Teoretické základy kondenzaãní techniky

Základy hydraulického zapojování kondenzaãní technikyChyby v hydraulice s kondenzaãní technikouV˘poãet roãní provozní úãinnosti kondenzaãního kotlea dal‰í informace k systémÛm s kondenzaãními kotli

U konvenãních zafiízení uteãetato ãást schované energie(Latentní teplo) nevyuÏité kou-fiovodem do atmosféry. V kondenzaãní technice jepomocí speciálního v˘mûníkua pfiíslu‰n˘ch teplotních pod-mínek umoÏnûno maximálnûvyuÏít teploty spalin tak, Ïevodní pára v nich obsaÏenápfiedá teplo a zmûní skupen-ství - vyuÏije se Latentní teplo.Zmûnou skupenství páry vespalinách se uvolní ãást ener-gie - teoreticky max. aÏ 11 %tepelné energie navíc, kterámÛÏe b˘t vyuÏita k ohfievuotopné vody a podstatnû zvy-‰it úãinnost pfiístroje.

2

Teoretické základy kondenzaãní techniky JUNKERS

Teoretické základy kondenzaãní techniky

Kondenzaãní technika zaujímá v moderní tepelné technice vysokou dÛleÏitost.

Její jednoznaãné pfiednosti jsou:

- efektivní vyuÏití energie s vysokou úãinností - návratnost vloÏené investice- spolehlivé technické zafiízení

Teoretická rovnice spalováníPfii spalování zemního plynu vzniká dlefyzikální rovnice spalování kysliãníkuhliãit˘ CO2 a voda H2O (obr. 1). Taktovzniklá voda se vyskytuje ve spalináchv podobû páry, která odchází koufiovo-dem. Tepelné spaliny s sebou nesouãást schované tepelné energie tzv.Latentní (necitelné) teplo.

PfiipomeÀme si nûkteré základní teoretické principy a zákonitosti, z nichÏ kondenzaãní technika vychází.DÛvodem je vybavit Vás jednoznaãn˘mi argumenty a nástroji, které Vám pomohou jasnû stanovit technickénáleÏitosti pro správnou volbu kondenzaãní techniky Junkers.

- nízké hodnoty ‰kodliv˘ch emisí - moÏnost variabilního vedení spalin

Konvenãníohfiev

N2, CO2, H2O

tspalin = 100-140 °C

η = aÏ 94 % (úãinnost) η = aÏ 108 % (normovan˘ stupeÀ vyuÏití)

Q Q

H2O kondenzátu

+Q kondenzátu

Zemní plyn(CH4...)

Vzduch(O2, N2, CO2..)

Zemní plyn(CH4...)

Vzduch(O2, N2, CO2..)

tspalin = 40-50 °C

N2, CO2 ...

Kondenzaãníohfiev

plyn (metan) vzduch spaliny voda (v páfie)

CH4 + 2O2 ➤ CO2 + 2H2O

Obrázek 2

Obrázek 1

Zmûnou stavu skupenství z páry na vodu mÛÏe b˘tkondenzaãní teplo páry ve spalinách pfiedáno topné-mu systému.

Pfii navy‰ování teploty se naz˘vá bod X bodem varu.V pfiípadû kondenzaãní techniky, kdy je systém ochla-zován, se naz˘vá tento bod bodem kondenzace.

Obrázek 3

pfiivedená vodû pfii tvorbû páry, je pfii kondenzacizase uvolnûna. Tohoto základního principu vyuÏívákondenzaãní technika. Tepeln˘ v˘mûník kondenzaã-ního kotle by proto mûl mít „zpáteãku“ z otopnéhosystému chladnûj‰í neÏ jsou spaliny. Pak mÛÏevyuÏívat teplo spalin, vodní pára ve spalinách zkon-denzuje a kondenzaãní kotel mÛÏe pracovat v ideál-ním nízkoteplotním reÏimu.

3

Teoretické základy kondenzaãní techniky JUNKERS

Princip kondenzaãní techniky v názorném zobrazení

Vodû o teplotû 100 °C je pfiivádûna energie ve formûtepla. Vzniká horká vodní pára. Je-li tato vodní páravedena pfies chladnûj‰í pfiena‰eã tepla – pfies tepeln˘v˘mûník, pfiedá pára teplo. Pfii tom z vodní páry opûtvzniká voda a navíc je odevzdáno pfiesnû stejnémnoÏství energie, které bylo v poãáteãním stavu vo-dû pfiivedeno. Dle vûty o zachování energie nedochází k Ïádnéztrátû energie a proto teoreticky platí, Ïe energie

Z vody vznikáhorká vodnípára

Z vodní páryvzniká opût voda

Tepeln˘ v˘mûníkEnergie jekondenzacíopût uvolnûna

Pfiivedenátepelnáenergie

Voda pfii100 °C

Horkávoda

Obrázek 4

Obrázek 5

Z obrázku 5 je patrné, Ïe ãím niωí teplota vratné vody otopného systému („Zpáteãky“), tím vy‰‰í jsou úsporya normovan˘ stupeÀ vyuÏití.

Teplota vratné vody v °C

No

rmo

van

˘ st

up

eÀ

vyu

Ïití

v %

4

Teoretické základy kondenzaãní techniky JUNKERS

AÏ 109 % úãinnost! Kondenzaãní zafiízení vykazují úãinnost pfies 100 %. Samozfiejmû nejde o Ïádné „Perpetum mobile“, ale jenutno vyjasnit zavedené pojmy. Pro tepelnou hodnotu jsou zavedeny dva údaje - v˘hfievnost (Hi) a spalnéteplo (Hs).

Jako základní bod uvedení úãinnosti slouÏí v˘hfievnost. V˘hfievnost je stanovená jako 100 %. Ve spalináchvznikl˘ch pfii spalování zemního plynu ãiní uvolÀující se energie zkondenzováním vodních par maximálnû 11 %(vztaÏeno k v˘hfievnosti Hi). U zemního plynu je proto pro spalné teplo (Hs) udávána jako teoretická maximálníhodnota 111 %.

Porovnání v˘hfievnosti a spalného tepla

Obrázek 6

Plynov˘ kondenzaãní kotelpfii dimenzování 40/30 °C

VyuÏití energieu kondenzaãního kotle

111 % spalné teplo Hs

100 % v˘hfievnost Hi

1 % nevyuÏi-telné teplo

1 % ztrátaspalinami

1 % ztrátapovrchem

11 %

110 %

109 %

108 %

Latentníteplo

Plynov˘ konvenãní kotelpfii dimenzování 75/55 °C

VyuÏití energieu konvenãního kotle

100 % v˘hfievnost Hi

11 % nevyuÏi-telné teplo

4 % ztrátaspalinami

2 % ztrátapovrchem

100 %

96 %

94 %

Zemí plyn L Zemí plyn H Propan Topn˘ olej

Spalné teplo Hs kWh/m3 10,20 11,06 28,12 10,68

V˘hfievnost Hi kWh/m3 9,21 9,97 25,89 10,08

Pomûr 110,7 110,9 108,6 105,9Hs/Hi + 10,7 % + 10,9 % + 8,6 % + 5,9 %

Teplota kondenzace °C 57 57 53 47

MnoÏství kondenzátu kg/m3 1,53 1,63 3,37 0,88kg/kWh 0,173 0,157 0,130 0,087

Úãinnost Normovan˘ stupeÀ vyuÏití

Porovnání v˘hfievnosti a spalného tepla pouÏívan˘ch topn˘ch médií

Právû z v˘hfievnosti (z citelného tepla) se poãítá vÏdy úãinnost spalovacích zafiízení, a proto se z ní vycházíi u kondenzaãní techniky. Fyzikálnû správnû bychom úãinnost mohli stanovovat ze spalného tepla jako jakousiúãinnost absolutní, ale vychází z v˘hfievnosti a proto se ze spalného tepla stanovuje tzv. normovan˘ stupeÀvyuÏití a ten b˘vá u kondenzaãní techniky nad 100 % a ãasto je zamûÀován za hodnotu nazvanou úãinnost.

V˘hfievnost Hi v kWh/m3 (dfiíve dolní provozní v˘-hfievnost) je mnoÏství tepla, které energii obsaÏenouve vodní páfie spalin nezohledÀuje, neboÈ u klasick˘chkonvenãních zafiízení odchází toto mnoÏství teplakomínem do ovzdu‰í. Pfiesnû jde o teplo uvolnûné pfiiúplném spalování 1 m3 plynu, kdyÏ pfii spalování vzni-klá vodní pára odchází nevyuÏitá pfies komín.

Spalné teplo Hs v kWh/m3 (dfiíve horní provozní v˘-hfievnost) pfiedstavuje ve‰keré mnoÏství tepla vznikléspálením, tzn. i ve vodní páfie vázané tzv. latentní (neci-telné) teplo. Pfiesnû jde o teplo uvolnûné pfii úplnémspalování 1 m3 plynu, pfiiãemÏ vodní pára vzniklá pfiispalování zkondenzuje a je k dispozici v tekutém stavu.

5

Teoretické základy kondenzaãní techniky JUNKERS

Porovnání teplot systémÛ Kondenzaãní zafiízení vyuÏívá latentní teplo. Vlivemklesající spotfieby tepla budov a pfii zvût‰ujících seotopn˘ch plochách i klesajících teplotách systému,má vyuÏití kondenzaãní techniky fiadu v˘hod.

Porovnání teplot systémÛ: - Ideální jsou projekãní fie‰ení 40/30 °C (obr. 8)

nebo 55/45 °C. V tûchto pfiípadech leÏí nábûhováteplota a pfiedev‰ím vratná teplota stále pod tep-lotou rosného bodu. Trvale je zaruãena plná efek-

tivnost kondenzaãní techniky. Toto v‰ak samozfiej-mû vyÏaduje vût‰í otopné plochy (podlahové vytá-pûní, velké plochy topn˘ch tûles).

- Pfii fie‰ení 75/60 °C (obr. 9) je efektivnost konden-zaãní techniky ãásteãnû omezena. Pfii nízk˘ch ven-kovních teplotách (teoret. -11,5 °C) pfiekraãuje vrat-ná teplota topného systému rosn˘ bod. NenastávájiÏ kondenzace. Procentuální podíl tûchto stude-n˘ch dní je ov‰em mal˘ (viz. obr. 11) a proto je vyu-Ïití kondenzaãní techniky nepatrnû omezeno, pfies-to je vhodné i pfii tûchto teplotních spádech kon-denzaãní techniku vyuÏívat.

- U fie‰ení 90/70 °C (obr. 10) se toto omezení proje-vuje mnohem v˘raznûji. JiÏ pfii teoretické venkovníteplotû -2,5 °C nedochází ke kondenzaci. Tentopfiípad v‰ak mÛÏeme opomenout, neboÈ se stálevíce pouÏívají nízkoteplotní topná zafiízení a tytosystémové teploty (90/70 °C) se vyskytují v praxi jiÏjen zfiídka.

- Z dÛvodÛ ‰etfiení energetick˘ch zdrojÛ a sníÏenízátûÏe pro Ïivotní prostfiedí byla vydána minister-stvem prÛmyslu a obchodu vyhlá‰ka ã. 151, § 5,odstavec 3, sbírky z roku 2001. Ve vyhlá‰ce sedefinuje maximální nábûhová teplota pro topnéokruhy 75 °C. Pak se shodujeme s graficky zná-zornûn˘m fie‰ením na obr. 8. Tím se mûní i teore-tická venkovní teplota, pfii níÏ nenastává konden-zace a oproti teplotám 90/70 °C roste procentuálnípodíl dní, kdy je moÏné kondenzaãní techniku plnûvyuÏívat a zásadnû roste její v˘znam.

Pfiíprava teplé vody (TV)Bude kondenzaãní kotel ohfiívající teplou vodu pra-covat téÏ v kondenzaãním reÏimu? ANO, je to moÏnéz vût‰í ãásti technikou Junkers zajistit.Systém ohfievu pomocí nepfiímo ohfiívaného zásobní-ku TV zaruãuje dostateãn˘ pfienos tepla a tím dosta-teãné zchlazení zpûtného okruhu do kotle. Proto jemoÏné tento zpÛsob ohfievu doporuãit a dosáhne sevysokého normovaného stupnû vyuÏití kondenzaãnítechniky.U kombinovaného kondenzaãního pfiístroje Junkersdíky velk˘m teplosmûnn˘m plochám tepelného des-kového v˘mûníku TV se opût „zpáteãka“ z deskové-ho v˘mûníku TV do v˘mûníku kotle vrací dostateãnûochlazená a je moÏno téÏ poãítat s ideálním konden-zaãním provozem.Z tohoto pohledu je provoznû-ekonomicky obzvlá‰Èpfiínosná jednotka Cerasmartmodul, u níÏ díky prin-cipu ohfievu teplé vody ve velkoplo‰ném deskovémv˘mûníku a ukládání TV do tzv. vrstveného zásobní-ku, se teplá voda ohfiívá témûfi v˘hradnû v konden-zaãním reÏimu.

Obrázek 8

Obrázek 7

Obrázek 9

Obrázek 10

Obrázek 11

Tep

lota

v s

ysté

mu

°C Kondenzaãní teplota cca. 57 °C

Venkovní teplota °C

Poãet topn˘ch dní v závislosti na venkovníteplotû (závislé na regionu)

Po

ãet

top

n˘c

h d

ní

Venkovní teplota ve °C

Teoretická oblast kondenzace topného systému 40/30 °C

Tep

lota

v s

ysté

mu

°C

Kondenzaãní teplota cca. 57 °C

Venkovní teplota °C

Teoretická oblast kondenzace topného systému 75/60 °C

Tep

lota

v s

ysté

mu

°C

Kondenzaãní teplota cca. 57 °C

Venkovní teplota °C

Teoretická oblast kondenzace topného systému 90/70 °C

Legenda k obr. 8, 9 a 10:VL - nábûhová voda systémuRL - zpûtná vody systému

VL

RL

VL

RL

VL

RL

Rozbor kondenzátu [mg/l] kotlÛ Cerapur a Crasmart

âpavek 1,2 Nikl 0,15Olovo ≤ 0,01 RtuÈ 0,0001Kadmium ≤ 0,001 Sulfát 1Chrom ≤ 0,005 Zinek 0,015Halogenovéuhlovodíky ≤ 0,002 Cín 0,01

Chlorovanéuhlovodíky 0,015 Vanad 0,001

Mûì 0,028 Hodnota pH 4,8

Hodnota pH kondenzátu z kondenzaãních kotlÛ

6

Rosn˘ bod spalin v závislosti na pfiebytku vzduchu λλ

Pomûr vzduchu λ

Tep

lota

ro

snéh

o b

od

u [°

C]

Teoretické základy kondenzaãní techniky JUNKERS

Z grafu je patrné, Ïe roste normovan˘stupeÀ vyuÏití s klesajícím vytíÏenímkotle, tzn. kotel, kter˘ pobûÏí na v˘koncca 50-60 % svého v˘konu dosahuje iu systému s teplotním spádem75/60 °C koeficientu vyuÏití pfies100 %. Teplota spalin ménû vytíÏené-ho kotle klesne a zaãne se projevovatvliv kondenzace a nárÛst úãinnosti. Ztéto závislosti vypl˘vá, Ïe konden-zaãní kotle se musí navrhovovats vût‰í rezervou v˘konu, neÏ tomubylo zvykem u klasick˘ch konvenã-ních plynov˘ch kotlÛ.

Graf závislosti Entalpie na teplotû spalin a na souãiniteli pfiebytkuvzduchu λ znázorÀuje pásma pouÏívání tepelné techniky. MÛÏemeodeãíst, Ïe pfii λ= 1,3 aÏ 1,35 (coÏ je charakteristická hodnota prokondenzaãní kotle JUNKERS), se musí respektovat rosn˘ bod spalinpfii spalování zemního plynu (cca 53 °C). Pokud se udrÏí zpûtná otop-ná voda v otopném systému pod touto teplotou v˘stupních spalin, toznamená ideálnû pod rosn˘m bodem vodních par obsaÏen˘ch vespalinách, vzroste v˘razn˘m zpÛsobem úãinnost kondenzaãníhozafiízení.

Ze závislosti na obrázku 14 lze pfiesnû urãit teplotu ros-ného bodu vodních par vznikl˘ch spálením zemního ply-nu dan˘m hofiákem s pfiíslu‰n˘m pomûrem vzduchu λ.Je zfiejmé, Ïe u kondenzaãního kotle je nutné projekã-nû zajistit k ideálnímu nízkoteplotnímu reÏimu teplotu„Zpáteãky“ pod 55 °C.

Obrázek 12

Obrázek 14

Pfiebytek vzduchu λ

CO2 - obsah v %

Konvenãníhofiák

Kondenzaãníhofiák

Tlakov˘hofiák

Obrázek 13

VyuÏitá entalpie vstupních spalinh1 (kJ.kg-1 s.t.s.)

... (kJ na kg such˘ch teoretick˘chspalin)

h2 (kJ.kg-1 s.t.s.)

Kotle standardní

Kotle nízkoteplotní

Kotle kondenzaãní

Rosné body

Teplota v˘stupních spalin

Absolutníúãinnost

(%)

Relativníúãinnost

(%)

Zajímav˘ je pohled na závislost nor-movaného stupnû vyuÏití na vytí-Ïení kotle (obr. 12), tzv. Charakte-ristika kondenzaãního kotle, potfiebnápro urãování doby návratnosti inves-tice do daného zafiízení.

[%]

7

Teoretické základy kondenzaãní techniky JUNKERS

Stfiední teplota Tepeln˘ v˘kon topného tûlesa Potfiebné zvût‰ení otopné plochyotopné vody dimenzovaného na teplotní spád pfii pouÏití kondenzaãního spalování

90/70 °C

40 °C 24 % 4,0 - násobek

45 °C 32 % 3,0 - násobek

50 °C 40 % 2,5 - násobek

55 °C 49 % 2,0 - násobek

60 °C 50 % 1,7 - násobek

65 °C 69 % 1,5 - násobek

70 °C 79 % 1,3 - násobek

75 °C 89 % 1,1 - násobek

80 °C 100 % 1,0 - násobek

Potfiebné zvût‰ení otopné plochy

Faktor zvût‰ení otopn˘ch ploch se net˘ká rozmûrÛ topn˘ch tûles n˘brÏ tepelného v˘konu: podle DIN 4703 jeQn pfii 90/70 °C -20 °C (u budoucí EN 422: 75/65 °C -20 °C).

Z toho, co jsme doposud na grafech ukázali je zfiejmé, Ïe v‰e související s kondenzací vodních par vespalinách souvisí s pfiebytkem vzduchu λ a s rozdílem teploty spalin a teploty zpûtného toku otopné vody. SesníÏenou teplotou „zpáteãky“ je nutné pfiepoãítat velikost otopn˘ch ploch. Zjednodu‰en˘ pohled na zvût‰eníotopné plochy ukazuje následující tabulka (nutno pfiedat stejn˘ v˘kon s niωím teplotním spádem).

Odtah spalin kondenzaãních kotlÛ

Kondenzaãní kotle jsou vzhledem k teplotám spalin provozovány jako kotle s nucen˘m odtahem spalin - turbokotle. MoÏnosti jsou rÛzné a najdete je v ceníku odkoufiení ke kondenzaãním kotlÛm.

K

Obrázek 15

pfii pouÏití napfi. u rÛzn˘ch skupin s rÛzn˘mi poãáteã-ními teplotami. V˘dej tepla topného okruhu pak sle-duje pfiíslu‰né tepelné poÏadavky.

Rozdûlovaã bez diferenãního tlaku:Mísící zafiízení má za úkol sníÏit poãáteãní teplotutak, aby objemov˘ proud následnû zapojeného top-ného okruhu zÛstal dle moÏností konstantní, jakv pfiípadû plného, tak i ãásteãného zatíÏení. K v˘ho-dám smû‰ovacího zapojení patfií:- rozdílné teploty systémÛ mezi topn˘m okruhem a

zdrojov˘m-kotlov˘m okruhem- moÏnost pfiipojení více topn˘ch okruhÛ s rÛzn˘mi

teplotami a ãasov˘mi profily- napojení na rozdûlovaã bez diferenãního tlaku

nebo hydraulickou v˘hybku

Smû‰ovací zapojení s bypassem (obr. 18)Pokud jsou ve spotfiebitelském obvodu potfiebnézvlá‰tû vysoké objemové proudy ve spojení s nízk˘miteplotami systémÛ, zejména u podlahového vytápûní,pak je nutno pouÏít smû‰ovací zapojení s bypassem.

8

Základy hydraulického zapojování kondenzaãní techniky JUNKERS

- termostatick˘ ventil

- obûhové ãerpadlo

- uzavírací ventil

- ‰krtící ventil

- tfiícestn˘ smû‰ovaã

- zpûtn˘ ventil/klapka

- nábûh

- zpáteãka

- teplotní ãidlo

- ventil s bezpeã.uzávûrem

- v˘mûník tepla

- membránová expanzní nádoba

- pojistn˘ ventil

- tepeln˘ spotfiebiã

- podlahové vytápûní

- odvzdu‰Àovaã

- hydraulická v˘hybka

- pfiepou‰tûcí ventil

- pitná teplá voda

- pitná studená voda

- cirkulace

- pfiepínací ventil

Legenda k hydraulice

Základy hydraulického zapojování

VL

RL TWW

TW

Z

M

Následující schémata zapojení jsou obecn˘m pfiehle-dem nejuÏívanûj‰ích hydraulick˘ch zapojení.

Nemíchan˘ topn˘ okruh (obr. 16)Pokud je topn˘ okruh provozován pfiímo s poãáteãníteplotou topného pfiístroje, pak se jedná o nemíchan˘topn˘ okruh. Topn˘ okruh je zásobován centrálnímobûhov˘m ãerpadlem nebo oddûlen˘m ãerpadlemtopného okruhu. Pfiednostnû se doporuãuje pouÏívatfiízené obûhové ãerpadlo, které omezuje nárÛst tlaku

pfii uzavírajících se termostatick˘ch ventilech (jinakse ãasto vyskytují zvuky na ventilech topn˘ch tûles).Pokud je pouÏita hydraulická v˘hybka nebo rozdûlo-vaã bez diferenãního tlaku, pak je vhodné instalovatãerpadlo kotlového okruhu a dal‰í okruhy zásobovatpfiíslu‰n˘mi samostatn˘mi ãerpadly.

Smû‰ovací zafiízení (obr. 17)Z dÛvodu sníÏení poãáteãní teploty tepelného spo-tfiebiãe (topného okruhu) proti poãáteãní teplotûv rozdûlovaãi je moÏno pouÏít smû‰ovací zafiízení -

Obrázek 16

Obrázek 17

9

V‰eobecnû platí stejné zásady jako u smû‰ovacíchokruhÛ.

Smû‰ovací zapojení s rozdûlovacím ventilemU rozdûlovacího ventilu jsou objemové proudy takérozdûlovány pfiíslu‰nû dle poÏadavkÛ systému. Zestavebnû technick˘ch dÛvodÛ je regulaãní chovánírozdûlovacího ventilu o nûco hor‰í neÏ u smû‰ova-cího zafiízení, protoÏe objemov˘ proud ve spotfiebitel-ském–topném okruhu není konstantní. Jako rozdûlo-vací ventily je moÏno pouÏít pouze speciálnû vyba-vené ventily. Je nutno dbát na polohu zabudovánímísícího zafiízení! Junkersem nabízené trojcestnésmû‰ovací ventily DWM 15/20/25/32/40/60 je moÏnopouÏít jako mísící nebo i jako rozdûlovací ventily.

Dvouproudá zapojení

U dvouproudového vstfiikovacího zapojení je topn˘okruh hydraulicky plnû odpojen od zb˘vajícího zafií-zení. Toto zapojení poskytuje nejvy‰‰í bezpeãnostprovozu. Zamezuje vzájemnému ovlivÀování jednotli-v˘ch topn˘ch okruhÛ. Není vhodné k napojení na roz-dûlovaã bez diferenãního tlaku, hydraulickou v˘hyb-ku nebo v˘mûník tepla, pokud není mezi rozdûlova-ãem/v˘hybkou/v˘mûníkem tepla a pfiíslu‰n˘m top-n˘m okruhem instalováno ãerpadlo.Podle toho, kde je mísící zafiízení zabudováno, jenutno pfiipoãítat jeho ztrátu tlaku pfiíslu‰nému obvodu.

Trojcestn˘ ventil jako smû‰ovací ventilVerze I: (obr. 20)PouÏívá se zejména u podlahového vytápûní, zvlá‰tûpokud jsou dále zapojeny dal‰í topné okruhy. Ztrátatlaku smû‰ovacího zafiízení pfiipadne „ãerpadlukotle“, aby byl vytvofien nutn˘ rozdíl tlaku mezi rozdû-lovaãem a jímaãem. ProtoÏe je vût‰inou rozdûlovánítokÛ v technické místnosti, je v˘hodné toto zapojení.Zapojení dle verze I by nemûlo b˘t pouÏíváno k regu-laci ohfiívaãÛ vzduchu.

Verze II: (obr. 20)Lze pouzít napfi. u ohfiívaãÛ vzduchu, protoÏe v tomtopfiípadû b˘vá technická centrála vût‰inou umístûnadaleko od ohfiívaãe vzduchu a je poÏadováno rychlépfiizpÛsobení regulace. Zamezí se tím zpoÏdûní zpÛ-sobené dlouhou cestou rozvodÛ, samozfiejmû sepouÏívá i v ostatních zapojeních.

Trojcestn˘ ventil jako rozdûlovací ventilV závislosti na kotlovém obvodu a ãerpadlu topnéhookruhu mÛÏe dojít k posunutí hranice tlaku. Trojcest-n˘ ventil pak pfiebírá funkci rozdûlovacího ventilu.

Rozdûlovaã bez diferenãního tlaku, hydraulickáv˘hybka (obr. 21)Hydraulicky se rozdûlovaã bez diferenãního tlaku ahydraulická v˘hybka neli‰í, av‰ak pfii pouÏití rozdûlo-vaãe bez tlaku je poãáteãní teplota na kotlové stranûidentická s teplotou oãekávanou u topného okruhu.Pfii pouÏití hydraulické v˘hybky se zde mohou vy-skytnout teploty rozdílné. U kondenzaãních kotlÛJunkers je v˘mûník ze slitiny Al-Si-Mg. Pro Ïivotnostv˘mûníku není vhodné, aby protékající prÛtoãnmnoÏství bylo vût‰í jak 1000 l/h. Proto, pokud je po-Ïadované vût‰í prÛtoãné mnoÏství na spotfiebitelskéstranû - na stranû topn˘ch okruhÛ je vhodné a dopo-ruãené, okruhy hydraulicky oddûlit a pouÏít hydrau-lickou v˘hybku. Na kotlové stranû pak bude dodá-váno pfiíslu‰né mnoÏství s pfiíslu‰n˘m teplotním spá-dem a na spotfiebitelské stranû si budou jednotliváãerpadla brát potfiebné mnoÏství tepla dle poÏadav-kÛ jednotliv˘ch okruhÛ. TéÏ je moÏno vyuÏít nabídkyJunkers - v pfiíslu‰enství jsou v˘hybky HV25 a HV50. Hydraulická v˘hybka HV25 je pouÏitelná cca do 30kW a má ve svém pfiíslu‰enství pfiímo ‰krticí ventily,kter˘mi lze sefiizovat potfiebná prÛtoãná mnoÏství ateplotní spády. V˘hybku HV50 je nutno tímto dovybavit.

Obrázek 18

Obrázek 19

Obrázek 20

Obrázek 21

Tlaková

hranice

10

Hydraulického rozdûlení je moÏno dosáhnout taképomocí akumulaãního zásobníku mezi kotlov˘mokruhem a topn˘mi–spotfiebitelsk˘mi okruhy.V‰eobecnû se tyto principy pouÏívají k zamezeníinterakcí mezi topn˘m okruhem a kotlov˘m okruhem.To je zvlá‰tû dÛleÏité tehdy, kdyÏ se pouÏívá nûkolikkotlÛ a nûkolik topn˘ch okruhÛ se znaãnû rozdíln˘mipoÏadavky na v˘kon.

U kaskád s kondenzaãními kotli Junkers je nutnohydraulickou v˘hybku pouÏít. Proto by se zejména utopn˘ch zafiízení s více kotli mûlo dbát na to, aby byloplánováno s nízk˘mi teplotami, napfi. do max.70/50 °C (poãáteãní/zpûtn˘ tok). V‰eobecnû se prokondenzaci doporuãuje niωí teplota systému.

Pfiepou‰tûcí ventil (obr. 22)Z dÛvodu zasahování do hydraulick˘ch pomûrÛv topné síti byly dfiíve instalovány na kaÏdém posled-ním topném tûlese vûtve pfiepou‰tûcí ventily. Podlesituace zástavby pfiepou‰tûcího ventilu mÛÏe dojít kezv˘‰ení teploty zpûtného toku. V˘hfievn˘ efekt sesniÏuje. Nejlep‰ím fie‰ením je obecnû pouÏití regulo-van˘ch ãerpadel, (dle potfieby tepla /v fiádu nad50 kW/, je nutno podle nûmecké vyhlá‰ky v‰eobecnûpouÏívat regulovaná ãerpadla).

Obecnû by se do systémÛ s kondenzaãními kotli ne-mûly pfiepou‰tûcí ventily zabudovávat.K dosaÏení konstantních tlakov˘ch pomûrÛ je moÏnozabudovat proud regulující ventily regulované dife-renãním tlakem a regulovaná ãerpadla.Pokud se ze zvlá‰tních dÛvodÛ pfiesto pouÏijí pfie-pou‰tûcí ventily (napfi. u velice mal˘ch topn˘ch okru-hÛ), pak by mûlo b˘t místo zabudování na poslednímtopném tûlese. Zv˘‰ení teploty zpûtného toku je pou-ze nepatrné a vyhfiívací efekt je sníÏen pouze nepa-trnû nebo vÛbec.

V˘mûník tepla (obr. 23)V˘mûník tepla je striktním oddûlením tepla, které sev technice vytápûní pouÏívá. Oddûluje nejen hydrau-licky, ale i systémová media a tlak.

PouÏití:1. PouÏití pfii rÛzn˘ch materiálech potrubí, napfi. u di-

fusnû netûsného potrubí v topném okruhu2. PouÏití rÛzn˘ch médií; napfi. smûsi glykolu v top-

ném okruhu proti zamrznutí, normální topné vodûv kotlovém okruhu

3. PouÏití pfii rÛzn˘ch tlakov˘ch pomûrech, napfi.u dálkového vytápûní.

Je nutno dbát na stupeÀ úãinnosti v˘mûníku tepla(údaje v˘robce).U topn˘ch systémÛ je nutno se snaÏit o velkorysédimenzionování v˘mûníku tepla. Pokud je zapojenpodlahov˘ topn˘ obvod, pak je smyslupln˘ i pfiídavn˘bypass.Bypass poskytuje podlahovému obvodu velké mnoÏ-ství obíhající vody s nízk˘m rozdílem teplot a obvoduv˘mûníku tepla malé mnoÏství obíhající vody s vel-k˘m rozdílem teplot. Tím se zlep‰í stupeÀ úãinnostiv˘mûníku tepla.

Obrázek 22Obrázek 23

11

Obrázek 25

·patnûPfiepou‰tûcíventil

Správnû

Kondenzaãníkotel

Kondenzaãníkotel

Bez pfiepou‰tûcíhoventilu, ponûvadÏnení nutné minimálnímnoÏství obûhovévody!

Regulacediferenãního tlaku

Pokud lze oãekávat pfiiprovozu s ãásteãnou zátûÏínadmûrn˘ diferenãní tlak, jetfieba provést protiopatfienínapfi. vestavût zafiízeníregulující diferenãní tlak.

Obrázek 26

·patnûTermostatickéventily

Správnû

Kondenzaãníkotel

Kondenzaãníkotel

Nav˘‰eníteploty vevratnémpotrubí kotle

Elektronickyfiízenéãerpadlo

(s pfiepou‰tûním)

âasté chyby v hydraulice s kondenzaãní technikou JUNKERS

Obrázek 24

·patnûâtyficestn˘smû‰ovaã

Správnû

Kondenzaãníkotel

Kondenzaãníkotel

Nav˘‰ení teplotyve vratnémpotrubí kotle

Elektronickyfiízenéãerpadlo

12

Pfiíklady systémÛ Následnû jsou znázornûny nûkteré moÏnosti zjedno-du‰eného fie‰ení hydraulick˘ch obvodÛ vhodn˘chpro kondenzaãní kotle, vãetnû kaskádov˘ch systé-mÛ. Zvlá‰tní dÛraz zde byl kladen na co moÏná nej-vy‰‰í úãinnost kondenzaãní techniky.

Pfiíklad systému 1Kondenzaãní kotel s pfiipojením nesmû‰ovaného topného okruhu, smû‰ovaného okruhu podlahového vytá-pûní a zásobníku teplé vody s pfiepojovacím ventilem. K zamezení hluãnosti topn˘ch tûles je doporuãeno pouÏítí fiízeného ãerpadla (souãást kotlÛ Cerapur).

PonûvadÏ pfiíprava teplé vody je provádûna pfieváÏnûcentrálnû kotlem pfies zásobník, je tento ohfiev inte-grován do kaÏdého obvodu s tím, Ïe nemusí b˘t vÏdyvyuÏit.

Pfiíklady jsou bez záruky kompletnosti!

Obrázek 27

Pfiíklad systému 2Kondenzaãní kotel s pfiipojením nûkolika smû‰ovan˘ch topn˘ch okruhÛ a zásobníku teplé vody s pfiepínacímventilem. V‰echna ãerpadla topn˘ch okruhÛ by mûla b˘t v provedení s fiízením diferenãního tlaku, jinak mÛÏe docházetk vzájemnému ovlivÀování jednotliv˘ch topn˘ch okruhÛ.

Obrázek 28

Základy hydraulického zapojování kondenzaãní techniky JUNKERS

13

Základy hydraulického zapojování kondenzaãní techniky JUNKERS

Pfiíklad systému 3Systém s nûkolika kotli (s kaskádou) a rozdûlovaãem bez diferenãního tlaku, napojením nûkolika regulovan˘chtopn˘ch okruhÛ a zásobníku teplé vody s nabíjecím ãerpadlem.U kaskádov˘ch systémÛ se vyskytují zmûny prÛtoãného mnoÏství. Tyto musí b˘t zaregulovány pfii plnémzatíÏení (regulaãní ventily, pfiipojení dle Tichelmanna). K zamezení nesprávné cirkulace vody u zafiízení mimoprovoz, je nutno do zpûtného potrubí nainstalovat zpûtné klapky (nejsou souãástí dodávky). Pokud nejsou donábûhu a vratného potrubí namontovány uzávûry, lze nasadit spoleãnou expanzní nádobu. Pokud je pouÏitahydraulická v˘hybka, dodrÏet krátké pfiípojné potrubí.

Obrázek 29

Pfiíklad systému 4Systém s nûkolika kotli a hydraulickou v˘hybkou s moÏností napojení nûkolika regulovan˘ch topn˘ch okruhÛ,nûkolika okruhÛ podlahového vytápûní a samostatného ohfievu teplé vody s nabíjecím ãerpadlem.

Obrázek 30

14

Základy hydraulického zapojování kondenzaãní techniky JUNKERS

Pfiíklad systému 5Systém s kondenzaãním kotlem s moÏností napojení nûkolika topn˘ch okruhÛ, jednoho smû‰ovaného okruhus podlahov˘m vytápûním a samostatn˘m ohfievem teplé vody v zásobníku se solárním panelem.

Obrázek 31

Pfiíklad systému 6Systém s kondenzaãním kotlem ve spojení s kotlem na tuhá paliva, s moÏností napojení nûkolika topn˘chokruhÛ, jednoho smû‰ovaného okruhu s podlahov˘m vytápûním a s pfiipojením zásobníku teplé vody, pfiípadnûs napojením i na solární panely k ohfievu zásobníku TV.

KW

TWW

Z

TWObrázek 32

Hydraulické sladûní topn˘ch systémÛHydraulické sladûní je pfiedepsáno energetick˘mipfiedpisy v zemích EU - VOB díl C/DIN 18380. V˘tah z VOB díl C/DIN 18380 viz strana 20!

Kotel na tuhá paliva Akumulaãní zásobník Zásobník TV

15

V˘poãet roãní provozní úãinnosti kondenzaãního kotle JUNKERS

Úvodem Zpracoval: ing. Vladimír Valenta,¤íãany 16.1.2002

NeÏ se budeme zab˘vat vlastním v˘poãtem provozníúãinnosti kondenzaãního kotle, bude vhodné si pfii-pomenout následující poznatky.Moderní plynové kotle mají pfii bûhu zanedbatelnouztrátu tepla sdílením do okolí. Pfii bûhu vykazujípouze ztrátu tepla v odcházejících spalinách (ztrátukomínovou). OkamÏitá úãinnost kotle pfii bûhu jepotom sníÏena o uvedenou ztrátu v pomûrné veli-kosti, vztaÏenou k pfiíkonu kotle. V praxi to znamená,Ïe úãinnost spalování plynu má pfiibliÏnû stejnouhodnotu jako okamÏitá úãinnost kotle pfii bûhu.Pfii ochlazování spalin zemního plynu získan˘ch pfiiideálním spalování, tj. bez pfiebytku vzduchu, podteplotu 58 °C, coÏ je teplota rosného bodu, zaãne vespalinách kondenzovat vodní pára. Hmotnostní podílvodní páry ve spalinách zemního plynu je témûfi12 %. Teplo, které lze získat z úplné kondenzace, tj.pfii ochlazení spalin na referenãní teplotu 25 °C, máhodnotu 11 % z tepla spalného.V˘‰e pfiebytku vzduchu se udává souãinitelem pfie-bytku vzduchu λ [-]. Tento souãinitel je dán pomûremskuteãného mnoÏství vzduchu, které bylo dopravenodo spalovacího procesu, k teoretickému mnoÏstvívzduchu potfiebného pro ideální spalování. TakÏespaliny bez pfiebytku vzduchu mají souãinitel λ = 1.Pokud je hodnota λ vysoká, zhor‰uje se úãinnostspalování. ProtoÏe s rostoucí hodnotou λ klesá tep-lota rosného bodu spalin, je nutné, aby byl u konden-zaãních kotlÛ udrÏován pfiebytek vzduchu na nejniωía pokud moÏno na stálé úrovni v celém rozsahutepeln˘ch v˘konÛ kotle. Teplota rosného bodu spalinpfii λ = 2 je 45 °C, pfii λ = 3 je 38 °C.Pfii sniÏování tepelného v˘konu (vytíÏení) kondenzaã-ního kotle se vÏdy zvy‰uje okamÏitá tepelná úãin-nost. SniÏuje se totiÏ teplota spalin (obr. 33).

PoÏadavek na nejvy‰‰í teplotu rosného boduNa tento poÏadavek musí reagovat jiÏ konstruktérkotle. KdyÏ je teplota rosného bodu spalin nízká,zmen‰uje se hodnota vyuÏitelného podílu konden-zaãního tepla, coÏ znamená zhor‰ení úãinnosti spa-lování. Souãasnû se omezuje dostupnost teplonosnélátky, která by sv˘mi teplotami zpÛsobovala kon-denzaci spalin v co nej‰ir‰ím provozním reÏimu kotle.Napfi. pfii teplotû rosného bodu 38 °C zajistí konden-zaci spalin pouze vytápûcí soustava 40/30 °C s otop-n˘mi podlahami, pfiípadnû ohfiívací soustava32/20 °C pro pfiedehfiev uÏitkové vody, pokud nenípomûr jejího tepelného v˘konu k v˘konu kotle zaned-bateln˘.Z poÏadavku na udrÏení pfiebytku vzduchu na nej-niωí stálé úrovni v celém rozsahu tepeln˘ch v˘konÛkotle vypl˘vá zajistit u kotle optimální a stálou hod-notu smû‰ovacího pomûru plyn-vzduch.

PoÏadavek na nejniωí teplotu spalinNa tento poÏadavek musí opût reagovat konstruktérkotle. Vût‰inou se poÏaduje, aby rozdíl mezi teplotouspalin a teplotou zpûtné vody byl 5 K pfii jmenovitéma 2 K pfii minimálním v˘konu. To lze nejsnáze splnittím, Ïe spalinov˘ v˘mûník bude fie‰en jako proti-proud˘ v˘mûník tepla s dostateãnû dimenzovanouteplosmûnnou plochou.

Vliv teploty zpûtné vodyUveden˘ vliv je u kondenzaãních kotlÛ dominantní.Projektant mÛÏe zajistit nejniωí teplotu zpûtné vody:- volbou nejniωích jmenovit˘ch teplot vytápûcí

nebo ohfiívací vody,- vhodn˘m hydraulick˘m zapojením celé tepelné

soustavy,- vhodn˘m zpÛsobem provozu a fiízení tepelného

v˘konu.

V prvém pfiípadûPfii volbû nejniωích jmenovit˘ch teplot vytápûcí vody,musí projektant pfiihlédnout také k prÛbûhu teplotyzpûtné vytápûcí vody bûhem vytápûcího období,k tzv. topn˘m kfiivkám (obr. 34). Pfiedstavu o prÛbûhukondenzace získáme z následující úvahy. Teplotarosného bodu spalin je u nejlep‰ích kondenzaãníchkotlÛ 53 °C, neboÈ pracují s nízkou hodnotou λ = 1,2.KdyÏ k topn˘m kfiivkám zakreslíme také prÛbûhteploty spalin v závislosti na vnûj‰í teplotû tak, Ïe tatokfiivka bude pfii jmenovitém v˘konu o 5 a pfii 25 %tepelném v˘konu o 2 K vy‰‰í neÏ teplota zpûtné vody,vymezí prÛseãík této kfiivky s pfiímkou teploty rosné-ho bodu spalin 53 °C dvû rozmezí vnûj‰ích teplot.Rozmezí s nízk˘mi vnûj‰ími teplotami pfii nichÏ nedo-chází ke kondenzaci a rozmezí s vy‰‰ími vnûj‰ímiteplotami pfii nichÏ dochází ke kondenzaci. Snahousamozfiejmû je, aby druhé rozmezí bylo co nej‰ir‰í.

Ve druhém pfiípadûProtoÏe jsou k dispozici vyspûlé kondenzaãní kotleo tepeln˘ch v˘konech totoÏn˘ch s poÏadovan˘miv˘kony dan˘ch kotelen a jejich v˘kon je fiízen spojitûv rozmezí 100 aÏ 10 nebo 25 %, mÛÏeme navrhovatkotelny pouze s jedním kotlem. Toto fie‰ení má pfiíz-niv˘ vliv na sníÏení investiãních nákladÛ na kotelnu.

Obrázek 33

Charakteristika kondenzaãního kotle (závislost úãinnostina vytíÏení)

16

V˘poãet roãní provozní úãinnosti kondenzaãního kotle JUNKERS

V tepeln˘ch soustavách nesmí b˘t pouÏity prvky,které zvy‰ují teplotu zpûtné vody. Jedná se zejménao pfiepou‰tûcí armatury a ãtyficestné smû‰ovaãe.Teplotu zpûtné vody zvy‰ují také vyrovnávací spojky,pokud není ve v‰ech provozních stavech zaji‰Èovánvût‰í prÛtok vytápûcím okruhem oproti prÛtoku v kot-lovém okruhu. V tomto pfiípadû se provádí na vyrov-návací spojce smû‰ování a ne nepfiípustné pfiepou-‰tûní. Pfii pouÏití regulaãních armatur, které pracují naprincipu ‰krcení prÛtoku, napfi. termostatick˘ch ra-diátorov˘ch ventilÛ nebo pfiím˘ch ãi trojcestn˘ch re-gulaãních armatur, bude prÛtok promûnn˘. Potom jevhodné pouÏít kompaktní fiízené obûhové ãerpadlos promûnn˘mi otáãkami.Vliv ‰krcení prÛtoku regulaãními armaturami na zv˘-‰ení okamÏité úãinnosti kondenzaãních kotlÛ je veli-ce pfiízniv˘, neboÈ teplota zpûtné vody se znaãnû sni-Ïuje. Aby teploty zpûtné vody ve vytápûcí soustavûbyly blízké teplotám podle zpûtné topné kfiivky, tj. pfiipln˘ch prÛtocích, musí b˘t také skuteãn˘ nejvy‰‰íprÛtok roven prÛtoku v˘poãtovému. Pfii prÛtocíchvy‰‰ích neÏ je prÛtok v˘poãtov˘, coÏ je ãast˘ pfiípadu hydraulicky nesefiízen˘ch vytápûcích soustav sestál˘m prÛtokem, by se zvy‰ovaly teploty zpûtnévody nad rámec dan˘ teplotami zpûtné topné kfiivky.

Ve tfietím pfiípadû¤ízení tepelného v˘konu kotle b˘vá nejãastûji ekvi-termické, kdy teplota v˘stupní vody z kotle je fiízenapodle venkovní teploty a to v celém, pfiípadnû v ãá-steãném rozsahu venkovních teplot. Potom nasta-vení topné kfiivky, coÏ je graficky vyjádfiená závislostteploty pfiívodní vody na teplotû venkovní, musí b˘tco nejniωí.

Obrázek 34Topné kfiivky 90/70/20/-12 °C

Obrázek 35Charakteristika klimatu 20/-12/12°C

u - pomûrná doba v˘skytu pomûrn˘ch v˘konÛ

Vlastní v˘poãetJe‰tû pfied zahájením zpracování projektu kotelnys kondenzaãním kotlem je vhodné vypoãítat roãníprovozní úãinnost kondenzaãního kotle. Z v˘poãtuúãinnosti je moÏné stanovit roãní úspory zemníhoplynu a dobu návratnosti vloÏené investice. Tyto úda-je budou jistû investora zajímat.Pro v˘poãet roãní provozní úãinnosti kondenzaãníhokotle, kter˘ je napojen na vytápûcí soustavu, je zapo-tfiebí znát jednak vlastnosti kotle s vytápûcí sousta-vou, jednak vlastnosti klimatu. Proto potfiebujemeznát dvû charakteristiky:- charakteristiku kotle s vytápûcí soustavou,- charakteristiku klimatu.

Charakteristika kotle (obr. 33) je závislost úãinnostikotle η [-] na jeho pomûrném v˘konu qk [-], neboli navytíÏení, daná pro urãitou vytápûcí soustavu. Urãujese mûfiením na zku‰ebnû. Dílãí (okamÏitá) úãinnostkondenzaãních kotlÛ je závislá pfieváÏnû na teplotûobûhové vody, která vstupuje do kotle. Bûhem vytá-pûcího období se samozfiejmû potfiebn˘ tepeln˘ v˘-kon mûní, a tím i vytíÏení kotle, a s ním i tato teplota.Proto musí b˘t úãinnost kondenzaãních kotlÛ uvede-na pro nûkolik stavÛ vytíÏení.Charakteristika klimatu (obr. 35) je závislost pomûr-ného tepelného v˘konu qs [-] potfiebného pro vytápûnív dané klimatické oblasti na pomûrné dobû v˘skytuu [-]. Je jednoznaãnû popsána vnitfiní v˘poãtovouteplotou, vnûj‰í v˘poãtovou teplotou a vnûj‰í teplo-tou pfii které zaãíná a konãí vytápûní.Je-li ti = 20 °C, ten = -12 °C a tem = 12 °C, budeoznaãení charakteristiky klimatu dáno teplotami 20/-12/12 °C.

17

V˘poãet roãní provozní úãinnosti kondenzaãního kotle JUNKERS

V charakteristice pfiedstavujeqs - pomûrn˘ v˘kon potfiebn˘ pro vytápûní v ur-

ãité klimatické oblasti = Qs / Qsn [-]Qs - tepeln˘ v˘kon potfiebn˘ pro vytápûní pfii ur-

ãité vnûj‰í teplotû [kW]Qsn - jmenovit˘ tepeln˘ v˘kon potfiebn˘ pro vytá-

pûní = tepelné ztrátû objektu [kW]ti - vnitfiní teplotu [°C]ten - v˘poãtovou vnûj‰í teplotu [°C]tem - vnûj‰í teplotu, pfii které zaãíná a konãí

vytápûní [°C]u - pomûrnou dobu v˘skytu pomûrn˘ch v˘konÛ

vy‰‰ích neÏ qs; u = d / do [-]d - dobu v˘skytu pomûrn˘ch v˘konÛ vy‰‰ích

neÏ qs [den]do - dobu vytápûcího období [den]

Podstata v˘poãtuPfii v˘poãtu je nutné zohlednit vliv promûnné teplotyvstupní vody do kotle na okamÏitou úãinnost, neboÈteplota vstupní vody je pro danou vytápûcí soustavuzávislá pouze na okamÏitém vytíÏení kotle. V˘poãetvychází z pomûru tepla vyuÏitého za vytápûcí obdobía tepla pfiivedeného v palivu za stejné období.Plocha pod kfiivkou charakteristiky klimatu (obr. 24)pfiedstavuje teplo v pomûrném tvaru, které je potfieb-né pro vytápûní objektu za rok v dané klimatickéoblasti. Pro dal‰í postup je vhodné plochu pod uve-denou kfiivkou rozdûlit na pût stejn˘ch dílãích po-mûrn˘ch dob v˘skytu ∆ui = 0,2. Pro kaÏdou tuto dobuse stanoví stfiední hodnota pofiadnice dílãího pomûr-ného v˘konu qsi, a to pro tyto pomûrné doby v˘skytuu = 0,1, 0,3, 0,5, 0,7 a 0,9.

Postup odvození vztahu pro roãní provozní úãinnost:ηr = Ev / Ep = Σ Evi / Σ Epi = Σ Qsi. Σ ∆ui / Σ (Qsi. ∆ui / ηi) == Σ qsi. ∆ui / Σ ( qsi. ∆ui / ηi) = Σ qsi / Σ (qsi / ηi),kdeηr je roãní provozní úãinnost [-]Ev - vyuÏité teplo za rok [kWh] Ep - teplo pfiivedené v palivu za rok [kWh] Evi - dílãí vyuÏité teplo [kWh] Epi - dílãí teplo pfiivedené v palivu [kWh]Qsi - dílãí v˘kon potfiebn˘ pro vytápûní [kW]n - poãet dílãích pomûrn˘ch dob = 5 [-] ∆ui - dílãí pomûrná doba v˘skytu dílãího pomûr-

ného v˘konu = 1/n = 0,2 [-]

Hledan˘ vztah pro v˘poãet roãní provozní úãinnostikondenzaãního kotle potom jeηr = Σ qsi / Σ (qsi / ηi), (1)

kdeqsi - dílãí pomûrn˘ v˘kon potfiebn˘ pro vytápûní

[-] hi - dílãí tepelná úãinnost kotle pfievzatá z diagr.

(obr. 22) pro qki = qsi. (Qsn / Qkn) [-]qki - dílãí pomûrn˘ v˘kon kotle [-] Qkn - jmenovit˘ tepeln˘ v˘kon kotle [kW]Z v˘sledkÛ mnoha proveden˘ch v˘poãtÛ vypl˘vá, Ïevliv rozdíln˘ch klimatick˘ch podmínek na roãní pro-vozní úãinnost je nepatrn˘. Tento vliv mÛÏe b˘t za-nedbán, a pro v˘poãet je moÏno pouÏít standardníklimatické podmínky 20/-12/12 °C. Pfii tûchto pod-mínkách jsou dan˘m hodnotám ui pfiifiazeny násled-ující hodnoty qsi (tab. 1).

Potom se v˘poãtov˘ vztah zjednodu‰í a pfiejde na tvarηr = 2,55 / (0,75 / η1 + 0,60 / η3 + 0,50 / η5 + 0,40 / η7+ 0,30 / η9), (2)kdeη1 je dílãí tepelná úãinnost kotle pfievzatá z diag.

(obr. 22) pro qk1 = qs1. (Qsn / Qkn); qs1 je odeã-teno pro u = 0,1 [-]

η3 - dílãí tepelná úãinnost kotle pfievzatá z diagr.(obr. 22) pro qk3 = qs3. (Qsn / Qkn); qs3 je odeã-teno pro u = 0,3 [-]

η5 - atp.

Tab. 1 Pfiifiazení hodnot qsi hodnotám ui

ui [-] qsi [-]0,1 0,750,3 0,600,5 0,500,7 0,400,9 0,30

Pfiíklad v˘poãtuZadáníMáme vypoãítat roãní provozní úãinnosti konden-zaãního kotle napojeného na tyto vytápûcí soustavy:40/30 °C, 75/60 °C a 90/70 °C. Vlastnosti kotle a vytá-pûcí soustavy jsou dány charakteristikou (obr. 22). Vev˘poãtech se pfiedpokládá, Ïe jmenovit˘ tepeln˘ v˘-kon kotle je roven v˘poãtové tepelné ztrátû vytápû-ného objektu.

¤e‰eníV˘poãet se provede podle vztahu (2). Pro jednotlivéhodnoty qki = qsi standardní charakteristiky klimatu(tab. 1) se z charakteristiky (obr. 22) odeãtou hodnotydílãích provozních úãinností h1, h3, ... h9. V˘sledkyjsou uvedeny v posledním fiádku tab. 2.

Tab. 2 Roãní provozní úãinnosti kondenzaãního kotle pro klimatické podmínky 20/-12/12 °Cui [-] qi [-] ηηi [-]

40/30°C 75/60°C 90/70°C0,1 0,75 1,070 1,010 0,9770,3 0,60 1,077 1,035 0,9950,5 0,50 1,084 1,055 1,0150,7 0,40 1,090 1,071 1,0420,9 0,30 1,095 1,083 1,064

ηr [-] 1,080 1,042 1,009

18

Kondenzaãní technika s panem ing. Valentou podruhé JUNKERS

Spalinov˘ diagram - stanoveníúãinnostiSpalinov˘ diagram metanu (obr. 36)je vhodn˘ pro rychlé a jednoduchéstanovení úãinnosti spalování zem-ního plynu a okamÏité úãinnosti ply-nového kotle. Zmûfiené ãi jinak sta-novené hodnoty teploty spalin t asouãinitele pfiebytku vzduchu λ sevloÏí do entalpického diagramu „h -t“, ze kterého se odeãte okamÏitáúãinnost kotle.Diagram pfiedstavuje závislost ental-pie spalin na teplotû spalin pfii urãi-t˘ch souãinitelích pfiebytku vzduchu.Entalpií je vyjádfien energetick˘obsah spalin.

Hlavní znaky kondenzaãníchkotlÛVût‰ina kondenzaãních kotlÛ se naprvní pohled od bûÏn˘ch kotlÛ odli-‰uje tím, Ïe je jejich hofiák umístûn nahorní ãásti kotle a naopakspalinové hrdlo je vespodní ãásti kotle. Spali-nové hrdlo má pomûrnûmal˘ prÛmûr, neboÈ jsouodvádûny spaliny o nízkéteplotû a tím i o malémmûrném objemu.Kondenzaãní kotle jsouvût‰inou koncipovány jakoprotiproudé v˘mûníky tep-la, které dokáÏí teplotuv˘stupních spalin ochla-dit aÏ na 5 aÏ 10 K nad te-plotu zpûtné vody vstu-pující do kotle. Teplotaspalin je tak provázána steplotou zpûtné vody.Kondenzaãní kotle prodomovní kotelny jsou vy-baveny nejãastûji pfietla-kov˘m hofiákem. Pokudjsou kotle vybaveny hofiá-ky atmosférick˘mi s pfied-smû‰ováním smûsi, majíje‰tû odtahové ventiláto-ry. Kondenzaãní kotle lzerozli‰ovat podle toho, jakje fiízen tepeln˘ v˘kon ajak je fiízeno spalování.¤ízení v˘konu hofiáku se

z materiálu plnû odolného proti ko-rozi. Kondenzát z kotle musí b˘t trva-le odvádûn. JelikoÏ teplota spalin jenízká a nestaãila by pro vytvofienídostateãného tahu v komínû, a tímk bezpeãnému odvodu spalin, musíb˘t v kondenzaãním kotli vzduchov˘nebo spalinov˘ ventilátor. ProtoÏespaliny vstupující do komína jsoumokré, musí b˘t komínová konstruk-ce odolná proti vlhkosti a také protivnitfinímu pfietlaku.

¤ízení tepelného v˘konu sestavykotlÛSouãasn˘ bûh dvou kotlÛSouãasn˘ bûh dvou kotlÛ, a to i pfiiniωích tepeln˘ch v˘konech, je nutn˘z dÛvodu dosaÏení niωích teplotspalin vystupujících z kotlÛ. I kdyÏ byjeden kotel staãil kr˘t potfiebn˘ v˘-kon sám, dûlo by se tak s vy‰‰íteplotou spalin. Pfii niωích teplotáchspalin bude intenzivnûj‰í konden-zace vlhkosti a tím se zv˘‰í úãinnostspalování.Rozsahy pomûrn˘ch tepeln˘ch v˘-konÛ pfii souãasném bûhu dvou kotlÛsi nejlépe znázorníme graficky po-mocí závislostí pomûrn˘ch tepel-n˘ch v˘konÛ na vnûj‰í teplotû (obr.37). Jednotlivé úseãky, resp. lomenáãára, pfiedstavují pomûrn˘ tepeln˘v˘kon:- AB - potfiebn˘ pro vytápûní =

pomûrnému tepelnémuv˘konu dvou kotlÛ,

- CDB - minimální pro dva kotle(soustavy o vy‰‰íchv˘poãtov˘ch teplotáchobûhové vody),

- EF - pouze jednoho kotle(polovina z celkového),

- GB - minimální pro dva kotle(soustavy o niωíchv˘poãtov˘ch teplotáchobûhové vody),

- HF - minimální pro jeden kotel(soustavy o niωíchv˘poãtov˘ch teplotáchobûhové vody).

¤ízení bûhu dvou kotlÛ1. Pfiedpokládá se, Ïe ekviterm je

u kaÏdého kotle.2. Pfii sníÏeném odbûru tepla se zv˘-

‰í teplota vstupní vody do kotle,coÏ by vedlo ke zv˘‰ení teplotyv˘stupní vody. Ta je v‰ak fiízenaekvitermem, kter˘ moÏnému zv˘-‰ení teploty zabrání sníÏením te-pelného v˘konu kotle.

3. Pfii sníÏení odbûru tepla aÏ na mi-nimální v˘kon vypne jeden z kot-lÛ, coÏ zaregistruje nadfiazen˘fiídicí systém.

4. Druh˘ kotel musí poté bûÏetzaruãenou dobu (10 minut).

5. Pokud v˘kon tohoto kotle nestaãí(klesá teplota v˘stupní vody),startuje první kotel a musí bûÏetopût zaruãenou dobu.

6. KdyÏ potom druh˘ kotel nevypne,budou pracovat oba kotle volnû.

provádí vût‰inou spojitû v rozsahuvytíÏení 25 aÏ 100 %.Velice dÛleÏité pro dosaÏení nejvy‰‰íúãinnosti kondenzaãního kotle jeudrÏování souãinitele pfiebytku vzdu-chu λ na nejniωí stálé hodnotû.¤ízení prÛtoku spalovacího vzdu-chu, resp. smû‰ovacího pomûruvzduch-plyn, se musí provádût v zá-vislosti na prÛtoku plynu. Ten je fiízenekvitermick˘m kotlov˘m reguláto-rem podle toho, zda teplota zpûtnévody pfiíslu‰ná vnûj‰í teplotû odpoví-dá topné kfiivce. Nejkvalitnûj‰í kon-denzaãní kotle jsou vybaveny je‰tû λ(lambda) sondou, která slouÏí prokontrolu souãinitele pfiebytku vzdu-chu a pro pfiípadnou jemnou zmûnusmû‰ovacího pomûru plyn-vzduch.ProtoÏe v kondenzaãním kotli do-chází ke kondenzaci vlhkosti z vodnípáry obsaÏené ve spalinách, musíb˘t teplosmûnná plocha provedena

Obrázek 36 Entalpick˘ diagram spalin metanu

19

Kondenzaãní technika s panem ing. Valentou podruhé JUNKERS

Do fiídícího systému kotelny musí b˘ttaké zahrnuto ovládání vzduchov˘chklapek s el. pohonem, které musí b˘tu kaÏdého kotle na vstupu vzduchu.Jsou otevfieny pouze pfii bûhu kotlÛ.

Úspory plynu pfii pouÏití konden-zaãních kotlÛIhned je moÏno sdûlit, Ïe se vlivempodstatnû vy‰‰ích úãinností konden-zaãních kotlÛ oproti kotlÛm ostatníchkonstrukcí dosahují úspory plynu vev˘‰i 10 aÏ 15 %, ãasto i více. Roãníprovozní úãinnost kotlÛ je oprotiúãinnosti stanovené mûfiením nazku‰ebnû, kterou uvádí v˘robci kot-lÛ, vÏdy niωí. U standardních a níz-koteplotních kotlÛ b˘vá toto sníÏenív nejlep‰ích pfiípadech o 5 % bodÛ.U kotlÛ kondenzaãních je sníÏenívelice malé, pfiibl. o 1 % bod. Vût‰írozdíl mezi namûfienou a provozníúãinností u standardních a nízko-teplotních kotlÛ je zpÛsoben tím, Ïerozsah fiízeného v˘konu kotlÛ b˘vápodstatnû uωí, kotle musí b˘t ãastovypínány a v pohotovostním stavudochází ke zbyteãn˘m ztrátám.Pomûrnou úsporu zemního plynu zarok, která vznikne osazením kon-denzaãního kotle místo kotle pÛvod-ního, stanovíme ze vztahuU = (Vo - V) / Vo = 1 - (ηo / η),kde U je pomûrná úspora

zemního plynu za rok (-)

Vo spotfieba plynu za rokpÛvodního kotle (m3.rok-1)

V potfieba plynu za rok prokondenzaãní kotel

(m3.rok-1)

η roãní provozní úãinnostkondenzaãního kotle (-)

ηo roãní provozní úãinnostpÛvodního kotle (-)

PfiíkladZadání: Jaká bude pomûrná úsporazemního plynu za rok, kdyÏ stan-dardní kotel nahradíme kotlem kon-denzaãním napojen˘m na vytápûcísoustavu 75/60 °C?¤e‰ení: Namûfiená úãinnost pÛvod-ního standardního kotle je 0,91.Roãní provozní úãinnost bude dánasníÏením o 0,05 na hodnotu ηo =0,86. Namûfiená úãinnost konden-zaãního kotle se soustavou 75/60 °Cje 1,028. Roãní provozní úãinnostbude dána sníÏením o 0,01 na hod-notu η = 1,018.Pomûrnou úsporu zemního plynu zarok, jeÏ vznikne osazením konden-zaãního kotle na místo kotle pÛvod-ního, stanovíme z posledního vztahuU = 1 - (0,860 / 1,018) = 0,155, coÏ je15,5 %.

MnoÏství a odvod kondenzátuz kondenzaãního kotlePfii kondenzaci spalin zemního plynuvzniká kondenzát, kter˘ musí b˘todvádûn z kotle. Pro rozhodování

- s v˘konem nad 200 kW je napojenímoÏné aÏ po neutralizaci kon-denzátu.

Neutralizace (odkyselování) konden-zátu se provádí nejãastûji chemicky,kdy se sniÏuje obsah CO2 prÛtokemkondenzátu pfies odkyselovací hmo-ty, na které se CO2 chemicky váÏe.PouÏívají se mramor, magno, dolomit

atd. Nejúãinnûj‰í je dávkování vápnaCa(OH)2, pokud lze zajistit pravidel-nou manipulaci dávkování vápenné-ho hydrátu.Neutralizaãní zafiízení (obr. 38) tvofiínádoba nejãastûji z plastick˘chhmot. Do zafiízení vtéká kondenzátz kotle hrdlem (1) pfies náplÀ s neu-tralizaãním granulátem (2). Odkyse-

len˘ kondenzát je shromaÏìován vespodní ãásti nádoby (3). Zv˘‰ení hla-diny kondenzátu zjistí snímaã hla-diny (4) a následnû fiídící systém (7)spustí ãerpadlo (5), které vytlaãujekondenzát hrdlem (6) do kanalizace.Neutralizaãní zafiízení má mít malouv˘‰ku a má b˘t umístûno poblíÏ kot-le, aby v˘tok kondenzátu z kotle bylnad nádobou a nebyl nutn˘ dodateã-n˘ základ pod kotel. ProtoÏe spalinyjsou vût‰inou v kotli a ãasto i ve spa-linové cestû v pfietlaku, je na odto-kovém potrubí pfietlaková vodní uzá-vûrka. Odtok do kanalizace je opa-tfien zápachovou uzávûrkou.Odvádûní kondenzátu z kaÏdého kotlei z komína musí b˘t provádûno pfiessifon. Na sifonu musí b˘t provedenouzavíratelné hrdlo pro poãáteãní napl-nûní sifonu vodou. Doporuãuje se, abyv˘tok ze sifonu umoÏÀoval vkládatmûrnou nádobu pro kontrolní mûfienímnoÏství kondenzátu.

Ing. Vladimír Valenta

o neutralizaci ãi o fiedûní kondenzátumusí b˘t známo jednak prÛtokovémnoÏství kondenzátu, jednak jehomnoÏství za vytápûcí období. MnoÏ-ství vlhkosti, která zkondenzovalav kotli ze spalin, závisí na okamÏitéúãinnosti kotle. V ideálním pfiípadûpo spálení 1 m3 ZP zkondenzuje aÏ1,36 kg vlhkosti.

Bilancování kondenzátuMaximální prÛtokové mnoÏství kon-denzátu mk (kg.h-1) se stanoví zevztahumk = 0,82. Qn. (1 - 0,96 / η0,5),kde Qn je jmenovit˘ pfiíkon kotle

(kW)η0,5 provozní úãinnost kotle

pfii vytíÏení 0,5 (-)MnoÏství kondenzátu Mk (kg) za vy-tápûcí období se stanoví ze vztahuMk = 0,82. E. (1 - 0,96 / η0,5),kde E je teplo potfiebné pro

vytápûcí období(kWh)

PfiíkladZadání: Jaké bude maximálníprÛtokové mnoÏství kondenzátu amnoÏství kondenzátu za vytápûcíobdobí vzniklé v kondenzaãním kotlinapojeném na vytápûcí soustavu75/60 °C? Jmenovit˘ pfiíkon kotle je20 kW, roãní potfieba tepla navytápûní E = 40 000 kWh. Provozníúãinnost kotle pfii vytíÏení 0,5 _0,5 =1,02.¤e‰ení: Maximální prÛtokové mnoÏ-ství kondenzátu budemk = 0,82. 20. (1 - 0,96 / 1,02) = 0,96 kg.h-1,mnoÏství kondenzátu za vytápûcíobdobí budeMk = 0,82. 40. 103. (1 - 0,96 / 1,02) = 1930 kg.

ZpÛsob odvádûní kondenzátuPfii provozu kotle v kondenzaãnímreÏimu, tj. pod teplotou rosného bo-du spalin, se uvolÀuje z vodní páry vespalinách kondenzát. Stéká po povr-chu v˘mûníkÛ na dno kotlové spalo-vací komory. Z nejniωího místa v˘-mûníku je pak odvádûn. MnoÏstvíkondenzátu je v prÛbûhu roku pro-mûnné. Kondenzát ze spalin jekysel˘ s hodnotou pH danou obsa-hem rozpu‰tûného oxidu uhliãitéhoCO2. BûÏnû je stupeÀ kyselosti uvá-dûn v rozsahu pH = 3,8 aÏ 5,4.Podle pfiedpisu ze SRN se doporu-ãuje upravit vypou‰tûní kondenzátudo kanalizace tak, Ïe u kondenzaã-ních kotlÛ:- s v˘konem do 25 kW je napojení

moÏné pfiímo na kanalizaci bezdal‰ího opatfiení,

- s v˘konem od 25 kW do 200 kW jenapojení moÏné bez neutralizace,je-li kondenzát bûhem noãníhoprovozu zachycován ve zdrÏova-cí nádrÏi a bûhem dne pak poz-volna vypou‰tûn spolu s ostat-ními spla‰kov˘mi vodami tak, abybylo dosaÏeno men‰í, neÏ limitníkyselosti,

Obrázek 37 Souãasn˘ bûh dvoukotlÛ

Obrázek 38 Schema neutralizaãní-ho zafiízení

Robert Bosch odb. spoleãnost s r.o.Divize JUNKERSPod Vi‰Àovkou 25/1661142 01 Praha 4 - KrãTel: 261 300 461-6Fax: 261 300 516Internet: www.junkers.czE-mail: junkers.cz@bosch.comHotline: 261 300 200

CZ

-2-3

.002/0

1.0

5

Vበprodejce:

Hydraulické sladûní topn˘ch systémÛHydraulické sladûní je pfiedepsáno energetick˘mipfiedpisy v zemích EU - VOB díl C/DIN 18380.

V˘tah z VOB díl C/DIN 18380Obûhová ãerpadla, armatury a potrubí je tfieba v˘-poãtem sladit tak, aby i pfii oãekávateln˘ch stfiída-v˘ch provozních podmínkách bylo zaji‰tûno dosta-teãné rozdûlení mnoÏství vody a nebyly pfiekroãenydovolené hladiny hluku. V teplovodním vytápûní musí b˘t u kaÏdé otopné plo-chy moÏnost k omezení prÛtoku otopné vody.Hydraulické slaìování je tfieba provádût tak, aby pfiiurãeném provozu, tedy napfi. po sníÏení teploty míst-nosti nebo pfii provozních pfiestávkách topného zafií-zení, byly v‰echny spotfiebiãe tepla zásobovány dlepfiíslu‰né potfieby tepla otopnou vodou.Neprovedení nebo nedostateãné hydraulické sladûnímá nejrÛznûj‰í negativní vlivy na topn˘ systém. Top-ná tûlesa jsou zásobována rozdíln˘m mnoÏstvímotopné vody a je moÏné nedostateãné natopení jed-notliv˘ch místností.

V praxi jsou pak neodbornû provádûna následujícínápravná opatfiení: - Je pouÏito vût‰í ãerpadlo. Roste energetická spo-

tfieba ãerpadla. V provozu dílãího zatíÏení roste tlakãerpadla a mÛÏe docházet k hluãení termostatic-k˘ch ventilÛ.

- U ekvitermních regulací je nav˘‰ena topná kfiivka atím i nábûhová teplota. DÛsledkem je nárÛst i tep-loty ve vratném potrubí, coÏ mÛÏe vést ke sníÏenívyuÏití kondenzace a k narÛstu tepeln˘ch ztrát.

Pro energeticky úsporn˘ otopn˘ systém je hydraulic-ké sladûní bezpodmíneãnû nutné. Pfiedpokladem jesprávn˘ v˘bûr a sefiízení termostatick˘ch ventilÛ anastavení ‰roubení vratného potrubí k omezeníprÛtoku otopné vody.