Kondenzačný kotol je modernou a účinnou voľbou pre vykurovanie domácností a prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV), ktoré využíva získavanie tepla z kondenzácie vodnej pary zo spaľovania paliva. Patrí 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.
Jeho cena je vyššia oproti klasickému kotlu na plyn, pretože na vnútorné diely treba použiť materiály odolné voči korózii pri styku s kyslým kondenzátom. Pri výbere nového zariadenia je užitočné poznať špecifiká inštalácií v rôznych prípadoch a vedieť, ako kondenzačný kotol funguje a kedy má úspornú prevádzku. Hneď na začiatku treba zdôrazniť, že pri výbere zariadenia je výhodné preferovať kondenzačný kotol. Tradičnými „nekondenzačnými“ kotlami totiž vyhadzujeme peniaze hore komínom, pretože kondenzačné kotly sú dnes najúspornejšou alternatívou pri vykurovaní zemným plynom.
Princíp fungovania kondenzačného kotla
Proces spaľovania a vznik vodnej pary
Vo vykurovacích kotloch spaľujeme uhľovodíkové palivá, najmä zemný plyn alebo skvapalnený plyn. Vodík v palive zhorí na vodu, ktorá sa do spalín dostane ako vodná para. Z molekuly metánu vznikne len jedna molekula CO2, ale až dve molekuly vody, čo nezaťažuje životné prostredie. Metán je preto šetrnejší ako ostatné uhlíkové palivá, má najlepší pomer atómov uhlíka a vodíka (1:4).
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.
Kondenzácia a využitie latentného tepla
Moderné kondenzačné kotly majú vo vnútri odolné materiály z ušľachtilej ocele alebo zliatiny hliníka a kremíka. 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.
Plynová kondenzačná technológia spočíva v spätnom získavaní tohto kondenzačného tepla a jeho pridávaní do vykurovacej vody. Výmenník tepla, vyrobený z nehrdzavejúcej ocele alebo špeciálnej zliatiny, je odolný voči vlhkosti a kyselinám. Keď horúce spaliny prúdia cez jeho špirálu, ochladzujú sa vykurovacou vodou, ktorá sa vracia do kotla z radiátorov (vratná voda), a 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 °C.
Účinnosť kondenzačných kotlov
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 %. Účinnosť kotla dosahovala okolo 94 %. Vodná para v spalinách zo zemného plynu však obsahuje ďalších 11 % tepla. Môžeme ho využiť kondenzovaním pary, ktorá odovzdá toto teplo vykurovacej vode.
Ak však zvolíme ako základňu 100 % celkové teplo v spalinách (tzv. spaľovacie teplo), potom účinnosť kondenzačného kotla dosahuje aj 109 %. Účinnosť kondenzačného kotla je úmerná množstvu vytvoreného kondenzátu na stene výmenníka tepla. Spálením 1 m3 zemného plynu sa vytvorí 1,6 kg vodnej pary (zodpovedá 1,6 l vody). Kondenzačný kotol v rodinnom dome vytvorí za rok aj viac než 1 000 litrov vody. Oproti novšiemu klasickému plynovému kotlu spáli kondenzačný kotol približne o 15 % menej plynu. Pri výmene staršieho kotla prinesie kondenzačný kotol aj vyššie úspory.
Vlastnosti kondenzátu a požiadavky na jeho odvod
Charakteristika a množstvo kondenzátu
Pri spaľovaní paliva v kondenzačnom kotli dochádza k tvorbe kondenzátu ako vedľajšieho produktu. Teplý spaľovací plyn obsahuje vodnú paru, ktorá pri prechode cez výmenník tepla kondenzuje a mení sa na kvapalnú formu. Kondenzát zo spaľovania je jemne kyslý, má hodnotu pH až 4,8 a obsahuje chemické látky.
Kondenzačné kotly produkujú pomerne veľké - nezanedbateľné množstvo kondenzátu. Kondenzačný kotol vyprodukuje približne 1 l až 3,8 l kondenzátu za hodinu prevádzky. Toto množstvo sa môže líšiť v závislosti od typu kotla, jeho aktuálneho výkonu a prevádzkových podmienok. Všeobecne platí, že čím nižšia je vratná teplota vykurovacej vody (pod rosným bodom spalín, cca 55 °C pre zemný plyn), tým je vyššia účinnosť a viac kondenzátu kotol vyprodukuje. Pohľad na odtekajúci kondenzát nás môže potešiť - predstavuje zachránené teplo zo spalín.
Správny odvod kondenzátu
Kondenzačný kotol je vybavený odvodným systémom, ktorý zabezpečuje odvod kondenzátu do odpadového potrubia alebo kanalizácie. Kondenzačný kotol má vždy odvod kondenzátu cez sifón, ktorý bráni úniku spalín do okolia. V praxi sa však stretneme aj s nesprávnym odvodom kondenzátu, napríklad pri jednoduchom pripojení hadice z kotla do odpadu. Pri upchatí alebo zamrznutí odpadu potom kondenzát stúpa do kotla a môže spôsobiť jeho poruchu. Do kotla sa môžu pritom vytláčať odpadové vody z kanalizácie, ak je upchatá, preto by sa mal odvod kondenzátu riešiť so sifónom s lievikom aj zo strany kanalizácie. Podľa pretekajúceho prúdu kondenzátu vieme posúdiť intenzitu kondenzácie a odhaliť nesprávne nastavenie alebo poruchu.
Ak nie je v kotolni odpad do kanalizácie, nemali by ste uvažovať nad ručným vynášaním kondenzátu z kotolne - sú to značné množstvá vody. V takom prípade pomôže čerpadlo na kondenzát s automatickým spínaním plavákovým systémom.
Neutralizácia kondenzátu
Je dôležité mať na pamäti, že správne odvádzanie a spracovanie kondenzátu je kľúčové pre minimalizáciu jeho negatívneho vplyvu na kanalizačné potrubie a životné prostredie. Kyslý kondenzát obsahuje chemické látky, ktoré by mohli byť škodlivé pre životné prostredie, ak by sa dostali do kanalizácie, čističky odpadových vôd alebo priamo do podzemných vôd.
V rodinných domoch netreba kyslý kondenzát neutralizovať, pretože to urobia zásadité odpady z domu, ako sú napríklad mydlá, šampóny alebo pracie prášky. Ak by sa však mal kyslý kondenzát odvádzať nevhodnou kanalizáciou, ktorú kyselina poškodzuje (napríklad kameninovým kanálom), kanalizácia dlho nevydrží. Je tiež dôležité venovať pozornosť jeho spracovaniu v prípade, že je odvádzaný do domovej čističky odpadových vôd alebo betónovej žumpy.
Neutralizovať kondenzát z kondenzačného kotla je veľmi jednoduché pomocou neutralizátora kondenzátu. Toto zariadenie sa inštaluje na vypúšťacie potrubie kondenzu z kotla. Neutralizátor kyslého kondenzátu obsahuje granulovaný uhličitan vápenatý, ktorý neutralizuje kyslosť. Ak je menovitý tepelný výkon kotla menší ako 25 kilowattov (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.
Systém odvodu spalín a prívod vzduchu
Požiadavky na spalinovod
Kondenzačný kotol musí mať vždy ventilátor, preto je vždy vo vyhotovení zjednodušene nazývanom „turbo“. Dôvodom je, že v spaľovacej komore kondenzát prirodzene steká nadol, preto horák musí byť vždy nad komorou, a tým aj spaliny prúdia nelogicky a proti termickému účinku nadol. Teplota spalín je nízka, bežne do 50 °C a vyvoláva tým len slabý ťah komína.
Spaliny z kondenzačného kotla chladnú a kondenzujú aj ďalej v komíne, preto nemôžeme použiť klasický vyvložkovaný komín. Odvod spalín kondenzačného kotla musí odolávať agresívnemu kondenzátu, ktorý sa tvorí ďalej aj mimo kotla, na chladnejších stenách spalinového potrubia. Z dôvodu bezpečnosti prevádzky aj obyvateľov domu sa majú používať len certifikované spalinovody. Vyskúšané sú dymovody z nehrdzavejúcej ocele alebo špeciálneho plastu.
Koncentrické potrubie
Úlohou spalinových systémov je odvádzať spaliny vzniknuté spaľovaním plynu do vonkajšieho prostredia. Výhodné je nimi súčasne privádzať do kotla vzduch potrebný na spaľovanie. Kotol „turbo“ s ventilátorom umožňuje použiť koncentrické potrubie na odvod spalín a prívod vzduchu na spaľovanie. Vzduch sa privádza do kotla koncentrickým potrubím, kde vnútorná rúra odvádza spaliny a vonkajšia rúra privádza vzduch na spaľovanie.
Výhodou je, že sa miestnosť neochladzuje vzduchom nasávaným zvonka, a navyše nám umožňuje získať ďalšie teplo zo spalín ohrevom nasávaného vzduchu po celej dĺžke spalinovodu a zvýšiť tak účinnosť kotla. V novostavbe sa môže typ a trasa odvodu spalín prispôsobiť architektúre stavby. 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. Prechod šikmou strechou je jednoduchý a nenákladný. Pri prechode plochou strechou je potrebné počítať s otvorom na spalinovod už pri stavbe strechy. Odvod spalín s vodorovným vyústením na vonkajšej stene sa v novostavbách s kotlami bežnej veľkosti nedá schváliť a skolaudovať; je ho možné ponechať len pri výmene kotla v starých inštaláciách, ale nie je veľmi vhodný.
Optimalizácia prevádzky kondenzačného kotla
Vykurovacie systémy
Pre úspornú prevádzku sú ideálne nízkoteplotné systémy - podlahové či stenové vykurovanie, ktoré výrazne znižujú teplotu kondenzačného kotla. Nízkoteplotné systémy podlahového a stenového vykurovania vďaka nízkej teplote vratnej vody zabezpečujú veľmi dobré podmienky pre kondenzáciu počas celej vykurovacej sezóny. Vykurovací systém treba navrhnúť na čo najnižšiu teplotu vykurovacej vody.
V starších neobnovených domoch sa nemusí pri prevádzke kondenzačného kotla využiť plný potenciál úspor. Ak len vymieňate starý kotol za kondenzačný v staršom dome, môžete ponechať aj doterajšie vykurovacie telesá (radiátory). Mali by však byť v dobrom stave, vnútri neskorodované, napríklad vplyvom kyslíka vnikajúceho do vykurovacej vody cez otvorenú expanznú nádobu. Aj keď boli radiátory pôvodne navrhnuté na vyššiu teplotu prívodu a spiatočky (napríklad 90/70 °C), túto vysokú teplotu potrebuje vykurovací systém len pri extrémnych mrazoch. Priemerné vonkajšie teploty počas zimy sú však vyššie, preto stačí aj nižšia teplota vykurovacej vody. Kondenzačný kotol tak bude počas väčšiny vykurovacej sezóny fungovať s vysokou účinnosťou. Ak zvolíme klasické radiátory, je efektívnejšie predimenzovať ich výhrevnú plochu, aby im stačila nižšia teplota vykurovacej vody.
Pri kombinácii podlahového a radiátorového vykurovania sa odporúča prispôsobiť veľkosť radiátorov a nevytvárať dve zóny s rôznymi teplotnými spádmi. Takýto systém by si vyžadoval vyššiu teplotu vykurovacej vody do radiátorov, teda aj vyššiu teplotu v kotle, čo zhoršuje jeho účinnosť. Zníženie teploty vody do podlahového vykurovania zabezpečuje zmiešavacia armatúra, ktorá primiešava časť chladnejšej vody zo spiatočky do prívodu vykurovania.
Príprava teplej úžitkovej vody (TÚV)
K úspornej prevádzke prispeje tiež ohrev pitnej vody v kondenzačných kotloch s vrstvovým zásobníkom vody. Tradičné ohrievače vody s ohrievacím „hadom“ sú nahrádzané komfortným a úsporným ohrevom v kotloch s týmto princípom. Spája výhody prietokového a zásobníkového ohrevu vody. Kotol si ťahá pomocou čerpadla zo spodnej časti zásobníka studenú vodu, zohrieva ju v doskovom výmenníku tepla a tlačí zhora späť do zásobníka. Vrstva ohriatej vody hore a studenej dole vytvára rozhranie (vrstvenie), ktoré v zásobníku postupuje nadol, až sa „naplní“ teplou vodou celý zásobník. Kotol si pritom ťahá studenú vodu zdola zásobníka, dosiahne tak veľmi dobré vychladenie spiatočky kotla a kondenzáciu, a to počas ohrevu celého objemu nádrže.
Ohriata voda v zásobníku poskytuje komfort spočívajúci v stálej teplote vody a bezpečnosť dodávky aj pri špičkových odberoch teplej vody do veľkej vane alebo pri výdatnejšej sprche.
Ako to funguje: Animácia odlučovača oleja/vody
Riadiaci systém
Jedným z hlavných rozdielov, ktorý rozlišuje dnes predávané kondenzačné kotly, je systém riadenia a regulácie. Neodporúčame zachraňovať staré regulátory, stratíte tak výhody moderných kotlov. Jednoduchý izbový termostat je absolútne nevhodný, kondenzačný kotol nie je žehlička regulovaná systémom „vypni - zapni“. Moderné kondenzačné kotly majú vlastné mikroprocesorové regulácie a vyžadujú adekvátny riadiaci systém vykurovania.
Modulujú tepelný výkon podľa potreby - znižovaním výkonu narastá účinnosť kotla a úspora paliva. Optimálna regulácia výkonu prebieha podľa vonkajšej teploty ako tzv. ekvitermická regulácia, preto potrebuje vonkajší snímač. Riadiace systémy majú denné alebo týždenné časovacie programy na nastavenie komfortného aj útlmového vykurovania. Vykurovanie sa v oboch režimoch vypne po dosiahnutí zvolených hraníc vonkajšej teploty. Ak napríklad v noci prekročí vonkajšia teplota nastavenú hodnotu (obyčajne 10 °C), útlmové vykurovanie (temperovanie) sa ukončí. Jej úlohou je regulovať teplotu výstupnej vody z kotla v závislosti od vonkajších poveternostných vplyvov. Podľa vykurovacej krivky reguluje ekvitermický regulátor teplotu vody vo vykurovaní tak, aby zohľadňovala vonkajšiu teplotu a zodpovedala potrebám na tepelnú pohodu.
Moderný digitálny regulátor umožňuje užívateľom nastaviť optimálny časový program, ktorý automaticky upravuje teplotu vykurovacej vody podľa vonkajšej teploty a dokáže prispôsobiť prevádzku systému vplyvom slnečného žiarenia, vetra alebo počtu osôb v dome. Regulátor býva spravidla inštalovaný v referenčnej miestnosti, kde sa často zdržiavate a podľa ktorej sa bude riadiť teplota v celom dome. Treba dať pozor na iné zdroje tepla alebo chladu, nemali by byť v jeho blízkosti.
Moderné riadiace systémy môžu zahŕňať aj ohrev pitnej vody, ohrev vody v bazéne, dodávku tepla pre vzduchotechniku a riadenie solárneho systému alebo vetracieho systému. Pri súčasnom rozvoji informačných technológií sa aj vo vykurovaní stupňujú požiadavky na pohodlné sledovanie prevádzky vykurovacieho systému. Riadiace systémy vykurovania už majú k dispozícii moduly na komunikáciu a vzdialenú správu. Pomocou smart zariadení sa cez internet jednoducho pripojíte na regulátor vykurovania alebo priamo na kotol a môžete tak na diaľku vykonávať zmeny v nastaveniach. Podľa toho, aké prvky inteligentnej domácnosti doma máte a aké energetické systémy nimi ovládate, by ste mali vyberať aj kotol. Riadiaci systém sa podieľa podstatným spôsobom na hospodárnosti prevádzky, tu rozhodne netreba šetriť.
Kombinácia s inými zdrojmi tepla
Kondenzačný kotol môže byť podporovaný solárnym systémom alebo kotlom na biomasu/krbovou vložkou. Tieto prídavné zdroje tepla môžu prevziať časť alebo aj väčšinu výroby tepla. V rodinných domoch s vyššou potrebou tepla sa dá vykurovací systém ľahko doplniť ďalším zdrojom tepla, ak sa preň vytvorí vhodný priestor. Najčastejším palivom býva biomasa v rôznej forme - kusové drevo, pelety, menej často štiepka. Teplo sa vyrába v samostatnom kotle alebo krbovej vložke, zapojenej do vykurovacieho systému. Objem akumulačného zásobníka vody by mal byť dostatočný na splnenie uvedených funkcií. Z hľadiska zastavanej plochy je výhodné spojiť akumulačný zásobník a ohrievač vody do jedného kombinovaného zásobníka. Krb je dobrý na dosiahnutie pohody v zimných dňoch. Urobiť z krbu hlavný zdroj tepla a kondenzačný kotol ponechať ako zálohu sa dá.
Spolupráca s kondenzačným kotlom by mala byť čo najviac automatická. Ručné prepínanie regulácie alebo hydraulických prvkov je veľmi nekomfortné a pri nepozornosti alebo občasnej zábudlivosti môže spôsobiť aj vážnejšie problémy, napríklad s prehriatym kotlom. Zabezpečuje rozloženie rizika porúch a zálohovanie na viacero zariadení, ale aj možnosť výberu zdroja s ohľadom na prevádzkové náklady v danom čase. Komplikuje sa tým však celý vykurovací a riadiaci systém, treba si preto dobre zvážiť, či zvýšená investícia do takéhoto vykurovania stojí za to. Okrem toho, že prídavné zdroje tepla vyžadujú neustálu prítomnosť a ľudskú prácu, regulácia ich výkonu je dosť obmedzená. Ani zďaleka nedokážu prispôsobiť svoj výkon potrebe tepla tak ako plynové kotly.
Solárny systém je v každom dome vítaným ekologickým doplnkom kondenzačného kotla. Solárna energia je obnoviteľnou energiou, ktorá nezaťažuje životné prostredie. Navyše slnko nikdy nepošle faktúru za dodané teplo. Kotol aj zariadenie na ohrev vody však musia byť navrhnuté tak, aby pokryli celú potrebu tepla aj bez solárneho systému, ktorý je pre svoj premenlivý výkon iba doplnkovým zariadením. Optimálne navrhnutý solárny systém pokryje okolo 60 % ročnej potreby tepla na ohrev vody. Zvyšok musí dohriať plynový kotol. Ak dáte prednosť komfortu s vrstvovým zásobníkom vody, pred kotol sa predradí jednoduchý solárny zásobníkový ohrievač - v ňom bude solárne teplo vodu predhrievať. Ak solárny systém nezohreje vodu dostatočne, kotol ju dohreje vo vlastnom zásobníku. Solárny systém má prednosť pred plynovým kotlom, lebo príroda si sama určuje čas slnečného žiarenia. Inteligentné regulácie majú navyše jednu úspornú funkciu.
Optimálne navrhnutý solárny systém na ohrev vody nevyrobí počas vykurovacej sezóny dostatok tepla ani na samotný ohrev vody. Ak má prispievať teplom do vykurovania, plocha kolektorov sa musí zväčšiť aspoň dvojnásobne. V lete tak vzniká prebytok tepla, ktoré sa dá zmysluplne využiť len na ohrev vody vo vonkajšom bazéne.
Montáž a inštalácia
Montáž technických zariadení domu má svoj postup a následnosť jednotlivých krokov. Môže sa začať po uzavretí hrubej stavby oknami a dverami. Ako prvé sa v hrubej stavbe inštalujú rozvody vykurovania, vrátane skriniek a rozdeľovačov podlahového vykurovania, rozvody plynu a zdravotechniky - studenej a ohriatej vody a cirkulácie. Následne sa vyhotoví elektroinštalácia na pripojenie elektrických komponentov systému. Nesmie sa na nič zabudnúť, dodatočná montáž po vyhotovení omietok je už veľmi nepríjemná.
Vyhotoví sa kabeláž na pripojenie vonkajšieho snímača, prípadne snímača teploty vody slnečných kolektorov či teploty vody vo vonkajšom bazéne a tiež diaľkového ovládania v referenčnej miestnosti. Na pripojenie kotla a regulátorov na elektrickú sieť v kotolni postačujú bežné zásuvky. Ak nie ste odborník, dobre zvážte všetky rozhodnutia. Výmena starého, poruchového a neúsporného kotla za nový kondenzačný nie je náročná. Dá sa realizovať počas jedného dňa a to aj počas vykurovacej sezóny a miernejších teplôt.
Ako to funguje: Animácia odlučovača oleja/vody
Pri výmene starého kotla za kondenzačný je vhodnou kombináciou zateplenie obvodového plášťa domu a výmena okien. Zlepšenie tepelnoizolačných vlastností obvodových konštrukcií domu umožní použiť kotol s menším výkonom, pretože sa zníži potreba tepla na vykurovanie. No, keďže využíva neobnoviteľný zdroj energie, investíciu treba vždy dobre zvážiť, aj vzhľadom na sprísňujúce sa požiadavky na energetickú hospodárnosť budov. Ak nie je k dispozícii plynová prípojka, alternatívou je tepelné čerpadlo alebo kotol na biomasu.
tags: #kondenzacny #kotol #vyvod #vody