Kondenzační kotel vyladěný na maximum. Jak dosáhnout vysoké účinnosti a dlouhé životnosti.
kondenzace.kvalitne.cz - verze webu i s diskusí

Metodika měření a použitá měřící zařízení
Servis kondenzačního kotle Protherm Lev 30 KKZ po 12 letech provozu
Jak je to doopravdy s kondenzací spalin?
Mýty kolem cyklování kotle
Návrh topné soustavy pro maximální kondenzaci spalin, tedy nejvyšší účinnost.
Sezónní účinnost, proč se uvádí tak nízká?
Vlastnosti kondenzačního kotle Protherm Lev 28 KKZ
Odkazy
Vlastnosti podlahového topení - průběhy teplot
Vytápění horkovzduchem - klimatizací
Vytápění radiátory
Vytápění radiátory2
Fyzikální jevy mnohdy ne úplně pochopené
Vytápění novým nízkoteplotním kotlem-vyplatí se?

kontakt : josvav@volny.cz

 

Vytápění objektu je záležitost především ekonomická. Tedy jak za co nejnižší náklady získat co nejvyšší komfort. Není to Mercedes před domem, který plní i jiné funkce.
Zkusíme tedy dle reálně zjištěných vlastností několika topných soustav popsat dosažitelné výsledky.
Výsledné řešení je vždy otázkou kompromisu mezi mnohdy zcela protichůdnými požadavky.
Snad nejekonomičtějším řešením je CPSU (Combined primary storage units). Splňuje dvě ze tří zásadních podmínek ekonomického provozu.
1)vždy pracovat v bodě nejvyšší účinnosti
2)v optimálním bodu pracovat co nejkratší dobu a šetřit tak opotřebení a spotřebu el. energie.
3)Být poříditelný za rozumný peníz, neb i amortizace je nákladová položka.

Jednotlivé položky tedy zkusíme číselně vyjádřit.
1) Kotel používat nejlépe do poloviny výkonu a výkonu plnému se pokud možno vyhnout. Zatím co při polovičním výkonu se spaliny stačí ochladit na nějakých 5 stupňů nad teplotu zpátečky, při plném jsou spaliny i o 20 stupňů teplejší. Tím samozřejmě přicházíme o největší výhodu kotle - hospodárný provoz. Sami výrobci přiznávají, že s plným výkonem moc nepočítají a i nový kotel má při plném výkonu o 2% nižší účinnost. Se stářím se tato hodnota zhoršuje. Kotel by tedy neměl být navržen přesně na tepelné ztráty budovy, ale alespoň o 50% výše. Pak většinu topného období (prosinec-únor) jede na 20-50% svého topného výkonu. Kotel prostě musí kondenzovat, jinak se zanáší stejně jako atmosférické (např. zde ) Pokud nechceme mít problém s přípravou teplé vody, měl by být výkon kotle přes 14 kW (např zde).
2)Spotřeba elektrické energie pro provoz čerpadla cca 60W se promítá do provozních nákladů při minimálním výkonu. Cca 60 W elektrické energie (á 4,50 Kč) představuje při 7 kW topného výkonu nárůst nákladů 7*1,30+0,06*3,20 = 2%.
Při topném výkonu 2 kW představují náklady na oběh neuvěřitelných 2*1,30+0,06*3,20 = 9%. Je jasné, že příliš malé topné výkony jsou značně znevýhodněny spotřebou elektrické energie a je ekonomičtější teplo vyrobené optimálním výkonem uložit do radiátorů/podlahovky a kotel na 20 minut vypnout. Tepelnou pohodu vypnutí neovlivní, významně se prodlouží životnost kotle a sníží spotřeba el. energie. Nová čerpadla s nižší spotřebou posouvají bod maximální účinnosti k nižším výkonům. Nezodpovězenou otázkou je stabilita minimálního výkonu při vysokém stupni modulace. Jinými slovy při modulaci 1:10 je užití spodního výkonu značně problematické.
3) I amortizace je nákladovou položkou. Byt s TZ 3 kW spotřebuje za 10 let při 4 lidech 10*(3*24*100+4000)= 110 MWh za 150 tis Kč. I kotel za 20 tisíc představuje náklady ve výši 14%. Je tedy jasné, že dražší kotel nemá šanci být úspornější. Jednodušší je běžný levný kotel správně výkonově nastavit a docílit tak ekonomicky nepřekonatelné řešení. Například v tomto případě byt 80 m2 s levným kotlem 30 kW omezeným na optimální výkon 10 kW provozovaný typicky 4 minuty s další 20 minutovou pauzou.

Naopak v rodinné vile o TZ 20 kW se jako optimum jeví stejně výkonný kotel(svojí nízkou amortizací). Jeho využití motohodin je samozřejmě nesrovnatelně vyšší. Jak je z níže uvedeného měření vidět, 12 let bez servisu "přežil" bez viditelného poklesu účinnosti.

Metodika měření:
Záznam teplot provádí : LAN_SWITCH-SENS/CONTROLLER , Čidla teploty DS18B20 / MAXIM-DALLAS , live výsledky např. zde https://thingspeak.com/channels/12386
Odečet plynoměru filmováním po litru plynu, rozlišení času 1/30 s
Nezapomenout na korekci plynoměru dle jeho teploty.
Spalné teplo ke zjištění zde https://www.rwe-distribuce.cz/cs/spalne-teplo/gas/
Průtok topné vody měřen vodoměrem pro teplou vodu na zpátečce a kontrola přesnosti provedena vřazeným elektrokotlem s měřením spotřeby 3fáz. elektroměrem.

Ověření přesnosti:
Každé měření má určitou míru chyby. Jednoduchý způsob, jak zjistit přesnost měřícího systému je ověřit věc předem známou. Zjistíme tedy chladnutí měděné trubky průměru 15 mm opatřené teplotním čidlem přímo v kapalině a současně teplotním čidlem v běžně zhotovené příložné jímce. Trubkou protéká z pákové baterie střídavě voda teplá a voda studená. Kontakt příložného čidla je zajištěn ocelovým páskem bez valné vnější izolace. Výsledky v prvním obrázku - pulsní odezva.
."nepřesnost" je do 4% odchylky od okolní teploty. Teplotu vody lze tedy predikovat z teploty jímky provedené na povrchu trubky poměrně přesně a lze tak odvodit i teploty v místech, kde provedení jímky není možné.
Příložnou jímku samozřejmě můžeme provést i pečlivěji. Čidlo s trubkou společně ovineme několika otáčkami utaženého měděného pásku a celé místo pečlivě zaizolujeme (obr. jimka.jpg ). Údaj takové příložné jímky je pak spolehlivě nad 99%. Odchylka do 1K v celém rozsahu je dána spíše nelinearitou vlastních sond, než čímkoli jiným - obr. jimka vs prilozna jimka.gif..
Velmi zajímavý výsledek je porovnání reálného chladnutí měděné trubky s teoretickým výpočtem chladnutí dle zákona o předávání energie sáláním. Shoda s přesností na 1K je krásným důkazem na obr. chladnuti-med15.
Kompletní data jsou nabraná v souboru jimka.xls.
Poslední obrázek je pak porovnání údajů ze sondy uprostřed trubky(jímka) a příložného čidla. Rozdíly v podstatě nezjistitelné dané především nepřesností teplotních snímačů.


kk/pulsni-odezva-prilozne-jimky.gif
pulsni-odezva-prilozne-jimky.gi
f
kk/jimka.jpg
jimka.jpg
kk/chladnuti-med15-jimka-vs-planck.gif
chladnuti-med15-jimka-vs-planck.gif
kk/jimka-vs-prilozna-jimka.gif
jimka-vs-prilozna-jimka.gif

zpět

Servis kondenzačního kotle po 12 letech.

Že atmosférickým kotlům velmi rychle klesá účinnost vlivem zanášení výměníku je věc poměrně známá. Sám jsem provozoval karmu, jejíž účinnost byla po vyčištění 75% a většinou do půl roku klesla její účinnost až na 50% a volala po vyčištění. Tedy "volala" tím, že dodávala vlažnou vodu. Proto jsem nejen tuto karmu, ale i ostatní atmosférické kotle vyházel a koupil kotle kondenzační. Pro kontrolu stavu a dálkové ovládání v různých bytech jsem pořídil za jednorázových 1500 Kč ke každému kotli elektronický dohled. Z elektronického dohledu vidím, že se kotle nezanášejí a topí pořád stejně. Tudíž servis (kromě kontroly tlaku vody) neřeším.
Nakonec jsem přece jen podlehl strašení na http://tzb-info.cz a ten nejstarší kotel Protherm LEV 30KKZ po 12 letech provozu přece jen rozebral. Našel jsem tam dvě kávové lžičky bordelu, kotel jsem propláchl odhadem kýblem vody a zase složil. Výměník je ve slušném stavu, pouze povrchová zbarvení od stékajícího kondenzátu. Je zjevné, že správně provozovaný kotel se sám oplachuje kondenzátem a dokonce i přední komora, u které jsem to tolik neočekával.
kk/11kotel vykony.JPGPřed rokem (po 11 letech provozu bez servisu) jsem kotel do vychladnuté topné soustavy ručně zapnul v 14:44 s výkonem 7 kW a v 15:20 přepnul na výkon 13,6 kW. V 16:58 jsem měření ukončil.
Nyní tedy po znalosti konstrukce a z časových průběhů teplot dokážeme analyzovat vlivy jednotlivých dílů kotle.
Vliv plamene a spalin: Za vteřinu jsou spaliny v komínu (při plném výkonu 28 kW dokonce za čtvrt vteřiny). kk/10vykon kotle.PNGPři výkonu 7 kW protéká komorou 2,7 l spalin za vteřinu. Komora má objem 7 litrů a z toho cca 4,5 litrů trubek. Teplotní sonda v proudu spalin má T cca 17 sekund, ukazuje tedy dostatečně přesně.
Vliv vody v trubkách: Objem trubek cca 4,5 litru při průtoku 0,09 l/s znamená, že se voda v kotli ohřívá přibližně 45 vteřin. Na průběhu vpravo je vidět startovní výkon 16 kW po dobu 10 vteřin a následný rychlý přechod do trvalého konstantního topného výkonu dle nastavení uživatele. V tomto případě 7 kW.
Je jasné, že kotel je v podstatě za 2 minuty ve stavu blízkém ustálení (přes 85% výkonu) a není nejmenší důvod něco zásadně měnit(maximálně přidat 15% stavu). Tomuto okamžiku odpovídá teplota spalin do dvou stupňů nad zpátečkou (odpovídá obvyklým hodnotám na zkušebnách).
Proč se tedy ustálená teplota spalin po další minutě splaší a začne dalších 10 minut růst? To prozradila až prohlídka kotle. Může za to azbestová přepážka, která potřebuje právě těch 10 minut na proniknutí teplotní vlny. Spaliny se stihnou o tuto přepážku opět ohřát o cca 10 stupňů. Je to naštěstí zanedbatelná ztráta, spaliny již byly ochlazeny a dokonale odevzdaly kondenzační teplo. Účinnost kotle přibližně 96% (ověřená i porovnáním s elektrokotlem) potvrzuje výše popsaná fakta.

Fotografie rozebraného kotle a důsledky čištění (poprvé po 12 letech):
kk/01TN_20160122_185906 protherm stras.JPGkk/02TN_20160122_190017 RG 128.JPGkk/03TN_20160404_150801.JPGkk/04TN_20160404_150816.JPGkk/05TN_20160404_164038.JPG
kk/06TN_20160404_164046.JPGkk/07TN_20160404_164057.JPGkk/08TN_20160404_164133.JPGkk/09TN_20160404_164838.JPG

Co tedy mohu udělat pro dlouhou životnost a vysokou účinnost kondenzačního kotle?
Především jej nepřetěžovat. Optimálně jet na třetinový výkon. Vysoká kondenzace zajistí oplachování výměníku a dlouhou spolehlivou dobu provozu.
Pokud potřebuji výkon ještě menší, než kotel umí, jednoduše přeruším provoz na 20 minut. Poté opět kotel nastartuje vhodným výkonem a vyrobí správné množství tepla. Lze tak topit velmi účinně s libovolně malým průměrným výkonem. Toto "cyklování" vyjde na cca 80 Kč ročně (14000 zážehů ročně x 16kJ = 60 kWh plynu) a naopak ušetří naběhané motohodiny čerpadla a spotřebovanou elektr. energii.
Už před 12 lety tedy Protherm uměl vyrobit kotel dosahující teoretické hranice a splňující nejvyšší požadavky, které již nelze překonat. I ten nejdražší dnešní kotel je vlastně shodný s tím nejlevnějším. Rozdíly mezi značkami jsou neznatelné.
Kotel slouží i pro ohřev TUV a aby i ohřev TUV byl účinný, provádím jej kontinuálně s topením do radiátorů. Proto jsou voleny teploty výstup kotle cca 65 až 80°C a teplota zpátečky cca 30°C. Tu zpátečku volím 30°C, v lednu kolem 32°C, právě pro dosažení vysoké účinnosti kolem 96%.
Spotřeba TUV cca 1000 litrů denně (pro 20 lidí) ohřívaná v zásobníku Dražice představuje 20 MWh ročně. Vytápění 4 podlažní vily, v každém patře 2 - 3 garsonky, pak dalších 20 MWh. Kotel tedy topí v létě průměrným výkonem 2,6 kW, v zimě pak až 11 kW.

Zajímavá je i "hladina" zatopeného kotle těsně pod ionizační elektrodou. Předchozí majitel připojil kotel na plechový komín a kondenzát komín samozřejmě postupně rozežral a spláchnul do kotle. Následně se ucpal sifon a kotel topil tak dlouho, než hladina kondenzátu dostoupala až k ionizační elektrodě. Po zatopení kotel padnul do poruchy. Přivolaný servisák nic nevyřešil, kondenzát mezitím stihl odtéct a kotel při jeho příchodu normálně fungoval.
zpět

Kondenzace spalin.
většina literatury uvádí jako podmínku úspěšného provozu kondenzačního kotle dosáhnout kondenzace. Tedy vychladit spaliny pod 57°C. Je to ale jen část pravdy. Při 57°C spaliny teprve začínají kondenzovat. K "dobru" proti atmosférickému kotli máme pouhých 10%. Z účinnosti 80% jsme se posunuli na 90%. Kvůli tomu jsme si nemuseli kondenzační kotel kupovat. Spaliny je potřeba vychladit pokud možno co nejvíc. Každých 5 stupňů představuje další 3% účinnosti. Pri dosažení teploty spalin 45°C tedy kondenzuje 0,6 litru vody z každého m3 spáleného plynu a účinnost je 1,05/1,11 = 95%. Když se nám podaří nastavit topnou soustavu na ještě chladnější zpátečku až k 30°C, pak dosáhneme teplotu spalin cca 32°C a účinnost až 1,09/1,11 = 98% a kondenzaci 1,1 litru z každého m3 plynu.
To je také stav, který se dá běžně dosáhnout při správně nastavené topné soustavě. A samozřejmě při správně dimenzovaném kotli, tedy provozovaném v polovičním až třetinovém výkonu.
Poloviční až třetinový výkon je nutný proto, aby spaliny měly delší čas na předání tepla výměníku. Tedy konkrétně té části vody s teplotou přiváděné zpátečky. Při pětinovém výkonu jsou spaliny cca 3 stupně nad zpátečkou, při polovičním výkonu cca 5 stupňů nad zpátečkou a při plném výkonu kolem 20 stupňů nad zpátečkou. Je tedy jasné, že využíváním kondenzačního kotle na plný výkon přicházíme o veškerou kondenzaci i v případě, že jinak máme dobře navrženou topnou soustavu s teplotou zpátečky 30°C.
Shodné poznatky uvádí i výrobce Gruppo Imar např. zde http://www.nespor.org/Imar.htm

Neplést si účinnost až 109% udávanou k výhřevnosti se skutečnou účinností 98% ke spalnému teplu. Plynárnám platíme spalné teplo. Popis např. zde.
zpět

Mýty kolem cyklování.
V předchozím odstavci jsme ukázali, že není výhodné provozovat kondenzační kotel na vysoký výkon z důvodu rychlého průchodu spalin tím pádem i menší míry kondenzace. Výhodné je tedy koupit kotel odhadem 2x výkonnější, než jaký výkon obvykle potřebujeme. Co ale dělat, když potřebujeme výkon menší? Něco zvládne modulace kotle, ale není radno na ni příliš spoléhat. I šíře modulace může přinést problémy nejen v pořizovací ceně kotle, ale i ve stabilitě řízení a udržení jakosti hoření. Proto nebývá výhodné provozovat kotel pod pětinou výkonu a je výhodnější přejít na PI modulaci, neboli proporcionální řízení. Nyní si ukážeme, kolik takové cyklování kondenzačního kotle opravdu stojí.

1) rozběh ventilátoru typicky lineární zvyšování průtoku vzduchu po dobu 12 vteřin. Průtok od nuly po 5 l/s (15 kW startovací výkon). Zdokumentováno zde.
Při úvodním profuku tedy proteče 30 l vzduchu a při dT 20 stupňů ztráty představují 0,03*1,2*1000*20=0,72 kJ
2) Spuštění plynu a zapálení. Odhadem se nespálí 0,2l plynu, což představuje 7,7 kJ energie.
3) Doběh ventilátoru představuje cca 4 vteřiny, tedy odhadem 10 l zbytečně odejítého vzduchu s energií 0,24 kJ.
Součet ztrát představuje cca 9 kJ. Poměrně přesným měřením se podařilo zjistit, že ztráty nepřevyšují 16 kJ na každé zapálení, budeme tedy počítat s touto vyšší hodnotou.

Roční počet cyklů cca 200 dnů * 24 hodin * 3 cykly/hod = 14400 cyklů ročně, tedy 16*14400/3600 = 64 kWh. Cena za tuto "ztracenou" energii ve výši 80 Kč ročně je bohatě vyvážena menší spotřebou elektrické energie a výrazně delší životností kotle. Nehledě na to, že i kotel s běžným modulačním rozsahem je jistě podstatně levnější a spolehlivější, než snahy o extrémní modulační rozsah.
Obavy o zapalování jsou zcela zbytečné. Systém je projektován ( a mnohdy i provozován) s typicky 5x rychlejším cyklováním po dobu 5 - 10 let. S tímto pomalým cyklováním lze odhadnout životnost na 25 - 50 let.
K dokonalému využití účinnosti kotle je nutné snížit maximální provozní výkon kotle na polovinu či třetinu. Zajistíme tak, že nepřijdeme o kondenzaci při "dohánění" požadované výstupní teploty plným výkonem. Dobře zdokumentováno zde
zpět

Z provedených měření i z udávaných provozních parametrů kondenzačních kotlů vyplývá, že zcela prioritní je zajistit zpátečku co nejchladnější, tedy kolem 30°C. U podlahového topení to není problém, topná voda málokdy překročí stav 40°C/30°C.
Horší to může být s radiátory, naštěstí jen na první pohled. Pouhým zpomalením rychlosti oběhu topné vody lze zajistit vyšší teplotní spád v radiátorech a tím pádem i výrazně lepší kondenzaci. Dobře je to popsáno zde http://www.nespor.org/Imar.htm a stačí pouze nastavit správně termoventily a snížit výkon oběhového čerpadla.
Jak "velký" důsledek bude mít správné nastavení ventilů můžeme doložit reálně provozovaným topným okruhem 60°C / 30°C s účinností 97% ve srovnání s topným okruhem 50°C / 40°C s účinností 94%. Při ročních nákladech na vytápění 25000 Kč představují 3% 750 Kč ročně. Skutečné úspory jsou ale výrazně vyšší. Pomalým oběhem topné vody se totiž dostanou termoventily do výrazně strmější charakteristiky a při jakýchkoliv tepelných ziscích okamžitě zavírají topnou vodu. Netopí se tak zbytečně. Rozepsáno zde.

zpět

Sezónní účinnost by měla představovat věrohodný údaj o topném zdroji. Nesmyslnost údaje ukážeme na jednoduchém příkladu 100 l elektrického bojleru ohřívaného akumulačním tarifem. Topení elektrikou je na první pohled dokonalé a tedy účinnost by měla být 100%. Zkusíme z takového bojleru odebírat 30 litrů teplé vody denně. Energie na ohřev 30 l vody 30*50*4,2/3600= 1,75 kWh, ztráty bojleru sáláním povrchu 60 W * 24 h = 1,44 kWh, celkem spotřeba 3,19 kWh, účinnost 1,75/3,19 = 55%.
Pokud ale bojler vytočím ráno i večer maximálně, tedy odběr 200l při akumulačním ohřevu, pak se dostanu na účinnost 89%. Je tedy zřejmé, že sezónní účinnost nepopisuje až tak výrobek samotný, ale především jak daný výrobek využívám.

Pro dosažení vysoké sezónní účinnosti u kondenzačního kotle tedy musím zajistit všechny výše popsané podmínky. Je to poměrně jednoduché. Malé zatížení na poloviční až třetinový výkon zajistí ochlazení spalin na pouhé dva až pět stupňů nad zpátečkou. Pomalý průtok topné vody zajistí chladnou zpátečku a chladná zpátečka zajistí perfektní vychlazení celého kotle po vypnutí. Zapnutí cca 3x do hodiny na nezbytně potřebnou dobu zajistí minimální spotřebu elektrické energie a velmi dlouhou životnost kotle. Teplotní kolísání je nepostřehnutelné. Regulační prvky mají dostatek času na dosažení správného stavu.
Je tedy jasné, že se správně nastavenou topnou soustavou dosáhne kondenzační kotel výrazně vyšší sezónní účinnosti, než se běžně předpokládá. Jsou výrazně (i několikrát) nižší ztráty komínové, ztráty sáláním a spotřeba elektřiny.
Proč jsou tyto jednoduché informace tajeny? Jednoduše proto, že dlouhá životnost kotlů se nehodí výrobcům a malá spotřeba plynu logicky vadí plynárnám. Uměle se musí vytvářet problémy pohánějící kola trhu. Proto "je vhodné" koupit kotel malého výkonu, který pak trvale jede na nadpoloviční výkon. Za 8 let je v něm zničeno všechno a jdeme koupit nový. A kola trhu se točí. Malá kondenzace ( až o 5% nižší účinnost nedochlazením spalin) je samozřejmě dalším zlem tohoto "správně dimenzovaného" kotle. Slušní výrobci vědí, že ekonomickým optimem je kotel s výkonovým rozsahem 5 - 25 kW a v nastavovacím menu nabídnou bohaté nastavení všech vlastností. Teplá voda se totiž dá ohřívat kondenzačně výkonem 10 kW i s 25 kW kotlem. Nemusím kvůli tomu kupovat 11 kW kotel, který samozřejmě tu teplou vodu výkonem 10 kW ohřeje také, ale s výrazně nižší účinností.

zpět

Protherm Lev 28 KKZ má podobnou závislost neschopnosti kondenzace při vysokém výkonu.
http://forum.tzb-info.cz/117004-protherm-lev-28-kko-modulace-vykonu#text50

Další zajímavé odkazy:
Náhrada ionizační elektrody diodou, simulace proudového průběhu prstem
http://forum.tzb-info.cz/129222-kotol-protherm-medved-30-klom-zaplaveny#text12

Rozběh ventilátoru kotle Protherm Lev 30 KKZ
http://forum.tzb-info.cz/127415-lev-28kko-buchanie#text5

Jak je to s ohřevem TUV malými výkony - 14 kW
http://forum.tzb-info.cz/132252-jaky-kondenzacni-kotel-do-bytu-2-1/strana-2#text39

rezonance nejspíš obráceně zapojených termoventilů, v 9-11 vteřině štosování
http://petr.homolka1995.sweb.cz/resonance-v-okruhu-UT-2hammer.mpg

Každé ráno vstává jeden blbec .... aneb realita trhu :-)

vlivy působící na zanášení výměníků

https://cs.wikipedia.org/wiki/Beketovova_%C5%99ada_kov%C5%AF

http://forum.tzb-info.cz/12486-diskuse-ke-clanku-demagogie-nezna-mezi/strana-8#text225

Tepelná čerpadla:
http://forum.tzb-info.cz/131903-levne-tepelne-cerpadlo-vas-nazor#text6
http://www.airforum.cz/viewtopic.php?f=20&t=1218

zpět

Vlastnosti podlahového vytápění.kk/topeni-do-podlahovky.jpg
Nepoužívaný dům, všude teplota 14°C. Spuštěno topení vodou z bojleru o teplotě 24°C na 20 minut, pak vypnuto. Vlna teplé vody dorazila ze zpátečky po osmi minutách a celá plocha podlahového topení se teplotně vyrovnala do hodiny po zapnutí, resp. do 40 minut po vypnutí topení. Výpočtem doloženo, že dodaná energie 1260 kJ odpovídá energii uložené v betonu podlahy. Trubky v podlaze s roztečí 15 cm. Další info
zpět

Vytápění horkovzduchem - klimatizacíkk/klimoska-1kW-na-25m2-plochy-Eva1.jpg.
Pod stropem místnosti 5 x 5m výšky 2,8m je umístěn 1 kW teplovzdušný ventilátor, vzduch směrován vodorovně do prostoru. Energie ohřátého vzduchu se předává stropu. Strop se postupně prohřívá a sáláním ohřívá stěny a podlahu. K rotaci vzduchu ve svislém směru nemůže dojít ani omylem :-) Je to horkovzdušný ventilátor postavený vodorovně pod stropem. Po půlhodinovém topení výkonem 1 kW se strop ohřál o 1° , podlaha o 0,5 stupně. Bez vytápění se po mnoha hodinách teploty sáláním stropu vyrovnají. Míru "přehřátí" stropu lze odhadnout ze vztahu 1000 W/ 3 stupně / 25 m2 = 13 W/(m2/K).
Kdyby se (hypoteticky) vzduch neochlazoval, bylo by v místnosti po půlhodinovém topení o 21° víc, tedy 43°C A to jaksi není. Vzduch se ohřeje jen o 1 stupeň. To představuje 5% energie. Zbývajících 95% pohltí zdi a strop.

zpět

Vytápění radiátory.
Radiátor Radik 22 výšky 600 mm, délky 900 mm v režimu 56/45/20 topí výkonem 1 kW v místnosti 3 x 5m pod špaletovým oknem. Okno a radiátor je uprostřed té kratší stěny. Měřící sondy ve středu místnosti. Horký vzduch z radiátoru proudí ke stropu, kde se rozlije po celé ploše stropu a ohřeje povrchovou vrstvu stropu o cca 3°. Ochlazený vzduch klesá k podlaze a následně se opět ohřeje radiátorem. Sondy měří operační teplotu. Pokud bychom si mysleli, že teplý vzduch strop neohřívá, pak by se při výkonu 1 kW ohříval vzduch v celé místnosti rychlostí 13 stupňů za 10 minut. Ale tak to zjevně není. Při startu prvých 19 minut od 8:40 do 8:59 výkon kotle 8 kW, vody v oběhu 38 litrů (včetně tepelné kapacity oceli radiátorů), rychlostí 660 l/hod.
Lze vysledovat precizní funkci termohlavice. Po ranním příjezdu uživatelka zapnula topení v 8:40 V 9:01 dosáhla teplota stanovené hlavicí. Tedy 22,5 °C. Povrchová teplota obvodové zdi ale byla 21,5 °C. Postupně se ohřívala a ve 12:39 dosáhla teploty 22,5°C Jednalo se o roh té krátké obvodové zdi ve výši 0,8 m. Teplota uprostřed místnosti se nechtěně zvýšila na 22,8°C.
Z nasnímaných průběhů je tedy zjevně vidět, jak precizně termohlavice fungují. Okamžité odchylky jsou dány pohybem osob a otvíráním dveří. Též lze vysledovat, jak přehřívání stropu závisí na výkonu radiátoru. Zde je to cca 3 stupně při výkonu 1 kW pro místnost 15m2. Přehřívání je úměrné topnému výkonu a nepřímo úměrné ploše. Tedy odhadem 1000/15/3 = 22 W/(m2K)
Ve srovnání s vytápěním horkovzduchem lze odvodit, že v podobě horkého vzduchu odejde jen poměrná část výkonu ( cca 60% ) a 20% radiátor vysálá infrapaprsky. Pak by vztahy vycházely jako 600/15/3 = 13 W/(m2K) a sálání plochy 0,54 m2 * 5,7 * dT32° = 100 W před radiátor a dalších 100 W ohřívá obvodovou zeď za radiátorem. Těch "chybějících" 20% ztratí horký vzduch cestou kolem okna a vzhůru po vychladlé obvodové zdi.

kk/radik-2kw-15m2.GIF kk/radik-2kw-15m2-d.GIF

kk/radik-2kw-15m2-celek.GIF kk/radik-2kw-15m2-celek-d.GIF

zpět

Vytápění radiátory v nezateplené prvorepublikové vile, stěny 45 cm plná cihla.

Pokoj 5,5 x 4,5 m, dvě obvodové stěny plochy (4,5+5,5) x 2,8 x 1,05 x 20 = 588 W představují ztrátu cca 600 W.
Dva 18článkové radiátory (á 18 x 110W) pracující v topném režimu 42/23/20 pak topí výkonem cca 750 W.
Při venkovní teplotě 0°C (průměrná za 24 hod 0,5°C ) je dle termokamery teplota stropu 20°C a teplota obvodové stěny 17°C. Tepelný gradient 3K odpovídá tepelnému toku cca 20W/m2. Plocha ochlazovaných stěn 28 m2 pak představuje ztrátu 560W.
Teplota podlahy dosahuje 18°C. Radiátor v horní části 42°C, v dolní 23°C
Zajímavá je činnost termohlavice. Průměrná teplota teplotního čidla uvnitř hlavice je cca 21°C a tato teplota je také udržována v prostoru pokoje v obytné výšce 1-2m nad podlahou.
Nesmíme zapomenout, že kromě např. puštěné televize cca 50W k vytápění přispívají i dvě osoby výkonem cca 150 W. Proto radiátory topí pouze výkonem doplňkovým.
Průtok radiátorem je řízen termoventilem a dosahuje typicky 20% jmenovitého průtoku. Pro radiátor 1800W (90/70/20) to představuje 16 kg/hod.
Zajímavé jsou důsledky pro kondenzační kotel. Při zpátečce 23°C by dosahoval účinnosti 100% (teplota spalin 25°C) Ve skutečnosti je teplota zpátečky z celého domu v lednu až 32°C a účinnost tak padá k 95%.

1-45cm-plna-cihla.jpg
1-45cm-plna-cihla.jpg
2-45cm-plna-cihla.jpg
2-45cm-plna-cihla.jpg
3-45cm-plna-cihla.jpg
3-45cm-plna-cihla.jpg
4-45cm-plna-cihla.jpg
4-45cm-plna-cihla.jpg
5-45cm-plna-cihla.jpg
5-45cm-plna-cihla.jpg
6-45cm-plna-cihla.jpg
6-45cm-plna-cihla.jpg
7-45cm-plna-cihla.jpg
7-45cm-plna-cihla.jpg
8-45cm-plna-cihla.jpg
8-45cm-plna-cihla.jpg
9-45cm-plna-cihla.jpg
9-45cm-plna-cihla.jpg
Tepelné záření.
Často slyšíme větu: Vždyť tepelné záření závisí na čtvrté mocnině teploty, tak je přece nelineární. Opak je pravdou. Rozdíl i čtvrtých mocnin je při malých teplotních rozdílech lineární (viz Taylorův rozvoj funkce). Tepelné záření je v bytových podmínkách tím nejlineárnějším způsobem zajišťujícím vyrovnávání teplot. A to dokonce většinovým. Pro běžné povrchy s emisivitou blízké 1 platí konstanta 5,7 W/(m2K). Tímto výkonem například ohřívá radiátory přehřátý strop podlahu v místnosti. Běžně se vytápění radiátory vysvětluje jako cirkulující vzduch. Ve skutečnosti se horký vzduch z radiátorů ochladí o strop a přenos směrem k podlaze se děje radiací. Pro dT 3° je sálavý výkon maximálně 18W/m2. Stejný výkon přenesený konvekcí by znamenal protočit vzduch v celé místnosti každých 50 vteřin. Dovedete si představit ten průvan nad radiátory? Zjištěné hodnoty ve výše uvedených grafech zde a zde.
Podrobný výklad sálání např. na serveru stavebnictví zde , zde či zde.
Sálání mezi dvěma rovnoběžnými stěnami samozřejmě závisí i na jejich emisivitě. Skutečný přenos výkonu sáláním mezi stropem a podlahou je tedy nižší. Běžně o 20% při emisivitě 0,9.

zpět

Vytápění nízkoteplotním kotlem - vyplatí se?
Kondenzační kotle jsou prý drahé. Ano současný trh nabízí dobré kondenzační kotle od 22 tisíc Kč + 2000 Kč odkouření přes zeď případně svislé jednoduché odkouření na střechu v ceně dalších cca 200 Kč za metr délky. Náhrada starého atmosférického novým levným atmosférickým se tedy zdá lákavou nabídkou. Ušetříme odhadem 10 tisíc, pokud tedy nebudeme muset dělat nový nerezový komín, který veškerou úsporu zhatí.

Podíváme se nyní na provoz takového pečlivě vyčištěného kotle z blízka. Reálná data se shání těžko, většinou jde o reklamní materiály opomíjející mnohé vlivy. Vyjdeme tedy ze skutečného měření zákazníka provedené bez zjevných chyb a úmyslu něco podbízet. Je to provedené měření na obrázcích 1 a 2 a samozřejmě zpracované hodnoty zde. Diskuze k danému tématu pak zde.
Zdá se Vám celková účinnost 70% nepochopitelně nízká? Pojďme tedy jednotlivé výkony z naměřených hodnot přesně určit. Vyjdeme z konečných měření 8 a 9.
Příkon plynu 0,5 m3/hod = 10,7*0,5 = 5,35 kW, bez kondenzace(výhřevnost) pak 9,5*0,5 = 4,75 kW
Spaliny do komínu odcházejí s teplotou 76°C, vstupní vzduch 22°C, lambda 4,19. Komínové ztráty počítané z adiabatické teploty plamene jsou tedy 54*4,19/20= 11,3 % z 4,75 kW = 0,537 W
Přicházíme kompletně o kondenzaci, tedy 5,35-4,75 = 0,6 kW.
Z konečného vyrobeného tepla kompletně předehřejeme vzduch pro nasávání kotle přibližně o 20 stupňů (venku 0°C, u kotle 20°C) To představuje výkon 20*8,79/20 = 8,8% z 4,75 kW = 0,537 kW
Sečtením ztrát 0,537 + 0,6 + 0,537 = 1,65 kW z příkonu 5,35 kW. vychází účinnost 69%.
zpět

 
počítadlo.abz.cz