Jak změřit účinnost spalovacího zařízení a lze účinnost nějak zvýšit?

Jedním z nejdůležitějších parametrů, který ukazuje na kvalitu jakéhokoliv zařízení, je jeho účinnost. Pokud hovoříme o účinnosti spalovacího zařízení, které používáme pro vytápění domácností, je zřejmé, že s rostoucí účinností bude klesat spotřeba paliva, a tedy také náklady na palivo. Obdobně můžeme konstatovat, že se snižující se účinností musíme do spalovacího zařízení přiložit více paliva, abychom se stejně ohřáli.

Běžný uživatel má minimální představu o tom, s jakou účinností pracuje jeho spalovací zařízení tj. kamna, krb, krbová vložka, sporák či kotel. Víte, že pokud topíte v otevřeném krbu, cca 90 % tepla nevyužijete pro vytápění, ale jednoduše řečeno „vyletí komínem“? Ano, otevřený krb má účinnost přibližně pouze 10 %. Chcete vědět, s jakou účinností doma topíte Vy? Cílem tohoto článku je nabídnout jednoduchý postup, který umožní orientační stanovení účinnosti Vašeho spalovacího zařízení v domácích podmínkách.

Účinnost spalovacího zařízení vyjadřuje míru efektivnosti využití energie obsažené v palivu pro potřeby vytápění. Účinnost lze stanovit buď přímou, a nebo nepřímou metodou.

Přímá metoda stanovení účinnosti vychází z úvahy, že účinnost spalovacího zařízení pro vytápění vyjadřuje poměr mezi využitou energií (to je množství energie – tepla – co jsme spálením paliva získali a využili pro vytápění) a přivedenou energií (to je množství energie v palivu – výhřevnost a spotřeba paliva). Přímé stanovení je přesná metoda, která je ovšem s ohledem na problematičnost „domácího“ stanovení hodnoty výkonu pro běžného uživatele těžko použitelná.

Nepřímá metoda stanovení účinnosti je založena na následující úvaze: ideální stroj či zařízení pracuje s účinností 100%, ve skutečnosti však žádné reálné zařízení není Perpetum mobile a jeho účinnost je tedy vždy menší než 100%. Skutečná účinnost je nižší o různé ztráty, takže můžeme říci, že účinnost je rovna 100% mínus součet jednotlivých ztrát v %. Jestliže stanovíme hlavní ztráty, můžeme relativně spolehlivě stanovit účinnost i v domácích podmínkách.

Nejdůležitější faktory z hlediska účinnosti:

• izolace domu či vytápěné místnosti
• dokonale těsné topeniště
• druh dřeva a % vlhkosti spalovaného dřeva
• velikost sálavé plochy
• způsob ovládání kamen

Zjednodušeně můžeme u malých spalovacích zařízení hovořit o těchto ztrátách:

• Ztráta způsobená únikem hořlaviny v tuhých zbytcích (v popelu) – černý popel obsahuje ještě hořlavinu, která by mohla shořet, pokud jej vyhodíme do popelnice, již nás nezahřeje. Při spalování koksu někdy dochází ke spékání a nedokonalému vyhoření a tato ztráta může dosáhnout více než 10 %. Pokud na rošt přiložíme palivo, které obsahuje velký podíl jemných částic (netříděné uhlí), může tato část propadnout do popelníku a pokud v něm nedohoří, výrazně se ztráta hořlavinou v popelu navýší. U teplovodních kotlů se tato ztráta většinou pohybuje v rozmezích od 2 do 4 %. Při spalování dřeva u krbových kamen můžeme počítat s hodnotou kolem 0,5 %.
• Ztráta způsobená únikem hořlaviny ve spalinách. Cílem každého uživatele spalovacího zařízení je dokonalé spálení hořlaviny, která je obsažena v palivu (uhlík, vodík). Pokud je spalování dokonalé, uhlík (C) shoří na oxid uhličitý (CO2) a vodík (H) na vodu (H2O). Pokud je spalování nedokonalé, uhlík shoří jen na jedovatý oxid uhelnatý (CO) anebo neshoří vůbec (saze). Typickým produktem nedokonalého spalování jsou také různé uhlovodíky (CXHY). CO a CXHY jsou hořlavé plyny a pokud neshořely, nemohly odevzdat energii, která je v nich obsažená (výhřevnost [J/m3]). Zjednodušeně řečeno, z paliva, které nespálíme, se neohřejeme. U krbových kamen při koncentraci CO do 0,1 % (velmi dobrá kamna) bude tato ztráta přibližně do 1 %, ale v případě horšího spalování při koncentraci CO kolem jednoho procenta (objemové), může tato ztráta dosáhnout hodnot až 6 %.
• Ztráta způsobená únikem tepla z tuhých zbytků. Dochází k ní tehdy, pokud z popelníku dáváme ven horký popel, který při chladnutí postupně odevzdá teplo do okolí. U zařízení s jednorázovou dopravou paliva do kotle a kamen k tomuto běžně nedochází, proto můžeme uvažovat s nulovou hodnotou.
• Ztráta způsobená sdílením tepla do okolí stěnami kotle. Primárním cílem teplovodního kotle je předat teplo spalin topné vodě a ne vytápět kotelnu. Záleží na tepelné izolaci stěn kotle, velikosti a teplotě povrchu kotle. U běžných teplovodních kotlů tato ztráta není větší než 2 %. Čím je tato ztráta větší, tím je v kotelně tepleji. U krbu, krbových a kachlových kamen, krbové vložky a kuchyňských sporáků se nejedná o ztrátu, protože to jsou zařízení, jejichž cílem je ohřívání vzduchu v místnosti, kde jsou instalována. U těchto zařízení se jedná o výkon zařízení a to je to, co chceme a k čemu je zařízení určeno.
• Ztráta způsobená únikem tepla ve spalinách tzv. komínová ztráta (ztráta citelným teplem spalin). Komínová ztráta představuje tu část tepla, které tzv. „vyletí komínem“. Teplo spalin ještě mohlo ohřát topnou vodu pro radiátor anebo vzduch ve vytápěném prostoru, ale z nějakého důvodu se tak nestalo. U dobře pracujících spalovacích zařízení je tato ztráta naprosto dominantní (největší). Proto se budeme v další části tohoto článku zabývat pouze komínovou ztrátou a ostatní ztráty zanedbáme.

Velikost komínové ztráty nejvíce ovlivňují dva parametry:

• teplota spalin
• množství spalin, bez jejichž znalosti nejsme schopni účinnost spalovacího zařízení stanovit

1. Příklad umístění teploměru za krbovými kamny - pokud hovoříme o teplotě spalin, tak se jedná o teplotu, kterou mají spaliny za spalovacím zařízením (mezi zařízením a komínem). Bez informace o teplotě spalin, není možné stanovit účinnost zařízení. Zde může nastat komplikace s nalezením vhodného a přístupného místa ke kouřovodu. Orientačně si však můžeme vystačit i s měřením povrchové teploty kouřovodu za pomoci dotykových teploměrů.
2. Stanovení množství spalin představuje ve srovnání se stanovením jejich teploty výrazně složitější úkol. Měření není snadné, ale na druhou stranu je zřejmé, že množství spalin úzce souvisí s tím, kolik spalovacího vzduchu se do spalovacího zařízení přivádí (ve většině případů nasává), tedy s jakým přebytkem spalovacího vzduchu (poměr množství vzduchu skutečného k množství vzduchu teoreticky potřebného) pracujeme. Množství spalin je přibližně stejné jako množství spalovacího vzduchu. Každé spalovací zařízení má oblast s optimálním přebytkem spalovacího vzduchu, kdy dosahuje nejlepších parametrů. Množství spalovacího vzduchu je ovlivněno nejen nastavením všech regulačních prvků pro přívod spalovacího vzduchu (klapky apod.) a parametry komínu, ale je také důležité vědět, jak je naše spalovací zařízení těsné. Pokud uzavřeme všechny regulační prvky přívodu primárního, sekundárního popř. terciárního spalovacího vzduchu (provedu test těsnosti) a plamen hoří dál a viditelně nepohasne (možné otestovat jen u spalovacího zařízení s prosklenými dvířky), je zřejmé, že vzduch je nasáván mimo tyto regulační prvky a nemá smysl je nastavovat, protože nic neregulují. Tyto netěsnosti je potřeba nalézt a odstranit. Jednoduchou metodou hledání netěsností je přiblížení zdroje kouře (např. zapálená cigareta) ke spalovacímu zařízení, ve kterém hoří palivo a vyhledávání místa, v němž je kouř nasáván do kamen či kotle. Ve většině případů bývá největší zdroj netěsností ve dvířkách a pro její odstranění stačí vyměnit těsnící šňůry na přikládacích dvířkách a vyměnit nalepovací těsnění u popelníků a skel. Až budeme mít vzduch pod kontrolou – změna nastavení regulačních prvků se viditelně odrazí na změně velikosti a barvě plamene. Regulačními prvky můžeme potom nastavit a ovlivnit intenzitu a kvalitu. Cílem utěsnění netěsností je omezení přívodu falešného vzduchu, který negativně ovlivňuje provoz zařízení. Cílem však není úplné zamezení přívodu vzduchu do zařízení, ale omezení přívodu falešného vzduchu do nevhodných míst ve spalovací komoře zařízení. Regulační prvky umožní přivést dostatečné množství vzduchu na to správné místo ve spalovacím zařízení. Regulační prvky uzavíráme jen při testu těsnosti, nikdy ne po přiložení paliva.
3. Dále máme další možnosti zvýšení účinnosti, pokud snížíme teplotu spalin, které vycházejí z kamen, snížíme množství tepla odcházejícího komínem ven a tím opět zvýšíme účinnost. Teplotu spalin snížíme množstvím spalovaného paliva (musíme méně přikládat), nastavením regulačních prvků přívodu spalovacího vzduchu a intenzitou chlazení kamen. U klasických krbových kamen je chlazení pláště problematické, u teplovodních kamen můžeme zvýšit průtok otopné vody, snížit teplotu vratné vody. U teplovzdušných krbových vložek intenzitu chlazení zvýšíme otevřením všech klapek pro přívod ohřátého vzduchu do místnosti nebo zapnutím ventilátoru ohřívaného vzduchu. Pokud teplotu spalin snížíme na hodnotu 250 °C, dostaneme se na účinnost kolem 70 %. Při teplotě 200 °C by byla účinnost kolem 77 %.
4. Teplotu spalin bychom u krbových kamen měli udržovat v rozsahu od 150 do 250 °C. U teplovodních kotlů by to mělo být cca od 150 do 200 °C. Pokud bude teplota příliš vysoká, „vyletí“ nám mnoho tepla komínem a máme velkou komínovou ztrátu. Ale pozor, teplotu spalin nemůžeme snižovat donekonečna, protože pokud budou spaliny příliš chladné (pod 150 °C, záleží na složení spalin – obsah vody a SO3), může dojít ke kondenzaci dehtových látek a vodní páry a při nízké teplotě spalin může dojít i ke snížení komínového tahu. Kondenzace snižuje životnost komínu a spalovacího zařízení. Opět se zde jedná o kompromis, kdy spalinám odebereme co nejvíce tepla pro potřeby vytápění, ale jen do té míry, aby nám nezkorodoval kotel či kamna a komín „přežil“ (koroze, vlhnutí zdiva).

Zdroj a celý článek: www.vytapeni.tzb-info.cz