Moderní způsob vytápění dřevem
Při výběru kotle lidé zvažují zejména peníze. Přirozeně, vždyť taková investice není žádná maličkost a náklady na vytápění a přípravu teplé vody budou pravidelně ovlivňovat každoměsíční rodinné výdaje po mnoho let. Obyčejné dřevo má v tomto směru výhodu - je to nejlevnější palivo. Jak je to však s účinností kotlů na dřevo? Může "klasika" konkurovat moderním palivům? Jistě, každé řešení má své pro i proti ...
Mezi přednosti dřevozplynujících kotlů oproti klasickým kotlům na tuhá paliva patří
i jejich nižší negativní vliv na životní prostředí v podobě emisí CO 2, či podstatně nižší tvorba tuhých nespálených částic - popela, z čehož vyplývají nižší nároky na údržbu a čištění.
Analýza pyrolýzy
Zplynování, jinak řečeno pyrolýza, je proces, při kterém se dřevo spaluje účinněji než v klasickém kotli. V pyrolytického kotle probíhají v podstatě tři procesy: vysušení a ohřev dřevní hmoty v násypce, spojený s uvolňováním plynných složek, spalování pevné složky (dřevěného uhlí) a hoření plynu. Každá z těchto fází vyžaduje jiné podmínky (teplotu i okysličení), proto je jejich správné rozdělení ve spalovacím prostoru kotle základem úspěchu. Přiložené dřevo se při teplotě pod 200 ° C vysuší. Blíže k trysce při teplotě 200 až 700 ° C a s omezeným přístupem vzduchu dochází k rozkladu dřeva, uvolňuje se dřevoplyn a vzniká dřevěné uhlí. Dřevoplyn se vhání do spalovací komory, kde za přístupu dostatečného množství vzduchu hoří a uvolňuje teplo. Dřevěné uhlí se spaluje na roštu s dostatečným přístupem vzduchu: reaguje se vzduchem, přičemž se vytváří hořlavý plyn, který se následně spaluje. Nespálené zbytky jsou strhávány do popelníku.
Výhodou je, že každá fáze spalování má vytvořené optimální podmínky
- regulované množství vzduchu a vhodnou teplotu. Při klasickém spalování je pro některý proces vzduchu málo, pro jiný příliš, pro jeden je teplota dostačující, pro jiný ne - výsledkem je nedokonalé spalování se slabou účinností, mnoho hořlavých složek vychází bez užitku komínem a podílejí se na tvorbě dehtu. Vnitřní prostor zplynovacího kotle se skládá ze dvou nad sebou položených komor: horní - plnicí, a spodní - spalovací. Komory odděluje žáruvzdorná tryska. V horní komoře se palivo vysouší, ohřívá a zplynuje (uvolňují se z něj plynné hořlavé složky, jako pevná složka zůstává dřevěné uhlí, tedy téměř čistý uhlík). Dřevoplyn přechází do spodní, spalovací komory, kde se smíchá do sekundárním vzduchem (nejlépe předehřátým) a hoří za optimálních podmínek (při vysoké teplotě a s dostatečným přísunem kyslíku). Spaliny do komína odvádějí přes výměník, ve kterém předají teplo topné vodě. Nespálený odpad se vybírá ze spodní části spalovací komory. Účinnost těchto zařízení je vysoká a dosahuje 80 až 90%. Dokonalejším spálením dřevní hmoty tak klesá spotřeba paliva pro dosažení stejného tepelného výkonu, a zároveň se snižuje se i tvorba popela.
Co přiložíte?
První zásadou je přikládat vždy jen to, na co je kotel určen - v některých se dá zplynovat jen kusové štípané dřevo (případně brikety) určené velikosti s minimálním podílem drobného dřevního odpadu, v jiných můžete střídat či kombinovat například dřevo s uhlím. Ve většině zplynovacích kotlů se spaluje suchá dřevní hmota od polen až po piliny; štěpky, odřezky, hobliny a piliny se však musí spalovat spolu s poleny ve stanoveném poměru.
Kusové dřevo
Zejména v podhorských oblastech je vedle plynu asi nejdostupnějším palivem. Výhodou je příznivá cena, nevýhodou je, že kotle na kusové dřevo se prakticky nedají automatizovat. Vyžadují ruční přikládání a čištění.
Energetická štěpka
je dnes asi nejlevnějším palivem. Kotle na štěpky se dají plně automatizovat, takže komfort provozu je srovnatelný s plynovými kotli, a štěpka nemá zvláštní nároky na skladování - stačí otevřený přístřešek.Její použití v účinných zplynovacích kotlích je však omezené.
Dřevěné brikety
se vyrábějí z dřevního odpadu vysokotlakým lisováním bez chemických pojiv. Vznikne tak suché palivo s relativně vysokou výhřevností. Jejich kvalita však může být různá - kvalitní dřevní brikety se při spalování v prostoru na přikládání nesmějí rozpadat na piliny. Brikety, které se rozpadají, lze spalovat jen v kombinaci s kusovým dřevem nebo s hnědým uhlím, nikdy ne samostatně. Zacpávají hubici na zplyňování nebo rošt. Menší brikety se dají dopravovat šnekovými dopravníky a jsou použitelné i v automatických systémech, větší jsou vhodné pouze do systémů s ručním přikládáním. Dřevěné pelety jsou určeny pro automatické kotle a jejich použití v zplynovacích kotlích je omezené. Vyrábějí se podobně jako dřevní brikety - lisováním z odpadního dřeva, a mají i podobné vlastnosti. Jediný podstatný rozdíl je ve velikosti. Za kvalitní se považují bílé pelety z měkkého dřeva bez kůry.
Maximální rozměry paliva vyplývají z velikosti spalovací komory,
rozměry a druh dřeva přitom mohou zásadně ovlivnit výkon kotle i délku hoření - větší plocha povrchu dřeva totiž znamená větší množství uvolněného plynu, tvrdé dřevo se zplynuje pomaleji, takže hoří déle, měkké zas kratší. Druhou důležitou zásadou je přikládat vždy jen suché palivo - doporučuje se vlhkost 12 až 20%. Vlhkost totiž ovlivňuje nejen účinnost spalování, ale i životnost kotle.
Výhřevnost dřeva výrazně klesá s obsahem vody
například dřevo s 12 až 20% vlhkostí má výhřevnost asi 4 až 4,5 kWh / 1 kg (podle druhu dřeva), dřevo s 50% vlhkostí má výhřevnost jen asi 2 kWh / 1 kg. Výkon kotle tedy při stejném množství paliva poklesne asi na 50%. Navíc se při sušení dřeva uvolňuje vodní pára a některé plyny - při jejich kondenzaci vznikají dehty a kyseliny, které rozleptávají stěny kotle. Takže čím více vlhkosti, tím hůře. Čerstvé dřevo špatně hoří, málo hřeje a silně kouří. Znamená vyšší spotřebu dřeva a podstatně zkracuje životnost kotle a komína (spalování mokrého dřeva může zkrátit životnost kotle až o polovinu).
Chce to prostor
Kotel na dřevoplyn může být umístěn jen mimo obytných prostor, v místnosti k tomu určené - tedy v suché a dobře větrané kotelně, do které je zajištěn dostatečný přívod vzduchu pro spalování.Kolem kotle musí být dostatečný volný prostor pro manipulaci a případný servis, důležité je také dodržet bezpečnou vzdálenost kotle a kouřovodu od hořlavých materiálů. Kotel musí být připojen na samostatný komínový průduch - komín musí mít předepsaný tah (dle typu kotle), musí být z materiálu odolného proti působení kyselin a tepelně izolovaný (vícevrstvý - aby v komíně nekondenzovala vodní pára a dehet).
Komín se správným tahem je základním předpokladem správného fungování kotle,
protože ovlivňuje jeho výkon i účinnost. (Instalace kotle na nevyhovující komín patří k nejčastějším chybám.) S dostatečným prostorem musíte počítat i na uskladnění paliva - asi 20 až 25 m3 na topnou sezónu. A protože při zplynovacích kotlích je základem úspěchu suché dřevo - nejlépe asi dva roky odleželé, je třeba uskladnit zásobu na dvě zimy.
Chce to čas
Cenu dřeva a plynu jistě nelze srovnávat, cena však není všechno. S používáním levnějšího paliva jsou, jak je známo, spojené i jisté povinnosti - řeč je o přikládání a odstraňování popela. V kotlích na dřevoplyn, ve kterých se topí zejména kusovým dřevem, je automatizace téměř nemožná. Přikládat tedy třeba ručně - podle potřeby přibližně každých 3 až 8 hodin (minimálně dvakrát denně). Záleží na tom, jaké dřevo přikládáte a kolik tepla je právě v domě potřeba. Čas vyžaduje i příprava dřeva.
Kolik a za kolik
Ve většině zplynovacích kotlů se spaluje zejména kusové dřevo nebo brikety. Kusové dřevo je nejlevnější variantou (oproti zemnímu plynu je asi čtyřnásobně levnější). Na vytopení standardního rodinného domu u nás (vybaveného dřevozplynovacím kotlem s výkonem 25 kW) se za jednu topnou sezónu spálí přibližně 20 m3 dřeva. Cena měkkého kusového dřeva je kolem 400 až 500 Kč za m3. Ekvivalentem je asi 7 tun kvalitních dřevních briket (cena asi 3 000 Kč za tunu). Do kotlů, které mají větší ohniště, se přikládají větší polena, což znamená méně štípání. Velké kusy dřeva navíc pomaleji hoří, takže je třeba méně přikládat. Do klasických kotlů s krátkým ohništěm je třeba dřevo rozřezat a naštípat na malé kusy, což vyžaduje čas i námahu. Navíc takové drobné palivo rychleji shoří. Další pravidelnou povinností je odstraňování pevných zbytků spalování, tedy popela. Při pyrolýzním spalování se vytváří popela méně a je jemnější než při topení klasickým způsobem - v praxi to znamená, že zplynovací kotle není třeba tak často čistit.Stačí asi jednou za týden (dle kvality dřeva a intenzity topení), ale určitě pravidelně. Popílek se z velké části usazuje na keramických tvarovkách ve spalovacím prostoru a při větším množství popela ve spalovacím prostoru není místo pro hoření a kotel se může přehřát a poškodit. Minimálně jednou za rok je třeba u pyrolytického kotle vyčistit i oběžné kolo ventilátoru a část odtahu spalin, pravidelná roční údržba se však doporučuje u všech typů kotlů.
Topení dřevem se většině z nás spojuje s ohněm plápolajícím v krbu
či s rozpálenými kamny, dřevo však můžete přikládat nejen do lokálních vytápěcích zařízení, ale i do kotle ústředního topení. Kromě klasických kotlů na pevná paliva jsou přitom k dispozici i modernější - zplynovací. Výhodou moderní technologie je, že dokáže využít energii ze dřeva praktičtější a efektivnější - účinnost nejmodernějších zařízení se přibližuje až k 90%, a vyšší účinnost znamená nižší spotřebu paliva.
Klasiku nebo novinku?
Tuto otázku si položí asi každý, kdo uvažuje o koupi kotle na dřevo. Kromě již zmíněné úspory času při štípání dřeva či přikládání mají kotle na zplyňování oproti klasickým kotlům i závažnější výhody: V první řadě je to podstatně vyšší účinnost, která se dosahuje díky specifickému způsobu spalování. S ní je spojena nižší spotřeba paliva, méně časté přikládání, ale i ekologické důsledky v podobě nižší tvorby škodlivých emisí. Účinnost dřevozplynovacích kotlů se blíží účinnosti kotlů na zemní plyn - dosahuje 81 až 89%, účinnost klasických kotlů na dřevo se pohybuje okolo 65 až 70%. Další výhodou kotlů na dřevoplyn je plynulá regulace v rozsahu 40 až 100% výkonu, samozřejmě, možnosti regulace klasických kotlů na dřevo jsou podstatně omezenější.
Plusy a mínusy dřevozplynovacích kotlů
Výhodou dřevozplynovacích kotlů oproti kotlům na dřevo s klasickou konstrukcí je vyšší účinnost a lepší možnosti regulace, což spolu znamená 20 - až 30-procentní úsporu paliva. Jistou nevýhodou je předepsáno palivo - suché, kusové, štípané dřevo. Výhoda spalování "čehokoliv" je však u klasických typů kotlů na pevná paliva spojena i s podstatně vyšší tvorbou škodlivin. Vyšší účinnost kotlů na zplyňování asi o 15%, spolu s možností dobré regulace výkonu přináší v praxi úsporu paliva oproti klasickým kotlům o 20 až 30%. Jak ekonomicky výhodnější se tak ukazuje kotel s vysokou účinností, a tedy nižšími náklady na provoz i přesto, že má vyšší pořizovací cenu. Jistou nevýhodou je, že zplynovací kotle vyžadují spalování předepsaného paliva - suchého kusového dřeva do vlhkosti 20%. Naproti tomu v klasických kotlích na pevná paliva se dá spalovat téměř cokoli - od mokrého dřeva až po koks. Pro posouzení výhodnosti této možnosti je však třeba porovnat více faktorů - kromě výhřevnosti i například tvorbu škodlivin.Tvorba emisí CO, NOx a pevných částic je při spalování v kotlích dřevozplynovacích podstatně nižší. Na tento fakt již několik let myslí i legislativa EU a národní legislativy jednotlivých států, které dnes velmi přísné dohlížejí na množství produkovaných emisí znečišťujících ovzduší a prakticky ve všech zemích západní Evropy (Německo, Francie, Švýcarsko, Rakousko ...) je již instalace klasických kotlů na tuhá paliva zakázána. Je jen otázka času, kdy stejná legislativní opatření přijme i naše země.
Výhřevnost různých druhů paliv
- Palivové dřevo 14 -15 MJ / kg
- Energetická štěpka 8 - 10 MJ / kg
- Dřevní pelety 18 - 19 MJ / kg
- Dřevní brikety 18 - 19 MJ / kg
- Hnědé uhlí 15 MJ / kg
- Černé uhlí 18 MJ / kg
- Zemní plyn D2 10,555 kWh / m 3 (33,8 MJ / m 3)
- Zemní plyn D3 10,555 kWh / m 3 (33,8 MJ / m 3)
Důležitá pravidla
- K nejčastějším chybám při instalaci kotle na dřevoplyn patří nevhodný výběr kotle z hlediska jeho výkonu. Volba správného topného výkonu kotle je přitom velmi důležitou podmínkou pro jeho správné fungování i životnost. Není dobré, pokud je kotel poddimenzovaný, protože nezvládne dům vytopit, ale ani předimenzovaný. Při provozu na snížený výkon se totiž (podobně jako při topení mokrým dřevem) zvyšuje kondenzace, tvorba dehtu a kyselin, které pak rozežírají vnitřní ocelový plášť kotle. Sníží se tím životnost kotle - plášť postupně děraví a kotel se stane nefunkčním. Dehet navíc snižuje prostup tepla a tím snižuje účinnost kotle.
- Výkon každého kotle, tedy i dřevozplynovacího je proto nutné volit přesně podle vypočítané tepelné potřeby vytápěného objektu. Provoz lze optimalizovat i pomocí akumulačních zásobníků, které vyřeší i problém letního ohřevu vody. Dřevozplynovací kotel je totiž citlivý na provozní teplotu vody.Aby nedocházelo k rosení a dehtování kotle, výstupní teplota vody se musí při provozu kotle udržovat v rozsahu 80 - 90 ° C, teplota vratné vody vstupující do kotle z topného systému (zpátečka) musí být minimálně 65 ° C. Pokud by do kotle vstupovala voda chladnější než 65 ° C, nastane kondenzace a tvorba dehtu ve výměníku tepla, což má za následek zhoršený přestup tepla a také výrazně nižší životnost tepelného výměníku.
- Požadovanou teplotu vratné vody zajistí vhodné směšovací zařízení instalované ve vytápěcím systému přímo za kotlem.Další parametry, které je dobré si při výběru kotle všímat, jsou údaj o účinnosti kotle (hovoří o tom, kolik paliva bude nutné spálit na to, aby se vyprodukovalo určité množství tepla), objem spalovací komory a délka polen na přikládání (i od nich závisí, jak často budete přikládat a jak dlouho budete dřevo štípat).
Výhody akumulačního zásobníku tepla
Dřevozplyňovací kotle je výhodné instalovat spolu s akumulačními zásobníky tepla - zabezpečí se tím lepší využití výkonu kotle, čímž se sníží spotřeba paliva a prodlouží se životnost kotle.Výkon kotle v provozu totiž není konstantní - po přiložení dřeva narůstá a při dohořívání zas výrazně klesá. Otopná soustava však vyžaduje víceméně konstantní příkon tepelné energie. Toto "vyhlazení výkonu" zajistí akumulační zásobník s dostatečnou tepelnou rezervou - tepelná energie se čerpá z akumulačních zásobníků podle aktuální potřeby. Druhá důležitá výhoda spočívá v tom, že při provozu s akumulačními nádržemi může kotel pracovat na maximální výkon, při kterém dosahuje nejlepší parametry z hlediska účinnosti spalování a provoz v tomto režimu zajišťuje kotli nejdelší životnost. Důležité je správně dimenzovat objem akumulačních nádrží tak, aby odpovídal výkonu kotle a tepelné ztrátě domu - aby byl kotel schopen nádrže "nabít" za rozumný čas a aby nádrže po vhodnou dobu pokrývaly potřebu tepla v domě.
Výhody instalace s akumulačními nádržemi
- vyrovnání nerovnoměrného výkonu kotle a zvýšení komfortu
- nižší spotřeba paliva - kotel pracuje na plný výkon, tedy s optimální účinností
- vysoká životnost kotle a komína - při provozu na plný výkon je tvorba dehtů a kyselin minimální
- možnost kombinace s dalšími způsoby vytápění (akumulační elektřina, solární zařízení)
- možnost kombinace radiátorů s podlahovým vytápěním
Možnosti regulace
Náklady na vytápění jsou u zplynovacích kotlů níže oproti klasickým kotlům nejen díky účinnějšímu spalování, ale i díky možnosti plynule regulovat výkon (podobně jako u kotlů na zemní plyn). Regulace se může zabezpečit řízeným přívodem vzduchu - při dosažení požadované teploty se přiškrtí přívod vzduchu a tím se zabezpečí pokles výkonu kotle. Sofistikovanější a účinnější je elektronická regulace. Elektronika sleduje teplotu výstupní topné vody z kotle, případně i ve vytápěném prostoru na základě čehož reguluje výkon kotle - zabezpečuje plynulou změnu otáček spalinového ventilátoru (spalinový ventilátor zabezpečuje přívod vzduchu na spalování i odvod spalin do komína).Elektronická regulace tedy zajistí potřebný výkon kotle a umožňuje efektivně spalovat různé druhy paliva.
Provoz systému s akumulačními nádržemi
Teplo z kotle přednostně ohřívá radiátory, když termostat vyhodnotí, že je v místnostech teplo, začnou se dobíjet akumulační nádrže (zásobníky). Při provozu na maximální výkon (na 2 až 4 naložení) je třeba nabít akumulační nádrže na požadovanou teplotu vody 90 až 100 ° C. Kotel se pak nechá dohořet. Dále se již teplo pro radiátory automaticky odebírá ze zásobníků (pomocí trojcestného ventilu). Vhodné je topit tak, aby se zásobníky nikdy zcela nevybily. Pokud se teplota vody v nich dostane pod 4O ° C, zbytečně dlouho se ohřívají a zvyšuje se tím spotřeba dřeva. Při takovém způsobu vytápění se optimalizuje režim přikládání a můžete využívat levnější měkké dřevo, které rychleji hoří. Optimalizuje se také provoz kotle, čímž se dá ročně ušetřit 30 až 40% nákladů na vytápění.
Otázka bezpečnosti
Kvůli bezpečnosti provozu každého kotle na tuhá paliva, tedy i dřevozplynovacího, musí být zajištěna možnost odvést přebytečné teplo. Řešením může být instalace dodatečných zásobníků, tzv.. akumulátorů tepla, případně zásobníků na ohřev vody, které jsou v určité míře schopny nadbytečné teplo odebrat. Zejména pokud není možné zabudovat akumulační nádrže, třeba instalovat dochlazovací systém (většina kvalitních kotlů ho má zabudovaný) - termoregulační ventil v případě zvýšené kotlové teploty otevře přívod chladící vody, například z vodovodního systému, a kotel zchladí. Toto však nastává jen ve stavu nouze. Pro případ přetopení je kotel vybaven také blokovacím termostatem, který přeruší přívod elektrické energie.
Zpravidla dřevozplynovací kotle jsou citlivé na kondenzaci vlhkosti, dehtů a kyselin,
které poškozují těleso kotle a komína, snižují jejich životnost i účinnost kotle, proto je třeba:
- spalovat vždy suché dřevo s 12 až 20% vlhkostí
- navrhnout vhodný výkon kotle vzhledem k tepelné ztráty objektu, výkon kotle musí odpovídat skutečnému odběru tepla - kotel by se neměl poddimenzovat, ale nesmí se ani předimenzovat
- využívat výkon kotle - kotel není určen pro dlouhodobé topení při minimálním výkonu, je s ním totiž spojena nízká teplota spalin, při které kondenzují dehty a kyseliny
- kotel je třeba provozovat při výstupní teplotě topné vody 80 až 90 ° C
- při instalaci kotle je třeba zajistit minimální teplotu vratné vody kolem 65 ° C (s rostoucí teplotou vody vracející se do kotle klesá množství kondenzujících dehtů a kyselin)
- plnící komoru je třeba pravidelně čistit od dehtu (škrabkou, která je příslušenstvím kotle)
