Komplexný sprievodca kotlami na drevnú štiepku: Efektívne a ekologické vykurovanie

Vykurovanie biomasou si v ostatných rokoch aj na Slovensku nachádza svoje pevné miesto. Tento moderný, ekologicky a ekonomicky výhodný zdroj tepla je ideálny pre vykurovanie novostavieb, ale aj starších a zrekonštruovaných budov, či už v meste alebo na vidieku. Pri riešení otázky spôsobu vykurovania budovy a výbere zdroja tepla stoja na jednej strane predstavy a požiadavky investora a na druhej strane priestorové možnosti, dostupnosť paliva, technické vlastnosti a možnosti technologického zariadenia.

Drevná štiepka je prírodné palivo vyrobené z odpadového dreva s vynikajúcou výhrevnosťou. Jej tepelná účinnosť je výborná v kombinácii s pohodlným spôsobom vykurovania. Kotol na drevnú štiepku patrí medzi najekonomickejšie spôsoby vykurovania, pričom štiepka je obnoviteľný zdroj energie. Pri použití kotla na štiepku sa navyše nemusíte spoliehať na dodávky plynu alebo elektriny.

Technologický opis moderného kotla na drevnú štiepku

Moderné kotly na drevnú štiepku sú navrhnuté pre maximálnu efektivitu a spoľahlivosť. Zariadenie sa typicky skladá z vodorúrkovej spaľovacej komory umiestnenej nad upraveným posuvným roštom a žiarotrubného vertikálneho výmenníka.

• Spaľovacia komora: Spaľovacia komora je vodorúrkovo-membránová, čo prispieva k efektívnemu prenosu tepla.
• Podávanie paliva: Predná časť kotla je vybavená vstupným hrdlom pre palivo, ktoré je nad prednú časť roštu pretláčané pomocou hydraulického podávača. Vstupné hrdlo je vyhrievané vykurovacou vodou, čo slúži na predsušenie paliva a optimalizáciu spaľovacieho procesu.
• Odvod spalín: Spaliny vystupujú zo spaľovacej komory a vstupujú dolu do vertikálneho spalinového výmenníka. Výstupný otvor pre spaliny z výmenníka sa nachádza hore a je možné prispôsobiť jeho polohu podľa projektu kotolne.
• Odpopolnenie: Na konci roštu je umiestnená závitovka pre popoloviny, ktorá automaticky vynáša popol z topeniska.
• Kompletná dodávka: Kotol je dodávaný s kompletným výstrojom vrátane izolácie a oplechovania, čo zabezpečuje jeho okamžitú pripravenosť na inštaláciu.

Palivo pre kotly na drevnú štiepku

Ako palivo slúži drevná biomasa, ktorá môže byť zmesou pilín, odrezkov, kôry, drevnej štiepky, hoblín a podobne. Dôležité je, aby palivo malo minimálnu výhrevnosť 10,1 MJ/kg a vlhkosť do 40%. Vhodnými drevinami sú napríklad buk, breza, dub alebo smrek. Obsah nespáliteľných látok, ako je prach alebo piesok, by nemal presiahnuť 0,4%. Veľkosť drevného odpadu by mala byť do max. Ø 40 mm a dĺžky do 100 mm.

Výhrevnosť drevnej štiepky závisí od obsahu vody. Suchá štiepka má obsah vody okolo 25 až 30%, zatiaľ čo mokrá štiepka má 30 až 40%. Čím menej vody, tým lepšia výhrevnosť a viac energie z nej získate. Príprava suchej štiepky je však energeticky a časovo náročnejšia, čo sa odráža aj na jej vyššej cene.

Tabuľka 1: Porovnanie palív z biomasy

Doprava paliva a skladovanie

Drevná štiepka sa skladuje v silách alebo samostatných miestnostiach hneď vedľa kotla. Konštrukčné riešenia skladových priestorov musia zohľadňovať obsah vody v štiepke, jej objemovú hmotnosť a maximálnu dobu skladovateľnosti.

Systémy vynášania paliva zo skladu

• Vynášanie zo sila: Vyprázdňovanie sila je vykonávané pomocou striedavého pohybu axiálne vedenej posúvacej tyče, ktorá je vybavená väčším počtom vynášacích klinov. Posúvacia tyč je poháňaná pomocou hydraulického valca. Konštrukčne je zaistené, aby kliny na posuvných tyčiach pri pohybe v smere na prepadnutie do hydraulického podávača priberali palivo nachádzajúce sa v sile a pri pohybe v protismere palivo podchádzali. Týmto spôsobom sa palivo dostáva k priečne sa nachádzajúcemu hydraulickému podávaču, kde je zbierané a ďalej dopravované do topeniska kotla.
• Hydraulický podávač: Podávač funguje na rovnakom princípe ako vynášanie zo sila a je začlenený do regulačného okruhu kotla. Je zapínaný alebo vypínaný v závislosti od odberu tepla z kotla (v závislosti od výstupnej teploty vody z kotla).

Výhodou tohto systému je, že na dvoch miestach - v stene medzi priestorom sila a priestorom kotla a medzi doplňovaním paliva a ohniskom - dochádza k úplnému oddeleniu toku paliva, čo zvyšuje bezpečnosť prevádzky.

V skladoch paliva pre štiepku sa najčastejšie realizujú takzvané posuvné podlahy. Na podlahe týchto miestností sa väčšinou nachádza miešadlo s plochými ramenami, ktoré zhŕňa štiepku do závitovkového podávača osadeného pod miešadlom a dopravuje štiepku priamo do kotla. Pred kotlom je väčšinou bezpečnostný jednokomorový dávkovač paliva, ktorý zabezpečuje maximálnu ochranu proti spätnému vznieteniu a dávkuje palivo priamo na rošt spaľovacej komory kotla.

Riadenie a regulácia kotla

Prevádzka moderných zariadení na spaľovanie biomasy je dnes plne automatická, s minimálnymi požiadavkami na obsluhu a údržbu. Automatická regulácia výkonu je skoková s plynulým prechádzaním. Je určovaná hodnotou podtlaku v spaľovacej komore a počtom dávok paliva do topeniska v závislosti od výstupnej teploty vody z kotla.

• Sekundárny ventilátor: Chod sekundárneho ventilátora je riadený frekvenčným meničom otáčok v závislosti od % O2 v spalinách, čím sa optimalizuje spaľovací proces.
• Spalinový ventilátor: Spalinový ventilátor na odťahu spalín reguluje nastavený podtlak v komore, taktiež pomocou frekvenčného meniča otáčok.
• Lambda sonda: Moderné zariadenia sa dnes už štandardne vybavujú lambda sondou. Je to šikovný prvok, vďaka ktorému vie kotol vyhodnotiť, či je množstvo dodávaného spaľovacieho vzduchu optimálne. Ak elektronika kotla cez lambda sondu zistí, že je spaľovacieho vzduchu priveľa, dá pokyn ventilátoru, ktorý riadi prísun sekundárneho vzduchu, aby ubral z otáčok, čím sa predchádza energetickým stratám.
• Akumulačná nádoba: Na zvýšenie efektívnosti prevádzky sa využíva akumulačná nádoba v systéme vykurovania. Jej úlohou je uskladniť prebytočné množstvo tepla z kotla a ponúknuť ho na využitie v čase, kedy je to potrebné. Kotol nabije akumulačnú nádobu a prejde do útlmu, čím sa chráni pred nízkoteplotnou koróziou a zabezpečuje stabilné dodávky tepla.

Spaľovací proces riadi elektronická regulácia, výkon kotla sa automaticky prispôsobuje potrebe tepla. V celom regulačnom rozsahu kotla (väčšinou v rozsahu 30 až 100 % menovitého výkonu) je spaľovanie konštantne mimoriadne účinné a zariadenia dosahujú nízke hodnoty emisií aj pri čiastočnom zaťažení.

Odpopolnenie a čistenie kotla

Popol je z topeniska vynášaný automaticky pomocou priečneho závitového dopravníka umiestneného v zadnej časti topeniska. Čistenie výhrevných plôch je mechanické pomocou špeciálnych kief. Pre vyberanie popola sú zabudované ľahko demontovateľné dvierka a vráta, čo uľahčuje údržbu. Pri plnoautomatických funkciách čistenia znížite náklady za manuálne čistenie na jeden až dvakrát ročne.

Pokročilé technológie spaľovania a účinnosť

Vďaka kombinácii rôznych typov spaľovania dochádza k dokonalému využitiu a vyhoreniu paliva. Niektoré kotly, ako napríklad teplovodný kotol KTP 25, využívajú dvojité (dvojstupňové) spaľovanie - cca 80% splyňovanie a cca 20% klasické odhorievanie. V drevosplyňovacích kotloch sa pevné palivo mení na plynné, ktoré sa následne spaľuje v horáku s núteným obehom vzduchu. Horenie je dvojfázové, čo vedie k úspore paliva rádovo 40% a k nízkym emisiám spalín.

Drevosplyňovací kotol sa skladá z dvoch nad sebou uložených spaľovacích komôr. Najprv dôjde v primárnej spaľovacej komore k primárnemu spaľovaniu - splyňovaniu, čiže uvoľňovaniu plynných horľavých zložiek z dreva. Vznikajúce drevné plyny sa nasávajú do horáka sekundárnej spaľovacej komory, kde optimálne prehoria pri vysokej teplote s primiešaným sekundárnym vzduchom (vzduch sa obvykle predohrieva). Tieto kotly dosahujú vysokú účinnosť až do 90%.

Kondenzačné kotly na biomasu

Kondenzačný kotol na biomasu je zostavený špeciálnou technológiou, ktorá dokáže využiť energiu z paliva dvakrát. Prvýkrát počas klasického horenia a druhýkrát získa energiu zo spalín. Skôr ako odídu spaliny hore komínom, dochádza k ich ochladzovaniu dovtedy, kým neskondenzujú. Pri tomto schladení (skvapalnení vodnej pary) sa uvoľní ďalšie teplo, ktoré sa využije na vykurovanie. Touto technológiou môže účinnosť presiahnuť 106%.

Výber a aplikácia kotla na drevnú štiepku

Pred výberom najvhodnejšieho riešenia je potrebné analyzovať všetky dostupné možnosti a zvoliť ten najvhodnejší spôsob, ktorý bude pre danú budovu výhodný tak z technologického, ako aj z ekonomického hľadiska.

Voľba paliva a výkonu

Prvou otázkou, od ktorej sa odvíja všetko ostatné, je otázka voľby paliva. V prípade nábytkárskych a drevospracujúcich firiem je to jasné - odpad z vlastnej výroby. V ostatných prípadoch stojí investor pred otázkou, ktoré palivo je preňho najvhodnejšie. V týchto prípadoch treba zvážiť dostupnosť paliva v regióne, jeho logistiku a priestorové možnosti na uskladnenie.

Aký výkon kotla na biomasu zvoliť? Závisí od toho, či potrebujete vymeniť starý kotol za nový alebo máte nový objekt. V prvom prípade môžeme vychádzať z toho, že nový kotol bude mať zhruba rovnaký výkon ako pôvodný zdroj tepla. V prípade potreby sú odborníci k dispozícii pre odporučenie vhodného typu a výkonu kotla, ako aj riešenia skladových priestorov či ďalšieho príslušenstva.

Typ vykurovania a jeho efektívnosť

Z pohľadu využitia kotla na biomasu je typ vykurovania v podstate jedno. V oboch prípadoch (vysokoteplotné aj nízkoteplotné systémy) si kotly urobia svoju prácu efektívne. Pokiaľ však máte na výber, rozhodne je nízkoteplotné vykurovanie lepšou voľbou. Stačí zohriať vykurovaciu vodu na nižšiu teplotu, čím výrazne šetríte na nákladoch na vykurovanie. Navyše komfort, ktorý pri využití napríklad podlahového vykurovania získate, je na nezaplatenie.

Uplatnenie kotlov na drevnú štiepku

Kotol na drevnú štiepku sa v súčasnosti stáva populárnou voľbou nielen pre slovenské domácnosti, ale aj pre firmy a prevádzky. Môže efektívne spaľovať palivo rôznej granulácie, vrátane peliet, zrna, agropeliet, peliet z trávy a slamy, slnečnicových šupiek, drevnej štiepky, pilín, brikiet, ovocných kostok, brikiet zo slamy a iných.

• Rodinné domy: Najmä v prípade menších budov sa treba uvedomiť, že zariadenia s menším výkonom sú citlivejšie na kvalitu drevnej štiepky, čo sa týka frakcie a vlhkosti. Drevná štiepka vzhľadom na svoje vlastnosti vyžaduje väčšie skladovacie priestory, respektíve častejšie plnenie skladu ako pelety. Aj keď existujú výnimky (napr. 20 kW kotol na štiepku v novostavbe rodinného domu), v rodinných domoch sa častejšie používajú kotly na pelety.
• Väčšie objekty a priemysel: V prípade kotlov s vyšším výkonom (pre firmy, školy, nemocnice, výrobné haly, či teplárne) argumenty ohľadom priestorovej náročnosti štiepky zväčša strácajú na význame. Do popredia vystupuje skôr otázka palivových nákladov, z hľadiska ktorých vychádza drevná štiepka (podľa vlhkosti a výhrevnosti) v porovnaní s peletami 2- až 4-krát lacnejšie.
• Verejné a komerčné budovy: Drevnou štiepkou alebo peletami možno vykurovať aj budovy občianskej vybavenosti (školy, MŠ, domovy sociálnych služieb, obecné úrady, fary) a hotely a penzióny (s výkonom od 50 do 500 kW).
• Centralizované zásobovanie teplom: V prípade kotolní slúžiacich na centralizované zásobovanie teplom sa najčastejšie využíva ako palivo drevná štiepka s väčšou frakciou (G50, G100) a s vlhkosťou až do 50%.

Moderné funkcie a automatizácia

Moderné kotly na drevnú štiepku ponúkajú vysokú mieru komfortu a automatizácie, čo značne znižuje potrebu manuálnej obsluhy. Príkladom je automatický hybridný kotol, ktorý nielenže ponúka efektívne kúrenie, ale aj pohodlné čistenie. K jeho prednostiam patrí pohodlné ovládanie funkcií z vášho telefónu či počítača.

HERZ poskytuje pri viacerých kotloch už aj možnosť diaľkového monitorovania kotla cez intuitívnu aplikáciu. Prostredníctvom nej môžete sledovať a meniť nastavenia kotla na tuhé palivo prakticky odkiaľkoľvek. Tieto zautomatizované funkcie šetria čas a frekvencia vyžadovanej manuálnej práce sa znižuje niekoľkonásobne.

Miniserver systému Loxone si vymieňa dáta priamo s kotlom cez rozhranie ModbusTCP, čo umožňuje komplexné inteligentné riadenie vykurovania.

tags: #kotol #na #stiepku #konmet