T
E
P
L
O
Teplovodní krb jako ekologický zdroj tepla pro rodinné domky s nejlepším využitím paliva JUDr. Ing. Petr Měchura, AVE BOHEMIA, s.r.o.
Z
a ekologická paliva je možno proto označit díky nízkým emisím především zemní plyn a pak biomasu (dřevo, peletky, obilí, rostliny apod.) jako obnovitelný zdroj energie. Co se kotlů týká, tak současné špičkové kotle na biomasu dosahují dle výrobců účinnosti až 93 % při splnění emisní normy 3. třídy dle ČSN EN 3035. Takové kotle dokonce splňují i limity pro ekologicky šetrný výrobek (v ČR dle směrnice č. 13/2002 MŽP ČR) a lze na jejich pořízení obvykle poskytnout v mnoha evropských zemích státní finanční podporu (v ČR ze SFŽP). Tabulkově nejvyšší účinnosti, resp. stupně využití paliva, při nejnižších emisích však dosahují v současnosti jen kondenzační plynové kotle - dokonce až 109 %! Oproti tomu krby, které též spalují ekologické, tedy obnovitelné zdroje energie (biomasu), nemají z dřívějška zrovna dobrou pověst úsporných tepelných spotřebičů, když u těch otevřených se účinnost spalování dříve pohybovala jen kolem 5 až 7 %, později u uzavřených dvouplášťových vzrostla sice až na 70 % , u peletkových krbů dokonce až na 80 %, ty ale jako především lokální topidla nejsou vhodné jako jediný zdroj tepla pro celý rodinný domek. Pro tento účel lze smysluplně využít pouze teplovodní krby, kde ale ani u těch nejlepších jejich tabulková účinnost při jmenovitém příkonu zatím nepřesahuje 80 % (např. italský ACQUATONDO 29, z toho 60 % do vody a 20 % prouděním a sáláním). Nikdo si však zatím neuvědomil, že tyto účinnosti se zpravidla počítají a měří ve zkušebně tak, že se od množství energie ve spáleném palivu prostě odečte ta energie, která projde jako spaliny komínem či jako kondenzát do kanalizace, což lze celkem snadno změřit. Při tom ne všechna tepelná energie vzniklá spálením paliva odejde z kotle jako užitečná energie topnou vodou do radiátorů či do bojleru a nebo jako ztráty kouřovými plyny či nedopalem komínem ven. Jen např. prouděním a sáláním ztrácí těleso kotle cca 2 % svého výkonu, která neprojdou ani vodou a ani komínem, ale ztrácí se bez užitku
44
tepl
á
r
e
n
s
t
v
í
Se současným zdražováním energií se mnoho obyvatel ptá, čím ekologicky a současně i ekonomicky, tedy levně a s účinností nejlépe přes 100 %, vytápět svůj rodinný domek? K nejlevnějším palivům u nás stále ještě patří hnědé uhlí, to ale není ekologické vzhledem k vysokým emisím škodlivých látek, které vznikají při jeho spalování v malých kotlích. u kotlů v kotelně či ve sklepě. Dále je třeba vzít v úvahu, že prakticky všechny moderní kotle se při svém provozu neobejdou bez ventilátorů, které zajišťují správné proudění spalin při regulaci jejich výkonu, a jejichž příkon činí zpravidla další 1 % výkonu kotle, které je též třeba odečíst. Především ale kotle odebírají spalovací vzduch z kotelny, tedy v zimě s teplotou i kolem 0 oC, přičemž plynové kotle, které mají samostatný přívod čerstvého vzduchu z exteriéru, mívají v zimě dokonce ještě nižší teplotu nasávaného vzduchu, zatímco teplota spalovacího vzduchu při jejich zkouškách ve zkušebnách je dána předpisy na 20 ± 5 °C taky kde by ty zkušebny v létě vzaly studený vzduch, že? Z toho je evidentní, že jestliže nasávaný vzduch má teplotu o nejméně 20 °C nižší, tak i výsledná teplota spalin při spálení stejného množství paliva musí být o stejnou hodnotu nižší, čímž je ale nižší i rozdíl teplot spalin a topné vody na výměníku kotle, což musí nutně podstatně snížit výslednou účinnost tohoto kotle v reálných podmínkách o dalších několik procent z jeho tabulkové účinnosti. Ze všech výše uvedených důvodů bychom tedy měli o těchto celkem min. 7 % snížit výrobci udávanou účinnost kotlů a především u kotlů na dřevo dojde i ke zhoršení jejich emisí. To nám sníží tabulkovou účinnost u kotlů na dřevo z výrobci deklarovaných až 93 % někam k 80 % ve skutečnosti, a ani u těch nejlepších plynových kondenzačních kotlů se v důsledku výše uvedených redukcí určitě nedostaneme přes 100 %, přestože jejich výrobci se chlubí u nich využitím paliva až na 109 %. A když si k tomu ještě uvědomíme, že tyto kondenzační kotle, aby měly výrobci uváděné vysoké parametry, tak musí pracovat s teplotním spádem topné vody 40/30 °C, což splňuje pouze podlahové topení, které vzhledem k jeho vysoké ceně má zatím jen malý zlomek rodinných domků. Ale i tam tyto kotle musí minimálně několikrát za den ohřívat i zásobník s teplou užitkovou vodu pro koupání a sprchování, tedy s teplotou min. 60 °C, a v tom případě po tuto dobu absolutně ne-
mohou pracovat v režimu kondenzačním, ba dokonce ani nízkoteplotním, ale pouze v režimu klasického plynového kotle, tedy s účinností kolem 80 %. Takže když si to rozpočítáme na celkovou dobu jejich provozu, tak i u nich se dostaneme sotva na úroveň 95 % účinnosti. Lze tedy vůbec spalovat nějaké ekologické palivo v rodinných domcích s vysokou činností a s nízkými emisemi a dokonce levnějšími zařízeními a navíc při dobrovolném dodržování vysoké kvality paliva bez nutnosti sankcí přísných zákonů, vyhlášek a norem?
[ ] Šokující odpověď zní ano, ještě více však udivuje, že je to možné právě jen v teplovodních krbech!
Ty totiž oproti kotlům nejenže nemají žádné ventilátory, kde by se ztrácelo bez užitku až 1 % výkonu krbu, ale navíc jsou umístěny vždy ve vytápěném prostoru a ne ve sklepě, takže u nich nemůže docházet ani k žádným ztrátám prouděním či sáláním, neboť obojí se využívá k vytápění obytných místností a neztrácí ve sklepě či kotelně, jako je tomu u kotlů. Krby navíc oproti kotlům odebírají i spalovací vzduch přímo z obytných místností, tedy předehřátý na 22 °C, tedy na předpisovou teplotu zkušeben, takže není ani zde třeba nic odečítat. Přitom tak pracují vlastně jako nejlevnější a nejúčinnější výměník tepla zkaženého vzduchu, který bychom jinak museli dle hygienických předpisů odvést bez užitku ven okny, nebo pracně drahým rekuperačním výměníkem vypouštět ven a jím ohřátý čerstvý vzduch zase přivádět zpět do místností. To však ale zdaleka není vše! Obdobně si dosud nikdo plně neuvědomil, že výrobcem
M A G A Z í n
uváděné parametry platí pouze při trvalém provozování těchto kotlů a krbů v úzké oblasti jejich jmenovitého výkonu, popř. teplotního spádu, a to ještě jen s doporučeným kvalitním palivem. Proto je třeba se podívat, v jakém režimu v běžných rodinných domcích jsou tyto kotle a krby provozovány: Konkrétně např. každý běžný rodinný dům 5+1 v Praze musí být projektován na minimální celodenní průměrnou venkovní teplotu minus 12 °C, ze které vycházejí jeho tepelné ztráty ve výši cca 10 kW. K tomu je však třeba přičíst přirážku na zátop ve výši 30 až 50 % (pro případ, že se obyvatelé vrátí ze zimní dovolené do nevytopeného domku), a ještě dalších 3 až 5 kW na příkon výměníku pro teplou užitkovou vodu. Kotel s nejbližším vyšším výkonem tak vychází na min. 20 kW, solidní projektant v nejlepším případě navrhne kotel s výkonem od 21 kW výše (často však mnohem více, neboť je placen procentem z ceny domku), většina výrobců však obvykle nabízí tyto kotle až od výkonu 24 kW výše (a pokud snad některý tvrdí, že má kotel s výkonem 7 kW, tak bezpochyby jde o kotel s výkonem 25 kW při jeho úplném utlumení) a zákazník po té, co zjistí, že za minimální příplatek může mít dokonce stejný kotel s až o 50 % vyšším výkonem (tedy např. 36 kW), tak neváhá a objedná raději ten, neboť jistota je jistota, že? A jaká je skutečná potřeba tepla tohoto domku? V Praze je za posledních 40 let v celé topné sezoně (cca 242 dní) průměrná teplota několik stupňů nad nulou (dle vyhlášky č. 291/2001 Sb. přesně +3,8 °C) a ani v minulé zimě, kdy padaly 40leté rekordy, nikdy průměrné celodenní teploty nedosáhly oněch projektovaných -12 °C. Z toho všeho tedy plyne, že na jmenovitý výkon může být v tomto případě dle závazných předpisů dimenzovaný kotel (tedy 20 kW) provozován maximálně jeden den za tisíc let - k tomu je totiž třeba se trefit do kombinace, že se obyvatelé vrátí ze
zimní dovolené do vymrzlého domku právě v den, kdy průměrná teplota bude -12 °C, a ta je v Praze jednou za sto let, a k tomu jen každý desátý obyvatel jezdí každoročně na týden na hory, přičemž tyto pravděpodobnosti se násobí! A tak pouze v tento jediný den bude tento kotel pracovat s onou vysokou účinností a výbornými emisemi, pokud ovšem navíc u kotlů na dřevo bude spalováno opravdu jen kvalitní suché dřevo s vlhkostí pod 20 %, což je většinou též jen iluze. To by však ještě nebylo tak hrozné, kdybychom v reálné praxi neměli „pro jistotu“ zpravidla nainstalován kotel skoro s dvojnásobně vyšším než navrženým výkonem, tedy místo 20 kW často i 36 kW, jak je zcela běžné! Z výše uvedeného plyne, že i ten dle platných předpisů správně navržený kotel pracuje v průměru pouze na 20 až 25 % svého jmenovitého výkonu (pouze na 5 kW místo 20 až 25 kW, tedy nejméně dva měsíce dokonce s výkonem 2 až 3 kW), natož ten skutečně provozovaný (se 36 kW), který tak pracuje v průměru, tedy přes 4 měsíce v roce pod 14 % (a tedy přes 2 měsíce dokonce pod 7 %) svého jmenovitého výkonu, tedy i u těch nejlepších a nejdražších kondenzačních plynových kotlů v důsledku jejich neustálého spínání a vypínání s účinností pod 85 %. U kotlů na dřevo a uhlí je situace ještě horší, jejich účinnost při tomto režimu klesá i pod 50 % (při nižších teplotách ohniště a nedostatku spalovacího vzduchu v důsledku přivření regulační klapky se účinnost každého kotle rapidně snižuje) a jejich emise jsou nejméně o řád horší než ty tabulkové, které uvádějí jejich výrobci. I kvalitní suché dřevo při nedokonalém spalování totiž dehtuje, a když k tomu ještě přičteme, že v tomto kotli „bez problémů“ shoří i vlhké nekvalitní, ale podstatně levnější dřevo a často i výhřevný kelímek od jogurtu, který je navíc zdarma, tak o tom, co vychází z komína nelze mít žádné iluze! Je proto tragickým omylem, že právě na takové kotle vyplácejí mnohé evropské země, včetně ČR, ještě státní dotace, ať už pod hlavičkou plynofikace obcí nebo podpory obnovitelných zdrojů energie! A jak je tomu u krbů? Jejich nevýhodou je, že jejich výkon nelze ztlumit a ani nijak automaticky regulovat a tím je při vytápění rodinných domků provozovat nepřetržitě, neboť, pokud i po celou noc nikdo nebude chodit přikládat, tak po hodině vyhasnou. Tato nevýhoda se však rázem změní ve výhodu, pokud krb topí do akumulačního zásobníku – u krbu to však není, oproti kotlům, otázka volby, ale přímo nutnosti. Tím pádem musí být zajištěno, že během několika hodin se dostatečně vyhřeje dům i akumulační zásobník, takže nejenže teplovodní krb oproti kotlům pracuje trvale na svůj tabulkový jmenovitý výkon, tedy stále s vysokou účinností 80 %
a s nízkými emisemi, ale může být dokonce bez problémů předimenzován ještě více jak běžný kotel, přičemž geometrie většího ohniště oproti kotli navíc zajišťuje i vyšší účinnost. Samozřejmě, že s akumulací (a tedy též trvale při jmenovitém výkonu) může být provozován i každý jiný kotel, kdo by ale podle budíku (jinak nepozná, kdy má přiložit) chodil každou hodinu (na plný výkon palivo v něm shoří rychle) přikládat do sklepa (neboť do obýváku si kotel nedá) otýpku štípaného dřeva, když do krbu stačí jen několikrát za večer dle potřeby (což včas vidí) přiložit půlmetrová nerozštípaná polena. A to nemluvíme o ekonomické stránce věci, kdy akumulační nádrž stojí totéž co kotel a zaplatila by se tak až po mnoha letech a zde, oproti krbu, není nezbytná, takže žádný ekonomicky uvažující obyvatel to neudělá. Další podstatné zvýšení účinnosti oproti tomu tabulkovému získáme však u teplovodního krbu tím, že zapomeneme na základní topenářskou zásadu a vynecháme termostatický trojcestný ventil, který má zajišťovat teplotu vratné vody do kotle na minimálně 65 °C, aby v něm nedocházelo ke kondenzaci vody a tím k nízkoteplotní korozi, která by ho záhy zničila. Tato zásada s určitostí platí jak pro kotle na uhlí (kde navíc díky síře v uhlí tam vzniká kyselina sírová), tak i pro kotle na dřevo (které by navíc při nedostatku vzduchu dehtovaly) a pro klasické plynové kotle, ale vůbec už neplatí pro krby a je proto s podivem, že si toho dosud nikdo nevšiml a ze setrvačnosti se vždy tento ventil používá i u nich. Krby totiž na rozdíl od kotlů pracují vždy s větším přebytkem vzduchu, protože je nelze totiž zcela utlumit přiškrcením vzduchu jako kotle. Tím pracují nejen trvale s podstatně vyšší teplotou spalin než výkonově zaškrcené kotle, ale navíc i s lambdou, udávající přebytek spalovacího vzduchu, až kolem 2, což na jedné straně snižuje rosný bod jejich spalin a na druhé zvyšuje teplotu výměníků a komínu, takže vůbec není nutné se obávat nějaké kondenzace v krbu ani v komíně. Zatímco u normálního kotle tak dole vtéká vratná voda o teplotě 65 °C a nahoře vytéká 90 °C, tak u krbu může dole vtékat vratná voda z akumulačního zásobníku 30 °C a nahoře vytékat teplá 70 °C. To má za následek nejen vyšší výkon krbového výměníku (vyšší teplotní spád), ale především vyšší vychlazení spalin na výstupu z krbu (při stejném výkonu krbu, tedy při ohřátí vody o 30 °C dokonce jen 60 °C místo 90 °C u kotle) a tím podstatné zvýšení jeho účinnosti na úkor komínových ztrát. Tento proces však můžeme u krbů ještě prohloubit. Oproti kotlům mají totiž kouřovou komoru a do ní je možné vložit dal-
45
T
E
P
L
O
ší výměník, a vratnou vodu vést nejprve do něj a až z něj pak do krbu. Tím se vystupující kouřové plyny dostanou v tomto výměníku do kontaktu s vratnou vodou o teplotě dokonce jen kolem 40 °C, čímž dojde k dalšímu podstatnému zvýšení účinnosti krbu. Zároveň je tím možno snížit sálavou složku bez snížení celkové účinnosti, takže nedochází k přetápění obývacího pokoje. A při použití kaskády dvou výměníků a dochlazení vratné vody před jejím vstupem do krbových výměníků např. v zimní zahradě či v garáži se lze tak dostat dokonce až na teplotu vratné vody 20 °C a na celkovou účinnost tohoto krbu až 95 %. To je však ještě málo, neboť stejné účinnosti dosahují, jak jsme uvedli výše, i kondenzační plynové kotle. A protože již ze školy víme, že účinnost u žádného zařízení nemůže být vyšší než 100 %, tak zde nepůjde již o účinnost krbu, ale o normovaný stupeň využití paliva, obdobně jako je tento pojem používán u kondenzačních plynových kotlů. Zatímco při spalování zemního plynu k dalším tepelným ziskům využíváme navíc i kondenzačního tepla spalin tím, že vysrážíme ze spalin vodu, která vznikla chemickým procesem při spalování plynu, u krbů tento jev využít nemůžeme. Jednak chemicky je ve dřevě oproti zemnímu plynu vázáno jen malé množství vody, takže spalováním suchého dřeva tolik vody nevzniká, ale naopak vznikají jiné produkty, které by vedly k masivnímu zanášení krbu a výměníků (dehet, popel, saze). V tom případě naší snahou tedy musí být, především nevnášet do procesu spalování dřeva další vodu, kterou bychom nejprve museli ohřívat na 100 °C a pak ještě odpařit a odvést do komína, to vše za velkých a zbytečných tepelných ztrát. A zde má dřevo oproti ostatním palivům jednu specifickou vlastnost – totiž že o jeho výhřevnosti si do určité míry může rozhodovat jeho uživatel sám. Výhřevnost dřeva se totiž běžně uvádí při jeho vlhkosti (což
46
tepl
á
r
e
n
s
t
v
í
je fyzikálně, nikoliv chemicky vázaná voda) kolem 25 % (za rok po kácení, když syrové má kolem 50 %), kdy má výhřevnost kolem 13 MJ/kg. Pokud toto dřevo necháme však schnout ještě další rok, dostaneme se na 15 % vlhkosti a tím zvýšíme jeho výhřevnost na 15 MJ/kg, tedy o 15 %. A tak se konečně tedy bez jakékoliv další práce - chce to jenom si počkat - dostaneme na onu v nadpisu avizovanou nejvyšší účinnost (přesněji normovaný stupeň využití paliva) až ke 110 %. A proč to tak tedy nedělají i majitelé kotlů? Jak jsme již uvedli výše, v kotlích shoří všechno včetně mokrého dřeva, takže jejich uživatelé si s vlhkostí dřeva hlavu nelámou (a na předpisy kašlou), neboť i když má menší výhřevnost, je zase levnější, tak proč by kupovali dražší suché a nebo rok čekali. Krbař však na vybranou nemá – pokud totiž chce i po hodině topení ještě vidět skrz sklo na oheň (a kvůli tomu si krb pořídil), nezbývá mu, než dobrovolně, bez nějakých nařízení, topit výhradně suchým dřevem (o kelímcích od jogurtů nemluvě), jinak se mu sklo velmi rychle začoudí. A navíc topit jen kvalitním listnatým dřevem (to především kvůli hluku z praskání), které je bez pryskyřic, takže jeho spalováním vznikají čistší emise než u jehličnatého dřeva, kdežto při spalování pryskyřic vznikají navíc i aromatické uhlovodíky. Nicméně, pokud by i výrobci kotlů na biomasu převzali některé výše uvedené zásady, především vynechání termostatického trojcestného ventilu za podmínky provozu těchto kotlů na plný výkon, tedy do akumulačních zásobníků, a používání jen kvalitního suchého paliva, pak by i tyto kotle (především pak peletové) mohly svou účinností překonat kondenzační plynové kotle (navíc při spalování obnovitelných zdrojů energie) a přiblížit se svou účinností teplovodním krbům. Ze všeho výše uvedeného plyne, že pro efektivního spalování zdaleka nejsou nejdůležitější jen technické parametry kotle (a už vů-
bec ne ty tabulkové při jmenovitém výkonu, které dosud jako jediné jsou při přidělování dotací uvažovány a kontrolovány), ale především jeho roční stupeň využití, potenciál možností jeho úprav a zapojení, dále jeho umístění, kvalitní obsluha a v neposlední řadě i dobrovolné dodržování kvality a druhu paliva. Pokud by se podařilo dostat do povědomí všech majitelů rodinných domků, chat a chalup tyto výše uvedené principy, které by se podpořily dosavadními státními příspěvky na kotle, dosáhlo by se bez jakýchkoliv dalších finančních nákladů či donucovacích legislativních prostředků minimálně poloviční úspory paliv z obnovitelných zdrojů při podstatném snížení škodlivých emisí. A estetický prožitek z plápolajícího ohně by byl ještě bonusem navíc. A to ještě není vše! Toto zařízení je totiž ještě navíc roznětkou pro další obrovské úspory tepelné energie ze synergického efektu – kdo si totiž pořídí teplovodní krb, musí si pořídit i akumulační zásobník s výměníkem pro teplou užitkovou vodu. Tím však má již zároveň zaplacenou a nainstalovanou (tedy jaksi zdarma) právě tu nejdražší část pro solární ohřev teplé užitkové vody a pro solární přitápění na jaře a na podzim. Stačí tedy už jen připojit ke stávajícímu zařízení levné sluneční kolektory s jednoduchou regulací a vše je hotovo a úspory energií se rázem ještě zdvojnásobí, takže výsledná spotřeba paliva bude pouze čtvrtinová! A to nejlepší nakonec: Pokud si někdo
M A G A Z í n
i nadále ještě myslí, že v tomto článku jde jen o neskutečný sen, o pouhou teorii a ne realitu, tak toto zařízení bezproblémově již funguje dle výše uvedených zásad v rodinném domku v Praze 4 – Hrnčířích. A navíc lze tam vidět i ten „zázrak“, jak se do běžné garáže o rozměrech 3 x 5,5 metru vejde nejen levný beztlakový nerezový akumulační zásobník pro 2530 litrů vody o průměru 1,8 m, ale i nadále velký automobil s délkou přes 5 metrů. Zásobník samozřejmě využívá jednoduché a levné zařízení k vrstvení vody a naopak nepoužívá dnes tolik doporučovanou, ale nesmyslnou, komplikovanou a drahou ekvitermní regulaci topné vody. K vidění je i to, jak lze zvýšit tepelnou kapacitu tohoto akumulačního zásobníku zdarma o 25 % jeho bezproblémovým provozováním při teplotách až 105 °C (zatímco normální kotle pracují max. s 90 °C), či jak lze nahradit obrovské a drahé expanzní nádoby (dle normovaného výpočtu přes 440 litrů při zvětšení objemu vody o 117 litrů) jen těmi nezbytně nutnými a levnými pro 120 litrů. A důležitou výhodou je, že lze lehce a s jistotou porovnat rozdíly oproti klasickému zařízení a zapojení, které dodala renomovaná firma a které bylo provozováno ve stejném objektu v předloňském roce, a které spotřebovávalo dvojnásobek paliva. Nyní stačí pouhých 8 hodin topení v krbu na jmenovitý výkon (cca 30 kW do vody) naakumulovat dostatek energie, takže další den ani při těch největších mrazech není třeba již v krbu topit.
Efekt předkládaného projektu pro úspory paliv a snížení škodlivých emisí včetně CO2 je ve své komplexnosti skutečně obrovský a nemá v současnosti v celé Evropě obdoby.
Takže kde je pravda? Jaká vlastně je možná úloha vody ve spalovacích procesech? Nejprve, abych Vás alespoň trochu uklidnil, si vyjasníme úlohu vody ve spalovacích motorech. To, že vstřikování vody do sacího traktu těchto motorů může zvýšit jejich výkon, je naprostá pravda. Vysvětlení je ale prosté, jednoduché – vstřikovaná voda totiž při svém odpařování ochladí spalovací směs, která tak rapidně sníží svůj objem, takže jí tím potrubím a ventily může projít za jednotku času více a také se jí vejde více do válců – a čím více paliva projde motorem za jednotku času, tím má motor vyšší výkon. Což bylo zvláště pro bombarďáky velmi důležité, neboť spalovací vzduch od kompresorů byl velmi teplý a paliva by se do něj už moc nevešlo. Po startu se vstřikování vody vypínalo, neboť jednak ve výšce už byl vzduch studenější, ale především už nebylo třeba tak velkého výkonu pro vodorovný let. Palivo se tímto postupem samozřejmě ale ušetřit nedalo (spíše naopak, neboť samotného spalování se tato voda, resp. pára, nijak asi neúčastnila), krátkodobě zvýšit výkon až o 20 % ale ano, a o nic více v tomto případě nešlo. A na to doplatily také německé stíhačky Messerschmidt, které měly sice nejmodernější motory té doby, již tehdy se vstřikem paliva, ale oproti karburátorovým stíhačkám Spitfire a Hurricane spojenců tím pádem nemohly využít výhody ochlazení směsi odpařením paliva a i když jejich motory bez karburátorů lépe zvládaly výkruty, tak vlastně byly objemově méně výkonné. Naštěstí pro nás. Tak a zbývá nám ještě to uhlí. U něj je situace poněkud jiná, tam nejde o zvýšení výkonu zařízení, ale voda, resp. pára, se zde skutečně může účastnit i samotného spalování. Že to možné je, se ví již po staletí díky hutnictví železa, které v době, kdy ještě těžba a přeprava zemního plynu nebyla na dostatečné úrovni, potřebovalo vysoce výhřevné plyny, a ty získávalo zplyňováním zpravidla uhlí nebo koksu, kdy se na rozžhavenou vrstvu paliva přiváděl vzduch s vodní párou, díky níž docházelo k reakcím C + H2O = CO + H2, popř. C + 2H2O = CO2 + 2 H2, která tzv. chudý plyn obohatila o tzv. vodní plyn a vytvořila z nich tzv. generátorový (též smíšený) plyn s výhřevností 5,86 MJ/ m3, když samotný vodní plyn má spalné teplo dokonce až 11,7 MJ/m3! Bylo by to senzační, kdyby to, jak už to bývá, nenarušovala jedna vrcholně nepříjemná skutečnost, totiž že na výrobu tohoto topného plynu se spotřebuje všechna energie z původního paliva, takže jde vlastně jen o změnu chemického složení, respektive skupenství této energie (z pevného na plyn). Takže sice tehdy nadmíru potřebná věc, ale opět žádný zázrak. A tak babičkám i ostravakům
[ ] Přitom jeho realizace je možná okamžitě a navíc ani nepředpokládá žádné další výdaje ze státních rozpočtů.
Voda jako palivo Už každý absolvent základní školy ví, že chtít spalovat vodu je stejná blbost, jako chtít topit popelem, neboť obojí už je konečným produktem hoření. Takže pokud právě saháte po telefonu, a chcete volat do Bohnic primářovi Chocholouškovi, plně Vás chápu, ale zkuste ještě chvíli posečkat. Tuto kapitolku jako bonus pro ty z Vás, kteří dočetli mé příspěvky až sem, jsem totiž nepsal proto, abych ještě více dráždil odborníky, nýbrž proto, abych uvedl na správnou míru některé fámy a upřesnil znalosti o úloze vody ve spalování, které, jak se v poslední době stále více přesvědčuji, jsou obecně opravdu chabé, takže mi nezbývá, než se pokusit udělat alespoň trochu osvěty. Když mne před 30 lety požádal soused, zda bych mu nesehnal injekční jehly různých průměrů, protože hodlá jimi přisávat vodu do gumové hadice sání své škodovky, aby ušetřil palivo, nezavolal jsem na něj primáře Chocholouška jen proto, že jsem si vzpomněl, že již před 40 lety můj vyladěný skútr Čezeta 175 na mé zkušební rovince jezdil nejrychleji právě po dešti, což mi bylo vždy záhadou. A až mnohem později jsem se dozvěděl, že kdyby totéž neudělali letečtí konstruktéři motorů spojeneckých bombardérů za 2. světové války, tak by s maximálním nákladem bomb a plnými nádržemi tyto bombardéry bez vstřikování vody do sacího traktu svých motorů patrně vůbec nevzlétly a já bych Vám teď o tom asi nemohl ani psát (alespoň ne v češtině). Ale možná i Vy si ještě pamatujete, jak babička, pokud pálila v kamnech mour, tak ho vždy vlhčila, a ostravaci si jistě ještě dobře pamatují doby, kdy před každým barákem byla na ulici halda mokrého mouru - kalů, se kterými se celou zimu topilo. A já si Vám přesto všechno dovoluji tvrdit ve svých článcích, jak je to špatné, pokud topíte vlhkým dřevem, tak to je tedy ode mne ale pořádná drzost!
47
T
E
P
L
O
šlo nejspíše jen o to, aby mour nevylétl při prudkém hoření hned až do komína. Voda zde byla pravděpodobně především jen retardérem prudkého hoření a ve skutečnosti zvyšovala účinnost spalování mouru jen tím, že nevylétl jako nedopal komínem. Ale zaplaťpánbůh i za to. Z toho všeho ale jasně plyne, že vlhčení však rozhodně není třeba u kusového uhlí, takže každý rozumný člověk ho skladuje v suchu, aby mu nesnižoval dále výhřevnost. A jaká je situace u biomasy? Ta se sice také běžně zplyňuje, ale na rozdíl od uhlí vždy bez přívodu vodní páry a též i vzduchu, jinak totiž začne hořet. Takže bychom se tím na první pohled nemuseli už dále zabývat. Kdyby ale pokusy na jedné straně nedokázaly, že nepatrný přídavek vodní páry do plamene z hořící (zcela) suché biomasy zlepšuje proces prohoření plynů, tedy účinnost spalování. Na druhé straně ale dle praktických pokusů obsah vody v palivu nad 15 % snižuje účinnost topeniště. Takže se nejprve podívejme na kvalitu běžného palivového dřeva. Po pokácení má dřevo vlhkost 50 až 60 % a tomu odpovídající výhřevnost kolem 7 MJ/kg, po létě na krytém místě se jeho vlhkost sníží až na 25 % a jeho výhřevnost zvýší na 12 MJ/kg a za další rok lze snížit jeho vlhkost až na 15 % a tím zvýšit jeho výhřevnost i přes 15 MJ/kg, tedy více jak dvojnásobně, takže spotřeba paliva je pak sotva poloviční (viz např. webové stránky www. tzb-info.cz, tabulka Výhřevnosti a měrné jednotky palivového dřeva). A to je ten hlavní argument (kromě lepších emisí) pro spalování pouze suchého dřeva. Přitom výhřevnosti jednotlivých druhů dřev vztažené na kg sušiny se příliš neliší, tak-
48
tepl
á
r
e
že to, že si většina národa stále mylně myslí, že tvrdé dřevo má větší výhřevnost, plyne pouze z toho, že má větší objemovou hmotnost. Většinou ale kupujeme dřevo na objemové ukazatele - prostorové neboli rovnané metry (prm, rm) nebo plnometry neboli pevné metry (plm, pm = 1 m3 plné dřevní hmoty), a tam má kubík dubu samozřejmě větší hmotnost než např. smrku, takže ho můžeme koupit méně kubíků a ušetřit tak skladovací prostor. Proto pro nákup palivového dřeva by neměla být rozhodující jeho cena za prostorovou míru, např. prm, ale cena dle jeho výhřevnosti podle druhu dřeva, násobená koeficientem účinnosti, s jakou ho tím kterým kotlem či krbem dokážeme spálit (zde bych opět odkázal na příslušné tabulky tzb-info) a především upravená dle aktuální vlhkosti tohoto dřeva – za opravdu suché dřevo se totiž vyplatí zaplatit třeba i dvojnásobek! A jaká je praxe? Do kotlů jsou potřeba naštípaná polínka (délkou i průměrem v drtivé většině menší než ty do krbů), která se štípají nejlépe syrové (suché smrkové dřevo u prodejců stejně prakticky neseženete) a ty pak nikdo zpravidla neskladuje venku - takže je pak hází rovnou do kotelny a ještě tentýž rok pokud možno spálí, tedy s vlhkostí nad 25 % - taková je praxe jistě 80 % vlastníků kotlů na dřevo. A pokud by Vám ani to nestačilo, mám fotografii z nedávné pražské výstavy, kde jeden z renomovaných výrobců dřevokotlů se přímo na cedulce před svým kotlem bezostyšně chlubil tím, jak je v něm možné spalovat i přímo syrové štěpky a piliny z pily, tedy i s 60 % vlhkostí! Spotřeba takového „paliva“ a emise pak samozřejmě závratně narůstají. Zcela jiná situace je samozřejmě u dřevěných briket či pelet, které mají garantovanou minimální vlhkost a tím i vyšší výhřevnost než běžně vlhké dřevo. A samozřejmě také i vyšší cenu. Když se ale podíváme na kvalitu dřeva pro krby, tak dřevo s vlhkostí nad 25 % lze spalovat v krbech jen s obtížemi, neboť krb pak nejen že čoudí a smrdí do obýváku, ale především začmoudí sklo, takže není vidět na plamen, kvůli čemuž jsme si krb vlastně kupovali. Faktem sice je, že na vlhkost dřeva do krbů pod 15 % se dostaneme až za dva roky jeho uložení pod přístřeškem, ale na druhé straně díky spojení vyšší kvality a nižší vlhkosti paliva s větší účinností krbů lze ušetřit oproti kotlům i více jak polovinu paliva (měřeno objemově nebo kilogramy), takže ve finále je tedy potřeba dokonce méně místa na jeho skladování, než by bylo třeba původně pro klasický kotel, přestože tam bude ležet o dva roky déle, aby lépe proschlo. A to se jistě nám všem vyplatí. Opět jiná situace je u dřevěných briket, kde výrobce už z technologických důvodů jejich výroby a skladování garantuje jejich minimální vlhkost a tím i vysokou výhřevnost
n
s
t
v
í
až 17,5 MJ/kg, ale jsou také podstatně dražší, takže ne každému se vyplatí. Navíc pro krby jejich spalování postrádá estetiku, byť obývák zase tolik nezaneřádí. Z toho všeho vyplývá tedy jediné - vodu (ať jako vlhkost nebo páru) jako palivo v žádném případě nelze doporučit, neboť v běžné praxi snižuje vždy účinnost spalování! Ale na druhé straně ze všech paliv prakticky jen dřevo má tu obrovskou výhodu, že záleží pouze na nás, kolik vody v něm ponecháme, tedy s jakou účinností, respektive stupněm využití paliva ho budeme spalovat. Buďme si toho vždy vědomi a podle také jednejme!
O autorovi JUDr. Ing. Ing. Mgr. Petr Měchura se otázkami životního prostředí a úsporami energií zabýval již od sedmdesátých let nejprve v Ústavu mezinárodních vztahů, odkud však musel z politických důvodů počátkem osmdesátých let odejít. Během několika dalších let, kdy nesměl nastoupit do žádného zaměstnání, vyprojektoval a podílel se na stavbě experimentálního slunečního domu v Praze. Ekonomickými otázkami životního prostředí a úsporami energií se po té zabýval i v Ekonomickém ústavu ČSAV a v Institutu řízení a vypracoval několik studií k úsporám energií, které však mohl publikovat až po roce 1989. V roce 1990 se spolupodílel na vzniku parlamentního výboru pro životní prostředí, kde pracoval až do roku 1994 jako jeho tajemník. V té době byl autorem a hlavním protagonistou několika akcí na podporu úspor energií, kdy počátkem devadesátých let navrhl a prosadil v parlamentu snížení DPH z 23 % na 5 % na 10 let u úsporných zdrojů světla, vodních a větrných turbín, slunečních kolektorů a podlahového vytápění, a pro rychlé zavádění kompaktních zářivek zajistil dotaci ČEZ ve výši několika desítek milionů Kč pro podporu jejich prodeje za poloviční cenu, kdy se jich tak během jediného roku prodalo v ČR několik stovek tisíc kusů. Je též držitelem čestného uznání za Ekologický projekt roku 1993 – revitalizace řeky Blanice. Po odchodu z parlamentu založil koncem roku 1995 společnost AVE BOHEMIA s.r.o., kde jednou z jejích činností je i poradenství v oblasti úspor energií. Současně pracuje i jako výkonný ředitel České asociace odpadového hospodářství a Sdružení pro udělování certifikátu Odborný podnik pro nakládání s odpady a je členem předsednictva evropského EVGE pro certifikace v odpadovém hospodářství.
Kontakt na autora:
[email protected]
