Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov
estav.tvnový videoportál

TZB-info / Vytápění / Vytápíme plynem / Stanovení roční produkce kondenzátu v kotli

Stanovení roční produkce kondenzátu v kotli

Ing. Vladimír Valenta
Recenzovaný

V příspěvku je uveden jednoduchý způsob výpočtu roční produkce kondenzátu v plynovém kondenzačním kotli.

Obr. 1 Závislost měrné zkondenzované vlhkosti na teplotě spalin a na součiniteli přebytku vzduchu
Obr. 1 Závislost měrné zkondenzované vlhkosti na teplotě spalin a na součiniteli přebytku vzduchu

V příspěvku je uveden jednoduchý způsob výpočtu roční produkce kondenzátu v plynovém kondenzačním kotli. Porovnání skutečného množství vznikajícího kondenzátu a teoreticky vypočteného může být použito jako pomocný indikátor pro posouzení stupně kondenzace a rovněž tak pro zpřesnění doby, za kterou je nutné vyměnit náplň neutralizačního boxu, pokud je u kotle použit. Zjednodušení výpočtu vychází ze dvou předpokladů. Za prvé, že průběh teploty zpětné vody v závislosti na vnější teplotě bude lineární (čili zpětná topná křivka bude nahrazena přímkou). Za druhé, že vnější teplota bude mít rovnoměrnou dobu výskytu během otopného období. V rámci výpočtu se používá i jeden diagram. V příspěvku není uvedeno odvození výpočtových vztahů provedené autorem.

Při výpočtu se vychází ze závislosti měrné zkondenzované vlhkosti ∆xk (kg.m−3 ZP) (ZP je zemní plyn) na teplotě spalin ts a na součiniteli přebytku vzduchu λ (obr. 1). Měrnou zkondenzovanou vlhkost zde musíme chápat jako vlhkost, která by vznikla při ochlazení spalin na referenční teplotu 25 °C. Skutečná měrná zkondenzovaná vlhkost je vždy menší, neboť závisí na skutečné teplotě spalin. V diagramu jsou také patrné teploty rosných bodů spalin tr, a to na ose ∆xk = 0.

Dále se bude pro názornost používat diagram (obr. 2) závislostí teploty zpětné vody t2 a teploty spalin ts na vnější teplotě te. K průběhu t2 = f (te) je ještě přidán lineární průběh ts − t2 = f (te), přičemž při Te je Ts − T2 = ∆Ts a při te = Ti je 0 K.

Výpočtový rozdíl teplot ∆Ts = Ts − T2 (K) stanovíme ze vztahu

∆Ts = {(ts − Ti) . (Ti − Te) / (Ti − te)} − T2 + Ti, (1)
 

kde je

ts
změřená teplota spalin [°C]
Ti
výpočtová vnitřní teplota [°C]
Te
výpočtová vnější teplota [°C]
te
změřená vnější teplota [°C]
T2
výpočtová teplota zpětné vody [°C].
 

Výpočtovou teplota spalin (°C) stanovíme ze vztahu

Ts = T2 + ∆Ts. (2)
 

Kondenzace vlhkosti ze spalin nastává, když je jejich teplota nižší než teplota rosného bodu tr, tj. v rozmezí teplot spalin tsh = tr a tsd, což je následující teplota.

Dolní teplotu spalin (°C) stanovíme ze vztahu

tsd = {(T2 − Ti + ∆Ts) . (Ti − teh) / (Ti − Te)} + Ti, (3)
 

kde je

teh
horní vnější teplota = vnější teplotě, při které začíná/končí vytápění [°C].
 

Dolní vnější teplota (°C) se stanoví ze vztahu

ted = Ti − (tsh − Ti) . (Ti − Te) / (T2 − Ti + ∆Ts), (4)
 

kde je

tsh
horní teplota spalin = tr [°C].
 

Rozsah vnějších teplot, při kterých dochází ke kondenzaci (K) je dán vztahem

∆tek = teh − ted, (5)
 

kde je

ted
dolní vnější teplota při teplotě rosného bodu [°C].
 

Doba, při které dochází ke kondenzaci (den), je dána vztahem

dk = do . ∆tek / (Ti − Te), (6)
 

kde je

do
doba vytápěcího období [den].
 

Rozsah teplot spalin (K), při kterých dochází ke kondenzaci je dán vztahem

∆tsk = tsh − tsd. (7)
 

Protože je závislost ∆xk f (ts ; λ) (obr. 1) dána mírně zakřivenou křivkou, je pro zachování přesnosti vhodné rozdělit rozsah teplot spalin na dvě oblasti. V každé oblasti se poté počítá se střední hodnotou teploty spalin.

Střední teplota spalin (°C) v rozsahu teplot spalin je dána vztahem

tsm = (tsh + tsd) / 2. (8)
 

Střední teplota spalin (°C) v 1. oblasti teplot spalin je dána vztahem

ts1 = (tsh + tsm) / 2. (9)
 

Střední teplota spalin (°C) ve 2. oblasti teplot spalin je dána vztahem

ts2 = (tsm + tsd) / 2. (10)
 

Střední vnější teplota (°C) v rozsahu vnějších teplot je dána vztahem

tem = (teh + ted) / 2. (11)
 

Střední vnější teplota (°C) v 1. oblasti vnějších teplot je dána vztahem

te1 = (tem + ted) / 2. (12)
 

Střední vnější teplota (°C) ve 2. oblasti vnějších teplot je dána vztahem

te2 = (tem + teh) / 2. (13)
 

Roční produkce kondenzátu v kotli (kg.rok−1) je dána vztahem

Mk = {1,2 . f . dk . Qn / (Ti − Te)} . ∑∆xkj . (Ti − tej), (14)
 

kde je

f
součinitel plného vytápění = 0,8 [–]
Qn
jmenovitý příkon kotle [kW]
∑∆xkj
měrná zkondenzovaná vlhkost v oblasti j pro tsj [kg.m−3 ZP]
tej
střední vnější teplota v oblasti j [°C]
j
index, pořadí oblasti = 1 a 2 [–].
 

Obr. 2 Závislost teploty zpětné vody a teploty spalin na vnější teplotě
Obr. 2 Závislost teploty zpětné vody a teploty spalin na vnější teplotě
Obr. 3 Příklad neutralizačního boxu kondenzátu používaného v kotelnách s kondenzačními kotli (Buderus)
Obr. 3 Příklad neutralizačního boxu kondenzátu používaného v kotelnách s kondenzačními kotli (Buderus)

Příklad

Zadání:

Máme stanovit produkci kondenzátu v plynovém kondenzačním kotli o jmenovitém příkonu Qn = 100 kW. Kotel je napojen na teplovodní soustavu, která podle záznamů dodržuje teploty T1 = 80, T2 = 60, Te = −12, teh = 12 a Ti = 20 °C. Délka otopného období je do = 220 dní. Při měření analyzátorem spalin byla zjištěna teplota výstupních spalin ts = 55,9 °C, součinitel přebytku vzduchu λ = 1,5 a vnější teplota te = −3 °C.

Řešení:

Výpočtový rozdíl teplot ∆Ts = Ts − T2 vypočítáme ze vztahu (1)

∆Ts = {(55,9 − 20) . (20 + 12) / (20 + 3)} − 60 + 20 = 10 K.
 

Výpočtovou teplota spalin stanovíme ze vztahu (2)

Ts = 60 + 10 = 70 °C.
 

Teplotu rosného bodu spalin odečteme z diagramu (obr. 1) pro součinitel přebytku vzduchu λ = 1,5 na ose ∆xk = 0 ve výši tr = 51 °C.

Dolní teplotu spalin vypočítáme ze vztahu (3)

tsd = {(60 − 20 + 10) . (20 − 12) / (20 + 12)} + 20 = 32,5 °C.
 

Dolní vnější teplotu vypočítáme ze vztahu (4)

ted = 20 − (51 − 20) . (20 + 12) / (60 − 20 + 10) = 0,2 °C.
 

Rozsah vnějších teplot, při kterých dochází ke kondenzaci vypočítáme ze vztahu (5)

∆tek = 12 − 0,2 = 11,8 K.
 

Dobu, při které dochází ke kondenzaci vypočítáme ze vztahu (6)

dk = 220 . 11,8 / (20 + 12) = 81,1 dne.
 

Rozsah teplot spalin, při kterých dochází ke kondenzaci vypočítáme ze vztahu (7)

∆tsk = 51 − 32,5 = 18,5 K.
 

Střední teplotu spalin v rozsahu teplot spalin vypočítáme ze vztahu (8)

tsm = (51 + 32,5) / 2 = 41,8 °C.
 

Střední teplotu spalin (°C) v 1. oblasti teplot spalin vypočítáme ze vztahu (9)

ts1 = (51 + 41,8) / 2 = 46,4 °C.
 

Střední teplotu spalin (°C) ve 2. oblasti teplot spalin vypočítáme ze vztahu (10)

ts2 = (41,8 + 32,5) / 2 = 37,2 °C.
 

Střední vnější teplotu v rozsahu vnějších teplot vypočítáme ze vztahu (11)

tem = (12 + 0,2) / 2 = 6,1 °C.
 

Střední vnější teplotu v 1. oblasti vnějších teplot vypočítáme ze vztahu (12)

te1 = (6,1 + 0,2) / 2 = 3,2 °C.
 

Střední vnější teplotu ve 2. oblasti vnějších teplot vypočítáme ze vztahu (13)

te2 = (6,1 + 12) / 2 = 9 °C.
 

Nejprve vypočítáme sumu pro vztah (14)

∑ = 0,33 . (20 − 3,2) + 0,86 . (20 − 9) = 15,0 kg.K−1,
 

přičemž se odečetly (obr. 1) hodnoty pro ts1 = 46,4 °C ∆xk1 = 0,33 kg.m−3 ZP a pro ts2 = 37,2 °C ∆xk2 = 0,86 kg.m−3 ZP.

Roční produkci kondenzátu v kotli vypočítáme ze vztahu (14)

Mk = {1,2 . 0,8 . 81,1 . 100 / (20 + 12)} . 15,0 = 3 650 kg.rok−1.
 

 
Komentář recenzenta Ing. Václav Mužík

Výpočet se opírá o naměřené hodnoty zjištěné při provozu již realizovaného zařízení (teplota spalin, lambda, venkovní teplota). Až potud je vše v pořádku, pokud někoho teoretické množství kondenzátu již realizovaného zařízení zajímá.
Navrhuje-li projektant zcela nové zařízení, nemá jinou možnost, než při výpočtu množství kondenzátu vycházet z údajů výrobce projektovaného kotle a znalosti teplotních parametrů navazující otopné soustavy a provést svůj vlastní výpočet. Pro větší kotle má již výrobce zpravidla přiřazeno vhodné neutralizační zařízení.
Česká legislativa se podle mých informací úpravou kondenzátu nezabývá, většinou se projektanti řídí německým předpisem ATV-DVWK A251, kde je stanoveno, že při spalování zemního plynu a topného oleje s nízkým obsahem síry není nutno do jmenovitého výkonu kotle 200 kW neutralizační zařízení instalovat. Je ovšem nutno dbát na volbu vhodných materiálů všech prvků, které přijdou s kondenzátem do styku, aby nedošlo k jejich narušení vlivem kyselosti kondenzátu.

English Synopsis
Determination of annual production of condensate in condensing boiler

The paper gives a simple method for calculating the annual production of condensate in the condensing boiler.

 
 
Reklama