Chyby ve výběru: Jmenovitý výkon
Správně zvolený výkon je klíč ke spokojenosti
Jmenovitý výkon topidla je takový výkon, který vytvoří za jeden spalovací cyklus při spálení jmenovité dávky paliva. Je dobré si uvědomit, že hodnoty účinnosti, emisí, spotřeby dřeva apod. jsou změřeny a výrobcem udávány právě pro jmenovitý výkon. Na tento provoz bylo topidlo konstruováno (volena tloušťka materiálů, jejich složení, dimenzován přívod vzduchu atd.), v tomto provozu má mít i deklarované kvality a je možné počítat s jeho kvalitní funkcí. Jakmile zasáhne lidský faktor tak, že omezí možnost provozu na jmenovitý výkon, tedy např. omezí množství vzduchu pro spalování nebo sníží/zvýší dávku paliva, má to nepochybně vliv i na všechny další parametry.
Pozn.: Volba výkonu je rozhodně úkol pro zkušeného kamnáře, který nevychází pouze z učebnicových formulací a pouček, ale z velké části i z praxe. Suchá řeč čísel neumí sama o sobě zohlednit další faktory, jako např. vnitřní dispozici domu, orientaci prosklení dvířek do interiéru nebo podíl výkonu předaného sálavou složkou a konvekcí, což bude nastíněno i na následujících řádcích.
Výkon akumulačních kamen
V první řadě je nutné dobře zvážit celkový výkon topidla ve vztahu k tepelné ztrátě objektu a k uvažovanému užívání. Celkový výkon je přímo úměrný dávce paliva spálené za jeden spal. cyklus. Uveďme si tedy pro ilustraci problematiky příklad volby dávky paliva u stavěných kamen.
Příklad: Kamna mají sloužit jako hlavní zdroj tepla s akumulací min. 8 hodin (noc bez přikládání) a tepelná ztráta jimi vytápěných prostor je 3 kW. Při uvažované reálně dosažitelné účinnosti 80% (tj. pro suché dřevo cca 3,2 kWh*kg-1) bychom na jedno přiložení měli teoreticky počítat s dávkou paliva cca 7,5 kg (8 hodin * 3 kW / 3,2 kWh*kg-1). To ovšem za předpokladu, že dvířka topeniště jsou zcela bez prostupu tepla, teoreticky tedy jen plná dvířka bez prosklení. Jakmile máme topeniště opatřeno sklem, musíme počítat s jeho výrazným vlivem na úbytek tepla pro akumulaci a dávku paliva tedy odpovídajícím způsobem navýšit. V případě, že jde o prosklení jednoduché o rozměru řekněme 25x35 cm, můžeme počítat s úbytkem až 20% energie, která odejde bez akumulace přímo do místnosti s kamny během hoření. Z celkových 24 kW vytvořených na jedno přiložení tedy pro akumulaci zbývá cca 19 kW a dávku paliva je tak nutné navýšit o cca 1,5 kg dřeva, což má podstatný vliv i na volbu rozměrů stavěného ohniště nebo výběr kamnové vložky.
Požadovanému výkonu je třeba uzpůsobit nejen rozměry ohniště jako přímého zdroje tepelné energie, ale i akumulačního tahového systému a samozřejmě pláště, tedy teplosměnných ploch, které mají teplo účinně předat do vytápěných prostor. Nutné je ale přihlédnout nejen k jejich prostým rozměrům, nýbrž i k jejich orientaci. Sálavé teplo (elektromagnetické záření) se šíří kolmo na teplosměnnou plochu a je-li tato orientována nevhodně, je stejně nevhodně (ne)využit i výkonový potenciál. Vzhledem k charakteru sálání je nesmyslné umísťovat teplosměnné plochy kolmo proti velkým plochám oken, které teplo neodrazí ani neakumulují a zbytečně jej propouští ven.
Obecně se dá říci, že kamna mají v aktuálních podmínkách stále více co nabídnout právě vzhledem k principu své funkce, tedy k pomalému a postupnému vydávání výkonu do interiéru. Nepotýkají se tak s problémem přetápění a to i díky tomu, že mají oproti krbům menší (v případě stavěných bezroštů a kuchyňských sporáků dokonce žádné) prosklení. Kamna s dlouhou akumulací (12 a více hodin) zase naopak nejsou přímo určená pro stavby s vysokými tepelnými zisky osluněním, kdy dochází k nárazovým změnám vnitřního klimatu, na což jejich masivní konstrukce nedokáže dostatečně pružně reagovat.
Výkon krbu
Dnešní možnosti stavebních materiálů a izolací dosáhly už takových hodnot, že to zcela proměnilo způsob práce kamnářů, resp. především montérů teplovzdušných krbů. V době před cca 15ti lety se na nějaký ten kW navíc nijak zvlášť nehledělo, stavební konstrukce nebyly zdaleka dokonalé, o zateplení uvažovala možná hrstka nadšenců. V momentě, kdy se ale tepelná ztráta obývacího pokoje pohybuje kolem hodnot 1-2 kW a krbová vložka má jmenovitý výkon 10 kW, je třeba řešit distribuci výkonu i mimo obývací pokoj.
Příklad: Krb má sloužit k sálavému hypokaustnímu vytápění v období podzimu a chladného jara. Umístěný je v obývacím pokoji s jídelnou, kuchyní, ve spojeném prostoru je i otevřená chodba, to vše s celkovou tepelnou ztrátou 3 kW (cca 55 m2 dobře zatepleného domu). Vybraná krbová vložka je obvyklých rozměrů – rovné jednoduché prosklení cca 60x45 cm, dávka paliva 3,5 kg, tj. jmen. výkon cca 10 kW. Výrobce by měl kromě celkového výkonu pro kvalitní možnost dimenzování jeho zdroje tepla udávat i jeho rozdělení mezi jednotlivé složky, tedy složku sálání prosklením a konvekcí do obestavby. Z praxe víme, že uvedená plocha skla předává mezi 30-35% výkonu právě prosklením. Z uvedeného výkonu je to tedy 3-3,5 kW, což odpovídá tepelné ztrátě vytápěných prostor. Ta je ale jednak počítána pro teplotní extrém (dle místa -12°C až -18°C, nejčastěji -15°C) a v naprosté většině doby provozu krbu bude tedy podstatně (až o polovinu) menší, a jednak je dále třeba nějakým způsobem distribuovat zbylých 6,5-7 kW výkonu předaných do obestavby krbu.
Je zřejmé, že v tomto případě není volba vložky s takovým jmenovitým výkonem a/nebo takovým způsobem rozdělení složek výkonu vůbec vhodná. Řešením může být buď
a) výběr vložky s podstatně nižším jmenovitým výkonem kolem 3-4 kW, což je prakticky nemožné
a/nebo
b) změna systému krbu na teplovzdušný s rozvodem na další místa v domě, což sice zmírní přetápění interiéru a pomůže v přenosu tepla jinam, ale nese s sebou negativa zhoršení hygieny prostředí, zvýšení intenzity přenosu prachu, snížení vlhkosti vzduchu atd.
a/nebo
c) změna systému krbu na kombinovaný teplovodní/teplovzdušný, kdy je část výkonu předána pomocí teplovodního výměníku uvnitř krbové vložky do vody pro systém ÚT.
a/nebo
d) změny systému krbu na akumulační, tedy s nízkým hodinovým výkonem a volby vložky na výrobek s dvojím prosklením s max. prostupem tepla 15%
Zvolený topný systém krbu má významný vliv na jeho budoucí funkci a negativa spojená s příliš vysokým výkonem předaným prosklením může efektivně řešit. Na druhou stranu se krb s teplovodním výměníkem nebo teplovzdušným rozvodem (s pomocí ventilátoru) stává topidlem zcela závislým na elektřině a nejde tak už v pravém slova smyslu o záložní zdroj. Navíc náklady na jeho pořízení, provoz i údržbu rostou se vším potřebným příslušenstvím.
Škrcení vzduchu, dehtu ráj
Zdá se, že ve výše uvedeném výpisu možných řešení chybí snížení výkonu vložky pomocí omezení přívodu spalovacího vzduchu. Není zde ale zcela záměrně, protože jde o mýtus, který bohužel živí i někteří nezodpovědní výrobci a nepoučení nekvalifikovaní montážníci. Krbová vložka má (stejně jako každé jiné ohniště určené pro účinné spalování dřeva) konstruován přívod vzduchu pro spalování tak, aby tento postačoval v maximu svého rozsahu pro snadné rozhoření nové dávky paliva a následně v určité poloze pro jmenovitý provoz (po náběhu topidla na provozní teploty). Snižování množství vzduchu v průběhu spalování by mělo probíhat vždy až souběžně s hmotnostním úbytkem paliva – ze dřeva se uvolňuje stále méně těkavých uhlovodíků a je tedy potřeba i méně kyslíku k jejich oxidaci. Jakmile tuto základní podmínku nedodržíme, omezujeme výrobcem doporučený způsob spalování a snižuje se nám tak spalovací teplota v ohništi. V tom momentě je produkce škodlivin řádově vyšší než udávaná, dochází k tuhému i plynnému nedopalu a nejen k jeho úniku do ovzduší, ale také k ulpívání nespálených zbytků paliva (saze) na skle dvířek, na plochách stěn topeniště, v kouřovodu a komíně. Zároveň odcházejí kouřovodem spaliny nedostatečně teplé a ve spalinové cestě (obvykle v komínovém průduchu, někdy dříve) dojde k jejich zchlazení pod rosný bod a ke kondenzaci vody v nich obsažené. Smísením kondenzátu se sazemi vzniká dehet, mazlavá páchnoucí tekutina, která po vychladnutí vytvoří lesklý černý film a je potenciálně nebezpečná jak pro kovové části uvnitř topidla, tak i jako hořlavina v přímé cestě spalin. Znehodnocuje se tak celé draze pořízené topidlo (dehet nelze již nikdy odstranit), snižuje se životnost a zvyšuje se podstatně riziko požáru.
Problematika volby výkonu kamen či krbu souvisí s mnoha dalšími ohledy, které hrají roli. Je skutečně nezodpovědné orientovat se pouze podle papírových předpokladů uvedených v propagačních materiálech výrobců a dovozců, aniž by to mělo vazbu na zkušenou úvahu o všech detailech stavebních podmínek domu i samotného budoucího užívání. Znovu tak zopakujeme doporučení z úvodu tohoto článku – realizaci už od fáze projektu a s tím spojený proces dimenzování krbu či kamen nechejte na odborníkovi a nechte si jeho postup i argumenty vždy podrobně vysvětlit.
