Kondenzačný kotol: Koľko vody vyprodukuje a prečo je taký efektívny?

Kondenzačné plynové kotly si na trhu získavajú čoraz väčšiu obľubu, pretože sa osvedčili ako veľmi efektívne zariadenia. Patria medzi ekonomicky, energeticky a environmentálne vhodnejšie riešenia oproti klasickým plynovým kotlom, ktorých predaj už skončil, keďže nespĺňali požiadavky na efektívnosť. Kondenzačné kotly sú veľmi ekonomické a v novostavbách, ktoré majú v blízkosti prípojku plynu, môžu byť jednou z ekonomicky najvýhodnejších možností.

Napriek mierne vyšším nákladom na kondenzačný kotol v porovnaní s konvenčnými sa kondenzačné plynové vykurovacie jednotky vyplatia pomerne rýchlo. Oproti novšiemu klasickému plynovému kotlu spáli kondenzačný kotol približne o 15 % menej plynu. Pri výmene staršieho kotla prinesie kondenzačný kotol aj vyššie úspory. Pri výbere nového zariadenia je užitočné poznať špecifiká inštalácií v rôznych prípadoch a vedieť, ako kondenzačný kotol funguje a kedy má úspornú prevádzku. Kotly tohto typu sebavedome hľadia do budúcnosti, pretože princíp ich fungovania je dnes najsľubnejší.

Čo znamená pojem „kondenzačný kotol“?

Tento pojem sa v každodennom živote objavil pomerne nedávno, dnes však veľa majiteľov chápe princíp kotla, kvôli ktorému mu bol tento názov priradený. Kondenzačný ohrievač využíva teplo nielen zo spaľovaného plynu, ale aj z pary, ktorá je pri konvenčnej konštrukcii kotla emitovaná do atmosféry cez komín. V klasickom kotle určité množstvo tepelnej energie odchádza komínom bez využitia a odnáša veľa tepla. Kondenzačný kotol je zameraný na absorpciu energie, ktorá sa uvoľňuje pri kondenzácii pary. Celý trik kondenzačného kotla je v jeho výmenníku tepla.

Princíp fungovania mnohých vykurovacích kotlov je veľmi jednoduchý. Zahŕňa jednu akciu - spaľovanie paliva. Ako viete, pri spaľovaní paliva sa uvoľňuje určité množstvo tepelnej energie. Pomocou výmenníka tepla sa tepelná energia prenáša na chladiacu kvapalinu a potom sa pomocou cirkulácie dostane do vykurovacieho systému. Podľa princípu svojej práce sú kondenzačné plynové kotly schopné akumulovať a nasmerovať opäť do vykurovacieho systému tú parnú energiu, ktorá v bežnom kotle jednoducho ide do komína.

Kondenzačné plynové kotly využívajú pri svojej práci energiu latentnú pri kondenzácii vodných pár. V kondenzačných plynových kotloch spaľujeme uhľovodíkové palivá, hlavne zemný plyn, menej často skvapalnený plyn. Z molekuly metánu vznikne len jedna molekula CO2, ale až dve molekuly vody, čo nezaťažuje životné prostredie. Metán je preto šetrnejší ako ostatné uhlíkové palivá, má najlepší pomer atómov uhlíka a vodíka (1:4).

Vývoj a technológie

V vzdialených päťdesiatych rokoch sa začali po prvýkrát objavovať modely kotlov kondenzačného typu. Tieto modely neboli dokonalé, ako sú dnes, a počas svojej evolúcie prešli mnohými zmenami. Už v tých vzdialených rokoch kotly tohto typu vykazovali dosť vážne ukazovatele spotreby paliva. Tento dôležitý faktor je stále hlavný, vďaka čomu sú klimatizačné kotly pre kupujúcich veľmi atraktívne.

V tých rokoch sa používali výmenníky tepla z liatiny alebo ocele, ktoré ich robili krátkodobými. Pod vplyvom kondenzátu kotly rýchlo zlyhali v dôsledku silnej korózie. Až v sedemdesiatych rokoch nahradili liatinu z ocele nové materiály a technológie. Moderné kondenzačné kotly majú vo vnútri odolné materiály z ušľachtilej ocele alebo zliatiny hliníka a kremíka. Takáto modernizácia výrazne predĺžila životnosť kondenzačného kotla. Na vnútorné diely treba použiť materiály odolné voči korózii pri styku s kyslým kondenzátom, čo vysvetľuje vyššiu cenu.

Produkcia kondenzátu v kondenzačnom kotle

Kondenzačné kotly sú špecifické tým, že aktívne využívajú proces kondenzácie vodnej pary, ktorá vzniká pri spaľovaní plynu. Táto para by v klasických kotloch unikla bez úžitku komínom. Moderné kondenzačné kotly však túto paru schladzujú pod teplotu rosného bodu, pri zemnom plyne je to približne 57 °C. Pod touto teplotou para kondenzuje na vodu a odovzdáva pritom do vykurovacej vody kondenzačné teplo.

Spálením 1 m³ zemného plynu sa vytvorí 1,6 kg vodnej pary, čo zodpovedá 1,6 litra vody. Kondenzačný kotol v rodinnom dome dokáže vytvoriť za rok aj viac než 1 000 litrov vody. Pre konkrétnejšiu predstavu:

• V kotloch s výkonom do 30 kW určených na vykurovanie súkromných domov sa za 24 hodín prevádzky vytvorí asi 30 litrov kondenzátu.
• V priemere vyprodukuje kotol s výkonom 25 kW 70 litrov kondenzátu za deň.

Kondenzačné teplo vodnej pary je rovnako veľké ako výparné teplo vody potrebné na jej vyparenie. Vďaka tomuto získanému teplu sa zvyšuje celková účinnosť kondenzačného kotla.

Likvidácia a neutralizácia kondenzátu

Pre zber kondenzátu v kondenzačných kotloch je k dispozícii špeciálna nádoba. Prebytočný kondenzát je odvádzaný do kanalizácie. Kondenzát sa však považuje za dosť žieravú kvapalinu. V Európe, najmä v Nemecku, existujú nariadenia, ktoré požadujú neutralizáciu kondenzátu pred jeho vypustením do kanalizácie.

Pre tento postup existujú neutralizátory. Neutralizátor je druh nádoby, ktorá je naplnená špeciálnymi granulami. Tieto granule môžu obsahovať horčík alebo vápnik (často sa spomínajú aj granule horčíka a draslíka). Kondenzát, ktorý prechádza týmito alkalickými činidlami, je neutralizovaný a pri vypúšťaní do kanalizácie nepredstavuje nebezpečenstvo pre životné prostredie. V Rusku sanitárne normy nevyžadujú neutralizáciu kondenzátu, takže sa jednoducho zhromažďuje v špeciálnej nádrži poskytnutej v konštrukcii kotla a v dôsledku toho sa vypúšťa do kanalizácie v pôvodnej podobe.

V rodinných domoch netreba kyslý kondenzát neutralizovať, pretože to urobia zásadité odpady z domu, ako sú napríklad mydlá, šampóny alebo pracie prášky. Ak by sa však mal kyslý kondenzát odvádzať nevhodnou kanalizáciou, ktorú kyselina poškodzuje (napríklad kameninovým kanálom), kanalizácia dlho nevydrží. Odvod kondenzátu do kanalizácie sa realizuje cez sifón, oddeľujúci spaľovaciu komoru od okolia kotla.

Účinnosť kondenzačného kotla

Kondenzačné kotly majú pomerne závažný faktor účinnosti, ktorý je takmer 96 %. Zatiaľ čo v bežných kotloch dosahuje účinnosť len ťažko 85 %. Často sa verí, že kondenzačné plynové kotly majú neuveriteľnú účinnosť, ktorá dokonca presahuje 100%. Samozrejme, že to nie je "perpetuum mobile", známe fyzikálne zákony fungujú všade a zatiaľ ich nikto nezrušil. Takéto vyhlásenia výrobcov nie sú ničím iným ako marketingom.

Kondenzačný kotol môže mať účinnosť aj nad 100 %, ak sa však pristupuje k otázke hodnotenia efektívnosti so všetkou objektivitou, potom sa dostaneme niekde na 95 % účinnosť. Tento indikátor do značnej miery závisí od podmienok používania tohto zariadenia.

Ako je možné, že sa spomína účinnosť nad 100%? V klasických kotloch sa neuvažovalo s využitím tepla z vodnej pary, ale len s tzv. citeľným teplom, daným teplotou spalín. Toto teplo, ako výhrevnosť paliva, tvorilo základňu 100 %. Účinnosť klasického kotla dosahovala okolo 94 %. Vodná para v spalinách zo zemného plynu obsahuje ďalších 11 % tepla, ktoré je možné využiť kondenzovaním pary, ktorá odovzdá toto teplo vykurovacej vode. Kondenzačné plynové kotly využívajú pri svojej práci energiu latentnú pri kondenzácii vodných pár, preto ich účinnosť v porovnaní s účinnosťou bežných kotlov presahuje 100% z pohľadu "citeľného tepla". Ak by sa zvolilo ako základňu 100% celkové teplo v spalinách (tzv. spalné teplo), účinnosť kondenzačného kotla dosahuje až 98%.

Zostávajúce 2 % sa stratia spalinami, sálaním kotla a v odvádzanom kondenzáte. Využitie energie obsiahnutej v plyne je teda oproti iným kotlom veľmi vysoké.

Výhody a nevýhody kondenzačných kotlov

Kondenzačný kotol má oproti tradičným podstatne viac výhod, čo vysvetľuje vyššie náklady. Inými slovami, vyššia cena bude v blízkej budúcnosti kompenzovaná formou nižšej spotreby plynu.

Výhody kondenzačného kotla

• Vysoká účinnosť: Účinnosť v kotloch často presahuje obvyklých 100 % (merané voči výhrevnosti), ďalšie percentá sa získavajú ochladením spalín a kondenzáciou pary v druhej časti výmenníka tepla. Vďaka tomu dochádza k výraznej úspore spotreby energie, ktorá dosahuje 35 %.
• Tichá prevádzka: Kotly majú veľmi nízku hladinu hluku, čo zvyšuje úroveň komfortu.
• Ohľaduplnosť k životnému prostrediu: V porovnaní s konvekčnými kotlami sa škodlivé emisie znižujú o 80 %.

Nevýhody kondenzačného kotla

• Vysoká cena: Cena bude v porovnaní s tradičnými kotlami vyššia o 30-50 %.
• Likvidácia kondenzátu: Potreba likvidácie kondenzátu nie je celkom nevýhodou; pre kotly s výkonom nižším ako 28 kW je možný odtok do kanalizácie bez neutralizácie v rodinných domoch.
• Strata účinnosti vo vysokoteplotných systémoch: Pri vysokoteplotných aplikáciách, kde je teplota na výstupe a spiatočke 80/60 °C, indikátory účinnosti klesnú na 98-99 %.

Usporiadanie hlavných jednotiek kondenzačného kotla

Vnútorná konštrukcia kondenzačného kotla s funkciou ohrievania teplej vody je do istej miery podobná podobnej jednotke konvekčného typu. Rovnako ako iné typy má všetky hlavné zariadenia vo forme vykurovacieho okruhu vykurovacieho prostriedku a okruhu dodávky teplej vody, plynového zariadenia a ovládacej dosky. Okrem toho však existujú ďalšie jednotky, ktoré umožňujú implementáciu schémy kondenzačného vykurovania v praxi. Kompletný zoznam kondenzačných kotlov vyzerá takto:

• Uzavretá spaľovacia komora;
• Plynový horák;
• Výmenník tepla spaľovacej komory na vykurovanie;
• Výmenník tepla spaľovacej komory na dodávku teplej vody;
• Kondenzačná komora;
• Výmenník tepla kondenzačnej komory pre systém dodávky teplej vody a vykurovacieho systému;
• Komín;
• Turbíny na vstrekovanie vzduchu do spaľovacej komory;
• Turbíny na odvod spalín;
• Lapač kondenzátu s odtokovým potrubím do kanalizácie alebo prídavným blokom na zachytávanie katalyzátora s neutralizátorom;
• Obehové čerpadlo;
• Plynové zariadenie;
• Riadiaci panel;
• Zabezpečovacie zariadenia;
• Elektrické zariadenie.

Typy komínov pre kondenzačné kotly

Odstraňovanie výfukových plynov a prívod vzduchu do spaľovacej komory v kondenzačnom kotle sa vykonáva násilne, pretože kotly tohto typu majú uzavretú spaľovaciu komoru. Kondenzátory sú celkom bezpečné, pretože na ich použitie nepotrebujú tradičný komín. Kotly tohto typu používajú koaxiálny alebo dvojrúrkový dymovod. Tieto systémy sú vyrobené z plastu, pretože kondenzačná nádrž má zanedbateľnú teplotu produktu spaľovania. Použitie lacných materiálov pri výrobe systémov na odvod dymu môže výrazne znížiť náklady na kotol.

Spalinovod kondenzačného kotla musí odolávať agresívnemu kondenzátu, ktorý sa tvorí ďalej aj mimo kotla, na chladnejších stenách spalinového potrubia. Z dôvodu bezpečnosti prevádzky aj obyvateľov domu sa majú používať len certifikované spalinovody. Existujú tri hlavné konštrukčné typy komínov, z ktorých každý má špecifickú oblasť použitia:

1. Jednoplášťový
2. Dvojstenný (sendvič)
3. Koaxiálny

Jednoplášťový komín

Už z názvu je zrejmé, že ide iba o rúry a tvarovky vyrobené z príslušného materiálu. Môže sa používať iba v interiéroch alebo v tepelne izolovaných kanáloch (napríklad komíny počas rekonštrukcie). Zvyčajne sa používa na emisie spalín, keď je vzduch nasávaný z kotolne. Často sa tiež používa na výrobu kanála na prívod spaľovacieho vzduchu z ulice. Jednoplášťové komíny sa nikdy nemôžu používať vonku. Hlavným problémom je neustále vytváranie kondenzátu v kanáli a veľké nebezpečenstvo zamrznutia kvapaliny vo vnútri komína.

Dvojplášťový komín (sendvič)

Prvky tohto typu komína pozostávajú z dvoch sústredných rúrok rôznych priemerov, ktorých priestor je vyplnený tepelnoizolačným materiálom, zvyčajne nehorľavou kamennou vlnou. Na vonkajšiu rúru nie sú kladené žiadne špeciálne požiadavky na odolnosť voči kyselinám a teplu, je potrebná iba odolnosť proti atmosférickým podmienkam a mechanická pevnosť. Dvojplášťové komíny je možné použiť v interiéri aj exteriéri. Z dôvodu nízkej teploty spalín a absencie pravdepodobnosti popálenia sa v prípade kondenzačných kotlov zvyčajne vykonáva iba vonkajšia časť komína s dvojstennou možnosťou a pre vnútornú možno použiť jednostenné potrubie.

Koaxiálny komín

Hlavným rysom tohto typu je, že sa používa ako na odvod spalín (cez vnútorné potrubie), tak aj na prívod spaľovacieho vzduchu (cez priestor medzi rúrkami). Preto sa pri jeho použití nevyžaduje neustále zabezpečenie prietoku spaľovacieho vzduchu do kotolne. Prívodný vzduch sa navyše ohrieva spalinami, čím sa zvyšuje celková účinnosť kotolne. Pokladanie koaxiálnych komínov je tiež povolené iba v interiéroch, dĺžka vonkajšej časti v našich podmienkach by nemala byť väčšia ako jeden meter. V chladných zimách je častým problémom hromadenie ľadu na konci komína. Stáva sa to v dôsledku prudkého ochladenia spalín na výstupe pri kontakte so studeným vzduchom vstupujúcim do spaľovania cez medzeru medzi rúrkami.

Optimálne podmienky pre prevádzku kondenzačného kotla

Kondenzačné zariadenia sa veľmi dobre integrujú do nízkoteplotných vykurovacích systémov a vykazujú v týchto systémoch vysokú účinnosť. Je to preto, lebo tieto vykurovacie systémy poskytujú veľmi dobré podmienky pre najlepšiu kondenzáciu. Medzi nízkoteplotné systémy patrí napríklad podlahové alebo stenové vykurovanie, pracujúce s teplotami napríklad 30 až 45 °C. Nízka teplota ochladenej vykurovacej vody, ktorá sa vracia z vykurovacieho systému (tzv. spiatočky), umožní kotlu úspornú kondenzačnú prevádzku.

Ak správne namontujete tandem z kondenzačného kotla plus teplej podlahy, potom v takom prípade nemôžete vôbec používať radiátory. "Teplá podlaha" sa dokonale vyrovná s úlohou vykurovania miestnosti, nie horšie ako systém, ktorý používa radiátory. To všetko vďaka vysokej účinnosti kondenzačného kotla. Pri kombinácii podlahového a radiátorového vykurovania sa odporúča prispôsobiť veľkosť radiátorov a nevytvárať dve zóny s rôznymi teplotnými spádmi. Takýto systém by si vyžadoval vyššiu teplotu vykurovacej vody do radiátorov, teda aj vyššiu teplotu v kotle, čo zhoršuje jeho účinnosť.

Nízkoteplotné systémy podlahového a stenového vykurovania vďaka nízkej teplote vratnej vody zabezpečujú veľmi dobré podmienky pre kondenzáciu počas celej vykurovacej sezóny. Vykurovací systém treba navrhnúť na čo najnižšiu teplotu vykurovacej vody. Ak len vymieňate starý kotol za kondenzačný v staršom dome, môžete ponechať aj doterajšie vykurovacie telesá. Aj keď boli radiátory pôvodne navrhnuté na vyššiu teplotu prívodu a spiatočky, napríklad 90/70 °C, túto vysokú teplotu potrebuje vykurovací systém len pri extrémnych mrazoch. Priemerné vonkajšie teploty počas zimy sú však vyššie, preto stačí aj nižšia teplota vykurovacej vody. Kondenzačný kotol tak bude počas väčšiny vykurovacej sezóny fungovať s vysokou účinnosťou.

Riadiace systémy kondenzačných kotlov

Jedným z hlavných rozdielov, ktorý rozlišuje dnes predávané kondenzačné kotly, je systém riadenia a regulácie. Klasické kotly nepotrebovali zložitú reguláciu; jednoduchý termostat zapínal a vypínal kotol a udržiaval ho na nastavenej teplote vykurovacej vody. Tá bola vždy vyššia, aby nedochádzalo ku kondenzácii. Efektivitu je možné zvýšiť aj pomocou automatizácie „závislej od počasia“. Pomocou tohto zariadenia je možné dosiahnuť diferencované riadenie kotla na základe priemernej dennej teploty.

Moderné riadiace systémy môžu zahŕňať aj ohrev pitnej vody, ohrev vody v bazéne, dodávku tepla pre vzduchotechniku a riadenie solárneho systému alebo vetracieho systému. Moderný digitálny regulátor umožňuje užívateľom nastaviť optimálny časový program, ktorý automaticky upravuje teplotu vykurovacej vody podľa vonkajšej teploty a dokáže prispôsobiť prevádzku systému vplyvom slnečného žiarenia, vetra alebo počtu osôb v dome. Regulátor býva spravidla inštalovaný v referenčnej miestnosti, kde sa často zdržiavate a podľa ktorej sa bude riadiť teplota v celom dome. Treba dať pozor na iné zdroje tepla alebo chladu, nemali by byť v jeho blízkosti.

Riadiaci systém sa podieľa podstatným spôsobom na hospodárnosti prevádzky, tu rozhodne netreba šetriť. Ekvitermická regulácia nastavuje teplotu vykurovacej vody automaticky. Využíva na to údaj o aktuálnej vnútornej teplote, vonkajšej teplote zo snímača na severnej strane domu a údaje z vopred nastavenej ekvitermickej krivky. Jej úlohou je regulovať teplotu výstupnej vody z kotla, v závislosti od vonkajších poveternostných vplyvov. Ak je vonku teplejšie, kotol teplotu vykurovacej vody automaticky zníži, avšak iba do takej miery, aby ostala zachovaná tepelná pohoda v interiéri.

Pri súčasnom rozvoji informačných technológií sa aj vo vykurovaní stupňujú požiadavky na pohodlné sledovanie prevádzky vykurovacieho systému. Riadiace systémy vykurovania už majú k dispozícii moduly na komunikáciu a vzdialenú správu. Pomocou smart zariadení sa cez internet jednoducho pripojíte na regulátor vykurovania alebo priamo na kotol a môžete tak na diaľku vykonávať zmeny v nastaveniach.

Typy a inštalácia kondenzačných kotlov

Kondenzačný kotol je jednou z možností ako zabezpečiť v dome teplo na vykurovanie, ohrev vody, ale napríklad aj na ohrev vody v bazéne, či vzduchu vo vzduchotechnickom zariadení. Kondenzačné plynové jednotky majú rôzne účely, a preto sú dvojokruhové alebo jednokruhové. Rovnako ako tradičné plynové kotly existuje niekoľko typov kondenzačných kotlov:

• Prvým typom sú podlahové kotly. "Napolniki" majú vyšší výkon, ktorý niekedy dosahuje 320 kW a viac.
• Druhým typom sú nástenné kotly, ktorých výkon je až 120 kW. Kondenzačné kotly do rodinných domov sú konštruované najčastejšie ako závesné kotly, sú kompaktné a nenáročné na priestor.

Ak je potrebné zvýšiť výkon, je možné kombinovať niekoľko vykurovacích kotlov do jedného vykurovacieho klastra. Niektoré kondenzačné kotly môžete zapojiť do kaskády od 2 ks, aby ste dosiahli vyšší vykurovací výkon (používa sa od stoviek kW). Moderné kotly využívajú na znižovanie výkonu v prípade nižších požiadaviek na teplo tzv. výkonovú moduláciu. Vďaka tomu regulujú svoj vykurovací výkon podľa aktuálnej vonkajšej teploty a potreby vykurovacieho systému, bez potreby cyklovania, t. j. opakovaného zapínania a vypínania ohrevu. Dobrý kotol by mal byť schopný plynule regulovať svoj výkon v čo najväčšom rozsahu, napríklad od 10 do 100 % menovitého výkonu.

Proces inštalácie

Montáž technických zariadení domu má svoj postup a následnosť jednotlivých krokov. Môže sa začať po uzavretí hrubej stavby oknami a dverami. Ako prvé sa v hrubej stavbe inštalujú rozvody vykurovania, vrátane skriniek a rozdeľovačov podlahového vykurovania, rozvody plynu a zdravotechniky - studenej a ohriatej vody a cirkulácie. Následne sa vyhotoví elektroinštalácia na pripojenie elektrických komponentov systému. Nesmie sa na nič zabudnúť, dodatočná montáž po vyhotovení omietok je už veľmi nepríjemná. Vyhotoví sa kabeláž na pripojenie vonkajšieho snímača, prípadne snímača teploty vody slnečných kolektorov či teploty vody vo vonkajšom bazéne a tiež diaľkového ovládača.

Ak nie je k dispozícii plynová prípojka, alternatívou je tepelné čerpadlo alebo kotol na biomasu. Pri výbere kotla by ste mali siahnuť po overenom výrobcovi s dobrou servisnou podporou.

tags: #kolko #vody #vyprodukuje #kotol