Kondenzačný kotol: Efektívny prívod vzduchu a odvod spalín pre úsporné vykurovanie

Úvod do kondenzačnej technológie

Kondenzačné kotly sú dnes najúspornejšou alternatívou pri vykurovaní zemným plynom. Hneď na začiatku treba zdôrazniť, že pri výbere zariadenia je výhodné preferovať kondenzačný kotol. Tradičnými „nekondenzačnými“ kotlami totiž vyhadzujeme peniaze hore komínom. V tradičnom plynovom kotle vznikala tepelná energia v procese spaľovania plynu, po ktorom spaliny unikali do atmosféry. Tieto spaliny boli samy o sebe tiež nosičom tepla, pretože mali teplotu často vyššiu než 100-110 °C. Klasické kotly neochladia spaliny na teplotu pod rosný bod, vodná para s vysokou energiou tak uniká bez využitia komínom.

Tak vznikla technológia kondenzácie, ktorá spočíva v tom, že v rámci jedného vykurovacieho zariadenia, kotla malých rozmerov a cenovo dostupného pre väčšinu populácie, okrem spaľovania plynu (a získavania týmto spôsobom tepelnej energie) dochádza aj k skvapalňovaniu spalín pomocou vody, ktorá tiež zvyšuje svoju teplotu vďaka tomuto procesu. Týmto spôsobom dochádza k výmene tepla medzi vodou a spalinami plynu, výsledkom čoho spaliny už nemajú tak vysokú teplotu ako pri tradičných kotloch. Pri kondenzačných kotloch majú spaliny, ktoré vychádzajú z komína, teplotu len medzi 35 a 50 °C (čo je ekologickejšie a poteší to priaznivcov teórie, že ľudia prispievajú k otepľovaniu klímy). Vďaka zisku tepla zo spalín kotol spotrebuje menej plynu na dosiahnutie rovnakých výsledkov, pretože toto teplo je priamo využívané na ohrev vody. Tento úsporný efekt sa prejaví na peňaženke. V praxi je spotreba paliva pri porovnaní s kotlom starého typu pri kondenzačnom kotle o približne 15-20 % nižšia.

Kondenzáciu a teda účinnosť kotla môžeme ešte zlepšiť niektorými opatreniami. Tradičné plynové kotly mali v najlepších, učebnicových podmienkach dosahovať účinnosť, ktorá bola koncom 20. storočia označovaná konvenčne ako 100 %. V praxi však ich účinnosť len zriedka dosahovala týchto 100 % a pohybovala sa v rozmedzí 80-90 %.

Princíp fungovania kondenzačných kotlov

Vo vykurovacích kotloch spaľujeme uhľovodíkové palivá, najmä zemný plyn. Vodík v palive zhorí na vodu, ktorá sa do spalín dostane ako vodná para. „V kondenzačných kotloch naopak ochladením spalín vodná para skondenzuje a odovzdá kondenzačné teplo. Je to opačný proces ako pri premene vody na paru varením, skupenské teplo premeny je však rovnaké.“ Moderné kondenzačné kotly majú vo vnútri odolné materiály z ušľachtilej ocele alebo zliatiny hliníka a kremíka. Vykurovacia voda ich ochladzuje pod teplotu tzv. rosného bodu, ktorá je pri zemnom plyne približne 57 °C. Pod touto teplotou para kondenzuje na vodu a odovzdáva pritom do vykurovacej vody kondenzačné teplo. Kondenzačné teplo vodnej pary je rovnako veľké ako výparné teplo vody potrebné na jej vyparenie.

Spálením 1 m3 zemného plynu vznikne teoreticky až 1,6 l kondenzátu, ktorý sa musí odviesť do kanalizácie. Kondenzačný kotol môže mať účinnosť aj nad 100 %, avšak nie je to „perpetuum mobile“. 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 %. Vodná para v spalinách zo zemného plynu obsahuje ďalších 11 % tepla. Môžeme ho využiť kondenzovaním pary, ktorá odovzdá toto teplo vykurovacej vode. Účinnosť kondenzačného kotla je úmerná množstvu vytvoreného kondenzátu na stene výmenníka tepla.

Prívod vzduchu a odvod spalín v kondenzačných kotloch

Kondenzačné kotly - teda s možnosťou kondenzácie, na rozdiel od starších ekvivalentov majú tzv. uzavretú spaľovaciu komoru. To znamená, že vzduch (nevyhnutný pre proces spaľovania) nemôžu nasávať z miestnosti, v ktorej sa nachádzajú, čo mnohí považujú za výhodu. Výhodu - pretože z hľadiska kvality vzduchu v dome je takýto kotol neutrálny, neovplyvňuje jeho kvalitu ani zloženie. Vyžaduje to však prívod vzduchu do komory zvonku budovy, čo sa najčastejšie realizuje cez vetracie kanály. To znamená, že na mieste, kde plánujeme umiestnenie kotla, je potrebné túto možnosť zabezpečiť.

Kondenzačný kotol má vždy ventilátor, preto je vždy vo vyhotovení zjednodušene nazývanom „turbo“. Dôvodom je, že v spaľovacej komore kondenzát prirodzene steká nadol, preto horák musí byť vždy nad komorou a tým aj spaliny prúdia nelogicky a proti termickému účinku nadol. Teplota spalín je nízka, bežne do 50 °C a vyvoláva tým len slabý ťah komína. Spaliny z kondenzačného kotla chladnú a kondenzujú aj ďalej v komíne, preto nemôžeme použiť klasický vyvložkovaný komín. Dôležité je optimálne vyriešiť odvod spalín a prívod vzduchu na spaľovanie. Kotol „turbo“ s ventilátorom umožňuje použiť koncentrické potrubie na odvod spalín a prívod vzduchu na spaľovanie. Neznižuje sa tým teplota miestnosti, keďže nie je ochladzovaná čerstvým vzduchom na spaľovanie. Navyše nám umožňuje získať ďalšie teplo zo spalín ohrevom nasávaného vzduchu po celej dĺžke spalinovodu a zvýšiť tak účinnosť kotla. Vzduch sa privádza do kotla koncentrickým potrubím. Vnútorná rúra odvádza spaliny, vonkajšia rúra privádza vzduch na spaľovanie. 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.

Možnosti inštalácie spalinových systémov

Existuje viacero spôsobov, ako riešiť odvod spalín a prívod vzduchu:

• Odvod spalín spalinovodom v komíne z tvárnic, nasávanie vzduchu z miestnosti (vyžaduje dodatočný prívod vzduchu do miestnosti).
• Odvod spalín z viacerých kotlov spoločným spalinovodom, nasávanie vzduchu zo šachty.
• Odvod spalín a nasávanie vzduchu cez strechu s využitím koncentrického spalinovodu.
• Odvod spalín a nasávanie vzduchu s využitím koncentrického spalinovodu s prestupom cez stenu (iba pri starších stavbách a za určitých podmienok).
• Odvod spalín spalinovodom v šachte a nasávanie vzduchu z komínovej šachty.
• Odvod spalín komínovou šachtou odolnou voči kondenzátu, nasávanie vzduchu z miestnosti.
• Odvod spalín a nasávanie vzduchu s využitím koncentrického spalinovodu umiestneného na fasáde.

Prívod spaľovacieho vzduchu do kotla môže byť riešený závisle alebo nezávisle od vzduchu v miestnosti:

• Závislý prívod: Kotol nasáva okolitý vzduch, preto je potrebný prívod vonkajšieho vzduchu do miestnosti cez neuzatvárateľnú mriežku. Nevýhodou je ochladzovanie interiéru.
• Nezávislý prívod: Vzduch sa privádza do kotla koncentrickým potrubím. Vnútorná rúra odvádza spaliny, vonkajšia rúra privádza vzduch na spaľovanie. Miestnosť sa neochladzuje.

Odvod spalín s vodorovným vyústením na vonkajšej stene sa v novostavbách s kotlami bežnej veľkosti nedá schváliť a skolaudovať. Je ho možné ponechať len pri výmene kotla v starých inštaláciách, ale nie je veľmi vhodný.

Komponenty kondenzačného kotla

Moderný kondenzačný kotol pozostáva z niekoľkých kľúčových komponentov:

• Prívod vzduchu do kotla: Z priestoru kotolne (s prívodom vonkajšieho vzduchu) alebo spoločným koncentrickým potrubím.
• Plynová armatúra: Otvára prívod plynu a dávkuje správne množstvo paliva podľa prietoku spaľovacieho vzduchu.
• Ventilátor: Zabezpečuje prúdenie vzduchu a spalín. Reguláciou otáčok mení prietok vzduchu, čím ovplyvňuje výkon kotla.
• Plynový horák: Ekologické spaľovanie paliva s minimálnou tvorbou škodlivín (CO, NOx).
• Výstup vykurovacej vody: Cez zabudované čerpadlo do vykurovacieho systému.
• Výmenník tepla: Prenos tepla zo spalín do vykurovacej vody. Musí byť odolný voči kyslému kondenzátu (vyrobený z ušľachtilej ocele alebo zliatiny hliníka s kremíkom).
• Vstup vykurovacej vody (spiatočka): Z okruhov spotreby tepla.
• Zberač kondenzátu: Pod spaľovacou komorou, kde steká kondenzát.
• Odvod kondenzátu: Do kanalizácie cez sifón, ktorý oddeľuje spaľovaciu komoru od okolia.
• Riadiaca jednotka: Informuje o stave kotla, riadi jeho činnosť a umožňuje zmenu parametrov.
• Odvod spalín: Cez spalinovod do exteriéru (jednoduchým alebo koncentrickým potrubím).

Regulácia a systémy vykurovania

Pri inštalácii kondenzačného kotla hrá veľmi dôležitú úlohu regulácia systému, ktorá vám zabezpečí komfort bývania aj úsporu paliva. „Neodporúčame zachraňovať staré regulátory, stratíte tak výhody moderných kotlov. Jednoduchý izbový termostat je absolútne nevhodný, kondenzačný kotol nie je žehlička regulovaná systémom „vypni - zapni“. Moderné kondenzačné kotly majú vlastné mikroprocesorové regulácie a vyžadujú adekvátny riadiaci systém vykurovania,“ zdôrazňuje Ladislav Truchlík zo spoločnosti Wolf Slovenská republika. Modulujú tepelný výkon podľa potreby - znižovaním výkonu narastá účinnosť kotla a úspora paliva. Optimálna regulácia výkonu prebieha podľa vonkajšej teploty ako tzv. ekvitermická regulácia, preto potrebuje vonkajší snímač. Riadiaci systém sa podieľa podstatným spôsobom na hospodárnosti prevádzky, tu rozhodne netreba šetriť.

Nízkoteplotné systémy vykurovania, ako podlahové alebo stenové vykurovanie, sú ideálnou voľbou pre kondenzačné kotly. Pracujú s nižšími teplotami vykurovacej vody (napr. 30-45 °C), čo zabezpečuje optimálne podmienky pre kondenzáciu počas celej vykurovacej sezóny. Ak zabezpečíme v spolupráci s vykurovacím systémom čo najnižšiu teplota kotla, zariadenie „vyžmýka“ zo spalín maximum vody. V súvislosti s tým odporúčame vyhnúť sa klasickým radiátorom - potrebujú vyššiu teplotu, teda aj viac paliva. Ak ich už zvolíme, je efektívnejšie predimenzovať ich výhrevnú plochu, aby im stačila nižšia teplota vykurovacej vody. Pri kombinácii podlahového a radiátorového vykurovania sa odporúča prispôsobiť veľkosť radiátorov a nevytvárať dve zóny s rôznymi teplotnými spádmi. Zníženie teploty vody do podlahového vykurovania zabezpečuje zmiešavacia armatúra, ktorá primiešava časť chladnejšej vody zo spiatočky do prívodu vykurovania.

„K úspornej prevádzke prispeje tiež ohrev pitnej vody v kondenzačných kotloch s vrstvovým zásobníkom vody." Kotol si pritom ťahá studenú vodu zdola zásobníka, dosiahne tak veľmi dobré vychladenie spiatočky kotla a kondenzáciu a to počas ohrevu celého objemu nádrže. Ohriata voda v zásobníku poskytuje komfort spočívajúci v stálej teplote vody a bezpečnosť dodávky aj pri špičkových odberoch teplej vody do veľkej vane alebo pri výdatnejšej sprche.

Kombinácia s inými zdrojmi tepla

Veľmi časté rozhodnutie - chceme bezúdržbové vykurovanie, ale obávame sa, že v prípade tuhej zimy bude drahé. Najčastejšie sa v takom prípade delí systém na dve časti, čím sa vytvorí tzv. otvorený a uzavretý systém. V otvorenom systéme by mal zostať kotol na ekouhoľ alebo uhlie a pod., pretože tieto zdroje tepla z mnohých dôvodov bezpečnejšie a lepšie pracujú s otvorenou expanznou nádobou. Podobne sa často odporúča, aby v otvorenej časti systému pracoval krb (ak kombinujeme plynový kotol s krbom s výmenníkom). Prečo práve v otvorenom? Pretože tieto zdroje tepla sú menej regulovateľné. Nemožno ich náhle vypnúť a rýchlo ochladiť, ako napríklad plynový kotol. Základným kritériom pre rozhodnutie, či by mal daný kotol pracovať v uzavretom alebo otvorenom systéme, je odporúčanie výrobcu. Tieto systémy sa spájajú pomocou tzv. DVT, teda doskového výmenníka tepla. Toto zariadenie prenáša teplo z plynového kotla na druhú stranu bez miešania systémov. Okrem toho skráti okruh plynového kotla, čím spôsobí, že sa systém vyrovná z hľadiska tlaku. Ak neexistujú konkrétne dôvody na montáž doskového výmenníka (napr. snaha oddeliť kotol od starej, potenciálne nie veľmi čistej inštalácie, alebo rozdelenie systému kvôli zachovaniu starého kotla na uhlie alebo tuhé palivo v systéme ÚK), možno použiť anuloid, ktorá systém rozdelí, ale umožní miešanie vody.

Solárne systémy sú ekologickým doplnkom ku kondenzačnému kotlu, najmä na ohrev pitnej vody. Optimálne navrhnutý solárny systém pokryje okolo 60 % ročnej potreby tepla na ohrev vody. Zvyšok musí dohriať plynový kotol. Ak má prispievať teplom do vykurovania, plocha kolektorov sa musí zväčšiť aspoň dvojnásobne. V lete tak vzniká prebytok tepla, ktoré sa dá zmysluplne využiť len na ohrev vody vo vonkajšom bazéne.

Bezpečnostné aspekty a údržba

Nevedomosť pri nesprávnom kúrení plynovým kotlom môže mať aj tragické následky. Počas minulej vykurovacej sezóny polícia vyšetrovala viacero otráv oxidom uhoľnatým. „Zmenou počasia došlo k nahromadeniu nebezpečných spalín v obydlí, v niektorých prípadoch s tragickým následkom,“ upozornil Slivka. „Splodiny z kotlov boli odvádzané priamo do komína. Každý dom mal kvalitné plastové okná a dvere. Objekty boli hermeticky uzavreté a pri stúpaní vonkajšieho atmosférického tlaku fungovala fyzika. Splodiny z kotla, ktoré obsahujú oxid uhoľnatý, sa preto hromadili vo vnútri objektov." „Ani v jednom prípade nebol zabezpečený nepretržitý dostatočný prívod vzduchu potrebný na štandardnú prevádzku kotla. Stavebné otvory slúžiace na prívod vzduchu do kotla boli nedostatočné alebo dodatočne zakryté. Rovnako nebezpečné je podľa neho aj nahromadenie vonkajšieho vzduchu v oblasti komína, napríklad, ak vetru stojí v ceste sedlová strecha a komín ju primerane neprevyšuje."

Kľúčovým faktorom pri prevádzke plynových kotlov je preto zabezpečenie nepretržitého a dostatočného prívodu vzduchu na spaľovanie, ako aj správne fungujúci komínový systém. Pri kúrení plynovým kotlom Slivka radí, aby si ľudia skontrolovali, či v miestnosti, kde je plynový kotol, je nepretržitý prívod vzduchu. Ak nie, treba urobiť do steny otvor, prípadne nechať pootvorené okno a zabezpečiť ho pred zlodejmi mrežou.

Kondenzačný kotol sa od klasického zvonka ničím neodlišuje, ale pri pohľade pod povrch nájdeme veľa rozdielov. Kondenzačný kotol má vždy odvod kondenzátu cez sifón brániaci úniku spalín do okolia. V praxi sa stretneme aj s nesprávnym odvodom kondenzátu. „Pri upchatí alebo zamrznutí odpadu potom kondenzát stúpa do kotla a spôsobí jeho poruchu. Do kotla sa môžu pritom vytláčať odpadové vody z kanalizácie, ak je upchatá, preto by sa mal odvod kondenzátu riešiť so sifónom s lievikom aj zo strany kanalizácie.“ Pohľad na odtekajúci kondenzát môže potešiť - predstavuje zachránené teplo zo spalín. Ak nie je v kotolni odpad do kanalizácie, ani neuvažujte nad ručným vynášaním kondenzátu z kotolne - sú to značné množstvá vody. Pomôže čerpadlo na kondenzát s automatickým spínaním plavákovým systémom. Plynový kondenzačný kotol by sa mal servisovať raz ročne. Najlepší čas na servis a opravu plynového vykurovacieho systému je v lete, pred začiatkom novej vykurovacej sezóny.

Ekonomické a environmentálne hľadiská

Samozrejme, novšia technológia vždy znamená vyššie náklady, aspoň v počiatočnej fáze - a tu, bohužiaľ, je kondenzačný kotol približne o 40-60 % drahší. Avšak pri súčasných cenách plynu stojí za zváženie, či je to skutočne úspora, keďže používaním kotla s otvorenou spaľovacou komorou - bez kondenzácie - spotrebujeme ročne o 15-20 % viac paliva. Stále ťažšie je dnes nájsť konvenčné plynové kotly, nekondenzačné. V niektorých krajinách, kvôli neekonomickej spotrebe plynu/paliva, je už zakázané montovať zastarané plynové kotly - na Slovensku ich možno ponúkať, ale týka sa to len skoršej výroby. Zemný plyn je fosílne palivo, ktoré spôsobuje emisie CO2. Vďaka najmodernejšej kondenzačnej technológii znižujú kotly nevyhnutné emisie CO2 na technicky dosiahnuteľné minimum. Metán je preto šetrnejší ako ostatné uhlíkové palivá, má najlepší pomer atómov uhlíka a vodíka (1:4). Ak má váš plynový vykurovací systém už 20 a viac rokov, môže to byť prvý signál, že potrebujete modernizovať vykurovací systém. V novostavbách, ktoré majú v blízkosti prípojku plynu, môže byť kondenzačný kotol jednou z ekonomicky najvýhodnejších možností.

Porovnanie tradičných a kondenzačných kotlov

tags: #kondenzacny #kotol #privod #vzduchu