Pohledem znalce: Povinné zapojení bezpečnostního dochlazování zdrojů tepla na pevná paliva

Absence povinných bezpečnostních prvků je jednou z hlavních příčin havárií kotlů, případně krbů a kamen na pevná paliva s teplovodním výměníkem. Je rovněž důvodem k odstoupení pojišťoven od vyplacení pojistného plnění v případě pojistné události. Neexistující či nefunkční zabezpečovací zařízení také znamená, že kotel není provozován v souladu s pokyny výrobce, což znamená negativní osvědčení v případě jeho pravidelné kontroly podle zákona o ochraně ovzduší, a tedy provoz takovéhoto zdroje je v rozporu se zákonem. Mezi základní bezpečnostní prvky patří u těchto zdrojů tepla zařízení sloužící k odvedení přebytečného tepla v případě poruchy. Ne každý kotel, či lokální topidlo s výměníkem však musí být tímto zařízením vybaveno a provozováno.

Důsledek evropské legislativy

Povinnost řešit bezpečné odvedení přebytečného tepla u malých teplovodních zdrojů tepla, spalujících pevná paliva, zavedla v roce 1997 Směrnice Evropského parlamentu a Rady 97/23/ES pro tlaková zařízení (Směrnice byla přejata do naší legislativy NV č.182/1999 Sb., které bylo později nahrazeno NV č.26/2003 Sb., kterým se stanoví technické požadavky na tlaková zařízení). Mezi tlaková zařízení patří podle tohoto dokumentu také sestavy určené pro výrobu teplé vody při teplotách nepřesahujících 110 °C (mezní teplota), do kterých se ručně nakládá pevné palivo a u kterých součin PS x V, tedy maximální provozní přetlak PS [bar] vynásobený vodním objemem výměníku V [litr], je větší jak 50.

Bezpečný provozu sestav se součinem PS x V vyšším jak 50 musí být zajištěn bezpečnostní výstrojí proti překročení povolené mezní teploty ohřívané vody. Pokud to vztáhneme na tepelné soustavy, pak velká část zdrojů tepla spalujících pevná paliva (kotle, lokální topidla s výměníkem), musí být vybavena zařízením pro bezpečné odvedení tepla tak, aby v nich a napojené teplovodní otopné soustavě nemohla být překročena mezní teplota.

Kdy musí být dochlazování napojeno

Shrňme si tedy výše popsaná fakta. Bezpečnostní výstroj proti přetopení musí mít zdroje ručně přikládané, u kterých součin PS x V je vyšší jak 50 a při jejichž provozu hrozí v krajním případě překročení mezní teploty otopné vody 110 °C.

Netýká se to zdrojů tepla určených pro otevřené otopné soustavy, kde je maximální dosažitelná teplota vody omezena fyzikálně (při běžném atmosférickém tlaku nemůže přesáhnout mezní teplotu 110 °C), kotlů se samočinnou dodávkou paliva (automatických) a lokálních topidel s výměníkem o malém objemu, u kterých součin PS x V je menší než 50.

Na zmíněnou evropskou směrnici reagovaly také příslušné evropské technické normy, platné pro konstrukci teplovodních kotlů a lokálních topidel na pevná paliva.

Normativní požadavky na teplovodní kotle

V roce 1999 byla vyhlášena norma EN 303-5, platná pro konstrukci a zkoušení teplovodních kotlů na pevná paliva o jmenovitém výkonu do 300 kW (v ČR přijata v únoru 2000 jako ČSN EN 303-5:2000). V bezpečnostních požadavcích na kotle je zavedena povinnost konstrukčního zajištění dochlazování kotlů v případě havarijních stavů, při kterých by hrozilo překročení teploty otopné vody 110 °C (nejvyšší normou povolená teplota otopné vody pro kotle). Od ledna 2013 platí upravená novelizovaná ČSN EN 303-5:2013, která byla rozšířena na kotle do výkonů 500 kW.

Norma definuje tzv. zařízení pro odvod přebytečného tepla jako technické řešení, které má zabránit vzniku nebezpečného provozního stavu na straně vody (zvýšení teploty nad 110 °C). U rychle odpojitelných soustav k tomuto stavu dojít nemůže, proto zmíněné zařízení u nich norma nepožaduje. U částečně odpojitelné a neodpojitelné soustavy k nebezpečnému provoznímu stavu dojít může v případě, že se jedná o soustavy uzavřené. Proto norma požaduje jako povinnou výbavu u kotlů pro tyto soustavy instalaci bezpečnostního zařízení pro odvedení maximálního možného tepelného výkonu v případě poruchy. U částečně odpojitelné soustavy je tímto maximálním výkonem míněn zbytkový výkon po částečném přerušení dodávky tepla do soustavy, u neodpojitelné soustavy je míněn jmenovitý tepelný výkon zdroje tepla. Abychom to pochopili, je nutné si definovat odpojitelnost soustavy.

1. Rychle odpojitelná otopná soustava – při všech provozních podmínkách a při poruše (přerušení přívodu energie nebo náhlý výpadek odběru tepla) může být přerušena výroba tepla tak rychle, že nemůže být vyvolán nebezpečný provozní stav na straně vody, nebo nebezpečný provozní stav na straně spalování (nahromadění hořlavých plynů ve spalovací komoře nebo spalinových cestách s koncentrací CO > 5 %). Týká se to soustav s kotli s řízeným přísunem spalovacího vzduchu ventilátorem a automaticky řízeným přísunem paliva (automatické kotle). V případě výpadku elektrické energie se zastaví dodávka paliva i přísun spalovacího vzduchu a vzhledem k minimálnímu zůstatku paliva na roštu dojde k velmi rychlému poklesu výkonu kotle.
2. Částečně odpojitelná otopná soustava – působením řídících a regulačních prvků může být zabráněno vzniku nebezpečného provozního stavu na straně spalování, ale výroba tepla může být omezena jen částečně. Tedy pro zabránění vzniku nebezpečného provozního stavu na straně vody je zpravidla nutné odvést alespoň část vzniklého tepla. Jedná se o soustavy s kotli s ručním přikládáním a řízeným přísunem spalovacího vzduchu ventilátorem. Typickým představitelem jsou tzv. zplyňovací kotle.
3. Neodpojitelná otopná soustava - zdroj tepla nedisponuje řídícími a regulačními prvky, které by mohly zabránit vzniku nebezpečného provozního stavu na straně vody. To se týká běžných kotlů s ručním přikládáním paliva a mechanicky regulovaným přívodem spalovacího vzduchu.

Pokud to shrneme, pak norma EN 303-5 pro malé teplovodní kotle na pevná paliva ukládá kotlům s ručním přikládáním v případě, že jsou zapojeny do uzavřené otopné soustavy, aby byly vybaveny bezpečnostní výstrojí proti překročení povolené mezní teploty ohřívané vody 110°C. U kotlů se samozřejmě předpokládá, že součin provozního tlaku a objemu výměníku je vždy vyšší jak 50. Norma striktně nestanoví, jak má být zařízení pro odvádění přebytečného tepla konstruováno. Uvádí pouze zásadní požadavek, že:

„zařízení musí být funkční bez doplňujících přídavných zařízení a vnější energie, musí být přizpůsobeno konstrukčním a tepelným vlastnostem kotle pro spolehlivé odvedení potřebného výkonu kotle a na vstupu chladící vody musí být zabudována tepelná ochrana spínáním“ (havarijní termostatický ventil).

Jako možné řešení se navrhuje použít tepelnou ochranu vytvořenou spínáním přívodu studené chladicí vody v kombinaci s vestavěným výměníkem tepla zabudovaným v kotli (zásobníkové nebo průtokové ohřívače vody). Jiná řešení nejsou normou vyloučena za předpokladu, že splňují požadavky na ochranu a bezpečnostní požadavky popsané výše.

Výměník tepla pro bezpečnostní zařízení nemusí být vždy zabudovaný přímo do kotlového tělesa. Například u většiny litinových kotlů to je prakticky nemožné. Nicméně u kotlů s ručním přikládáním, pokud výrobce výslovně neuvádí, že jsou určeny pouze pro otevřené otopné soustavy, se má dle ČSN EN 303-5 za to, že je i v tomto případě bezpečnostní zařízení pevnou součástí zdroje a jeho funkčnost se ověřuje při certifikaci. Výrobce musí v průvodní technické dokumentaci popsat instalaci a způsob použití konkrétního pojistného zařízení, se kterým byl kotel certifikován. Musí uvést provozní rozsahy teploty a přetlaku chladící vody.

Dlouze bychom mohli diskutovat o definici požadavku na funkčnost bezpečnostního zařízení bez vnější energie. Nelze totiž pominout hlasy, že požadavek na minimální tlak chladící vody je také v podstatě požadavkem na vnější energii dodávanou soustavou, na kterou je přívod chladící vody napojen. Pokud by byl zdroj chladící vody z tohoto důvodu „vyřazen“, například bude nefunkční vodovod, bylo by prakticky nemožné ve většině domovních kotelen zajistit funkční zapojení dochlazování kotlů. To samé v platí pro tzv. domovní vodárny, které jsou jediným zdrojem vody v domě, ovšem k jejich dlouhodobé funkci je zapotřebí elektřinou poháněného čerpadla.

Na základě jednání výrobců s autorizovanou zkušebnou byl přijat názor, že požadavkem na funkčnost bez vnější energie je myšlena především nezávislost spínacího pojistného ventilu, který spouští „dochlazování“, na elektrické energii. Tedy, že tento ventil musí být termostatický a jeho otevření závislé pouze na teplotě otopné vody ve zdroji tepla (nejčastěji 95 °C). Z pohledu legislativy je tedy podmínka splněna v případě, že je dochlazování napojeno na funkční přívod chladící vody a spínání dochlazování je řešeno termostaticky.

Velice důležitým ustanovením normy EN 303-5 je konstatování, že všechna zařízení pro odvod přebytečného tepla, jsou přípustná jako součást zdroje tepla pouze u teplovodních kotlů se jmenovitým výkonem maximálně 100 kW pro neodpojitelnou soustavu, resp. se zbytkovým tepelným výkonem nejvýše 100 kW u kotlů s částečně odpojitelnou soustavou. U uzavřené soustavy se zdrojem o vyšším výkonu musí být bezpečnostní omezovač teploty instalován individuálně na výstupním potrubí co nejblíže ke zdroji tepla v souladu s EN 12828.

Normativní požadavky pro lokální topidla

Týkají se krbových kamen (ČSN EN 13240), krbových vložek a kachlových kamen (ČSN EN 13299), varných spotřebičů (ČSN EN 12815), které mají zabudovaný ohřívač k ohřevu pitné vody nebo vody k ústřednímu vytápění. Tyto spotřebiče mají výkon rozdělen na sálavou a teplovodní složku, proto jejich výměník v mnoha případech nedosahuje takové velikosti, aby bylo dosaženo limitní hodnoty součinu PS x V > 50. Proto nemusí být u všech těchto lokálních zdrojů jejich součástí bezpečnostní zařízení proti přehřátí otopné vody. A i když má spotřebič z výroby vestavěný bezpečnostní výměník zajišťující ochranu proti přehřátí, o jeho zapojení často rozhoduje projektant, protože ten stanoví pro celou otopnou soustavu maximální provozní přetlak, který je při minimálním objemu otopné vody ve výměníku často limitující. Proto se také normy „řešící“ tyto lokální zdroje zabývají povinnou ochranou proti přetopení pouze okrajově.

Ve výše citovaných normách jsou mezi základními definicemi uvedeny pojmy výměník zajišťující ochranu proti přehřátí (zařízení, které umožňuje uvolnění přebytku tepla ze spotřebiče) a pojistka proti přehřátí (mechanické zařízení řízené teplotou výstupní vody, které v okamžiku dosažení stanovené teploty otevírá odtok v teplovodní části výměníku zajišťujícího ochranu proti přehřátí). Část norem, která definuje požadavky na bezpečnost provozu zdrojů, se ochraně proti přetopení výměníku vůbec nevěnuje. V části věnované zkoušení je uveden postup zkoušky pojistky proti přehřátí, která se ovšem provádí pouze v případě, že je pojistka proti přehřátí součástí spotřebiče.

Konečné shrnutí

Funkční zařízení k dochlazení kotle v případě havárie musí mít všechny ručně přikládané kotle a lokální topidla s teplovodním výměníkem na pevná paliva, napojené na uzavřenou otopnou soustavu. Naopak nemusí jím být vybaven jakýkoliv kotel automatický. Zde ovšem pozor. Pokud je kotel výrobcem definován jako automatický, ale je v něm možné topit i s ručním přikládáním paliva, byť by to bylo jen doplňkově, musí být tento kotel funkčním dochlazováním vybaven také.

Důležitý je také fakt, že dochlazování musí být funkční. Za to nezodpovídá jenom výrobce, který musí zdroj tepla tímto zařízením vybavit. Ale také instalatér, který zařízení napojí podle pokynů výrobce, tedy tak, že je funkční. A samozřejmě také provozovatel zdroje, který zařízení provozuje v souladu s pokyny výrobce.