Plynové vytápění je zdaleka nejekonomičtější způsob vytápění. Ale ani zde technologie nestojí na místě. Díky vylepšené konstrukci vám kondenzační plynový kotel umožňuje využívat energetické zdroje ještě efektivněji.
Díky svým dobrým energeticky úsporným vlastnostem si kondenzační plynové kotle získaly v Evropě obrovskou oblibu. Kvůli vysokým nákladům na chladicí kapaliny se zde již dlouhou dobu řeší problémy s úsporami. Kromě toho je v řadě zemí instalace jakýchkoli jiných plynových kotlů, kromě kondenzačních, jednoduše zakázána.
Princip činnosti kondenzačního kotle
U běžného kotle procházejí horké plyny uvolňované po spalování paliva výměníkem tepla, kde předávají převážnou část své energie chladivu topného systému nebo vodě v okruhu dodávky teplé vody. Teplota výfukových plynů klesá z více než 200°C zpočátku na 140-160°C. Pod tuto úroveň nejsou ochlazovány, aby nedocházelo ke snížení komínového tahu a vzniku kondenzátu, který je vysoce kyselý a způsobuje korozi ocelových a litinových prvků kotlů a komínů.
Do atmosféry se tak uvolňují produkty spalování, které mají stále poměrně silný vnitřní potenciál. V tomto případě se významná část nevyužité tepelné energie jednoduše ztrácí, protože vodní pára vznikající při spalování paliva se odpařuje spolu s plyny. Kondenzační kotle jsou schopny tuto energii efektivně ukládat a využívat.
Plyny jsou v tomto případě ochlazovány na rosný bod, který pro vodní páru vznikající při spalování plynu má hodnotu 55-58°C. Pára kondenzuje ve speciálním výměníku tepla a teplo uvolněné v této době vstupuje do topného systému.
Rosný bod je teplota, na kterou se vzduch musí ochladit, aby vodní pára, kterou obsahuje, dosáhla stavu nasycení a začala kondenzovat.
Konstrukce výměníku kondenzačního kotle
Ústředním prvkem každého kotle je výměník tepla. V kondenzačních kotlích jsou dva.
Primární funkce funguje stejně jako tradiční výměník tepla kotle. Produkty spalování, které jím procházejí, odevzdávají většinu své energie chladicí kapalině a ještě horké pokračují dále. Poté je do provozu připojen sekundární výměník tepla, nazývaný také kondenzační výměník tepla.
Tento výměník tepla je vyroben ve formě trubek složitého průřezu s přídavnými spirálovými žebry. Vše je děláno pro zvětšení kontaktní plochy páry s jejím povrchem a zvýšení účinnosti kotle. Výfukové plyny v tomto výměníku jsou ochlazovány vratnou vodou topného systému na teplotu pod rosným bodem při současném ohřevu chladicí kapaliny.
U kondenzačních kotlů tedy skutečně dochází k rekuperaci, tedy k vracení části energie spotřebované v důsledku spalování paliva, uvolněné při kondenzaci vodní páry, k opětovnému použití. V tradičních kotlích tato energie mizí spolu s párou.
Kondenzační kotle navíc využívají high-tech hořáky, které zajišťují plynulou kontrolu poměru plyn/vzduch, tedy optimální poměry směsi paliva a vzduchu v jakémkoli režimu spalování.
Za stejných podmínek vytápění je tedy účinnost kondenzačního kotle přibližně o 15-20 % vyšší než obvykle. Navíc se emise škodlivých látek do atmosféry snižují až o 70 %.
Princip činnosti kondenzačního kotle byl vynalezen před více než sto lety, ale schopnost jeho efektivního využití se objevila relativně nedávno, kdy technologie umožnila použití korozivzdorných slitin v kotlích.
Kondenzát vzniklý z páry je chemicky aktivní. Proto kondenzační výměníky tepla používají nerezovou ocel nebo silumin ze slitiny hliníku a křemíku, široce používaný ve strojírenství.
Kondenzační kotle se svou konstrukcí nijak neliší od tradičních. Vyrábějí se většinou v nástěnném provedení, což umožňuje ušetřit na kotelně a kotel instalovat do jakékoliv vhodné místnosti.
Kondenzační kotle mají uzavřenou spalovací komoru, a proto mají všechny výhody takových zařízení. Jsou absolutně bezpečné, protože spalovací proces je zcela izolován od místnosti. Takové kotle lze snadno instalovat v domech bez komína, pomocí koaxiálních přívodních a výfukových komínů k odstranění spalin.
Zkušenosti s provozem kondenzačních kotlů u nás
Ano, kondenzační kotle jsou mnohem ekonomičtější než tradiční a za tyto výhody je třeba zaplatit. Ale u nástěnných plynových kotlů s nízkým výkonem může rozdíl v ceně dosáhnout jeden a půl až dvakrát.
Při srovnávání je však nutné vzít v úvahu některé nuance, které nejsou vždy na první pohled patrné. Nástěnné kondenzační kotle mají výkon 20-110 kW, přičemž z tradičních nástěnných kotlů „vymáčknete“ maximálně 34-36 kW. Proto je možné srovnávat výkonný kondenzační kotel řekněme 60-80 kW (což pro moderní venkovský dům s přihlédnutím k potřebám vytápění a přípravy teplé vody) pouze se stojacím kotlem podobného výkonu.
Jejich cena je již zcela srovnatelná, ale pořízení kondenzátoru přináší značné výhody: náklady na údržbu jsou nízké a provoz efektivnější. Při použití nástěnného kondenzačního kotle navíc není potřeba vyčleňovat pro kotelnu samostatnou místnost. A to jsou další měřiče, které lze využít s větší výhodou.
Doba návratnosti kondenzačního kotle závisí na potřebách vytápění domu, jeho ploše a parametrech otopné soustavy.
Čím nižší je teplota vody ve vratném okruhu, tím úplněji dochází ke kondenzaci vodní páry, což znamená, že účinnost kotle je vyšší a většina tepla se vrátí zpět do systému. Proto jsou kondenzační kotle cenově nejvýhodnější v nízkoteplotních topných systémech, vodou vytápěných podlahách s teplotním poměrem výstupní a vratné vody do kotle 50/30°C.
Ve velkých mrazech, kdy má voda vracející se do kotle teplotu cca 60°C, nedochází ke kondenzaci vodní páry a kotel pracuje podle tradičního schématu. Vyplatí se tedy zaměřit na Evropu, kde v „nejkrutějších“ mrazech teplota málokdy klesne pod -15°C?
Vezměme v potaz fakt, že naše topná sezóna trvá cca 200 dní v roce. Teplota venkovního vzduchu se obvykle drží pod -22-25°C po dobu maximálně 20-25% tohoto období. Po zbytek času bude kondenzační kotel v provozu a spotřebuje přibližně o 15 % méně paliva než moderní tradiční kotle nebo o 30 % ve srovnání se staršími kotli.
Ale i v chladném počasí bude takový kotel pracovat o 3-5 % efektivněji než obvykle díky pokročilejšímu procesu spalování paliva a nižším ztrátám, což z hlediska plynu představuje značné úspory.
Dlouholeté zkušenosti s provozem kondenzačních kotlů ukazují, že poklesy tlaku v plynovodu nijak zvlášť neovlivňují účinnost a životnost hořáků. Při poklesu tlaku v síti na 10 mbar ztrácí kotel na výkonu jen asi 10 % a nadále pracuje stabilně i při minimálním tlaku 5 mbar.
Kondenzační kotle jsou tedy určeny pro ty, kteří jsou zvyklí počítat své peníze. A pokud je nový dům navržen a postaven na základě moderních požadavků na izolaci stěn, oken a střech, pak není racionální používat neúčinný systém vytápění. A rostoucí ceny plynu a dalších energetických zdrojů u nás zaručují potřebu kondenzačních kotlů.
Fyzika a účinnost kondenzačního kotle
Výrobci deklarovaná účinnost kondenzačních kotlů je více než 100 %. Je jasné, že podle fyzikálních zákonů jsou energetické ztráty nevyhnutelné a účinnost nemůže přesáhnout sto procent. v čem je háček?
Metoda výpočtu
Množství tepla, které lze získat úplným spálením jednotky paliva, včetně té části, která se uvolňuje při kondenzaci páry, ale u tradičních plynových kotlů se ztrácí, se nazývá spalné teplo paliva. A stejné množství tepla, ale bez zohlednění kondenzačního tepla, se nazývá nižší výhřevnost paliva.
Historicky se však vyvinulo, že všechny fyzikální výpočty pro běžné topné kotle se provádějí na základě naměřené hodnoty nižší výhřevnosti. Aby bylo možné porovnat charakteristiky tradičních a kondenzačních kotlů, jejich účinnost se počítá stejnou metodou, tedy na základě nižší výhřevnosti.
To znamená, že energie uvolněná při spalování plynu je brána jako 100 %. K tomuto číslu se připočítává 11 % maximální možné rekuperace energie z kondenzace vodní páry. Celkově tak získáme 111% oproti 100% účinnosti běžného atmosférického kotle. S přihlédnutím k přítomným tepelným ztrátám to vychází na 107-109 %.
Nejedná se tedy o skutečnou, ale podmíněnou účinnost. Ve skutečnosti je to samozřejmě méně než 100 %.
Provedeme-li výpočet na základě vyšší výhřevnosti, obrázek se změní a získáme fyzikální výsledky známější účinnosti: tradiční kotle 72-75 %, kondenzační kotle 90 %. To znamená, že kondenzační kotle stále získávají na účinnosti minimálně 15 %.