Ekologický efekt instalace kondenzačních plynových kotlů

Ing. Pavel Kvasnička, Ph.D., doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

Recenzovaný

Autoři analyzují ekologické parametry plynových kondenzačních kotlů, zastoupení těchto kotlů v provozu a odhadují budoucí vývoj. Na základě analýzy pak odvozují, jak příznivě se přechod na kondenzační techniku projeví v produkci nežádoucích emisí oxidů dusíku.

Reklama

Úvod

Kondenzační kotle v dnešní době často nahrazují v rezidenční, ale i v komerční oblasti dosluhující staré plynové kotle, které byly nainstalovány především při plošných plynofikacích a hromadné satelitní výstavbě rodinných domů z konce minulého tisíciletí. Článek se zabývá výsledky dlouhodobé studie, která zkoumala ekologický dopad postupných záměn klasických nekondenzačních plynových kotlů v otopných soustavách za nové kondenzační plynové kotle. Vyčísluje na základě předpokládaného množství prodaných kotlů v příslušném roce na domácím trhu, o kolik procent se sníží produkované emise NO_x, pokud uvažované počty kotlů budou směrovat převážně do výměn dosluhujících starých plynových kotlů. S provozem kondenzačních kotlů je úzce spojený i vznik nemalého množství kondenzátu a proto se i toto procentuální navýšení snaží článek v hrubých rysech nastínit. V závěru pak srovnává složení obvyklého kondenzátu plynových kotlů s dešťovou vodou v různých lokalitách a legislativními hodnotami pro srážkovou vodu použitelnou k závlahám v ČR.

Vývoj koncentrací NO_x a dalších znečišťujících látek do ovzduší není v řadě míst ČR nikterak povzbudivý. Zavedení evropských předpisů Ekodesign a ErP [2, 3, 4] by mělo zajistit snížení spotřeby energie a produkce škodlivých emisí. V oblasti plynových kotlů podmínky těchto předpisů bez problémů splňují plynové kondenzační kotle [1]. V tomto článku se mimo jiné vyčísluje ekologický dopad těchto předpisů. Základem jsou historické trendy a studie odhadu vývoje trhu [6, 7].

Hlavní potenciál v oblasti tepelné techniky pro snižování emisí NO_x v ČR

V ČR je potenciál především ve výměnách starých plynových kotlů instalovaných v dobách plynofikace tzn. hlavně ke konci 90. let, kdy bylo postupně nainstalováno cca 450–480 tisíc plynových kotlů do bytových domů, rodinných domů ale i do komerční oblasti. V současnosti řada těchto kotlů již byla vyměněna za nové, ale ve velké míře ještě za klasické nekondenzační typy. Ze statistických dat lze konstatovat, že trh v ČR v posledních letech s mírnými výkyvy dle situace ve stavebním sektoru prodá 55–60 tisíc plynových kotlů. Lze odhadovat, že cca 70–80 % kotlů jde v poslední době především do rekonstrukcí a zbytek do nových instalací, a to buď do nové výstavby nebo i do záměn ještě za staré kotle na tuhá paliva. Řada vývojových souvislostí je obdobná s trhem v západních zemích [6] a lze využít řadu marketinkových studií o vývoji trhu [7]. Do vývoje je nutné zohlednit zpřísňující se legislativu [2, 3, 4], vývoj v oblasti kotlů na tuhá paliva a ceny paliva, plynu, vývoj v oblasti tepelných čerpadel a elektrických kotlů, kde významnou roli hrají dotační programy, cena zařízení, sazby elektrické energie a určitě řada dalších vlivů. Pokud se budeme držet zmíněných předpokladů a pokud nenastanou žádné převratné změny v dodávkách a cenách zemního plynu a jiných energií, tak přechodem na kondenzační techniku se cca během 4–5 let dosáhne obdobného ročního množství prodaných kondenzačních plynových kotlů, jako tomu bylo cca před 10 lety v oblasti plynových klasických nekondenzačních kotlů. Situace a odhadovaný vývoj je uveden v Tab. 1 a na Obr. 1.

Tab. 1 Srovnání odhadů ročního prodeje plynových kotlů v ČR a odhad vývoje (v tisících ks)
Odhady ročního prodeje plynových kotlů v ČR a odhad vývoje (v tisíc. ks)
Rok	2006	2009	2011	2013	2015	2016	2018	2020
Plynové klasické nekond. kotle	55	37	35	34	25	15	9	6
Plynové kondenzační kotle	10	18	22	24	29	38	45	49
Celkem	65	55	57	58	54	53	54	55

Obr. 1 Odhadovaný vývoj prodeje plynových kotlů na českém trhu

Analýzou dat získaných od některých velkých dodavatelů [8–14] na trhu v ČR bylo odhadnuto procentuální obsazení jednotlivých výkonových rozsahů a spočten předpokládaný vývoj. Ve výhledu pro další roky lze předpokládat, že se skladba bude lehce měnit. Klasické plynové nekondenzační kotle s výkonem nad 30 kW budou plně nahrazeny kotli kondenzačními. Vzhledem k vyšší úrovni zateplování všech budov, lze předpokládat i rostoucí podíl kotlů s menším výkonem. Poroste podíl rekonstrukcí.

Tab. 2 Procentuální obsazenost jednotlivých výkonů v odhadované skladbě prodeje plynových kotlů
Výkonová skladba	Rok 2015	Počet klas. kotlů	Počet kond. kotlů	Výhled 2018	Počet klas. kotlů	Počet kond. kotlů	Výhled 2020	Počet klas. kotlů	Počet kond. kotlů
do 15 kW	14 %	3500	4060	16 %	2000	7200	20 %	1400	9800
16–30 kW	65 %	16250	18850	64 %	7000	28800	61 %	4600	29890
31–50 kW	18 %	4500	5220	17 %	0	7650	16 %	0	7840
51–120 kW	3 %	750	870	3 %	0	1350	3 %	0	1470
Celkem	100 %	25000	29000	100 %	9000	45000	100 %	6000	49000

Při dosazení zastupujících kotlů pro jednotlivé výkonové rozsahy lze získat přibližné parametry a vlastnosti pro danou výkonovou skupinu v příslušné době (například výkonovou skupinu 16–30 kW bude zastupovat kotel se jmenovitým výkonem 24 kW). Zastupující kotel bude mít vzhledem k vyvíjející se legislativě s postupující dobou i vylepšující se technické vlastnosti, proto je počítáno s jinými hodnotami NO_x pro následně vyhodnocované roky v tabulce dále. Takto je to postupně vyčísleno pro naznačené výkonové skupiny běžně používaných plynových kotlů.

Tab. 3 Množství emisí NO_x (v kg/hod při jmenovitém výkonu) vzniklých z odhadovaného prodeje kondenzačních plynových a klasických plynových nekondenzačních kotlů
Emise NO_x	NO_x za 2015 [kg/hod]			NO_x za 2018 [kg/hod]			NO_x za 2020 [kg/hod]
Emise NO_x	Poč. kotlů	NO_x	Celkem	Poč. kotlů	NO_x	Celkem	Poč. kotlů	NO_x	Celkem
Kotle do 15 kW
12 kW klasické	3500	100	4,2	2000	40	0,96	1400	40	0,672
14 kW kondenz.	4060	25	1,421	7200	25	2,52	9800	20	2,744
Kotle 16–30 kW
24 kW klasické	16250	110	42,9	7000	60	10,08	4600	50	5,52
24 kW kondenz.	18850	50	22,62	28800	45	31,104	29890	40	28,694
Kotle 31–50 kW
45 kW klasické	4500	140	28,35	0	–	0	0	–	0
45 kW kondenz.	5220	70	16,443	7650	45	15,491	7840	40	14,112
Kotle 51–120 kW
100 kW klasické	750	145	10,875	0	–	0	0	–	0
100 kW kondenz.	870	70	6,09	1350	60	8,1	1470	50	7,35
CELKEM Klasic. / Kondenz.	86,325 / 46,574			11,040 / 57,215			6,192 / 52,9

Hodnoty uvedené ve sloupcích se samotným nadpisem NO_x jsou v (mg/kWh) pro příslušný typ kotle (získaných z manuálů výrobců), hodnoty ve sloupci Celkem jsou vyjádřením emisí NO_x v kg pro hodinový provoz příslušných vyhodnocovaných kotlů ve jmenovitém výkonu. Hodnoty uvedené v řádku CELKEM Klasic. / Kondenz. jsou celkové hodnoty emisí pro hodinový provoz při jmenovitých výkonech kotlů a ukazují již poměr hodinových emisí NO_x klasických nekondenzačních kotlů vůči kondenzačním plynovým kotlům předpokládaně prodaných v daném roce.

Obr. 2 Vývoj emisí NO_x produkovaných plynovými kotli prodaných v ČR v příslušném roce (v kg za 1 hod provozu při jmenovitém výkonu předpokládaného prodeje nových kotlů)

Zvýšená tvorba kondenzátu

Obdobně jako jsme určili množství emisí NO_x při hodinovém jmenovitém výkonu předpokládaného množství prodaných nových kotlů v příslušných letech, můžeme vyhodnotit například i množství vzniklého kondenzátu za den provozu v otopné sezóně při jmenovitém výkonu odhadované skladby nových kotlů – viz následující tabulka. Zde byl výpočet zjednodušen tak, že místo 24hod provozního cyklu s dynamicky se měnícím výkonem kondenzačních kotlů v otopné sezóně bylo počítáno pouze s 8hod cyklem, ale při jmenovitém výkonu níže uvedené skladby nových kondenzačních kotlů v otopné sezóně daného roku.

Tab. 4 Množství kondenzátu vzniklého za den provozu kondenzačních kotlů v otopné sezóně
Množství kondenzátu	hl za den v roce 2015			hl za den v roce 2018			hl za den v roce 2020
Množství kondenzátu	Poč. kotlů	l/hod	Celkem	Poč. kotlů	l/hod	Celkem	Poč. kotlů	l/hod	Celkem
Kotle do 15 kW
14 kW kondenz.	4060	1,1	357,3	7200	1,15	662,4	9800	1,2	940,8
Kotle 16–30 kW
24 kW kondenz.	18850	1,6	2412,8	28800	1,65	3801,6	29890	1,7	4065
Kotle 31–50 kW
45 kW kondenz.	5220	3,7	1545,1	7650	3,75	2295	7840	3,8	2383,4
Kotle 51–120 kW
100 kW kondenz.	870	11	765,6	1350	11,1	1188	1470	11,2	1317,1
CELKEM [hl]	5 081			7 947			8 706,3

Počet kondenzačních plynových kotlů zůstal shodný jako v tabulce 3; ve sloupci l/hod je uvedené max. množství vzniklého kondenzátu vybraného kotle se jmenovitým výkonem za 1 hodinu provozu (údaje z instalačních manuálů příslušných kotlů [8–14]) a ve sloupci Celkem je z předpokladů a odhadů vypočítané celkové množství kondenzátu vzniklého z nových kondenzačních plynových kotlů v dané výkonové skupině a za 1 den provozu v otopné sezóně vyhodnocovaného roku. Technickým vývojem kondenzačních plynových kotlů, sofistikovanější regulací a připravenějšími otopnými soustavami na provoz kondenzační techniky v pozdějším období lze předpokládat i vyšší množství vyprodukovaného kondenzátu.

Aby s uváděným množstvím vzniklého kondenzátu nevznikaly obavy z používání kondenzačních plynových kotlů, pokusili jsme se srovnat obvyklé chemické složení kondenzátu s kvalitou dešťové vody v některých lokalitách ČR vážené srážkovým úhrnem (ČHMÚ) [16] a přípustnými hodnotami ukazatelů jakosti závlahové vody užívané např. v zemědělství dané normou ČSN 75 7143 [15]. Tato norma kvantifikuje nejvyšší přípustné hodnoty do tří tříd – I. Vhodná závlahová voda, II. Podmínečně vhodná závlahová voda a III. Nevhodná závlahová voda.

Z dostupných podkladů jsme vytvořili Tab. č. 5, ze které je pak patrné, že kondenzát se v mnoha ukazatelích chemického složení dostává pod přípustné limity Vhodné závlahové vody používané např. v zemědělství a po případné následné neutralizaci vzniklého kondenzátu, je jednoznačně vodou neškodnou.

Tab. 5 Srovnání obvyklého chemického složení kondenzátu vznikajícího provozem plynových kondenzačních kotlů při spalování zemního plynu s kvalitou dešťové vody ve vybraných lokalitách v ČR [16] a přípustnými hodnotami ukazatelů jakosti závlahové vody dle ČSN 75 7143 [15]

Složení kondenzátu odpovídá stavu před jeho neutralizací, která u menších výkonů kotlů není nutná.

Závěr

Z grafu na Obr. 2 je názorně viditelný rozdíl v celkové hodinové produkci emisí NO_x ve výhledu nově prodanými plynovými kotli při jejich jmenovitém výkonu v daném roce na českém trhu. Rostoucím podílem kondenzačních plynových kotlů dojde k postupnému snižování produkce škodlivých emisí. Procentuální snížení ve tvorbě emisí NO_x novými plynovými kotli bude v roce 2018 oproti roku 2015 téměř 50 %. Zpřísněním legislativy se pak v roce 2020 můžeme dostat až na 45 % vyprodukovaných emisí NO_x způsobených dle předpokladů prodanými novými kotli ve srovnání s rokem 2015.

Ve srovnání s rokem 2015 lze odhadovat, že se produkce kondenzátu z předpokládaného počtu nově prodaných kotlů v hodnoceném roce 2018 zvýší o cca 56 % a v hodnoceném roce 2020 o cca 71 %. Po srovnání obvyklého chemického složení kondenzátu a přípustných limit pro vhodnou závlahovou vodu daných normou ČSN 75 7143, lze konstatovat, že v mnoha ukazatelích hodnoty kondenzátu nepřevyšují povolené limity pro závlahovou vodu a po neutralizaci se stává kondenzát vodou neškodnou.

Poděkování

Autoři chtějí poděkovat společnosti Bosch Termotechnika s.r.o. a portálu TZB info za poskytnutí podkladů a informací ke zpracování této studie.

Literatura a zdroje

Valenta, V.: TZB info, Kondenzační kotel pro každého. TZB-info [online]. Dostupné z:
http://www.tzb-info.cz/868-kondenzacni-kotel-pro-kazdeho.
Kopackova, D.: TZB info, Jak Ekodesign ovlivní nabídku kotlů pro ústřední vytápění. TZB-info. [online]. Dostupné z: http://www.tzb-info.cz/868-kondenzacni-kotelpro-kazdeho.
Morávek, L.: Co znamena ErP pro topenářskou techniku. TZB-info. [online]. Dostupné z:
http://vytapeni.tzb-info.cz/kotle-kamna-krby/12466-co-znamena-erp-pro-topenar-skou-techniku.
Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2012/27/EU ze dne 25. října 2012 o energetické účinnosti – o změně směrnic 2009/125/ES a 2010/30/EU a o zrušení směrnic 2004 ES a 2006/32/ES. Text s významem pro EHP. [online]. Dostupné z: http://eur-lex.europa.eu/legal-content/CS/TXT/?uri=celex:32012L0027.
Nejvyšší hodinové koncentrace NO₂. Dostupné z:
http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/isko/grafroc/13groc/gr13cz/IV3_NOx_CZ.html.
Hodboď, J.: Vývoj prodejů topenářské techniky v některých evropských zemích. TZB-info. [online]. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-info.cz/14872-vyvoj-prodeju-topenarske-techniky-v-nekterych-evropskych-zemich.
Blažíček, J.: Prodej zdrojů tepla o výkonu do 50 kW v ČR v letech 2010-2015, TZB-info.[online]. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-info.cz/kotle-kamna-krby/14862-prodej-zdroju-tepla-o-vykonu-do-50-kw-v-cr-v-roce-2015.
Firemní materiály firmy Junkers dostupné z WWW: http://www.junkers.cz, www.junkers.de.
Firemní materiály firmy Viessmann dostupné z WWW: http://www.viessmann.cz.
Firemní materiály firmy Baxi dostupné z WWW: http://www.baxi.cz.
Firemní materiály firmy Geminox dostupné z WWW: http://www.geminox.cz.
Firemní materiály firmy Buderus dostupné z WWW: http://www.buderus.cz.
Firemní materiály firmy Vaillant dostupné z WWW: http://www.vaillant.cz.
Firemní materiály firmy De dietrich dostupné z WWW: http://www.dedietrich.cz.
Dohnal, R.: Kvalita srážkové vody využívané k závlahám v ČR, TZB-info.[online]. Dostupné z:
http://voda.tzb-info.cz/vlastnosti-a-zdroje-vody/8975-kvalita-srazkove-vody-vyuzivane-k-zavlaham-v-cr.
Český hydrometeorologický ústav [online]. Dostupné z: http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/isko/tab_roc/2015_enh/precipitation_y_avg_total/y_avg_total_2635_per1M_CZ.html.

English Synopsis

The ecological effect of installing condensing gas boilers

The authors analyze the ecological parameters of gas condensing boilers, the presence of these boilers in operation and estimate future developments. On the basis of the analysis, they conclude how favorable the transition to condensing technology will be reflected in the production of undesirable emissions of nitrogen oxides.