Aktualizováno 27.1.2007

E-mail

Tipy ze serveru

Chladničky A+
Nová řada spotřebičů
Kupujete chladničku?
Kupujete myčku?
Motorové pilyMountfield věří ve své    výrobky
Mulčování
zajímavá alternativaMotorové  sekačky s pojezdem
Jedete do Chorvatska s lodí?
Motocykly KYMCO
Minolta DIMAGE 7
BMW F 650 GS

Voigtländer
Olympus Camedia E-10
Kabely Profigold
Dálkový ovladač snů
Voigtländer
Jaguar XJ6 3.2
Auta pro jachting
Výfuky od Pařízků
Onkyo TX-DS 57
Filmový skener Kodak RFS 3600

USB - dobré řešení

Motorové pily

Motorové lodě
Nafukovací čluny
Vodní skútry
Plachetnice

  Kondenzační plynové kotle                      Příloha

z
Nové trendy ve vytápění I

KONDENZAČNÍ  TECHNIKA

Od začátků používání kotlů s kondenzací spalin v naší republice uplynulo již cca 10 let. Teoretické základy, principy a zákonitosti kondenzační techniky již byly mnohokráte publikovány a jsou odborné veřejnosti dobře známy. Přesto jsou  zde pro úplnost celé problematiky znovu uvedeny.

ZÁKLADNÍ  PRINCIP  KONDENZAČNÍ  TECHNIKY

Při spalování zemního plynu (metanu CH₄) nebo propanu (C₃H₈) vzniká určité množství vody. Hořením dochází k jejímu ohřevu. Ta pak v podobě vodní páry spolu s oxidem uhličitým tvoří spaliny hoření a odchází. Tepelné spaliny s sebou nesou část schované tepelné energie, tzv. latentní teplo. Pokud tyto spaliny ochladíme pod teplotu jejich rosného bodu, dojde ke změně skupenství - kondenzaci obsažené vodní páry a k uvolnění tohoto tepla. V kondenzačním kotli se takto uvolněná energie pomocí výměníku využije k ohřevu topné vody.

Teoretická rovnice spalování zemního plynu:

CH₄ + 2O₂ + (N₂) = CO₂ + 2H₂O + (N₂)

VYUŽITÍ ENERGIE U KONDENZAČNÍ TECHNIKY

Pojmy:

Spalné teplo plynu H_s  [kWh/m³]

Je množství tepla, které se uvolní dokonalým spálením jednotkového množství plynu a stechiometrického množství kyslíku ( o počátečních teplotách 25^oC) při ochlazení spalin zpět na teplotu 25^oC. Jde tedy o veškeré množství tepla vzniklé spálením jednotkového množství paliva a zahrnuje i ve vodní páře vázané tzv. latentní (necitelné) teplo.

Výhřevnost plynu H_i  [kWh/m³]

Výhřevnost plynu je rovna spalnému teplu, zmenšenému o teplo uvolněné kondenzací vodní páry ze spalin. Jde tedy o množství tepla, které energii obsaženou ve vodní páře spalin nezohledňuje. ( U klasických kotlů odchází toto teplo komínem do ovzduší).

Právě z výhřevnosti se stanovuje  účinnost spalovacího zařízení. U kondenzační techniky byl zaveden takzvaný normovaný stupeň využití , který nabývá hodnot nad 100% a bývá zaměňován s účinností. Kdybychom počítali účinnost kondenzačního kotle ze spalného tepla, dojdeme fyzikálním postupem na účinnost maximálně 97,5%. Aby se však mohlo provést porovnání konvekčních a kondenzačních kotlů, stanovuje se normovaný stupeň využití u kondenzačních kotlů rovněž ve vztahu k výhřevnosti.

Proč teoreticky až 11% tepelné energie navíc při využití kondenzační techniky?

Zemní plyn

Spalné teplo     ...         =          39,82 MJ/m³  =            11,06 kWh/m³

Výhřevnost      ...         =          35,88 MJ/ m³ =           9,97 kWh/ m³

Rozdíly                        3,94 MJ/ m³                    1,09 kWh/ m³

Podíl 11,06/9,97= 1,109 = 1,11

Obr.2

Poznámka k obr.2: Poměr ztrát odvedených spalinami, sáláním kotle a tepla odvedeného kondenzátem se může podle konstrukce kondenzačního kotle mírně lišit, ale v součtu tvoří cca 3%. 

U kondenzačního kotle se spádem 75/60 činí normovaný stupeň využití 104%.

Normovaný stupeň využití zahrnuje všechny ztráty kotle, které jsou závislé na teplotě topné vody a zatížení kotle.

Teplota spalin, rosný bod a přebytek vzduchu

Jak bylo dříve uvedeno, teplo, které lze získat z úplné kondenzace činí 11% tepla spalného. Pokud ochlazujeme spaliny zemního plynu získané ideálním spalováním (bez přebytku vzduchu), začne pod teplotou rosného bodu (pod 57^oC) ve spalinách kondenzovat vodní pára. Teplota spalin je provázána s teplotou vratné vody ze systému. Je požadováno, aby rozdíl mezi teplotou spalin a teplotou zpětné vody byl 5 K při jmenovitém výkonu kotle a alespoň 2K při výkonu minimálním. Při konstrukčním řešení kotlů jsou tyto podmínky nejsnáze splněny tak, že spalinový výměník je řešen jako protiproudý výměník tepla s dostatečně nadimenzovanou (velkou) teplosměnnou plochou. Pokud teplota vratné vody ze systému bude vyšší než teplota rosného bodu spalin, nedojde ke kondenzaci a uvolnění kondenzačního tepla. Kotel nebude využívat svých předností a bude pracovat s účinností nízkoteplotního.  

Teplota kondenzace při ideálním spalování (bez přebytku vzduchu)

 Účinnost spalování ovlivňuje také takzvaný přebytek vzduchu ve spalinách. Je udáván součinitelem přebytku vzduchu λ.

Součinitel přebytku vzduchu λ [-]

je dán poměrem skutečného množství vzduchu, které bylo dopraveno do spalovacího procesu k teoretickému, potřebnému pro ideální spalování. Spaliny bez přebytku vzduchu mají λ=1. Zvyšující se λ znamená horší účinnost spalování a u kondenzace způsobuje pokles teploty rosného bodu spalin. Například, pro  λ=1 je u ZP teplota rosného bodu spalin 57^oC, ale pro λ=2 je to 45^oC a λ=3 jen 38^oC. Proto je u kondenzačních kotlů důležité udržovat řízením směšovacího poměru vzduch – plyn součinitel přebytku vzduchu na co nejnižší hodnotě a to v celém rozsahu tepelného výkonu.

Obr.3  Rosný bod spalin v závislosti na přebytku vzduchu (ZP)

 Z obr. je zřejmé, že i kondenzační kotel pracuje s určitým přebytkem vzduchu (1,2 až 1,5) a skutečný rosný bod spalin se pro zemní plyn pohybuje mezi 50 až 55 ^oC. Má-li docházet ke kondenzaci, musí se teplota vratné vody pohybovat pod touto hodnotou.

Řízení směšovacího poměru vychází z konstrukčního řešení kotle a jeho seřízení. Teplotu vratné vody ovlivňuje vlastní otopná soustava a to:

• teplotním spádem topné vody

• hydraulickým zapojením a seřízením

• způsobem provozu a regulace

Teplotní spád topné vody

Ideální jsou systémy, u kterých je  teplota vratné vody po celé topné období,  i při nejnižších venkovních teplotách, o 5 ^oC nižší než skutečná teplota rosného bodu spalin.  Pro soustavy s kondenzačním kotlem na zemní plyn je tak trvale zaručen nejvyšší normový stupeň využití ve spojení s teplovodními nízkoteplotními systémy se spády například 40/30 až  55/45^oC. Ke kondenzaci bude docházet po celou dobu provozu kotle, při každém stupni zatížení.  Vhodnou otopnou plochu představují sálavé systémy se zabudovanými teplovodními trubními rozvody,  neboli  podlahové či stěnové vytápění. Při návrhu otopné soustavy s konvekčními tělesy, lze u kotlů pracujícími s minimálním přebytkem vzduchu (přímým řízením směšovacího poměru) a spojitě řízeným výkonem v rozsahu 20-100%, garantovat využití kondenzace až do spádu 70/50. Při návrhu otopné plochy je nutný přepočet výkonu tělesa na konkrétní parametry topné vody oproti parametrům udávaným výrobci v návrhových podkladech.

Kondenzační techniku lze samozřejmě v našich klimatických podmínkách využívat i u soustav  s vyššími teplotami topné vody. V určitém časovém období – při nízkých venkovních teplotách bude teplota vratné vody překračovat rosný bod spalin, k využití tepla z kondenzace nedojde a normovaný stupeň využití kotle  se sníží. U otopných soustav s návrhovými teplotami topné vody 90/70 se toto omezení projeví výrazněji. Je však nutné podotknout, že dnes nejčastěji projektované dvoutrubkové soustavy s nuceným oběhem, se na tyto parametry nenavrhují. Většina stávajících soustav s těmito návrhovými parametry se v praxi provozuje s nižšími teplotami topné vody a to i při nejvyšším stupni zatížení. Vyhláška 151/2001 Sb., platná pro  nově zřizovaná zařízení a pro rekonstrukce zařízení  (k nimž bylo vydáno stavební povolení po dni nabytí účinnosti vyhlášky), stanovuje v §5 odstavci 3 u nuceného oběhu požadavek na teplotu vody na přívodu do otopného tělesa do 75^oC. Otopný systém se spádem 75/60 využívá v našich klimatických podmínkách kondenzace během cca 80% ročního vytápěcího provozu.

Několik poznámek k hydraulickému zapojování soustav s kondenzační technikou

• Příprava teplé vody (TV, dříve značeno TUV)

U kombinovaných plynových spotřebičů – kotlů je  kondenzační provoz zajištěn dostatečně velkou teplosměnnou plochou výměníku TV.

U kondenzační techniky lze doporučit zásobníkový ohřev TV. U menších objektů s běžnou spotřebou teplé vody (např. rodinných domů) s přednostním ohřevem, jinde s provozem souběžným se samostatným nabíjecím čerpadlem (pozn.u některých typů kotlů je nabíjecí čerpadlo zásobníku TV  součástí kotle). Nabídka nepřímotopných zásobníků tvoří součást sortimentu ke kondenzačním kotlům jednotlivých firem a návrh vhodné velikosti s odpovídající teplosměnnou plochou zaručí dostatečné ochlazení vratné vody a kondenzační provoz.

• U kondenzačních kotlů jako samostatných zdrojů nebo v kotelnách s kaskádovým zapojením nesmí být použity prvky zvyšující teplotu vratné vody.

Těmito prvky jsou čtyřcestné směšovače a přepouštěcí armatury.

• Při použití hydraulické spojky (anuloidu) v kotelnách může docházet k nežádoucímu zvyšování teploty vratné vody v primárním – kotlovém okruhu a to v případech, že není za všech provozních stavů zajišťován větší průtok vytápěcím okruhem oproti kotlovému. V praxi je zde mnoho problémů s takzvaným dvojitým prouděním, projevujícím se nižší teplotou topné vody za anuloidem (do systému), než je teplota v kotlovém okruhu a naopak zvýšením teploty zpátečky v okruhu kotlovém. Problémům se lze vyhnout použitím spojky vhodné konstrukce (např. pravidlo „3d“ s  rychlostí  na vstupu do 0,9 m/s) nebo provedením akumulačního zkratu rozdělovače a sběrače.

• Aby byl celý systém energeticky úsporný, je nutné hydraulické sladění jednotlivých prvků (regulačních armatur, čerpadel...). U termostatických ventilů a uzavíracích šroubení otopných těles musí být provedeno nastavení takzvané druhé regulace. Aby byly teploty vratné vody blízké teplotám podle zpětné topné křivky, musí být také skutečný nejvyšší průtok roven průtoku výpočtovému. Teplotní spád snižuje předimenzované čerpadlo nebo špatné nastavení otáček u čerpadel se stupňovitou regulací. V provozu pak při uzavírání regulačních prvků dochází k nárustu diferenčního tlaku a hlučnosti termostatických ventilů. Samozřejmě vzrůstá energetická spotřeba  čerpadla.  Při použití armatur se škrcením (termostatických ventilů, trojcestných nebo dvoucestných regulačních armatur ...) bude průtok proměnný a je vhodné použít čerpadel s plynulou elektronickou regulací otáček.

Odvod kondenzátu

Každý kondenzační kotel vyžaduje trvalý odvod kondenzátu. Napojení odvodu kondenzátu na kanalizaci podléhá schválení správci kanalizace. Kondenzát od spalin zemního plynu má kyselost odpovídající pH 5, což je hodnota shodná s dešťovou vodou. Kondenzát z kotle do výkonu 25 kW lze napojit (přes zápachový uzávěr) přímo na kanalizační síť bez dalšího opatření. Tam, kde to správce kanalizace požaduje nebo u větších zařízení  se provádí neutralizace kondenzátu. Chemická neutralizace se uskutečňuje průtokem kondenzátu přes odkyselovací hmoty, na které se CO₂ váže (mramor, magno,dolomit,…). Neutralizační zařízení je většinou tvořeno nádobou z plastické hmoty s náplní neutralizačního granulátu.

Množství kondenzační vody

Odvod spalin

Teplota spalin kondenzačních kotlů je od cca 40 až do 90^oC v závislosti na teplotě topné vody a okamžitém využití kotle. Spaliny vstupující do komína jsou mokré, konstrukce komína musí odolávat vlhkosti, působení kondenzátu a také přetlaku.

Upozornění:

Od listopadu 2002 platí nová ČSN 73 4201 – Komíny a kouřovody – Navrhování, provádění a připojování spotřebičů paliv. Sjednocuje názvosloví a třídění s ČSN EN 1443 – Komínové konstrukce – Všeobecné požadavky a doplňuje a upravuje předchozí ČSN 73 4201 a 734210 (1989).

Provedení kondenzačních kotlů

Kondenzační kotle jsou nejčastěji vyráběny v následujících provedeních:

-kotle se spojitě řízeným výkonem, přímým řízením směšovacího poměru, λ sondou

-kotle se spojitě řízeným výkonem, přímým řízením směšovacího poměru

-kotle s dvoustupňovým výkonem, přímým řízením směšovacího poměru

-kotle se spojitě řízeným výkonem, bez řízení směšovacího poměru

Závěr - způsob provozu a regulace 

Kondenzační kotle již zahrnují do výrobního programu všichni renomovaní výrobci kotlů. Pro dosažení maximálního stupně využití kotle nelze než doporučit kotel s  co nejširším rozsahem lineární modulace výkonu a řízením směšovacího poměru. Nejkvalitnější kotle mají modulaci  20 až 100 %, některé typy dokonce 10 až 100 %. Automatika  těchto kotlů monitoruje všechny důležité veličiny (teplota vratné vody, výstupní vody, teplota spalin, tlak vody v systému,...) a komponenty kotle. Nízké minimální výkony optimalizují vytápění v přechodných obdobích, snižují počet spínacích cyklů. Konstantní poměr směsi vzduch-plyn (konstantní CO₂) je zabezpečen v celém výkonovém rozmezí, v každém okamžiku je spalována optimální směs. Emisní hodnoty jsou pod hranicemi požadavků. Nejpřesnějším způsobem regulace topného systému (topné větve) je regulace ekvitermní s adaptabilní funkcí (regulace podle venkovní teploty se zpětnou vazbou na vnitřní teplotu pro doupravení topné křivky).

Nejkvalitnější kotle mají ještě λ-sondu pro kontrolu součinitele přebytku vzduchu a případnou jemnou změnu směšovacího poměru. Tyto kotle se na našem trhu zatím neobjevují.

V zemích EU se můžeme setkat s vyznačením určitého počtu hvězdiček (max.5)na štítku kotle. Jedná se o vyznačení ukazatele normového stupně využití stanoveného z měření pro pět stupňů zatížení. Pro každé zatížení jsou předepsány vstupní a výstupní teploty při spádech 75/60 a 40/30. Normový stupeň zahrnuje všechny ztráty kotle. Z těchto  pěti stupňů  se vypočítá normovaný stupeň využití, který tak odpovídá provozu vytápěcího zařízení v průběhu roku.

Ing. Marcela Počinková

Závěsné plynové kotle klasické BAXI BUDERUS DAKON DE DIETRICH FERROLI  JUNKERS MORA-TOP   NORDGAS   PROTHERM  THERMONA VAILLANT VIESSMANN