Omezením vody ve spalovacím procesu zvýšíme výkon

O energetických úsporách se v poslední době hovoří stále častěji, na toto téma se pořádají i odborné konference. Ostatně i v našem časopisu jsme se možnostem, jak ušetřit za energie, aniž bychom se museli vzdát tepelné pohody v příbytku, už několikrát věnovali. Před časem vzbudil pozornost veřejnosti článek Petra Měchury Vytápění biomasou v rodinných domcích s účinností přes 110 % - sen, anebo realita?

Jak systém funguje, z čeho se skládá a je vůbec možné dosáhnout tak vysoké účinnosti?
Celý systém sestává z kvalitního teplovodního krbu, který topí do akumulační nádrže; tím pádem může stále pracovat na plný výkon. Díky tomu u něj nenastává kondenzace, ani když se do něj pouští studená voda. Musíme však zapomenout na základní topenářskou zásadu a vynechat termostatický trojcestný ventil, který má zajišťovat teplotu vratné vody do kotle minimálně 65 řC, aby v něm nedocházelo ke kondenzaci vody, a tím k nízkoteplotní korozi. Do krbového výměníku tak můžeme pouštět ze zpátečky i vodu, která má třeba jen 20 řC, což zvyšuje účinnost zařízení, protože dokážeme podstatně lépe ochladit kouřové plyny.

Výhody krbového vytápění

To však není jediný rozdíl mezi klasickým kotlem na dřevo a mým systémem. Má-li mít klasický kotel deklarovanou osmdesátipětiprocentní účinnost, musí mít kvalitní dřevo a musí topit naplno. Problém je v tom, že tyto kotle naplno v praxi topit nemohou, protože jsou dimenzovány na venkovní teplotu -12 řC, která je v našich klimatických podmínkách jen výjimečně. Je-li tepleji, pak běží pouze na 20-30 % výkon, a v tu chvíli jejich účinnost klesá i pod 50 %. Pokud by ale měly přídavné akumulační nádrže, zvýšila by se jejich účinnost až na 80 %.
Jelikož krb stále topí naplno, nedochází ke kondenzaci. Navíc nízká teplota vratné vody dokáže daleko lépe ochladit kouřové plyny, což zvyšuje účinnost krbů minimálně o dalších 10 %.
Další výhodou je umístění krbu v obytné místnosti. Tím nasává vzduch o teplotě této místnosti, zhruba 20 až 25 řC, kdežto kotel je obvykle někde ve sklepě, kde nasává vzduch o teplotě kolem nuly. Tento vzduch musíme ohřát nejméně o 20 řC, abychom měli tutéž účinnost jako při výkonových testech ve zkušebně. Při nasávání studeného vzduchu se proto deklarovaná účinnost kotlů o několik procent snižuje.
Tím, že krb je v obývacím pokoji, jeho ztráty v důsledku sálavého i konvekčního tepla vytápějí dům, kdežto pokud je kotel ve sklepě, vytápí prostor, kde nebydlíme. To jsou další procenta ztráty účinnosti.
Krb navíc nepotřebuje žádný pomocný ventilátor, kdežto většina kotlů na dřevo musí mít ventilátor - ať už komínový, nebo před sáním. A to je spotřeba 250 až 350 W, což představuje další procento z výkonu kotle dolů. Peletový kotel navíc musí mít i podavač paliva, což je další elektromotor o výkonu 300 W, a tedy další procento dolů.

Možnost přidání dalšího výměníku

Proti běžnému teplovodnímu krbu, který běžně zakoupíte, je možné jít dále a přidat do kouřové komory, která je prázdná, další výměník. Jestliže dáme dva výměníky nad sebe - zapojené pokud možno protiproudově - dokážeme ještě více vychladit kouřové plyny a to je vlastně energie zdarma. Kupované teplovodní krby mají obvykle 80% účinnost, dalších 15 % výkonu dělají tyto dodatečné výměníky. Někteří kritici mi vyčítají, že se výkonově dostávám na úroveň perpetua mobile. Zajímavé je, že nikdo nevyčítá výrobcům kondenzačních plynových kotlů, že uvádějí účinnost 108 %. Když jsem použil v titulku svého článku účinnost 110 %, zároveň vysvětluji, že to je stupeň využití paliva, protože účinnost pochopitelně nemůže být nad 100 %. Stejně mi to ale pořád vyčítají.
Takže znovu zdůrazňuji, jde o stupeň využití paliva. U již zmíněných plynových kondenzačních kotlů, vycházíme-li z výhřevnosti plynu, tak jejich účinnost opravdu může být max. 100 %. Dokážeme-li však navíc zkondenzovat vodu, která nám vznikla chemicky sloučením vodíku a kyslíku, získáme zpět i skupenské výparné teplo této vody, takže máme další procenta navíc. Může to být teoreticky až 13 %, ale v praxi se využívá kolem osmi, takže 108 %.
U dřeva to udělat nemůžeme. Zaprvé chemickými procesy ve dřevě nevzniká tolik vodíku a kyslíku, aby z nich bylo možné vytvořit dostatečné kondenzační teplo, a navíc se vytváří dehet a jiné látky, takže se to nevyplatí a zanášelo by to výměníky. V praxi to využít nemůžeme.

Není dřevo jako dřevo

Co můžeme u dřeva proti jiným palivům využít, je to, že do spalovacího procesu nevnášíme další vodu. Když si člověk koupí kotel, který má zkušebnou deklarovanou účinnost 85 % při vlhkosti dřeva 15 až 20 %, a zatopí v něm dřevem, které má 25 % vlhkosti, okamžitě mu klesne účinnost na nějakých 75 %. To si lidé vůbec neuvědomují!
Výhřevnost dřeva se navíc totiž běžně uvádí při jeho vlhkosti kolem 25 % (za rok po kácení, když syrové má kolem 50 %). Necháme-li však dřevo vyschnout řekněme ještě další rok pod přístřeškem, aby na něj nepršelo, klesne vlhkost o dalších 10 %. Dalším skladováním už dřevo příliš nevysychá, protože natahuje vlhkost z ovzduší. Takže po dvou letech se lze dostat pod 15% vlhkost. To je těch dalších cca 15 % účinnosti, či přesněji využití paliva. To znamená, že k 95% klasické účinnosti přidáváme dalších 15 %, které získáme tím, že do spalovacího procesu větším vyschnutím dřeva nevnášíme zbytečně vodu.
Pochopitelně ideální vlhkost by byla nulová, ale takové dřevo neexistuje. Pro účely topení je ale vlhkost kolem 15 % plně dostačující.

Akumulační nádrž

Důležitou součástí celého systému je akumulační nádrž. Nádrž lze koupit u autorizovaných prodejců. Problém však spočívá v tom, že kupované akumulační nádrže jsou vyráběné univerzálně, takže mají spoustu zbytečných vývodů a ventilů a jsou poměrně drahé; navíc rezivějí.
Řešením je nerezová nádrž, která by sice v tlakové podobě vyšla na spoustu peněz, ale tady není důvod používat tlaková zařízení. Zejména proto, že krby proti kotlům nejsou stavěny na vyšší tlaky. Zatímco kotle jsou běžně dimenzovány min. na tři a půl atmosféry, teplovodní krby mohou mít maximálně jeden a půl. Prakticky je lze ale provozovat i jako beztlakové zařízení, což má několik výhod. Především se zapojenou akumulační nádrží nemůže krb při přehřátí vybuchnout. Voda začne v krbu bublat, člověk to uslyší a přestane přikládat. Teplovodní krb má ovšem ještě jednu důležitou přednost: instalace tohoto zařízení je roznětkou pro další obrovské úspory tepelné energie ze synergického efektu - kdo si totiž pořídí teplovodní krb, musí si pořídit i akumulační zásobník s výměníkem pro teplou užitkovou vodu. Tím však má již zároveň zaplacenou a nainstalovanou tu nejdražší část pro solární ohřev teplé užitkové vody a pro solární přitápění na jaře a na podzim. Stačí tedy už jen připojit ke stávajícímu zařízení levné sluneční kolektory s jednoduchou regulací a úspory energií se rázem ještě zdvojnásobí.

Kde začít

Je třeba si uvědomit, že v teplovodním krbu se topí dřevem, což znamená nosit dříví do obývacího pokoje. Už proto je nutné jako první krok co nejlépe zaizolovat dům, aby docházelo k minimálním tepelným ztrátám. Od toho se pak odvíjí velikost krbu a velikost akumulační nádoby.
Chtějme co nejmenší krb a co nejmenší akumulační nádrž. Někde bude stačit i dvacet kilowattů výkonu krbu. U klasického rodinného domku 5+1 o ploše zhruba 180 m2 zcela stačí 30 kW. Topí se pár hodin denně, ani při největších mrazech netopíme každý den. Za letošní zimu se tak spálí zhruba 5 kubíků suchého paliva, když je tuhá zima, řekněme 10.
Krby s výměníkem se dají běžně koupit. Aby však systém fungoval s akumulační nádrží, je třeba určité know-how, které jsem si vytvořil neustálým měřením, zkoušením, zdokonalováním a které se snažím prostřednictvím tisku a internetu šířit dál.

O autorovi: (JUDr., Ing., Mgr. Petr Měchura, jednatel společnosti AVE BOHEMIA, s. r. o., poradenství v oblasti úspor energií.)

Zdroj: Silvarium

Tweet