Kondenzační kotle

Kondenzace
Princip: Při spalování zemního plynu (metanu CH₄) nebo propanu (C₃H₈) vzniká určité množství vody, hořením dochází k jejímu dalšímu zahřátí. Voda pak v podobě vodní páry spolu s oxidem uhličitým tvoří spaliny. Tepelné spaliny s sebou nesou část skryté tepelné energie, tzv. latentní teplo. Pokud tyto spaliny ochladíme pod teplotu jejich rosného bodu, dojde ke změně skupenství - kondenzaci - obsažené vodní páry a k následnému uvolnění tohoto tepla. V kondenzačním kotli se takto uvolněná energie pomocí speciálního výměníku tepla využívá k předehřevu vratné vody.

Základní pojmy
Spalné teplo plynu Hs [kWh/m³] je množství tepla, které se uvolní dokonalým spálením jednotkového množství plynu a stechiometrického množství kyslíku (o počátečních teplotách 25 °C) při ochlazení spalin zpět na teplotu 25 °C. Jde tedy o veškeré množství tepla vzniklé spálením jednotkového množství paliva a zahrnuje i ve vodní páře vázané, tzv. latentní teplo.
Výhřevnost plynu Hi [kWh/m³]. Výhřevnost plynu je rovna spalnému teplu, zmenšenému o teplo uvolněné kondenzací vodní páry ze spalin. Jde tedy o množství tepla, které energii obsaženou ve vodní páře spalin nezohledňuje (u klasických kotlů odchází toto teplo komínem do ovzduší). Právě z výhřevnosti se stanovuje účinnost spalovacích zařízení, a proto může udávaná účinnost kondenzačních kotlů převyšovat hodnotu 100 % (cca 104-106 %).
Teplo, které lze získat z úplné kondenzace, činí 11 % výhřevnosti zemního plynu. Pokud ochlazujeme spaliny zemního plynu získané ideálním spalováním (bez přebytku vzduchu), začne pod teplotou rosného bodu (pod 57 °C) ve spalinách kondenzovat vodní pára. Teplota spalin je provázána s teplotou vratné vody ze systému. Je požadováno, aby rozdíl mezi teplotou spalin a teplotou vratné vody byl 5 K při jmenovitém výkonu kotle a alespoň 2 K při výkonu minimálním. Pokud teplota vratné vody ze systému bude vyšší než teplota rosného bodu spalin, nedojde ke kondenzaci a uvolnění kondenzačního tepla (kotel sice nebude využívat této své přednosti, ale stále bude pracovat s účinností nízkoteplotního kotle). Skutečný rosný bod spalin se pro zemní plyn pohybuje mezi 50 a 55 °C. Má-li docházet ke kondenzaci, musí se teplota vratné vody pohybovat pod touto hodnotou. Řízení směšovacího poměru vychází z konstrukčního řešení kotle a jeho seřízení. Ideální jsou systémy, u kterých je teplota vratné vody po celé topné období (tedy i při nejnižších venkovních teplotách) o 5 °C, nižší než skutečná teplota rosného bodu spalin. Pro soustavy s kondenzačním kotlem na zemní plyn je tak trvale zaručen nejvyšší normový stupeň využití ve spojení s teplovodními nízkoteplotními systémy se spády 40/30 až 55/45 °C. Ke kondenzaci bude docházet po celou dobu provozu kotle, při každém stupni zatížení. Vhodnou otopnou plochu představují sálavé systémy se zabudovanými teplovodními trubními rozvody, neboli podlahové či stěnové vytápění.

¤ Graf využití energie u kondenzační techniky

Kondenzační techniku lze samozřejmě v našich klimatických podmínkách efektivně využívat i u soustav s vyššími teplotami topné vody.
V určitém časovém období - při velmi nízkých venkovních teplotách - bude teplota vratné vody překračovat rosný bod spalin, k využití tepla z kondenzace nedojde a normovaný stupeň využití kotle se sníží.
V našich klimatických podmínkách pracují otopné systémy se spádem 75/60 °C v kondenzačním režimu až po dobu 85 % topné sezóny.
Kondenzační kotle pro domovní kotelny jsou vybaveny nejčastěji přetlakovým hořákem. Pokud jsou vybaveny hořáky atmosférickými s předsměšováním směsi, mají ještě odtahové ventilátory. Kondenzační kotle lze dále rozlišovat podle toho, jak je řízen tepelný výkon (spojitě, jednostupňově, dvoustupňově) a jak je řízeno spalování. Řízení přebytku vzduchu, resp. směšovacího poměru vzduch - plyn, se provádí buď přímo tzv. lambda sondou (snímá přebytek kyslíku), nepřímo z průtoku plynu.
Kondenzační kotle jsou vyráběny nejčastěji v následujících provedeních:

• kotle se spojitě řízeným výkonem a s přímým řízením směšovacího poměru lambda sondou;
• kotle se spojitě řízeným výkonem a s nepřímým řízením směšovacího poměru;
• kotle s dvoustupňovým výkonem a s nepřímým řízením směšovacího poměru;
• kotle se spojitě řízeným výkonem bez řízení směšovacího poměru.