Problematika návrhů spalinových cest u zdrojů na dřevní pelety – 1. část

zdroj: tzb-info,Ing. Waltr Sodomka, MESSY s.r.o., soudní znalec v oboru kominictví

V příští části článku o problematice návrhu spalinových cest pro peletová kamna, resp. kotle je zpracován rozbor výpočtu dle ČSN EN 13 384-1:2016, výpočet dimenze přívodu vzduchu a návrh konstrukčního provedení spalinových cest.

Komentář redakce: následující článek popisuje problematiku, které v ČR není jasně ukotvena v normách, proto redakce doporučuje čtenářům, aby věnovali dostatečnou pozornost i recenzi, které je umístěna v závěru článku. Článek bude pokračovat ještě dalšími dvěma díly.
Tématu jsme se věnovali i v článcích Korozní odolnost komínů a výměny kotlů, Požární bezpečnost komínů se zaměřením na prostup hořlavou konstrukcí.
Budeme rádi, pokud svůj názor na téma vyjádříte v diskusi k tomuto článku, příp. i o zpětnou vazbu, zda by vás téma zajímalo u kulatého stolu na Aquathermu Praha na začátku března v Praze.

1. Úvod

V roce 2016 vstoupila v platnost novela zákona 133/1985 Sb. o požární ochraně a prováděcí vyhláška č. 34/2016 Sb. o čištění, kontrole a revizi spalinové cesty. Tyto legislativní dokumenty vytvořily zákonnou povinnost zpracování výpočtu spalinové cesty dle ČSN EN 13 384, a to pro každou spalinovou cestu uváděnou do provozu.

Povinnost výpočtu se u některých spotřebičů ukazuje jako silně omezující faktor vzhledem k tomu, že není zpracována detailní metodika výpočtu.

To se týká i peletových spotřebičů, které je sice nutno řadit mezi spotřebiče na pevná paliva, ale současně dokonalý systém spalování umožňuje, pro optimalizaci provozu, osadit ve spotřebiči ventilátor zajišťující, minimálně občasně, nucený odtah spalin. To dovoluje snížit limitně jak spotřebu paliva, tak teplotu spalin.

Důsledkem je ovšem bohužel fakt, že výpočet dle ČSN EN 13 384 v atmosférickém provozu vede často k výsledku „nevyhovuje“. I při minimální dimenzi komínu s přirozeným tahem, (tj. 140 mm) nízká teplota spalin negativně ovlivňuje disponibilní tah, nízká spotřeba paliva snižuje rychlost proudění a ředění vzduchem dále snižuje teplotu spalin, což vede k negativnímu výsledku teplotní podmínky, případně nutnosti nesmyslné tloušťky izolace.

Cílem tohoto článku je shrnout základní podmínky pro provádění výpočtů spalinových cest peletových spotřebičů, jako legislativně požadované ověření funkčnosti.

2. Zatřídění dle ČSN EN 1443

V této normě jsou uvedeny základní parametry požadované pro popis spalinové cesty. Hodnoty parametrů mohou být předepsány výrobcem, nebo obecně ČSN 73 4201.

Pro popis konkrétní spalinové cesty je nutné definovat následující základní parametry:

  • Teplotní třída (Txxx) – stanovuje maximální provozní teplotu spalin připojeného spotřebiče
    Česká norma ČSN 73 4201 rozděluje spalinové cesty podle typu paliva, které je spalováno v připojeném spotřebiči na spalinové cesty pro paliva pevná, kapalná a plynná. Nelze diskutovat o jednoznačném zařazení pelet mezi paliva pevná.
    Minimální teplotní třída pro pevná paliva je obvykle 400 °C. Tato limitní teplota byla potvrzena i rozborem cca 100 typů peletových spotřebičů u nichž se teplota spalin deklarovaná výrobcem pohybovala v rozmezí 95 až 315 °C.
    Spalinová cesta musí mít tedy začlenění obecně min. T400 (alt. T600).
  • Tlaková třída (Nx, Px, Hx) – stanovuje maximální provozní přetlak ve spalinové cestě
    Třídy N1 a N2 jsou definovány maximální odolností proti přetlaku do 20 Pa a nejsou obecně přetlakově těsné. Pracují v tzv. atmosférickém (podtlakovém) provozu.
    Třídy P1 a P2 jsou definovány maximální odolností proti přetlaku do 200 Pa a jejich provedení má těsnění ve spojích. Jsou obecně přetlakově těsné a dovolují připojení spotřebičů s posilovacím ventilátorem před spalinovým hrdlem.
    Třídy H1 a H2 jsou definovány odolností proti přetlaku do 5000 Pa a označují se jako vysoko-přetlakové. Zařazení spalinových cest komínů peletových spotřebičů do tlakové třídy je patrně největším reálným problémem. Pro komíny atmosférické je totiž dle ČSN 73 4201 předepsán obecně minimální průměr komínu 140 mm (výjimka pouze na základě prohlášení a převzetí zodpovědnosti výrobce), ovšem pro komíny přetlakové stačí minimálně 80 mm.
    V praxi se ukazuje, že ideální (a v Evropě běžně používanou) metodou výpočtu je, definovat spalinovou cestu v principu jako přetlakovou. Tím dojde k vyřešení drtivé většiny výpočtových i legislativních problémů.
    Pokud má daný spotřebič definován i minimální disponibilní přetlak na hrdle, lze bez problémů a v souladu s ČSN 73 4201 volit průměr komínu 80 mm. Toto zmenšení dimenze přinese výpočtové posílení rychlosti proudění a tím následně i pozitivní posun ve výpočtu teplotní a tlakové podmínky. Disponibilní přetlak potom fakticky sníží výpočtový tlakový požadavek, a současně, alespoň z části, eliminuje ztráty, což výrazně kladně ovlivní i výpočet podmínky tlakové.
    Jak již bylo uvedeno, jedná se o disponibilní, tedy v podstatě maximální teoretický přetlak. V praktickém provozu samozřejmě spotřebiče většinu času pracují v atmosférickém (podtlakovém) režimu, a to i při použití malých průměrů.
    Spalinová cesta by tedy měla mít začlenění min. P1 (alt. P2, H1, H2).
  • Třída odolnosti vůči kondenzátu (D, W) – popisuje, zda je vnitřní povrch komína certifikován na odolnost vůči kondenzátu (kyselinám)
    Třída D je použita, pokud test na odolnost vůči kondenzátu nebyl proveden, naopak třída W osvědčuje, že test proveden byl, a to s pozitivním výsledkem.
    Rozlišení suchého a mokrého provozu je velmi významné při výpočtu teplotní podmínky, protože při suchém provozu musí být ve spalinové cestě teplota nad rosným bodem daných spalin. U mokrého provozu je hraniční teplotou 0 °C.
    V této souvislosti je třeba vzít v úvahu možnost tvorby tuhých znečišťujících látek ve spalinách. Tyto látky (např. saze) nejen, že představují kondenzační jádra, ale ve směsi se zkondenzovanou vlhkostí vytvářejí látky, které představují potenciální nebezpeční ohrožení života, zdraví i majetku – především tzv. dehet. Z tohoto důvodu musí být pro pevná paliva (pelety) proveden výpočet vždy pro třídu D, a to i v případě, že spalinová cesta má materiálové začlenění W..
    Spalinová cesta by tedy měla mít začlenění D (alt. W).
  • Třída odolnosti proti korozi (1, 2, 3) – stanovuje maximálně přípustná paliva, jejichž spaliny může daná spalinová cesta odvádět
    Třídy 1 a 2 jsou vyhrazeny pro paliva kapalná a plynná. Pro spalování pevných paliv je nutná třída 3. U nerezových materiálů odpovídá třídě 3 obecně třída V3, nebo alternativní materiály včetně tloušťky dle tabulky v ČSN 73 4201.
    Spalinová cesta by tedy měla mít začlenění 3 nebo V3.
  • Třída odolnosti proti vyhoření sazí (G, O) – popisuje, zda je komín certifikován na odolnost vůči vyhoření sazí
    Třída O je použita, pokud test na odolnost vůči vyhoření sazí nebyl proveden, naopak třída G osvědčuje, že test proveden byl, a to s pozitivním výsledkem.
    Pro spalování pevných paliv, kdy spaliny obsahují potenciálně hořlavé tuhé znečišťující látky, které se mohou ve spalinové cestě usazovat, je nezbytné použití materiálu s certifikací G. Vzhledem k tomu prakticky nelze použít spalinové systémy s pružným plastovým těsněním. Ty mají obvykle teplotní třídu T200, danou nikoliv odolností základního materiálu, ale právě teplotní odolností těsnění. Pokud by tedy byl použit spotřebič s teplotou spalin pod 200 °C, zdálo by se, že všechny parametry jsou splněny. Problémem je ovšem třída odolnosti vůči vyhoření sazí, která je u těchto systémů obvykle O, a tudíž pro pevná paliva nevyhovující.
    Spalinová cesta by tedy měla mít začlenění G.
  • Bezpečná vzdálenost (xx) – výrobcem deklarovaná minimální vzdálenost povrchu komínu od hořlavých konstrukcí [mm]
    Bezpečnou vzdálenost stanovuje v případě systémového komínu výrobce, v případě komínu individuálního pak jeho zhotovitel. Vzhledem ke značnému rozptylu teplot spalin, může být rovněž parametr bezpečné vzdálenosti rozdílný.
    Obvyklou hodnotou bude cca 20 až 50.
  • Tepelný odpor (Rxx) – nepovinný parametr popisující hodnotu tepelného odporu celkové konstrukce komínu
    V části xx je doplněna hodnota v setinách (tepelný odpor 0,41 m2.K/W = R41).
    Pro návrh a výpočet komínu se jedná o klíčovou hodnotu, která popisuje izolační schopnosti a výrazně se proto podílí na výpočtu teplotní podmínky.
    Obvyklou hodnotou bude cca R40.

Z výše uvedeného plyne, že spalinová cesta vhodná pro odvod spalin spotřebiče spalujícího dřevěné pelety by měla mít označení dle ČSN EN 1443 minimálně:

T400 P1 D 3 (V3) Gxx Rxx

(hodnoty xx nejsou primárně klíčové)

Toto je první část článku děleného do tří částí.

V příští části je zpracován rozbor výpočtu dle ČSN EN 13 384-1:2016, výpočet dimenze přívodu vzduchu a návrh konstrukčního provedení.

 
Komentář recenzenta Jan Leksa, viceprezident Společenstva kominíků ČR

Hned v úvodu do problematiky je zavádějící informace k povinnosti provádění výpočtů komínů při revizích spalinových cest dané od roku 2016. Výpočet nebo výsledek výpočtu, popřípadě kopie podkladů k dimenzování spalinové cesty dle ČSN EN 13384 je fakticky normativním požadavkem již od roku 2002, kdy vyšel vzor revizní a technické zprávy komína v ČSN 734201.

V novodobé historii je první ČSN zabývající se výpočty komínů ČSN 1453 z roku 1947, následovala ČSN 734211 z roku 1968 a pak 734201 z 1988. Od roku 2003 platí zmíněná převzatá výpočtová ČSN EN 13384, která byla aktualizována s ohledem na nové požadavky a podmínky v roce 2016. Výpočtové vztahy a rovnice jsou však po celou dobu stejné, úpravy těchto norem reagují pouze na technologický vývoj a parametry spotřebičů a spalinových cest.

V teoretické části prvního dílu je obecně popsáno zatřídění a nástin vlastností komínu dle ČSN EN 1443 dle teplotní třídy, tlakové třídy, umístění komínu, odolnosti vůči kondenzaci, korozní odolnosti, tepelného odporu konstrukce komína, odolnosti vůči vyhoření sazí a bezpečné vzdálenosti povrchu konstrukce části spalinové cesty od hořlavých hmot.

Tyto vlastnosti, nové značení, specifikované vlastnosti při zabudování do stavby, ale i z dnešního pohledu velmi zásadní vlastnosti a složení paliv na bázi dřeva řeší již dokončená a schválená revize EN 1443, jejíž vydání je Evropskou komisí pro tvorbu technických norem (CEN) plánováno na podzim letošního roku.

obr. 3

Na závěr recenze tohoto dílu je třeba uvést, že za současného stavu vědy a technologií neumí lidstvo zatím žádnou energii vyrobit, ale pouze přeměnit z jedné na jinou. V návaznosti na obsah následných dvou odborných článků, jde o uvolnění nahromaděné solární energie v dřevní hmotě, v tomto případě hořením dřevěných pelet ve spotřebiči nazývaném peletová kamna. V drtivé většině případů výrobci těchto kamen deklarují jako jediné doporučené palivo normované světlé dřevěné pelety bez příměsí v kvalitě ENplus A1. Praxe ukazuje, že i malý podíl příměsí (například kůry) má zcela zásadní vliv na kvalitu spalování a bezporuchový chod kamen. Rovněž odvod spalin z peletových kamen musí být vždy proveden samostatným kouřovodem do samostatného komína, nikoliv například vývodem spalin, jak je občas připouštěno.

Obrázek ilustruje nevyhovující a nebezpečné provedení odvodu a rozptylu spalin.


obr. 1
obr. 2

Díky současné vlastní zkušenosti s vytápěním našeho domu jak uhlím, tak peletami a možností provedených bezpočtu měření, zkoušek a testů u zákazníků si dovoluji tvrdit, že vytápění dřevní peletou je ekologicky výhodné, přesto finančně přijatelné, a proto mu zcela jistě patří budoucnost.