PREČO SA MESTO ZÜRICH ROZHODLO INŠTALOVAŤ V ROKU 1938 PRVÉ TEPELNÉ ČERPADLO
Z môjho uhla pohľadu jedným z najvýznamnejších a pritom veľmi slabo docenených slovenských vedcov je Aurel Stodola. Rodák z Liptova a osobný priateľ Alberta Einsteina je všeobecne považovaný za otca parných turbín a v tejto oblasti dosiahol veľmi pozoruhodné výsledky. Trošku menej známe je to, že sa nemalou mierou podieľal na konštrukcii prvého tepelného čerpadla, ktoré sa využívalo na vykurovanie a chladenie. Systémy predstavené pred týmto tepelným čerpadlom sa zameriavali len na vykurovanie. Základným krokom pre konštrukciu tepelných čerpadiel bola v podaní Stodolu rovnica Gouy-Stodolova, ktorá formuluje termodynamické vzťahy v otvorených systémoch. Táto rovnica pre tepelné čerpadlá stanovuje podmienky, pri nedodržaní ktorých by sa zo systému strácala energia nenávratne a systém by nemohol fungovať ako tepelné čerpadlo. O tomto významnom vedcovi si viete viac prečítať na www.aurelstodola.sk
Chcel by som sa viac zamerať na toto prvé tepelné čerpadlo, ktorého konštruktérom bol aj Aurel Stodola a bolo osadené v radnici v meste Zürich.
Zaujímavá je pre mňa otázka, prečo sa mesto Zürich rozhodlo pre tento pioniersky čin a išlo do realizácie technického zariadenia, ktoré prakticky bolo jedno z prvých v prevádzke. Aké plusy a mínusy museli porovnávať aby sa rozhodli pre tento hrdinský čin, ktorého dôsledok nemohli dopredu predikovať.
Snaha o energetickú nezávislosť
Švajčiarsko po skončení prvej svetovej vojny trpelo nedostatkom paliva a prakticky sa zdroje fosílnych palív na území švajčiarska nenachádzali. Čím však Švajčiarsko disponovalo bol obrovský potenciál vodnej energie, ktorý sa naplno rozhodli využívať a tomu bol podmienený aj vedecký výskum na Švajčiarskych univerzitách kde turbínové stroje boli jedným z pilierov. Aurel Stodola pracoval aj ako odborný poradca pre viacero súkromných spoločností, ktoré pracovali v tejto oblasti, takže mal dostatok skúseností aj z praxe. To ako turbínové stroje boli extrémne dôležité pre Švajčiarsko znázorňuje aj 1000 franková bankovka z roku 1938, na ktorej je vyobrazená turbína. Nikdy pred tým ani potom už turbína nemala tú česť byť na bankovke s najvyššou nominálnou hodnotou. A od turbín a tepelných strojov je to len veľmi malý kúsok k tepelným čerpadlám
Radnica v Zürichu
A presne v tomto období začínajúcej hospodárskej krízy a nedostatku fosílnych palív (Švajčiarsko bolo extrémne závislé na dovoze uhlia z Nemecka) sa radnica rozhodovala aký vykurovací systém použije pri rekonštrukcii. Radnica do vtedy bola vykurovaná pomocou lokálnych kachlí na tuhé palivo umiestnených v skoro každej miestnosti. Budova nedisponovala žiadnou pivnicou ani skladom kde by sa mohli tieto pevné palivá uskladniť. Plyn vyrobený z uhlia a vykurovací olej boli v tej dobe veľmi nedostatková komodita, ktorou Švajčiarsko nedisponovalo, takže jediný vlastný zdroj zostávala len elektrina. A tak v roku 1937 predložila firma Escher Wyss ( tu pracoval ako odborný konzultant Aurel Stodola ) riešenie vykurovania a chladenia pomocou tepelného čerpadla voda-voda. Uvedenú investíciu vyčíslil na hodnotu 27 850 CHF. Stojí za zmienku že konečné vyúčtovanie bolo na sumu 24 090 CHF.
Aktuálne umiestnenie 83 ročného tepelného čerpadla
Rieka Limmat s priemernou teplotou vody 7°C vo vykurovacom období je ideálnym zdrojom tepla. Nominálny výkon tepelného čerpadlo bol 100 kW a výstupná voda bola kalkulovaná na úrovni 60°C. Na pokrytie špičkového zaťaženia bol použitý elektrický kotol s výkonom 65kW. Prepnutie do režimu chladenia sa vykonávalo pomocou štvorice trojcestných ventilov.
Okrem toho už systém fungoval automaticky. Aby sa predišlo zvýšenej hlučnosti a vibráciám bol použitý špeciálny kompresor Rotasco. Zaujímavo bol riešený elektromotor, ktorý okrem kompresora prostredníctvom prevodovky poháňal aj riečne obehové čerpadlo a obehové čerpadlo ústredného kúrenia. Použité bolo chladivo R12 o ktorého škodlivých účinkoch samozrejme vtedy nevedeli. Na systéme boli prevedené aj podrobné merania (detaily meraní sa bohužiaľ nezachovali) a pri zohľadnení všetkých pomocných zariadení sa nameral sezónny výkonnostný faktor 2,16. Toto historické tepelné čerpadlo je najstarším funkčným zariadením. I keď v roku 2001 po 63 rokoch prevádzky bolo toto zariadenie vymenené, dodnes je pravidelne spúšťané aspoň na pár hodín aby sa zachovala funkčnosť komponentov, samozrejme v systéme je už použitá ekologická náhrada chladiva R12.
Ako by to možno vyzeralo dnes ?
Pokiaľ by sme si skúsili hodnotu investície z roku 1938, 24 090 CHF prepočítať na aktuálnu hodnotu boli by sme asi na sume 264 990 CHF čo približne môžeme porovnať s EUR. Samozrejme nevieme presne aká bola hodnota technológie, práce a inštalačného materiálu, ale dnes je cena tepelného čerpadla 100 kW voda – voda na úrovni okolo 22 000 € plus inštalácia a nejaké komponenty hydraulického okruhu by celkovú cenu inštalácie mohli dostať na úroveň 70 000 - 80 000 €. Predpokladaná sezónna účinnosť by bola niekde na úrovni (SCOP ) 4,5.
Či je to dostatočný technologický vývoj za 83 rokov nechám na Vaše posúdenie, ale potenciál hlavne v tej teoretickej úrovni je naozaj stále obrovský. Všeobecne nasledovný citát (Thevenot, 1979) vystihuje pomerne dokonale tepelné čerpadlá:
Existuje pokušenie považovať tento systém za taký, ktorý potrebuje vždy nejakú svetovú krízu predtým, ako sa začne ďalej a ďalej vyvíjať.
Tak ako sa začali tieto systémy rýchlo používať v predvojnovom období, tak rýchlo ich na dlhšiu dobu vek fosílnych palív utlmil, ale dnes máme naozaj znovu pred dverami ďalšiu krízu a znovu objavujeme čaro technológie, ktorá ako jedna z mála dnes dokáže ponúknuť udržateľné vykurovanie a chladenie na oveľa lepšej úrovni ako technológie, ktoré v súčasnosti prevažne na vykurovanie využívame.
Možnosti znižovania emisií CO2 fosílnych palív vo vykurovaní sú obmedzené
Napríklad obrovská mediálna pozornosť sa venuje primiešavaniu vodíka do plynofikačnej siete. Touto témou sa zaoberajú hlavne spoločnosti ktoré distribuujú fosílne palivá. Potenciálny prínos znižovania emisií je pomerne malý a náklady vysoké.
Kto bude nositeľ svetla ?
Keď sa pozrieme spätne na ďalšie inštalácie tepelných čerpadiel vidíme, že hlavne mestá a štátne inštitúcie v zahraničí boli najprogresívnejšími investormi. Bohužiaľ na Slovensku to tak dnes nie je a keď sa aj pozriem na aktuálny plán obnovy tak tepelné čerpadlá nie sú stavané na jednu úroveň so systémami spaľujúcimi fosílne palivá a to je naozaj veľmi zlé. Bohužiaľ dlhšiu dobu sa nám nedarí presadiť aspoň čiastočne vyššiu podporu pre tepelné čerpadlá ako pre plynové kotly ktoré bez akýchkoľvek problémov získavajú aj 50 % investičnú podporu o čom tepelné čerpadlá môžu len snívať.
Dekarbonizácia na Slovensku
Nie plyn sa nedá odstaviť zo dňa na deň, jednoznačne sa dá považovať za prechodné palivo, ale pod rúškom prechodnosti my na Slovensku rozvíjame plynofikačnú sieť a to je naozaj zlé. Hlavne keď už dnes vieme bezproblémovo používať technológiu ktorá ma v sebe zabudovanú aj slovenskú DNA. A keď už i v roku 1938 kalkulovali s energetickou závislosťou a Švajčiarsko ako krajina hľadala svoje lokálne zdroje bolo by zaujímavé, aby sme si aj my zvolili podobnú optiku. Pretože aktuálne tepelné čerpadlo spolu s fotovoltaikou je jedným z najekologickejších a najudržateľnejších riešením akým disponujeme pre individuálnu výstavbu. A keď prejdeme pár kilometrov po Dunaji do Viedne môžeme tiež vidieť ukážkové zapojenie tepelných čerpadiel do systému centrálneho zásobovania teplom.
Tepelné čerpadlá si nachádzajú uplatnenie všade na svete a môžeme byť hrdí, že je to aj vďaka nášmu rodákovi Aurelovi Stodolovi. Dúfam, že pôjdeme po stopách Aurela Stodolu a na Slovensku nebudú naši rodáci stáť v ceste tejto technológii.
Zdroje:
Martin Zogg: Geschichte der Wärmepumpe, Schweizer Beiträge und internationale Meilensteine
Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V. | Facebook
www.aurelstodola.sk
Kantonsrat Zürich | Rathaus (zh.ch)
Viac informácií nájdete v časopise Správy 5/2022