TZB pro FBI »

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY

Dozvíte se mnohé o jednotlivých typech plynových kotlů i o jejich zabezpečovacích zařízeních.

Cíle kapitoly

1. 1. Zvládnete principy plynových kotlů.
2. 2. Pochopíte rozdíl mezi stacionárním a závěsným kotlem a budete umět správně zvolit mezi nimi.
3. 3. Správný návrh zabezpečovacího zařízení se pro vás stane hračkou.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

Na tuto kapitolu počítejte se zhruba 90 minutami.

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY

Kotel, plyn, zabezpečovací zařízení.

 

Abychom mohli dobře zvolit kotel pro vytápění a ohřev teplé vody musíme znát celou řadu údajů.

• Klimatické podmínky v místě stavby včetně směru převládajících větrů.
• Dispoziční řešení budov.
• Tepelně technické vlastnosti všech stavebních konstrukcí objektu.
• Provozní účel budovy a časové nároky na spotřebu tepla.
• Optimalizace pořizovacích a provozních nákladů.
• Stupeň využití energie.

Na našem trhu je široká škála nabídky kotlů, které dělíme např. podle druhu paliva a celé řady dalších kritérií. Pro odpovědný návrh určitého typu kotle hrají zásadní roli následující určující faktory:

• technické parametry
• provozní spolehlivost kotle
• dostupnost a kvalita servisu kotle
• dispoziční rozměry kotle
• možnost snadné instalace kotle v daném objektu
• možnost instalace komínových těles

Typy kotlů – obecně:

Teplovodní kotel:
Slouží pro ohřev teplonosné látky, kterou může být voda nebo roztok nemrznoucí kapaliny. Zdrojem pro ohřev je energie získaná spalováním pevného, kapalného, plynného paliva nebo elektrická energie. Pracovní teplota teplovodních kotlů je nejvýše 115 ⁰C.

Nízkotlaký parní kotel:
Slouží k výrobě vodní páry s pracovním přetlakem nejvýše 70 ( kPa ). Zdrojem pro ohřev je energie získaná spalováním pevného, kapalného, plynného paliva nebo elektrická energie.

Obrázek 12 – 1: Kotel na nízkotlakou sytou páru, firma Loos. s.r.o.

Radiační kotel:

Princip radiačních kotlů spočívá ve směru tepelného toku do kotlového tělesa. Tepelný tok je předáván prostřednictvím radiační náplně.

Kondenzační kotel: 

Jedná se o teplovodní kotel u něhož je cíleně využívání kondenzační teplo vodní páry obsažené ve spalinách.

Obrázek 12 – 2: Kaskáda nástěnných kondenzačních kotlů, firma Buderus

Průtočný kotel:

Opět se jedná o teplovodní kotel s nuceným oběhem teplonosné látky v kotlovém tělese, jehož objem je max. 10 ( dm³ ) a jmenovitý tepelný výkon vztažený na objem teplonosné látky v kotlovém tělese je alespoň 1 ( kW ) na 0,13 ( dm³ ).

Kotel s fluidním spalováním: 

Jsou to kotle na pevná paliva, v nichž je palivo spalováno ve fluidní vrstvě.

Obrázek 12 – 3: Schéma kotle s fluidním spalováním, firma PolyComp,a.s.

Kotel s odhoříváním:

Na pevná paliva. Proces spalování paliva probíhá ve vrstvě plynule doplňované, přičemž spaliny neprocházejí přes vrstvu paliva.

Obrázek 12 – 4: Kotel se spodním odhoříváním, firma SLOKOV

Kotel s prohoříváním:

Další varianta kotle na pevná paliva. Probíhá v něm postupné spalování paliva, spaliny procházejí skrz vrstvu paliva.

Obrázek 12 – 5: Kotel s prohoříváním, firma OPOP Valašské Meziříčí

Kotel s periodickým dávkováním paliva:

Opět na pevná paliva. Palivo se dodává ručně ve stanovených časových intervalech a množstvích přímo do spalovacího prostoru.

Kotel s ruční obsluhou: 

Na pevná paliva. Obsluha kotle zajišťuje jak uvedení do provozu tak i změny provozního stavu.

Obrázek 12 – 6: Kotel s periodickým dávkováním i pro ruční obsluhu, firma GAS KOMPLET s.r.o.

12.1 Druhy plynových kotlů

Zdroje tepla do 50 ( kW ) :

• Závěsné
• Stacionární

12.1.1 Závěsné kotle

Výhody závěsných kotlů

– jejich velkou předností je, že díky svému malému vodnímu objemu umožňují dosáhnout především ve spojení s maloobjemovými otopnými tělesy velké pružnosti otopné soustavy.

- při rekonstrukci starších objektů nevyžadují prakticky žádný nárůst pro instalaci a obsluhu.

- správně dimenzovaný závěsný kotel s modulovaným hořákem přináší oproti hořáku on- off prokazatelně až 30% úspor plynu.

Obrázek 12.1.1 – 1: Závěsný plynový kotel, firma Dakon

Zásady pro správné navrhování závěsných kotlů :

Je-li vypočtená tepelná ztráta objektu rovna nebo jen o málo menší, než je jmenovitý výkon kotle. Takto kotel pracuje v optimálních podmínkách jak v režimu vytápění ( maximální využití modulace hořáku ), tak v režimu ohřevu teplé vody.

Teplota vratné vody je udržována na minimálně 60 ⁰C.

Obrázek 12.1.1 – 2: Příklad využití závěsného plynového kotle v kombinovaném provedení i pro centrální přípravu teplé vody, firma Junkers

Zásady pro připojení závěsného kotle k otopné soustavě :

• Předepisovat v rozpisu materiálu montážní lištu. Předejde se tím vnitřnímu pnutí rozvodů v kotli a umožní se montáž rozvodů aniž by byl namontován kotel.

• Dbát na správný návrh odtahu spalin. Toto je důležité zejména u připojení více spotřebičů s atmosférickými hořáky do společného kouřovodu. V odůvodněných případech je vhodné instalovat omezovač tahu, aby nedocházelo ke zhášení plamínku u jednotlivých kotlů. Vždy je nutné při návrhu odtahu spalin použít potrubí doporučené výrobcem kotle.

• Kondenzační kotel musí mít vždy odtah spalin v přetlakovém režimu.

• Nesmí se zapomenout i na sifony s nálevkou pro zajištění odkapu pojistných ventilů.

• Při instalaci kondenzačních je nutno pamatovat na odvod kondenzátu. Z každého spáleného 1 ( m³ ) zemního plynu je nutno teoreticky odvést až 1,6 ( l ) kondenzátu. U menších zařízení do 25 ( kW ) výkonu kotle není nutno se jeho neutralizací zabývat.

• Při návrhu je vhodnější upřednostňovat kondenzační kotle s tzv. λ sondou, která ve spojení s dalším vybavením kotle zajišťuje přebytek spalovacího vzduchu na stálé, nízké hodnotě v celém rozsahu výkonu kotle – umožňuje konstantní hodnotu směšovacího poměru plyn – vzduch. Pokud hodnota přebytku vzduchu roste, dochází ke snížení teploty rosného bodu spalin a tudíž využití entalpie spalin.

• Překontrolovat parametry instalované expanzní nádoby.

• V případě, kdy je nutno do otopné soustavy instalovat další čerpadlo ( podlahové vytápění ), je nutno oddělit kotlové čerpadlo od okruhových čerpadel termohydraulickým rozdělovačem ( THR ). Někteří výrobci tento THR vestavují již přímo.

• Pokud je to možné, vyhýbáme se při návrhu otopných soustav všem materiálům, jejichž použití nezřídka vede k elektrochemické korozi některých prvků otopných soustav a také k vývinu plynů ( hliník, pozinkované tvarovky ). Je proto vhodné instalovat do otopné soustavy absorpční odlučovače plynů.

Spotřebiče s nuceným odtahem spalin :

Návrh spotřebičů s nuceným odtahem spalin je řízen stejnými principy, které byly uvedeny výše pro závěsné kotle. Pozornost musíme upřít na správné provedení odtahu spalin, neboť se jedná o spotřebiče typu C a zde platí TPG 800 01. Podmínky pro vyústění odtahu spalin na fasádu byly probrány již v kapitole 7.2.3 a 9.3.3.

Obrázek 12.1.1 – 3: Schéma zapojení s termohydraulickým vyrovnávačem (anuloidem)

Obrázek 12.1.1 – 4: Příklad využití anuloidu v kotli, firma GEMINOX

LEGENDA
1.zásobník TUV (50, 75, 150 l)
2. tepelná izolace
3. nerezová topná spirála
4. revizní a čistící otvor
5. třícestný směšovací ventil
6. oběhové čerpadlo bytového okruhu (sekundáru)
7. termostatická směšovací baterie TUV
8. měřič tepla
9. anuloid - hydraulická vyhýbka
10. automatický odvzdušňovací ventil
11. ovládací panel
12. elektrická svorkovnice
13. vnější plášť

12.1.2 Stacionární kotle

Výhody stacionárních kotlů

– Jejich uplatnění nastává v případě nutnosti instalovat kotel nad 50 ( kW ) jmenovitého výkonu, obsahují litinové články.

- Umožňují větší variabilitu při navrhování otopné soustavy.

- Prakticky jen ve stacionárních kotlích lze spalovat LTO.

- Špičková zařízení mají extrémně nízké hodnoty emisí.

- Díky umístění v samostatné místnosti je ve většině případů omezený průnik hluku snížen na minimální hodnotu.

- Zpravidla větší životnost a menší poruchovost než u závěsných kotlů.

Obrázek 12.1.2 – 1: Stacionární litinový kotel na olej, firma Viadrus

Zásady pro správné navrhování stacionárních kotlů :

• U menších objektů je nutno věnovat pozornost sladění potřeby výkonu kotle pro vytápění s potřebou tepla pro ohřev vody.
• Při volbě kotle hraje významnou roli hodnota teploty vratné vody, kterou je kotel schopen trvale snášet bez narušení teplosměnných ploch. Podle tohoto kriteria dělíme kotle na
  • klasické            ( t_z = 70 ⁰C )
  • nízkoteplotní      ( t_z = 45 ⁰C )
  • hlubokoteplotní   ( t_z = 30 ⁰C )
• Nejjednodušší ochranou proti tzv.nízkoteplotní korozi je osazení jednotlivých větví vhodnými regulačními armaturami. Pro klasické a nízkoteplotní kotle jsou vhodné čtyřcestné ventily – zvyšují teplotu zpátečky, pro hlubokoteplotní kotle se aplikují trojcestné ventily, které teplotu zpátečky snižují.
• U kondenzačních kotlů se snažíme o co nejnižší teplotu zpátečky. Mimo trojcestných ventilů tomu napomáhá i navržení otopné soustavy o co nejnižší teplotní úrovni a nepoužívání prvků, které mohou teplotu zpátečky zvyšovat, např.THR, přepouštěcí ventily apod.

Zásady pro připojení stacionárního kotle k otopné soustavě :

Vzhledem k tomu, že u kotlů s celkovým výkonem do 50 ( kW ) se málokdy vyskytne případ s osazením dvěma kotlovými jednotkami, je možno při návrzích schémat volit co nejjednodušší způsoby zapojení, což v praxi vede k absenci termohydraulických vyrovnávačů v soustavách s výhradně nuceným oběhem.

Kde to dovoluje dispozice je výhodné i použití přímo ohřívaných zásobníků pro teplou vodu., což umožňuje kotel mimo topnou sezónu odstavit z provozu.

Obrázek 12.1.2 – 1: Příklad stacionárního plynového kotle, firma PROTHERM

12.1.3 Kondenzační kotle

Nová generace kotlů, která díky své konstrukci využívá velkou část kondenzačního tepla vodní páry ze spalin. Toto teplo vzniká spálením vodíku ze zemního plynu. V případě spalování zemního plynu s 20% přebytkem vzduchu, připadá na každý 1 ( m³ ) suchých spalin 157 ( g ) vodní páry. Tomuto obsahu odpovídá teplota rosného bodu přibližně 56 ⁰C. Pokud ve výměníku tepla kotle poklesne teplota pod tuto hranici, začne vodní pára kondenzovat a kotel pracuje v kondenzačním režimu. Pokud se topný plyn spaluje s vysokým přebytkem vzduchu, dochází ke značnému zředění spalin a tím i ke snížení jejich rosného bodu a to vede k celkovému snížení účinnosti kotle.

Limitní kriteria pro kondenzační kotle :

• Účinnost 95% při teplotě vratné vody 60 ⁰C. Při této teplotě kotel ještě nepracuje jako kondenzační, ale jeho účinnost je vyšší, než kotle klasické konstrukce.
• Účinnost 101% při teplotě vratné vody 45 ⁰C. Vzhledem k tomu, že rosný bod spalin při přebytku vzduchu 20% je přibližně 56 ⁰C, kotel pracuje jako kondenzační.

Z funkčního hlediska dělíme kondenzační kotle na

• s odděleným kondenzačním stupněm
• s kondenzačním stupněm přímo ve spalovací komoře

Materiály kondenzačních kotlů

• šedá litina
• ocel
• slitiny Al-Si

Kondenzát:

Mírně kyselý, neutralizaci provádíme např. granulovaným vápencem, dolomitem, zrnitou směsí vápence a oxidu hořečnatého. Kondenzát se odvádí do kanalizace

Tvorba kondenzátu je ukazatelem správné funkce kondenzačního kotle. při teplotě vratné vody by na každých 10 ( kW ) výkonu kotle měl kondenzovat průměrně 1 ( l ) vody za hodinu provozu kotle.

Odvod spalin: 

Vzhledem ke značnému ochlazování spalin dochází ke snížení komínového tahu. Proto je nutné u kondenzačních kotlů použít odsávací ventilátory umožňující odvod ochlazených spalin do atmosféry. Výjimku tvoří kotle s vířivými hořáky.

Obrázek 12.1.3: Kondenzační závěsný kotel,firma Baxi

12.2 Pojistná zařízení

Návrh a výpočet zabezpečovacího zařízení je součástí projektové dokumentace.

Zabezpečovací zařízení :

Proti překročení nejvyššího provozního přetlaku, popř. podtlaku.

Proti překročení nejvyššího pracovní teploty.

Proti nedostatku vody v soustavě.

12.2.1 Nízkotlaké parní kotle do nejvyššího pracovního přetlaku 50 ( kPa ).

Každý nízkotlaký parní kotel do nejvyššího pracovního přetlaku 50 ( kPa ) musí být vybaven pojistným zařízením dle ČSN 07 02 40.

Výška vodního sloupce pojistného zařízení H v m: H ₀ =

Kde:

p: přetlak ( kPa )

p_max : nejvyšší pracovní přetlak kotle ( kPa )

Pojistné zařízení může být s jednou nebo dvěma nádobami a velikost nádoby musí být větší než vodní obsah pojistného potrubí. Skutečnou výšku H volíme tak, aby nejvyšší pracovní přetlak kotle nepřekročil hodnotu 50 ( kPa ).

Pojistné přetlakové zařízení musí být umístěno v kotelně, celková délka parního připojovacího potrubí mezi kotlem a zabezpečovacím zařízením nemá překročit 10 ( m ).

Na nejnižším místě pojistného přetlakového zařízení musí být zátka pro možnost vypouštění a čištění.

Při čištění se voda vypouští do zabezpečovacího zařízení.

Výfuková trubka nesmí ústit do komína ani do jiných prostorů mimo kotelnu.

12.2.2 Teplovodní soustavy

Pojistné a expanzní potrubí musí mít takový spád, aby se samočinně odvzdušňovalo, případně musí mít automatické odvzdušňovací zařízení.

Kotel musí být vybaven neuzavíratelně připojeným pojistným zařízením.

Kotel musí být vybaven expanzní nádobou, nebo expanzní nádoba musí být součástí otopné soustavy.

Pojistné zařízení musí být připojeno v pojistném místě. V pojistném místě musí být teploměr, tlakoměr, snímač nedostatku vody.

V pojistném místě nesmí být uzavírací armatura. Na pojistném místě mohou být instalovány pouze takové armatury, které za všech provozních stavů dovolují spojení zdroje tepla s pojistným zařízením či atmosférou.

Pracovní přetlak otopné soustavy musí být menší než otvírací přetlak pojistného ventilu u ochrany sloupcem vody menší, než je dovolený přetlak otopné soustavy.

Hořáky kotle musí být vybaveny citlivě reagujícími pojistkami plamene.

Plynové kotle musí mít zabezpečovací zařízení při poklesu přetlaku spalovacího vzduchu pod přípustnou mez, při přerušení funkce nuceného odvodu spalin .

Každý kotel na plynná paliva ( mimo kotlů s atmosférickými hořáky s přerušovačem tahu ) musí mít odvod spalin napojený do samostatného komínového průduchu.

Pojistné zařízení musí bezpečně a spolehlivě odvést z kotle pojistný výkon. Pro výpočet pojistných ventilů platí ČSN 13 43 09 – 3.

Kotle bez trvalé obsluhy se vybavují dle ČSN EN 12 952-7 a ČSN EN 12 953-6.

Průřez sedla pojistného ventilu pro vodu : A ₀ =

Kde:

A₀ : průřez sedla ( mm^-2 )

Φ_p : pojistný výkon ( kW )

α_v : výtokový součinitel pojistného ventilu ( - )

p_ot : otvírací přetlak pojistného ventilu ( kPa )

pro páru : A₀ =

Kde:

K: konstanta, závislá na stavu syté vodní páry při p_ot ( kW.mm^-2 )

vnitřní průměr pojistných potrubí – nemůže dojít k vývinu páry : d_v = 10+0,6.

( mm ^-2 )

- dochází k vývinu páry : d_p = 10+1,4. ( mm^-2 )

Expanzní zařízení : V_e = V . Δν . 1,3

 

Kde:

V_e : objem expanzní nádoby ( m³ )

V: celkový objem vody v soustavě ( m³ )

Δν: poměrné zvětšení vody při teplotě rovné teplotě syté páry při p_max

Expanzní nádoba může být připojena i mimo pojistný úsek.

Proti překročení nadměrné teploty se instalují automatické omezovače zařízení.

Předepisuje-li výrobce chlazení teplovodního kotle, musí být vybaveny zařízením pro doběh oběhového čerpadla a zařízením pro chlazení kotle při výpadku elektrické energie.

12.3 Kontroly a revize

Shrnutí kapitoly

Máte za sebou kapitolu nevelkou množstvím stran, ale velkou jejim obsahem. O tématice kotlů lze hovořit a psát celé hodiny. Je to téma velmi zajímavé. Vy jste se dozvěděli stručné základy. Důležité je též i to, že jste se naučili správně aplikovat pojistná zařízení pro kotle, takže jste schopni zabezpečit plynulý a bezproblémový provoz.