Kde je hranice pro snižování teploty spalin spotřebičů na pevná paliva?
Diskuse odborníků – nízká teplota spalin kotlů na pevná paliva a komínové systémy, 1. část
Reálné provozní podmínky moderních spalovacích zdrojů pro vytápění domácností zásadně zvyšují požadavky na kvalitu komínů a množí se případy havárií komínů. V diskusi se k tomuto nežádoucímu stavu vyjadřují přední odborníci.
Moderní spalovací zdroje pro vytápění domácností potřebují pro svůj spolehlivý a bezpečný provoz moderní a funkční spalinové cesty. Co platilo pro napojení spotřebičů na komín po dlouhá desetiletí, se za posledních několik málo let významně změnilo. Staré komíny již nevyhovují provozním požadavkům pro moderní spalovací zdroje na pevná paliva či plyn. U plynu je při přechodu na kondenzační kotel automaticky přijímána nutnost přizpůsobit komín nízkým teplotám spalin a jejich důsledkům. U spotřebičů na pevná paliva je s ohledem na zažité zvyklosti potřeba prověřit vhodnost komína podceňována a vychází se ze zkušeností, které již neodpovídají současnosti. Jen tak si lze vysvětlit skutečnost, že zvláště závažný problém poslední doby je zvyšující se počet havárií komínů provozovaných s teplovodními automatickými kotli na spalování hnědého uhlí a biomasy. Zvláště u uhelných kotlů dochází při jejich provozu prakticky v celém provozním režimu ve spalinové cestě k tvorbě agresivního kondenzátu. Většina výrobců kotlů přenáší problém se spalinovou cestou na kominíky tím, že v návodu konstatují, že napojení na spalinovou cestu musí být „…schváleno kominickou firmou…“. Někteří výrobci uvádí, že lze kotel provozovat pouze se spalinovou cestou odolávající agresivnímu kondenzátu, což je podstatně lepší, ale také to není zcela přesné. Bohužel se obecně vžila zásada, že jakákoliv šamotová vložka je odolná vůči kondenzátu. Tudíž je spousta starších jednovrstevných komínů se šamotovou vložkou nezjištěného výrobce označena kominickou firmou jako vhodných pro provoz automatického kotle na hnědé uhlí s teplotou spalin při jmenovitém výkonu okolo hranice 100 °C. Ovšem po několika měsících provozu se často začne objevovat kondenzát vně komínového tělesa a začínají problémy.
Obr. Pohled shora do jednoho z možných řešení spalovací komory kotle. Zvětšení teplosměnných ploch umožní snížení komínové ztráty, ale s tím i sníží teplotu spalin
Protože těchto havárií přibývá, jak dokazují i počty případů řešených soudními znalci, rozhodli jsme se proto na TZB-info oslovit přední odborníky, profesní sdružení i výrobce z oboru spalinových cest a spalovacích zdrojů na pevná paliva, zda by se k problému z pohledu svých zkušeností a znalostí vyjádřili.
Položili jsme jim následující otázky:
- Je současná nízká teplota spalin spotřebičů na pevná paliva opodstatněná a kde je hranice pro její snižování?
- Za jakých podmínek lze napojit spotřebič na pevná paliva s extrémně nízkou teplotou spalin při jmenovitém výkonu na starší jednovrstvý komín (je to vůbec možné)?
- Lze přijmout obecné konstatování, že šamotová vložka je odolná kondenzátu ze spalin z pevných paliv (obzvláště z hnědého uhlí) a neporušený komín s touto vložkou je tudíž vhodný i pro mokrý provoz?
- Jak by měl být v revizní zprávě označen komín, ve kterém dochází při běžném provozu spotřebiče k tvorbě kondenzátu?
Odpovědi na tyto otázky zveřejníme postupně, vždy s týdenním odstupem. V tomto prvním díle „Diskuse odborníků“ se tedy dozvíme, co si myslí o otázce první.
Je současná nízká teplota spalin spotřebičů na pevná paliva opodstatněná a kde je hranice pro její snižování?
Ing. Zdeněk Lyčka, soudní znalec se specializací na teplovodní kotle na pevná paliva:
„Nízká teplota spalin kotlů na pevná paliva je problém několika málo let. Je nutné si uvědomit, že teplota rosného bodu spalin se u biomasy pohybuje na hranici 60 °C, ale u hnědého uhlí se započítáním tzv. kyselého rosného bodu (dle ČSN EN 13384-1) okolo hranice 120 °C. To znamená, že při teplotě spalin 120 °C se již ve spalinových cestách tvoří agresívní kondenzát. Přesto se na trhu objevuje stále více automatických kotlů na hnědé uhlí s teplotou spalin při jmenovitém výkonu okolo hranice 100 °C a níže.
Proč tak extrémně nízké teploty? Svalovat to na legislativu přímo nejde. Pro uvedení nového kotle na trh je za potřebí splnit požadavky na účinnost podle ekodesignu, což je přibližně 85–87 % (77 % po přepočtu na spalné teplo paliva u kotle 20 kW a více). Takovéto účinnosti dosáhne kvalitně spalující a dobře zaizolovaný kotel při teplotě spalin 150–160 °C. Ovšem na výrobním štítku bude mít díky „nízké“ účinnosti uvedenu třídu 4 (i když emisně dosáhne parametrů třídy 5). Pro zařazení do třídy 5 (což ovšem není podmínka pro uvedení na trh) musí dosáhnout účinnosti 88,2 % a více (podle jmenovitého výkonu). To „zvládne“ s teplotou spalin 140 °C, což je hranice, při které lze zajistit bezpečný a spolehlivý provoz u většiny běžných moderních komínů. Ale konkurence na trhu se za posledních pár let zvýšila takovým způsobem, že kotel s deklarovanou účinností na hranici 90 % je až na výjimky prakticky neprodejný. Zvyšování účinnosti lze docílit pouze snižováním teploty spalin. Výrobci a prodejci se tak předhánějí v tom, kdo nabídne zákazníkovi lepší účinnost, samozřejmě za cenu toho, že teplota spalin při jmenovitém výkonu se snižuje pod hranici „zdravého rozumu“. Tlak na české výrobce vyvíjí především levné kotle z dovozu, u kterých je velice složitě prokazatelné, že jimi deklarované provozní vlastnosti (a především „hvězdné“ účinnosti) mají reálný základ. Bohužel u mnoha z nich je již na pohled zřejmé, že to není možné.
Snížením teploty spalin u moderního kotle o 10 °C lze docílit zvýšení účinnosti přibližně o 0,7 %. Snížením teploty spalin ze 140 °C na 100 °C tak zvýšíme účinnost kotle o cca 3 %, ovšem u spalinové cesty se posuneme z oblasti „bezpečný provoz“ do oblasti „zvýšené riziko“ až „katastrofa nevyhnutelná“. Že to není pouhá teorie bohužel ukazují praktické zkušenosti. Provozovatel ušetří ročně několik stokorun na nepatrně snížené spotřebě paliva (možná). Ovšem výrazně vzrostou nároky na kvalitu spalinové cesty. Pokud pro kotle na pevná paliva s účinností nad 92 % má být spalinová cesta provedena bezpečně a funkčně, její cena se začíná pomalu blížit ceně samotného kotle.“
Ing. Petr Cankař, Firma Jaroslav Cankař a syn ATMOS, přední evropský výrobce kotlů na biomasu:
„Každý nový kotel, který se dnes uvádí na trh v České republice, musí splňovat přísné podmínky EKODESIGNU. Tyto požadavky jsou již od roku 2015 vyžadovány pro kotle podporované z programu KOTLÍKOVÉ DOTACE. Bezproblémové splnění těchto požadavků vyžaduje moderní technická řešení spalovacích zdrojů a dodržování některých logických zásad. Jinak řečeno, dodržování pravidel zdravého selského rozumu. Za naši firmu ATMOS musím říci, že to znamená navrhovat kotle tak, aby teplota spalin při jmenovitém výkonu:
- u automatických kotlů na pelety (se zapalováním, pracujícím v režimu Start/Stop) nebyla nižší než 110 °C
- u kotlů s ručním přikládáním nebyla nižší než 130 °C
U takto navržených kotlů žádné problémy s kondenzací spalin v komíně z důvodu jejich konstrukce nikdo řešit nemusí. Nesmíme však zapomenout také na to, že topenář nebo servisní technik musí před instalací správně zvolit výkon kotle, kotel musí být správně zapojen, zajištěn dostatečný přívod spalovacího vzduchu do kotelny, a také navržen odpovídající kouřovod a komín pro daný spotřebič.
Na závěr musím zdůraznit věc, na kterou se občas zapomíná. U automatických kotlů je nejdůležitější správně nastavit požadovaný výkon tak, aby provozní teplota spalin byla vyšší než 110 °C. U kotlů s ručním přikládáním správně nastavit poměr spalovacích vzduchů (primární, sekundární) vzhledem k použitému palivu a předepsanému tahu komína. V obou případech na závěr seřídit kvalitu spalování pomocí analyzátoru spalin!“
Ing. Jiří Vrba, člen TNK Komíny, dříve společnost Schiedel:
„Vydáním evropské směrnice o Ekodesignu, která určuje, jaké parametry musí splňovat kotle a interiérová topidla uváděná na trhy Evropské unie a v souladu s národními zákony, dochází logicky ve výrobě těchto spotřebičů k technickým úpravám s dopadem na změnu parametrů spalin. Teploty spalin udávané výrobci jsou takové, že ve spalinové cestě dochází ke kondenzaci. To na jedné straně. Na straně druhé s tím souvisí zároveň požadavek výrobce spotřebiče na minimální komínový tah, často ve výši 20 až 25 Pa. Zde se již dostáváme do problémů se samotnými fyzikálními principy odvodu spalin přirozeným tahem. Je třeba si uvědomit, že v reálném provozu pro splnění takových požadavků potřebujeme komín o účinné výšce (výška od zaústění kouřovodu do komína po jeho ústí) přibližně 12,5 metru. Taková účinná výška může být k dispozici ve starších podsklepených objektech, ale nenajdeme ji prakticky v žádném rodinném domě stavěném v posledním desetiletí. Chceme-li tedy překročit tuto hranici použitelnosti spotřebiče, musíme sáhnout k řešení odvodu spalin pomocí umělého tahu – spalinového ventilátoru. Se všemi negativními důsledky na jeho provoz (cena, životnost, údržba, řešení záložního zdroje při výpadku elektřiny…).“
Ing. Martin Coufalík, HELUZ cihlářský průmysl, v.o.s., Produktový specialista:
„Opodstatněnost snižování teploty spalin moc nedokážu posoudit. Pro zvýšení účinnosti kotle se snižuje výstupní teplota spalin. A jak jsme zjistili při měřeních na VŠB Ostrava – VEC, tak při nízkých teplotách spalin již není možné splnit podmínku požadovaného komínového tahu. Při sníženém výkonu kotle a nízkých teplotách spalin byl naměřený komínový tah 2 Pa a při středním výkonu pak 5 Pa. Pokud výrobce požaduje 10 Pa, pak toto není možné běžným užíváním spotřebiče dosáhnout. A jsme u tématu – spalinové ventilátory tahu a další finanční navýšení pro uživatele. Ale to je na samostatné téma. Dostal jsem se tím ale na druhou část otázky – kde je hranice pro její snižování. Podle mě je již v některých případech tato hranice překročena.“
Ing. Jaroslav Schön, Prezident Společenstva kominíků ČR:
„Za mě je to zjednodušeně jen proto, že výrobci jsou neschopní zajistit parametry dané podmínkami v kotlíkových dotacích jinak než tím, že sníží teplotu spalin (a to je podle mě špatně).“
Ing. Walter Sodomka ml., Ředitel Komínové asociace – APOKS:
„Současná nízká teplota spalin již není opodstatněná a je dána nesystémovou snahou o zvyšování teoretické účinnosti spotřebiče… smysluplná hranice teploty spalin již byla překročena. Při stanovování účinnosti spotřebičů se obecně vychází z nepřímé metody výpočtu ztrát, kdy největší ztrátou je ztráta citelným teplem spalin („komínová ztráta“). Ať se tato ztráta počítá jako ztrátové teplo z energie spalin, nebo pomocí Siegertových vztahů, vždy do výpočtu vstupuje na straně čitatele rozdíl teploty spalin a teploty vzduchu. Z toho vyplývá, že nejjednodušší cestou pro snížení komínové ztráty a tedy dosažení vyšší účinnosti je snižování teploty spalin. Ovšem teplota spalin je limitujícím faktorem pro činnost komínů s přirozeným tahem (v atmosférickém režimu), kdy při nízké teplotě nelze dosáhnout požadovaného tahu, ani splnění teplotní podmínky pro zabránění kondenzaci. Již několikrát byla v obecné rovině řešena i otázka, zda nižší teplota znamená snížení emisí. Bohužel k této tématice nemám k dispozici seriózní podklady, ale lze souhlasit s názorem, že vyšší teplota spalování podporuje optimálnější spalovací proces a tím pádem i méně emisí. Samozřejmě to platí především pro pevná paliva. V praxi se ukazuje, že minimálně část spotřebičů již nelze ekonomicky provozovat za podmínek uměle dosažených ve zkušebně (odtah spalin ventilátorem, speciálně připravené palivo, limitně zkrácené intervaly dávkování, atd.), a že tedy smysluplná hranice teploty spalin již byla překročena.“
Závěr
Jaký tedy můžeme z výše uvedených odpovědí učinit závěr? Snižování teploty spalin při jmenovitém výkonu pod hranici 130 °C při spalování uhlí a kusového dřeva, a pod hranici 110 °C u peletových kotlů, není dáno přísnou legislativou, ale spíše konkurenčním bojem mezi výrobci a prodejci. Kotle na pevná paliva s teplotou spalin pod 100 °C jsou však v současnosti realitou. Odpověď na zásadní otázku, co s jejich napojením na komín tak, aby byl funkční kotel i komín (či zda je to vůbec možné), se pokusíme nalézt v pokračování této diskuse již za týden.