a slouží pro nabíjeni akumulátorů (např. lodní palubní systémy). Elektrárnylze doplnit měničem, který dodává střídavý proud o napětí 220 V.Elektrárny velkých výkonů (300 až 3000 kW) jsou určeny k dodávceenergie do veřejné rozvodné sítě. Mají asynchronní generátor, který dodává střídavý

proud většinou o napěti 660 V, a tudíž nemohou pracovat jako autonomní zdrojeenergie. Existuji i elektrárny se speciálním mnohapólovým generátorem, kterýnevyžaduje převodovou skříň. Většina elektráren má konstantní otáčky. Některé typymají obvykle dvě rychlosti otáčení, případně proměnné otáčky podle okamžitérychlostí větru.V praxi se používají většinou větrné elektrárny s horizontální osou rotace.Velké elektrárny mají průměr rotoru 40 až 80 m a věž o výšce více než 80 metrů.Trendem poslední doby je zvětšování výkonu větrných elektráren a zvyšovánístožárů. Nejnovější zařízení instalovaná ve světě pracují s generátorem o výkonu až3 MW, který je na tubusu dosahujícím výšky kolem 100 metrů. Důvodem jsou nižšíměrné náklady na výrobu energie a optimální využití lokalit, kterých jeomezený počet. K zefektivnění provozu a snížení nákladů na projektování avýstavbu se velké elektrárny sdružují do skupin (obvykle 5 až 30 elektráren) tzv.větrných farem.Velké větrné elektrárnymohou kvůli vysokému stožáru avelkému průměru rotoru negativněnarušit optický reliéf krajiny. Unových typů je konstrukce podřízenavelmi přísným požadavkům omezeníhlučnosti, a to jak mechanické(převodová skříň, generátor) takaerodynamické (rotor).Obrázek 3: Větrná farma Naríao, Čina. (Zdroj: NEC Micon.)Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzováníV případě vnitrozemských oblastí, tedy v podmínkách ČR, jsou příhodnélokality převážně ve vyšších nadmořských výškách, obvykle nad 500 m n. m. V nižšíchnadmořských výškách je roční průměrná rychlost větru nízká (kolem 2 až 4 m/s).K ohodnocení konkrétní lokality je nejvhodnější stanovení distribučnícharakteristiky, což je rozdělení četnosti rychlostí větru zjištěné kontinuálnímměřením rychlosti ve výšce osy rotoru. Ideální je alespoň roční měření porovnané sdlouhodobými údaji na blízkých meteorologických stanicích. Jednotlivě roky se odsebe mohou značně lišit. Z výše uvedeného vyplývá, že důležité jsou následujícívstupní údaje:• měřené průměrné rychlosti větru včetně četnosti směru,• množství a parametry překážek, které způsobují turbulencia brání laminárnímu proudění větru (porosty, stromy, stavby,budovy),

• chod ročních venkovních teplot či jiných nepříznivýchmeteorologických jevů (např. námrazy způsobují odstávku),• nadmořská výška (hustota vzduchu),• možnost umístění vhodné technologie,• únosnost podloží, kvalita podkladu a seismická situace,geologické podmínky pro základy elektrárny,• dostupnost lokality pro těžké mechanismy, případně vhodnostpro vybudování potřebné zpevněné komunikace,• vzdálenost od přípojky Vn nebo VVn s dostatečnou kapacitou,• vzdálenost od obydlí, která by měla být dostatečná kvůliminimalizaci možného rušení obyvatel hlukem. (Podle hygienickýchpředpisů MZ ČR, vyhl. č. 13/1977 Sb., je nejvyšší přípustná hladina hluku vevenkovním prostoru na obytném území příměstském u menších sídelních útvarůve dne 50 dB a v nocí 40 dB. Podmínka je většinou splněna při vzdálenosti 200 mod obydlí.),• míra zásahu do okolní přírody - zátěž při výstavbě elektrárny,zátěž budováním přípojky, zásah do vzhledu krajiny (umístěnílokality v CHKO velmi komplikuje povolovací řízení),• majetkoprávní vztahy ohledně pozemku, postoj místníchúřadů, vlastnictví či dlouhodobý pronájem pozemků.Z výše uvedených parametrů je možnéstanovit množství vyrobené energie, které jenejvíce ovlivněno měřením a má největší vliv naekonomiku projektu. Vzhledem k tomu, že sevýkon elektrárny mění se třetí mocninourychlosti větru, promítne se i malá odchylka vrychlosti větru výrazně.Moderní větrné elektrárny majírozběhovou rychlost větru kolem 4 m/s. Prozvýšení výroby jsou některé elektrárnyvybaveny dvěma generátory (nebo jedním s dvojímvinutím). Při nízké rychlosti větru běží menšígenerátor, při vyšší rychlosti větru se přepne navětší generátor. Startovací rychlost pro sníženývýkon je potom kolem 2,5 m/s. Aby se větrnáelektrárna dostala z rozběhové části výkonové křivkydo výrobní, musí být rychlost větru vyšší nežstartovací (záleží na typu a parametrech elektrárny).Pro praktické využití energie větru jsouzajímavé výšky 40 m a více nad zemským povrchem.

V tomto rozmezí závisí rychlost větru zejména na tvaru okolního terénu. Čímhladší je jeho povrch, tím vyšší je rychlost větru. Zalesněná krajina klade větru vpřízemní vrstvě odpor, který se projevuje tvorbou turbulencí.Použitá a doporučená literatura[1] Bednář, l, Zikmunda, O.: Fyzika mezní vrstvy atmosféry. Academia, Praha, 1985.[2] Větrná energie. Časopis ČSVE. Vychází 2x ročně. ČSVE, Boční II 1401/la, 141 31Praha 4.[3] Koč, B.: Šance pro vítr. Ekocentrum, Brno, 1996.[4] Kol. autorů: Katalog firem 2002 - 2003, obnovitelné zdroje energie. EkoWATT,Praha, 2002.[5] Kol. autorů: Energie - kde ji vzít? EkoWATT, Praha, 1993. ISBN 87-87669-74-1.Dotisk EkoWATT, Praha, 1995.[6] Nosek, M.: Metody v klimatologii. Academia, Praha, 1972.[7] Rychetník, V., Pavelka, l, Janoušek, J.: Větrné motory a elektrárny. ČVUT,Praha, 1997[8] Sládek, l., Rychetník, V.: Větrná situace v ČR. Praha, 1989.[9] Šeftěr, J. l.: Využití energie větru. SNTL, Praha, 1991.[10] Štekl, J. a kol: Perspektivy využití energie větru pro výrobu elektrické energiena území ČR. Výzkumná práce UFA AV ČR. Praha, 1993.[11] Štibranný, P.: Veterná energetika (rok a vydavatel neuvedeni).ENERGIE VODYVodní energie vzniká jako důsledek dopadající sluneční energie. Energii z vodyje možno získat využitím jejího proudění (energie pohybová, kinetická) a jejího tlaku(energie potenciální, tlaková), nebo také obou těchto energií současně. Podlezpůsobu využívání potom rozlišujeme i používané typy vodních strojů.Možnosti využití a přírodní podmínkyVodní elektrárny se na celkovém instalovaném výkonu v republicepodílejí zhruba 17 % a na výrobě necelými 4 %. Česká republika se nachází narozvodí tří moří a pramení zde řeky. Svou geografickou polohou je přímo předurčenak využiti vodní energie v malých vodních elektrárnách (MVE). Technickyvyužitelný potenciál řek ČR činí 3380 CWh/rok. Z toho potenciál využitelný v MVEje 1570 CWh/rok. Současně využitý potenciál v MVE činí přibližně 500 CWh/rok(cca 30 %).Z hlediska dispozice a rozloženi zdrojů MVE na našem území netvoříkompaktní skupinu, ale jsou rozptýleny po celém území. To je výhodné právě pro

připojování do energetické sítě, kde nezatěžují přenosovou soustavu. Celoplošnérozšíření elektrizační soustavy přitom umožňuje připojení téměř ve všechlokalitách s možnosti použití asynchronních generátorů. To je provozně jednoduššía levnější (není třeba nákladné a složité regulační části).Kinetická energie je ve vodních tocích dána rychlostí proudění; rychlost jezávislá na spádu toku. Využití této energie je možné vodními stroji rovnotlakými,které jsou založeny na rotačním principu. Z vodních strojů jsou to hlavně vodníkola, turbíny typu Bánki a Pelton. Optimální využití však vyžaduje, aby obvodovárychlost stroje byla nižší než je rychlost proudění. Pokud je obvodová rychlostotáčeni stejná, lopatky pouze ustupují proudu bez možnosti převzetí energie ajakéhokoliv zatížení. Otáčky těchto strojů jsou pomalé - uvádějí se jako stroje snízkou rychloběžností. U rovnotlakých strojů je tlak na lopatky vyvolaný polovičníobvodovou rychlostí než je rychlost proudění a je po celé cestě předávání energiestejný. Dalším znakem těchto strojů je částečný ostřik. Znamená to, že vodavstupuje do turbíny pouze v některé její části obvodu, nebo v některých určitýchčástech, ale nezahltí celý obvod plynule.Energie potenciální (tlaková) vzniká v důsledku gravitace. Voda teče vhodnýmpřivaděčem přirozeným způsobem z vyšší úrovně hladiny na nižší úroveň. Rozdíltěchto dvou potenciálů potom vytváří tlak, který se využívá ve strojích, kterýmříkáme přetlakové (reakční). Do této oblasti patří turbíny typu Kaplan, Francis,Reiffenstein, různé typy turbín vrtulových a vhodná čerpadla v turbínovémprovozu. U tohoto typu přetlakových turbín se část tlaku vody přemění v rychlostpro zajištění požadovaného průtoku. Zbylá tlaková energie se postupně snižuje připrůchodu lopatkami turbíny a v místě, kde ji opouští, je téměř plně využita.Společnou vlastností přetlakových turbín jsou otáčky oběžného kola turbíny, kteréjsou několikanásobně vyšší, než absolutní rychlost proudění.PB-KaplanFrancisReiffensteinBánkiObrázek 1: Typy nejčastěji používaných turbín.(Zdroj:ČKD Turbo Technics s.r.o.)

Základní části vodního díla a přehled zařízeníVzdouvací zařízení slouží ke vzdutí vodní hladiny v toku a usměrnění vodydo přivaděče (přehradní hráze a jezy).Hráze se vyznačují obvykle větší výškou vzdutí, větším objemem zadrženévody a plochou zaplavovaného území. Jejich nová výstavba pouze za účelemprovozování malých vodních elektráren je z ekologických a ekonomických hledisekvětšinou neúnosná, nicméně využití stávajících hrázi může být ekonomicky velmivýhodně. Například u základových výpustí nádrží je nutno mařit energii protékajícívody, např. instalací rozstřikovacích uzávěrů, bez jakéhokoli využití této energie.Přitom tuto funkci může částečně přebrat vodní turbína. Další možností je instalacevodní turbíny na přivaděčích pitné vody.Jezy mají oproti hrázím nižší výšku vzdutí a podstatně menši objemzadržené vody. Náklady na jejich výstavbu rostou s jejich šířkou. U toku větší šířkynutnost využití speciální mechanizace navyšuje investice. U nížinných toků jezachovalý jez většinou nutnou podmínkou výstavby MVE.Přivaděče koncentrují spád do místa instalace vodní turbíny. Beztlakovépřivaděče (náhony, kanály) se budují převážně výkopem v terénu. Náklady závisí nadélce, příčné svažitosti terénu, typu zeminy a s tím souvisejícího druhu opevněnístěn koryta. Nejvýhodnější je oprava původního náhonu, případně volba stejné trasyz důvodu snadnějšího získání a zaměření pozemku. Tlakové přivaděče jsounejčastěji zhotoveny z ocelových trub, případně z železobetonu. Měrné náklady najejich výstavbu jsou vyšší než u přivaděčů beztlakových (náhonů), zejména u tokůpodhorských a horských. Ekonomicky mohou být výhodnější než beztlakovépouze při velkém podélném spádu toku, proto se realizují co nejkratší. Často seoba typy přivaděčů kombinují s cílem dosažení maximálního spádu a minimálníchnákladů.Česle, zhotovované převážně jako mříž z ocelové pásoviny, zabraňují vnikánívodou unášených nečistot do turbíny. Obvykle jsou před turbínou nejménědvoje: hrubé a jemné, často s automatickým čištěním.Ve strojovně je umístěno strojní a elektrotechnické zařízení elektrárny.Stavební částí turbíny rozumíme takové části vodní elektrárny, které spolu sestrojní částí tvoří elektrárnu jako celek (například základy nebo betonová spirála). Přivolbě typu turbiny je nutné zohlednit i rozměry a konstrukci stavební části, neboťdražší strojní vybavení může svojí kompaktností celkové investiční náklady snížit.Odpadní kanály vracejí vodu do původního koryta. Často jsou tak krátké, ženáročnost jejich výstavby a náklady jsou vůči ostatním částem elektrárnybezvýznamné. Pro delší kanály se řídíme podobnými kritérii jako u beztlakovýchpřivaděčů.Typy nejčastěji používaných turbín v závislosti na spádu a průtoku: Kaplan,Francis, Bánki, Pelton, Reiffestein, čerpadlo upravené v turbínovém chodu.

Vodní kolo je dnes už historický vodní motor, který může najit uplatněnízejména pro spády do 1 m a průtoky až do několika mys. Výroba je vždyindividuální.Kaplanova turbína je klasická přetlaková turbína v základním provedenívýborně regulovatelná, ale výrobně náročná. Dnes ji vyrábí řada firem v Českérepublice s různými úpravami regulace i dispozičním uspořádáním (kolenové čipřímoproudé turbíny). Jsou použitelné pro spády od 1 do 20 m, průtoky 0,15 ažněkolik mys, individuálně až několik desítek m 5 /s. Je vhodná zejména pro jezové aříční malé vodní elektrárny.Francisova turbína je v minulosti nejpoužívanější přetlaková turbína protéměř celou oblast průtoků a spádů malých vodních elektráren. Při rekonstrukcíchje možné vidět Francisovu turbínu již od spádu 0,8 m. Její oprava se vyplácízejména do spádu 3 m. Instalace nových turbín v MVE se dnes omezuje na spády od10 m a pro větší průtoky (vyšší výkony).Bánkiho turbína je rovnotlaká turbína s dvojnásobným průtokem oběžnéhokola, výrobně nenáročná. Turbíny jsou podle velikosti použitelné pro spády 5 až 60m a průtoky 0,01 až 0,9 m ! /s.Peltonova turbína je rovnotlaká turbína vhodná pro spády nad 30 m.Využitelné průtoky jsou od 0,01 mys. Levnější náhradou mohou být v některýchpřípadech sériově vyráběná odstředivá čerpadla v reverzním chodu.Členění turbín• podle uspořádání na vertikální, horizontální, šikmé, jezové,derivační, přehradové, věžové;• podle způsobu přivádění vody na přímoproudé, kolenové,kašnové spirální, kotlové;• podle spádu nízkotlaké (do 10 m), středotlaké (do 100 m)vysokotlaké (nad 100 m);• podle vodního režimu průtočné,akumulační, vyrovnávací,přečerpávací;• podle režimu práce základní,špičkové, pološpičkové.Členění MVEPodle vyhlášky č. 214/2001 Sb. seza MVE považuje každá elektrárna dovýkonu 10 MWe (dle směrnic EU do 5MW). Podrobněji se podle výkonu dělí na:• průmyslové (od 1 do 10 MW);

• závodní nebo veřejné (od 100 do 1000 kW);• drobné nebo minielektrárny (od 35 do 100 kW);• mikrozdroje nebo také mobilní zdroje (pod 35 kW).Obrázek 2: Základní charakteristika turbín podle průtoku a spádu.Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzováníV České republice je stále ještě dostatek lokalit pro výstavbu nebo obnovu MVE. Novélokality jsou však zejména na nízkých spádech, což je ekonomicky nevýhodné. Pro výstavbuMVE se přednostně využívají lokality, které byly v minulosti využívány pro energetickéúčely, například vodním mlýnem, hamrem či pilou. Zbytky bývalého vodního díla (odtokovýkanál, jez apod.) mohou výrazně snížit náklady na výstavbu. Při tom je nezbytné, abyzejména na větším toku bylo v pořádku vzdouvací zařízení (jez). Rozhodujícími ukazateli kohodnocení konkrétní lokality (pro využití hydro-energetického potenciálu) jsou dva základníparametry - využitelný spád a průtočné množství vody v daném profilu, který chcemevyužít. Kromě toho jsou důležité i následující údaje:• možnost umístění vhodné technologie,• vhodné geologické podmínky a dostupnost lokality pro těžkémechanismy, případně vhodnost pro vybudováni potřebnézpevněné komunikace,• vzdálenost od přípojky Vn nebo VVn s dostatečnou kapacitou,• minimalizace možného rušeni obyvatel hlukem, jinak je nutnoprovést odhlučnění,• míra zásahu do okolní přírody a vhodné začlenění do reliéfulokality, předepsáno stavebním úřadem čí urbanistou, zátěž přívýstavbě elektrárny, zátěž budováním přípojky - (Umístěnílokality v CHKO velmi komplikuje povolovací řízení.),• míra kontaminace vody ropnými produkty - (U novýchtechnologii se předpokládá maximální využití samomaznýchložisek a používání ekologicky nezávadných maziv na bázirostlinných olejů. U starších technologií je vždy možnéopatření, které nepoškodí přírodu.),• dodržování odběru sjednaného množství vody - (Využitímspolehlivých automatik v souvislosti s hladinovou regulací sevyloučí nevhodný vliv obsluhy MVE.),• způsob odstraňování naplavenin vytažených z vody - (Podlesměrnice MŽP ČR je nutno zajistit odvoz a likvidaci z vodyvytažených naplavenin, v žádném případě je nelze vracet do toku.),• majetkoprávní vztahy ohledně pozemku, postoj místníchúřadů, vlastnictví či dlouhodobý pronájem pozemků.

Při dodržení všech uvedených aspektů nemůže MVE svým provozem narušit životníprostředí v lokalitě, naopak přispívá k revitalizaci místního říčního systému a kladněovlivňuje režim vodního toku (čistí a provzdušňuje tok).SpádSpád je výškový rozdíl vodních hladin. V praxi se většinou rozlišují dva druhy spádů:• hrubý (celkový) spád Hb (brutto) je celkovýstatický spád daný rozdílem hladin při nulovémprůtoku vodní elektrárnou. Zejména u dělnízkotlakých je vhodné stanovit spád výškovounivelací na úseku od vtokového objektu (obvyklenad jezem), po úroveň spodní hladiny na odpaduz turbíny. Pro hrubé odhady jej lze stanovit zmapy (poměrně spolehlivý pouze při navrhovánívysokotlakých děl). Pro relativně přesný odhadnení třeba nivelační přístroj, postačí lať scentimetrovým dělením. Pro vodorovnou záměrulze použítvodováhu, případně teodolit nebo hadicovou vodováhu.• užitný (čistý) spád H (netto), se liší od hrubého spádu odečtením hydraulických ztrát těsněpřed vodním motorem a za ním (v přivaděči a odpadu) vzhledem ke vzdutí spodní vody,poklesu hladiny horní vody při provozu, změnami směru a objemovými ztrátami (v česlích, vpřiváděcím kanálu, v potrubí, atp.). Tím získáme spád pro turbínu užitný.M [dní] 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 S55 364Q [m!/s] 2,7 1,9 1,5 1,2 1,0 0,85 0,75 0,6 0,5 0,4 0,34 0,25 0,18Tabulka 1: Přiklad M-denní průtokové závislosti.Obrázek 3: Určováni spádu bez nivelačniho přístroje.PrůtokPrůtok je průtočné množstvívody v daném využitelném profilu.Přesný průtok lze zjistit za úplatu uČeského hydrometeorologickéhoústavu nebo Správy toku (Povodí),jako tzv. dlouhodobý průměrný průtok Qa, N-leté průtoky (čáry překročeníprůměrných ročních průtoků) a M-denní průtoky (čáry překročení průměrnýchdenních průtoků). Pro využiti energie vody jsou nejdůležitější M-denní průtoky(křivka překročení průtoků v průměrně vodném roce čili roční odtokovázávislost neboli M-denní odtokovázávislost). Ty udávají průtok zaručenýv daném profilu toku po určitý počet dní.Data se uvádějí číselně v obvyklémčlenění po 30 dnech v roce .

Vodní elektrárny se obvykle dimenzují na 90-ti denní až 180-ti denní průměrnýprůtok, což ovlivňuje technická úroveň technologie, zejména schopnost turbínypřizpůsobit se regulací změnám průtoku. Pro výpočet využitelného průtoku velektrárně je potřeba počítat sminimálním hygienickým (sanitárním, Obrázek 5: Zjednodušené zjišťování průtoku.sanačním) průtokem původním korytem.Sanační množství bývá předepsáno při vodoprávním řízení a odpovídá obvykle 330,355 nebo 364 dennímu průtoku vody, který je nutno ponechat v řečišti a nelze s nímkalkulovat pro využití.Hodnocení kvalityPro předběžný odhad dosažitelného výkonu MVE lze použít zjednodušenývztah, kde je výkon uveden již v kW, protože ve vztahu je již brán zřetel na měrnouhmotnost vody, která je 1000 kg/m 3 :P=k*Q*Hkde:P je výkon [kW]Q je průtočné množství vody, průměrný průtok [m ! /s]H je spád využitelný turbínou [m]K je bezrozměrná konstanta uváděná v rozsahu 5 - 7 pro malé vodní elektrárny,8 - 8,5 pro střední a velké; její velikost ovlivňuje účinnost soustrojí atechnická úroveň použité technologieVýroba elektřiny ve vodní elektrárně potom bude:E = P*Tkde:E je množství vyrobené energie během roku [kWh]P je výkon [kW]T je počet provozních hodin během roku [h]Počet provozních hodin během roku se stanoví podle počtu dní M, ve kterýchmůže turbína se zvoleným regulačním rozsahem pracovat (alespoň 4000 h).

Obrázek 7: Kaplanova turbína. (Zdroj: HYDROHROM.)Obrázek 8: MVE v Boršově nad Vltavou, pohledod horní vody, vpravo v pozadí jez.Použitá a doporučená literatura[1] Bednář, 1: Malé vodní elektrárny 2. SNTL, Praha, 1989.[2] Gabriel, R, Čihák, R, Kalandra, R: Malé vodní elektrárny. ČVUT,Praha, 1998.[3] Kol. autorů: Co chcete vědět o malých vodních elektrárnách. ČEZ, a.s., Praha.[4] Kol. autorů: Katalog firem 2002 - 2003, obnovitelné zdroje energie. EkoWATT,Praha, 2002.[5] Kol. autorů: Hydrologické poměry Československa, 1. - 3. díl. ČHMÚ, Praha, 1970.[6] Kol. autorů: Obnovitelné zdroje energie. FCC Public, Praha, 1994, druhéupravené a doplněné vydání 2001.[7] Kol. autorů: Malé vodní turbíny, konstrukce a provoz. ČVUT, Praha, 1998.[8] Melichar, 1: Malé vodní turbiny. ČVUT, Praha, 1995.[9] Pažout, R: Malé vodní elektrárny. SNTL, Praha, 1990.[10] Škorpil, J., Kasárník, M.: Obnovitelné zdroje energie l. Malé vodní elektrárny.ZČU, Plzeň, 2000.

ENERGIE SLUNCE - VÝROBA ELEKTŘINYSluneční energie je základní podmínkou života na Zemi. Sluneční záření lzepřímo využívat k výrobě tepla, chladu a elektřiny, nepřímo jako energii vodníchtoků, větru, mořských vln, tepelnou energii prostředí (atmosféra, hydrosféra,lítosféra) a energii živé hmoty - biomasy (biochemická energie).Možnosti a vývoj využitíDíky fotoelektrickému jevu vpolovodičích můžeme energii slunečního zářenípřeměnit v solárních článcích (fotovoltaickýchčláncích) na elektrickou energií. Přeměnaslunečního záření na elektřinu má široké polepoužití. Se stejnými základními stavebními prvky(solární články) je možné realizovat aplikace svýkonem řádově od mW až po desítky MW.Energie vložená do výrobyfotovoltaických panelů je těmito panely získánaObrázek 1: Schéma využiti solární energie. zpět v našich podmínkách během 2 - 4 let, přitompředpokládaná životnost je minimálně 20 let.Nevýhodou je závislost na denní době, ročním období a na oblačnosti vdané lokalitě. Přesto jde o energetický potenciál, který nelze přehlédnout.V posledních letech byly pro výrobu solárních článků vytvořeny další výrobníkapacity. Během dvou let (2000 - 2001) došlo ke zdvojnásobení celkové výrobysolárních článků až na 394 MW p (instalovaný špičkový výkon). Nejvýrazněji ktomuto výsledku přispěly japonské společnosti silně podporované národnímrozvojovým programem (pro rok 2001 - 170 MW p ). Očekávaný meziroční přírůstekprodukce v Japonsku je 53 %. Evropa se podílela na celkové produkci 86 MW p ameziroční nárůst je odhadován na 33 %. Ve Spojených státech americkýchjsou k dispozici výrobní kapacity v objemu 106 MW p /rok a očekávaný meziročnínárůst je nižší - na úrovni 20 %. Ostatní země jsou schopny ročně produkovatsolární články se souhrnným výkonem 32 MW p s nárůstem 28 %.Celkový instalovaný výkon ve světě nyní dosáhl přibližně 1,5 GW p . Tomuodpovídá ročně vyrobená elektrická energie cca 1,5 TWh.V Evropě a v Japonsku se využívá převážně integrace fotovoltaickýchsystémů do budov. V rozvojových zemích připravují různé mezinárodníorganizace programy pro instalace fotovoltaických systémů ostrovního typu vodlehlých vesnicích.Státy Evropské unie se zavázaly ke zvýšení podílu obnovitelných zdrojůze 6 % v roce 1995 na 12 % v roce 2010. Pro fotovoltaické zdroje to představuje

dosažení instalovaného výkonu 3 CWp do roku 2010. V roce 1995 činil podílfotovoltaické elektřiny na obnovitelných zdrojích 0,1 %, v roce 2010 má být zvýšenna 1 %. Zatím jsou v České republicefotovoltaické Systémy používány jenojediněle a jejích přínos do celkovéenergetické bilance je v současnostivelmi nízký. Využívání je v počátcíchsvého možného vývoje, tedy ve fázidemonstračních projektů a zvyšovánípovědomí. Do konce roku 2002 byly vČR nainstalovány fotovoltaickésystémy s výkonem přibližně 0,2 MW p .Soukromí investoři se až na výjimkyzaměřovali na malé ostrovní systémy.V posledních dvou letech bylonainstalováno i několik většíchfotovoltaických systémů připojenýchk rozvodné síti (tzv. síťovéObrázek 2: Solární panely na pražském hotelu Panoráma.(Zdroj: firma Solartec.)fotovoltaické systémy). Největší překážkou jsou zatím vysoké pořizovací náklady au systémů připojených na síť nízké výkupní ceny elektrické energie prodávané dosítě.Přírodní podmínkyPrůměrný počet hodin solárního svitu (bez oblačnosti) se v ČR pohybujekolem 1460 h/rok (od 1400 do 1700 hodin za rok). Nejmenší počet hodin másevero-západ území. Směrem na jihovýchod počet hodin narůstá. Lokality se odsebe běžně liší v průměru o ±10 %. V některých ojedinělých případech jeodchylka vyšší.Technický potenciál výroby elektřiny je omezen na plochy, kde lzefotoelektrické systémy instalovat s ohledem na stav sítě, možnosti připojení atd.Pro odhady se používá hodnota roční sumy globálního záření (průměr pro celouČeskou republiku je kolem 1081 kWh/m 2 ).Podle údajů firmy Solartec lze použít následující klíčová čísla pro odhadvýroby elektrické energie. Jeden m 2 fotovoltaického panelu s monokrystalickýmičlánky má špičkovývýkon 110 - 120 Wp přistandardním osvětlení1000 W/m 2 a slunečnímspektru AM 1,5 (spektrálníhustota zářivého toku přijasné obloze vztažená naMěsíc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rok [Wh]Energie[Wh/den]80 138 213 302 383 390 408 360 265 179 83 60 87237Tabulka 1: Průměrné hodnoty elektrické energie [Wh/den], kterou lzezískat během jednoho dne ze solárního panelu s výkonem 110 W p(cca 1 m 2 ) dle měsíců.

m 2 vodorovné plochý). Ze solárního panelu s touto plochou je možné během jednohoroku získat až 80 - 120 kWh elektrické energie. (Pro ilustraci - monokrystalickýsolární článek s plochou 10 x 10 cm je schopen dodávat do zátěže proud okolo 3,2A při napětí 0,5 V).Fotovoltaický systém s instalovanýmvýkonem 1 kW je schopen dodat ročně 800 -1000 kWh elektrické energie v podmínkáchČR.Základní části zařízeníZákladním prvkem zařízení pro přeměnu slunečního záření na elektrickouenergii je solární článek. Solární článek je polovodičový velkoplošný prvek salespoň jedním PN přechodem (v podstatě jde o polovodičovou diodu).Na rozhraní materiálů P a N vzniká přechodová vrstva P-N, v níž existujeelektrické pole vysoké intenzity. Toto pole pak uvádí do pohybu volné nosičenáboje vznikající absorpcí světla. Vzniklý elektrický proud odvádějí z článkuelektrody.V ozářeném solárním článku jsou fotony generovány elektricky nabité částice(pár elektron - díra). Některé elektrony a díry jsou poté separovány vnitřnímelektrickým polem PN přechodu. Rozdělení náboje má za následek napěťovýrozdíl mezi "předním" (-) a"zadním" (+) kontaktemsolárního článku. Zátěží(elektrospotřebičem)připojenou mezi oba kontaktypotom protéká stejnosměrnýelektrický proud, jež je přímoúměrný ploše solárních článků aintenzitě dopadajícího slunečníhozáření.

Energetická účinnostpřeměny slunečního záření naelektrickou energii je usoučasných hromadněvyráběných solárních článků až14 - 16 %. U experimentálníchčlánků je dosahována účinnostaž 28 %. Celková průměrnávyužitelnost systému sohledem na jeho konstrukci ana pracovní podmínky je 7 -11 %.V současné době jsou nejrozšířenější solární články vyrobené z krystalickéhokřemíku ve formě monokrystalu nebo multikrystalu (zastoupení 85 %) s účinností do16 %. Své praktické uplatnění mají i tenkovrstvé solární články na bázi amorfníhokřemíku (zastoupení méně než 15 %) s účinností kolem 7 % (jsou levnější). Do výrobyjsou již také zaváděný nové tenkovrstvé technologie CIS a CIGS struktury, kterédosahuji účinnosti až 13 %. Ve fázi vývoje jsou mimo jiné i solární články na báziorganických materiálů nebo fulerenů.Sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením solárních článků vzniká pojejich zapouzdření solární panel. Články jsou sérioparalelněelektricky spojeny tak, aby bylodosaženo potřebného napětí a proudu pro přímévyužití generované elektrické energie. Panel musízajistit hermetické zapouzdření solárních článků,musí zajišťovat dostatečnou mechanickou aklimatickou odolnost (např. vůči silnému větru,krupobití, mrazu apod.).Konstrukce solárních panelů jsou značněrozmanité podle druhu použití. Panely jsouinstalovány zpravidla na jižní (případně JV až JZ)Obrázek 6: Detail solárního panelu selektronikou. (Výstava: Wels, Rakousko.)střechy a fasády budov, případně na volnou plochu nebo na technické stavby jakonapř. protihlukové bariéry.Přehled zařízeníPro využití elektrické energie ze solárních panelů je potřeba připojit k panelukromě elektrických spotřebičů další technické prvky – např. akumulátorovou baterii,regulátor dobíjení, napěťový střídač, indikační, zobrazovací, komunikační a měřicípřístroje, případně automatické sledovače Slunce. Sestava fotovoltaických panelů,podpůrných zařízení, spotřebiče a případně dalších prvků se nazývá fotovoltaický(solární) systém. Množství a skladba prvků fotovoltaického systému závisí na druhuaplikace.

Systémy nezávislé na rozvodné síti (gridoff),tzv. ostrovní systémy, jsou instalovány namístech, kde není účelné budovat elektrickoupřípojku (náklady na vybudování a provozpřípojky jsou vyšší než náklady na fotovoltaickýsystém; cca od vzdálenosti k rozvodné sítivíce než 500 - 1000 m, vždy nutno potvrditindividuálně). Výkony se pohybují v intervalu 1 Wp-10 kWp špičkového výkonu (typicky 50 resp. 100W p ). Je zde kladen důraz na minimální ztrátyenergie a na používáni energeticky úspornýchspotřebičů.Obrázek 7; Schéma zapojeni ostrovníhosystémuInvestiční náklady na ostrovní systémy jsou v rozmezí 30 - 45 000 Kč/m 2 ,což zhruba představuje 270 - 400 Kč/W p .Systémy nezávislé na rozvodné sítí lze rozdělit na systémy s přímýmnapájením, systémy s akumulací elektrické energie a hybridní ostrovní systémy.Systémy s přímým napájením se používají tam, kde nevadí, že připojenéelektrické zařízení je funkční jenom po dobu dostatečné intenzity slunečního záření.Jedná se pouze o propojení solárního modulu a spotřebiče.Příklad aplikace: čerpání vody pro závlahu, napájení oběhového čerpadlasolárního systému pro přípravu teplé užitkové vody, napájení ventilátorů k odvětráníuzavřených prostor nebo nabíjení akumulátorů malých přístrojů - mobilní telefon,svítilna atd.Systémy s akumulací elektrické energie se používají tam, kde potřebaelektřiny nastává i v době bez slunečního záření. Z tohoto důvodu mají tyto ostrovnísystémy akumulátorové baterie. Optimální nabíjení a vybíjení akumulátorové baterieje zajištěno regulátorem dobíjení. K ostrovnímu systému lze připojit spotřebičenapájené stejnosměrným proudem (napětí systému bývá zpravidla 12 nebo 24 V) aběžné síťové spotřebiče 230 V/-50 Hz napájené přes napěťový střídač.Příklad aplikace: zdroj elektrické energie pro chaty, penziony a rodinné domy,napájení dopravní signalizace, telekomunikačních zařízení nebo monitorovacíchpřístrojů v terénu, zahradní svítidla, světelné reklamy, camping a jachting.Hybridní ostrovní systémy se používají tam, kde je nutný celoroční provoz akde je občas používáno zařízení s vysokým příkonem. V zimních měsících je možnézískat z fotovoltaického zdroje podstatně méně elektrické energie než v letníchměsících. Proto je nutné tyto systémy navrhovat i na zimní provoz, což má za následekzvýšení instalovaného výkonu systému a podstatné zvýšeni pořizovacích nákladů.Výhodnější alternativou proto je rozšíření systému doplňkovým zdrojem elektřiny,který pokryje potřebu elektrické energie v obdobích s nedostatečným slunečním svitem apři provozu zařízení s vysokým příkonem. Takovým zdrojem může být větrná elektrárna,elektrocentrála, kogenerační jednotka apod.

Přiklad aplikace: rozsáhlejší systémy pro napájeni budov s celoročnímprovozem.Systémy dodávající energii do rozvodné sítě (grid-on), tzv. síťovéfotovoltaické systémy, se nejvíce uplatňují v oblastech s hustou sítí elektrickýchrozvodů. V případě dostatečného slunečního svitu jsou spotřebiče v budověnapájeny vlastní "sluneční" elektrickou energií a případný přebytek je dodáván doveřejné rozvodné sítě. Při nedostatku vlastní energie je elektrická energie z rozvodnéšité odebírána.Systémy tohoto typu fungují zcela automaticky díky mikroprocesorovémuřízení síťového střídače. Připojeni k síti podléhá schvalovacímu řízení u rozvodnýchzávodů. Špičkový výkon fotovoltaických systémů připojených k rozvodné síti je vrozmezí kW p až desítky MWp. Fotovoltaicképanely jsou potom většinou integrovány doobvodového pláště budov.Převážná většina dnes budovanýchfotovoltaických zdrojů elektrické energie vprůmyslových zemích je připojena k rozvodněsíti. V České republice je také již realizovánoněkolik desítek systémů tohoto typu.Příklad aplikace: střechy rodinnýchdomů 1 -10 kW p , fasády a střechyadministrativních budov 10 kW p - 1 MW p ,protihlukové bariéry v okolí dálnic,fotovoltaické elektrárny, posilovačekoncových větví rozvodné sítě.Obrázek 8: Schéma zapojeni systémudodávajícího energii do rozvodné sítěInvestiční náklady na síťové systémy jsou v rozmezí 23 - 35 000 Kč/m 2 ,což zhruba představuje 200 - 350 Kč/W p .Výběr vhodných lokalit a zásady pro dimenzováníFotovoltaicky systém pracuje nejlépe pokud je navržen pro skutečné místnípodmínky (dimenzování, umístění solárních článků a způsob využití).Pro dimenzování je důležité znát účel, uvažovanou spotřebu (výrobu) elektřiny,typ a provozní hodiny připojených spotřebičů, zda bude systém připojen do sítě činikoliv, způsob napojení na doplňkový zdroj energie a další vstupní údaje:• počet hodin slunečního svitu a intenzita slunečního záření, kteráse mění podle znečištění atmosféry (město, venkov, hory),• orientace - ideální je na jih (případně s automatickýmnatáčením panelů za Sluncem),• sklon panelů - pro celoroční provoz je optimální 45° vzhledemk vodorovné rovině,

• množství stínících překážek - je nutný celodenní osvit Sluncem.Z výše uvedených parametrů je možné stanovit množství• vyrobené energie z celého systému za rok. Pro podrobnější výpočty existují jižpočítačové programy, např. firemní programy výrobců.Přehled nejvýznamnějších systémů v ČRNení-li uvedeno, jedná sevždy o fotovoltaický systémpřipojený k rozvodné síti.V rámci podpůrnéhoprogramu Slunce do škol bylo kekonci roku 2002 v přípravě nebove fázi realizace 5 fotovoltaickýchsystémů po 20 kW p .Program Slunce do škol jezaměřen na podporualternativních zdrojů energie ana získání základních zkušeností u mladé generace. Finanční podpora jeposkytována pro fotovoltaické systémy připojené k rozvodné síti ve třechvelikostech:• systémy FVS200 s výkonem 0,11 kW p a 0,22 kW p jsouurčeny pro základní školy a vyšší školy mimo elektro obory,• systémy FVS2001 s výkonem 1,2 kW p jsou určeny proodborné střední školy (elektrotechnické, stavební apod.),• pro vysoké školy technického zaměření jsou určenyfotovoltaické systémy s výkonem od 3 kW p .Program byl vyhlášen Státním fondem životního prostředí v roce 2000,ale první systémy byly nainstalovány až v roce 2001.Použitá a doporučená literatura[1] Krieg, B.: Elektřina ze slunce. HEL, Ostrava, 1993.[2] Vaniček, K. a kol.: Popis pole globálního záření na území České republiky vobdobí 1984 -1993. Národní klimatický program České republiky, Praha, 1994.[3] Vaniček, K., Čeněk, J., Reichrt, J.: Sluneční záření na území ČSSR. MLVH ČSRve spolupráci a DT ČSVTS Pardubice, Pardubice, 1985.

Vydal:EkoWATT, středisko pro obnovitelné zdroje a úspory energieBubenská 6, 170 00 Praha 7tel.: +420 266 710 247fax: +420 266 710 248e-mail: ekowatt@ekowatt.czhttp://www.ekowatt.cz, www.energetika.czAutoři textů: Jiří Beranovský, Karel Srdečný, Jan Truxa Spolupráce: RadimBařinka, František Hrdlička, Evžen Přibyl, Libor Šamánek, Jiří Vašíček, JaroslavKnápek Grafický návrh: Irena a Saša Mandić Realizace: Helvetica & Tempora, spol.s r. o., Pod Kaštany 8, Praha 6© EkoWATT, 2002Podrobnější informace lze získat také v celostátní síti Energetickýchinformačních a konzultačních středisek České energetické agentury (EKIS ČEA),jejichž seznamy jsou uveřejněny např. na internetové adrese http://www.ceacr.cz.Publikace je určena pro poradenskou činnost a byla zpracována v rámciStátního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energiepro rok 2002 -část A. Byla vydána díky laskavé podpoře České energetické agenturya Nadace Partnerství.