Kondenzační kotel: na jakou teplotu jej nejlépe nastavit?

Jednou z velkých výhod kondenzačních kotlů je jejich schopnost rekuperovat teplo, které by se jinak ztratilo. Když si přečtete recenze topných kotlů, zjistíte, že ve skutečnosti mají kondenzační kotle účinnost více než 90 %; to znamená, že na ohřev vody se spotřebuje málo energie. Pokud je však váš kotel nastaven na špatnou teplotu, nedosáhnete plné účinnosti, jaká je tedy nejlepší teplota pro kondenzační kotel?

Jednoduchá odpověď zní, že nastavení teploty ústředního topení na přibližně 70 °C a teplé vody na 60 °C by mělo zajistit vašemu kotli nejvyšší úroveň účinnosti, i když to nutně neznamená nejnižší provozní náklady. Chcete-li snížit provozní náklady, budete muset dále snížit teplotu ústředního topení a teplé vody, i když dosažení požadované úrovně je o něco obtížnější. Vše vysvětlíme.

Jak fungují kondenzační kotle

Nejprve je důležité pochopit, jak kondenzační kotel funguje. V tradičním kotli se palivo spaluje k ohřevu vody, ale velká část se ztrácí komínem. Kondenzační kotel má sekundární výměník tepla, který je určen k recirkulaci části tohoto tepla, čímž se zvyšuje účinnost.

Při použití kotle pro ústřední vytápění máte dvě potrubí: přívod a zpátečku. Proud je potrubí vycházející z kotle, které se používá k vytápění vašich radiátorů. Průtokové potrubí prochází hlavním výměníkem tepla kotle a je ohříváno spalováním paliva. To je vlastně stejné pro všechny typy kotlů.

Zpětné potrubí je potrubí, které proudí zpět z vašich radiátorů. Tato voda bude teplá, ale ne tak horká jako proud, protože určité teplo se uvolňuje do vašich pokojů prostřednictvím radiátorů, aby je ohřálo. U kondenzačního kotle jde zpětné potrubí do sekundárního výměníku tepla, který zachycuje teplo ze spalin v komíně.

Tento proces způsobí, že vodní pára ve výfukových plynech kondenzuje a vrací část tepla, které by jinak bylo ztraceno v horní části komína. Tento kondenzát, který je mírně kyselý, je z kotle odváděn potrubím kondenzátu. V ideálním případě by to měl být vnitřní odtokový otvor; Tam, kde je potrubí kondenzátu vedeno ven, hrozí v chladném počasí zamrznutí.

Tento proces pak ohřívá vratné potrubí před jeho odesláním zpět do hlavního generátoru tepla. Prostřednictvím tohoto procesu je odpadní energie recyklována a vratné potrubí vyžaduje méně energie na její zahřátí, protože bylo předehřáto.

Je váš kondenzační kotel v kondenzačním režimu?

Aby kondenzační kotel pracoval s maximální účinností, povrch sekundárního výměníku tepla musí být rovný nebo nižší než teplota rosného bodu použitého paliva. To je teplota, při které se tvoří kapky vody. U kotlů na zemní plyn je rosný bod kolem 55°C. Jinými slovy, teplota vratné vody musí být 55 °C nebo nižší, jinak váš kotel nebude pracovat se špičkovou účinností a nemusí dokonce kondenzovat.

Snížení teploty v systému ústředního vytápění vašeho kotle může pomoci zlepšit jeho účinnost. Kotle budou mít dva ovladače: jeden pro nastavení teploty teplé vody (obvykle indikovaný kohoutkem nebo podobně) a jeden pro nastavení teploty ústředního topení (často indikován ikonou radiátoru). Většina moderních kotlů bude mít na obrazovce značku, která vám ukáže bod, ve kterém se zapne kondenzační režim. Na mém Ideal Logic+ C30 je na číselníku ústředního topení symbol „E“, který odpovídá 68C zobrazenému na obrazovce. Obecně řečeno, ve většině domů by měla být vyžadována teplota ústředního vytápění 70 °C, aby se kotel uvedl do kondenzačního režimu.

Jsou faktory, které to ovlivní. Pokud máte například chytré vytápění s jednotlivými radiátorovými ventily, může se změnit teplota zpátečky. Pokud například vytopíte celý dům s otevřenými ventily, bude vytékat chladnější voda. Pokud máte otevřený pouze jeden ventil radiátoru, bude zpátečka teplejší.

Výhoda vytápění pouze jedné místnosti však znamená, že se váš kotel vypne ještě dříve, takže vaše celková úspora energie bude ještě větší. Pro nejlepší úsporu energie je nejvhodnější termostat a bojler, který může využívat inteligentní systém regulace teploty, protože termostat umožňuje přesněji řídit teplotu vody. Pomocí níže uvedeného průvodce můžete také ušetřit peníze na účtu za vytápění pomocí chytrého vytápění.

A co úspora peněz?

Provoz kotle v kondenzačním režimu zlepšuje účinnost, ale nemusí nutně znamenat, že dosáhnete maximálních úspor. Ve skutečnosti je ekonomičtější provozovat kotel na nejnižší teplotu ústředního vytápění, která stále udržuje příjemnou teplotu ve vašem domě.

Může se to zdát jako špatný nápad, ale provoz kotle na maximální teplotu vytopí váš domov rychleji, ale také se sníží účinnost a spálí mnohem více plynu.

Jak nízko byste tedy měli jít? Tepelné čerpadlo, ekologičtější způsob ohřevu vody, bude fungovat pouze při teplotách mezi 40 °C a 45 °C.

Budete muset nechat více času, aby se vaše místnosti zahřály na tuto teplotu. V závislosti na tom, jak dobře máte dům izolovaný a jak velké máte radiátory, možná zjistíte, že tato nízká teplota pro váš domov nestačí. V takovém případě zkuste zvýšit teplotu o 5°C, abyste zjistili, zda to funguje. Opakujte, dokud nenajdete správnou teplotu pro váš domov, s jediným omezením, které potřebujete, aby byla teplota vašeho kotle nastavena dostatečně nízko, aby fungoval v kondenzačním režimu.

Existuje také mýtus, že je lepší nechat topení neustále zapnuté, aby se v domě udržela teplota, protože je to levnější než chladit dům a pak ho vytápět, když jste uvnitř. To není pravda a mnohem více peněz ušetříte tím, že budete svůj domov vytápět efektivně, když to potřebujete, a vypnete teplo, když to nepotřebujete.

Co takhle horká voda z kohoutku?

Teplota, na kterou by měla být vaše horká voda nastavena, závisí na typu vašeho systému. Je však důležité si uvědomit, že váš kotel nemůže pracovat v režimu kondenzace teplé vody, protože neexistuje žádný zpětný tok, který by vytvořil kondenzační proces. S ohledem na to, pokud máte velký zásobník teplé vody, teplota teplé vody by měla být alespoň 60 °C, protože to je teplota, která zabíjí bakterie legionella.

V malé nádrži je pravděpodobnost vzniku bakterií legionella velmi nízká. Přestože se z bezpečnostních důvodů doporučuje pravidelně nastavovat bojlery na 60 °C, doporučujeme také používat nižší teplotu, například 45 °C: dostatečně horká na mytí nádobí a rukou bez nutnosti přidávat studenou vodu.

V segmentu autonomních zdrojů tepla jsou plynové kotle nepochybně nejběžnějším typem zařízení a v dohledné budoucnosti jimi zůstanou. A to i na pozadí rostoucího rozvoje alternativních zdrojů tepelné energie: tepelných čerpadel a solárních kolektorů. Ve většině případů zůstávají kotle na zemní a zkapalněný plyn cenově výhodnějším řešením. To je patrné zejména v mírných klimatických pásmech.

Účelem tohoto článku je zvážit kondenzační plynové kotle, jejich výhody a nevýhody. Budou zváženy jak hlavní funkční vlastnosti této třídy zařízení, tak i ne vždy zřejmé důsledky používání takových kotlů.

Výhody kondenzačních kotlů

V této části budou uvedeny hlavní výhody použití kondenzačních kotlů. Je důležité zdůraznit, že výše uvedené vlastnosti, stejně jako u jakéhokoli technologického zařízení, by měly být posuzovány z hlediska integrovaného přístupu.

Začněme samozřejmě hlavním funkčním prvkem, který dal tomuto druhu zařízení název – využití tepelné energie obsažené ve vodním kondenzátu vzniklém při spalování paliva.

Princip fungování kondenzačních kotlů

Spalování jakéhokoli typu uhlovodíkového paliva lze vyjádřit formou jednoduchého chemického vzorce. Uvažujme to na příkladu metanu:

To znamená, že reakčním produktem je oxid uhličitý, voda a tepelná energie. Kromě kyslíku se tohoto procesu účastní i další plyny obsažené ve vzduchu. V této fázi je však z chemického hlediska nebudeme brát v úvahu. Teplo získané při spalování jde na ohřev produktů spalování a přeměnu vody do plynného stavu. Zahřáté produkty spalování poté předávají energii chladicí kapalině kontaktem s povrchem výměníku tepla. Z fyzikálního hlediska může proces přenosu této tepelné energie do chladicí kapaliny probíhat za různých podmínek.

Tak odlišné, že historicky byly zavedeny dva termíny pro části tepla:

• Dolní výhřevnost je část, která jde na ohřev plynné složky produktů spalování. U metanu je to 35,8 MJ/m3.
• Vyšší výhřevnost je stejná jako výše, plus energie vynaložená na odpařování vody získané během spalování. Pro metan – 39,8 MJ/m3.

A právě ta část tepla, kterou je kotel schopen předat chladivu, určuje jeho typ a účinnost. Pokud se nám podaří získat vyšší výhřevnost, je kotel kondenzační. Účinnost je charakterizována hodnotou faktoru účinnosti (EF) a vypočítává se jako poměr přijatého tepla k výhřevnosti. A zde opět vstupuje do hry historický faktor – pro určení faktoru účinnosti se standardně používá nižší výhřevnost paliva, takže u kondenzačních kotlů může být hodnota tohoto faktoru i více než 100 %. Hodnota 11 %, která se obvykle uvádí, když se hovoří o větší účinnosti kondenzačního zařízení, se získá porovnáním hodnot uvedených výhřevností – 39,8 je o 35,8 % větší než 11. V popisech kotlů však lze uvést obě hodnoty – účinnost pro vyšší i nižší výhřevnost.

Jaká je hlavní podmínka, která umožňuje provoz kotle v kondenzačním režimu? Aby mohl začít proces kondenzace vody, musí být produkty spalování ochlazeny na tzv. rosný bod. Pro směs plynů vznikající při spalování metanu je tato teplota za normálních podmínek 55 °C. To znamená, že při průchodu produktů spalování tepelným výměníkem kondenzačního kotle musí být ochlazeny z teplot řádově stovek stupňů Celsia na řádově desítky stupňů. Pro splnění této podmínky zajišťuje konstrukce výměníků tepla maximální kontaktní plochu s plyny a vysoké hodnoty energie získané na jednotku plochy výměníku tepla. A samozřejmě bychom neměli zapomínat na požadovaný teplotní režim spotřebního systému, ale tento bod si podrobněji rozebereme níže. Také konstrukce kondenzačních kotlů poskytuje možnost odstraňování vzniklého kondenzátu.

Praktické využití kondenzačního efektu

Je třeba poznamenat, že uvedených 11 % je pouze maximální rozdíl mezi podmíněně „ideálními“ nekondenzačními a kondenzačními kotli. V praxi samozřejmě neexistují kotlové jednotky se 100% účinností z hlediska vyšší výhřevnosti. Konkurence mezi konstruktéry moderních kotlů se pohybuje přesně v mezích těchto 11 %. Zároveň je však poměrně zajímavým důsledkem výše uvedených vlastností technologie to, že kondenzační kotle pracují s vyššími hodnotami účinnosti i v režimech, kde se kondenzát netvoří – díky zvětšeným kontaktním plochám a teplu získanému na jednotku plochy. To znamená, že konečný rozdíl mezi spotřebou plynu reálným kondenzačním a nekondenzačním kotlem stejné úrovně může být větší než 11 %. To je jedna z výhod kondenzačních kotlů.

Dalšího zvýšení účinnosti je dosaženo díky širokému rozsahu modulace hořáku. V případě použití jednoho kotle může spodní mez modulace dosáhnout 20 %, u instalací s více kotli se snižuje v závislosti na počtu kotlů. Zvýšení účinnosti je dosaženo díky nižší teplotě spalin při nízké modulaci a v důsledku toho nižším tepelným ztrátám se spalinami.

V naší praxi existují dvě kotelny se stejnou kapacitou, které jsou vhodné pro srovnání a obsluhují podobné systémy s výkonem 1 MW. Úspora u kotelny s kondenzačními kotli činila 270 tisíc rublů ročně, což je 20 % oproti nákladům na nekondenzační kotelnu.

Pro přibližný odhad úspor z používání daného zařízení můžete použít následující údaje – z jednoho litru vytvořeného kondenzátu můžeme získat:

• 550 kcal nebo 0,63 kW*h tepelné energie;
• 5,5 l vody ohřáté z 0 na 100 °C;
• 8 litrů vody ohřáté na ?T=30 °C (tj. pro ohřev teplé vody);
• 0,064 m3 ušetřeného zemního plynu nebo 0,1 l zkapalněného plynu;
• Úspora 0,3 a 1,4 rublů u každého z výše uvedených druhů paliva;
• Vytápění 1 m2 plochy po dobu 10 hodin (v nejchladnější době);
• Vytápění plochy 10 m2 během hodiny.

Účinnost využití zařízení je nepochybně do značné míry určena použitými konstrukčními řešeními jako celkem. Dále se v tomto článku „kondenzační plynové kotle – výhody a nevýhody“ budeme zabývat vlastnostmi a možnostmi navrhování systémů s kondenzačními kotli.

Vysoká spolehlivost kondenzačních kotlů

V předchozí části byly stručně nastíněny základní požadavky na výměníky tepla kondenzačních kotlů. Zde se podíváme na hlavní důsledky zohlednění těchto požadavků při návrhu kotle.

Materiály použité pro výměník tepla

Chemický vzorec uvedený výše v části „princip činnosti kondenzačních kotlů“ zohledňoval pouze hlavní složky spalovacího procesu. Nyní je čas připomenout si další složky, především dusík obsažený ve vzduchu a sloučeniny síry přítomné v palivu. V důsledku účasti těchto prvků ve spalovacím procesu vznikají kyseliny na jejich bázi – sírová, sirná, dusičná a dusitá. Tyto kyseliny jsou tedy obsaženy v kondenzátu. Materiály použité k výrobě tepelného výměníku kondenzačního kotle proto musí být odolné vůči kyselému prostředí. Nejběžnějšími používanými kovy jsou slitiny hliníku a křemičitanu (silumin) a vysoce kvalitní nerezové oceli.

Siluminové výměníky tepla se vyrábějí odléváním s možným následným frézováním. Při výrobě z nerezové oceli se používá svařování předlisků. Vzhledem k nižším nákladům na samotný materiál a levnější výrobní technologii s hotovými odlévacími formami jsou siluminové výměníky tepla obvykle o něco levnější, ale mají výrazně nižší dlouhodobou odolnost vůči kyselému kondenzátu.

Výměníky tepla vyrobené z nerezové oceli, které splňují požadavky, nejsou vystaveny chemickému napadení kyselinami. Dalším důsledkem použití specifikovaných materiálů je zvýšení celkové spolehlivosti výrobku, a to i ve vztahu ke kvalitě a typu použitého chladiva.

Variabilní a kritické provozní režimy

Vzhledem k tomu, že výměníky tepla kondenzačních kotlů jsou zpočátku navrženy na základě širokého rozsahu teplot chladicí kapaliny (nižší teplota není omezena) a vysokých hodnot teplotního namáhání v peci výměníku tepla, na výstupu získáváme zařízení, které je odolné vůči náhlým změnám provozních režimů a výstupům různých parametrů (teplota, průtoky chladicí kapaliny, tlak) nad rámec přípustných limitů. Bezpečnostní prvky zařízení, elektronické i mechanické, nepochybně nutně zajišťují sledování těchto parametrů, ale konstrukce kotlů poskytuje dodatečnou záruku trvanlivosti instalace.

Moderní designová řešení

Použití kondenzačních kotlů přirozeně poskytuje další možnosti z hlediska aplikovaných konstrukčních a tepelně-technických řešení při navrhování kotelen. Pro realizaci těchto možností je však nutné splnit řadu dalších požadavků.

Stojí za zmínku, že většina těchto požadavků umožňuje také zvýšit účinnost kotelen s použitím nekondenzačních kotlů, ale právě použití kondenzačních zařízení odhaluje možnosti v plné míře. To znamená, že zaměření na použití moderních zařízení umožňuje obecně zvýšit úroveň konstrukčních řešení. Maximální účinnost moderních konstrukčních řešení je vynikající výhodou kondenzačních kotlů.

Výkresy hydraulických schémat kotlů HORTEK: Hydraulická schémata HORTEK.dwg

Tepelné parametry spotřebitelských systémů

Hlavním rysem návrhu systémů s kondenzačními kotli je výpočet nízkoteplotních harmonogramů spotřebičů, pro které mohou být takové harmonogramy relevantní. Mezi tyto spotřebiče patří v první řadě systémy radiátorového vytápění, které tvoří hlavní zátěž pro obytné budovy.

Obecně řečeno, energetická účinnost takových topných systémů je v každém případě vyšší na nízkoteplotních grafech, ale při použití kondenzačních kotlů se objevují další úspory paliva.

Je třeba poznamenat, že pro centrální pásmo Ruska se obvykle nevyžaduje speciální přepočet topných systémů pro zadané časové harmonogramy. Stačí použít režim řízení teploty chladicí kapaliny v závislosti na počasí. To znamená, že systém se vypočítává na základě podmínek tepelných ztrát během nejchladnější pětidenní periody pro vysokoteplotní harmonogram 80/60 °C, ale díky automatizaci je teplota v přívodním potrubí po většinu roku udržována na 60 °C. Současně bude zajištěn kondenzační režim provozu kotlů s topným zatížením 90 % topné sezóny.

Když si vzpomeneme na teplé podlahy, které jsou již dlouho standardem komfortu v soukromé výstavbě, můžeme říci, že jsou ideálním spotřebitelem pro kondenzační kotle. Zároveň úspora paliva umožňuje krátkodobou návratnost tohoto typu vytápění na pozadí radiátorů. To znamená, že kondenzační kotle a teplé podlahy lze uvést jako vynikající příklad symbiózy zdroje a spotřebitele tepla.

Při zkoumání systémů pro ohřev teplé vody je nutné mít na paměti, že existují určité zvláštnosti v organizaci jejich provozu s daným zařízením. Hlavní rozdíl oproti radiátorovému vytápění spočívá v tom, že pro ohřev pitné vody na teploty požadované ruskými normami je nutný vysokoteplotní režim. Pro zajištění maximální účinnosti kondenzačních kotlů je tedy nutné zkrátit dobu provozu zařízení pro ohřev teplé vody. Tento problém se řeší použitím vyrovnávacích nádrží. Zde se však opět setkáváme s situací, kdy toto konstrukční řešení umožňuje zvýšit účinnost a trvanlivost provozu, včetně kotelen založených na nekondenzačních kotlích, a to zajištěním plynulejšího provozu hořákových zařízení. Zároveň je třeba znovu připomenout, že i v případě odmítnutí použití schémat s vyrovnávací nádrží pracují kondenzační kotle s vyšší účinností než nekondenzační.

Všestrannost aplikace

Tepelné výměníky moderních kondenzačních kotlů jsou většinou vodotrubné. To znamená, že mají relativně malou hmotnost jak v naplněném, tak v prázdném stavu. Někteří výrobci zařízení si při návrhu kotlů kladou za jeden z hlavních úkolů snížení těchto parametrů. Hlavním cílem je zde zajistit všestrannost zařízení z hlediska místa instalace. Díky své malé hmotnosti v naplněném stavu zařízení minimálně zatěžuje nosné konstrukce budov, což z kondenzačních kotlů dělá ideální řešení pro výstavbu střešních kotelen. K takovému použití přispívá i malá hmotnost prázdného kotle, protože často umožňuje přepravu a instalaci jednotky bez použití speciálního vybavení.

Nízká hmotnost, kompaktnost a vysoký měrný výkon tepelných výměníků umožňují vytváření malých nástěnných kotlů schopných poskytovat značné tepelné zatížení. Často to umožňuje realizaci kaskády takových kotlů a vytvoření jednotky, která je mnohem kompaktnější než při použití nekondenzačního zařízení.

Šetrné k životnímu prostředí

Ve světové praxi je tento bod považován za jednu z nejdůležitějších výhod kondenzačních kotlů, ale z našeho pohledu je spíše příjemným doplňkem výše uvedených faktorů. Existují dva hlavní důvody pro větší ekologičnost kondenzační technologie:

• Nižší teploty spalování paliva díky konstrukci výměníků tepla a širokému rozsahu modulace výkonu. Tento faktor snižuje intenzitu chemických reakcí během spalování paliva a v důsledku toho i celkové množství vznikajících škodlivých látek.
• Tvorba kondenzátu. Díky této okolnosti se většina vzniklých škodlivých látek vypouští spolu s kondenzátem, místo aby se uvolňovaly do atmosféry, kde jsou následně neutralizovány.

Nevýhody kondenzačních kotlů

Objektivních nevýhod kondenzačních kotlů oproti nekondenzačním není mnoho.

Cena kondenzačních kotlů

Hlavním omezujícím faktorem šíření kondenzační technologie jsou bezpochyby relativně vysoké investiční náklady. Cenový rozdíl mezi kondenzačními a nekondenzačními kotli stejné úrovně je obvykle až 30 %.

V dlouhodobém hodnocení investic však systémy založené na kondenzačních kotlích vítězí ve většině pozic. A to jak v domácím, tak i průmyslovém segmentu. Hlavní důvody byly uvedeny výše, ještě jednou je stručně zopakujeme:

• Průměrná roční úspora paliva až 20 %;
• Výrazně delší životnost zařízení. Tento faktor je obzvláště patrný při posuzování doby návratnosti s ohledem na růst cen plynu;
• Větší spolehlivost součástí zařízení a v důsledku toho nižší náklady na údržbu.

Relativně vysoké požadavky na konstrukční řešení

Jak již bylo uvedeno výše, kondenzační kotle fungují s vyšší účinností i bez použití speciálních konstrukčních řešení. Právě taková řešení však umožňují z dlouhodobého hlediska značné úspory. A jejich odmítnutí může vést k nesprávnému posouzení doby návratnosti kondenzačního zařízení.