Návrh experimentálního systému s možností energetického využití kompostu

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá možností energetického využití tepla vznikajícího při kompostování biomasy v podmínkách rodinného domu. Hlavním cílem práce bylo navrhnout a realizovat experimentální systém umožňující odběr nízkopotenciálního tepla z kompostu a současně posoudit vliv tohoto zásahu na samotný průběh kompostovacího procesu.

V teoretické části je zpracována rešerše problematiky biomasy, biologicky rozložitelného odpadu a možností jeho energetického i materiálového využití. Pozornost je věnována principům kompostování, jednotlivým fázím rozkladu organické hmoty a faktorům ovlivňujícím aktivitu mikroorganismů, zejména teplotě, vlhkosti, obsahu kyslíku a poměru uhlíku a dusíku. Součástí rešerše je rovněž přehled způsobů odběru tepla z kompostu a možnosti praktického využití získané energie.

Na základě získaných poznatků byl navržen a realizován experimentální systém sestávající z kompostérů, tepelného výměníku, oběhového okruhu a akumulační nádrže. V rámci experimentální části byly sledovány teplotní průběhy v kompostované hmotě, tepelném výměníku i akumulační nádrži při různých provozních podmínkách. Současně byl hodnocen vliv okolního prostředí, tepelné izolace a intenzity odběru tepla na účinnost systému.

Práce dále hodnotí vliv odběru tepla na průběh kompostování, především na délku termofilní fáze, intenzitu rozkladu organické hmoty a stabilitu biologických procesů. Experimentálně byla také ověřena možnost následného vermikompostování ochlazené kompostované hmoty pomocí žížal. Výsledky ukázaly, že odběr tepla z kompostu je technicky realizovatelný i v podmínkách malého zdroje, avšak intenzivnější ochlazování může negativně ovlivnit průběh termofilní fáze a zpomalit rozklad organické hmoty.

Závěrem práce je zhodnocena praktická využitelnost systému pro energetické využití kompostu a diskutovány možnosti jeho další optimalizace z hlediska účinnosti odběru tepla i zachování kvalitního průběhu kompostovacího procesu.

This thesis examines the possibility of utilizing the heat generated during biomass composting in a single-family home for energy purposes. The main objective of the thesis was to design and implement an experimental system capable of extracting low-grade heat from compost, while also assessing the impact of this intervention on the composting process itself.

The theoretical section provides a review of the issues surrounding biomass, biodegradable waste, and the possibilities for its energy and material utilization. Attention is given to the principles of composting, the individual phases of organic matter decomposition, and factors influencing microbial activity, particularly temperature, moisture, oxygen content, and the carbon-to-nitrogen ratio. The review also includes an overview of methods for extracting heat from compost and the possibilities for the practical use of the recovered energy. Based on the findings, an experimental system consisting of composters, a heat exchanger, a circulation loop, and a storage tank was designed and implemented. During the experimental phase, temperature profiles in the composted material, the heat exchanger, and the storage tank were monitored under various operating conditions. At the same time, the influence of the surrounding environment, thermal insulation, and heat extraction intensity on the system’s efficiency was evaluated.

The study further evaluates the influence of heat extraction on the composting process, particularly on the duration of the thermophilic phase, the rate of organic matter decomposition, and the stability of biological processes. The possibility of subsequent vermicomposting of the cooled composted material using earthworms was also experimentally verified. The results showed that heat extraction from compost is technically feasible even under conditions of a small heat source; however, more intensive cooling can negatively affect the course of the thermophilic phase and slow down the decomposition of organic matter.

The conclusion of the study evaluates the practical applicability of the system for the energy utilization of compost and discusses possibilities for its further optimization in terms of heat extraction efficiency and maintaining a high-quality composting process.