Méně paliva, více tepla

Černé a hnědé uhlí, palivové dřevo a zemní plyn jsou u nás tradiční paliva, která se využívají k výrobě tepla. Nabídku rozšiřuje také propan a elektřina. Těžký topný olej používaný v průmyslu, známý jako mazut, je v podstatě na ústupu. Ceny všech energetických komodit však stále rostou, což nutí spotřebitele neustále hledat výhodná a úsporná řešení.

Vyrobit určité množství tepla zpravidla není problém. Možnost vyrobit teplo při menší spotřebě paliva však zaujme asi každého. Zdroj tepla, který dokáže co nejúčinněji přeměnit vstupní energii nakoupeného paliva v tepelnou energii, ušetří v budoucnosti nemalou část nákladů. I proto se při volbě systému vytápění spotřebitelé rozhodují nejen podle ceny paliva a zdroje tepla, způsobu obsluhy kotle, servisních nákladů, ale i podle účinnosti spalování.
Zemní plyn patří mezi nejvyužívanější nosič energie v našich domácnostech. Souvisí to především s jeho bezproblémovou dostupností, jednoduchou obsluhou a ekologickým provozem. Kromě toho dosahují moderní plynové spotřebiče vysoké účinnosti.

Rozdíly mezi plynovými kotli

Plynové kotle se od sebe liší konstrukčními detaily a provozními specifiky, na jejichž základě se dělí na klasické, nízkoteplotní a kondenzační.

Klasický kotel je navržen pro provoz se suchými, horkými spalinami. Nejnižší přípustná teplota vstupní vody do kotle je omezena hodnotou 60 °C. Teplota spalin se pohybuje v rozsahu 120 až 180 °C. Při napojení na otopnou soustavu musí být za kotlem osazeno zařízení k zajišťování dostatečně vysoké teploty vstupní vody (zpátečka), aby nedocházelo ke kondenzaci vodní páry obsažené ve spalinách a následně k nízkoteplotní korozi teplosměnné plochy v místě zaústění vstupu vody do kotle. Výrobci často uvádějí průměrnou účinnost kotlů přibližně 90 %. Tato hodnota však vychází v případě, že se vypočítává z výhřevnosti zemního plynu. Reálná účinnost (při výpočtu ze spalovacího tepla) představující skutečné využití energie zemního plynu u těchto kotlů je 80 %.

Nízkoteplotní kotel je navržen pro provoz se suchými spalinami s tím, že může pracovat s teplotou vstupní vody 35 až 40 °C. Za určitých podmínek může v kotli docházet ke kondenzaci, proto musí být teplosměnná plocha z materiálu odolného vůči korozi. Teplota spalin bývá v rozsahu 90 až 140 °C. Napojení na otopnou soustavu může být přímé. Využití energetického obsahu spalovaného zemního plynu se pohybuje na úrovni 83 %.

Kondenzační kotel je navržen pro kondenzační provoz – na teplosměnných plochách kotle dochází ke kondenzaci vlhkosti z vodní páry obsažené ve spalinách. (Spálením 1 m³ zemního plynu vznikne přibližně 1,5 l kondenzátu.) Proto musí být teplosměnná plocha zhotovena z materiálu plně odolného vůči korozi (používá se nerezová ocel nebo slitina hliníku a hořčíku). Využitím kondenzačního tepla se snižuje spotřeba plynu, teplota vstupní vody do kotle není omezena. Teplota spalin je v rozsahu 40 až 90 °C – závisí na teplotě vstupní vody a na okamžitém výkonu kotle. Vzhledem k tomu, že teplota spalin je nízká a nestačila by k vytvoření dostatečného tahu v komínu a bezpečnému odvodu spalin, musí být v takovém kotli vzduchový nebo spalinový ventilátor. Spaliny vstupující do komína jsou mokré, proto musí být komínová konstrukce odolná vůči vlhkosti a vnitřnímu přetlaku.

Výhodou kondenzačního kotle je možnost modulace výkonu – v rozsahu od 20 do 100 % (závisí na výrobci a modelu). To znamená, že například kotel o výkonu 20 kW je schopný plynule regulovat výkon v rozsahu 4 až 20 kW, přičemž jeho účinnost během modulace neklesá. Moderní kondenzační kotle jsou zapalované piezoelektricky, tudíž kotel nespotřebovává plyn na tzv. věčný plamen. Starší klasické kotle s věčným plamenem spotřebují 0,2 až 0,4 m³ zemního plynu za den, což zbytečně prodražuje jejich provoz.

Energetická efektivnost kondenzačního kotle

Spalováním jednotkového množství paliva se uvolňuje teplo. Jeho energetická hodnota závisí na druhu paliva a podmínkách hoření. Ke spálení 1 m³ zemního plynu je třeba do spalovací komory dodat přibližně 10 m³ vzduchu. Spalováním zemního plynu (metanu) vzniká oxid uhličitý a voda, proces hoření provází vznik tepla a pod tímto vlivem voda mění své skupenství (na páru) a stává se součástí spalin. Množství energie ve vodní páře představuje přibližně 11 % energie obsažené v zemním plynu. U klasických kotlů energie obsažená ve vodní páře vychází jako nevyužitá spolu se spalinami komínem ven. Kondenzační kotle tedy představují pokrok ve zvyšování účinnosti využití paliva.
Vylepšením konstrukce kotlů vznikla technologie výroby tepla s možností využít kondenzaci vodní páry spalin na teplovýměnných plochách kotlů. Tím se využívá latentní teplo vodních par ve spalinách, což přispívá k lepšímu využití energetického obsahu zemního plynu. Kondenzování vodní páry bylo řešeno ochlazováním spalin pod teplotu rosného bodu. Kondenzační kotle dokážou využít energii spalovaného zemního plynu až na 97 %.

Připojení kondenzačního kotle k tepelné soustavě
 
K dosažení vysoké provozní účinnosti kondenzačního kotle je potřeba provozovat kotel a tepelnou soustavu tak, aby do kotle vstupovala voda s nejnižší teplotou a aby pracoval s nejnižším zatížením. Tomu musí odpovídat zapojení kotle a tepelné soustavy, ale i způsob řízení výkonu a hydraulických poměrů. V tepelné soustavě nesmějí být použity prvky, které zvyšují teplotu zpětné vody. Škrcení přítoku má příznivý vliv na vychlazování zpátečky a následný nárůst účinnosti kotle.

Ekvitermní řízení kondenzačního kotle

Ekvitermní řízení je považováno za nejvhodnější způsob řízení tepelného výkonu kotle. Řízení teploty výstupní vody z kotle je přizpůsobeno teplotě venkovního vzduchu. Řídicí systém kondenzačního kotle vyhodnocuje informace z pokojového termostatu, venkovního teplotního čidla a samotného kotle. K dosažení správného vyhodnocování údajů je potřeba umístit pokojový termostat do referenční místnosti (nedoporučují se místnosti s krby či jinými lokálními zdroji tepla a místnosti, kde dochází k časté výměně tepla, jako jsou kuchyně, koupelny nebo předsíně). Pokud jsou v referenční místnosti instalovány termostatické hlavice, je nutné ponechat je úplně otevřené. V opačném případě může být provoz kotle neefektivní.

Instalace kondenzačního kotle

Při přechodu z klasického kotle na kondenzační je potřeba respektovat několik podmínek. Dostatečně dimenzovaný původní komín je nutné s ohledem na mokré spaliny vyvložkovat (používají se nerezové, keramické nebo speciální plastové vložky). Spíše se však instaluje nový kouřovod vedený vnitřně nebo zvenku. Vodorovné vývody skrz stěnu současná legislativa neumožňuje.
Zvýšení teploty nasávaného vzduchu lze dosáhnout koaxiálním vedením. Rozumí se tím dvouplášťový kouřovod – vnitřní část odvádí spaliny směrem ven a vnější částí potrubí se přivádí vzduch do spalovací komory. Pozitivem je zvýšení bezpečnosti – spalovací prostor je oddělen od místnosti, v níž se kotel nachází. V případě, že nelze instalovat koaxiální vedení, nasávaný vzduch se do kotle přivádí samostatným potrubím. Nasávání z místnosti je ojediněle využívaná alternativa. Požadavky na odvod spalin definují příslušné normy a je třeba se s nimi obeznámit už při návrhu instalace.
Specifikem kondenzačních kotlů je i odvod kondenzátu, který je kyselý (hodnotu pH ovlivňuje rozpuštěný oxid uhličitý). Domovní a bytové kotelny mohou kondenzát odvádět přímo do kanalizace.

Mezi energeticky vysoce účinné spotřebiče patří také kondenzační kotle. (foto: Vaillant)

Solární energie a ohřev vody

Při rozhodování o vhodném způsobu přípravy teplé vody se nevyplácí unáhlené jednání. V prvé řadě je potřeba zvážit současné a budoucí plány pro využití ohřáté vody. Pokud lze vodu využít například v bazénu, potom se solární panely vyplatí. Mají-li sloužit pouze k ohřevu vody na mytí pro 2- až 3člennou domácnost, je tato investice s ohledem na celkové investiční náklady vysoká. Kromě kolektorů je potřeba počítat s koupí akumulačních, tzv. bivalentních zásobníků o objemu 200 až 500 l (podle počtu slunečních kolektorů a jejich výkonu), oběhového čerpadla, řízení, regulačních a bezpečnostních armatur. V letním období dodají solární kolektory dostatek tepla na pokrytí celkové spotřeby. Problém nastává v zimním období, kdy musí i během slunečních dní teplo doplňovat samotný kotel.
Marketingová lákadla jsou sice zajímavá, ale kolik procent nákladů ušetří solární ohřev vody? Vhodně dimenzované a instalované solární panely, zapojené do správně navrženého systému, dokážou v průběhu celého roku pokrýt až 60 % spotřeby teplé vody v čtyřčlenné domácnosti. Ale kolik procent z celkových nákladů na energii je to ve skutečnosti?
V případě poklesu spotřeby energie na přípravu teplé vody o 60 % klesne příslušná část z 8 na 3 % (zaokrouhleně). Podíl úspor na celkových ročních nákladech za energii bude v tomto případě jen 5 %. Návratnost plánované investice v hodnotě několika tisíc korun je tedy velmi pomalá.

V modelovém případě se jedná o nezateplený dům, na kterém nejsou vyměněna okna, je instalovaný starý zdroj tepla a nebyla vyregulována otopná soustava – v takovém případě je investice do solárních kolektorů více než zbytečná. V prvé řadě je třeba investovat do takových opatření, která umožní snížení spotřeby energie na vytápění podílející se největší měrou na celoroční spotřebě energie. Jestliže k tomu už došlo, je potřeba svěřit návrh solárního a plynového zařízení odborníkům a montáž systému zkušené firmě, která poskytne záruku na funkčnost a provozní spolehlivost celého systému. Důležité je optimální umístění kolektorů tak, aby se zajistil nejen jejich maximální výkon, ale aby také vhodně doplnily architekturu stavby. Nabídka v oblasti plynárenských a solárních zařízení je velká a ceny se liší v závislosti na dodavatelích. Vyplatí se dát si vypracovat srovnání poměru cena – výkon. O investici do solárních panelů je vhodné se rozhodnout ještě před nákupem kotle (důležité je vybavení kotle pro možnou předpřípravu pro provoz se solárními články).
V případě, že solární kolektory nelze nainstalovat nebo ekonomický model není zajímavý, můžete k přípravě teplé vody použít jen kotel. Pro svou vysokou účinnost se k ohřevu vody často využívají kondenzační kotle. U některých modelů jsou zásobníky teplé vody integrovanou součástí. Vrstvený zásobník je zajímavý zejména pro ty, kteří neuvažují o doplňkovém zdroji tepla (například solární kolektory). V maloobjemovém vrstveném 20- až 70litrovém zásobníku (podle typu a výkonu kotle) se akumuluje pouze nezbytné množství teplé vody, přičemž v případě zvýšené spotřeby se kotel chová jako průtokový ohřívač.

text: Ing. Marek Chrastina
foto: Geminox, Vaillant, isifa.com
Zdroj: Vše o úsporách energie, 2011, JAGA GROUP, s.r.o.