Kondenzačný kotol je jednou z možností, ako zabezpečiť v dome teplo na vykurovanie, ohrev vody, ale napríklad aj na ohrev vody v bazéne, či vzduchu vo vzduchotechnickom zariadení. Tieto kotly patria medzi ekonomicky, energeticky a environmentálne vhodnejšie riešenia oproti klasickým plynovým kotlom, ktorých predaj už skončil, keďže nespĺňali požiadavky na efektívnosť. V novostavbách, ktoré majú v blízkosti prípojku plynu, môže byť kondenzačný kotol jednou z ekonomicky najvýhodnejších možností.
Hoci využíva neobnoviteľný zdroj energie, oproti novšiemu klasickému plynovému kotlu spáli kondenzačný kotol približne o 15 % menej plynu. Pri výmene staršieho kotla prinesie kondenzačný kotol aj vyššie úspory. Jeho cena je vyššia oproti klasickému kotlu na plyn preto, lebo na vnútorné diely treba použiť materiály odolné voči korózii pri styku s kyslým kondenzátom.
Základná Úloha Horáka a Princíp Spaľovania
Horák vykurovacieho systému má za úlohu premeniť chemickú energiu použitých palív na využiteľné teplo. To sa potom prenáša na vodu v kotle a prečerpáva cez celý vykurovací systém. Na dosiahnutie úplného spaľovania plynu a získanie maximálneho tepelného výkonu je nevyhnutné, aby bol plyn zmiešaný s kyslíkom. Kvalitná zmes po spálení vytvorí bezfarebnú pochodeň s modrým odtieňom, v strede ktorej sa vyvíja maximálna teplota.
Na to, aby vykurovacie zariadenia pracovali čisto, musí spaľovanie prebiehať optimálne. Okrem správneho množstva paliva potrebuje spaľovanie vždy dostatok kyslíka. V plynových kotloch spaľujeme uhľovodíkové palivá, hlavne zemný plyn, menej často skvapalnený plyn. Z molekuly metánu vznikne len jedna molekula CO2, ale až dve molekuly vody, čo nezaťažuje životné prostredie, keďže metán je šetrnejší ako ostatné uhlíkové palivá a má najlepší pomer atómov uhlíka a vodíka (1:4).
Konštrukcia a Činnosť Horáka
Horáky plynových kotlov nefungujú len ako tryska, do ktorej sa privádza plynné palivo. Ich hlavnou funkciou je zmiešať plyn a kyslík zo vzduchu, čím sa zabezpečí stabilné zloženie paliva pre udržateľné spaľovanie. Zmes plynu a vzduchu sa privádza do výstupných potrubí, kde sa zapaľuje iskrou z piezoelektrického prvku alebo elektriny.
Moderné horáky sa skladajú z nasledujúcich povinných prvkov: tryska s vyhadzovačom, kúrenisko, snímač riadenia horáka a jednotka automatickej regulácie teploty. Princíp činnosti moderných plynových horákov spočíva v tom, že palivo z valca vstupuje do trysky a potom do vyhadzovača. Vďaka vysokému prietoku sa na tomto mieste vytvára vákuum, ktoré vedie k prítoku vzduchu a jeho zmiešaniu s plynom. Ďalej sa výsledná zmes odvádza potrubným systémom do kúreniska, kde sa zapaľuje pomocou elektrickej iskry.
Pre maximálne pohodlie, spoľahlivosť a bezpečnosť sú mnohé zariadenia vybavené špeciálnymi zariadeniami, ktoré automatizujú prácu horáka. V minulosti sa na zapálenie horáka využíval "večný plameň", no táto technológia nie je obzvlášť energeticky úsporná, preto sa v moderných zariadeniach využíva elektrické zapaľovanie.
Typy Plynových Horákov
Horáky sa principiálne rozlišujú podľa spôsobu prívodu spaľovacieho vzduchu a podľa používaného paliva. Dôležité je tiež, že horáky tvoria otvorený plameň, od ktorého závisí bezpečnosť vykurovacieho kotla, spotreba plynu a rozsah nastavení.
Atmosférické Horáky
Pri atmosférických horákoch prúd paliva strháva vzduch na spaľovanie. Tieto trysky sa používajú v podlahových a nástenných kotloch s otvorenými spaľovacími komorami a fungujú podobne ako horák na varnej doske: plyn sa mieša so vzduchom z okolitého priestoru bez umelého vstrekovania. Vizuálne ide o sústavu dutých horizontálnych trubíc s otvormi v hornej časti. Plyn sa privádza cez vstrekovač, vzduch sa v dôsledku tlakového rozdielu nasáva do prúdu, vytvára sa palivová zmes, ktorá sa zapaľuje iskrou. Spaľovanie prebieha cez horné otvory. Horáky sú rozmiestnené po pridelenej ploche, vďaka čomu zabezpečujú rovnomerné spaľovanie.
- Výhody: energetická nezávislosť, jednoduchosť dizajnu, udržiavateľnosť, nízka hladina hluku, prijateľná cena.
- Nevýhody: Hlavnou chybou atmosférických zariadení je nízky výkon. Nie je možné primiešať veľké množstvo vzduchu do prúdu plynu pomocou prirodzeného ťahu, preto sú výkonné zariadenia iba dúchadlového typu. Maximálny výkon atmosférických horákov je do 9 kW, čo stačí na vykúrenie miestnosti s plochou približne 90 m².
Pomocou atmosférického horáka je možné premeniť kotol na tuhé palivo na plynné palivo, pre tento účel sa namontuje tryska do popolníka.
Pretlakové (Dúchadlové) Horáky
Pretlakové horáky existujú pre plynové, ako aj pre olejové vykurovacie systémy a používajú sa v kotloch s uzavretou spaľovacou komorou. Ich konštrukcia zabezpečuje špeciálny ventilátor pre nútený prívod vzduchu v požadovanom objeme. Rozdiel oproti atmosférickým vstrekovačom spočíva v tom, že zmes vzduchu a paliva sa netvorí na vstupe, ale na výstupe v spaľovacej oblasti, kde je zabezpečená aj presná regulácia prívodu vzduchu.
Horáky sa vyrábajú v blokovom prevedení, inštalované na jedno- a dvojokruhových kotloch, vybavené automatickými riadiacimi systémami. Preplňované jednotky sú vybavené rôznymi pomocnými zariadeniami, ako sú plynové a vzduchové filtre na dodatočné čistenie, relé, ktoré reguluje rýchlosť ventilátora, regulátory prietoku plynu a reduktory, ktoré stabilizujú tlak plynu. Obsahujú aj automatické zariadenia, ktoré zapínajú/vypínajú ventilátor a prietok plynu v prípade prerušenia.
- Výhody: vďaka nútenému vstrekovaniu vzduchu majú vysokú účinnosť spaľovania (najmenej 90 %), nemajú obmedzenia výkonu, zabezpečujú ekologické spaľovanie, stálosť teploty chladiacej kvapaliny v dôsledku modulácie plameňa, úsporu plynu (programovanie kotla), a vysokú úroveň riadenia a bezpečnosti, keďže automatizácia minimalizuje zapojenie používateľa. Mnohé modely preplňovaných horákov sú rozdelené do sekcií, čo zaisťuje úplné spaľovanie plynu, rýchle a rovnomerné ohrev výmenníkov tepla a netvorí sadze.
- Nevýhody: vyššia cena, hlučnosť a závislosť od elektriny, preto sú často vybavené neprerušiteľnými zdrojmi napájania.
Plošné a Katalytické Horáky
Spaľovanie a obraz plameňa môžu prispieť k efektívnym a čistým horákom. Rozlišovať možno napríklad medzi bežnými obrazmi plameňa, podobnými plameňu Bunsenovho horáka, a plošnými horákmi, v ktorých sa spaľovacie teplo rozdeľuje plošne vďaka špeciálnej konštrukcii. Palivo sa takto spaľuje čistejšie, teplo sa dá lepšie prenášať na vykurovaciu vodu a konštrukcia vykurovacieho zariadenia môže byť celkovo kompaktnejšia.
Obzvlášť výhodné a čisté je takzvané katalytické spaľovanie, pri ktorom plyn na povrchu katalyzátora reaguje s kyslíkom zo vzduchu. V moderných a kompaktných vykurovacích jednotkách sa dnes využívajú prevažne ploché horáky, pri ktorých sa plameň prostredníctvom viacerých dýz rozloží na väčšiu plochu. Vďaka tomu je spaľovanie obzvlášť efektívne a z dôvodu nižších teplôt aj čistejšie.
Regulácia Výkonu Horáka
Pretože spotreba tepla v dome nie je vždy konštantná, musí sa aj výkon horáka prispôsobovať tejto kolísajúcej potrebe. Podľa spôsobu nastavenia horáka sú tieto zariadenia rozdelené do nasledujúcich typov:
- Jednostupňové horáky: pracujú v dvoch režimoch: zapnuté - vypnuté. Automatický systém zapne trysku, keď teplota v systéme klesne, a po dosiahnutí požadovanej teploty sa vypnú. Pri starších zariadeniach existoval len jeden stupeň - maximálne zaťaženie, čo spôsobovalo, že kotly odovzdávali vždy viac tepla, ako bolo nutné a stále sa zapínali a vypínali (tzv. taktovanie).
- Dvojstupňové horáky: navyše majú stredný režim nízkej spotreby energie, sú schopné pracovať pri plnej kapacite alebo iba pri ich zlomku (40%).
- Modulačné horáky: sú plne automatizované a úsporné. Plynulá regulácia výkonu od 10 % do 100 % sa vykonáva mikroprocesorovou automatizáciou. To umožňuje prispôsobiť výkon horáka aktuálnej potrebe tepla v moderných budovách.
Moderné riadiace systémy môžu zahŕňať aj ohrev pitnej vody, ohrev vody v bazéne, dodávku tepla pre vzduchotechniku a riadenie solárneho systému alebo vetracieho systému. Ich úlohou je regulovať teplotu výstupnej vody z kotla v závislosti od vonkajších poveternostných vplyvov. Podľa tzv. vykurovacej krivky reguluje ekvitermický regulátor teplotu vody vo vykurovaní tak, aby zohľadňovala vonkajšiu teplotu a zodpovedala potrebám na tepelnú pohodu. Riadiace systémy majú denné alebo týždenné časovacie programy na nastavenie komfortného aj útlmového vykurovania.
Princíp Kondenzačnej Technológie
Na rozdiel od kotlov s konštantnou teplotou a nízkoteplotných kotlov, pri plynových kondenzačných kotloch sa spôsob fungovania nedá jednoducho rozdeliť na spaľovanie a uvoľňovanie tepla. Pri spaľovaní paliva, v tomto prípade plynu, vznikajú okrem merateľnej tepelnej energie aj spaliny, ktoré pozostávajú prevažne z horúcej vodnej pary, ktorej zložky môžu byť kyslé.
V klasických kotloch uniká para hore komínom bez využitia a odnáša veľa tepla. Spaliny sa nesmú ochladiť natoľko, aby para skondenzovala, pretože vzniknutý kondenzát je stredne silná kyselina. Plynová kondenzačná technológia spočíva v spätnom získavaní tohto kondenzačného tepla a jeho pridávaní do vykurovacej vody. Vodná para v spalinách zo zemného plynu obsahuje ďalších 11 % tepla. Môžeme ho využiť kondenzovaním pary, ktorá odovzdá toto teplo vykurovacej vode.
Výmenník Tepla a Kondenzácia
Moderné kondenzačné kotly majú vo vnútri odolné materiály z ušľachtilej ocele alebo zliatiny hliníka a kremíka, ktoré sú odolné voči vlhkosti a kyselinám. Vykurovacia voda ich ochladzuje pod teplotu tzv. rosného bodu, ktorá je pri zemnom plyne približne 57 °C. Pod touto teplotou para kondenzuje na vodu a odovzdáva pritom do vykurovacej vody kondenzačné teplo. Kondenzačné teplo vodnej pary je rovnako veľké ako výparné teplo vody potrebné na jej vyparenie.
Keď horúce spaliny prúdia cez špirálu výmenníka tepla, ochladzujú sa vykurovacou vodou, ktorá sa vracia do kotla z radiátorov (vratná voda). Spaliny postupne kondenzujú. Teplo zo vzniknutej vodnej pary sa potom odovzdáva do vykurovacieho systému. Aby sa zabezpečila kondenzácia, teplota vratnej vody nesmie prekročiť hranicu 57 stupňov Celzia. Výmenník tepla je preto dôležitou súčasťou plynového kondenzačného kotla a pre túto technológiu je nepostrádateľný. Dokáže odovzdávať získané kondenzačné teplo do vykurovacieho systému prakticky bez strát. Týmto spôsobom premieňa až 98 % energie obsiahnutej v horúcom plyne na teplo.
Spálením 1 m³ zemného plynu sa vytvorí 1,6 kg vodnej pary, čo zodpovedá 1,6 l vody. Kondenzačný kotol v rodinnom dome vytvorí za rok aj viac než 1 000 l vody.
Odvod Kondenzátu a Spalín
Pri zámernej kondenzácii vodnej pary obsiahnutej v spalinách vzniká kondenzát. Ten sa za normálnych okolností môže vypúšťať do odpadových vôd (nie do malých čistiarní odpadových vôd) za predpokladu, že hodnota pH nie je príliš vysoká. Okrem toho musí byť odvodňovací systém odolný voči kyselinám. V rodinných domoch netreba kyslý kondenzát neutralizovať, urobia to zásadité odpady z domu, ako sú napríklad mydlá, šampóny, pracie prášky. Ak by sa však mal kyslý kondenzát odvádzať nevhodnou kanalizáciou, ktorú kyselina poškodzuje (napríklad kameninovým kanálom), kanalizácia dlho nevydrží. Ak je menovitý tepelný výkon kotla menší ako 25 kW, kondenzát sa nemusí neutralizovať. Ak je jeho výkon od 25 kW do 200 kW, priame vypúšťanie do odpadovej vody je povolené len za určitých okolností, a to riedením odpadovou vodou.
Okrem odvodu kondenzátu musí byť systém odvodu spalín navrhnutý aj pre kondenzačnú technológiu. Spalinovod kondenzačného kotla musí odolávať agresívnemu kondenzátu, ktorý sa tvorí ďalej aj mimo kotla, na chladnejších stenách spalinového potrubia. Pretlak vznikajúci pri použití ventilátora (napr. ventilátora horáka) tiež nesmie ovplyvniť nový potrubný systém. Vyskúšané sú dymovody z nehrdzavejúcej ocele alebo špeciálneho plastu. Ak je komín už na mieste, nové potrubie sa zvyčajne môže vložiť do existujúceho komína. Možné je aj vedenie do vonkajšieho prostredia bez použitia existujúceho komína. Z dôvodu bezpečnosti prevádzky aj obyvateľov domu sa majú používať len certifikované spalinovody.
Prívod vzduchu do kotla môže byť z priestoru kotolne, ktorá musí mať prívod vonkajšieho vzduchu cez neuzatvárateľnú mriežku. Výhodné je však súčaane privádzať do kotla vzduch potrebný na spaľovanie koncentrickým potrubím, kde vnútorná rúra odvádza spaliny a vonkajšia rúra privádza vzduch na spaľovanie. Výhodou je, že sa miestnosť neochladzuje vzduchom nasávaným zvonka.
Účinnosť a Vykurovacie Systémy
Kondenzačný kotol môže mať účinnosť aj nad 100 %. V klasických kotloch sa neuvažovalo s využitím tepla z vodnej pary, ale len s tzv. citeľným teplom, daným teplotou spalín. Toto teplo, ako výhrevnosť paliva, tvorilo základňu 100 %, pričom účinnosť kotla dosahovala okolo 94 %. Dodávatelia plynu síce merajú spotrebu plynu v m³, ale fakturujú spotrebu plynu podľa spaľovacieho tepla v kWh.
Účinnosť kondenzačného kotla je úmerná množstvu vytvoreného kondenzátu na stene výmenníka tepla. Preto má kotol najvyššiu hospodárnosť pri zapojení do nízkoteplotných systémov vykurovania (podlahové alebo stenové), ktoré sú ideálne a pracujú s teplotami napríklad 30 až 45 °C. Nízka teplota ochladenej vykurovacej vody, ktorá sa vracia z vykurovacieho systému (tzv. spiatočky), umožní kotlu úspornú kondenzačnú prevádzku. Nízkoteplotné systémy podlahového a stenového vykurovania vďaka nízkej teplote vratnej vody zabezpečujú veľmi dobré podmienky pre kondenzáciu počas celej vykurovacej sezóny.
Ak len vymieňate starý kotol za kondenzačný v staršom dome, môžete ponechať aj doterajšie vykurovacie telesá, mali by však byť v dobrom stave. Priemerné vonkajšie teploty počas zimy sú vyššie, preto stačí aj nižšia teplota vykurovacej vody. Kondenzačný kotol tak bude počas väčšiny vykurovacej sezóny fungovať s vysokou účinnosťou.
Kritériá Výberu Plynového Horáka
Najlepšou možnosťou je kúpiť si vykurovací kotol už vybavený vstrekovačmi, keďže výrobca dodáva tieto zariadenia, ktoré zodpovedajú parametrom zariadenia. Pri výbere správnej jednotky je dôležité zohľadniť nasledujúce parametre:
- Výkon vykurovacieho kotla: Na výpočet výkonu kotla ho vynásobte jeho účinnosťou. Napríklad pri inštalácii 30 kW s účinnosťou 90 % potrebujete horák s výkonom 33,3 kW.
- Typ úpravy (regulácie):
- Jednostupňové horáky: pracujú v dvoch režimoch: zapnuté - vypnuté.
- Dvojstupňové zariadenia: navyše majú stredný režim nízkej spotreby energie.
- Modulačné horáky: sú plne automatizované a úsporné, s plynulou reguláciou výkonu 10 - 100 % vykonávanou mikroprocesorovou automatizáciou.
- Typ paliva: Horáky môžu byť navrhnuté pre metán (zemný plyn), bután-propán (skvapalnený) alebo môžu byť univerzálne.
- Priemer trysky: Hlavný plyn a plynové fľaše majú pri dodávke rozdielny tlak a tiež vyžadujú rôzne objemy vzduchu pre zmes vzduchu a paliva. Preto je pre skvapalnený plyn priemer trysiek menší.
V plynových kotloch sa používa horák odporúčaný výrobcom v návode na obsluhu, pretože konštrukcia ohrievačov vody je vyvinutá s ohľadom na typ trysky. Pretlakové horáky na olejové palivá sa musia v tomto prípade pred vlastným spaľovaním rozprašovať alebo odparovať. Ak tento proces nefunguje dokonale, dostávajú sa do spaľovacieho priestoru príliš veľké kvapôčky oleja. Podľa farby plameňa sa pritom rozlišujú takzvané žlté a modré horáky. Žlté horáky olej rozprašujú, modré horáky využívajú časť spaľovacieho tepla na to, aby olej kompletne odparili.
Údržba a Bezpečnosť Plynových Horákov
Plynové horáky, rovnako ako iné komponenty pracujúce pri vysokých teplotách, si vyžadujú pravidelnú starostlivosť a údržbu. V súlade s platnými predpismi je počas prevádzky plynového zariadenia zakázaný akýkoľvek zásah do jeho činnosti, a to aj na preventívne účely. Údržba sa môže vykonávať až po zastavení súčasného procesu a úplnom zhasnutí plameňa v spaľovacej komore.
Príprava systému na údržbu zahŕňa prerušenie prívodu plynu, odpojenie kotla od napájacieho zdroja a demontáž jednotky z jej pracoviska. Následne sa tryska čistí od uhlíkových usadenín nahromadených na zápalných elektródach a čistí sa pracovná komora. Ak je to potrebné, vymení sa filter nainštalovaný na plynovom ventile.
Zmes plynu a vzduchu je výbušnina. Najčastejšie dochádza k požiaru s výbuchom, keď je kotol zastavený a nie sú úplne zatvorené horáky. Preto pred spustením musíte pec vetrať a vyfúknuť plynové potrubie, ak nie je pod tlakom. Pravidelne kontrolujte činnosť uzatváracích ventilov, ovládajte automatizáciu a nezanedbávajte servisné kontroly. Aby ste predišli nebezpečenstvu výbuchu a požiaru, je lepšie zveriť výber, inštaláciu a uvedenie vstrekovačov do prevádzky špecialistom. V prípade poruchy ho nemusíte rozoberať sami, ale kontaktujte servisné oddelenie. Pri používaní akýchkoľvek plynových spotrebičov dodržujte prevádzkové pravidlá uvedené v návode.