Jak připojit kondenzační kotel
k tepelné soustavě a jak řídit jeho výkon?
Hlavní zásadou pro dosahování vysoké provozní účinnosti kondenzačního
kotle je provozovat kotel a tepelnou soustavu tak, aby do kotle vstupovala
voda s nejnižší teplotou a kotel pracoval s nejnižším . Proto musí tepelné
soustavy, tak způsob řízení výkonu a hydraulických poměrů.
Zapojení V tepelné soustavě nesmí být použity prvky, které zvyšují teplotu zpětné
vody. Jedná se zejména o přepouštěcí armatury, čtyřcestné směšovače a také
vyrovnávací spojky, u kterých většinou dochází k nepřípustné přepouštění.
Ve vytápěcích soustavách může být průtok konstantní nebo proměnný. Při
použití regulační armatur, které pracují na principu škrcení průtoku, např.
termostatických radiátorových ventilů nebo přímých či trojcestných regulačních
armatur, bude průtok proměnný. Škrcení průtoku má velice příznivý dopad
na vychlazování zpátečky a následný nárůst účinnosti kotle. Vhodné je použít
kompaktní řízené oběhové čerpadlo s proměnnými otáčkami.
Dnes je k dispozici široká škála kondenzačních kotlů jak z hlediska
tepelných výkonů, tak z hlediska spojitého řízení výkonu v širokém rozmezí
100 až 20 %. Potom lze do kotelny navrhovat pouze jeden kotel. Toto řešení
má příznivý vliv na snížení investičních nákladů na kotelnu.
Některé větší kondenzační kotle jsou konstruovány tak, aby se přímo
na kotel mohly připojovat dvě soustavy o rozdílných teplotách oběhové vody.
Např. jedna s otopnými tělesy o jmenovitých teplotách oběhové vody 75/60
°C, druhá podlahová o jmenovitých teplotách 40/30 °C. Kotle mají dvě hrdla
pro vstup oběhové vody. Do nižšího hrdla se zapojuje soustava s nižší teplotou
zpětné vody. Do vyššího hrdla se zapojuje soustava s vyšší teplotou zpětné
vody. Smyslem této úpravy je využít soustavu s nižší teplotou zpětné vody
k lepšímu vychlazení spalin.
Řízení
Nejvhodnější způsob řízení tepelného výkonu kotle je řízení kvalitativní,
kdy teplota výstupní vody z kotle je řízena podle venkovní teploty a to
v celém, případně v částečném rozsahu venkovních teplot. Toto řízení se
také nazývá řízením ekvitermickým. Nastavení topné křivky, což je graficky
vyjádřená závislost teploty přívodní vody na teplotě venkovní, musí být
co nejnižší.
Obr.1 Zapojení bez ohřevu vody |
Příklady zapojení
Na dále uvedených obrázcích jsou doporučená zapojení a řízení kondenzačních
kotlů.
Na obrázcích jsou použity následující zkratky:
KK |
kondenzační kotel |
VS |
vytápěcí soustava |
OV |
ohřev vody |
TV |
teplá voda |
CV |
cirkulace vody |
SV |
studená voda |
te |
vnější teplota |
tvs |
výpočtová teplota přívodní vody pro vytápění |
tov |
výpočtová teplota přívodní vody pro ohřev |
Při tomto zapojení pracuje kondenzační kotel přímo do vytápěcí soustavy
např. o výpočtových teplotách vody 80/60 °C. Průtok soustavou zajišťuje
oběhové čerpadlo. Řízení tepelného výkonu kotle musí být ekvitermické.
Obr.2 Zapojení v případech, kdy výpočtová teplota
přívodní vytápěcí vody je menší nebo je rovna teplotě vody pro ohřev
Při tomto zapojení pracuje kondenzační kotel jednak do podlahové vytápěcí
soustavy 40/30 °C, jednak do soustavy ohřevu vody o přívodní teplotě 60
°C. Podle této teploty musí být řízen tepelný výkon kotle. Vytápěcí soustava
musí být vybavena přímým nebo trojcestným směšovacím ventilem opatřeným
el. pohonem, který je součástí ekvitermického řídícího systému, a oběhovým
čerpadlem. O soustavě ohřevu vody bude pojednáno dále.c
Obr.3 Zapojení v případech, když výpočtová teplota
přívodní vytápěcí vody je větší než teplota vody pro ohřev
Při tomto zapojení pracuje kondenzační kotel jednak do vytápěcí soustavy
80/60 °C, jednak do soustavy ohřevu vody o přívodní teplotě 60 °C. Tepelný
výkon kotle musí být řízen částečně ekvitermicky v rozsahu výstupních teplot
vody 80 až 60 °C. Vytápěcí soustava musí být vybavena přímým nebo trojcestným
směšovacím ventilem s elektrickým pohonem, který je součástí ekvitermického
řídícího systému, a oběhovým čerpadlem. Rovněž ohřívací soustava musí být
vybavena přímým nebo trojcestným směšovacím ventilem s el. pohonem, který
je součástí ekvitermického řídícího systému, a také čerpadlem.
Poznámky k ohřevu vody
Ohřev vody by se měl provádět nízkoteplotně v deskovém ohřívači tak,
aby teplota přívodní ohřívací vody byla 60 °C a teplota zpětné ohřívací
vody 20 °C. Ohřev vody by měl být zásadně zásobníkový (obr.4), protože
jedině tak lze zajistit stále nízkou teplotu zpětné ohřívací vody, která
je zárukou účinné kondenzace. Velikost zásobníku má být přizpůsobena minimálnímu
výkonu kotle tak, aby v letním období byl kotel v běhu nejméně 20 minut.
Obr.4 Zásobníkový ohřev vody
Zapínání kotle a oběhových čerpadel zajišťuje termostat, umístěný ve
dvou třetinách výšky zásobníku, při poklesu teploty TV pod 45 °C. Vypínání
kotle a oběhových čerpadel zajišťuje další termostat umístěný v jedné třetině
výšky zásobníku, při nárůstu teploty TV nad 30 °C.
Průtočný ohřev vody je nevhodný, protože při proměnných odběrech TV
narůstá při stálém průtoku teplota zpětné ohřívací vody, čímž se potlačuje
kondenzace.
Postup při rozhodování o nasazení kondenzačního kotle
Pokud investor uvažuje o nasazení plynového kondenzačního kotle, měl
by výběr vhodného kotle konzultovat se zkušeným projektantem topenářem.
Projektant by měl před zpracování projektu kotelny provést tyto činnosti:
-
Vybrat několik kotlů různých výrobců, které odpovídají výkonem výkonu požadovanému.
Kotle je možné předimenzovat, protože budou pracovat s nižším vytížením
a následně s vyšší účinností.
V dokumentaci vybraných kotlů musí být uvedena charakteristiku kotle,
což je závislost účinnosti kotle na jeho vytížení při napojení na určité
typy vytápěcích soustav.
-
Podle výše účinností a podle rozsahu spojitě řízeného výkonu, které jsou
uvedeny v charakteristice kotle, provést zúžení výběru kotlů.
-
Pro kotle zúženého výběru provést výpočet předběžné roční provozní účinnosti
kotlů, například podle metody uvedené v [1].
-
Pro kotel s nejvyšší hodnotou předběžné roční provozní účinnosti vypočítat
úspory plynu oproti spotřebě plynu v současné kotelně nebo oproti porovnávací
kotelně s kotli nízkoteplotními s dosažitelnou roční provozní účinností.
Ta bývá o 5 až 10% bodů nižší než účinnost katalogová.
Při výběru kondenzačního kotle se přihlíží také k výbavě kotle a k jeho
provedení:
-
Kotel by měl být vybaven jednak ekvitermickým řídícím systémem, který nejlépe
zajišťuje provoz kotle při nízkém vytížení, jednak systémem pro sledováním
provozních stavů (teplot oběhové vody a spalin).
-
U kotlů menších výkonů, tj. pod 50 kW, se dává přednost kotlům provedení
C, což je provedení uzavřené. Vstup spalovacího vzduchu z vnějšího prostředí
do kotle a výstup spalin z kotle do vnějšího prostředí je zajišťován párem
potrubí nejčastěji v koaxiálním provedení.
Pohled na výši pořizovacích a provozních nákladů u nízkoteplotních a
u kondenzační kotlů
Názor na výši pořizovacích nákladů na nízkoteplotní a na kondenzační
kotle a na výši ročních provozních nákladů daných platbou za zemní plyn,
si vytvoříme jednak pomocí tab.1, jednak pomocí ceníků kotlů některých
firem. Tabulka je zpracována pro kategorii plynových kotlů pro rodinné
domky s potřebným tepelným výkonem pro vytápění 24 kW v klimatické oblasti
-15 °C. Orientační ceny plynových nástěnných kotlů bez ohřevu vody o daném
výkonu, včetně DPH 5 %, jsou u nízkoteplotních kotlů 34.000,- Kč, u kondenzačních
kotlů 52.000,- Kč. Sami porovnejme zvýšení pořizovacích nákladů o 18.000,-
Kč s ročními náklady na ZP, resp. s úsporami těchto nákladů, při různých
cenách ZP.
Typ kotle |
Roční
provozní
účinnost |
Výpočtový
průtok ZP |
Potřeba ZP |
Náklady na ZP [Kč/rok]
při ceně [Kč/m3] |
% |
m3/h |
m3/rok |
8 |
10 |
12 |
nízkoteplotní |
88 |
2,73 |
6522 |
52 176 |
65 220 |
78 264 |
kondenzační |
104 |
2,31 |
5544 |
44 352 |
55 440 |
66 528 |
úspory |
|
|
978 |
7 824 |
9 780 |
11 746 |
Tab.1 Potřeby zemního plynu (ZP) a roční náklady na vytápění pro výkon
24 kW |