Metodický přístup k testování krbových kamen v ČR a v zahraničí – 1. část

Datum: 23.12.2013  |  Autor: Ing. Petr Kubesa, Ing. Jiří Horák, Ph.D., Ing. František Hopan, Ph.D., Ing. Kamil Krpec, Ph.D., VŠB, TU Ostrava, Výzkumné energetické centrum, Ing. Lubomír Martiník  |  Recenzent: Ing. Zdeněk Lyčka

Krbová kamna představují vítaný doplňkový a často i hlavní zdroj tepla pro rodinné domy nebo rekreační objekty během chladného období. Cílem tohoto článku je přiblížit čtenáři testování, přesněji řečeno proces certifikace výrobku v notifikované zkušební laboratoři.

1. Úvod

Krbová kamna představují vítaný doplňkový a často i hlavní zdroj tepla pro rodinné domy nebo rekreační objekty během chladného období. V roce 2011 bylo na český trh dodáno přibližně 54 tisíc krbových kamen [1] a není divu – oheň v kamnech dokáže nejenom zahřát, ale také pohled na plápolající plamen dokáže zpříjemnit atmosféru večera při posezení s rodinou či přáteli. To jsou důvody, proč jsou krbová kamna na dřevo tak populární, a to nejen u nás, ale i v zahraničí. Než se však kamna dostanou k nám domů, musí projít dlouhou cestu – nejprve návrhem, výrobou, testováním zařízení a v případě, že kamna při testování uspějí a splní různé legislativní požadavky na konstrukci, bezpečnost a splní emisní limity, mohou být kamna uvedena na konkrétní trh, pro který jsou vyhovující. Cílem tohoto článku je přiblížit čtenáři jednu z výše uvedených položek, a tou je testování, přesněji řečeno proces certifikace výrobku v notifikované zkušební laboratoři. Certifikací výrobku (tzv. počáteční zkouška typu) se rozumí zjednodušeně řečeno to, že konečný výrobek (kamna z určité výrobní řady) tráví čas ve zkušební laboratoři a tam je podroben řadě testů, kdy se ověřuje, zda výrobek splní požadavky příslušných norem a vyhlášek především z hlediska bezpečnosti, tepelného výkonu, účinnosti a produkce znečišťujících látek.

Je zajímavé sledovat, jak jsou lidé v různých částech světa jiní, jinak přemýšlejí, jinak jednají. Odlišnosti v přístupu lidí z různých koutů světa lze hledat snad ve všech oblastech lidského života. Čtenář jistě tuší, že ani přístup k testování kamen nebude ve všech koutech světa stejný. Jinak přistupujeme k testování kamen my Evropané, jinak k němu přistupují například ve Spojených státech či Austrálii. Každá kamna uvedená na trh by měla být řádně označena na viditelném místě výrobním štítkem. Na tomto štítku by se měl uživatel mimo jiné dozvědět, podle které technické normy jsou kamna certifikována. V Evropě se obecně testování krbových kamen provádí dle normy EN 13 240 [2]. Ta je víceméně platná v celé Evropě včetně České republiky, v některých státech Evropy lze však nalézt výjimky. Příkladem je norská norma určená pro testování uzavřených kamen na dřevo. Na rozdíl od obecné evropské normy se tato norská norma výrazně liší v přístupu k testování a přidává také požadavek na emise prachu. Může se stát, že zákazník kupující kamna, především kamna vyrobená a dovezená z USA a Kanady, nalezne ve specifikaci, že daná kamna splňují kromě výše uvedených norem, také standardy EPA. Článek čtenáři přiblíží informace o tom, co tyto standardy EPA znamenají a jak jsou kamna podle nich testována. Propracovanou a zajímavou metodiku pro zkoušení spotřebičů spalující pevná paliva nalezneme také v Austrálii a na Novém Zélandu. Australsko/novozélandská metodika snad jako jediná vyžaduje, aby byla kamna testována v tzv. tepelné místnosti (calorimeter room). V souvislosti s tématem tohoto článku je také vhodné upozornit na předchozí článek s názvem „Jaké parametry musí splnit kamna, krbové vložky a sporáky? Legislativa v ČR a Evropě“ [3], kde čtenář nalezne další souvislosti a zejména pak detaily o legislativních požadavcích na kamna a další spalovací zařízení v různých evropských zemích.

2. Metodický přístup obecně v Evropě

2.1. Úvod

Obecně řečeno, v případě, že jsou kamna nabízená na evropském trhu, tedy včetně trhu českého, musí splňovat evropskou normu pro kamna s označením EN 13 240:2001 „Roomheaters fired by solid fuel – Requirements and test methods“ včetně jejich změn A2:2004 [2] (česká verze evropské normy je známa pod označením ČSN EN 13 240:2002 „Lokální spotřebiče na pevná paliva“ + změna A2:2005), která byla vypracována technickou komisí CEN/TC 295. Nutno však upozornit, že některé evropské státy však k této normě kladou na kamna i další, zpřísňující, požadavky (např. Německo a Rakousko, viz článek [4] a článek [5]). Každá nabízená kamna na evropském trhu musí být opatřena výrobním štítkem, který je umístěn na kamnech na dobře viditelném místě a který musí mít trvanlivé a nesmazatelné provedení. Uživatel by měl na tomto štítku naleznout tyto základní informace:

  1. jméno výrobce zařízení nebo jeho obchodní značka;
  2. jmenovitý tepelný výkon kamen pro konkrétní palivo v kW;
  3. v případě, že kamna jsou vybavena vestavěným ohřívačem, výkon kamen na straně vody a tepelný výkon do prostoru místnosti v kW;
  4. koncentrace CO při 13% podílu kyslíku ve spalinách v procentech;
  5. maximální provozní přetlak vody v ohřívači v barech (v případě, že kamna jsou vybavena ohřívačem);
  6. minimální bezpečné vzdálenosti od hořlavých materiálů v mm;
  7. číslo použité evropské normy při testování včetně uvedení změn, tedy EN 13 240:2001 a A2:2004.

Výrobní štítek dále obsahuje doplňující pokyny, které uživatele upozorňují na to, že v kamnech lze spalovat pouze doporučená paliva a je nutné dodržovat návody k obsluze. Na štítku by se rovněž měl uživatel dozvědět, zda jsou kamna způsobilá krátkodobého či dlouhodobého provozu. Běžně se také na výrobní štítek uvádí energetická účinnost, dále pak, které palivo nebo paliva jsou pro kamna doporučená (dřevo, brikety apod.). Výrobce kamen nebo jeho zplnomocněný zástupce se sídlem v EHP (Evropský hospodářský prostor) je také odpovědný za přiřazení CE označení na kamna. Označení shody CE na kamnech dokládá, že kamna prošla ověřením notifikovanou osobou a výrobek splňuje požadavky příslušné normy (EN 13 240). Označení shody CE, jehož detaily jsou podrobně popsány v uvedené normě, musí výrobce nebo zástupce umístit na kamna a není-li to možné, předloží jej jako přiložený štítek, popř. uvede označení do příslušné obchodní dokumentace. Ve zkušební laboratoři se ověřují provozní vlastnosti kamen především z pohledu bezpečnosti, kvality spalování (emise oxidu uhelnatého), tepelného výkonu a energetické účinnosti. Popis zkoušení shrnuje následující kapitola.

2.2. Zkoušení kamen dle EN 13 240
Obr. 1 Zkušební sestava pro testování kamen dle EN 13 240
Obr. 1 Zkušební sestava pro testování kamen dle EN 13 240

Kamna jsou během zkoušek instalována do zkušebního koutu, sestávajícího z podlahy, boční stěny a zadní stěny. Při instalaci zařízení do zkušebního koutu se dbá na to, aby kamna byla umístěna tak, jak stanoví výrobce v návodu k montáži a mohlo tak být z důvodu bezpečnosti ověřeno oteplení stěn při zkouškách. Stěny zkušebního koutu jsou k tomuto účelu vybaveny množstvím teplotních čidel. Celý kout je umístěn na váhovém mostě, kterým je měřen váhový úbytek paliva v průběhu zkoušky. Zkušební sestava s kamny je zobrazena na obr. 1. Ke kamnům je připojen měřící úsek spalin, tj. izolovaný komín o průměru 150, 200 nebo 300 mm s odběrovými místy pro analýzu spalin (CO, O2, CO2), měření teploty spalin a podtlaku v komíně. Spaliny jsou odsávány řízeným ventilátorem. Ventilátor je řízen tak, aby byl v komíně udržován konstantní požadovaný podtlak odpovídající příslušné zkoušce. Před měřením jsou rovněž připojena teplotní čidla na ovládací prvky kamen (rukojeti apod.) a případně je teplotní čidlo rovněž umístěno v zásobníku paliva, jsou-li jím kamna vybavena. Teplotními čidly se ověřuje bezpečné oteplení ovládacích prvků.

Kamna jsou podrobena několika zkouškám. Hlavní zkouškou je zkouška provozních vlastností kamen při jmenovitém výkonu. Během této zkoušky se ověřují základní provozní vlastnosti kamen – tj. výkon, účinnost, doba hoření a základní složení spalin (O2, CO a CO2). V případě, že se jedná o kamna s krátkodobým spalovacím procesem, musí přiložená dávka paliva, která je vypočtena na základě výrobcem deklarovaném výkonu a účinnosti, zajistit hoření v kamnech minimálně po dobu stanovenou v normě nebo určenou výrobcem. Norma EN 13 240 pracuje se dvěmi základními druhy paliv – dřevo o předepsané energetické vlhkosti 16±4 % (buk, bříza nebo habr) a pevné minerální palivo (uhelné brikety, koks atp.). V případě spalování dřeva musí být minimální doba hoření tři čtvrtě hodiny a v případě pevných minerálních paliv jedna hodina. Na trhu lze také narazit na kamna s dlouhodobým spalováním. U těchto kamen je minimální doba hoření při jmenovitém výkonu s jednou dávkou hodina a půl pro dřevo a čtyři hodiny pro pevná minerální paliva. Další požadavek normy je, že při zkoušce provozních vlastností při jmenovitém výkonu nesmí být naměřena průměrná koncentrace oxidu uhelnatého přepočtená na 13 % kyslíku větší než hodnota, kterou uvádí výrobce na štítku a větší než 1,0 %. Stejně tak výsledná naměřená účinnost musí být rovna nebo větší, než uvádí výrobce a nesmí být menší než 50 % (účinnost dle evropské normy je stanovena na základě nepřímé metody stanovení účinnosti – popis toho, jak se vypočte účinnost nepřímou metodou, naleznete v našem článku „Jak si doma změřit účinnost spalovacího zařízení a lze účinnost nějak zvětšit?“ [5]). Zde je nutné podotknout, že požadavky normy na koncentraci oxidu uhelnatého ve spalinách (< 1 % při 13 % O2) a energetickou účinnost (> 50 %) jsou malé a neodpovídají již moderním zařízením, které dosahují mnohem lepších hodnot. Během zkoušky jmenovitého výkonu kamen je také zjišťováno oteplení (oteplení = naměřená teplota − teplota okolí) stěn zkušebního koutu a ovládacích prvků kamen.

Dalšími prováděnými zkouškami je zkouška při minimálním příkonu, sníženém příkonu, zkouška znovuobnovení spalovacího procesu a různé bezpečnostní zkoušky. Jednou z bezpečnostních zkoušek a dá se říct, že nejdůležitější, je zkouška nazvaná „Zkouška odolnosti proti tepelnému přetížení“. U této zkoušky je zkušebním palivem jedlové dřevo s průřezovým rozměrem 4 × 6 cm nebo 5 × 5 cm. Zkouška se provádí tak, že se nastaví podtlak v komíně o 3 Pa větší, než je podtlak v komíně při jmenovitém výkonu a ohniště se naplní jedlovým dřívím. Kamna se provozují s nastavením přívodu vzduchu odpovídajícím maximálnímu tepelnému výkonu (přívody vzduchu nastaveny na maximum). Do kamen se během zkoušky opakovaně přikládá dávka jedlového dříví a sleduje se teplota podlahy a stěn zkušebního koutu a popř. jsou-li kamna vybavena zásobníkem paliva, tak také v něm. Dávka paliva pro tuto zkoušku je stanovena na základě plochy ohniště a výhřevnosti paliva. Měřené hodnoty teplot během opakovaného přikládání zkušební dávky se zvyšují. Nová dávka se přikládá vždy po vyhoření předchozí dávky a zkouška se ukončí v době, kdy teploty stěn zkušebního koutu dosáhnou svého maxima. Deklarované umístění výrobcem (dle výrobcem uvedených minimálních vzdáleností od hořlavých materiálů v přiložené dokumentaci) je nevyhovující, jestliže oteplení stěn zkušebního koutu přesáhlo 65 °C. Stejně tak oteplení v zásobníku je nevyhovující v případě, že jeho hodnota je větší než 65 °C.

V procesu certifikace je rovněž notifikovanou zkušební laboratoří ověřováno, zda návody ke spotřebiči a označení spotřebiče splňuje příslušné požadavky normy. Výše je obecně popsán postup při testování kamen v Evropě (ČR). Jednu z výjimek tvoří norská metodika, která přistupuje k testování kamen spalující dřevo výrazně odlišně.

3. Testování krbových kamen dle norské metodiky

3.1. Úvod

Zajímavý přístup k testování zvolili Norové. Metodika testování spalovacích zařízení se provádí podle norské normy NS 3058 [6] (popis metodiky měření) a NS 3059 [7] (požadavky na emise prachu). Norma je určena obecně pro lokální spalovací zařízení s uzavřeným ohništěm, ve kterých se spaluje dřevo (krbová kamna a vložky, sporáky). NS 3058 je rozdělena do čtyř částí, přičemž v první části jsou popsány základní požadavky pro provedení testů, druhá část se věnuje měřením prachu ve spalinách za použití ředícího tunelu, třetí část se věnuje měření polycyklických aromatických uhlovodíků ve spalinách a v poslední, čtvrté, části je popsáno stanovení oxidu uhelnatého a uhličitého. Při porovnání norské normy a obecné evropské normy lze najít hned několik zásadních rozdílů:

  1. V dnešní době je v Evropě stanovení energetické účinnosti kamen stanoveno a počítáno pouze v obecné normě EN 13 240. Norská norma nepočítá s měřením účinnosti a nedefinuje požadavky na účinnost. Stejně tak dle norské normy nejsou kladeny požadavky na emise oxidu uhelnatého. Naopak norská norma přidává požadavek na emise prachu. Stanovení prachu ve spalinách je hlavním cílem pro tuto normu.
  2. Norská metodika počítá s dvěma základními typy spalovacích zařízení, a to zařízení s katalyzátorem a zařízení bez katalyzátoru. Evropská norma toto nerozeznává. Pro každý tento typ jsou pak definovány jiné požadavky pro prach ve spalinách.
  3. Zatímco podle evropské normy je měření provozních vlastností prováděno pro jednu výkonnostní úroveň kamen (zkouška při jmenovitém výkonu), tak v norské normě jsou zavedeny výkonnostní kategorie rovnou čtyři.
    Pozn. Zkouška při sníženém či minimálním výkonu a zkouška přetížení prováděná v EN 13 240 může být chápána jako druhá a třetí výkonnostní úroveň. Nicméně dle EN 13 240 se jedná o zkoušky, při kterých nejsou sledovány provozní vlastnosti kamen (výkon, emise, účinnost apod.).
  4. Evropská norma přesně neurčuje, jaký tvar má mít zkušební palivo – dřevo (tvar, délka polen apod.). Norská metodika předepisuje, že pro zkoušky se smí použit přirozeně vysušený smrk, který musí mít přesně definovaný tvar. Z naší zkušenosti můžeme říct, že tvar a položení polen v ohništi má mnohdy výrazný vliv na provozní vlastnosti spalovacího zařízení a proto požadavek na tvar paliva se z pohledu opakovatelnosti zkoušek jeví jako opodstatněný.
  5. měření prachu, oxidu uhelnatého a polycyklických aromatických uhlovodíků je prováděno v ředícím tunelu a výsledky jsou uvedeny jako měrná emise v gramech znečišťující látky na kilogram spáleného suchého dřeva (g/kg).
3.2. Zkoušení kamen dle norské metodiky
Obr. 2 Základní zkušební sestava dle norské metodiky NS 3058 [6]
Obr. 2 Základní zkušební sestava dle norské metodiky NS 3058 [6]
Obr. 3 Typická sestava hranolů pro zkoušku dle NS 3058 [6]
Obr. 3 Typická sestava hranolů pro zkoušku dle NS 3058 [6]

Základní testovací sestava je zobrazena na obr. č. 2. Kamna jsou umístěna na váhovém mostě a ke kamnům je připojen komín o vnitřním průměru 200 mm. Komín je opatřen izolací o tloušťce 25 mm. V komíně je měřen pouze statický tlak a teplota spalin. Za izolovaným komínem následuje tzv. ředící tunel. Ředící tunel se skládá z digestoře, kde dochází k ředění spalin, a z neizolovaného potrubí s odběrovými místy pro analýzu plynných složek spalin a místo pro odběr vzorku prachu. Při testech se v kamnech spaluje smrkové dříví s energetickou vlhkostí v rozmezí 16 až 20 %. Dřevo je zpracováno do tvaru hranolů o rozměrech 49 × 49 mm a mezi hranoly jsou umístěny podložky tak, aby mezi hranoly vznikly mezery, které zajistí hustotu 112 ± 11 kilogramu dřeva na kubický metr objemu ohniště. Typická sestava hranolů pro zkoušku je zobrazena na obr. 3.

Kamna jsou testována při čtyřech různých kategoriích spotřeby dřeva. Kategorie jsou dány jako průměrná spotřeba suchého dřeva (sušiny, bez obsahu vody) během testovací periody v kilogramech za hodinu. Spotřeby paliva dle jednotlivých kategorií jsou uvedeny v tab. č. 1. Kategorie se dále dělí na stupeň 1 a stupeň 2 – kamna jsou do stupně přiřazena podle toho, jaké nejnižší spotřeby dřeva jsou schopná dosáhnout. Při zkoušení kamen v kategoriích 1 až 3 jsou regulátory spalovacích vzduchů kamen nastavené tak, aby byla dosažená požadovaná spotřeba dřeva. U kategorie 4 jsou regulátory kamen nastaveny na maximum. Zatímco v evropské normě není přípustné, aby obsluha zasahovala do chodu kamen během testovací periody, tak norská norma připouští, že je možné během prvních pěti minut po přiložení provést nastavení regulace spalovacího vzduchu dle podmínek v ohništi.

Tab. č. 1 Kategorie spotřeby dřeva dle norské metodiky. Spotřeba v kg suchého dřeva za hodinu. [6]
Kategorie 1Kategorie 2Kategorie 3Kategorie 4
Stupeň 1< 0,800,80 až 1,251,26 až 1,90> 1,90
Stupeň 2< 1,251,25 až 1,901,91 až 2,80> 2,80

Norská norma definuje pouze požadavky na prach. Požadavky stanovuje norma NS 3059. Mezní hodnoty pro prach ve spalinách jsou uvedeny v tab. č. 2. Prach je vyjádřen jako vážená průměrná hodnota v g/kg pro všechny kategorie spotřeby paliva, která říká, kolik prachu vznikne za hodinu provozu zařízení.

 
Tab. č. 2 Kategorie spotřeby dřeva dle norské metodiky [7]
Maximální povolené množství prachu pro jeden testVážená průměrná hodnota pro čtyři kategorie určené v NS 3058-1
Zařízení s katalyzátorem10 g/kg5 g/kg
Zařízení bez katalyzátoru20 g/kg10 g/kg
Obr. 4 Kamna s katalyzátorem a kamna bez něj
Obr. 4 Kamna s katalyzátorem a kamna bez něj

Limity pro prach jsou určeny pro kamna s katalyzátorem a pro kamna bez katalyzátoru. Případ, kdy jsou kamna vybavena katalyzátorem, je zobrazen na obr. č. 4 vlevo. Sestava katalyzátoru je představována zpravidla keramickou mřížkou ve tvaru včelích pláství, která je potažena katalyzátorem – u kamen se běžně používá jako katalyzátor paladium. Paladium zde snižuje aktivační energii reakce některých složek spalin procházejících skrze sestavu katalyzátoru. Díky katalyzátoru lze výrazně snížit emise škodlivin, především oxidu uhelnatého a prachu. Nejvyšší účinnosti redukce škodlivin ve spalinách a životnosti kamen lze docílit pouze v určitém teplotním rozsahu, proto je nutné velmi pečlivě dodržovat návody ke spotřebiči a provozovat katalyzátor v rozsahu optimálních teplot. Každá kamna s katalyzátorem jsou vybavená zatápěcí klapkou, která zajistí obtok spalin při zátopu v kamnech a tím pomáhá udržet delší životnost katalyzátoru. Životnost katalyzátoru se běžně udává v rozsahu dvou až šesti let. Případ klasických kamen bez katalyzátoru je pak zobrazen na obr. č. 4 vpravo. Článek o možnostech využití katalyzátorů [8] lze najít na tomto odkazu.

Zatímco první část článku byla zaměřena především na metodický přístup k testování krbových kamen v Evropě, ve druhé části se podíváme, jak tuto problematiku řeší ve Spojených státech nebo v Austrálii.

Použitá literatura

 
English Synopsis
Methodological approach to the stove testing in the Czech Republic and other countries – Part 1

The object of article is to provide basic information about approaches to testing of stoves burning solid fuels in Europe and some other countries. Generally, stoves in Europe are tested according standard EN 13240. However, there’re other standards on national basis, for example Norwegian standards NS3058 and NS3059. If we look away from European border we can found standards which describe methods of stove testing – Australian/New Zealand standards and EPA standards in U.S.A. The article provides information about measuring sets, characterization of used fuels, testing categories for burning periods, measured parameters, emission limits and others things which are in these standards.

 

Hodnotit:  

Datum: 23.12.2013
Autor: Ing. Petr Kubesa, VŠB, TU Ostrava, Výzkumné energetické centrum   všechny články autoraIng. Jiří Horák, Ph.D., VŠB, TU Ostrava, Výzkumné energetické centrum   všechny články autoraIng. František Hopan, Ph.D., VŠB, TU Ostrava, Výzkumné energetické centrum   všechny články autoraIng. Kamil Krpec, Ph.D., VŠB, TU Ostrava, Výzkumné energetické centrum   všechny články autoraIng. Lubomír Martiník   všechny články autoraRecenzent: Ing. Zdeněk Lyčka



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (1 příspěvek, poslední 20.05.2014 21:04)

Mohlo by vás také zajímat

Proč sušit dřevo a učit lidi topit? - Vliv vlhkosti dřeva a obsluhy na emise znečišťujících látek 10.3.2014

Emise prachu z malých spalovacích zařízení na tuhá paliva a metody jejich stanovení - Dust emission from small-scale combustion sources burning solid fuels and methods for dust emission determination 4.2.2013


O spalování tuhých paliv v lokálních topeništích (2) - aneb palivo, tvorba znečišťujících látek a spalování jako vztah muže a ženy. 28.5.2012
O spalování tuhých paliv v lokálních topeništích (1) - aneb palivo, tvorba znečišťujících látek a spalování jako vztah muže a ženy. 21.5.2012

Kam dál


Projekty 2016

AKTUÁLNĚ

Související rubriky

Reklama






Partneři oboru

logo DANFOSS
logo THERMONA
logo FV PLAST
logo GEMINOX logo ENBRA

Slunce v domě on-line


E-mailový zpravodaj

WebArchiv - stránky archivovány národní knihovnou ČR

Spolupracujeme

logo Asociace odborných velkoobchodů

Nejnovější články

 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czNové vedení Středočeského kraje zrušilo výstavbu rozhledny u ZdicOriginální svítidla a opojné světlo Ingo MaureraRozdíly v instalaci plastového a laminátového bazénu