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
Článek má za cíl přiblížit čtenáři problematiku stanovení emisí prachu z malých zdrojů spalující tuhá paliva. V první části článku jsou uvedeny obecné legislativní požadavky, které jsou kladeny na tyto zdroje v rámci Evropy. Podrobněji jsou pak požadavky na prach rozepsány pro Českou republiku a pro některé další evropské státy. V další části jsou popsány metody pro stanovení emisí prachu včetně nastínění problémů, které jsou spojeny s reprezentativním stanovením prachu.
1. Úvod
Vytápění rodinných domů tuhými palivy představuje významný zdroj znečišťujících látek emitovaných do ovzduší a to nejen v České republice, ale i v dalších evropských zemích. Spalování tuhých paliv v malých topeništích je vždy doprovázeno produkcí škodlivin do ovzduší a úkolem výrobců, výzkumných pracovišť a samozřejmě také provozovatelů zařízení je tuto produkci minimalizovat na přijatelnou míru. Významnou znečišťující látkou, která vzniká spalováním tuhých paliv v topeništích malých výkonů, je prach. Množství prachu, který rodinný dům vypouští do ovzduší, je ovlivněno především kombinací čtyř základních faktorů: 1) typem spalovacího zařízení, 2) typem použitého paliva, 3) kvalitou obsluhy a důležitou úlohu zde hraje také 4) kvalitní údržba zařízení a spalinových cest [1]. Pokud se zaměříme na první zmíněný faktor, kterým je typ spalovacího zařízení, tak můžeme říci, že jedním z možných nástrojů pro to, jak snížit emise prachu do ovzduší, je nastavení legislativních požadavků, které jsou na daná zařízení kladena. Základní limitní požadavky na emise prachu jsou pro Evropu jednotné. Nicméně některé země si tento limit navíc zpřísňují národními požadavky. Pokud existují limitní hodnoty, je také nutné mít metodu, která ověří jejich plnění. Pro stanovení prachu ve spalinách existuje pro malé spalovací zdroje celá řada metodik, dosud však chybí jednotná evropská metodika, která by umožnila vzájemné porovnání výsledků z různých evropských zkušeben.
2. Prach z malých spalovacích zdrojů
Studie ukazují, že emise celkového prachu z malých zdrojů (TZL – tuhé znečišťující látky, nebo v zahraniční literatuře označován jako TSP – total suspended particles) jsou dominantně tvořeny jemnými částicemi, např. podle [2] frakce PM1 (částice ≤ 1 µm) tvoří celkový prach při spalování dřeva v lokálních topeništích více než z hm. 90 %. Pokud se zaměříme na emise prachu a jejich původ, můžeme říci, že prach ve spalinách pochází ze dvou zdrojů [3]:
- z popeloviny – anorganické nespalitelné části paliva (u dřeva tato část představuje přibližně hodnotu do 1 % hmotnosti a u uhlí cca 5–20 %). Větší část popele zůstane v popelníku, na roštu a ve výměníku spalovacího zařízení. Popelovina je ta část paliva, která nehoří. Popel je tuhý zbytek po spálení, který je tvořen popelovinou, nespáleným palivem, sazemi apod.
- z produktů nedokonalého spalování – saze a zkondenzované organické látky (uhlovodíky, dehty).
Z výsledků měření vyplývá, že při špatně provozovaném spalovacím zařízení zastaralého typu může prach z nedokonalého spalování tvořit až 90 % z celkových emisí prachu [2]. U správně provozovaného moderního spalovacího zařízení je prach převážně tvořen částicemi popeloviny, takže emise prachu jsou výrazně nižší.
3. Legislativní požadavky na prach pro malé spalovací zdroje
Následující část se věnuje obecnému popisu legislativních požadavků na emise prachu, které jsou kladeny na malé spalovací zdroje jednak v celé Evropě, ale také jsou popsány výjimky, které zpřísňují požadavky na emise prachu. Představiteli těchto výjimek jsou země jako například Německo a Rakousko, které jsou evropskými leadery v této oblasti. Zvláštní pozornost je pak věnována situaci v České republice.
3.1. Evropa obecně
Pro kotle na tuhá paliva určené k ústřednímu vytápění se samočinnou nebo ruční dodávkou platí evropská norma EN 303-5:2012 [4], která byla v roce 2012 novelizovaná a nahrazuje předchozí normu z roku 1999 [5]. Novelizovaná norma je nově určena pro kotle o jmenovitém tepelném výkonu až do 500 kW (předchozí verze normy byla do 300 kW). Zatímco v předchozí verzi normy z roku 1999 lze nalézt emisní třídu 1 až 3, tak současná verze normy požadavky na emise zpřísňuje, ruší emisní třídy 1 a 2 a navíc zavádí emisní třídy 4 a 5. Limitní hodnoty jsou stanoveny pro CO, TOC, TZL.
V tabulce Tab. 1 jsou uvedeny mezní hodnoty pro prach v rámci jednotlivých emisních tříd. Pro lepší představu o zpřísnění jsou v tabulce uvedeny také hodnoty z předchozí verze normy. Mezní hodnoty jsou udány pro referenční kyslík 10%. Pro možnost snadnějšího srovnání s dále uvedenými tabulkami (požadavky na emise prachu v Německu, Rakousku a Norsku) jsou v závorce uvedené hodnoty prachu přepočteny na referenční kyslík 13%.
| Dodávka paliva | Palivo | Jmenovitý tepelný výkon [kW] | Mezní hodnota pro prach1) [mg/m3N] při 10% O2 (při 13% O2) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EN 303-5:1999 | EN 303-5:2012 | |||||||
| Třída 1 | Třída 2 | Třída 3 | Třída 34) | Třída 4 | Třída 5 | |||
| Ruční | Biologické | ≤ 50 | 200 (145) | 180 (131) | 150 (109) | 75 (54) | 60 (44) | |
| > 50 až 150 | 200 (145) | 180 (131) | 150 (109) | |||||
| > 50 až 3002), 5003) | 200 (145) | 180 (131) | 150 (109) | |||||
| Fosilní | ≤ 50 | 180 (131) | 150 (109) | 125 (91) | ||||
| > 50 až 150 | 180 (131) | 150 (109) | 125 (91) | |||||
| > 50 až 3002), 5003) | 180 (131) | 150 (109) | 125 (91) | |||||
| Samočinná | Biologické | ≤ 50 | 200 (145) | 180 (131) | 150 (109) | 60 (44) | 40 (29) | |
| > 50 až 150 | 200 (145) | 180 (131) | 150 (109) | |||||
| > 50 až 3002), 5003) | 200 (145) | 180 (131) | 150 (109) | |||||
| Fosilní | ≤ 50 | 180 (131) | 150 (109) | 125 (91) | ||||
| > 50 až 150 | 180 (131) | 150 (109) | 125 (91) | |||||
| > 50 až 3002), 5003) | 180 (131) | 150 (109) | 125 (91) | |||||
| 1) vztahuje se k suchým spalinám, teplotě 0 °C, tlaku 101,325 kPa 2) platí pro předchozí verzi EN 303-5 z roku 1999 – jmenovitý tepelný výkon do 300 kW 3) platí pro současnou verzi EN 303-5 z roku 2012 – jmenovitý tepelný výkon do 500 kW 4) pro 3. emisní třídu je v aktualizované normě z roku 2012 vložena výjimka, kde kotle určené pro spalování rostlinné biomasy dle EN 14961-6 (např. sláma, miscanthus, rákos, jádra apod.) a ostatních tuhých paliv dle EN 14961-1 (např. rašelina) nemusí plnit uvedené limity. Nicméně je zde dále uvedeno, že koncentrace prachu ve spalinách při spalování těchto paliv nesmí překročit hodnotu 200 mg/m3 při 10% O2. | ||||||||
Co se týče ostatních spalovacích zařízení, tak obecně v rámci Evropy pro lokální spotřebiče určené pro vytápění místností, ve kterých jsou umístěné (krbová kamna a vložky, kachlová kamna), nebo spotřebiče určené k vaření (sporáky) a spalující tuhá paliva nejsou legislativní požadavky na koncentraci prachu ve spalinách kladeny.
3.2. Česká republika
V České republice jsou kotle na ústřední vytápění certifikovány podle české verze evropské normy – ČSN EN 303-5:2000 [7]. Navíc od 1. září 2012 u nás platí nový zákon o ochraně ovzduší [8], který upravuje podmínky pro provozování a prodej malých spalovacích zařízení. Konkrétně se jedná o spalovací stacionární zdroje o jmenovitém tepelném příkonu 300 kW a nižším, které slouží jako zdroje tepla pro teplovodní soustavu ústředního vytápění.
Nový zákon o ochraně ovzduší říká:
- Osoba uvádějící na trh v České republice spalovací stacionární zdroj o jmenovitém tepelném příkonu 300 kW a nižším, který slouží jako zdroj tepla pro teplovodní soustavu ústředního vytápění, je povinna prokázat certifikátem podle jiného právního předpisu [9], že spalovací stacionární zdroj splňuje emisní požadavky podle tabulky Tab 2. Tyto hodnoty omezují prodej nových spalovacích zařízení a platí pro výrobce, dovozce a prodejce.
Pozn. Tento článek se zabývá emisemi prachu, proto v následující tabulce jsou uvedeny mezní hodnoty pouze pro tuto znečišťující látku. Zatímco v normě ČSN EN 303-5 jsou kotle klasifikovány do emisních tříd podle jmenovitého tepelného výkonu, tak v novém zákoně o ochraně ovzduší jsou stacionární zdroje rozděleny dle jmenovitého tepelného příkonu. Minimální mezní hodnoty pro prach platné od 1. ledna 2014 víceméně odpovídají hodnotám emisní třídy 3 normy EN 303-5, resp. emisní třídy 4 pro hodnoty platné od 1. ledna 2018.
| Dodávka paliva | Palivo | Jmenovitý tepelný příkon [kW] | Minimální mezní hodnoty pro prach1) [mg/m3N] | |
|---|---|---|---|---|
| Od 1. ledna 2014 | Od 1. ledna 2018 | |||
| Ruční | Biologické | ≤ 65 | 150 | 75 |
| > 65 až 187 | 150 | |||
| > 187 až 300 | 150 | |||
| Fosilní | ≤ 65 | 125 | ||
| > 65 až 187 | 125 | |||
| > 187 až 300 | 125 | |||
| Samočinná | Biologické | ≤ 65 | 150 | 60 |
| > 65 až 187 | 150 | |||
| > 187 až 300 | 150 | |||
| Fosilní | ≤ 65 | 125 | ||
| > 65 až 187 | 125 | |||
| > 187 až 300 | 125 | |||
| 1) vztahuje se k suchým spalinám, teplotě 0 °C, tlaku 101,325 kPa a k referenčnímu obsahu kyslíku 10 %; pro sálavé spalovací stacionární zdroje, určené pro připojení na teplovodní soustavu ústředního vytápění a k instalaci v obytné místnosti, se hodnoty vztahují k referenčnímu obsahu kyslíku 13 %. | ||||
Mezi povinnosti provozovatele malého zdroje podle nového zákona o ochraně ovzduší patří:
- Provozovat spalovací stacionární zdroj na tuhá paliva o jmenovitém tepelném příkonu od 10 do 300 kW včetně, který slouží jako zdroj tepla pro teplovodní soustavu ústředního vytápění, v souladu s minimálními požadavky, které odpovídají emisní třídě 3 dle [7], a to nejpozději do 10 let od nabytí účinnosti tohoto zákona, tedy do 1. září 2022. To znamená, že po tomto termínu se tyto limity vztahují také na provozovatele, tedy běžné občany, kteří doma topí tuhými palivy.
- Provádět jednou za dva kalendářní roky prostřednictvím osoby, která byla proškolena výrobcem spalovacího stacionárního zdroje a má od něj udělené oprávnění k jeho instalaci, provozu a údržbě, kontrolu technického stavu a provozu spalovacího stacionárního zdroje na tuhá paliva o jmenovitém tepelném příkonu od 10 do 300 kW včetně, který slouží jako zdroj tepla pro teplovodní soustavu ústředního vytápění, a předkládat na vyžádání obecnímu úřadu obce s rozšířenou působností doklad o provedení této kontroly vystavený odborně způsobilou osobou potvrzující, že stacionární zdroj je instalován, provozován a udržován v souladu s pokyny výrobce a tímto zákonem. Provozovatel je podle zákona povinen zajistit provedení první kontroly technického stavu a provozu nejpozději do 31. prosince 2016. Zatím však není známo, co přesně se v rámci této kontroly bude provádět.
- Zákon o ochraně ovzduší zavádí také opatření pro dodržování této legislativy, včetně definovaných sankcí. Pokud provozovatel zdroje neprovede jednou za dva kalendářní roky kontrolu technického stavu a provozu spalovacího stacionárního zdroje prostřednictvím odborně způsobilé osoby, hrozí mu pokuta ve výši až 20 000 Kč. V případě spalování nevyhovujícího paliva (uhelné kaly, lignit, proplástky, …) hrozí provozovateli pokuta až 50 000 Kč.
3.3. Německo
Německo požadavky na emise prachu ze spalovacích zařízení zpřísňuje a to dle nařízení 1. BIm-SchV o spalovacích zařízeních [10]. V tomto nařízení lze najít emisní limity pro prach, které jsou určeny jak pro kotle pro ústřední vytápění (Tab. 3), tak pro lokální spotřebiče (Tab. 4).
| Palivo | Jmenovitý tepelný výkon [kW] | Prach1) [mg/m3N] při 13% O2 |
|---|---|---|
| Černé uhlí, hnědé uhlí, rašelina | ≥ 4 až 500 | 90 |
| Přírodní dřevo kusové, štěpka, piliny | ≥ 4 až 500 | 100 |
| Dřevní pelety, brikety | ≥ 4 až 500 | 60 |
| Povrchově upravené dřevo, překližky | ≥ 30 až 100 | 100 |
| ≥ 100 až 500 | 100 | |
| Sláma a podobné materiály | ≥ 4 až 100 | 100 |
| Od 1. 1. 2015 - 1. BImSchV Stufe 2 | ||
| Černé uhlí, hnědé uhlí, rašelina, přírodní dřevo kusové, štěpka, piliny, dřevní pelety, brikety | ≥ 4 | 20 |
| Povrchově upravené dřevo, překližky | ≥ 30 až 500 | |
| Sláma a podobné materiály | ≥ 4 až 100 | |
| 1) vztahuje se k suchým spalinám, teplotě 0 °C a tlaku 101,325 kPa | ||
| Typ zařízení | Prach1) [mg/m3N] při 13% O2 | |
|---|---|---|
| Stufe 1 | Stufe 2 (od 1. 1. 2015) | |
| Interiérové topidlo s/bez násypné šachty (EN 13240) | 75 | 40 |
| Vestavné spotřebiče k vytápění a krbové vložky (EN 13229) | ||
| Akumulační kamna (EN 15250) | ||
| Varné spotřebiče (EN 12815) | ||
| Kamna na pelety bez ohřevu vody (EN 14785) | 50 | 30 |
| Kamna na pelety s ohřevem vody (EN 14785) | 30 | 20 |
| 1) vztahuje se k suchým spalinám, teplotě 0 °C, tlaku 101,325 kPa | ||
3.4. Rakousko
V Rakousku rovněž platí přísnější emisní limit pro prach, a to obecně pro všechna spalovací zařízení o výkonu do 400 kW. Požadavky na mezní hodnoty emisí prachu jsou uvedeny v dohodě 15a B-VG (2011) [11].
| Palivo (spalovací zařízení) | Jmenovitý výkon [kW] | Prach [mg/MJ] | Prach1) [mg/m3N] při 13% O2 |
|---|---|---|---|
| Spalovací zařízení s ruční dodávkou paliva do ohniště | |||
| Dřevo (lokální spotřebiče) | ≤ 400 kW | 60 / 352) | 92 / 542) |
| Dřevo (kotle pro ústřední vytápění) | ≤ 400 kW | 50 / 302) | 76 / 462) |
| Ostatní biologická paliva | < 50 kW | 60 / 352) | 92 / 542) |
| ≥ 50 kW | 60 / 352) | 92 / 542) | |
| Fosilní paliva | < 50 kW | 50 / 352) | 72 / 542) |
| ≥ 50 kW | 50 / 352) | 72 / 542) | |
| Spalovací zařízení s automatickou dodávkou paliva do ohniště | |||
| Dřevní pelety (lokální spotřebiče) | ≤ 400 kW | 50 / 252) | 76 / 382) |
| Dřevní pelety (kotle pro ústřední vytápění) | 40 / 202) | 61 / 312) | |
| Ostatní dřevěná paliva | 50 / 302) | 76 / 462) | |
| Ostatní biologická paliva | 60 / 352) | 92 / 542) | |
| 1) přibližný přepočet na mg/m3N pro možnost srovnání byl proveden s těmito hodnotami: Paliva biologického původu: Qir = 15,6 MJ/kg, měrný vývin spalin: 10,2 m3N/kg při 13% O2 Fosilní paliva: Qir = 22,26 MJ/kg, měrný vývin spalin: 15,5 m3N/kg při 13% O2 2) přísnější emisní limit pro prach od 1. 1. 2015 | |||
3.5. Některé další výjimky v rámci Evropy
Norsko. Od roku 1997 všechna spalovací zařízení s uzavřeným ohništěm spalující dřevo instalovaná na území Norska musí projít certifikací dle NS 3058 Part 2 (metodika měření) [12] a NS 3059 (požadavky) [13]. Spalovací zařízení je zde definováno jako zařízení s uzavřeným ohništěm spalující dřevo, které je určeno pro vytápění místností, vaření nebo případně k jiné funkci. Emisní limit je vyjádřen v jednotce „gram prachu na kilogram suchého dřeva (bez obsahu vody)“ [g/kg]. Měření prachu se provádí pro čtyři různé kategorie spotřeby dřeva definované v normě NS 3058-1 a mezní hodnoty pro prach jsou následující:
| Maximální povolené množství prachu pro jeden test | Vážená průměrná hodnota pro čtyři kategorie určené v NS 3058-1 | |
|---|---|---|
| Zařízení s katalyzátorem | 10 g/kg (830 mg/m3N1)) | 5 g/kg (415 mg/m3N1)) |
| Zařízení bez katalyzátoru | 20 g/kg (1661 mg/m3N1)) | 10 g/kg (830 mg/m3N1)) |
| 1) orientační přepočet na mg/m3N pro možnost srovnání s výše uvedenými tabulkami byl proveden s měrným vývinem spalin 12 m3N/kg při 13% O2. Hodnota pro měrný vývin spalin je přepočítána pro dřevo bez obsahu vody. | ||
Spojené království. Legislativa UK o čistém ovzduší je sjednocena v “Clean Air Act” 1993 (c11). Tento zákon stanovuje v UK legislativní požadavky týkající se emisí z tuhých paliv, které jsou spalovány ve spotřebičích na tuhá paliva. Požadavky na stanovení emisí prachu se jsou dány BS 3841-1 [14] a BS 3841-2 [15]. Palivo zkoušené na otevřeném zkušebním zařízení dle BS 3841 nesmí emitovat více než 5 g/h prachu.
Finsko. Je zajímavostí, že v některých zemích EU dodnes nejsou legislativní požadavky na malé zdroje kladeny. Příkladem je Finsko (stav 2012). Změna stavu bude realizována v roce 2013.
4. Metody stanovení prachu z malých spalovacích zařízení
Na jedné straně jsou stanoveny legislativní požadavky (mezní hodnoty emisí pro prach), nicméně na straně druhé vyvstává korektní otázka týkající se existence reprezentativní metody stanovení prachu z malých spalovacích zařízení. Metodických postupů je více, ale každá metoda má svá specifika, která se projeví na výsledných stanovených hodnotách prachu, takže není snadné je navzájem porovnávat a jejich reprezentativnost je diskutabilní. Obecně jsou k dispozici dva základní přístupy pro stanovení prachu ve spalinách pro malé spalovací zdroje a to:
- přímý odběr vzorku spalin z kouřovodu za spalovacím zařízením (bez ředění),
- odběr naředěného vzorku spalin z ředicího tunelu (popř. použití jiné jiné ředicí metody).
Obr. 1 Vliv isokinetiky na trajektorii tuhých částic během odběru
Použití ředění spalin má hned několik opodstatnění. Pro malé spalovací zařízení se používá obecná gravimetrická metoda pro stanovení koncentrace prachu v proudící vzdušině EN 13284-1 [16] (popř. německá VDI 2066-1 [17], která z EN 13284-1 vychází, dále ISO 9096 [18]). Metody jsou založeny na gravimetrickém vyhodnocení odebraného vzorku. Gravimetrické vyhodnocení spočívá v tom, že částice jsou zachyceny na filtru umístěném v zachycovači za odběrovou sondou a množství zachyceného prachu na filtru je pak dáno jednoduše rozdílem hmotnosti filtru po odběru a před odběrem. Uvedené metody mají společné to, že vyžadují isokinetický odběr vzorku spalin (rychlost odebíraného vzorku v ústí hubice „v“ je shodná s rychlostí spalin „w“ v komíně). Isokinetického odběru však nelze v kouřovodu ihned za spalovacím zařízením dosáhnout, protože rychlost spalin je zde proměnlivá a pro přesné měření příliš nízká (cca 0,5 až 2 m/s). Vyšší rychlosti, která umožní isokinetický odběr vzorku, se dosáhne naředěním spalin (rychlost v ředicím tunelu se zvýší cca na 4–8 m/s). Vliv isokinetiky na odběr prachu z kouřovodu zobrazuje obrázek Obr. 1. V případě, že rychlost vzorku spalin v ústí hubice je výrazně vyšší než rychlost spalin v potrubí (na obrázku případ b), dochází k tomu, že větší částice prachu pokračují setrvačností v původní trajektorii letu, tím částice ztrácíme, a výsledek měření pak vykazuje nižší hodnoty v porovnání s isokinetickým odběrem (a). Znázornění s označením c) představuje opačný případ, kdy větší částice se naopak díky své setrvačnosti do ústí hubice dostanou a konečný výsledek měření je nadhodnocen oproti isokinetickému odběru. Na druhou stranu je nutné také zmínit to, že čím jsou emitované částice menší, tím se vliv neisokinetiky odběru snižuje.
Dalším problémem je, že koncentrace prachu v komíně jsou příliš vysoké a dochází tak k rychlé blokaci filtru. To také způsobuje komplikace v případě použití online přístrojů (např. čítačů částic a přístrojů pro velikostní distribuci částic). Ředěním se dále docílí toho, že teplota spalin se sníží a některé složky ve spalinách, které byly v kouřovodu hned za spalovacím zařízením v plynné fázi (některé uhlovodíky), zkondenzují na povrchu částic prachu, které slouží jako kondenzační jádra. Tím dojde k navýšení hmotnosti částic, které jsou pak zachyceny na filtru. Hodnota prachu stanovená v ředicím tunelu je vyšší oproti hodnotě prachu stanovené přímo za spalovacím zařízením (před naředěním), ale můžeme říci, že chování prachu a uhlovodíků v ředicím tunelu se více podobá chování prachu, který vychází z reálného komína.
Pro měření prachu z malých spalovacích zařízení jsou v Evropě k dispozici následující národní metodiky:
- norská metodika – NS 3058 Part 2 [12] (metoda s ředicím tunelem)
- rakousko/německá metodika – certifikace dle DIN+ (neisokinetický odběr vzorku spalin z komína za spalovacím zařízením)
- metodika Spojeného království – BS 3841 Part 2 [15] (metoda s ředicím tunelem nebo metoda využívající elektrostatický odlučovač, který je umístěn nad zkušebním komínem)
Ve světě lze najít další metodiky. Za zmínku stojí:
- metodiky Spojených států – EPA Method 5G [20] (metoda s ředicím tunelem) a Method 5H [21] (odběr vzorku spalin přímo z komína za spalovacím zařízením)
- australsko/novozélandská metodika – AS/NZS 4013 [22] (metoda s ředicím tunelem).
V normě ČSN EN 303-5:1999 jsou určeny mezní hodnoty emisí pro prach a dále je zde uvedeno, že pro stanovení prachu lze použít elektrostatickou nebo gravimetrickou metodu. V příloze normy je doporučena vhodná měřící metoda (sestava dle metodiky Spojeného království a EN 13284-1) s poznámkou, že je možné použít jiné národní metodiky s ohledem na požadavky normy (mezní hodnoty chyb nesmí překročit ±5 % mezních hodnot emisí uvedené v normě).
Obr. 2 ukazuje dva možné způsoby stanovení emisí prachu z malého spalovacího zařízení, kterými se může stanovit koncentrace prachu ve spalinách při testování spalovacích zařízení malých výkonů na zkušebně Výzkumného energetického centra v Ostravě [23]. První způsob představuje odběr prachu přímo z komína pomocí odběrové aparatury dle DIN+. Druhý a složitější způsob, avšak z výše uvedených důvodů oprávněně používaný, je způsob, kdy vzorek spalin je odebírán z ředicího tunelu až po naředění spalin okolním vzduchem.
Obr. 2 Ředicí tunel a dva možné způsoby stanovení prachu (přímý odběr vzorku spalin a odběr vzorku z ředicího tunelu)
5. EN-PME-TEST aneb společná evropská metodika
Pod označením EN-PME-TEST se skrývá název pro celoevropský projekt, mezi jehož hlavní cíle patří výměna zkušeností z měření prachu z malých zdrojů a především pak vytvoření jednotné evropské metodiky. Na projektu spolupracuje 16 institucí z 10 evropských států včetně České republiky (VŠB-TU Ostrava – Výzkumné energetické centrum). Nová společná metodika by měla být navržena tak, aby byla použitelná nejen při testování spalovacího zařízení ve zkušební laboratoři, ale zejména pro stanovení emisí prachu při reálném provozu.
Mezi základní otázky, na které musí projekt odpovědět, patří:
- co se bude měřit a v jakých jednotkách bude výsledek vyjádřen?
- kde bude vzorek spalin odebírán?
- jaké budou podmínky při odběru vzorku (teplota, ředicí poměr, rychlost spalin při odběru, úprava odebraného vzorku)?
- jak metodiku přizpůsobit pro použití v terénu – u provozovatelů?
Projekt EN-PME-TEST je řešen v letech 2012 až 2014.
6. Závěr
Reprezentativní stanovení prachu z malých spalovacích zařízení na tuhá paliva vyžaduje značné úsilí a pro partnery spolupracující na vytvoření jednotné evropské metodiky v rámci projektu EN-PME-TEST, tak představuje nelehký, nicméně ambiciózní, úkol. Již definice toho, co je to prach, je složitá. Do celkového prachu lze zahrnout jak částice popeloviny, tak i částice vzniklé nedokonalým spalováním (saze, dehty apod.), které mohou být za různých podmínek v různém skupenství – v plynném, kapalném či pevném. Výsledek měření je tak ovlivněn tím, kde a za jakých podmínkách byl vzorek spalin odebrán. Při návrhu jednotné evropské metodiky, nejde ani tak o to přiblížit se skutečné hodnotě, ale o to, aby výsledky získané touto metodou byly vzájemně porovnatelné.
7. Poděkování
Tento článek vznikl za podpory MŠMT v rámci řešení těchto projektů: SGS-SP2012/173 „Zpřesňování metodiky testování“, MPO v rámci řešení projektu FR-TI1/178 Krbová kamna se sníženou produkcí prachu, MŠMT v rámci řešení projektu CZ.1.05/2.1.00/01.0036 Inovace pro efektivitu a životní prostředí, Příležitost pro mladé výzkumníky, reg. č. CZ.1.07/2.3.00/30.0016, podpořeného Operačním programem Vzdělávání pro konkurenceschopnost a spolufinancovaného Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
8. Reference
- [1] Horák, J., Kubesa, P. Co nejvíce ovlivní to, co vychází z našeho komína. VŠB-TUO, VEC [online]. 2011, č. 1 [cit. 2012-10-29]. Dostupné z: http://vec.vsb.cz/cz/zkusebna/edukativni-show-smokeman-zasahuje.html.
- [2] Biomass combustion in residential heating: particulate measurements, sampling, and physicochemical and toxicological characterisation, Final report series of Department of Environmental Science, University of Kuopio. 2008, ISSN 0786-4728.
- [3] Measurements of particles from residential combustion of solid fuel – Nordic basis for a new coming CEN standard: Preliminary Final Report to the Nordic Council of Ministers, Working Group Sea and Air. 2006.
- [4] EN 303-5:2012. Heating boilers – Part 5: Heating boilers for solid fuels, manually and automatically stoked, nominal heat output of up to 500 kW – Terminology, requirements, testing and marking.
- [5] EN 303-5:1999. Heating boilers – Part 5: Heating boilers for solid fuels, hand and automatically stocked, nominal heat output of up to 300 kW – Terminology, requirements, testing and marking.
- [6] Austrian energy agency. EU Ökodesignrichtlinie aus Sicht der österreichischen Kesselhersteller. Dostupné z: http://www.energyagency.at/fileadmin/dam/pdf/veranstaltungen/Eco_Weissinger.pdf.
- [7] ČSN EN 303-5:2000. Kotle pro ústřední vytápění – Část 5: Kotle pro ústřední vytápění na pevná paliva, s ruční nebo samočinnou dodávkou, o jmenovitém tepelném výkonu nejvýše 300 kW – Terminologie, požadavky, zkoušení a značení.
- [8] Sbírka zákonů č. 201/2012. Zákon ze dne 2. května 2012 o ochraně ovzduší.
- [9] Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů.
- [10] 1. BImSchV. Erste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen). 2010.
- [11] Vereinbarung gemäß Art. 15a B-VG über das Inverkehrbringen von Kleinfeuerungen und die Überprüfung von Feuerungsanlagenund Blockheizkraftwerken. 2011.
- [12] NS 3058-2: 1994. Enclosed Wood Heaters – Smoke Emission – Part 2: Determination Of Particulate Emission.
- [13] NS 3059: 1994. Enclosed Wood Heaters – Smoke Emission requirements.
- [14] BS 3841-1:1994 Determination of smoke emission from manufactured solid fuels for domestic use. General method for determination of smoke emission rate.
- [15] BS 3841-2:1994 Determination of smoke emission from manufactured solid fuels for domestic use. Methods for measuring the smoke emission rate.
- [16] EN 13284-1. Stationary source emissions – Determination of low range mass concentration of dust – Part 1: Manual gravimetric method.
- [17] VDI 2066 Blatt 1:2006-11. Particulate matter measurement – Dust measurement in flowing gases – Gravimetric determination of dust load.
- [18] ISO 9096:2003. Stationary source emissions – Manual determination of mass concentration of particulate matter.
- [20] EPA Method 5G. Determination of particulate matter emissions from wood heaters (dilution tunnel sampling location).
- [21] EPA Method 5H. Determination of particulate matter emissions from wood heaters from stack location.
- [22] AS/NZS 4013(1999) : Domestic solid fuel burning appliances – Method for determination of flue gas emission.
- [23] Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava. Výzkumné energetické centrum. http://vec.vsb.cz.
- [24] Horák, J., Krpec, K., Dvořák, J., Hopan, F. Legislativní požadavky na teplovodní kotle na tuhá paliva určené k vytápění domácností. Topenářství – instalace, 2011, č. 5/2011, s. 50–54, ISSN 1211-0906.
- [25] Horák, J., Krpec, K., Dvořák, J., Hopan, F. Legislativní požadavky na spotřebiče určené k vytápění prostor, ve kterých jsou umístěny, popř. k přípravě pokrmů. Topenářství – instalace, 2011, č. 8/2011, s. 34–37, ISSN 1211-0906.
Aim of article is to explain the determination of dust emissions from small-scale combustion sources burning solid fuels. The first part of the article provides general information about legislative requirements which are intended for these appliances in Europe. More detailed requirements are written for the Czech Republic and some other European countries. The next part describes the methods which are used for determination of dust emissions including description of problems that are associated with a representative determination of dust.
