Odborné články

Topenářský axiom konečně prolomen!

Spalování biomasy v teplovodních krbech

Vážení čtenáři, vzhledem k tomu, že můj článek „Spalování biomasy v rodinných domcích s účinností přes 110 % - sen a nebo realita?“ vzbudil u vás obrovský zájem (se skoro 10000 přístupů za několik měsíců se stal nejčtenějším článkem, ale též i rozruch u mnoha odborníků (celkem již přes několik set diskusních příspěvků), rozhodl jsem se, že některé, především ty sporné věci z článku se pokusím vysvětlit podrobněji v následujících kapitolách:

Proč má teplovodní krb větší účinnost než kotel?
Proč v krbu nic nekondenzuje?
A proč spaliny z krbu nekondenzují ani v komíně?
Chybná dotační politika SFŽP na spalování biomasy

Nepochybuji při tom, že sáhodlouhé diskuse by se daly vést o jakékoliv větě z mých příspěvků, jak napsal jeden z diskutujících odborníků, můžeme se spolu přít i o některé nepodstatné detaily, jak ukázala diskuse, nicméně hlavní smysl těchto mých příspěvků zůstává jasný – na jedné straně upozornit státní orgány na to, že dotační politika našeho státu na způsoby spalování biomasy je naprosto chybná, a na druhé straně sdělit veřejnosti, která zařízení na spalování biomasy v rodinných domcích mají v praxi nejvyšší účinnost. A za tím si plně stojím. Proto nejen já (a jistě i ostatní čtenáři) by mnohem raději uvítali, kdyby odborníci, kteří to budou číst, přistupovali k této problematice pozitivně a své bohaté znalosti z tohoto oboru věnovali spíše na to, jak mé nápady vylepšit, než proti nim bojovali, neboť jen tím může biomasa (a s ní spojené zdravé životní prostředí) mnoho získat – a s ní i my všichni.

Proč má teplovodní krb větší účinnost než kotel?

Předem upozorňuji, že ani na chvilku vůbec nepochybuji o odborných kvalitách svých oponentů z diskusí na www.biom.cz i www.tzb-info.cz, a dokonce ani o většině jejich argumentů, které nepochybně odpovídají určitému, přesně definovanému stavu spalování. Pokud se ale v praxi vlivem mnoha okolností skutečné běžné spalování od toho, ze kterého vycházejí, více či méně liší, tak každý rozumný odborník musí, ač mnohdy dost nerad, připustit, že uváděné argumenty těchto odborníků také přestávají více či méně platit a mohu mít, za mnou udávaných podmínek, dokonce pravdu i já, zvláště když mi dává za pravdu i praktické ověření mých nápadů (a v tom případě dokonce na to teoreticky ani nemusím být odborníkem). Proto zdůrazňuji, že nikde nikdy nezpochybňuji žádné fyzikální principy, ale pouze jen některé topenářské zásady, což je zásadní rozdíl.

Dále bych chtěl ještě upozornit, že pokud v textu mluvím o krbu, míním tím teplovodní krb, jehož plášť je chlazený topnou vodou (tedy nikoliv teplovzdušný krb s vodním výměníkem až na kouřovodu) a s akumulační nádrží (neboť teplovodní krb bez ní nemá smysl), a pokud mluvím o kotli, míním tím klasický kotel ve kterém se spaluje kusové dřevo (tedy ne dřevozplyňující, který spaluje na odlišném principu, ani peletové hořáky) a bez akumulace (jistě přes 99 % všech stávajících instalací v ČR), a zdůrazňuji, že proti těmto kotlům nic nemám (spalují též biomasu), jen provádím jejich srovnání s krby. A pokud mluvím o biomase, mám tím na mysli především kusové dřevo, které tvoří cca 95 % paliva v těchto kotlích a krbech.

Obr. 1: Schéma vytápění a ohřevu TUV rodinného domu. Stupeň využití paliva 84%.

Pokud se zeptáte opravdových topenářských odborníků (a nebo si pečlivě přečtete např. příslušné práce ing. V. Sladkého z VÚZT) na podmínky pro spalování dřeva, tak se dozvíte, že dřevo je velmi složité palivo tím, že podíl zplyňovaných částí je velmi vysoký (nad 70 %) a proto dřevo hoří dlouhým plamenem a vzniklé plyny mají navíc různé spalovací teploty. Podmínkou dokonalého spalování dřeva je proto vysoká teplota, účinné směšování se vzduchem, nahřátí sekundárního vzduchu a dostatek prostoru pro oxidaci, aby všechny plyny dokonale shořely. Proto obecně kotle s většími operačními prostory spalují lépe než ty malé. Přitom vlhkost paliva nad 15 % snižuje účinnost topeniště. A výkon těchto běžných kotlů podle klimatických poměrů během topné sezony kolísá mezi 20 až 110 %, což ale vůbec těmto kotlům nevyhovuje, neboť u nich nelze plynule regulovat přísun paliva v čase a jsou proto seřízena výrobcem na konstantní výkon. U všech zařízení je totiž vždy výhodnější, pokud je lze provozovat trvale v pevném režimu, optimalizovaném a nastaveném již od výrobce, než neustále něco měřit a nastavovat a regulovat. To platí zcela nesporně i pro kotle, jak si ostatně můžete přečíst ve všech prospektech předních výrobců, a právě proto je doporučují provozovat též s akumulačními nádržemi, což se bohužel zatím u nás neděje.

A pokud toto vše porovnáte s teplovodním krbem, tak je to přece zcela jasné:

má více primárního spalovacího vzduchu (vyšší lambdu, neboť není regulován vzduch pod rošt),
sekundární vzduch má dokonce i částečně nahřátý (bere ho totiž z vytápěné obytné místnosti, tedy min. 23 °C teplého, a ne ze studené kotelny ve sklepě), což nejen že zlepšuje spalování (a tím i účinnost krbu), ale vzhledem k tomu, že dle hygienických norem je třeba každé tři hodiny kompletně vyměnit vzduch v obytných místnostech, tak krb v tomto případě funguje dokonce navíc ještě jako jeho rekuperátor, který nám přidá na účinnosti zcela zdarma určitě ještě nějaké to procento navíc, protože jinak by nám tento ohřátý vzduch bez užitku unikl při větrání oknem (Na kg dřeva při 15 % vlhkosti je třeba spálit při lambda=1 asi 4,5 kubíku vzduchu. Můj krb má spotřebu při jmenovitém výkonu 8 kg dřeva za hodinu, tedy je třeba 36 kubíků vzduchu. Spalování v krbech ale probíhá při lambda kolem 2, takže to máme spotřebu cca 72 kubíků vzduchu za hodinu. Přitom o snížení obsahu kyslíku jeho vydýcháním nemusíme mít žádný strach, neboť člověk dýchá s frekvencí cca 15 vdechů za minutu, běžný nádech je cca 2 litry, to máme 30 litrů za minutu, což je skoro 2 kubíky vzduchu za hodinu. A z těch dvou kubíků si plíce vezmou jen zlomek obsahu kyslíku, jinak by se přece nemohlo praktikovat oblíbené dýchání z úst do úst, takže i kdyby u krbu seděli 3 lidé, tak ten spalovací vzduch ochudí max. o cca 1 % kyslíku. Vzhledem k tomu, že ten kyslík je ale dost reaktivní a je v dvojnásobném přebytku díky lambda=2, tak to ten krb vůbec nepozná - místo 200 % kyslíku je ho tam sice "jen" cca 198 %, ale pro dokonalé spalování stačí v ideálním případě pouze 100 %).
má větší spalovací prostor a tudíž více místa pro účinné směšování se vzduchem,
jeho výkon je po celou dobu hoření a topné sezony prakticky konstantní (a ne mezi 20 až 110 % jmenovitého výkonu, oproti klasickému kotli na dřevo musí totiž pracovat vždy s akumulací) a navíc v optimu výkonu, emisí i účinnosti,
dále v něm nelze smysluplně spalovat jiné, než opravdu suché dřevo (jinak není vidět přes sklo na oheň a krb kouří a smrdí přímo do obýváku)
jeho výkon je „regulován“ pouze dobou hoření, tedy časem (buď hoří nebo nehoří, a ne že přiložíme méně dřeva nebo uzavřeme spalovací vzduch). Jeho projektovaný výkon proto může být oproti kotli pro stejný domek až dvojnásobný, což opět přispívá lepšímu spalování,
nepotřebuje (i díky většímu průměru komína a vhodnější geometrii topeniště – plamen jde nahoru a ne vodorovně jako u kotlů) žádný pomocný ventilátor na vstupu nebo na výstupu z kotle (které navíc odebírají elektrickou energii v řádu desítek až stovek wattů a snižují tím dále jejich účinnost, byť „jen“ o několik procent, o které ale dosud žádný výrobce těchto kotlů účinnost svých výrobků neponížil, což je zásadní početní chyba).
a navíc se nemůže nic rozbít, nic rozhasit, je to zkrátka blbuvzdorné, kdežto čím složitější zařízení, tím se zvětšuje pravděpodobnost, že se něco pokazí. Proto ta obrovská výhoda krbu, kde jediné, co je třeba regulovat, je doba hoření, a to zvládne i ten nejhloupější majitel krbu.

Proti hovoří jen větší délka plamene vzhledem k relativně nízkému výměníku krbu a větší objem kouřových plynů díky vyšší lambdě - ale to je právě argument pro instalaci dalších dodatečných výměníků, které tento nedostatek hravě eliminují.

Obecně lze tedy jen potvrdit to, co jsem ani já nikdy a ani nikde ve svém článku nezpochybňoval (ba naopak na to ve svém článku několikrát upozorňuji), totiž že:

Pokud bude klasický kotel na dřevo pracovat v oblasti svého jmenovitého výkonu a bude spalovat stejně kvalitní a suché palivo jako krb, tak bude v souladu s argumenty odborníků pracovat i s vyšší tabulkovou účinností (až o cca 5 %) a s nižšími měrnými emisemi (vztaženými na jednotku spáleného paliva) než krb. Byť ty nejnovější teplovodní krby jsou již dostatečně utěsněné, takže se co do množství spotřebovávaného vzduchu už příliš od běžných kotlů na dřevo neliší, takže uváděné ztráty nedopalem a naředěním nejsou již tak tragické (viz poměrně malé rozdíly v účinnosti v řádu procent, které se budou pravděpodobně dále ještě snižovat, pokud se bude konstrukcím krbům věnovat minimálně stejná pozornost, jaká se věnuje po léta kotlům).

Já k tomu jen nově navíc dodávám, že:

Protože ale v běžné praxi 99 % kotlů na dřevo pracuje pouze na zlomek svého jmenovitého výkonu a spalují obvykle přitom navíc méně kvalitní palivo, přičemž nasávají vzduch min. o 20°C chladnější (z kotelny a ne z obýváku), 3 až 4 % svého výkonu ztrácejí konvexí zbytečně v kotelně či ve sklepě a další 1 % svého výkonu spotřebují jejich ventilátory a regulace, tak jejich výsledná účinnost je oproti krbům (které chtíc-nechtíc pracují stále v oblasti jmenovitého výkonu a s kvalitním palivem, bez regulací a beze ztrát konvexí a ohřevu nasávaného vzduchu) skoro poloviční a emise mají až o řád horší.
3)
A pokud vybavíme tyto krby (jako já) ještě dodatečnými výměníky a odstraníme u nich termostatický trojcestný ventil, udržující teplotu vratné vody na min. 60 °C (a případně dochladíme zpátečku temperováním zimní zahrady či garáže), pak dokonce předčí ve své účinnosti i ty kotle, pracující v oblasti jmenovitého výkonu a se stejně kvalitním palivem, přičemž měrné emise sice zůstanou na původní úrovni, tedy jen o trochu horší než u kotlů, přesto ale řádově lepší než u většiny kotlů v běžné praxi.

To vše jen potvrzuje to, že by bylo základní chybou jednoduše bez dalšího přenášet byť letité dosavadní zkušenosti z obsluhy a provozování klasických kotlů na dřevo (proti kterým jinak nic nemám, zvláště, pokud by byly provozovány s akumulací) též na (relativně nové) teplovodní krby, jak se tak zatím děje. Spalování v teplovodních krbech totiž v praxi podstatně lépe odpovídá optimálním podmínkám spalování biomasy, jenom si zatím toho nikdo nestačil pořádně všimnout a ze setrvačnosti i na ně aplikoval topenářské zvyklosti platné pro klasické kotle na dřevo.

A k jednoduchému důkazu vyšší účinnosti krbů dokonce vůbec ani není třeba znát stechiometrické diagramy spalování, každý čtenář si vystačí pouze s kupeckými počty:

Pro názornost, i kdyby krb pracoval dokonce s lambdou = 3, tedy se zhruba dvojnásobným přebytkem spalovacího vzduchu, než ten nejkvalitnější kotel na dřevo při svém jmenovitém výkonu (a ani ty plynové kondenzační kotle to zdaleka ještě nedokážou s lambda=1), tak oproti němu vypouští o 100% více spalin, které musel ohřát z 25 °C na výstupních 115 °C (tak to alespoň v praxi celou zimu fungovalo u mého krbu s dvěma dalšími výměníky a bez trojcestného ventilu). Početně tedy 2Mx90=180M (kde M je jednotkové množství spalin, např. 1 m3 a 90 rozdíl teplot spalin při jejich vstupu do krbu a jejich výstupu z krbu). Na druhé straně pokud bychom měli mít u kotle stejné ztráty spalinami při jejich polovičním množství, tak je musíme ohřát na dvojnásobný rozdíl teplot, tedy z 5 oC (kotel si do obýváku nedáte a ve sklepě vyšší teplota nebývá) max. na 185 ^oC (početně 180xM), což je zcela běžná situace při jeho provozu na jmenovitý (tedy vlastně plný) výkon, zvláště když spaliny procházejí na konci kolem výstupu vody z kotle, která má teplotu 90 °C.

Obr. 2: Schéma vytápění a ohřevu TUV rodinného domu. Stupeň využití paliva kolem 90%.

A teď si k tomu uvědomme, že:

plocha výměníku kotle je podstatně menší (a především kratší a dřevo přece hoří dlouhým plamenem) než krbu se dvěma dodatečnými výměníky na výstupu,
že rozdíl teplot výměníku kotle je 90-60=30 °C, kdežto u krbu 105-30=75 ^oC, a výstupní teplota vody z kotle 90 °C je právě u výstupu spalin z kotle, takže nemůže ochlazovat jeho spaliny tak účinně, jako u krbu, kde do jeho výměníku na výstupu spalin přitéká voda jen 30 °C teplá (oproti kotli jde vlastně o protiproudý výměník), což vše podstatně zvyšuje účinnost výměníku krbu oproti kotli
a navíc dokonalé nové krby jsou už tak sofistikované, že se přebytek vzduchu u nich už příliš neliší od kotlů (samozřejmě při jmenovitém výkonu)

Takže když to vše sečteme, je každému už na první pohled jasné, že i při jmenovitém výkonu mnou uváděný krb má bez problémů větší účinnost než špičkový kotel na dřevo, a pokud provozujeme kotel na částečný výkon (jak tak v praxi činíme po min. 95 % doby), pak může mít krb v běžném provozu (kdy topí vždy na jmenovitý výkon) dokonce i dvojnásobně vyšší účinnost než kotel.

Ale abych Vás uklidnil, např. vývojáři halogenových žárovek si také dlouho mysleli, že tzv. halogenový cyklus, který vrací usazený wolfram ze skleněné baňky zpět na vlákno, může fungovat pouze tehdy, když teplota stěny baňky má minimálně teplotu 300 °C – ale naštěstí ono to funguje dnes i v žárovkách kapesních svítilen, tedy při teplotách pouhých 30 °C, tedy dokonce o řád nižších! Ale abych nenasazoval jen na žárovkáře, tak obdobně si zase všichni hlavní výrobci zářivek před 20 lety mysleli, že u kompaktních zářivek je dle teoretických poznatků (a mnoha tisíců ověřovacích pokusů) zcela nezbytné ponechat tzv. chladné zóny, kde musí nutně docházet k potřebné kondenzaci rtuťových par (to jsou ty části za spojením paralelních trubiček u starších zářivek), a dokonce si to i nechali patentovat, což se ale ukázalo jako hrubá chyba, neboť ostatní výrobci se museli bez těchto chladných zón obejít – a ejhle, v současnosti to jde všude i bez nich a všichni výrobci místo pracného spojování trubiček je již pouze ohýbají a na chladné zóny zcela kašlou.
Šedivá je každá teorie, zelený strom života!

Prč v krbu nic nekondenzuje?

Dříve než se pustím do hlubšího rozboru některých odborníky uváděných argumentů, tak si klidně podřežu i větev, na které sedím, prohlášením, že emise jsem u svého krbu zatím neměřil a lambdou (udávající přebytek spalovacího vzduchu, který ovlivňuje začátek kondenzace spalin) jsem se v uplynulých 20 letech zabýval především u spalovacích motorů, byť za stejným účelem – zvýšení jejich účinnosti. A přestože v této oblasti je tato otázka již dokonale propracovaná (díky miliardám dolarů, které na tento výzkum vynaložily prakticky všechny významné automobilky, neboť to pro ně je otázkou přežití), tak i zde je veřejnost trvale mylně informována např. o tom, že tyto motory, využívající přímého vstřiku pro vrstvení paliva (z toho jejich název FSI) jsou úspornější. Tabulkově při metodice EHK (město, 90 km/h a 110 km/h) to tak samozřejmě platí, dokonce až o 1 l/100 km – ale právě jen pro toho, kdo tak také v praxi jezdí, tedy zhruba s polovičním výkonem motoru. Kdo jezdí jako já spíše na plný plyn, tedy využívá pro spalování celý objem válce, neušetří vrstvením ani gram paliva a tudíž se zcela klidně obejde i bez vstřikování, tedy i jen se starým dobrým karburátorem. Uvádím to zde proto, že výsledkem těchto chybných interpretací je, že podobně jako u kotlů, i zde si většina lidí kupuje vlastně úplně něco jiného, než původně chtěla.

Obrovské zkušenosti automobilek s výzkumem lambdy u spalovacích motorů bohužel nejde využít u kotlů na dřevo, byť v obou případech jde o zvyšování účinnosti či snižování emisí. Zatímco u motorů se dávkuje palivo do vzduchu, tak u běžných kotlů na dřevo je tomu bohužel naopak, a dřevěné palivo navíc není homogenní s trvale přesně definovanými parametry, jaké má benzín. Celkem slušně je sice též zpracován vliv lambdy na teplotu začátku kondenzace spalin u plynových kondenzačních kotlů (neboť právě na ní závisejí), ale i zde příslušné tabulky a grafy pro zemní plyn je nutno brát s dostatečnou rezervou, neboť nevíte, pro jaký zemní plyn byly dělány – pro ten z Ruska nebo z Norska?

Oba se dost významně liší ve složení i výhřevnosti (a navíc se různě dle aktuálních zásob míchají a proto museli distributoři plynu u nás na nových fakturách přestat uvádět jeho spotřebu v kubících a přejít na kWh), a tedy určitě i v závislosti kondenzační teploty jeho spalin na lambdě. A teď si to porovnejte se spalnými plyny ze dřeva, jejichž složení je ovlivňováno navíc druhem dřeva, obsahem pryskyřic v něm a jeho vlhkostí, dále i geometrií spalovací komory, délkou plamene a teplotou spalování a jistě ještě spoustou dalších parametrů. Proto veškerá teorie zde platí pouze za určitých specifických podmínek a pro určité dřevo, které jste právě spalovali, takže je nutno připustit, že situace v běžné praxi může být úplně jiná. A navíc spalování v krbech donedávna vlastně ani pořádně nikoho nezajímalo, takže do tohoto výzkumu šlo opravdu minimum finančních prostředků. Proto se o tom vlastně ví pouze obecně to, co se více méně převzalo z toho mála zkušeností se spalováním dřeva v běžných kotlích, a o mnoho více se nedozvíte ani z odborné literatury, natož od odborníků, kterých je na spalování v krbech opravdu poskrovnu.

Proto svá tvrzení opírám, vzhledem k pouze obecně a nejednoznačně zpracované teorii, především o mé osobní dvouleté praktické zkušenosti za rozmanitých podmínek.

Předem jsem si ale samozřejmě nejprve vše důkladně nastudoval, 20 let navštěvoval odborné výstavy u nás i v zahraničí a mnohokrát vše konzultoval s odborníky, ať už výrobci kotlů, tak výměníků či akunádrží nebo expanzí. Italy deklarovanou 80% účinnost svého krbu ACQUATONDO 29 jsem si dokonce ověřil ještě i v akreditované laboratoři Strojírenského zkušebním ústavu v Brně a pak jsem celou zimní sezonu tento krb provozoval při různých zapojeních, teplotách a průtocích topné vody a mnohokrát opakovaně navíc měřil dotykovým teploměrem i teplotu na vstupech a výstupech všech tří výměníků (proto jsem krb nechal přístupný i z druhé strany, jak je vidět na fotografii v původním článku) a díky tomu, že místo původní nevyhovující profesionální regulace Hanazeder Electronics jsem si ve spolupráci s firmou Elektro-Šimčák navrhl vlastní se čtyřmi displeji, tak jsem mohl celou zimu kdykoliv pečlivě sledovat teploty ze 7 čidel a řídit několik elektroventilů a čerpadel. Stačil jsem tak provést jistě přes 1000 měření a teprve na jejich základě,výpočtů a vyhodnocení pak napsat tyto příspěvky.

Výsledkem je, že výkon obou dodatečných výměníků (po 6 bm nerezové trubky průměru 28 mm, zapojených sériově) dle délky plamene (což je typické právě pro spalování biomasy) kolísá mezi 25 až 30 % celkového výkonu krbu do vody, a jestliže krb samotný má ověřenou účinnost do vody 60 % (a dodatečné výměníky jsou až nad ním), tak celkový podíl účinnosti tohoto krbu v tomto zapojení do vody je přes 80 %, přičemž podíl účinnosti do vzduchu mi klesl částečným zaizolováním kouřové komory krbu maximálně o polovinu, tedy z 20 na 10 až 15 % (ale přesto ještě tento výkon stačí hravě přetopit přilehlou a ze dvou stran prosklenou zimní zahradu o výměře 15 m2), takže celkovou účinnost tohoto krbu je tak možno s velkou dávkou jistoty uvažovat mezi 90 až 95 % (výstupní kouřové plyny, které mají u krbů běžně teplotu přes 350 °C, já totiž tímto zapojením dokáži ochladit až na teplotu 100 až 150 °C, přičemž zbývajících cca 2 kW komínových ztrát mi ještě stačí bez problémů dostatečně vytopit komín Schiedel k vytvoření dostatečného tahu). Praktickým potvrzením podstatně vyšší účinnosti tohoto zapojení však je, že zatímco během loňské zimy jsem spotřeboval přes 20 prm dřeva, tak během letošní, mnohem tužší zimy v tomtéž krbu jen 12 prm – což hovoří za vše!

A to na začátku ani já jsem vůbec nepochyboval o tom, že nelze jít pod teplotu vratné vody 60 °C, takže i když z původního zapojení f. Solarpower, se kterou jsem se musel po prvním roce provozu rozloučit, mi nezbylo nic, přesto jsem i já ve svém novém zapojení ten trojcestný ventil, který udržuje teplotu vratné vody do kotle na 60 °C původně ponechal. A protože jsem i já párkrát viděl u kotlů na uhlí kapky zkondenzované vody, když jsem kdysi do nich přikládal, tak jsem je s obavami vyhlížel i na stěnách teplovodního krbu, když při zatápění do něj přitékala voda jen 30 °C teplá z AKUnádrže.

A když ne a ne je objevit, přestože je tam oproti kotlům výborně vidět, snažil jsem se jim pomoci i tím, že jsem otevřel zimní zahradu a vychladil ze zadu vodu v krbu na pouhých 5 °C a zatopil. A ono opět nic! Teprve pak jsem našel tu odvahu a nejprve nechal vymontovat ten trojcestný ventil, a když jsem viděl, jak mi klesla spotřeba dřeva a nádrž se rychleji vytápěla, nechal jsem si vyrobit i první trubkový výměník (6 bm trubky), a když jsem si změřil, že mi šetří přes 12 % paliva, tak jsem si nechal vyrobit nad něj ještě druhý (též 6 bm trubky), který, ač nad tím prvním, má dokonce větší výkon (15 %, patrně díky lepší geometrii). A když se dnes podívám na trubky výměníku, žádné stopy koroze tam po kondenzátu z odborníky uváděné neobyčejně agresivní kyseliny octové (a to jsem topil celou zimu jen tvrdým dřevem!) zatím neshledávám. A i kdyby, finanční návratnost těchto výměníků mne vyšla na max. 2 roky, a lze je snadno vyměnit, takže není co řešit.

Jak je to tedy možné, když teorie prý říká, že to možné není, že bezpodmínečně musí dojít k masové kondenzaci se všemi z toho vyplývajícími negativními důsledky?

Buď mám jiné podmínky, které ty kondenzační podmínky pěkně rozhodí, nebo ta kyselina octová nemá ráda saze, nebo ty saze s dehtem částečně tepelně izolují výměníky, takže zvyšují jejich povrchovou teplotu, či jim ještě pomáhá sálání plamene, nebo spaluji sice tvrdé dřevo, ale to nesprávné (i když zrovna letos především dub, o němž už naši dávní předci např. věděli, že železný hřeb v dubovém dřevě díky vznikajícím agresivním solím rychle zkoroduje a vypadne, ale přesto některé truhly s nimi vydržely dodnes), nebo to dřevo nemá tu správnou vlhkost, nebo mám špatný vzduch či přisávám radioaktivní radon od podlahy nebo také od každého kousek či všechno dohromady. Ani já to ještě přesně nevím. A nejsem sám, jak vyplynulo z dosavadní diskuse. Jedno ale vím jistě – ono to funguje!

Proto se to pokusím alespoň trochu vysvětlit i teoreticky. Kondenzace spalin je totiž závislá především na teplotě stěn výměníků a i ta je závislá (při srovnatelném palivu) především na velikosti tepelného příkonu (ze spalin) a na „tepelné izolaci“ výměníků (teplotě vody v nich). Tepelný příkon těchto stěn (respektive výměníků) je však u krbů vyšší než u kotlů, a to především díky jejich provozování především i během přechodné části topné sezony na konstantní vyšší výkon, než při kterém začíná kondenzace u běžných kotlů v důsledku jejich provozování během poloviny topné sezony s výkonem i kolem 20 % jejich nominálního výkonu.

A když k tomuto horšímu spalování u kotlů přičteme ještě vliv paliva s vyšší vlhkostí a nedostatku vzduchu (tedy lambdu dokonce i pod 1!), jsou, alespoň podle mne, podmínky pro zamezení kondenzace u teplovodních krbů možná až o řád lepší, než u kotlů. Proto u kotlů, pokud snížíme teplotu vratné vody pod 60 °C (tedy jejich „tepelnou izolaci“), může snadno k této kondenzaci u nich dojít, zvláště pak v přechodném období jaro-podzim, kdy se u nich kombinují všechny výše uvedené nepříznivé účinky. To však vůbec nemusí automaticky znamenat, a jak ostatně potvrzuje v mém případě i praxe, také to vůbec neznamená, že totéž platí i pro teplovodní krby, kde se výše uvedené nepříznivé podmínky způsobující kondenzaci nejen že nekombinují, ale dokonce ani neprojevují.

Je tedy jen otázkou, kam až je možno při snižování teploty vratné vody u krbů (díky kterému je možné podstatně zvýšit jejich účinnost) jít, aby nenastaly záporné důsledky případné kondenzace spalin (zde bych chtěl důrazně upozornit na rozdíl mezi pojmem „kondenzace“ a „záporné důsledky kondenzace“, což jak dále uvidíme není totéž). Jedna cesta vede přes empirii – u mého krbu nenastala viditelná kondenzace v krbu ani při zatápění po předchozím vychlazení jeho výměníku (teplovodního pláště) na pouhých 5 °C, ale obecně to zatím ověřeno nikde není. Přesto jsem ale klidný, neboť v souladu s výše uvedenými zásadami si myslím, že i teorie stojí na mé straně a jen potvrzuje mé praktické poznatky:

akunádrž při použití běžných radiátorů ústředního topení jsem nedokázal vychladit na méně jak 29 °C (a ani případné podlahové topení by to nedokázalo o moc méně).
vodu s touto teplotou pouštím nejprve do horního výměníku ze silnostěnné nerezové trubky, kde se ohřeje o 15 %, z něj pak do dalšího, kde se ohřeje o dalších 13 %, a až pak do krbového (spodního) výměníku z běžné kotlové oceli, ale to už mívala min. 41 °C na vstupu a 73 °C na výstupu z krbu, a žádnou kondenzaci v krbu jsem nepozoroval.
Toto rozložení teplot odpovídalo chodu krbového čerpadla na I. stupeň, pokud by se ale použilo elektronicky spojitě řízené krbové čerpadlo (o cca 7000 Kč dražší + regulace, variantou zdarma je přiškrcení I. stupně), které by udržovalo na výstupu z krbu teplotu 100 °C, pak by dle výše uvedeného rozdělení výkonu vtékala do krbu voda o teplotě cca. 49 °C (to při dokonalém vrstvení v nádrži a vychlazování topné vody v radiátorech, jinak ještě větší), takže s pravděpodobností hraničící už s jistotou lze tvrdit, že při tomto zapojení nebude, vzhledem ke všem výše uvedeným okolnostem, v krbovém (dolním) výměníku docházet k žádné kondenzaci spalin.
A kdyby snad docházelo nějakou souhrou negativních okolností ke kondenzaci spalin v horních výměnících, tak zajedno jsou oproti krbovému výměníku zhotoveny z nerezové oceli, která by jistě tomuto agresivnímu kondenzátu odolávala mnohem déle, než běžná kotlová ocel krbového výměníku, a navíc jsou ze silnostěnných trubek, což by opět podstatně prodloužilo dobu jejich koroze oproti krbovému výměníku, takže záporné důsledky jejich poškození by nastaly až za velmi dlouhou dobu provozu, dost dobře možná až na konci životnosti celého krbu či otopné soustavy (takže by to vlastně vůbec nijak nevadilo).
A i v případě, že by tyto záporné důsledky kondenzace v těchto nerezových výměnících nastaly ještě před koncem životnosti krbu, tak lze tyto výměníky celkem snadno vyměnit (nejsou totiž součástí krbu) a jejich cena je v zhledem k dosaženým úsporám zanedbatelná (cca 4000 Kč/ks, tedy návratnost cca pouhé 2 roky!).

Tyto výpočty a úsudky jasně prokazují, že nebezpečí kondenzace, respektive její záporné důsledky, nehrozí ani krbům s 95 % účinností, tedy s podstatně sníženou teplotou vratné vody pod 60 °C (natož pak těm horším, s nižší účinností), což se naopak ani o těch nejlepších kotlích na dřevo tvrdit vůbec nedá, a jejich výrobci jistě moc dobře vědí, proč u nich tak nekompromisně lpí na minimální teplotě vratné vody 60 °C.

Mně můj krb funguje dle výše uvedených zásad zatím výborně, a byl bych rád, aby nešlo o výjimku, aby to tak bez problémů fungovalo i všem ostatním zájemcům o spalování dřeva v krbech. A že opravdu u mne nejde o výjimku, tak Vám mohu sdělit, že největší evropský výrobce krbů, italský Acquatondo po mém upozornění potvrdil, že je možné do jeho krbů bez problémů přivádět vratnou vodu o teplotě pouze 35 °C (přičemž na méně nebyl dotázán), nebo-li že lze úplně vypustit trojcestný regulační ventil, který dosud udržoval teplotu vratné vody na min. 65 ^oC!

Obr. 3: Schéma vytápění a ohřevu TUV rodinného domu. Stupeň využití paliva přes 94%.

A proč spaliny z krbu nekondenzují ani v komíně?

Názor odborníků byl jednoznačný – i kdyby mi spaliny nějakým zázrakem nekondenzovaly už v krbu, tak mi přece musí zkondenzovat alespoň v komíně, kde se ještě více ochladí, to je přece logické. Takže se na to podívejme podrobněji.

Vznik kondenzace spalin v komíně je především závislý na teplotě vnitřních stěn komínového průduchu a ta je závislá (při srovnatelném palivu) především na velikosti tepelného příkonu (ze spalin) a na tepelné izolaci komína a k jejímu zamezení při snižování teploty spalin (kvůli zvýšení účinnosti) se zatím většinou šlo vyšlapanou cestičkou zlepšení tepelné izolace komínového průduchu.

Ani já jsem zprvu nepochyboval o tom, že to tak obecně platí pro všechny kotle, dokud jsem si nepřipustil tu rebelskou myšlenku, že u krbů může být situace zásadně odlišná, jak mi pak ukázal i přesný výpočet. Budu při něm vycházet pro názornost z projektu mého domku, jehož výpočtové tepelné ztráty jsou cca 8 kW a původně byl vybaven plynovým kotlem 20 kW, takže se nijak nevymyká průměru, a pro jednoduchost budu předpokládat, že polovinu dní topné sezony se topí se skutečným výkonem 0 až 4 kW a druhou polovinu s výkonem 4 až 8 kW.

Kotel na dřevo 20 kW tak pro polovinu topné sezony (na jaře a na podzim, tedy po 100 až 150 dní v roce) topí s výkonem max. 4 kW, což je max. 20 % ze jmenovitého výkonu tohoto kotle (početně 4:20=0,2, v procentech 20 %). Účinnost tohoto kotle při jeho zatížení pod 20 % bude nepochybně pod 50 %, tedy výkonově pod 2 kW (početně 4x0,5=2), zbytek, tedy max. 2 kW (když neuvažuji ztráty nedopalem) jsou komínové ztráty. A když tento výkon rozpočítáme na m2 plochy komínového průduchu (tedy přesně na to, co vlastně ohříváme) o průměru 160 mm (viz např. kotle Verner) délky 8,5 m (od sklepa až nad hřeben střechy, vyústění z kotle do komína pro jistotu ve výši 1400 mm nad podlahou), pak nám vyjde jeho tepelný výkon do komína max. 0,47 kWm-2 (početně 2:(Píx0,16x8,5)=0,47). A to bych ještě správně měl počítat se jmenovitým výkonem tohoto kotle 25 kW, který odpovídá výkonu 20 kW plynového kotle, který nemusí mít přirážku na přerušované vytápění, což by ještě výsledek dále snížilo.

A nyní tentýž výpočet provedeme pro můj krb Acquatondo 29 o jmenovitém příkonu 34,3 kW. Oproti kotli na dřevo můj krb topí po celou sezonu na plný jmenovitý výkon (byť od 12 hodin jednou za dva dny až po 8 hodin jednou za pět dní). Pokud uvažuji jeho účinnost až 95 % (a pokud je snad dle některých odborníků nadsazená, tím pro tento výpočet lépe), zbývá na komínové ztráty cca 5 %, což je 1,72 kW (početně 34,3x0,05=1,72). Když tento výkon rozpočítám na m2 plochy komínového průduchu, který má v tomto případě sice větší průměr 200 mm, ale na druhé straně podstatně kratší délku jen 5,5 m (o 1 patro, neboť není ve sklepě ale v přízemí, a navíc zaústění krbu bývá oproti kotli min. 2 m nad podlahou), pak nám vyjde tepelný výkon do jeho komína na 0,5 kWm-2 (početně 1,72:(Píx0,2x5,5)=0,5).

Pokud tedy provedeme porovnání kotle na dřevo a teplovodního krbu z hlediska vyhřívání komína (a právě o to nám v tomto případě jde), pak s naprostou jistotou je možno konstatovat, že po většinu topné sezony je na tom krb lépe (0,5 u krbu oproti 0,47 u kotle, což je o 3,1 % více). Zdůrazňuji však přitom, že jsem při těchto výpočtech byl, slovy stavařů, vždy na straně vyšší bezpečnosti. V reálné skutečnosti totiž bývá sklep vyšší než mnou uvažovaných 2,2 m a zaústění kotle níže než uvažovaných 1400 mm, takže délka komína pro kotel se pak zvýší na min. 9 m, navíc kotel na dřevo by měl mít správně projektovaný výkon ještě větší než 20 kW kvůli přirážkám a tudíž ještě menší stupeň využití, a jeho tepelný výkon do komína je zde uváděný jako maximální, ve skutečnosti je však v intervalu od min. cca 0,2 kWm-2 (při nižším výkonu je i kotel odstavován). V tomto případě pak totiž výpočtem dojdeme až na údaj od 0,2 do 0,44 kWm-2 u kotle, oproti konstantním 0,5 kWm-2 u krbu po celou dobu jeho provozu, neboli krb v tomto porovnání ohřívá komínový průduch pak oproti kotli v nejhorším případě minimálně o 10 % více, běžně ale i přes 100 % více (což si lze ostatně snadno ověřit i přiložením ruky na komín). Takže nejen izolací komína lze zabránit kondenzaci spalin v něm, ale např. i používáním krbů oproti teplovodním kotlů, byť bohužel tato cestička, jak vidět, není ještě vůbec prošlapaná.

Obdobně jsem na doporučení odborníků – topenářů koupil po špatných zkušenostech z minulé zimy, kdy mi krb při přikládání čoudil i do obýváku, komínový ventilátor (zn. Exhausto), neboť dle nich se tato situace měla ještě více zhoršit, když vychladím spaliny na podstatně nižší teploty a snížím tím prý tah komína. Nakonec oproti všem varováním jsem nemusel tento ventilátor vůbec instalovat, neboť už mi do obýváku nic nečoudí, a to i přes montáž dvou dalších výměníků a užšího než doporučeného průměru komína! Svou roli zde hraje pravděpodobně snížený objem spalin jejich vychlazením na poloviční teplotu a tím jejich snadnější transport komínem i při menších rychlostech, při kterých stačí dostatečně účinně předávat svou tepelnou energii plášti komína.

Tyto výpočty jasně prokazují, že nebezpečí kondenzace či snížení tahu v komíně nehrozí tak ani krbům s 95 % účinností (natož pak těm horším), zatímco i těm nejlepším kotlům na dřevo minimálně pro polovinu doby topné sezony ano, a můj krb to jasně prokazuje i v praxi, kdy po ročním používání je na dně mého komínu jen vrstvička naprosto suchých sazí a popela. Proto úsudek o tom, zda se mýlí ve svých názorech někteří odborníci a nebo já, jako laik, mohu s klidným svědomím ponechat na čtenářích.

Chybná dotační politika SFŽP na spalování biomasy

Závěrem bych zde rád vysvětlil, proč jsem napsal původní úvodní článek, a proč jsem vlastně se vůbec začal zabývat procesy spalování v krbu. Nebylo tomu tak proto, abych tím dráždil odborníky, jak to tak možná vypadá, ale šlo mi pouze o spravedlnost. Posuďte sami:

Dejme tomu, že pan Měchura si koupil nový mercedes a všude se chlubí, jaké má výborné zrychlení na 100 km/h za 9,6 sekundy. Soused, např. pan Hájek (shoda jmen s doc. Ing. Miroslavem Hájkem, ředitelem odboru ekonomických nástrojů Ministerstva životního prostředí je samozřejmě čistě náhodná), se zdravě naštve, koupí si bavoráka, který má výrobcem deklarované zrychlení na 100 km/h pod 9 sekund a vyzve pana Měchuru na souboj. A co se nestane – Hájkův bavorák nestačí Měchurovu mercedesu! Jako racionálně uvažující odborník si pan Hájek nejdříve ověří v akreditované stanici technické kontroly, zda jeho vůz skutečně má výrobcem deklarované zrychlení na 100 km/h pod 9 sekund, a když mu to potvrdí, tak dříve, než šlápne do měkkého a nařkne pana Měchuru z čipování motoru, vyzve ho, aby si i on dal prověřit svůj vůz do téže STK. Výsledek ale i v tomto případě potvrdí správnost údajů výrobce! Ještě jednou se tedy postaví oba vozy na startovní čáru, motory zaburácí a obě auta vyrazí – a opět od startu až do maximální rychlosti obou vozů 220 km/h, tedy během 33 sekund Měchurův mercedes nechává Hájkův bavorák za sebou. Až – až na jedinou výjimku - pouze na jedinou sekundu, mezi 99 a 101 km/h je Hájkův bavorák o kousek před Měchurovým mercedesem. Jak to?

Celý vtip je totiž v tom, že Měchurův mercedes musí řadit na trojku již při 99 km/h (a zdržet se tak právě o tu sekundu, po kterou řadí a motor netáhne, takže ho bavorák předhoní), kdežto Hájkův bavorák až ve 101 km/h. A tak, i když právě jen tato jediná krátká výjimka potvrzuje výrobcem udávané tabulkové parametry, v praxi bude situace úplně jiná – po 97% doby bude vítězit mercedes a jen po 3% doby bavorák. Ale protože se státní dotace Státního fondu zrychlení dle rozhodnutí příslušných úředníků příslušného ministerstva vyplácejí jen opravdu „tzv. kvalitním“ vozům s tabulkovým zrychlením na 100 km/h pod 9 sekund, dostane je pouze bavorák a mercedes ne. A všichni lidé si proto začnou kupovat bavoráky, a to v zájmu vyššího zrychlení!

A obdobná situace je ve vyplácení dotací ze Státního fondu životního prostředí dle programu 1.A.a Kotle na biomasu. Tyto dotace mohou obdržet jen ti občané, kteří požádají o dotaci na kotel, který má minimální účinnost při jmenovitém výkonu 80 % a spadá emisně dle ČSN EN 303-5 do 3. třídy. A nikoho už nezajímá, že tyto kotle ve skutečnosti pracují po 100 % doby svého provozu s účinností pod 80 % (a často dokonce pod 50 %) a s emisemi, které se ani zdaleka nepřibližují výše uvedené normě, což je na trestní oznámení proti SFŽP, který takto mrhá státními penězi daňových poplatníků, tedy nás všech. Ale na druhé straně o tuto dotaci nemohou požádat majitelé teplovodních krbů, a to ani když splňují podmínku 80 % účinnosti při jmenovitém výkonu, se kterou dokonce pracují po 95 % své provozní doby, a to s emisemi podstatně lepšími než běžné teplovodní kotle. Opravdu je to tak v pořádku?

Já si myslím (a věřím, že nyní i Vy všichni, kteří jste dočetli mé články až sem) že ne, a proto, když jsem neuspěl u (nez)odpovědných příslušných úředníků ministerstva životního prostředí, musel jsem se pustit do veřejné obhajoby teplovodních krbů, byť mi to vůbec nepřísluší. A je nyní na novém ministrovi životního prostředí, aby zrevidoval vyplácení dotací na spalování biomasy tak, aby byly opravdu v souladu s jejím efektivním využití. První krok – odvolání dosavadního ředitele Státního fondu životního prostředí – již pro to udělal. Přejme mu tedy i nadále šťastnou ruku při dalších personálních změnách ku prospěchu nás všech.