Chyby v kotelnách: Co ukázalo 111 měření domácích kotlů – III. část

Když dobrý kotel nestačí

V předchozích dílech jsme představili nejčastější instalační a provozní chyby, které byly zjištěny při terénním pozorování 93 instalací domácích kotlů na pevná paliva. Celkem bylo provedeno 111 měření provozu kotlů spalujících dřevo, pelety i uhlí. Výsledky byly publikovány ve vědecké studii [1].

Mnoho uživatelů přitom předpokládá, že pořízení moderního kotle automaticky znamená nízké emise a vysokou účinnost. Výsledky měření provedených v letech 2021 až 2023 v českých domácnostech však ukazují, že skutečnost je výrazně složitější.

Při laboratorních certifikačních zkouškách jsou kotle provozovány za ideálních podmínek – s kvalitním palivem, správným komínovým tahem, optimálním nastavením a zkušenou obsluhou. Reálný provoz v domácnostech se však od těchto podmínek často výrazně liší, zejména u kotlů s ručním přikládáním paliva. Právě proto byla provedena měření kotlů přímo v domácnostech během běžného vytápění.

Jak probíhala měření

Každé měření probíhalo přímo v rodinném domě během běžného provozu kotle. Uživatel topil svým obvyklým způsobem a používal palivo, které běžně používá. Výjimku tvoří sedm opakovaných měření zplyňovacích kotlů, kde se náš výzkumný tým pokusil obsluhovat tyto kotle lépe a ukázat majiteli, že malou změnou je možné dosáhnout pozoruhodného zlepšení. Na některých kotlích bylo provedeno měření s více druhy paliv, někdy i v případě, že daný kotel nebyl na toto palivo certifikován, ale není výjimečné, že je na toto palivo provozován. Tato měření kotlů jsou přidána do skupiny kotlů označených „bez třídy“.

Měřené kotle

Celkem bylo provedeno 111 měření kotlů. Pro zjednodušení jsou kotle rozděleny podle konstrukce (prohořívací, odhořívací, zplyňovací a automatické), podle způsobu přikládání paliva (kotle s ručním přikládáním, kotle s automatickým přikládáním), podle třídy dosažené při certifikaci dle ČSN EN 303-5 (bez třídy až třída 5). Kotle byly provozovány na biopalivo (kusové dřevo, dřevní brikety, dřevní pelety) nebo fosilní palivo (hnědé uhlí, černé uhlí, koks).

Následující tabulky zobrazují rozdělení měřených kotlů. Cílem bylo změřit přibližně 60 % moderních kotlů (třída 4 a 5) a také změřit dostatečný počet kotlů z každé konstrukce.

Soubor 111 měření představuje jednu z nejrozsáhlejších databází provozních emisních měření domácích kotlů v České republice. Do hodnocení bylo zahrnuto 52 modelů kotlů od 23 výrobců.

Měřené parametry

Během tříhodinového provozu byly sledovány zejména koncentrace oxidu uhelnatého (CO), koncentrace organických plynných látek (OGC), koncentrace tuhých znečišťujících látek (TZL) a tepelná účinnost kotle (účinnost).

Před měřením byl kotel vždy vyčištěn, proveden zátop a přibližně do 1 hodiny od zátopu bylo započato s měřením. Vlastní měření probíhalo po dobu 3 hodin. CO a OGC byly kontinuálně měřeny po dobu 3 hodin provozu kotle a byly vypočítány průměrné hodnoty. Měření TZL probíhalo diskontinuálně. Byly provedeny 3 odběry pro stanovení TZL. V každé hodině měření bylo provedeno jedno měření TZL, které trvalo 15 minut. A následně byl stanoven průměr z těchto tří hodnot. Účinnost kotle byla vyhodnocována za celou dobu tříhodinového měření. Podrobnější informace o měřených parametrech jsou uvedeny v naší studii [1].

Limitní hodnoty CO, OGC, TZL a účinnosti

Průměrné hodnoty CO, OGC, OGC a účinnosti za 3 hodiny provozu kotle byly srovnávány s limitními požadavky dle ČSN EN 303-5 [2] a také s přílohou č. 11 zákona o ochraně ovzduší č. 201/2012 Sb. [3]

Pro dosažení třídy kotle (1 až 5) dle ČSN EN 303-5 je zapotřebí splnit všechny limitní požadavky CO, OGC, TZL a účinnosti.

Pro dosažení údajů obsažených v příloze č. 11 zákona o ochraně ovzduší č. 201/2012 Sb. je nutné současně splnit limitní hodnoty CO, OGC a TZL uvedené u třídy 3 v tabulce 3. Požadavek na účinnost kotle není zákonem aplikován.

Výsledky měření kotlů

Výsledky všech měření kotlů jsou graficky shrnuty na obrázcích 1 až 4. Na vodorovné ose jsou vyneseny hodnoty, které kotel splnil při certifikaci. Na svislé ose jsou vyneseny hodnoty, které kotel dosáhl při tříhodinovém měření. Kotle, které neměly stanovenou třídu kotle, byly srovnávány s limitními hodnotami třídy 1.

Na obrázcích 1 až 3 (CO, OGC a TZL) jsou vyznačeny „limity dle certifikace“, to znamená, že pokud je naměřená hodnota nad touto limitní hranicí, tak při reálném provozu dosáhl horších hodnot než při certifikaci. Na obrázku 4 u účinnosti je to obráceně, to znamená, že nižší stanovené hodnoty jsou lepší než při certifikaci.

Na obrázcích 1 až 3 jsou také vyznačeny zákonné limity (viz limity pro třídu 3 v tabulce 3).

Obrázek 1 Grafické shrnutí naměřených výsledků hmotnostních koncentrací CO v mg/m³ (0 °C, 101,325 kPa, 10 %_obj. O₂)

Obrázek 2 Grafické shrnutí naměřených výsledků hmotnostních koncentrací OGC v mg/m³ (0 °C, 101,325 kPa, 10 %_obj. O₂)

Obrázek 3 Grafické shrnutí naměřených výsledků hmotnostních koncentrací TZL v mg/m³ (0 °C, 101,325 kPa, 10 %_obj. O₂)

Obrázek 4 Grafické shrnutí naměřených výsledků účinnosti v %

Obrázky 1 až 4 ukazují výrazný rozdíl mezi výsledky dosaženými při certifikačních zkouškách a při běžném provozu v domácnostech. Zatímco při certifikaci jsou kotle provozovány za přesně definovaných podmínek, v reálném provozu se do výsledků promítá kvalita paliva, stav spalovacího zařízení, komínový tah i zkušenosti obsluhy.

Největší rozptyl naměřených hodnot byl zaznamenán u koncentrací CO a OGC, kde některé kotle dosahovaly hodnot až o jeden řád vyšších než při certifikaci. Naopak u emisí TZL byl rozptyl menší, přesto však většina kotlů překračovala hodnoty dosažené při laboratorních zkouškách.

Z grafů je rovněž patrné, že rozdíly mezi jednotlivými provozovateli stejného typu kotle mohou být větší než rozdíly mezi některými konstrukčními skupinami kotlů. To potvrzuje zásadní vliv provozních podmínek na výsledné emise.

Kolik měření kotlů splnilo údaje uvedené na štítku

V předchozí kapitole jsou porovnány naměřené hodnoty s certifikačními limity a zákonnými limity. V této kapitole je sumární interpretace naměřených dat s ohledem na to, zda kotel v reálných podmínkách plní to, co má „napsáno“ na štítku.

Z tabulky 4 je patrné, že 32 kotlů ze 111 měřených při reálném provozu nedosáhlo ani na třídu 1, že 28 kotlů ze 111 měřených při reálném provozu dosáhlo na třídu 3 a vyšší, že z 66 kotlů třídy 4 a 5 nesplnil v reálném provozu štítkem definované limity ani jeden. Z pohledu provozovatele je nejdůležitější skutečnost, že ani jeden z 66 měřených kotlů certifikovaných ve třídě 4 nebo 5 nedosáhl při běžném provozu všech parametrů uvedených při certifikaci. Pouze sedm kotlů z celého souboru 111 měření dosáhlo stejné třídy jako při certifikační zkoušce.

Výsledek neznamená, že certifikační proces je chybný. Ukazuje však, že laboratorní podmínky nejsou plně reprezentativní pro běžný provoz v domácnostech. Skutečné emise jsou ovlivňovány řadou dalších faktorů, které nelze při certifikaci zcela simulovat.

V následujících tabulkách 5 až 8 je odděleně posuzováno splnění limitů CO, OGC, TZL a účinnosti dle ČSN EN 303-5. Např. z 55 kotlů třídy 5 splnilo požadavky na limitní hodnoty CO 10 kotlů (viz tabulka 5), požadavky na limitní hodnoty OGC 11 kotlů (viz tabulka 6), požadavky na limitní hodnoty TZL 14 kotlů (viz tabulka 7), požadavky na limitní hodnoty účinnosti pouze 4 kotle (viz tabulka 8).

Z porovnání tabulek 5 až 8 vyplývá zajímavý rozdíl mezi jednotlivými sledovanými parametry. Nejlépe se dařilo plnit požadavky na koncentraci CO, zatímco nejproblematičtějším parametrem byla účinnost. U moderních kotlů je to často způsobeno obavou z kondenzace vody v komínovém tělese, která by mohla snížit jeho životnost.

Kolik kotlů splnilo limity požadované zákonem o ochraně ovzduší

Zajímavé je vyhodnocení měření kotlů v reálném provozu z hlediska požadavků zákona o ochraně ovzduší příloha č. 11 zákona č. 201/2012 Sb. V tabulce 9 jsou zobrazeny počty kotlů, které splnily sumární požadavky zákona (CO + OGC + TZL) a také jednotlivé limitní hodnoty pro měřené kotle seskupené podle třídy dosažené při certifikaci. Ze všech měřených kotlů splnilo současně limity pro CO, OGC a TZL celkem 34 měřených kotlů. Limit pro CO splnilo 69 kotlů ze 111. Limit pro OGC splnilo 45 kotlů ze 111. Limit pro TZL splnilo 63 kotlů ze 111.

Nejproblematičtějším limitním parametrem, zejména pro kotle s ručním přikládáním, byly organické plynné látky (OGC), jejichž limit splnilo pouze 45 měření. To potvrzuje, že právě kvalita spalovacího procesu a úplnost spalování představují v domácích podmínkách značný problém.

V tabulce 9 jsou zahrnuty všechny měřené kotle, i ty u kterých se nepředpokládalo, že by zákonné požadavky splnily, tj. kotle bez třídy a kotle třídy 1 a 2.

V tabulce 10 jsou zahrnuty pouze kotle třídy 4 a 5 (moderní kotle) a jsou seskupeny na kotle s ručním podáváním paliva a na automatické kotle. Z této tabulky vyplývá, že automatické kotle v běžném provozu splňují požadavky zákona o ochraně ovzduší v cca 80 % případů (15 z 19 měření kotlů). Moderní kotle s ručním přikládáním splňují požadavky zákona zhruba ve 30 % případů (13 ze 47 měření kotlů). Tyto kotle jsou značně závislé na správném způsobu obsluhy a kvalitě paliva, což je častou příčinou vyšších emisí znečišťujících látek.

Moderní kotle jsou lepší. Ale jen pokud se správně provozují

Výsledky jednoznačně potvrzují, že moderní kotle vykazují nižší emise než starší konstrukce. Moderní zplyňovací a automatické kotle dosahovaly obecně nižších emisí a vyšší účinnosti než kotle prohořívací a odhořívací. Současně však byly zaznamenány případy, kdy i moderní kotle vykazovaly při nevhodném provozu emise srovnatelné se staršími konstrukcemi. To potvrzuje smysluplnost postupné výměny zastaralých zdrojů vytápění. Současně se však ukázalo, že samotná výměna kotle problém automaticky neřeší.

Proč většina kotlů nesplnila emisní limity

Jedním z nejzajímavějších výsledků celé studie bylo porovnání skutečných emisí s hodnotami, které výrobci deklarují při certifikačních zkouškách.

U značné části měřených kotlů byly emise několikanásobně vyšší než hodnoty uváděné při certifikaci.

Dokonce i u novějších kotlů byly v mnoha případech skutečné emise přibližně pětkrát vyšší než příslušné emisní limity.

Nejčastější příčiny byly přitom velmi praktické:

• nevhodná velikost paliva,
• vysoká vlhkost dřeva,
• zanesený kotel,
• netěsnosti dvířek,
• opotřebené části kotle,
• nesprávné přikládání,
• provoz bez akumulační nádoby,
• nedostatečné znalosti obsluhy.

Jinými slovy – problém často nebyl v samotném kotli, ale v jeho provozování.

Jak velký vliv má obsluha

Při návštěvách domácností bylo opakovaně pozorováno, že dva technicky velmi podobné kotle mohou vykazovat zcela rozdílné emisní parametry.

Rozdíl tvořily zejména:

• kvalita paliva,
• způsob zatápění,
• četnost čištění,
• nastavení přívodu vzduchu,
• technický stav kotle.

U dobře udržovaných kotlů obsluhovaných zkušenými uživateli byly výsledky často velmi blízké laboratorním hodnotám. Naopak u zanedbaných instalací se objevovaly násobně vyšší koncentrace emisí a výrazně nižší účinnost.

Vysoké emise znamenají také vyšší náklady

Veřejnost často vnímá problematiku emisí především jako otázku ochrany ovzduší. Ve skutečnosti však zvýšené emise obvykle znamenají i vyšší spotřebu paliva. Pokud kotel: dehtuje, kouří, produkuje vysoké koncentrace CO, vytváří velké množství sazí, znamená to, že část energie obsažené v palivu nebyla využita k vytápění domu. Neúplné spalování tak vede nejen ke zhoršení kvality ovzduší, ale také ke zbytečným finančním ztrátám provozovatele.

Co lze zlepšit bez investic do nového kotle

Výsledky studie ukazují, že významného snížení emisí lze dosáhnout i bez výměny zdroje tepla.

Mezi nejúčinnější opatření patří:

1. používání suchého paliva,
2. pravidelné čištění kotle a komína,
3. kontrola těsnosti dvířek,
4. správný způsob přikládání,
5. dodržování pokynů výrobce,
6. pravidelné odborné kontroly technického stavu.

Ve většině případů jde o opatření s minimálními náklady a okamžitým efektem.

Závěr

Terénní měření 111 kotlů ukázala, že kvalita ovzduší není ovlivněna pouze stářím kotle.

Stejně důležitou roli hraje:

• způsob instalace,
• technický stav zařízení,
• kvalita paliva,
• znalosti a přístup obsluhy.

Moderní kotle skutečně představují významný krok ke snížení emisí. Samotná výměna zdroje však nestačí. Pokud není kotel správně provozován, mohou být skutečné emise několikanásobně vyšší než hodnoty deklarované výrobcem.

Studie potvrzuje, že vedle obnovy kotlového fondu má také zásadní význam vzdělávání uživatelů, pravidelná údržba a odborné poradenství. Právě tato opatření mohou přinést rychlé, levné a výrazné zlepšení kvality ovzduší v obcích i městech.

Hlavním zjištěním studie není skutečnost, že moderní kotle produkují nižší emise než starší konstrukce. To bylo již známo z laboratorních zkoušek při certifikacích. Nejvýznamnějším poznatkem je rozsah rozdílů mezi certifikačními a skutečnými provozními parametry.

Výsledky ukazují, že samotná výměna kotle nezaručuje dosažení nízkých emisí. Kvalita paliva, způsob provozu, údržba a znalosti obsluhy mohou mít na výsledné emise stejný nebo dokonce větší vliv než samotná konstrukce kotle.

Výsledky uvedené v tomto článku současně vysvětlují, proč byly v předchozích dílech seriálu věnovány tak velké pozornosti chyby v instalaci, obsluze a údržbě. Právě tyto zdánlivě drobné nedostatky se mohou v konečném důsledku projevit několikanásobným zvýšením emisí.

Literatura

1. Hopan F, Chmelář M, Kremer J, Dej M, Vojtíšek-Lom M, Vicente ED, et al. In-situ investigation of real-world emissions from 111 measurements on solid fuel household boilers. Science of The Total Environment 2025;981:179564.
2. ÚNMZ. ČSN EN 303-5:2022 Kotle pro ústřední vytápění na pevná paliva, s ruční nebo samočinnou dodávkou, o jmenovitém tepelném výkonu nejvýše 500 kW – Terminologie, požadavky, zkoušení a značení. Praha; 2022.
3. MŽP. Zákon o ochraně ovzduší 201/2012 Sb. In: 201/2012, ed.; 2012.