Laboratoře a učebny

Pro potřeby laboratorních cvičení, provozních měření a zjišťování kvality vnitřního prostředí je k dispozici moderní technika, včetně měřících vozů vybavených především ke zjišťování plynných a tuhých emisí a k diagnostice energetických zařízení, vedoucí k jejich optimalizaci. Ze zařízení sloužících hlavnímu poslání katedry, tj. výuce, jsou v laboratořích např. kompresory, spalovací motory, aerodynamický tunel, sestavná klimatizační jednotka apod. a na střeše budovy knihovny pak rozsáhlý fotovoltaický systém. Zde je vhodné se také zmínit i o vlastní počítačové učebně. Výuka je doplňována vhodnými exkurzemi a účastí studentů na různých měřeních v energetických zařízeních České republiky i v zahraničí.
Katedra energetiky má několik laboratoří, ve kterých může provádět praktická cvičení studentů.

Seznam laboratoří/prostorů:

  • Laboratoř strojů pro stlačování a přepravu vzdušin a kapalin (G 315),
  • Laboratoř tepelných procesů a proudění (CPIT – D 101),
  • Laboratoř přenosu tepla (G 314),
  • Laboratoř solárních systémů (NK),
  • Laboratoř pyrolýzní plynové chromatografie s hmotnostně spektrometrickou detekcí (E229),
  • Laboratoř bioplynových technologií (budova J),
  • Technologické centrum Ostrava (Pohraniční, Vítkovice).

Laboratoř strojů pro stlačování a přepravu vzdušin a kapalin (G 315)

Garant: doc. Ing. Kamil Kolarčík, CSc.

Obor věnující se stlačování a dopravě plynů je v moderním průmyslu velmi důležitý, poněvadž kompresory zasahují do všech odvětví lidské činnosti. Na pohon kompresorů se v celosvětovém měřítku vynakládá asi až 30 % celkové spotřeby elektrické energie, s níž je nutno velmi úsporně hospodařit.

Sledování provozovaných energetických strojů, které jsme v podnicích České republiky prováděli však ukazuje na nevhodné používání pro konkrétní podmínky, základní nedostatky v měření, nevhodný způsob regulace. Z toho vyplývá, že provozovatel energeticky vysoce náročného zařízení není schopen správně vyhodnotit ekonomii provozu, čímž finančně zatěžuje jak sám sebe, tak též výrazně poškozuje životní prostředí.

Prioritní cestou k nápravě v této oblasti je zhospodárnění transformace energie vhodným řízením, optimalizací provozu energetických strojů, zvýšením jejich účinnosti a využíváním obnovitelných energií.

Kdo je schopen tyto velice náročné úkoly zavádět do běžného chodu obchodní společnosti a dále vzdělávat i své spolupracovníky?

Odpověď je jednoznačná: Pouze dokonale připravení současní studenti VŠ, kteří budou schopni nově získané znalosti a dovednosti uplatňovat v pracovním procesu a budou schopni zvyšovat účinnost energetických transformačních procesů.

Na VŠB-TU Ostrava, katedře energetiky jsou k tomuto účelu vybudované laboratorní prostory k odbornému vzdělávání v oblasti provozu energetických strojů a hospodaření energií a to s technicky vyspělými provozuschopnými měřícími tratěmi.

Studenti zde získají praktické informace o strojích sloužících ke stlačování a dopravě tekutin, o jejich konstrukci, uspořádání, příslušenství, regulaci a řazení v kompresorových či čerpadlových stanicích. Základní technické údaje jsou definovány s platnosti pro všechny druhy strojů, ať již se jedná o kompresory či čerpadla objemové či dynamické.

Laboratoř tepelných procesů a proudění (CPIT – D 101)

Garant: Ing. Stanislav Honus, Ph.D.

Laboratoř je vybavena systémy pro základní a aplikovaný výzkum spalování, proudění, přenosu tepla, sušení a sorbce škodlivin. Mezi zařízení laboratoře patří:

Spalovací komora

Komora je určena pro výzkum (ko)spalovacího procesu nekonvenčních plynných a pevných paliv. Výzkum se zaměřuje na chemickou kinetiku hoření, přenos tepla ve spalovacím prostoru, dynamiku plamene, turbulentní proudění spalin a vliv těchto dějů na tlakovou část okruhu (parametry vody/páry).

Zařízení je zrealizováno tak, že pro charakterizaci spalovacího procesu a souvisejících jevů umožňuje kontinuálně měřit/nastavit: Průtok a teplotu spalovacího vzduchu, průtok a teplotu daného topného plynu, tlak spalin, teplotní a koncentrační (O2, CO, CO2, NO, NO2, SO2, CXHY) pole ve spalovacím prostoru, teplotu odpadních spalin a parametry tlakového a chladícího okruhu (teploty, tlaky a průtoky na vstupech a výstupech). Data jsou ve zvolených časových krocích ukládána do PC. Systém umožňuje měnit důležité parametry spalovacího procesu vč. možnosti demontáže jednotlivých segmentů hořáků a dalších konstrukčních prvků. Součástí je systém pro vstřikování práškových paliv do spalovacího prostoru.

Jako příklady činnosti lze uvést: (i) optimalizaci podmínek spalovacího procesu plynných paliv, (ii) výzkum hořáků z hlediska vlivu konstrukčních prvků (trysky, vířiče a směšovače) na spalování, (iii) studium možností redukce emisí a (iv) řešení problematiky záměnnosti konvenční paliva x alternativní paliva.

Výzkumná činnost rovněž zahrnuje rozvoj matematických modelů jednotlivých dějů a jejich verifikování prostřednictvím experimentálních měření.

Laboratorní systém s dvou-sekčním fluidním reaktorem

Součástí laboratoře je také modulární laboratorní stand sestávající ze dvou sériově zapojených fluidních vrstev. Slouží k aplikaci klasických i alternativních paliv přímo do fluidní vrstvy, kde dochází k jejich kontrolovanému hoření za nastavených podmínek a určování vhodných podmínek spalovacího procesu a parametrů pro jednotlivá paliva. Současně je možné aplikovat sorbenty i aditiva za účelem sledování vlivu na tvorbu a záchyt produkovaných škodlivin.

Výhodou standu je jeho modulárnost - lze jej před samotným měřením poskládat do požadovaného konceptu a také nastavit jednotlivé parametry, jako je průtok spalovacího vzduchu a teplota v jednotlivých částech, počet komor, filtračních bodů apod. Teploty a průtoky přímo v epicentru spalovacího procesu je možné sledovat a regulovat pomocí PID regulace a zaznamenávat. Velkou výhodou je také možnost vizuální kontroly a také možnost využití termokamery pro přímé sledování spalovacího procesu přes průhledné díly. Koncentrace jednotlivých složek ve spalinách je možno sledovat kontinuálním měřením přes měřící vstupy po celé délce pracovního prostoru až po konec kouřovodu

Klíčové vybavení:

  • Analyzátory vybavené ke specifikaci spalování (kontinuální měření teplot, tlaků, rychlostí a složení spalin – O2, CO, CO2, NO, NO2, SO2, CXHY),
  • přístroje pro měření tahu, rosného bodu, vlhkosti paliv a obsahu sazí ve spalinách,
  • laboratorní komora pro výzkum (ko)spalování alternativních paliv, proudění a přenosu tepla s možností změny důležitých parametrů procesu hoření a s možností demontáže jednotlivých segmentů hořáku a dalších částí,
  • doplňkový vodní/parní okruh ke studiu vlivu spalin na oběh,
  • mobilní vstřikovací systém pro výzkum hoření práškových paliv,
  • termovizní kamera a infračervené teploměry,
  • laboratorní fluidní komora pro výzkum sorbce škodlivých látek ve spalinách,
  • CFD a DEM softwary,
  • výpočetní stanice.

 

Laboratoř přenosu tepla (G 314)

Garant: doc. Ing. Zdeněk Kadlec, Ph.D.

Hlavním zařízením laboratoře je kalorimetrická trať, která byla prvně provozně otestována roku 2013. Byla navržena pro vědecko-výzkumné účely měření tepelné účinnosti výměníků tepla. Konkrétně mají měřené vzorky podobu malých automobilových chladičů. V současné době jsme v úzké spolupráci se společností Halla Visteon Autopal - Nový Jičín, která vyvíjí a vyrábí komponenty klimatizační a chladící techniky pro automobilový průmysl.

Výzkum, který zde probíhá, je zaměřen na oblast použitých vlnovcových elementů v chladicích zařízeních automobilového průmyslu (chladiče, mezichladiče). Na kalorimetrickém standu testujeme výměníky tepla "kapalina - vzduch" a díky variabilitě a moderním technologiím jsme schopni měřit s obousměrným přestupem tepla.

Jako příklady segmentů je možné jmenovat: radiální ventilátor, čerpadla, teplotní snímače, tlakové snímače, průtokoměry, snímač vlhkosti.

Laboratoř solárních systémů (NK)

Garant: doc. Ing. Mojmír Vrtek, Ph.D.

Laboratoř se skládá ze dvou částí.

První částí je rutinní fotovoltaická elektrárna 20 kWp, kde je k dispozici pro laboratorní měření 10 samostatných panelů 100 Wp s vlastními invertory.

Druhá část laboratoře je určena pro měření solárních tepelných kolektorů. Je možno měřit jejich okamžitý tepelný výkon a dosahovanou účinnost. K dispozici je měřící technika uvedená – odkaz na TAP.

Laboratoř pyrolýzní plynové chromatografie s hmotnostně spektrometrickou detekcí (E229)

Garant: Ing. Jana Kuchařová, Ph.D.

Laboratoř je zaměřena na stopovou analýzu organických látek (v rozsahu 10-9 až 10-6 g) různých environmentálních matricích. Analýzy jsou prováděny metodou plynové chromatografie s hmotnostně spektrometrickou (GC/MS) a plamenově ionizační detekcí (GC/FID) a metodou pyrolýzní plynové chromatografie s hmotnostně spektrometrickou (Py-GC/MS) a plamenově ionizační detekcí (Py-GC/FID). Součástí pyrolýzní jednotky (CDS Analytical 5200) je analyzátor plynů (TCD detektor). K hlavním výhodám plynové a pyrolýzní chromatografie patří vysoká citlivost, přesnost a rychlost. Vzorek pro analýzu Py-GC/MS může být aplikován přímo, není vyžadována extrakce ani jiná složitá předúprava vzorku. Vzorky pro Py-GC mohou být v pevné nebo kapalné fázi. Py-GC vyžaduje pro stanovení velmi malé množství vzorku, v desítkách až stovkách µg.

Klíčové vybavení:

  • Plynový chromatograf HP Agilent 7890 A s hmotnostně spektrometrickým detektorem HP 5975 C a s plamenově ionizačním detektorem.
  • Plynový chromatograf HP Agilent 7890 A s hmotnostně spektrometrickým detektorem HP 5977 A
  • Pyrolýzní jednotka CDS Analytical 5150 Vysokotlaká pyrolýzní jednotka s vestavným trapem CDS Analytical Pyroprobe 5200

Druhy analyzovaných environmentálních matric:

  • Komposty (připravené z biologicky rozložitelného odpadu, odpadní biomasy), půdy, kaly z čistíren odpadních vod.
  • Energeticky významné traviny a plodiny.
  • Reziduální produkty (saze, popel) ze spalování biomasy a fosilních paliv (uhlí, nafta).
  • Částice PM10, PM2,5 a PM1 a prachových částic v emisích a imisích.
  • Rezistentní organická hmota a black carbon v různých vedlejších produktech ze spalování.

Analyzované komponenty:

  • Mastné kyseliny – kvalitativní a kvantitativní analýza v PM částicích, kompostech a čistírenských kalech.
  • Black carbon a rezistentní organická hmota – kvantitativní a kvalitativní stanovení v reziduích ze spalování, v PM částicích a v antropogenně generovaných vedlejších produktech (čistírenské kaly).
  • Sacharidy – kvalitativní a kvantitativní analýza v PM částicích, kompostech, travinách a různých zemědělských plodinách.
  • Polycyklické aromatické uhlovodíky - kvalitativní a kvantitativní analýza v imisích a emisích PM částic, v reziduích ze spalování, v čistírenských kalech.
  • Analýza reziduí ze syntetických polymerů (ftaláty, retardanty hoření) v PM částicích, kompostech, čistírenských kalech.
  • Analýza energeticky významných biochemických komponent (lignin, hemicelulóza) v travinách, kompostech, biologicky rozložitelném odpadu.
  • Stanovení mineralizačních a humifikačních indikátorů v kompostech, půdách. Kvalitativní analýza huminových kyselin.
  • Analýza geochemických biomarkerů v PM částicích a v prašném spadu pro identifikaci zdroje znečištění v ovzduší. Analýza polárních a těkavých látek v PM částicích a prašném spadu v ovzduší. Analýza uhlovodíků v PM částicích a prašném spadu v ovzduší. Anhydrosacharidy – kvalitativní a kvantitativní analýza v PM částicích, prašném spadu.

Technologické centrum Ostrava (Pohraniční, Vítkovice)

Vedoucí a garant: prof. Ing. Dagmar Juchelková, Ph.D.

Předmětem činnosti centra je zejména interdisciplinárně orientovaný základní výzkum teoretických aspektů v oblasti získávání energie z netradičních zdrojů a optimálního začlenění do energetického systému ČR. Výzkum zahrnuje jednak fáze technologie dopravy, úpravy a zpracování vstupních energetických surovin, paliv a vedlejších produktů, dále fázi efektivní transformace na média vhodná pro výrobu elektrické a tepelné energie a konečně fázi integrace obnovitelných zdrojů elektrické energie do sítě, včetně akumulace energie, ostrovního režimu distribuovaných zdrojů elektrické energie a komponent smart grids. Pozornost je rovněž zaměřena na výzkum faktorů efektivního nakládání se zdroji v souladu s trendy trvale udržitelného rozvoje.

Ve všech částech centra je uplatňován přístup minimalizace negativních dopadů na životní prostředí, a to jednak z hlediska možné recyklace a využití vedlejších energetických produktů, tak z hlediska minimalizace produkce emisí. Použité postupy tak dosahují charakteru čistých technologií. Důležitou součástí je výzkum prováděný na základě výsledků diagnostiky průmyslových energetických zařízení, který umožňuje zpětnou vazbu pro efektivní řízení technologií.

Centrum umožňuje zapojit do výzkumu studenty doktorských a magisterských studijních programů, zvýšit zájem partnerů o zahraniční spolupráci a v budoucnu umožní se ucházet nejenom o domácí, ale též o zahraniční granty. V rámci centra je zajištěno efektivní využívání speciálních přístrojů v laboratořích i návaznost na poloprovozní i provozní zařízení ve výrobě.

Výhodou centra je, že teoretické výsledky orientovaného základního výzkumu, modely a simulace bude možno verifikovat v poloprovozních podmínkách

Centrum nabízí možnosti využívání surovin, vedlejších produktů v novém pojetí s minimalizací dopadů na životní prostředí. Centrum se zaměřuje na vývoj procesů, metod a technologií pro udržitelné využívání energetických zdrojů.

 

Seznam učeben:

E229, G307, D103, G 317b

 

Katedra energetiky
Fakulta strojní, Vysoká škola báňská - TUO
17. listopadu 15/2172, 708 33 Ostrava - Poruba
katedraenergetiky@vsb.cz