Plynové kondenzační kotle

Základy kondenzační techniky

Kondenzační technika zaujímá v moderní tepelné technice vysokou důležitost a mezi plynovými kotli má naprosto dominantní postavení.

Její jednoznačné přednosti jsou:

efektivní využití energie s vysokou účinností
spolehlivé technické zařízení
nízké hodnoty škodlivých emisí
možnost variabilního vedení spalin

Teoretická rovnice spalování

Při spalování zemního plynu vzniká dle fyzikální rovnice spalování oxid uhličitý CO2 a voda H2O. Takto vzniklá voda se vyskytuje ve spalinách v podobě páry, která odchází kouřovodem. Spaliny s sebou nesou část schované tepelné energie tzv. latentní teplo. Připomeňme si některé základní teoretické principy a zákonitosti, z nichž kondenzační technika vychází. U konvenčních zařízení uteče tato část schované energie (latentní teplo) nevyužitě kouřovodem do atmosféry.

V kondenzační technice je pomocí speciálního výměníku a příslušných teplotních podmínek umožněno maximálně využít teploty spalin tak, že vodní pára v nich obsažená předá teplo a změní skupenství - využije se latentní teplo. Změnou skupenství páry ve spalinách se uvolní část energie - teoreticky max. až 11 % tepelné energie navíc, která může být využita k ohřevu otopné vody a podstatně zvýšit účinnost přístroje.

Porovnání teplot systémů

Kondenzační zařízení využívá latentní teplo. Vlivem klesající spotřeby tepla budov a při zvětšujících se otopných plochách i klesajících teplotách systému, má využití kondenzační techniky řadu výhod. Ideální jsou projekční řešení 40/30 °C nebo 55/45 °C. V těchto případech leží náběhová teplota a především vratná teplota stále pod teplotou rosného bodu. Trvale je zaručena plná efektivnost kondenzační techniky. Toto však samozřejmě vyžaduje větší otopné plochy (podlahové vytápění, velké plochy topných těles). Při řešení 75/60 °C je efektivnost kondenzační techniky částečně omezena. Při nízkých venkovních teplotách (teoreticky -11,5 °C) překračuje vratná teplota topného systému rosný bod. Nenastává již kondenzace. Procentuální podíl těchto studených dní je ovšem malý (přibližně 3 % dní v roce) a proto je využití kondenzační techniky nepatrně omezeno, přesto je vhodné i při těchto teplotních spádech kondenzační techniku využívat. U řešení 90/70 °C se toto omezení projevuje mnohem výrazněji. Již při teoretické venkovní teplotě -2,5 °C nedochází ke kondenzaci. Tento případ však můžeme opomenout, neboť se stále více používají nízkoteplotní topná zařízení a tyto systémové teploty (90/70 °C) se vyskytují v praxi již jen zřídka.

Účinnost vs Normovaný stupeň využití

Jako základní bod uvedení účinnosti slouží výhřevnost. Výhřevnost je stanovená jako 100 %. Ve spalinách vzniklých při spalování zemního plynu činí uvolňující se energie zkondenzováním vodních par maximálně 11 % (vztaženo k výhřevnosti Hi). U zemního plynu je proto pro spalné teplo (Hs) udávána jako teoretická maximální hodnota 111 %. Kondenzační zařízení vykazují účinnost přes 100 %. Samozřejmě nejde o žádné „Perpetum mobile“, ale je nutno vyjasnit zavedené pojmy. Pro tepelnou hodnotu jsou zavedeny dva údaje - výhřevnost (Hi) a spalné teplo (Hs). Výhřevnost Hi v kWh/m3 je množství tepla, které energii obsaženou ve vodní páře spalin nezohledňuje, neboť u klasických konvenčních zařízení odchází toto množství tepla komínem do ovzduší. Přesně jde o teplo uvolněné při úplném spalování 1 m3 plynu, když při spalování vzniklá vodní pára odchází nevyužitá přes komín. Spalné teplo Hs v kWh/m3 představuje veškeré množství tepla vzniklé spálením, tzn. i ve vodní páře vázané tzv. latentní (necitelné) teplo. Přesně jde o teplo uvolněné při úplném spalování 1 m3 plynu, přičemž vodní pára vzniklá při spalování zkondenzuje a je k dispozici v tekutém stavu. Právě z výhřevnosti se počítá vždy účinnost spalovacích zařízení, a proto se z ní vychází i u kondenzační techniky. Fyzikálně správně bychom účinnost mohli stanovovat ze spalného tepla jako jakousi účinnost absolutní, ale vychází z výhřevnosti a proto se ze spalného tepla stanovuje tzv. Normovaný stupeň využití a ten bývá u kondenzační techniky nad 100 % a často je zaměňován za hodnotu nazvanou Účinnost.

Jak funguje kondenzační kotel

Základem fungování plynového topení je zdroj energie – tedy přívod plynu. Ten může být zajištěn buď napojením na plynovou síť nebo pomocí zásobníku na zkapalněný plyn. Jako palivo se používá většinou zemní plyn nebo propan. Plyn se v kotli spaluje za přívodu venkovního vzduchu a vzniklé teplo se využívá pro vytápění i ohřev teplé vody. Spaliny jsou odváděny speciálním odvodem spalin určeným pro plynové kotle a ohřívače.