Výměna kotlů a povinná akumulace

S povinnou výměnou kotlů na pevná paliva, které nevyhovují legislativním požadavkům na provoz od 1. září 2022, je spojeno mnoho problémů. Asi nejzávažnějším problémem je velikost kotelny, která v mnoha případech není schopna „pojmout“ nový kotel. Velká část nevyhovujících kotlů je provozována v místech, ve kterých není provedena plynofikace a z různých důvodů je nemyslitelné stávající zdroj nahradit elektrokotlem, kotlem na zkapalněný nebo stlačený plyn či tepelným čerpadlem. Jedinou alternativou pak zůstává náhrada starého nevyhovujícího kotle novým moderním kotlem opět na pevná paliva. Ovšem automatické kotle na pelety či uhlí jsou díky objemným násypkám paliva prostorově podstatně náročnější a většinu nově instalovaných ručně přikládaných kotlů na pevná paliva lze provozovat pouze v otopné soustavě s akumulací, což bývá prostorově náročnější než kotel automatický. Při původním umístění kotle se zpravidla nepočítalo s umístěním akumulační nádoby, takže kotelny jsou rozměrově minimální. Při jejich rekonstrukcích se tak často řeší otázky …kam, jak velkou, či zda vůbec je možné akumulační nádrž někam umístit. Popíšeme si normativní a legislativní povinnosti spojené s nutností akumulačního provozu teplovodních kotlů na pevná paliva a pokusíme se definovat minimální požadavky na velikost akumulační nádrže.

Kdy je nutná akumulace

Pro provozovatele nového kotle na pevná paliva je rozhodující, co o povinnosti akumulačního provozu říká výrobce kotle v „Návodu k instalaci a provozu kotle“. Pro provozování stacionárních spalovacích zdrojů jsou závazná ustanovení § 17 zákona č. 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší. Konkrétně v odstavci (1) písmeno a) se hovoří o tom, že:

Provozovatel zdroje je povinen uvádět do provozu a provozovat stacionární zdroj v souladu s podmínkami pro provoz stanovenými výrobcem.

Jinak řečeno, není podstatné, co určuje norma, která je závazná pro výrobce kotle (v tomto případě norma ČSN EN 303-5), ale pro provozovatele jsou právně závazné požadavky na provoz zdroje definované jeho výrobcem. Norma výrobci stanoví, kdy má provozovatele upozornit na nutnost akumulačního provozu (viz dále), ale pokud to v Návodu výrobce v podmínkách pro provoz neuvede, pro provozovatele zdroje je zásadní, co je uvedeno v tomto technickém dokumentu.

Akumulace a kotlíkové dotace

V rámci kotlíkových dotací je u nově instalovaných ručně přikládaných kotlů akumulační provoz povinný vždy! Tedy nezáleží na tom, zda nutnost napojit kotel na akumulační nádrž uvádí v technické dokumentaci výrobce. V závazných pokynech pro 3. vlnu kotlíkových dotací, které vydal SFŽP (základní podmínky, které musí ve svých výzvách dodržet jednotlivé kraje, které finální výzvy pro své občany vyhlašují) je u kotlů na biomasu (kotle na jiný druh pevných paliv není podporován) uvedeno, že v případě kotlů s ručním přikládáním je vyžadováno současné užití akumulační nádoby:

• o minimálním objemu 55 l/kW instalovaného výkonu kotle (včetně případného zásobníku teplé vody, pokud je tímto kotlem ohříván)
• nebo min. objem akumulační nádoby ve vztahu k instalovanému výkonu a dalším parametrům kotle vychází z postupu uvedeného v části 4.4.6 ČSN EN 303-5 „Kotle pro ústřední vytápění“ a je součástí projektové dokumentace realizované příslušně autorizovanou osobou (Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků ve výstavbě).

Jinak řečeno, pokud bude kotel instalován bez předchozího zpracování projektové dokumentace autorizovaným projektantem, musí být povinně použito akumulace o paušálně stanoveném minimálním objemu 55 litrů na kW instalovaného jmenovitého výkonu kotle. Což je poměrně značný objem, se kterým (dle důvodů uvedených v úvodu k tomuto článku) může být při výměně kotle prostorový problém. V případě, že bude při instalaci použito menšího objemu akumulace, musí to být autorizovaným projektantem náležitě spočteno a zdůvodněno (dle metodiky definované v normě ČSN EN 303-5). Protože jinak by nebyly splněny podmínky programu Kotlíkové dotace a příjemce podpory by se dopustil podvodu. Je velmi pravděpodobné, že by tento nesprávný postup byl odhalen při následné, zákonem na ochranu ovzduší předepsané kontrole kotle, kdy již bude zcela běžně zavedená povinnost protokoly z kontrol zapisovat do centrálního registru.

Minimální objem akumulační nádrže podle ČSN EN 303-5

Před tím, než je na trh uveden nový model teplovodního kotle, musí nejdříve projít počáteční zkouškou u autorizované osoby (zkušebny) s tím, že se ověřuje jeho shoda s normou ČSN EN 303-5 (norma platná pro konstrukci a zkoušení teplovodních kotlů na pevná paliva do 500 kW). Posuzuje se konstrukce kotle, jeho bezpečnost provozu a provozní parametry (blíže v článku Prodej kotlů na pevná paliva třídy 4 rokem 2019 neskončí!).

Kotel musí plnit minimální požadavky na emise a účinnost (podle kterých je poté zařazen do určité třídy) pro jmenovitý výkon a také pro snížený výkon, který musí být minimálně 30 % jmenovitého výkonu. U automatických kotlů to platí bezpodmínečně. U kotlů s ručním přikládáním je uvedena možnost, že parametry při minimálním výkonu nemusí být ověřovány, popřípadě mohou být ověřeny při výkonu vyšším jak 30 % výkonu jmenovitého. V tomto případě ovšem norma stanovuje, že výrobce v technické dokumentaci musí vyžádat, aby byl kotel vždy připojen k akumulačnímu zásobníku.

Podle normy se má minimální objem akumulační nádrže VSP stanovit výpočtem ze znalosti jmenovitého výkonu kotle Q_N, tepelné ztráty budovy (výpočtový požadavek na výkon kotle) Q_H, minimálního garantovaného (certifikací ověřeného) výkonu kotle Q_min a doby hoření jedné náplně paliva při jmenovitém výkonu T_B. Vztah pro výpočet je následující:

Pokud má kotel deklarován pouze jmenovitý výkon, pak se Q_min = Q_N.

Velikost zásobníku musí být u „vícepalivových“ kotlů stanovena podle paliva, které vyžaduje největší akumulační zásobník.

Minimální objem akumulačního zásobníku nesmí být menší než 300 litrů.

I když to v normě není uvedeno, všeobecně je uznáváno pravidlo, že do objemu akumulace lze započíst objem zásobníku teplé vody (bojleru).

Praktický výpočet

Pokud tedy je nutné zapojit kotel s akumulací a prostorově jsme „tlačeni“ do co nejmenšího objemu, je nutné provést „optimalizační“ výpočet. Známe výpočtové požadavky na požadovaný výkon zdroje Q_H, nový zdroj bude určen pouze pro provoz na jmenovitý výkon, tudíž se bude minimální tepelný výkon Q_min rovnat výkonu jmenovitému Q_N. Čím bližší si budou Q_N a Q_H, tím nižší budou požadavky na minimální objem akumulace VSP.

V současnosti se na našem trhu již nacházejí teplovodní kotle na pevná paliva s ručním přikládáním se jmenovitým výkonem 15 kW. Při prosté výměně starého kotle bez dalších stavebních úprav se požadavky na Q_H často pohybují nad hranicí 15 kW, takže by nemělo být problémem zvolit vhodný zdroj. Pro minimalizaci VSP lze u akumulačního provozu obhájit i volbu Q_N nižší, než je Q_H. Přeci jen, požadavky na výkon zdroje jsou počítány pro výpočtovou teplotu, která je v topné sezóně jen několik dní v roce. Běžně se uvádí okolo 4 % z celé otopné sezóny, tedy 8 až 10 dnů, ve kterých lze případný nedostatek výkonu kotle přijatelně eliminovat snížením tepelného komfortu v domě jen v některých místnostech. Při provozu s akumulační nádobou navíc není nutné zvyšovat výpočtový požadavek na výkon kotle pro zátop tak, jako při provozu bez ní.

Zásadní význam pro velikost VSP má doba hoření paliva na jedno přiložení. Normativně jsou stanoveny minimální doby hoření pro jmenovitý výkon u kotlů na biomasu 2 hodiny a u kotlů na uhlí 4 hodiny. Parametr T_B má dle normy výrobce uvádět v technické dokumentaci. U většiny kotlů výrobci uvádějí hlavně z konkurenčních důvodů hodnoty vyšší než normou požadované minimum. Ale pro stanovení minimálního objemu je obhajitelné použití minimální doby hoření. Hodnota udávaná výrobcem je maximální, ovšem v projektu lze v podmínkách provozu stanovit, že kotel bude provozován tak, že interval přikládání bude stanoven například na 2 hodiny u kotlů na dřevo (stanovením maximální hmotnosti paliva na jedno přiložení).

Kotel 15 kW a velikost AKU

Proveďme si konkrétní výpočet pro vytápění objektu s vypočteným požadovaným výkonem zdroje 17 kW. Protože je nutné minimalizovat objem akumulační nádrže, „odvážný“ projektant si vybere kotel s nepatrně nižším jmenovitým výkonem, než je výkon vypočtený. Na výběr jsou dva zplyňovací kotle na kusové dřevo o výkonu 15 kW. Pro výpočet použijeme normativně minimální stanovenou dobou hoření na jedno přiložení, tedy 2 hodiny. Potom:

[litrů]

Vhodným dimenzováním nového kotle je tedy možné snížit minimální objem akumulační nádrže na spodní minimální hranici 300 litrů u kusového dřeva.

Při spalování uhlí je minimální doba hoření 4 hodiny, takže zde by byl minimální požadovaný objem 600 litrů. U kombinovaného kotle, který je určen pro spalování kusového dřeva i hnědého uhlí je nutné zvolit velikost zásobníku podle paliva, které vyžaduje větší akumulaci.

Stejně velký kotel 15 kW instalovaný v rámci kotlíkových dotací a bez zpracování projektové dokumentace by měl mít minimální objem akumulace alespoň 825 litrů (15 × 55 = 825), což je náročnější na velikost zásobníku a samozřejmě také na velikost expanzní nádoby. Zde je nutné zdůraznit, že v příkladu výše vypočtený minimální objem 300 litrů pro kusové dřevo není optimálním řešením. Ovšem ve velké řadě případů jediným možným řešením, jak zvláště ve starých nevyhovujících zástavbách vyhovět legislativě. Požadavek na objem 55 litrů na kW instalovaného výkonu zdroje při kotlíkových dotacích vychází z podobných „dotačních“ podmínek v Německu.

Rozdělení a umístění akumulace

Legislativa tedy stanoví, kdy musí být použito akumulace a jaký je její minimální objem. Ovšem nikde není uvedeno, že veškerý objem akumulace musí být umístěn přímo v kotelně vedle zdroje. Samozřejmě je tento způsob z hlediska provozu zdroje i z pohledu regulace a distribuce tepla do otopné soustavy nejoptimálnější. Ovšem ne vždy lze z prostorových důvodů toto řešení zvolit. Závazné pokyny ke kotlíkovým dotacím uvádějí, že do akumulace lze započíst také objem zásobníku teplé vody, který může být umístěn například v koupelně a vedle kotle tak lze nainstalovat pouze menší vyrovnávací nádrž. Dle mého názoru je dán velký prostor dostatečně technicky podložené kreativitě projektantů. Setkal jsem se například i s dotazem, zda lze 100 litrů „chybějícího“ objemu akumulace zajistit záměnou 20 metrů projektovaného potrubí světlosti DN 25 náležitě zaizolovaným potrubím větší světlosti DN 80, neboť rozdíl v objemu vody u obou světlostí odpovídá požadovaným 100 litrům objemu navíc. Platné podmínky kotlíkových dotací takové kompromisní řešení nevylučují, takže takové nebo podobné jiné řešení možné je. Například i rozdělení akumulačního objemu na více nádob s tím, že budou umístěny v blízkosti rozvodů otopné vody na dostupných místech mimo v kotelnu. Projektant by měl navrhnout, jak takové řešení provést optimálně.

Závěr

U automatických kotlů na pevná paliva není normativně stanovena povinnost akumulačního provozu, ovšem v takovém případě tento typ kotlů musí být bezpodmínečně schopen provozu na snížený výkon, který je maximálně 30 % výkonu jmenovitého. U kotlů s ručním přikládáním, které nejsou výrobcem určeny na provoz se sníženým výkonem, který by dosahoval alespoň 30 % výkonu jmenovitého, musí výrobce v technické dokumentaci ke kotli uvést, že kotel je nutné provozovat pouze s akumulací. Pro provozovatele nového kotle jsou právně závazné podmínky pro provoz stanovené výrobcem.

Podmínky kotlíkových dotací jsou specifické a jdou nad rámec zákonem a normou daných podmínek.

V případě problémů s umístěním dostatečně velké akumulační nádrže v kotelně bezprostředně vedle kotle by měl minimální objem akumulace a rozmístění akumulačního objemu v otopné soustavě řešit vždy autorizovaný projektant.