Návrh reaguje na potřebu snižovat spotřebu el. energie u domovních kotlů a také na poptávku tepelného zdroje nezávislého na dodávce el. energie. V rámci úpravy evropské legislativy se spotřeba pomocné elektrické energie promítá do takzvaného Indexu energetické účinnosti EEI, třídy energetické účinnosti a následně i do hodnocení kotlů zákazníky. Pokud dojde ke snížení el. příkonů kotlů a pokrytí jejich spotřeby v kotli vyrobenou elektřinou, pozitivně se to projeví na výsledném hodnocení kotlů. Stále se zvyšující nároky na bezpečnost a spolehlivost provozu kotlů a dodávek tepla v kombinaci se stále rostoucím počtem výpadků el. sítě v zimních obdobích (viz příloha Průzkum trhu, kapitola 5) jsou jasným důvodem pro návrh projektu, jehož cílem je vývoj kotle pro vytápění RD a malých objektů, který bude nezávislý na externím zdroji elektrické energie, čímž se výrazně zvýší bezpečnost a spolehlivost provozu. Projekt se zaměří na kotle s menší potřebou dodávky energie, tedy primárně na kotle bez podavače paliva, které však musí splňovat emisní parametry Směrnice o Ekodesignu 2019/125/ES. Prvním krokem řešení bude optimalizace potřebného příkonu a výkonu kotle, detailně budou popsány energetické potřeby kotlů při různých provozních režimech. Tyto výsledky budou jednak podkladem pro další návrh, ale budou využity i pro obecnou optimalizaci spotřeby el. energie u dalších kotlů. Budou také hledány provozní prvky kotle s co nejmenší spotřebou el. energie. Stěžejní částí projektu pak bude návrh autonomního zdroje elektrické energie pro kotel na spalování biomasy pomocí termoelektrického modulu využívajícího odpadního tepla kotle. Při návrhu bude využito matematických simulací samotného modulu i kotlového tělesa pomocí CFD modelu (proudění, přestup tepla) a termovizní analýzy teplotního pole kotle. Při návrhu bude využito také modelů programu ANSYS pro stanovení tepelného zatížení, cyklického zatěžování a deformací. Návrh bude řešit volbu optimálního typu modulu, jeho teplotní úroveň, zatížení, konstrukční řešení upevnění a chlazení modulu. Konstrukce modulu a jeho chladiče bude muset zohlednit celou řadu aspektu, aby bylo dosaženo optimální el. účinnosti a zároveň nedošlo ke zhoršení emisních parametrů kotle vlivem rychlého a nevhodného ochlazení spalovacího prostoru. Pracoviště VUT má dlouhodobou zkušenost s výzkumem aplikací termoelektrických modulů a bude také testovat vliv provozních parametrů kotle na životnost těchto modulů. A to jak přímo v kotli, tak i simulací cyklického zatížení modulů v laboratorních podmínkách. Nejprve bude vytvořena pilotní jednotka s instalací termoelektrického modulu pro testování a ověření předpokladů, prvotního návrhu a validaci matematických modulů. Pro ověření životnosti bude využito také matematického nástroje ANSYS a modelů tepelného cyklického zatěžování všech částí TEG. Pro provedení testovacího provozu bude navržen a otestován finální prototyp. Kromě návrhu zdroje el. energie bude projekt výrazně zaměřen na oblast vhodné akumulace el. energie pro potřeby startu kotle a pokrytí špiček spotřeby. Zde se předpokládá využití moderních prvků, zejména superkapacitorů. Hlavním výstupem by pak měl být autonomní kotel nezávislý na externím zdroji el. energie se zdrojem s termoelektrickými moduly.

Klíčová slova
nezávislý zdroj tepla; termoelektřina; emise; účinnost; kotel