Kotlíkové dotace v praxi – kotle na pevná paliva

Úvod

Díky kotlíkovým dotacím byly v ČR pro dotované kotle na pevná paliva zavedeny extrémně přísné požadavky na emise a účinnosti podle ekodesignu o 4 roky dříve, než budou tyto požadavky platné v celé EU. Výrobci kotlů ani legislativa na tak rychlý skok nebyli evidentně dostatečně připraveni, z čehož plynou problémy s dozorem nad trhem s dotovanými kotli, s provozními vlastnostmi nových kotlů i s vyhodnocováním efektivity jejich provozu.

V roce 2015 byl v ČR nastartován program na podporu výměny starých neekologických kotlů na pevná paliva za moderní nízkoemisní zdroje tepla. Finance na program byly poskytnuty EU z Fondu soudržnosti a Evropského fondu pro regionální rozvoj v rámci operačního programu Životní prostředí (OPŽP). V letech 2014–2020 má být ve třech výzvách na výměnu kotlů vyplaceno 9 miliard Kč s tím, že se předpokládá výměna 80–100 tis. starých kotlů za moderní kotle na pevná paliva, plynové kondenzační kotle a tepelná čerpadla.

První výzva byla vyhlášena v roce 2015 a fakticky se pro fyzické osoby rozeběhla počátkem roku 2016. Bylo vyměněno přibližně 23 tis. starých kotlů. Z nových zdrojů tvořily 64 % nové kotle na pevná paliva, 22 % tepelná čerpadla a 14 % plynové kondenzační kotle. Podmínkou pro udělení dotace bylo pořízení si zdroje tepla, který technickými parametry odpovídá požadavkům Směrnice 2009/125/ES o ekodesignu (dále jen Směrnice) a k ní příslušným prováděcím předpisům. A to se stalo zdrojem velkých problémů především u kotlů na pevná paliva. Zatím co pro plynové kotle a tepelná čerpadla příslušné prováděcí předpisy a v nich definované technické podmínky již platí, pro kotle na pevná paliva je účinnost požadavků na ekodesign celoplošně pro EU odložena až na rok 2020. V tomto příspěvku se budu tedy věnovat problémům spojeným s kotli na pevná paliva.

Problémy s ekodesignem mají podporované kotle na pevná paliva hned z několika důvodů. Především kvůli již zmíněnému faktu, že podmínky na emisní limity a minimální účinnosti podle Nařízení Komise 2015/1189 (prováděcí předpis k Směrnici platný pro kotle na pevná paliva – dále jen Nařízení)) budou právně závazné až od 1. 1. 2020. Proto se řeší spor mezi MŽP a MPO o to, kdo má kontrolovat plnění oněch podmínek u podporovaných kotlů. Druhým problémem jsou extrémně vysoké požadavky na emise, ale především účinnosti kotlů podle ekodesignu, které ženou výrobce ke konstrukčním řešením, která „selhávají“ v běžném provozu. A dalším problémem je způsob, jakým byla první výzva vyhodnocena z pohledu úspor emisí kvůli obměně starých kotlů za nové.

Problematika dozoru nad trhem

Pod pojem „dozor nad trhem“ jsou zahrnuty povinnosti státem určeného orgánu při kontrole uvádění nových výrobků na trh a do provozu. Obecný rámec pro dozor nad trhem v EU stanovuje nařízení EP a Rady č. 765/2008. Tento dokument nastavuje pravidla pro uvádění výrobků na trh a dozor nad ním (uvádění do provozu) hlavně z pohledu ochrany zdraví, bezpečnosti a životního prostředí. Co se týče teplovodních kotlů na pevná paliva, zmíněné nařízení bylo do české legislativy implementováno zákonem č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a prováděcím nařízením vlády č. 163/2002 o technických požadavcích na vybrané stavební výrobky. Dozorem nad trhem podle této platné legislativy je u nás pověřena ČOI (spadá pod MPO). U kotlů kontroluje, zda plní zákonné podmínky pro uvádění na trh a do provozu podle zák. 22/1997 Sb., tedy technické požadavky podle ČSN EN 303-5:2013 (pro emise a účinnost minimálně třída 3) a zda ověření shody s těmito podmínkami proběhlo u autorizované osoby.

Směrnice o ekodesignu zavádí nová speciální pravidla pro dozor nad trhem s výrobky spojenými se spotřebou energie. U nás jsou tato pravidla zavedena zákonem 406/2000 Sb. o hospodaření energií, který určuje jako dozorový orgán Státní energetickou inspekci (SEI). Problém je ovšem v tom, že právně jsou požadavky na ekodesign pro kotle na pevná paliva závazné až od roku 2020, proto SEI odmítá kontrolovat, zda dotované kotle plní požadavky na ekodesign. Protože fakt, že dotovaný kotel musí plnit technické požadavky podle ekodesignu, je dle názoru SEI pouze jakási nadstavba v dotačním programu, která ovšem není právně závazná (není zakotvena v žádném právním dokumentu – sdělení či nařízení vlády, vyhláška, zákon). Podle platné právní úpravy může kotle nadále kontrolovat pouze ČOI, ovšem jen zda plní minimální požadavky pro uvedení na trh a do provozu, tedy požadavky třídy 3 dle ČSN EN 303-5. No a MŽP zcela správně tvrdí, že nemá právní základ ani odborné kapacity k tomu, aby dozor nad trhem s dotovanými kotli provádělo. Nastala tedy situace, kdy je u dotovaných kotlů požadováno dosažení přísných parametrů, nicméně není nikdo, kdy by kontroloval, zda výrobci a prodejci nepodvádějí. To je umožněno i tím, že splnění podmínek ekodesignu nemusí potvrdit nezávislá autorizovaná zkušebna, ale mohou je deklarovat samotní výrobci.

Takový byl stav po ukončení první vlny dotací. Zda povedou složitá jednání mezi MPO a MŽP k výsledku a plnění podmínek ekodesignu bude u kotlů na pevná paliva v druhé vlně kontrolovatelné, ukáže budoucnost. Je to problém velice závažný, protože z různých stran se objevují více či méně podložené informace o tom, že až 30 % dotovaných kotlů není ve skutečnosti schopno plnit podmínky dotace, tedy provoz s požadavky podle ekodesignu.

Provozní vlasnosti dotovaných kotlů na pevná paliva

„Ekodesignové“ požadavky na emise a účinnosti, které mají podle Nařízení plnit kotle na pevná paliva, jsou velice přísné. Dokonce tak přísné, že Evropská Komise došla k závěru, že výrobci musí dostat dostatečný čas na to, aby se mohli na tyto podmínky připravit, a proto byla účinnost technické části Nařízení odložena až na rok 2020. Pro kotlíkové dotace u nás však jsou tyto podmínky požadovány již od roku 2015. To bohužel vedlo k tomu, že u mnoha kotlů bylo v laboratorních podmínkách při ověřování vlastností dosaženo požadovaných parametrů, ovšem v reálném provozu vznikají u těchto kotlů velké provozní problémy. Není zde prostor popsat všechny aspekty tohoto problému. Zaměřím se na ten nejmarkantnější, kterým jsou extrémně nízké teploty spalin již při jmenovitém výkonu.

Nejjednodušší cestou k dosažení vysoké účinnosti kotle je snížit na maximum jeho komínovou ztrátu, tedy ztrátu citelným teplem spalin. Existují ovšem jisté hranice, za které by se nemělo jít. Teplota spalin je totiž důležitá pro správné fungování spalinové cesty (dosažení požadovaného komínového tahu) a také by neměla dovolit dehtování a tvorbu kondenzátu v kotli a spalinových cestách. Proto se v „normálních předekodesignových“ dobách brala jako rozumná hranice pro teplotu spalin 150–200 °C při jmenovitém výkonu kotle. Ostatně i norma ČSN EN 303-5 uvádí hranici 160 °C+teplota prostředí (tedy 170–180 °C) jako hranici teploty spalin, pro kterou výrobce ještě nemusí udávat doporučení pro „… zajištění dostatečného tahu a zabránění vzniku kondenzátu a sazení v celém komínu“ [1]. Bohužel v honbě na zákazníky a za vysokou účinností ztratilo mnoho výrobců zdravý rozum a u svých „moderních“ kotlů srazily teplotu spalin při jmenovitém výkonu k hranici 100 °C a často i pod ni. To má bohužel fatální důsledky pro provoz těchto kotlů v běžných provozních podmínkách a také pro životnost a řádné fungování spalinových cest.

Kondenzace spalin

Obr. 1 Závislost nízkoteplotní koroze na teplotě stěny [3]

Hranici kondenzace spalin určuje tzv. teplota rosného bodu, což je teplota, při které dochází ke kondenzaci vodní páry ve spalinách. Velikost teploty rosného bodu ovlivňuje kvalita paliva (vlhkost, obsah vodíku a síry), přebytek vzduchu při jeho splování (čím vyšší přebytek, tím nižší rosný bod), ale také množství prachových části ve spalinách (tvoří kondenzační jádra). Díky absenci síry v palivu mají nejnižší teploty rosného bodu spaliny vzniklé spalováním dřevní biomasy (dřevo, brikety, pelety), a to okolo hranice 60 °C. Naopak přítomnost síry v hnědém uhlí může výrazně zvýšit teplotu rosného bodu vodní páry ve spalinách (cca 45 °C). Podle kominické „výpočtové“ normy ČSN EN 13384-1 může být přírůstek teploty rosného bodu spalin u hnědého uhlí až 90 °C [2]. Díky přítomnosti SO3 ve spalinách tak již při teplotách okolo 140–160 °C začíná kondenzovat kyselina sírová. Při teplotách na hranici 110 °C, kdy se tvoří nejvíce kondenzátu, vzniká první maximum koroze, která má devastující vliv na stěny kotlů i nerezových komínových vložek. Příklad průběhu koroze na stěnách kotle při spalování uhlí s rosným bodem spalin (směsi H₂SO₄ + H₂O) 160 °C je uveden na obr. č. 1. Jedná se o případ parního kotle spalujícího s minimálním přebytkem vzduchu (1,05–1,2), proto tak vysoký rosný bod. Pro teplovodní kotel bohužel relevantní grafickou závislost nemám k dispozici, nicméně průběh koroze je podobný.

Z výše popsaného je zřejmé, že kotle spalující uhlí, které mají teplotu spalin při jmenovitém výkonu nižší jak 150 °C, pracují prakticky v celém provozním rozsahu v kondenzačním režimu, který je ovšem u tohoto typu kotlů (na rozdíl od speciálních kotlů plynových) nežádoucí. A z výše popsaného je evidentní, že ani zapojení kotle s udržováním teploty vratné vody vyšší jak 50 °C nezabrání vzniku nízkoteplotní koroze přímo v samotném kotli.

Požadovaný tah komína a tvorba dehtu

Přestože mají moderní kotle na pevná paliva ventilátory, kterými je přiváděn a regulován spalovací vzduch do ohniště, požadují i tyto kotle pro optimální a „nízkoemisní“ průběh spalovacího procesu jistý komínový tah. Výrobci bývá zpravidla při jmenovitém výkonu požadován tah 12–20 Pa a to i při teplotách spalin 90–110 °C. Za ideálních podmínek těmto požadavkům vyhoví komíny o účinné výšce blížící se 9 metrům. Ovšem v dobách inverzí či v přechodném období s relativně vysokou venkovní teplotou, kdy je zapotřebí topit (při zátopu i na jmenovitý výkon), to je problém zpravidla neřešitelný. Výsledkem je rapidní zhoršení spalování. Nedostatečný tah komína znamená jeho zvýšený odpor a tím i hromadění spalin s kotli. To má za důsledek špatnou funkci ventilátoru, který nedodává dostatečné množství spalovacího vzduchu. Je nutné si uvědomit, že tyto ventilátory mají minimální elektrické příkony v řádech desítek wattů a jsou tedy schopny, řečeno kominickou terminologií, eliminovat či regulovat tlakovou ztrátu přívodu spalovacího vzduchu, ale v žádném případě nemají výkon na to, aby protlačily spaliny nefunkčním komínem. Zhoršení spalování má za důsledek prudké zvýšení koncentrací uhlovodíků a CO ve spalinách, což ve spojení s nízkou teplotou spalin znamená prudký nárůst tvorby dehtu v kotli, ale především ve spalinových cestách. I po relativně krátkém provozu v takovémto provozním stavu dochází k tak masivnímu zanesení spalinových cest, že se stávají prakticky nefunkčními.

Kvalita paliva

U extrémně náročných provozních podmínek má nezanedbatelný vliv na kvalitu spalovacího procesu také kvalita paliva. Aby celý systém ventilátor spalovacího vzduchu/ kotel/ spalinové cesty pracoval spolehlivě, musí být spalováno kvalitní palivo s minimální vlhkostí, obsahem popelovin a dostatečnou výhřevností. To je opět problém především u kotlů spalujících hnědé uhlí. Relativně kvalitního českého uhlí bývá na počátku topné sezóny pro maloodběratele nedostatek, proto se stále více nahrazuje uhlím dovezeným především z Polska. Pro jeho nízkou kvalitu (vysoký podíl popelovin, výhřevnost často pod 15 MJ/kg) se v Polsku používá pouze pro spalování ve velkých zdrojích, kdežto k nám se dováží jako kvalitní hnědé uhlí. Nízká kvalita má za důsledek zhoršení průběhu spalování, snížení komínových teplot a zvýšenou tvorbu dehtu. Což dle výše popsaného mechanismu vede k velkým problémům s provozem kotle i funkčností spalinových cest.

Výše popsané problémy nevycházejí pouze z teoretických úvah, ale jsou podloženy bohužel praktickými zkušenostmi, ověřenými v průběhu povinných kontrol kotlů na pevná paliva, které autor tohoto příspěvku provedl v roce 2016. Je tak pravděpodobné, že náhradou starého kotle za kotel tzv. nízkoemisní (ovšem nesrovnatelně náročnější na provozní podmínky) nedochází zdaleka k tak rapidnímu snížení emisí, jak se předpokládá.

Problematika vyhodnocení přínosů výměny kotlů

Zde mohu plynně navázat na předešlou kapitolu, ve které jsem popsal situace, ve kterých ani moderní nízkoemisní zdroje nemusí v reálném provozu emitovat nízké množství emisí. Tedy zdá se, že s touto variantou počítají i emisní faktory, kterých bylo použito při vyhodnocování přínosů první vlny kotlíkových dotací [4] (viz tabulka č. 1). Emisním faktorem je poměr hmotnosti znečišťující látky vztažné k hmotnosti paliva, u pevných paliv vyjádřené nejčastěji v [kg/t]. V tabulce jsou uvedeny při vyhodnocování používané EF a za lomítkem také emisní třídy, kterým dané EF odpovídají. Vybral jsem znečišťující látky, které jsou ověřovány při certifikaci kotlů dle EN 303-5:2012 (TZL, VOC), respektive při ověřování vlastností podle ekodesignu (ED, tedy navíc NO_x).

Při pohledu na emisní faktory uvedené v tabulce je zřejmé, že se předpokládá, že i nově podporované kotle, u kterých se požaduje splnění parametrů podle ekodesignu, v reálném provozu „produkují“ emise odpovídající emisní třídě 2 a 3. Trochu zarážející je fakt, že u uhelných automatických kotlů se předpokládají podstatně nižší emise prachu a uhlovodíků, než u kotlů peletových. Zde je nutné poznamenat, že stanovení přesných emisních faktorů je u malých zdrojů velice problematické, protože jak je patrné z textu výše, i moderní zdroje jsou do značné míry závislé na kvalitě obsluhy a paliva. Přesnost se zvyšuje s počtem měření a to u relativně nových „ekodesignových“ kotlů nebylo možné. Navíc opravdu objektivních hodnot lze docílit pouze měřením přímo u provozovatelů, což bohužel současná legislativa nepředepisuje.

Závěr

Rychlé zavedení přísných požadavků na teplovodní kotle spalující pevná paliva podle ekodesignu mají za následek velké technické i legislativní problémy. Ty legislativní, především zavedení řádného dozoru nad trhem s dotovanými kotli, jsou při troše dobré vůle řešitelné. Ovšem pokud budou i nadále nesmyslně zvyšovány virtuální technické parametry nových tzv. „nízkoemisních“ kotlů na úkor jejich reálných užitných vlastností, může se stát, že miliardy, vynaložené na výměnu starých kotlů v rámci kotlíkových dotací, přinesou nulový environmentální efekt.

Literatura

1. ČSN EN 303-5:2013 Kotle pro ústřední vytápění – Část 5: Kotle pro ústřední vytápění na pevná paliva, s ruční a samočinnou dodávkou, o jmenovitém tepelném výkonu nejvýše 500 kW – Terminologie, požadavky, zkoušení a značení, ÚNMZ, Praha, 2013.
2. ČSN EN 13384-1:2016 Komíny – Tepelně technické a hydraulické výpočtové metody – Část 1: Samostatné komíny, ÚNMZ, Praha, 2016.
3. ČERNÝ V., JANEBA B., TEYSSLER J.: Parní kotle, SNTL, Praha, 1983.
4. Sdělení odboru ochrany ovzduší ke způsobu výpočtu očekávaných efektů při náhradě stávajících kotlů v rodinných domech moderními zdroji vytápění pro účely zpracování analýzy proveditelnosti k žádostem krajů v rámci Specifického cíle 2.1 Prioritní osy 2 Operačního programu Životní prostředí 2014–2020, Dostupné z: http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/sd%C4%9Blen%C3%AD_ovzdusi/$FILE/OOO-Sdeleni_odhad_prinosu_SC-20150904.pdf.