Vytápění/dřevem

Z Wikiverzity
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Jak používat klasifikační nálepkuTato stránka je součástí projektu:
Příslušnost: všeobecná

Na této stránce řešíme problematiku vytápění dřevem, tj. problematiku vytápěcích systémů, kde hlavním zdrojem tepla je spalování dřeva. Pomocným zdrojem tepla přitom mohou být například solární kolektory. V současné době se vzhledem k přísným předpisům jedná o poměrně složitou problematiku, která samozřejmě nemůže být vyčerpána na jedné stránce, proto se pokusíme jen o letmý úvod do problematiky a několik modelových řešení.

Takovým modelovým příkladem je vytápění rodinných domů a podobných budov, spojené s vařením, pečením, přípravou teplé užitkové vody atp.

Souhrnné info[editovat]

Dostupná literatura[editovat]

  • EBERT, Hans-Peter. Topení dřevem ve všech druzích kamen. [s.l.]: HEL, 2007. ISBN 978-80-86167-29-9. 
    • Obsah:
      1. O duchu ohně
      2. Nákup palivového dřeva
      3. Palivové dřevo vlastnoručně připravené zahřeje vícekrát
      4. Vlastnosti palivového dřeva
      5. Jiné formy paliv
      6. To nejdůležitější o kamnech na dřevo
      7. Pokojová kamna, lokální kamna (Einzelofen)
      8. Automatické vytápění dřevem
      9. Dodatek


Hoření dřeva[editovat]

Dřevo je složeno převážně z uhlovodíků, z čehož plyne, že naprostá většina hmoty se oxidací přeměňuje na oxid uhličitý a vodu. Jako oxidační mezistupeň vzniká kysličník uhelnatý, který musí být dále spálen.

Pyrolýza[editovat]

Při zahřátí dřeva na teplotu 300 – 400 °C se cca 60 % hmotnosti dřeva mění na dřevný plyn. Aby byl tento plyn spálen, má většina spalovacích systémů zajištěn přívod sekundárního vzduchu.

Ohniště[editovat]

Dřevo se spluje v ohništi (někdy se nazývá topeniště). Prastarým topeništěm je otevřený oheň, později krb či kamna.

Jednoduché topeniště je jednokomorové, ve kterém palivo hoří celou dobu. V tom nejjednodušším případě se jedná např. jen o plechový buben na nožičkách (stojatý nebo ležatý) s dvířky na vkládání dřeva, regulovatelným přívodem vzduchu na jedné straně a odvodem spalin do komína na druhé straně.

Během zahřívání a hoření dřevo v počátku produkuje dřevný plyn (viz w: dřevoplyn), obsahující jedovatý w: oxid uhelnatý. V této fázi se proto nedoporučuje omezovat přívod vzduchu, neboť hrozí, že nedokonalým spalováním vznikající CO bude unikat do ovzduší, což má za následek i snížení účinnosti vytápění i zanášení komínu dehtem a sazemi. Proto pro spalování dřeva existují topeniště, které podporují vícestupňové spalování. Tzv. sekundární spalování se zpravidla zajišťuje přívodem vzduchu do horní části topeniště, kde zlepšuje právě hoření vznikajících plynů.

Způsoby odhořívání[editovat]

Spalovací systémy:

  • Vertikální prohořívání – palivo je umístěno na roštu, zespoda je přiváděn primární vzduch, horký plyn stoupá dále nahoru
  • Horní odhořívání – palivo je umístěno např. ve vodorovném válci, z jedné strany je přiváděn primární vzduch, na druhou stranu odchází spálený plyn. Palivo přitom odhořívá ze shora. Tak to také zpravidla funguje u zděných kachlových kamen. Rošt není nutný – dřevo může hořet v popelovém loži.
  • Dolní odhořívání – systém, kdy je palivo umístěno v zásobníku, ze kterého vlastní vahou sestupuje do ohniště, kde postupně odhořívá:
    • Vertikální odhořívání – palivo je ve svislém zásobníku, po obou stranách jsou kanály, kudy odchází spálené plyny – tradiční způsob u kamen Club
    • Postranní odhořívání – asymetrické uspořádání, dřevo odhořívá z jedné strany
    • Kanálové odhořívání – podobné postrannímu, primární vzduch je přiváděn úzkým kanálem

Topenářská účinnost[editovat]

100% představuje teplo, které by se mohlo spálením dřeva uvolnit. Od toho se odečtou:

  • Ztráty kouřovými (odpadními) plyny (cca 7 – 12 %):
    • Volné teplo, které uniká komínem do ovzduší
    • Nedokonalé spálení odpadních plynů
  • Ztráty na roštu (nevyhořelé zbytky) – neměly by zůstávat žádné
  • Saze

Ztráty tepla zvyšuje např:

  • vlhkost palivového dřeva
  • příliš velký přebytek vzduchu – zbytečně velký objem plynů odcházejících komínem
  • nedostatek vzduchu (nedokonalé spálení)
  • příliš vysoká teplota kouřových plynů, odcházejících komínem do ovzduší

Teoretické příklady:

Vlhkost
dřeva
[%]
λ

[1]
ΔT
°C
[2]
Ztráty
[%]
[3]
Pozn.
0 1 60 2 Prakticky nedosažitelné ideální podmínky, extrémně nízká teplota spalin
0 2 60 4 Obvyklá velikost λ=2
20 2 60 5 Obvyklá vlhkost dřeva 20 %
20 2 100 8 Započítáváme další využití teploty kouře např. výměníkem
20 2 200 14 Dobré předpoklady, prakticky dosažitelná dobrá účinnost 86 %
20 3 200 22 Příliš velká λ
30 3 200 24 Příliš velká vlhkost dřeva
30 3 300 36 Příliš velká teplota kouřových plynů
  1. λ = koeficient přebytku vzduchu. λ=1 znamená množství vzduchu teoreticky přesně nutné pro spálení; λ=2 je dvojnásobné množství vzduchu atd. Na 1 kg dřeva počítáme minimálne 4,5 m3 vzduchu
  2. ΔT = rozdíl teploty odpadních kouřových plynů a teploty místnosti [°C]
  3. Ztráty = výsledné ztráty kouřovými plyny

Z toho můžeme vyvodit:

  • Pokud je vlhkost dřeva pod 20 %, ztráty se o mnoho nezvýší. S dále stoupající vlhkostí se ale ztráty zvyšují znatelněji a kromě toho dochází k dehtování, produkci sazí, nedokonalejšímu spalování – jsme nuceni zvýšit λ a ΔT a tím ztráty dále narůstají.
  • Přebytek vzduchu λ způsobuje přibližně úměrné zvyšování ztrát kouřovými plyny. Ovšem jeho nedostatkem riskujeme nedokonalé spalování.
  • ΔT by nemělo být příliš velké, ale také nemůže být příliš malé.

Otopný výkon[editovat]

Potřebný výkon pro vytápění domu lze velmi těžko spočítat – záleží na mnoha faktorech, existují na to různé počítačové programy. Orientačně můžeme vycházet z následujících hodnot potřebného otopného výkonu ve W vztažených na 1 m2 obytné plochy.

Výkon [W/m2] budova
od do
10 20 nízkoenergetický dům
20 40 dobře tepelně izolovaná novostavba
50 70 dobře tepelně izolovaná stará budova
70 120 špatně tepelně izolovaná stará budova

Kamna, krb[editovat]

Nejjednoduším způsobem vytápění mohou být kamna či krb na dřevo, případně obecně kamna na tuhá paliva. Ty mohou dostatečně prohřát jednu místnost, ale problém může výt s vytápěním přilehlých místností, případně místností v jiných podlažích.

Vedlejší místnosti lze vytápět jen prostřednictvím otevřených dveří, což ale nemusí vždy dostačovat. Horní podlaží mohou být vytápěna jednoduše tím, že se teplý vzduch ze spodní vytápěné místnosti nechá samotíží pronikat do vyšších pater.

Sporák, pec[editovat]

Na rozdíl od obyčejných kamen umožňuje kuchyňský sporák tepelnou přípravu pokrmů. K tomuto účelu plameny z ohniště ohřívají plotnu, případně i vestavěnou troubu. Podobným způsobem funguje i domácí pec.

Výrobci sporáků[editovat]

Bakeovens and cookstoves

Výrobce Stát, město Spor
[1]
Vým
[2]
Ext
[3]
Kach
[4]
Pmin
[5]
Pmax
[6]
mmin
[7]
mmax
[8]
Cmin
[9]
Cmax
[10]
201
[11]
Pozn
ABX ČR, Rumburk 5 0 0 2 7 80 320 16 66 0
Alfa-Plam Srbsko, Vranje
EdilKamin It, Milán
Firetube DE, Elterlein
Fortell/HARK ČR, Hostivař / DE, Duisburg 3 3 3 7 200 Kachlový sporák 63
HAAS+SOHN ČR, Rumburk 1 0 0 7 7 127 127 27 29 Ha 85.5-A
Invicta Fr,
Klover It, San Bonifacio
Kovoplast ČR, Chlumec n. Cidl.
KVS Moravia ČR, závod Dvorce 7 2 6 7 107 175 20 40 0 zbozi.cz
LA NORDICA It, Montecchio Precalcino 14
Dal Zotto It, Montecchio Precalcino
Lincar It, Reggiolo
MBS Srbsko, Smederevo
NunnaUuni Finsko, Nunnanlahti 2 24 880 1520 155 197 Akumulacemastek
Plamen Chorvatsko, Požega
Prity Bg, Liaskovets 9 1 ? 8 14+4 34 115 7 12
Ravelli It,
Řehulka ČR, Ohrozim
Temr ČR, Brandýs nad Labem
Sideros Španělsko
Termomont ČR, Litomyšl
THORMA Slovensko, Fiaľkovo
Tim Sistem Srbsko, Nova Pazova
Tulikivi Finsko, Juuka 3 2 6 730 1370 Bakeoven and cookstoves:H700, LLU1250, HU3400/13
Vescovi It
Victoria Bulharsko, Gorna Oryahovitsa
Vysočanka ČR, N. Město na Moravě
WAMSLER DE, Ismaning
Zvezda Bulharsko

Poznámky:

  1. Spor – počet typů vyráběných sporáků
  2. Vým – kolik typů s výměníkem
  3. Ext – kolik typů s externím přívodem vzduchu
  4. Kach – kolik kachlových typů; Z = zakázkové
  5. Pmin – nejnižší výkon [kW]
  6. Pmax – nejvyšší výkon [kW]
  7. mmin – hmotnost od [kg]
  8. mmax – hmotnost do [kg]
  9. Cmin – ceny od [tisíc Kč vč. DPH]
  10. Cmax – ceny do [tisíc Kč vč. DPH]
  11. Kolik jich splňuje limity normy zákona 201/2012 Sb?

Přehledy, nabídky[editovat]

Články[editovat]

Recenze, testy[editovat]

Diskusní skupiny[editovat]

Teplovzdušné vytápění[editovat]

Dokonalejší, ale složitější a nákladnější řešení představuje vzduchotechnika s nuceným oběhem vyhřátého vzduchu, který je vyfukován z podlahy anebo blízko podlahy vytápěných místností. Vzduchotechnika která může být dále vybavena dalšími elementy – filtry, rekuperací, zužitkováním tepla z dalších zdrojů atp. Cena a složitost takového systému ale pak už zpravidla převyšuje cenu samotných kamen. Kamna či krb pro takový systém již zpravidla bývá pro takový rozvod teplého vzduchu upraven.

Hypocaust[editovat]

Na rozdíl od teplovzdušného vytápění s otevřeným oběhem vzduchu se jedná o rozvod tepla prostřednictvím uzavřeného oběhu vzduchu.

Teplovodní vytápění[editovat]

Na rozdíl od hypocaustu se zde jako medium pro přenos tepla používá voda, a to pro její snadnou dostupnost, bezpečnost a zejména vysokou tepelnou kapacitu. Na rozdíl od kamen a jiných topidel je ohniště umístěno v teplovodním kotli, kde ohřívá vodu. Teplá voda je potom rozváděna po celém objektu k jednotlivým radiátorům a po předání podstatné části tepla se opět vrací do kotle.

Akumulace tepla[editovat]

Voda[editovat]

  • měrná tepelná kapacita c = 4.18 kJ/kg.K
  • hustota: 1 kg/dm³

Finský mastek[editovat]

talkomagnezit

Tulikivi – vlastnosti mastku:

  • měrná tepelná kapacita c = 0.98 kJ/kg.K
  • tepelná vodivost: 6.4 W/m.K
  • hustota: 2.980 kg/m³

Chemické složení:

Mastek Mg3Si4O10(OH)2 40 - 50%
Magnezit MgCO3 40 - 50 %
Chlorit H4(Mg,Fe)2Al2SiO11 2 - 10 %
Magnetit Fe3O4 0 - 15 %

Šamot[editovat]

  • Šamotová deska 250x124x30:
    • Objemová hmotnost 1850 kg/m3
    • Měrná tepelná kapacita 1.55 kJ/dm3K
    • Tedy měrná tepelná kapacita = 1.55 / 1.85 = 0.84 kJ/kg.K

Oproti tomu má mastek c = 0.98 kJ/kg.K, tj. pouze 1.17x větší tepelnou kapacitu, tj. o 17 % větší, tedy ten poměr mi nepřipadá zase až tak závratný. Takže jde asi spíš o to, že má asi 1.61x větší hustotu, takže pak výsledná objemová tepelná kapacita může být cca 1.88x větší než u šamotu.

Jinde[1] se uvádí šamot obyčejný: 915 kJ/kg K

Wolfshöher hladká šamotová deska - těžký šamot 30 x 400 x 200 Uvádí závislost tepelné kapacity šamotu na teplotě:

100 °C 0,79 kJ/kg.K
200 °C 0,850 kJ/kg.K
400 °C 0,945 kJ/kg.K
600 °C 1,070 kJ/kg.K
800 °C 0,995 kJ/kg.K
1 000 °C 1,040 kJ/kg.K

Tepelné kapacity[editovat]

Další materiály<ref>Hodnoty fyzikálních veličin vybraných stavebních materiálů (v kJ/kg.K):

voda 4.20
beton 1.02
dřevo 2.51
železo 0.44
hliník 0.87
čedič 0.88

Cihly do akumulačních kamen[editovat]

(Magnezitové)

Tepelnou kapacitu se mi nepodařilo nikde dohledat.

Kamnáři[editovat]

Reference[editovat]

  1. Najvhodnejsi akumulant tepla