Problematika materiálu odvodu spalin při výměně plynových kotlů v rodinných domech

Úvod

V souvislosti s nařízením Evropské komise č. 813/2013, které fakticky zakazuje od září 2015 výrobu a prodej plynových atmosférických a nízkoteplotních turbo kotlů, musí být v současné době tyto dosluhující kotle nahrazeny již pouze spotřebiči kondenzačními.

Tato, tak říkajíc, generační výměna je bohužel často spojená s nutnou rekonstrukcí spalinové cesty, což poměrně výrazně zvyšuje celkové náklady této akce. Ze strany investorů je proto snaha nadále provozovat a legalizovat stávající spalinové cesty, leckdy i materiálově nevyhovující.

Otázkou je, jaké vlastnosti musí splňovat spalinová cesta pro odvod spalin z běžného kondenzačního kotle pro rodinný domek, a to především z hlediska odolnosti vůči kondenzátu. Musí být odolná proti vznikajícímu kondenzátu, nebo lze akceptovat a prakticky docílit i funkční provoz bez vzniku kondenzátu? Jinými slovy, je i pro kondenzační kotel akceptovatelné použití hliníkových trubek, nebo musí být pro odvod spalin použita nerezová ocel či plast?

Při výpočtu dle ČSN EN 13 384 je odolnost proti vzniku kondenzátu u suchého provozu, respektive proti jeho zamrznutí u mokrého provozu, hodnocena splněním nebo nesplněním tzv. teplotní podmínky, kdy je výpočtová teplota spalin v ústí komínu porovnávána s přípustnou teplotou (teplotou rosného bodu spalin při suchém a 0 °C při mokrém provozu).

Pro ověření funkčnosti jsme se pokusili provést výpočtové srovnání různých variant, přičemž jako základní byla zvolena poměrně typická instalace plynového nízkoteplotního turbo kotle v rodinném domku. Účinná výška odtahu spalin byla zvolena 4,50 metru, z toho 0,50 metru nad střešní krytinu. Kouřovod o rozvinuté délce 1,20 metru, z toho 0,20 metru svisle nad spotřebičem a následně jeden metr vodorovně pro napojení patním kolenem do komínového tělesa. Provedení celého odvodu spalin koaxiální 80/125 mm (viz obrázek).

Varianta 1.

První výpočet byl proveden pro předpokládané stávající zapojení se standardním nízkoteplotním turbo kotlem o jmenovitém výkonu 25 kW, deklarovanou teplotou spalin 135 °C a hmotnostním průtokem spalin 12,9 g/s. Vzhledem k vybranému spotřebiči tedy suchý provoz, bez vzniku kondenzátu, v tlakové třídě P1 do 200 Pa. Dle ČSN EN 13 384 byla do výpočtu zadána teplota okolí na ústí 0 °C pro výpočet teplotní podmínky, respektive +30 °C pro výpočet tlakové podmínky. Výpočet byl proveden v programu KESA Aladin, pro plný i částečný výkon dle uvedené ČSN EN 13 384.

Výsledek:

• při provozu na plný výkon byl výsledek pozitivní, teplotní podmínka byla splněna
• při provozu na částečný výkon (použitá teplota 101 °C) již teplotní podmínka nebyla splněna zhruba o 17 °C.

Nízkoteplotní turbo kotle byly navrhovány a měly být provozovány tak, aby vzhledem ke své výkonové charakteristice byly, pokud možno, provozovány na plný výkon. To znamená, že výsledek kontrolního výpočtu je možno považovat za v principu vyhovující, přestože teplotní podmínka při částečném výkonu nebyla splněna.

Nízkoteplotní turbo kotle byly používány už od konce minulého století, přičemž ověřovací výpočet se obvykle prováděl pouze pro plný výkon, kdy byla splněna podmínka suchého provozu bez vzniku kondenzátu. Pro odvod spalin se proto používaly i materiály bez deklarované odolnosti proti vlivu kondenzátu, především hliník, který byl oblíben pro svoji nízkou cenu v porovnání s nerezovým plechem.

Varianta 2.

Následně byly provedeny výpočty, jak by se spalinová cesta dle varianty 1 chovala, pokud by na ní byl připojen plynový kondenzační kotel.

Varianta 2.1 – nerez

V tomto případě bylo vyzkoušeno, jak by se spalinová cesta dle varianty 1 chovala, pokud by na ní byl připojen plynový kondenzační kotel, přičemž by původní provedení odvodu spalin bylo z nerezového plechu.

V případě použití nerezového potrubí odvodu spalin by bylo možné, na základě revizní zprávy spalinové cesty, deklarovat komín ve třídě W, tedy jako odolný proti kondenzátu a ve třídě P1 s přetlakem do 200 Pa.

Výpočet byl proveden pro nezměněné zapojení dle varianty 1, se standardním kondenzačním kotlem o jmenovitém výkonu 24 kW, v teplotním spádu 80/60 °C, deklarovanou teplotou spalin 87 °C a hmotnostním průtokem spalin 10,1 g/s. Vzhledem k nerezovému provedení odtahu spalin byl předpokládán mokrý provoz se vznikem kondenzátu, v tlakové třídě P1 do 200 Pa. Pro výpočet byly, opět v souladu s ČSN EN 13 384, zvoleny teploty −15 °C pro výpočet teplotní podmínky, respektive +30 °C pro výpočet tlakové podmínky. Výpočet byl proveden v programu KESA Aladin pro plný i částečný výkon dle uvedené ČSN EN 13 384.

Výsledek:

• při provozu na plný výkon byl výsledek pozitivní, teplotní podmínka byla splněna
• při provozu na částečný výkon (použitá teplota 55 °C) již teplotní podmínka nebyla splněna, ovšem pouze zhruba o 5 °C.

Kondenzační plynové kotle jsou navrhovány a měly by být provozovány tak, že mohou být, vzhledem ke své výkonové charakteristice, provozovány především na částečný výkon, kdy je možné zvýšení účinnosti využitím kondenzačního tepla spalin. Přesto lze výsledek kontrolního výpočtu možné považovat za v principu vyhovující, přestože teplotní podmínka při částečném výkonu nebyla splněna. To lze odůvodnit nutností ve výpočtu použít limitní podmínky a předpoklady dle ČSN EN 13 384.

Lze tedy shrnout, že pokud je v objektu osazen nízkoteplotní turbo kotel s odtahem spalin nerezovým přetlakovým potrubím, bude pravděpodobně možno bez úpravy spalinové cesty připojit nový plynový kondenzační kotel.

Varianta 2.2 – hliník

Bohužel, jak již bylo zmíněno, velmi častým řešením odtahu spalin od nízkoteplotních turbo kotlů byla ekonomicky mnohem výhodnější varianta s použitím hliníku. Hliníkové trubky splňovaly podmínku přetlaku, ale nesplňovaly podmínku odolnosti proti kondenzátu pro vlhký provoz. Pro nízkoteplotní turbo kotel, kde nebyla předpokládaná kondenzace spalin, hliník tedy jako materiál odtahu spalin vyhovoval.

Pokud bychom ovšem chtěli i pro kondenzační kotel zachovat hliníkové odkouření, museli bychom počítat spalinovou cestu pro suchý provoz a přetlak 200 Pa, tedy za stejných podmínek jako původní nízkoteplotní turbo kotel.

Výpočet v této variantě byl proveden za stejných podmínek a pro stejný spotřebič, jako ve variantě 2.1, ovšem s jedinou změnou, kterou byl požadavek suchého provozu bez vzniku kondenzátu.

Výsledek:

• při provozu na plný výkon byl výsledek negativní, teplotní podmínka nebyla splněna o 18 až 25 °C (podle metody výpočtu)
• rovněž při provozu na částečný výkon teplotní podmínka nebyla splněna, tentokrát již o 45 až 56 °C (podle metody výpočtu)

Výsledky jasně ukázaly, že tato varianta, tedy ponechání hliníková trubky, není akceptovatelná, protože teplotní podmínka výpočtově hrubě nevyšla ani při plném, ani při částečném zatížení. Což znamená, že tuto spalinovou cestu by bylo nutno označit jako nevyhovující.

Lze tedy shrnout, že pokud je v objektu osazen nízkoteplotní turbo kotel s odtahem spalin hliníkovým přetlakovým potrubím, bude s vysokou pravděpodobností před osazením nového plynového kondenzačního kotle nutno provést rekonstrukci odvodu spalin.

Závěr

Prakticky jediným materiálem, který je možno použít, jak pro nízkoteplotní turbo kotel, tak pro kondenzační kotel (mimo řešení založené na keramických materiálech) je v principu nerezový plech, a to pouze v případě, že je jeho odolnost vůči kondenzátu jasně deklarována revizní zprávou nebo výrobcem.

V případě, kdy je na původní odkouření použit hliník, je nutno spalinovou cestu rekonstruovat, a to náhradou odvodu spalin nerezovou, nebo ekonomicky výhodnější plastovou vložkou určenou pro odvod spalin.

Uvedené závěry se týkají pouze materiálového složení spalinové cesty. Každá změna kotle za jiný typ, druh, vyžaduje revizi a podkladem ke kladnému vyjádření musí být komplexní odborný výpočet.