Implementace Směrnic EU pro energetickou účinnost v České republice KONTROLA KOTLŮ. Zdeněk Kodytek

Implementace Směrnic EU pro energetickou účinnost v České republice

KONTROLA KOTLŮ

Zdeněk Kodytek Říjen 2005

Implementing EU Directives on Energy Efficiency in to the Czech Republic

Obsah

Strana

1

Úvod

3

2

Kontrola kotlů se jmenovitým výkonem do 200 kW

4

3

Kontrola kotlů se jmenovitým výkonem nad 200 kW

22

4

Jednorázová kontrola kotlů a vnitřních rozvodů tepelné energie

27

2


1. Úvod Návrh aplikace požadavků Směrnice 2002/91/ES o energetické náročnosti budov (EPBD), stanovených v článku 8 – Inspekce kotlů na podmínky České republiky. Inspekce kotlů, která prověří jejich energetickou účinnost má být nástrojem ke snížení spotřeby energie a k omezení emisí oxidu uhličitého. Tento dokument vychází z návrhu novely zákona č.406/2000 Sb. o hospodaření energií a návrhu prováděcí vyhlášky k provedení §6 zákona (účinnost užití energie). Při formulaci tohoto textu se přihlíželo k rozpracovanému návrhu normy CEN/TC 228 pro inspekce kotlů a systémů vytápění budov. Návrh novely zákona ukládá vlastníkům kotlů pro vytápění budov povinnost zajistit pravidelnou kontrolu jejich účinnosti. Kontrolu budou moci provádět pouze fyzické osoby s osvědčením o autorizaci, které budou přezkoušeny ministerstvem průmyslu a obchodu z problematiky účinnosti užití energie a návrhů opatření. Po přezkoušení obdrží každá z těchto osob osvědčení o způsobilosti k provádění kontrol kotlů. Novela zákona určuje dvě skupiny těchto osob. 1. Osoby autorizované ministerstvem životního prostředí podle §15 odst.1 písm. a) k měření emisí nebo imisí znečišťujících látek , stanovení pachového čísla a míry obtěžování obyvatelstva zápachem, stavových veličin plynů, koncentrace srovnávací látky a vlhkosti v plynu a k ověřování správnosti měření znečišťujících látek u zvláště velkých, velkých a středních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší, 2. Držitelé živnostenského oprávnění v oboru kominictví, autorizovaní ministerstvem životního prostředí podle §15 odst.1 písm. b) k měření účinnosti spalovacích zdrojů a vypouštěných látek a ke kontrole spalinových cest u malých spalovacích zdrojů. Účinnost spalování u malých spalovacích zdrojů definuje Nařízení vlády č.352/2002 Sb. jako rozdíl mezi celkovou spotřebou energie ve spáleném palivu vyjádřenou v procentech (100%) a komínovou ztrátou, která se zjistí pomocí analyzátoru spalin. Účinnost užití energie při výrobě tepelné energie definuje vyhláška MPO č.150/2001 Sb. jako poměr tepelné energie vyrobené v kotli a energie paliva spáleného v kotli za stejnou dobu, vyjádřený v procentech.

3


2. Kontrola kotlů se jmenovitým výkonem do 200 kW Vizuální kontrola kotle Vnější prohlídka kotle včetně připojeného příslušenství (hořáků, armatur, přístrojů, spojů připojených potrubí, dopravního zařízení paliva a popelovin atd.), Cílem prohlídky je získání nezkreslené informace o technickém stavu kotle. Při prohlídce je nutno vnímat i stav okolí kotle, ostatních kotlů a celého zařízení kotelny včetně všech souvislostí s provozováním kotle (přívod spalovacího vzduchu do kotelny, odvětrání a odvodnění kotelny, osvětlení, prašnosti a udržování pořádku kolem kotle). Je třeba zjistit každý důkaz úniku paliva nebo topného media do prostoru kotelny, každé poškození kotle včetně izolace, znečištění zejména hořáku, ale i ostatních důležitých částí kotle a příslušenství. Dále je třeba nahlédnout do vnitřku kotle a zjistit případné zanesení spalovací komory, závady na spalovacím zařízení (poškození ústí hořáků, poškození roštu a pod.) a zanesení ostatních výhřevných ploch kotle. Zjištění z vizuální kontroly kotle se uvede do zprávy.

Kontrola dokumentace kotle Z projektové dokumentace je třeba zjistit zda instalovaný kotel odpovídá projektu, ve kterém jsou údaje o dimenzování kotelny, o palivu, s kterým se uvažovalo v projektu a o technických parametrech kotle, pracovního media atd. i o spotřebě paliva a způsobu provozu kotle. Odchylky od projektu je třeba zdokumentovat. Provozní předpisy výrobce kotle, místní provozní řád kotelny a provozní deník kotle jsou součásti provozní dokumentace, které mají poskytnout kompletní informace o tom jak má být kotel provozován a jak je provozován ve skutečnosti. Z eventuelních nedostatků v této dokumentaci je třeba odvozovat další postup kontroly. Zjištěné závady (odchylky) v dodržování provozních předpisů je rovněž třeba při kontrole prověřit (zda nejsou příčinou zhoršení účinnosti kotle nebo zhoršování jeho technického stavu).

Kontrola funkčních schopností kotle Účelem této kontroly je zjištění, zda u kotle fungují všechny funkce, které uvádí výrobce v provozním předpisu. Znamená to provést kontrolu všech těchto funkcí (pokud to provozní stav umožní – například maximální výkon, minimální výkon). Zejména však je třeba vyzkoušet všechny funkce regulace, kterými je kotel vybaven, neboť regulace má významný vliv na skutečně dosahovanou energetickou účinnost kotle. Správnost všech funkcí a zejména selhání některých funkcí je třeba uvést ve zprávě.

4


Kontrola účinnosti spalování Kontrola účinnosti spalování u této kategorie kotlů se provádí podle Nařízení vlády ČR č.352/2002. Způsob provedení kontroly účinnosti spalování předepisuje příloha č.7 k Nařízení vlády. Kontrola spalinové cesty před měřením účinnosti spalování -

-

-

-

zevní prohlídka kouřovodu od spotřebiče do sopouchu, kontrola těsnosti spojů, zasunutí dílů, u spotřebičů na tuhá paliva kontrola zda není materiál kouřovodu narušen, vnitřní prohlídka kouřovodu zrcátkem nebo endoskopem. Demontáž a vyčištění kouřovodu s usazeninami sazí a zbytků spalin, zejména u spotřebičů na tuhá a kapalná paliva, kontrola otvorů na spalinové cestě zejména způsobu jejich uzavírání, kontrola komínových dvířek nebo jiných uzávěrů – funkce a těsnost, kontrola průduchu komína kontrolním otvorem. U komínových průduchů zasazených je nutné před měřením průduchy komínů vyčistit, zejména u spotřebičů na tuhá a kapalná paliva, kontrola kondenzátní jímky, kontrola neutralizačního boxu, kontrola vybíracího otvoru u spotřebičů na kapalná a tuhá paliva. Vybrání sazí a tuhých zbytků z neúčinné výšky komínového průduchu.

Při měření se postupuje podle těchto zásad : -

-

Měření je možné zahájit až v okamžiku, kdy je zdroj v setrvalém, ustáleném provozním stavu. Měřící sonda se umisťuje do otvoru, který je u nově instalovaných malých zdrojů součástí spalinového hrdla zdroje. Je nutné dodržovat zásadu, aby měřící místo bylo v blízkosti spalinového hrdla zdroje a nedocházelo tak k ředění spalin a zkreslení naměřených hodnot. U atmosférických hořáků (zdroje s atmosférickými hořáky) může být pro měření využit otvor přerušovače tahu (*). Vlastní měření se provádí opakovaně, minimálně 3krát při jmenovitém výkonu spalovacího zdroje. Kotel se nastaví na nejvyšší teplotu vody. Kotel nesmí být studený. Měření se má provádět za ustáleného stavu kotle, to znamená, že kotel má být v chodu nejméně 3 až 5 minut. Minimální teplota vody v kotli při měření by měla být 60 oC.

(*) při dodržení výše uvedené zásady, že nesmí dojít ke zkreslení naměřených hodnot vlivem ředění spalin přisávaným vzduchem. 5


Měření přenosným analyzátorem spalin Analyzátor spalin měří hodnotu kyslíku O2, hodnotu oxidu uhelnatého CO, teplotu spalin a popřípadě průběžně teplotu spalovacího vzduchu, používáme-li přídavné teplotní čidlo. Při měření sledujeme hodnotu O2, která by měla být co nejmenší. Na přesnosti změření obsahu O2 závisí přesnost výsledku měření! Důležitou hodnotou je obsah CO ve spalinách. Hodnota COmax nesmí překročit velikost 1000 ppm (. Je –li hodnota CO větší než 500 ppm u spotřebiče na plynná a kapalná paliva, mělo by se provést jeho seřízení.

Po změření obsahu O2 ve spalinách a zjištění rozdílu mezi teplotou spalin a vzduchu přiváděného ke spalování lze podle druhu paliva stanovit komínovou ztrátu. K výpočtu lze namísto podílu kyslíku rovněž použít údaj o koncentraci oxidu uhličitého (CO2). Teplota spalin a množství kyslíku (O2) resp. oxidu uhličitého (CO2) musí být měřeny současně a ve stejném místě. Současně by měla být pro úplnost informací měřena teplota vzduchu přiváděného ke spalování. Postup podle přílohy č.7 k Nařízení vlády: Účinnost spalování se vypočte nepřímou metodou. Výpočet vychází ze souboru naměřených a vypočítaných údajů uvedených v tabulce. měřené veličiny název

značka

obsah kyslíku

ϕ(O2)

obsah CO

ϕ(CO)

teplota spalin teplota spalovací ho vzduchu statický tlak ve spalinové cestě

jednotka metoda měření [%]

název

elektrochemický obsah článek CO2

[ml/m3] elektrochemický přebytek [ppm] článek vzduchu

t

[°C]

termo článek

t(sv)

[°C]

termo článek

p

[Pa]

membránové čidlo

komínov á ztráta

vypočtené údaje jedno metoda výpočtu značka tka Výpočtem ϕ(CO2) [%] z max.obs. CO2 v palivu Poměrem skut. množství λ vzduchu k teor. spotřebě Z teploty spalin, nasávaného [%] vzduchu, kyslíku ξ a parametrů paliva

6


Účinnost spalování se vypočte z následujícího vztahu

η = 100 − ξ η ........ účinnost spalování ξ .......... komínová ztráta Při hodnocení účinnosti spalování se uvažuje pouze komínová ztráta. Další ztráty, jako jsou poměrná ztráta mechanickým a plynným nedopalem a poměrná ztráta sdílením tepla do okolí, se neuvažují. Podle metodiky Společenstva kominíků ČR se komínová ztráta za pomoci přenosného analyzátoru spalin stanoví podle vzorce:

ξ = ( AT − VT ) × kde značí

A2 21 − O 2 + B

(%)

AT - teplota spalin VT - teplota vzduchu pro spalování (**) A2, B - koeficienty pro jednotlivá paliva 21 obsah kyslíku (%) ve vzduchu O2 naměřená hodnota O2

(**) Správně má být dosazena tzv. „vztažná“ teplota (viz ČSN 070302), tj. teplota se kterou byl proveden výpočet (projekt) kotle. Není-li v projektu stanovena jinak, uvažuje se její hodnota 20oC. Tabulka koeficientů A2 a B: Palivo Topný olej Zemní plyn Zkapalněný plyn Koks, dřevo Brikety Hnědé uhlí Černé uhlí

A2 0,68 0,65 0,63 0 0 0 0

B 0,07 0,09 0,08 0 0 0 0

Tato metodika dává vyhovující výsledky při měření komínové ztráty u kotlů na kapalná a plynná paliva. Pro tuhá paliva udává tabulka nulové hodnoty koeficientů A2 a B a výše uvedená rovnice pak nemá smysl (ztráta vychází nulová, což není pravda). Metodika umožňuje vyhodnotit komínovou ztrátu i pro kotle s kondenzací spalin (kondenzační kotle). Rovnice pro výpočet ztráty pak obsahuje ještě člen se znaménkem minus, který je označován KK.

7


ξ = ( AT − VT ) × KK -

A2 − KK 21 − O 2 + B

koeficient, který při překročení bodu kondenzace způsobí zápornou hodnotu komínové ztráty

Využití tepla kondenzujících spalin se týká pouze kotlů na plynná a kapalná paliva (v praxi pouze kotlů na plynná paliva). Fyzikální podstata procesu využití tepla z kondenzujících spalin je popsána vztahy, které lze odvodit z popisu hmotnostní bilance spalování (viz ČSN 070302). Pro praxi je vyvinuta metodika Společenstva kominíkům, ČR, využívající koeficient KK pro kotle spalující zemní plyn. Hodnoty tohoto koeficientu lze použít tabulky, která je navržena v návrhu normy CEN TC 228.

Koeficient KK pro kondenzační kotle na zemní plyn Teplota spalin

[°C]

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

58

60

62

64

Hodnota KK při hodnotě O2 = 0%

[%] 11,1 10,8 10,4 10,0 9,5

8,8

8,0

6,9

5,6

4,1

3,0

2,2

0,2

0,1


[%] 11,1 10,7 10,3 9,8

9,2

8,4

7,5

6,3

4,8

3,0

1,7

0,8


[%] 11,0 10,7 10,2 9,6

8,9

7,9

6,8

5,3

3,6

1,4


[%] 11,0 10,5 10,0 9,2

8,3

7,2

5,8

4,0

1,8

Pro účel, k němuž má sloužit tento dokument byly vypočteny pro ostatní paliva hodnoty komínové ztráty v závislosti na teplotě spalin a obsahu O2 a jsou dále uvedeny v tabulkách i grafech, které mohou sloužit k praktickému používání.

8


Tabulky a grafy hodnot komínové ztráty Kotle na zemní plyn

Ztráta komínová pro vztažnou teplotu 20°C, sou činitel abs. vlhkosti vzduchu 1,01 tlak spalin 100 kPa

Zemní plyn CH4

98,39%

C2H6

0,44%

C3H8

0,16%

C4H10 a vyšší

0,10%

CO2

0,07%

N2

0,84%

obsah kyslíku rosný bod spalin při 100 kPa, [°C] teplota spalin, °C 30 35 40 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 100 200 300 370

0% kyslíku

1% kyslíku

3% kyslíku

6% kyslíku

9% kyslíku

59,8 -0,0908 -0,0815 -0,0699 -0,0554 -0,0522 -0,0487 -0,0450 -0,0412 -0,0371 -0,0328 -0,0284 -0,0236 -0,0187 -0,0134 -0,0079 -0,0020 0,0041 0,0107 0,0164 0,0329 0,0748 0,1178 0,1485

59,0 -0,0899 -0,0801 -0,0680 -0,0529 -0,0494 -0,0457 -0,0419 -0,0378 -0,0336 -0,0291 -0,0244 -0,0194 -0,0142 -0,0087 -0,0029 0,0032 0,0097 0,0166 0,0170 0,0341 0,0777 0,1222 0,1541

57,2 -0,0876 -0,0769 -0,0635 -0,0467 -0,0428 -0,0387 -0,0345 -0,0300 -0,0253 -0,0203 -0,0151 -0,0096 -0,0039 0,0022 0,0087 0,0155 0,0175 0,0180 0,0185 0,0371 0,0843 0,1327 0,1673

54,2 -0,0831 -0,0703 -0,0544 -0,0343 -0,0297 -0,0248 -0,0197 -0,0144 -0,0088 -0,0028 0,0034 0,0100 0,0169 0,0187 0,0193 0,0198 0,0203 0,0209 0,0214 0,0430 0,0976 0,1536 0,1936

50,5 -0,0764 -0,0605 -0,0407 -0,0157 -0,0100 -0,0039 0,0024 0,0091 0,0161 0,0200 0,0206 0,0213 0,0219 0,0226 0,0232 0,0239 0,0245 0,0252 0,0258 0,0518 0,1177 0,1850 0,2331

9


0,35 12% O2

0,30 0,25

9% O2

z t rá t a k o m í n o v á , [ 1 ]

0,20

6% O2 3% O2 1% O2 0% O2

0,15 0,10 0,05 0,00 0

50

100

150

200

250

300

350

400

-0,05 -0,10 -0,15 teplota spalin, [°C]

10


Kotle na LTO Ztráta komínová pro vztažnou teplotu 20°C, sou činitel abs. vlhkosti vzduchu 1,01

Lehký topný olej Qir 41,5 GJ/t obsah kyslíku v suchých spalinách 1% kyslíku 3% kyslíku 6% kyslíku 9% kyslíku 12% kyslíku 15% kyslíku

100 0,0337 0,0368 0,0430 0,0523 0,0679 0,0992

teplota spalin, °C (vztažná teplota 20°C) 200 300 0,0767 0,1209 0,0838 0,1319 0,0979 0,1540 0,1190 0,1872 0,1543 0,2426 0,2252 0,3538

0,50

400 0,1662 0,1813 0,2115 0,2570 0,3329 0,4851

15% O2

ztráta komínová, [1]

0,40 12% O2 0,30 9% O2 6% O2

0,20

3% O2 1% O2

0,10

0,00 50

100

150

200

250

300

350

400

teplota spalin, [°C]

11


Kotle na hnědé uhlí Ztráta komínová pro vztažnou teplotu 20°C, sou činitel abs. vlhkosti vzduchu 1,01

Hnědé uhlí o2, Qir 17,6 GJ/t, Wtr 30,2%, Ad 9,8% škvára X = 90%, obsah nespálených látek 9% popílek X = 10%, obsah nespálených látek 20% obsah kyslíku teplota spalin, °C (vztažná teplota 20°C) v suchých spalinách 100 200 300 0,0340 0,0777 0,1226 1% kyslíku 0,0371 0,0846 0,1333 3% kyslíku 0,0432 0,0983 0,1549 6% kyslíku 0,0523 0,1190 0,1874 9% kyslíku 0,0675 0,1535 0,2415 12% kyslíku 0,0981 0,2228 0,3501 15% kyslíku

400 0,1686 0,1834 0,2130 0,2574 0,3315 0,4803

0,50 15% O2


0,40

12% O2 0,30 9% O2 6% O2 0,20

3% O2 1% O2

0,10

0,00 50

100

150

200

250

300

350

400


12


Kotle na černé uhlí Ztráta komínová pro vztažnou teplotu 20°C, sou činitel abs. vlhkosti vzduchu 1,01

Černé uhlí Qir 30,4 GJ/t, Wtr 4,1%, Ad 6,3% škvára X = 90%, obsah nespálených látek 9% popílek X = 10%, obsah nespálených látek 20% obsah kyslíku teplota spalin, °C (vztažná teplota 20°C) v suchých spalinách 100 200 300 0,0322 0,0734 0,1158 1% kyslíku 0,0353 0,0805 0,1269 3% kyslíku 0,0416 0,0947 0,1491 6% kyslíku 0,0509 0,1159 0,1825 9% kyslíku 0,0666 0,1514 0,2382 12% kyslíku 0,0981 0,2227 0,3499 15% kyslíku

400 0,1593 0,1745 0,2049 0,2506 0,3269 0,4799

0,50 15% O2


0,40

12% O2 0,30 9% O2 6% O2 0,20

3% O2 1% O2

0,10

0,00 50

100

150

200

250

300

350

400


13


Kotle na biomasu (suché dřevo – vlhkost 10%) Ztráta komínová pro vztažnou teplotu 20°C, sou činitel abs. vlhkosti vzduchu 1,01

Biomasa 10% vody Qir 16,4 GJ/t, Wtr 10%, Ad 2% obsah nespálených látek v tuhých zbytcích 20% obsah kyslíku v suchých spalinách 1% kyslíku 3% kyslíku 6% kyslíku 9% kyslíku 12% kyslíku 15% kyslíku

100 0,0339 0,0369 0,0430 0,0520 0,0672 0,0975


400 0,1683 0,1830 0,2123 0,2564 0,3301 0,4779

0,50 15% O2


0,40

12% O2 0,30 9% O2 6% O2 0,20

3% O2 1% O2

0,10

0,00 50

100

150

200

250

300

350

400


14


Kotle na biomasu (dřevní štěpka s 50% obsahem vody) Ztráta komínová pro vztažnou teplotu 20°C, sou činitel abs. vlhkosti vzduchu 1,01

Biomasa 50% vody Qir 8,0 GJ/t, Wtr 50%, Ad 2% obsah nespálených látek v tuhých zbytcích 20% obsah kyslíku v suchých spalinách 1% kyslíku 3% kyslíku 6% kyslíku 9% kyslíku 12% kyslíku 15% kyslíku

100 0,0469 0,0504 0,0572 0,0676 0,0848 0,1194


400 0,2326 0,2493 0,2828 0,3330 0,4169 0,5852

15% O2

0,50

12% O2


0,40 9% O2 0,30

6% O2 3% O2 1% O2

0,20

0,10

0,00 50

100

150

200

250

300

350

400


15


Limity účinnosti spalování Každý malý zdroj musí spalovat palivo alespoň s limitní účinností spalování podle § 11 Nařízení vlády č.352/2002 Sb., uvedenou v níže uvedené tabulce, nebo s účinností vyšší. Platné limitní účinnosti spalování pro spotřebiče spalující kapalná a plynná paliva pro uvedený výkonový rozsah jmenovitý tepelný výkon [kW] 11 až 25 25 až 50 větší 50

datum uvedení spotřebiče do provozu do 31. 12. 1982 85 % 86 % 87 %

do 31. 12. 1985 86 % 87 % 88 %

od 1. 1. 1990 88 % 89 % 90 %

Platné limitní účinnosti spalování pro spotřebiče spalující tuhá paliva pro uvedený výkonový rozsah jmenovitý tepelný výkon

datum uvedení spotřebiče do provozu

[kW] do 31. 12. 1982 do 31. 12. 1985 od 1. 1. 1990 15 až 20 68 % 69 % 70 % 20 až 50 70 % 71 % 72 % větší 50 72 % 73 % 74 % Poznámka : Platné limitní účinnosti spalování pro spotřebiče na tuhá paliva v závislosti na výkonu zdroje jsou převzaty z přílohy D.1 ČSN 070240 po změně Z8.

16


Vyhodnocení celkové účinnosti kotle a sezonní účinnosti Zde je nutno stanovit ostatní ztráty kotle s přihlédnutím k vizuální kontrole, kontrole dokumentace a dokladů o údržbě kotle a vyjádřit celkovou účinnost kotle. Přehled všech tepelných ztrát kotle znázorňuje následující schema:

Celková účinnost kotle Celkovou účinnost kotle definuje norma ČSN 070305 takto:

η = 100 − ∑ ξ

∑ ξ = ξc + ξco + ξf + ξk + ξch + ξsv Jednotlivé ztráty jsou: ξc ξco ξf ξk

ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích po spalování ztráta hořlavinou ve spalinách, tj. chemická ztráta ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků po spalování ztráta citelným teplem spalin (ztráta komínová) 17


ξch ξsv

ztráta chlazením částí kotle chladicí vodou ztráta sdílením tepla do okolí (ochlazováním povrchu kotle)

Ztráta chlazením částí kotle chladicí vodou ξch u teplovodních kotlů pro vytápění budov odpadá Ztráty ξc a ξf (ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích po spalování a ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků po spalování) se týkají jen kotlů na tuhá paliva. Ztráta ξco - ztráta hořlavinou ve spalinách, tj. chemická ztráta závisí v podstatě na obsahu CO ve spalinách. Nedokonalé spalování s výskytem většího množství CO ve spalinách je u moderních kotlů nepřípustné (limit emisí CO). V praxi je možno používat hodnoty ztráty ξco z tabulek, uvedených v normě ČSN 070305, které pro kotle na tuhá paliva s nepohyblivým roštem i pro kotle na kapalná a plynná paliva udávají ξco do 0,5%. Ztráta ξsv - ztráta sdílením tepla do okolí (ochlazováním povrchu kotle) závisí na stavu tepelné izolace kotle a pro její ocenění je k dispozici výpočtový vzorec s empirickými koeficienty A a B, které respektují stav izolace kotle. Uvádí je následující tabulka: Koeficienty A a B pro výpočet ξsv Kvalita izolace kotle Dokonale izolovaný kotel (nový) Dobře izolovaný a udržovaný Starý kotel s průměrnou izolací Starý kotel se špatnou izolací Bez izolace

A 1,72 3,45 6,90 8,36 10,35

B 0,44 0,88 1,76 2,2 2,64

Výpočtový vzorec: ξsv = A – B . Log P(kW)

(kW) (%)

Ztráty ξc a ξf u kotlů na tuhá paliva: Ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích - ξc Tato ztráta je u malých kotlů silně závislá na způsobu obsluhy topeniště. Množství nespáleného paliva, propadlého roštem závisí na četnosti prohrabávání vrstvy paliva na roštu či pohybování s pohyblivým roštem. Rovněž však závisí na technickém stavu roštu. Množství tuhých zbytků nezachycených v topeniští (popílek odcházející se spalinami) je u malých kotlů nepatrné, proto se ztráta hořlavinou v popílku neuvažuje. Při dobrém technickém stavu roštu, při spalování paliva určeného výrobcem kotle a při dodržování provozních předpisů výrobce, je možno počítat s hodnotami dle normy ČSN 070305 (tab.8), t.j. obsah spalitelných látek C v popelu max 9%. Pro starší kotle a zejména v případech změny paliva může být ztráta o 30% vyšší. Pro moderní automatické kotle s rotačním roštem jsou hodnoty udávané výrobcem nejvýše 9%, ale v praxi mnohem nižší. Skutečné množství spalitelných látek v popelu lze zjistit odebráním vzorku popela a jeho analýzou v laboratoři. Analýzu vzorku popela provedou laboratoře na zakázku.

18


Výpočtový vzorec

ξc =

kde

C Ar × × Qc 100 − C q1

C je obsah spalitelných látek v popelu (%) Ar je obsah popela v palivu (%) q1 teplo přivedené do kotle spálením 1 kg paliva v MJ/kg Qc je výhřevnost hořlaviny v popelu (možno uvažovat ve výši 32,6 MJ/kg jako by hořlavinou byl čistý uhlík)

Ztrátu ξc v % lze jednoduše stanovit odečtením z nomogramu v příloze č.3 normy ČSN 070305.

19


Ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků ξf Tato ztráta závisí na obsahu popela v palivu a teplotě popela, odstraňovaného z kotle. Teplota popela se může zjistit měřením nebo odhadem. Entalpie popela ipopela závisí na jeho teplotě při odstraňování z kotle. Praxe je různá zejména podle druhu paliva a zvyklosti obsluhy. Pro velké roštové a granulační kotle udává norma ČSN 070305 hodnotu 560 kJ/kg při teplotě 600oC. U malých kotlů pro vytápění budov bude pravděpodobně teplota popela při odstraňování z kotle podstatně nižší. Pak bude lépe entalpii popela stanovit jako součin měrné tepelné kapacity a 20


rozdílu teplot. Měrná tepelná kapacita popela má hodnotu cca 0,8 kJ/kg.K. Entalpie popela při jeho odstraňování z kotle např. při teplotě 100oC bude pak cca: ipopela = 0,8 x (100-20) = 64 kJ/kg. Výpočtový vzorec: Ztráta ξf

ξf =

100 Ar × ×i 100 − C q1

(%)

Sezonní účinnost kotle Na základě zjištěných údajů o způsobu provozování kotle je možno ocenit sezonní účinnost kotle. Způsobem provozování kotle se rozumí časové a výkonové využití, tj. počet přerušení provozu a opětných startů (zatápek), poměr doby provozu na plný a částečný výkon. V sezonní účinnosti se dale promítnou další energetické ztráty (kromě ztrát v kotli), tj. ztráty v kotlovém okruhu (v kotelně mezi kotlem a rozvodem tepla do otopné soustavy) a tzv. pohotovostní ztráty (ztráty ochlazováním vnitřních povrchů kotle v době přerušení provozu prouděním vzduchu přes kotel do komína). Tyto ztráty lze zjistit praktickou zkouškou měřením spotřeby paliva za určitou dobu při úplně odstaveném topení. U kotlů s regulací zapínáním a vypínáním hořáku (plynové a olejové kotle) stačí změřit celkovou dobu zkoušky a dobu provozu hořáku. Z poměru těchto časů lze stanovit ztrátu. U kotlů na tuhá paliva je stanovení obtížnější, protože přistupují další vlivy spojené s periodickými změnami stavu spalovacího zařízení (přikládání paliva a odstraňování popela). Zjednodušeným způsobem lze stanovit sezonní účinnost kotle pomocí přepočítávacího koeficientu (podle návrhu normy CEN TC 228). Tabulka je k dispozici zatím jen pro plynové kotle. Tabulka přepočítávacího koeficientu: Stacionární kotel Přirozený tah Nucený tah Zapalovací Elektronic. Zapalovací Elektronic. hořáček zapalování hořáček zapalování 0,80 0,85 0,87 0,92

Sezonní účinnost kotle ηg je pak

Nástěnný kotel Přirozený tah Nucený tah Zapalovací Elektronic. Zapalovací Elektronic. hořáček zapalování hořáček zapalování 0,87 0,97 0,89 0,94

ηg = η × koeficient

Pro ostatní druhy kotlů je třeba sezonní účinnost ocenit na základě podrobného zjištění způsobu jeho provozování v konkretních podmínkách vytápěného objektu. Pomůckou pro její stanovení je rovněž návrh normy CEN TC 228.

21


3. Kontrola kotlů se jmenovitým výkonem nad 200 kW Vizuální kontrola kotle Vnější prohlídka kotle včetně připojeného příslušenství (hořáků, armatur, přístrojů, spojů připojených potrubí, dopravního zařízení paliva a popelovin atd.), Cílem prohlídky je získání nezkreslené informace o technickém stavu kotle. Při prohlídce je nutno vnímat i stav okolí kotle, ostatních kotlů a celého zařízení kotelny včetně všech souvislostí s provozováním kotle (přívod spalovacího vzduchu do kotelny, odvětrání a odvodnění kotelny, osvětlení, prašnosti a udržování pořádku kolem kotle). Je třeba zjistit každý důkaz úniku paliva nebo topného media do prostoru kotelny, každé poškození kotle včetně izolace, znečištění zejména hořáku, ale i ostatních důležitých částí kotle a příslušenství. Popis kotle: tlakový celek kotle, parametry teplonosného média, uspořádání teplosměnných ploch; vzducho-spalinový trakt kotle, umístění ventilátorů a jejich štítkové hodnoty. U kotlů na pevná paliva se podrobněji popíše způsob spalování. Z popisu musí být srozumitelná funkce spalovacího zařízení, zda se jedná o spalování: • na roštu – prohořívání, mechanické nebo pneumatické pohazovače, odhořívání (pokud se palivo zapaluje v násypné šachtě). Podrobněji se popíše rošt – pevný, pásový, přesuvný, otočný a pod., způsob ovládání roštu. Uvede se výrobce roštu a štítkové hodnoty roštu; • zplynování – sesuvná vrstva, fluidní reaktor a pod.; • fluidní spalování – stacionární nebo cirkulující fluidní vrstva, a pod.; Pokud je použit jiný způsob spalování, případně jejich kombinace, uvede se jejich popis. Pokud je kotel zároveň vybaven hořáky na plynná nebo kapalná paliva, uvede se jejich počet, typ, palivo, spalovací výkon a jejich provozní účel – najíždění, stabilizace, soluspalování apod. Zjištění z vizuální kontroly kotle se uvede do zprávy.

Kontrola dokumentace kotle Z projektové dokumentace je třeba zjistit zda instalovaný kotel odpovídá projektu, ve kterém jsou údaje o dimenzování kotelny, o palivu, s kterým se uvažovalo v projektu a o technických parametrech kotle, pracovního media atd. i o spotřebě paliva a způsobu provozu kotle. Odchylky od projektu je třeba zdokumentovat. Provozní předpisy výrobce kotle, místní provozní řád kotelny a provozní deník kotle jsou součásti provozní dokumentace, které mají poskytnout kompletní informace o tom jak má být kotel provozován a jak je provozován ve skutečnosti. Z eventuelních nedostatků v této dokumentaci je třeba odvozovat další postup kontroly. Zjištěné závady (odchylky) v dodržování provozních předpisů je rovněž třeba při kontrole prověřit (zda nejsou příčinou zhoršení účinnosti kotle nebo zhoršování jeho technického stavu).

Kontrola funkčních schopností kotle 22


Účelem této kontroly je zjištění, zda u kotle fungují všechny funkce, které uvádí výrobce v provozním předpisu. Znamená to provést kontrolu všech těchto funkcí (pokud to provozní stav umožní – například maximální výkon, minimální výkon). Zejména však je třeba vyzkoušet všechny funkce regulace, kterými je kotel vybaven, neboť regulace má významný vliv na skutečně dosahovanou energetickou účinnost kotle. Správnost všech funkcí a zejména selhání některých funkcí je třeba uvést ve zprávě.

Kontrola účinnosti kotle Kontrola účinnosti u této kategorie kotlů se provádí podle Vyhlášky MPO č.150/2001 Sb., kterou se stanoví minimální účinnost užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie a současně se přihlíží k doporučení normy CEN/TC 228. Postup podle vyhlášky MPO č.150/2001 Sb. (příloha č.1): Účinnost výroby tepelné energie ηv se stanoví jako poměr tepelné energie vyrobené v kotli Qv a energie paliva spáleného v kotli za stejnou dobu Qpal (GJ), vyjádřený v %:

Tepelná energie vyrobená v kotli Qv se pro teplovodní kotle stanoví:

Není-li možno stanovit množství tepelné energie vyrobené v kotli protože není instalováno její měření, připouští vyhláška (odst.3) způsob stanovení účinnosti výroby tepelné energie tzv. nepřímou metodou (s využitím měření komínové ztráty např. servisním technikem a s oceněním všech ostatních ztrát konstantní hodnotou ve výši 4%) :

U kotlů této kategorie budou ve značném počtu případů splněny podmínky pro stanovení účinnosti přímou metodou, tedy podle odstavce 1 přílohy k vyhlášce. V těch případech, kdy nebudou podmínky splněny (není instalováno měření vyrobeného tepla), mělo by se postupovat podle normy ČSN 070305. Postup stanovení účinnosti kotelního zařízení definuje norma ČSN 070305 v odstavci 14. Celková účinnost kotle je definována takto:

η = 100 − ∑ ξ

∑ξ

je součet všech ztrát kotelního zařízení v % 23


∑ ξ = ξc + ξco + ξf + ξk + ξch + ξsv Jednotlivé ztráty jsou: ξc ξco ξf ξk ξch ξsv

ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích po spalování ztráta hořlavinou ve spalinách, tj. chemická ztráta ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků po spalování ztráta citelným teplem spalin (ztráta komínová) ztráta chlazením částí kotle chladicí vodou ztráta sdílením tepla do okolí (ochlazováním povrchu kotle)

Způsob výpočtu jednotlivých ztrát podrobně uvádí norma ČSN 070305 včetně příloh s tabulkami a nomogramy hodnot veličin potřebných pro výpočet. Pro případ kotlů s kondenzací spalin je možno výpočet komínové ztráty modifikovat takto: Výpočet komínové ztráty při kondenzaci spalin Stechiometrické objemy spalin e vypočtou podle přílohy A normy. Použijí se vztahy pro dokonalé spalování, protože při plnění emisního limitu CO je ztráta chemickým nedopalem zanedbatelná. Kromě toho kondenzační kotle neprodukují tuhé zbytky, ve kterých by mohl být nějaký nedopal. Objem spalin bez kondenzace

Vs max = Vss + VsH 2O max kde maximální objem vodní páry

VsH 2O max = VsH 2O min + (α k − 1)( . ν − 1)Vvs min

Parciální tlak páry ve spalinách teoretický maximální

pH 2O max = pk .

VsH 2O max Vs

(Místo hodnoty absolutního tlaku pk je možné dosazovat barometrický tlak pb , pokud se nemůže lišit o více než 1 kPa od barometrického tlaku.) Tlak syté páry pH 2O se určí pomocí tabulek vody a vodní páry (IF97) při teplotě spalin tk. Pak se provede porovnání. Ke kondenzaci spalin došlo pokud

pH 2O < pH 2O max Kdyby nebyla tato podmínka splněna, tak by spaliny byly příliš teplé a nemohla by v nich nastat kondenzace.

Pokud ke kondenzaci došlo, určí se zbylý objem vodní páry ve spalinách 24


VsH 2O = Vss .

p H 2O ( pk − p H 2 O )

Tento objem se dosadí do vzorců v příloze A normy, vypočte se objem plynnch spalin za kotlem Vs a měrná tepelná kapacita spalin. Hmotnost zkondenzované vody se určí z rozdílu objemů vodní páry s respektováním její hustoty v normálním stavu:

M kH 2O = 0,804.(VsH 2O max − VsH 2O ) Vzorec pro komínovou ztrátu z přílohy C normy se modifikuje takto:

ζk =

Vs .cs .(t k − t0 ) − M kH 2O .(i´´−i´) ´ Q1

kde hodnoty entalpie syté páry i´´ a entalpie kondenzátu i´ se určí z parních tabulek IF97 pro teplotu tk. Obecně může nastat případ, že hodnota komínové ztráty bude záporná. V dalších výpočtech se musí respektovat její znaménko. Účinnost kotle pak vzhledem k definici může být vyšší než 100%.

Sezonní účinnost kotle Účinnost závisí na mnoha faktorech, především: • tepelném schématu zdroje; • průběhu účinnosti v závislosti na tepelném výkonu kotle; • průběhu požadované dodávky tepla během dne a během roku; • tepelné kapacitě kotle a způsobu regulace zdroje; • tepelné kapacitě soustavy a způsobu regulace soustavy. Sezonní účinnost je třeba ocenit na základě podrobného zjištění způsobu jeho provozování v konkretních podmínkách vytápěného objektu. Pomůckou pro její stanovení je rovněž návrh normy CEN TC 228, kde je definována metoda “Celkových pohotovostních ztrát”. Podle této metody se sezonní účinnost výroby tepla ηgen stanoví přímo z účinnosti spalování ηcn podle vzorce:

Po FC ηgen = (ηcn − Pgen.env ) × 100 − Po 100 −

kde

Pgen.env je ztráta sdílením tepla kotle do okolí (ξsv) Po relativní pohotovostní ztráty Fc spotřeba paliva

25


Relativní pohotovostní ztráty lze stanovit několika způsoby. U kotlů s regulací výkonu zapalováním a zhasínáním hořáku je možno relativní pohotovostní ztráty zjistit změřením doby hoření hořáku a pak vypočíst takto : Relativní pohotovostní ztráty Po = ηcn ×

Ton Ttest

Ton je doba provozu hořáku Ttest celková doba zkoušky Jiná metoda je např. “Metoda pomocného tepelného zdroje” Spočívá ve zkoušce cirkulace vody v kotli bez topení a při uzavřeném odběru tepla do otopné soustavy, při které se cizím zdrojem tepla ohřívá cirkulující voda a udržuje na konstantní teplotě. Relativní pohotovostní ztráty se pak vypočtou ze spotřeby dodané energie cizím zdrojem Qciz za dobu zkoušky.

Po =

Qciz × 100 Pkotle × Ttest

Pkotle je jmenovitý výkon kotle Tuto zkoušku je možno provést u plynových kotlů i bez pomocného tepelného zdroje. Zdrojem tepla může být sám kotel, který bude dodávat teplo pro pokrytí ztrát při zkoušce. Spotřeba tepla se zjistí odečtem plynoměru (každá plynová kotelna má plynoměr a někdy má svůj plynoměr i každý jednotlivý kotel). Sezonní účinnost kotle je vždy nižší než jeho celková účinnost. Hodnoty se pohybují cca v rozmezí 80 až 95 % celkové účinnosti. Hodnoty nižší ukazují na zásadní chybu instalace, nejspíše na předimenzování kotle.

26


4. Jednorázová kontrola kotlů a vnitřních rozvodů tepelné energie Kontrola kotlů bude stejná jako v předchozích případech (podle toho do které skupiny bude příslušný kotel patřit – do 200 kW nebo nad 200 kW).

Kontrola dokumentace vnitřních rozvodů tepelné energie Zjištění zda je k dispozici projektová dokumentace ústředního vytápění budovy. Shromáždění další dokumentace (stavební výkresy budovy, provozní předpisy a návody výrobců k jednotlivým komponentům systému, dokumentace případných změn budovy a systému, doklady o opravách a eventuelních rekonstrukcích, případné zprávy o energetických studiích, auditech, posudcích, které si provozovatel nechal zpracovat během provozování budovy).

Vizuální kontrola vnitřních rozvodů tepelné energie Na základě shromážděné dokumentace se provede ověření, zda ve skutečnosti jednotlivé komponenty systému (schema systému, dimenze rozvodů, typy a velikosti otopných těles, armatury a způsob regulace) odpovídají projektu. Pokud není dokumentace kompletní, provede se identifikace systému po jeho subsystémech (subsystém rozvodu tepla, subsystém prostorové emise tepla, subsystém regulace prostorové emise tepla). Vizuální kontrolou se zjistí rovněž technický stav systému a jeho částí. Je třeba zjistit stav potrubí, armatur, izolace, kontrolních přístrojů, elementů měření a regulace. Prohlídkou se má rovněž rozpoznat intenzita a kvalita provádění údržby systému.

Kontrola funkčních schopností systému Kontrola funkčních schopností systému se provede za provozu vyzkoušením jednotlivých provozních režimů podle provozního předpisu dodavatele (zimní a letní provoz, provoz v ekvitermní regulaci, útlumový režim atd.). Účelem je ověřit správnou funkci systému ve všech režimech a případná selhání zdokumentovat.

27


Zhodnocení dimenzování kotle v poměru k požadavkům na vytápění budovy Návrh normy CEN TC 228 navrhuje tento postup: Porovnání výkonu instalovaného kotle s původním projektem budovy (s původně vypočtenou tepelnou ztrátou budovy, resp. s projektem navrženým výkonem zdroje tepla). Následně je třeba zjistit, zda nebyly na stavební konstrukci budovy později provedeny stavební úpravy, které ovlivnily tepelnou ztrátu budovy (izolace podlah, stěn, střechy, změna prosklených ploch atd.). Dále je třeba porovnat celkový výkon instalovaných emitorů (otopných těles) s instalovaným výkonem kotle. Pro posouzení správnosti dimenzování kotle je v návrhu normy CEN TC 228 zaveden ukazatel zatížení systému L, který je definován jako poměr spotřeby paliva za určitou dobu ku součinu instalovaného výkonu kotle a stejné doby. Ukazatel zatížení systému

L=

Qf Pkot × Tm

Qf je spotřeba paliva za časový interval Tm Ukazatel zatížení L je možno vyhodnotit buď za topnou sezónu (pokud je správně evidován počet provozních hodin), nebo je lépe jej stanovit praktickou zkouškou v době plného nepřerušovaného provozu nejlépe v nejchladnějším období roku. Referenční hodnoty ukazatele zatížení L uvádí následující tabulka buď pro průměrnou venkovní teplotu (sezonní) nebo pro výpočtovou venkovní teplotu a pro malé (rodinné domy) a velké budovy. Typ budovy Malý dům Velká budova

Referenční rozsah hodnot ukazatele zatížení L Průměrná venkovní teplota Výpočtová venk. teplota 0,15 – 0,3 0,5 – 0,7 0,2 – 0,3 0,6 – 0,8

.

28

Implementace Směrnic EU pro energetickou účinnost v České republice KONTROLA KOTLŮ. Zdeněk Kodytek

Recommend Documents