Lexikon topenářské techniky – odborné termíny srozumitelně a jednoduše

Energii uvolněnou při spalování oleje nebo plynu v kotli nelze dodat do topného systému beze ztrát. Horké spaliny, které unikají komínem do ovzduší, obsahují poměrně velké množství tepla, které se nazývá "ztráta spalinami".

Při každoroční emisní zkoušce zjišťují inspektoři spalin, zda kvalita spalování a ztráty spalin vznikající při provozu hořáku odpovídají zákonným předpisům. Kontrolují, zda hořák pracuje správně a zda je systém bezpečný. I když mu udělí perfektní hodnocení, vypovídá to jen málo o skutečné spotřebě energie kotle (jeho standardní sezónní účinnosti), protože i ta je významně ovlivněna výší povrchových ztrát.

Absorbéry jsou nedílnou součástí každého solárního kolektoru. Jsou umístěny pod průhledným skleněným krytem kolektoru s nízkou odrazivostí, takže sluneční záření dopadá přímo na ně.

Absorbér absorbuje téměř celé sluneční záření a sluneční energie se přemění na teplo. Co se týče vysoké účinnosti, vynikají zejména absorbéry s vysoce selektivním povlakem, mezi něž patří všechny solární kolektory firmy Viessmann.

Kogenerační jednotka se v podstatě skládá z motoru, synchronního generátoru a výměníku tepla. Synchronní generátor poháněný spalovacím motorem (pohonná jednotka) vyrábí třífázový střídavý proud o frekvenci 50 Hz a napětí 400 V, který se obvykle používá na místě.

Pro elektrické připojení se používá síť nízkého napětí (úroveň 0,4 kV). Kogenerační jednotky jsou zpravidla provozovány paralelně se sítí. V zásadě je však lze používat i v režimu nahrazení sítě nasazením synchronních generátorů.

Přebytečný výkon lze exportovat do sítě dodavatele elektrické energie. Motor generuje teplo, které může být absorbováno ve "vnitřním chladicím okruhu" postupně z mazacího oleje, chladicí kapaliny motoru a výfukových plynů a předáno do topného systému prostřednictvím deskového výměníku tepla.

Tento systém výroby a využití energie se označuje jako kombinovaná výroba tepla a elektřiny (CHP), protože mechanická energie (výkon) generovaná motorem a tepelná energie (teplo), kterou motor odevzdává při pohonu generátoru, se využívají současně.

Schematické schéma

Spalovací plynový motor pohání generátor a vyrábí energii. Teplo, které při tom vzniká, se odebírá z chladicí kapaliny a výfukových plynů prostřednictvím výměníku tepla a může být následně využito.

Při bivalentním režimu ohřevu TV je teplá voda ohřívána dvěma různými generátory tepla – například kotlem a solárními kolektory. Teplo ze solárních kolektorů se předává do TV prostřednictvím nepřímé spirály v zásobníku TV. V případě potřeby může být voda dohřívána kotlem prostřednictvím druhé nepřímé spirály.

K výrobě tepla a energie stačí vodík a kyslík. Chemická reakce mezi těmito dvěma látkami tvoří základ toho, co se někdy označuje jako "studené spalování". Probíhá mezi dvěma elektrodami: Vodík je přiváděn k anodě, kde jej katalyzátor rozdělí na kladné ionty a záporné elektrony. Elektrony putují přes elektrický vodič ke katodě a způsobují tok elektrického proudu. Kladně nabité vodíkové ionty se zároveň přes elektrolyt (iontoměničovou membránu) dostanou ke katodě, kde nakonec reagují s kyslíkem za vzniku vody. Uvolňuje se teplo. Celý proces je zcela bez škodlivin a je šetrný k životnímu prostředí.

Hrubá výhřevnost (Hs) určuje množství tepla uvolněného při úplném spalování včetně výparného tepla latentního ve vodní páře horkých plynů.

Až donedávna nebylo možné vypařovací teplo využít, protože k tomu neexistovaly technické možnosti. Jako základ pro všechny výpočty účinnosti byla proto zvolena výhřevnost (Hi). Odkaz na Hi a využití dodatečného odpařovacího tepla tak může vést k účinnosti vyšší než 100 %.

Kondenzační technologie využívá nejen teplo vzniklé spalováním jako měřitelnou teplotu horkých plynů (čistá výhřevnost), ale také obsah vodní páry (hrubá výhřevnost). Kondenzační kotle jsou schopny získat téměř veškeré teplo obsažené ve spalinách a přeměnit je na tepelnou energii.

Kondenzační kotle používají vysoce výkonné výměníky tepla. Ty ochlazují spaliny před jejich únikem komínem do té míry, že vodní pára obsažená v těchto plynech záměrně kondenzuje. Tím se uvolňuje dodatečné teplo, které se předává do topného systému.

Díky této technologii dosahuje kondenzační kotel standardní sezónní účinnosti [podle DIN] až 98 % (vztaženo na Hs). Kondenzační kotle jsou proto mimořádně energeticky účinné, což se stará jak o vaši peněženku, tak o životní prostředí.

Konstrukční princip tříprůchodového kotle přispívá ke snížení škodlivých emisí. Horké plyny nejprve procházejí spalovací komorou, poté se vracejí zpětnou zónou do přední části a vstupují do třetího průchodu. Tím se zkracuje doba, kterou spaliny stráví v nejžhavější části kotle, a snižuje se tak tvorba oxidů dusíku (NOx).

Inovativní zdroj energie pro tepelná čerpadla země/voda

V novostavbách je dnes každý třetí generátor tepla tepelné čerpadlo a trend je vzestupný. Pro vytápění se teplo odebírá z okolního vzduchu, země nebo podzemní vody.

Se systémem zásobníků ledu od společnosti Viessmann je nyní k dispozici další atraktivní zdroj tepla pro tepelná čerpadla země/voda. Zásobník ledu se skládá z nádrže s vestavěnými výměníky tepla, která je zakopána v zahradě a naplněna běžnou vodou z vodovodu. Na střeše domu jsou instalovány speciální solární absorbéry vzduchu. Ty odebírají teplo z okolního vzduchu a ze slunečního záření a dodávají ho do zásobníku. Zásobník ledu také čerpá energii přímo ze země.

Vytápění ledem – dodatečná energie

V případě potřeby odebírá tepelné čerpadlo ze zásobníku energii potřebnou pro vytápění a ohřev TV a přitom vodu ochlazuje, případně zmrazuje. I když zásobník zamrzne, ze solárních/vzduchových absorbérů a ze země proudí dostatek tepla, aby tepelné čerpadlo mohlo bezpečně a hospodárně vytápět budovu. Energie ze slunce a okolního vzduchu, stejně jako geotermální teplo, jsou využívány k opětovnému rozmrazení zásobníku.

Při každém spalovacím procesu fosilních paliv vznikají vedle oxidu uhličitého (CO₂) škodlivé plyny oxid uhelnatý (CO) a oxid dusnatý (NOx). Oxidy dusíku jsou zde obzvláště důležité. Nárůst těchto plynů vede nejen k vyššímu obsahu jedovatého ozonu, ale je také jedním z faktorů způsobujících kyselé deště.

V systémech s tepelnými trubkami neproudí solární médium přímo trubkami. Místo toho se v tepelné trubici pod absorbérem odpařuje procesní médium a předává teplo solárnímu médiu. Suché spojení trubek heatpipe uvnitř kolektoru, malé množství kapaliny uvnitř kolektoru a automatické vypnutí v závislosti na teplotě v případě systému Vitosol 300-T zajišťují obzvláště vysokou provozní spolehlivost.

Systémový kotel je nástěnný spotřebič určený výhradně k vytápění. Tyto spotřebiče mohou být také kombinovány se zásobníkem teplé vody a zajišťovat ohřev teplé vody.

Regulátor vytápění s kompenzací počasí zajišťuje, aby teplota průtoku odpovídala skutečné potřebě tepla (teplota průtoku je teplota vody přiváděné do radiátoru nebo podlahového vytápění).

Za tímto účelem se měří venkovní teplota a vypočítává se průtoková teplota ve vztahu k požadované teplotě v místnosti a podmínkám na okraji budovy.

Vztah mezi venkovní a průtokovou teplotou popisují topné křivky. Zjednodušeně řečeno: Čím nižší je venkovní teplota, tím vyšší je teplota vody v kotli nebo teplota průtoku.

Čistá výhřevnost (Hi) udává množství tepla uvolněného úplným spálením, pokud je výsledná voda odváděna ve formě páry. Vypařovací teplo latentní ve vodní páře horkých plynů se nevyužívá.

Hybridní zařízení je zdroj napájený z více zdrojů energie. Mezi takové systémy patří například dvourežimové systémy tepelných čerpadel. Jedná se o topné systémy s elektricky poháněným tepelným čerpadlem v kombinaci s alespoň jedním kotlem na fosilní paliva a řídicí jednotkou vyššího řádu.

Během provozu tepelné čerpadlo pokrývá základní zatížení s využitím vysokého podílu volné energie z prostředí. Za tímto účelem odebírá venkovní jednotka latentní teplo z venkovního vzduchu a prostřednictvím kompresoru jej ohřívá na teplotu proudění až 55 °C.

Plynový kondenzační kotel "naskočí" pouze tehdy, když je to výhodné z hlediska nastaveného provozního režimu, tj. když to vede k nižším provozním nákladům pro uživatele systému, nižším emisím CO₂ nebo vyššímu komfortu při přípravě teplé vody.

Všechny nástěnné a kompaktní kondenzační spotřebiče Viessmann jsou nyní vybaveny výměníkem tepla Inox-Radial z ušlechtilé oceli. Tato technologie s sebou přináší mimořádně vysokou účinnost až 98 % [podle DIN] a mimořádně spolehlivý a efektivní provoz během dlouhé životnosti.

Výměník tepla Inox-Radial ochlazuje spaliny před jejich odvedením do komína do té míry, že vodní pára obsažená v těchto plynech záměrně kondenzuje. Dodatečně uvolněné teplo se předává do topného systému. Tato funkce nejen šetří cennou energii, ale také chrání životní prostředí díky výrazně nižším emisím CO₂.

V případě tepelných čerpadel je výkonový koeficient (COP) poměrem přenosu tepla a spotřeby energie. Sezónní výkonový koeficient je průměr všech COP, které se vyskytnou v jednom roce. COP se používá k porovnávání tepelných čerpadel z hlediska účinnosti, přesto se odvozuje od konkrétního provozního bodu za definovaných teplotních podmínek.

Při plánování systému je třeba zohlednit jeho provoz v průběhu celého roku. Za tímto účelem se množství tepla přeneseného za celý rok uvádí ve vztahu k celkovému elektrickému výkonu odebranému systémem tepelného čerpadla (včetně výkonu čerpadel, řídicích jednotek atd.) za stejné období. Výsledek se udává jako sezónní výkonový faktor. Příklad: SPF 4,5 znamená, že v průměru za celý rok tepelné čerpadlo potřebovalo jednu kilowatthodinu elektrické energie k výrobě 4,5 kilowatthodiny tepla.

Kombinovaný kotel je nástěnný spotřebič, který se používá jak pro ústřední vytápění, tak pro ohřev TV. Ohřev TV probíhá na principu průtokového ohřevu vody.

Řídicí jednotka spalování Lambda Pro Control v nástěnných plynových kondenzačních kotlích Vitodens zajišťuje trvale stabilní a ekologické spalování, trvale vysokou účinnost a vysokou provozní spolehlivost, a to i v případě kolísající kvality plynu.

Řídicí jednotka spalování Lambda Pro Control automaticky rozpozná každý typ použitého plynu. Díky tomu je ruční nastavení a měření při uvádění do provozu zbytečné. Kromě toho řídicí jednotka Lambda Pro Control nepřetržitě řídí směs plynu se vzduchem, aby bylo zajištěno konstantně čisté a účinné spalování, a to i v případě, že se kvalita plynu mění. Ionizační elektroda poskytuje k tomuto účelu potřebná nezpracovaná data přímo z plamene.

Decentralizované zásobování teplem a elektřinou se ukazuje jako stále důležitější. Viessmann nabízí řešení, která mohou přispět k vyrovnání nestability dodávek elektřiny z obnovitelných zdrojů. Větrné elektrárny a fotovoltaické systémy se staví ve velkém množství a nahrazují jaderné elektrárny a konvenční velké elektrárny.

Protože však dostupnost těchto obnovitelných zdrojů kolísá, a proto ji nelze naplánovat, staly se řízené kogenerační jednotky důležitými součástmi při prosazování úspěšné energetické transformace. Tento vývoj je veden politickým cílem zvýšit do roku 2020 podíl energie vyráběné v kogeneračních elektrárnách na 25 %.

Decentralizovaná výroba energie

Tam, kde je nedostatek nestálé výroby elektřiny, mohou mikrokogenerační jednotky významně přispět k pokrytí poptávky. Protože se tak děje lokálně a energie se vyrábí na místě, snižuje se tím také tlak na rozvodné sítě. Výroba vlastní elektřiny pomocí kogeneračních jednotek je nyní životaschopnou náhradou za odběr energie ze sítě. V kombinaci s akumulační jednotkou lze dosáhnout autonomního napájení, zejména u mikrokogeneračních systémů.

[1] Kotel se špičkovým zatížením

[2] Modul palivového článku

[3] Věžový zásobník s 220 l nerezovým zásobníkem teplé vody a hydraulikou a senzory

[4] Vyvážený systém odvodu spalin

[5] Integrovaný měřič exportu kogeneračních jednotek

[6] Komunikační rozhraní WiFi

[7] Domácí elektroměr (obousměrný elektroměr)

[8] Domácí elektrický okruh

[9] Veřejná síť

[10] Internetová aplikace/ViCare

Hlavním účelem tepelných čerpadel je zajistit pohodlné a komfortní ústřední vytápění a spolehlivý ohřev teplé vody. Lze je však použít i k chlazení budov. Zatímco v zimě se země nebo podzemní voda využívá k zajištění energie pro vytápění, v létě ji lze využít k přirozenému chlazení.

Při funkci přirozeného chlazení spouští řídicí jednotka tepelného čerpadla pouze primární čerpadlo a čerpadlo topného okruhu. To znamená, že relativně horká voda ze systému podlahového vytápění může předávat své teplo prostřednictvím výměníku tepla solance v primárním okruhu. Tím se odebírá teplo ze všech připojených místností. Díky tomu je přirozené chlazení mimořádně energeticky účinným a levným způsobem chlazení interiéru budovy.

Byla zavedena standardní sezónní účinnost [podle DIN], aby bylo možné porovnat spotřebu energie různých typů generátorů tepla. Jako měřítko využití energie kotle ukazuje v průběhu celého roku, do kolika procent se využitá energie přemění na využitelnou tepelnou energii.

Úroveň standardní sezónní účinnosti [podle DIN] je významně ovlivněna úrovní ztrát spalinami a povrchovými ztrátami vznikajícími během provozu.

Povrchové ztráty představují podíl výkonu spalování, který se uvolňuje do okolního vzduchu povrchem tepelného generátoru, a tím se ztrácí jako využitelná tepelná energie.

Vznikají jako radiační ztráty při chodu hořáku nebo jako pohotovostní ztráty při nečinnosti hořáku, zejména na jaře/podzim, ale také v letních měsících, kdy je kotel potřebný pouze pro ohřev TV.

Povrchové ztráty starého kotle budou zpravidla podstatně vyšší než ztráty spalinami kontrolované revizorem spalin. Úroveň povrchových ztrát je tedy rozhodujícím faktorem nákladové efektivity (standardní sezónní účinnosti) generátoru tepla.

Pojmy "otevřený kouřovod" a "uzavřená místnost" popisují způsob, jakým je kotel zásobován vzduchem potřebným ke spalování.

Při provozu s otevřeným kouřovodem odebírá kotel spalovací vzduch z místnosti, kde je instalován. Místnost proto samozřejmě musí mít odpovídající větrací otvory. Zde existuje řada možností. Často se přívod spalovacího vzduchu zajišťuje pomocí otvorů nebo mezer (průduchů) ve vnější stěně. Pokud je spotřebič umístěn uvnitř obytného prostoru, je další možností "propojený přívod vzduchu do místnosti", kdy je dostatečné větrání zajištěno pomocí přípojek vzduchu (štěrbin ve dveřích) do několika dalších místností.

Při provozu v uzavřené místnosti je potřebný spalovací vzduch přiváděn zvenčí prostřednictvím ventilačního potrubí. V zásadě lze identifikovat tři řešení:

1. Přívod vzduchu přes svislý střešní vývod
2. Přívod vzduchu přes vnější stěnovou přípojku
3. Přívod vzduchu přes vyvážený komín

Výhodou provozu s uzavřeným prostorem je, že poskytuje ještě větší flexibilitu než provoz s otevřeným kouřovodem, pokud jde o umístění nástěnných plynových kotlů. Spotřebič lze instalovat kdekoli - jak v obytných místnostech, tak ve výklencích, skříních nebo střešních prostorách.

Nezávislost na vzduchu v místnosti také snižuje ztráty, protože ohřátý vzduch v místnosti není využíván ke spalování. Spotřebiče uzavřené v místnosti lze proto umístit do tepelné obálky budovy.

U tohoto typu systému je ústředním prvkem dvourežimový zásobník teplé vody. Při dostatečném slunečním záření ohřívá solární médium v solárním systému vodu v zásobníku TV prostřednictvím spodní nepřímé spirály. Když teplota klesne díky odběru teplé vody, např. pro koupel nebo sprchování, spustí se v případě potřeby kotel, který zajistí dodatečný ohřev prostřednictvím druhého okruhu.

Kromě ohřevu TV lze solární médium ohřáté v solárních kolektorech použít také k ohřevu topné vody na teplotu. K tomu se v topném okruhu prostřednictvím výměníku tepla využívá voda v solárním zásobníku, která je průběžně ohřívána solárními kolektory. Řídicí jednotka kontroluje, zda lze dosáhnout požadované teploty v místnosti. Pokud je teplota nižší než nastavená hodnota, spustí se i kotel.

Solární kolektor generuje teplo vždy, když na absorbér dopadá sluneční světlo, a to i v době, kdy není teplo potřeba. To může být například v létě, kdy jsou obyvatelé na dovolené. Pokud již není možný přenos tepla prostřednictvím zásobníku teplé vody nebo akumulačního zásobníku topné vody, protože jeden z nich je již plně ohřátý, oběhové čerpadlo se vypne a solární tepelný systém stagnuje.

Pokud na kolektor dopadá další sluneční záření, jeho teplota se zvyšuje, dokud se teplonosné médium neodpaří, což způsobuje vysoké tepelné namáhání součástí systému, jako jsou těsnění, čerpadla, ventily a samotné teplonosné médium. V systémech s teplotně závislým vypínáním ThermProtect je tvorbě páry spolehlivě zabráněno.

Plochý kolektor s přepínatelnou absorpční vrstvou

Poprvé byl vyvinut a patentován plochý kolektor, který po dosažení určité teploty zabraňuje dalšímu pohlcování energie. Absorpční vrstva kolektoru Vitosol 200-FM je založena na principu "spínacích vrstev". Krystalická struktura, a tedy i výkon kolektoru, se mění v závislosti na teplotě kolektoru, čímž se snižuje stagnační teplota. Při teplotách absorbéru 75 °C a vyšších se krystalická struktura povlaku mění, čímž se mnohonásobně zvyšuje rychlost vyzařování tepla. Tím se snižuje výkon kolektoru, protože s rostoucí teplotou kolektoru výrazně klesá stagnační teplota a zabraňuje se tvorbě páry.

Jakmile teplota v kolektoru klesne, krystalická struktura se vrátí do původního stavu. Více než 95 % dopadající sluneční energie může být nyní absorbováno a přeměněno na teplo; pouze nepatrná část (méně než 5 %) je vyzářena zpět. To znamená, že výtěžnost nového kolektoru je vyšší než u běžných plochých kolektorů, protože kolektor se nikdy nedostane do fáze stagnace a může kdykoli znovu dodávat teplo. Počet aktivací změny krystalické struktury není omezen, což znamená, že tato funkce je vždy k dispozici.

Ve standardním režimu kolektoru se nový absorpční povlak plochého kolektoru Vitosol 200-FM chová jako jakýkoli standardní absorpční povlak plochých kolektorů Viessmann. Při teplotách kolektoru 75 °C a vyšších se mnohonásobně zvyšuje přenos tepla, čímž spolehlivě zabraňuje přehřívání a tvorbě páry v případě stagnace.