přeskočit na hlavní obsah

Topenářský axiom konečně prolomen! Spalování biomasy v teplovodních krbech (1/2)

/up/images/featured/images/spalovani_biomasy_teplovodne_kotle.png

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.

* 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!

Petr Měchura

zdroj: biom.cz­

Líbil se vám článek?

ano: 266     ne: 241

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb