Kotel s průtokovou přípravou vody a byt s malou potřebou tepla – část 3.
Otázka zní: Je nebo není vhodný plynový kondenzační kotel s průtokovou přípravou teplé vody vyžadující výkon 24 kW do bytu s malou tepelnou ztrátou? Protože za daných podmínek bude po celou dobu vytápění, nebo její velkou část, cyklovat. Jak negativně se cyklování projeví na účtu za zemní plyn?
Kotel Intergas
V předchozích částech článku byl proveden základní rozbor podmínek kladených na provoz kotle s průtokovou přípravou teplé vody, pokud je napojen na otopnou soustavu vyžadující dodávku tepla na spodní hranici regulačního výkonu kotle nebo i pod ní. Jako zástupce kotle s regulačním rozsahem nad maximálním požadavkem dodávky tepla byl zvolen kotel Intergas HRE24/18 se jmenovitým výkonem 18,1 kW pro vytápění, nejnižším nastavitelným 5,4 kW a výkonem 24 kW pro průtokovou přípravu teplé vody. S ním je porovnáván kotel se stejným výkonem pro přípravu teplé vody, s aktuálně nejvyšším regulačním rozsahem výkonu 1:10 umožňujícím provoz v režimu vytápění od 2,4 kW do 24 kW.
Regulace on-off a délka cyklu
Část veřejnosti zastává názor, že požadavky bytů s malými tepelnými ztrátami je ideální řešit elektrickými přímotopy. To jsou v podstatě výkonově předimenzované zdroje tepla řízené on-off, tedy cyklující. U nich je nejen přípustné a běžně tolerované, ale dodavatelem elektřiny vnucené přerušení dodávky elektřiny, tedy tepla, na 1 hodinu vlivem spínáním hromadného dálkového ovládání HDO. Doba 1 hodiny se opírá o normativně dané hodnoty stavebních konstrukcí, které zaručují u staveb pro bydlení dostatečnou tepelně akumulační schopnost eliminující krátkodobé výkyvy v dodávce tepla tak, aby zůstal přijatelný komfort tepelné pohody v bytě. Prakticky identicky s výpadkem dodávky tepla na 1 hodinu se mohou chovat i oba zvažované typy kondenzačních kotlů.
V případě kdy pro výpočet počtu cyklů uvažujeme pauzu v dodávce tepla po dobu 1 hodiny, si zvolíme delší interval, a to jeden den, tedy 24 hodin. Při trvale maximální potřebě tepla během 1 dne bychom potřebovali dodat teplo:
Toto teplo kotlem Intergas při jeho minimálním výkonu 5,4 kW vyrobíme za
Z toho vyplývá, že během dne můžeme mít maximálně cca 6 hodin odstavený hořák, aneb půjde o přibližně 6 cyklů za den složených ze tří hodin provozu hořáku a jedné hodiny pauzy.
Na hranici ukončení nebo zahájení vytápění daného bytu je jeho tepelná ztráta 0,8 kW. Zjednodušeně, kdyby tato ztráta byla konstantní během celého dne, pak potřebujeme během dne dodat do bytu teplo
Toto teplo kotel vyrobí za asi 3,56 hodiny. Za stejné podmínky hodinových přestávek v dodávce tepla tedy vychází přibližně 20,5 cyklů za den.
Pro porovnání, za stejné podmínky hranice otopné sezóny druhý kotel se spodní výkonovou hranicí 2,4 kW vyrobí 19,2 kWh za 8 hodin, zbývajících 16 hodin bude hořák kotle mimo provoz. Tomu odpovídá 16 cyklů s hodinovou přestávkou.
Zvolena je délka otopné sezóny 250 dnů. V případě založeném na přerušování vytápění na dobu 5 minut se u kotle Intergas pohybujeme řádově mezi 18 000 až 60 000 cykly ročně (viz druhá část článku). V případě, když připustíme nečinnost jeho hořáku a tedy výpadek v dodávce tepla pod dobu 1 hodiny, počty cyklů se výrazně sníží a budou
20,5 ‧ 250 = 5150
cyklů za rok. A to za podmínek srovnatelných s přímotopným elektrickým vytápěním.
U plynového kotle máme možnost si zvolit komfortnější variantu, než nabízí vytápění přímotopné elektrické, neboť dodávka plynu není nijak operativně či programově řízena. Proto i u kotle regulovaného při vytápění systémem on-off, tedy cyklujícího, lze najít někde mezi cykly s 5 až 60 minutami pauzy hořáku vhodný kompromis. A to jak z pohledu snížení počtu cyklů, tak z pohledu minimalizace kolísání teplot v bytě.
Vyladění provozních podmínek kotle a vlastností napojené otopné soustavy nabízí možnosti k omezení cyklování. Optimální stav však nelze nalézt bez znalostí konkrétní otopné soustavy. Dlouhodobé zkušenosti servisního technika a znalost konkrétních podmínek bytu mohou pomoci, ale spolehnutí se jen na maximální prodloužení doby ochrany proti cyklování integrované do řídicího systému kotle nemusí být vyhovující a přinést očekávaný výsledek.
K odhadu ztráty z cyklování můžeme použít další z pramenů: „Je třeba zdůraznit, že účinnost kotle i kotelny není parametr fixní, nýbrž proměnný, závislý na celé řadě konkrétních podmínek. Účinnost bude ovlivňovat např. výkon kotle, kvalita paliva, konkrétní přebytek spalovacího vzduchu, teplota zpětné a výstupní vody, teplota nasávaného vzduchu, čistota výhřevných ploch kotle ap. Proto je třeba ke každé z hodnot určených účinností připojit informaci o podmínkách, pro které platí. Pokud se účinnost používá v ročních bilancích, např. spotřeby paliva nebo produkce emisí, je třeba použít průměrnou roční účinnost, do níž se promítají nestacionární provozní režimy jako je výkonová regulace, najíždění a odstavování kotle ap. Průměrná roční účinnost pak obvykle vychází o 1 až 5 % horší než je účinnost určená při optimalizovaném ustáleném jmenovitém režimu. (Zjišťování tepelné účinnosti plynových kotlů a kotelen – III. díl, doc. Ing. Tomáš Dlouhý, CSc., Ing. Vladimír Valenta, 28. 4. 2008, TZB-info).“
Odpovědět na otázku, proč si zákazníci volí závěsný kondenzační kotel s nejvyššími aktuálně dosažitelnými parametry nebo parametry nižšími, ale pro ně postačujícími, není předmětem tohoto článku. Zajisté na to mají vliv nejen jejich technické znalosti, ale i ochota se tímto problémem zabývat do hloubky, jejich finanční síla, potřeba prezentovat svoje postavení v naší tržně orientované společnosti, síla marketingu, obliba a důvěra ve značku výrobku, předchozí zkušenosti atd. Podobně se chovají lidé například i při volbě automobilu, kdy se rozhodují, zda se jen chtějí přemísťovat z místa A do B, nebo s přemísťováním a vlastnictvím automobilu spojují i jiné, pro ně důležité hodnoty.
Čistě z pohledu peněz lze využít například následující úvahu. Pokud by šlo o statisticky průměrný byt podle údajů Teplárenského sdružení ČR s celkovou spotřebou tepla i pro přípravu teplé vody 8,3 MWh za rok, lze odhadnout, že při odečtení podílu teplé vody cca 40 % zbude 5 MWh tepla na vytápění bytu za rok. Bude-li hrubě odhadnuta provozní účinnost na 88 %, pak na vytápění spotřebujeme
5,68 MWh zemního plynu. Například s využitím kalkulátoru cen na TZB-info lze odvodit, že tomu v současnosti odpovídá roční platba za plyn okolo 9000 Kč, při čemž se pohybujeme mezi extrémy cca 6000 až 15 000 Kč podle dodavatele. Když opravdu s velkou rezervou odhadneme ztrátu vlivem cyklování na 10 %, tak půjde o zvýšení provozních nákladů na vytápění o asi 600 Kč za rok. I za těchto extrémních poměrů se pořízení závěsného plynového kondenzačního kotle s průtokovou přípravou teplé vody, například diskutovaného kotle Intergas HRE24/18, který bude v bytě s tepelnou ztrátou pod spodním limitem jeho výkonu trvale cyklovat, jeví pro řadu zákazníků jako ekonomicky a technicky podložená varianta.
Autor se ve všech třech dílech podrobně zabývá jednou z existujících příčin zhoršení účinnosti využití paliva v kotli vlivem cyklování kotlů, což vede k úvahám o podmínkách, za kterých se tento nežádoucí děj odehrává.
V první části se věnuje oblasti klimatických podmínek, které snižují stanovený výkon kotle tím, že se oproti potřebě při výpočtové teplotě např. −12 °C) potřebný příkon pro vytápění a větrání snižuje až k nule a na maximální hodnotě při ohřevu vody se vyskytuje pouze v menší části dne. Jak dokonale tyto změny „zvládá“ kotel, závisí na jeho regulovatelnosti.
Ve druhé části je věnována pozornost rozboru a výčtu druhů ztrát účinnosti využití paliva a četnosti cyklování a poukazuje na vysokou četnost, která má vliv také na životnost zařízení.
Třetí část je zaměřena na úvahu o počtu cyklů v nejméně příznivém období, kdy potřebujeme příkonem hradit tepelné ztráty na spodní hranici výkonu kotle, či pod jeho hranicí, kdy se četnost cyklování zvyšuje. Dále se věnuje i způsobu regulace a jeho vlivu na cyklování, vč. poukázání na možnost úspory v nákladech.
The question is: is gas condensing boiler with a hot water flow requiring power of 24 kW suitable for the apartment with little heat loss? Because under these conditions for the entire heating time, or a large part, boiler will cycle. Will this cycling be negatively reflected on the natural gas bill?