Alternatívy klasických zdrojov tepla

Celosvetový vývoj v oblasti spotreby energií a znižujúce sa zásoby ropy a zemného plynu sú hlavnými príčinami nárastu cien jednotlivých komodít na výrobu tepelnej energie, a tým, samozrejme, sa zvyšujú aj ceny tepelnej energie. Odpoveď dnešnej doby na tento vývoj je práve hľadanie alternatívnych zdrojov, ktorých prevádzka nie je závislá od spaľovania fosílnych palív alebo od elektrickej energie.

Pec alebo kozub ako hlavný zdroj tepla

Na prvý pohľad sa toto tvrdenie zdá nepredstaviteľné, je to však možné, ale iba za určitých predpokladov. Prvým a základným predpokladom je vysoká odbornosť a spôsobilosť kachliara, ktorý pec alebo kozub navrhuje a realizuje. Ak sa v budúcnosti chcete vyhnúť problémom a reklamáciám, neodporúčame odbornosť kachliara podceňovať. Najskôr si u kachliarskeho majstra zistite, či má skúsenosti so stavbami kachľových pecí alebo kozubov a dbajte najmä na úvodnú fázu tvorby projektu, v ktorej sa určuje typ, veľkosť a tvar kachľovej pece alebo kozubu.

• Predpoklady pre tento druh vykurovania

• Prvým predpokladom je typ rodinného domu. Mal by byť postavený ako nízkoenergetický objekt, ktorého tepelná potreba sa pohybuje pri obytnej ploche 160 m2 na úrovni približne 7 kW. Často sa však stretávame s požiadavkou vyšších výkonov, ako je 15 kW, no perspektívni užívatelia si väčšinou neuvedomujú, čo sa skrýva za týmto číslom. Tento údaj totiž zodpovedá dennej spotrebe dreva viac ako 110 kg.

• Ak by sme naozaj chceli mať kachľovú pec ako jediný zdroj tepla, pri takejto spotrebe paliva by sme sa stali otrokmi vlastného kúrenia. Preto je ako maximálna hranica, po ktorú je ešte vhodné a možné kachľovú pec ako hlavný zdroj použiť, stanovená na 9 kW. Pri vyššej tepelnej potrebe budovy môže slúžiť kachľová pec len ako doplnkové kúrenie ku hlavnému, kde zdrojom tepla môže byť napríklad plyn alebo vykurovací olej.

Výber spotrebiča

Denná spotreba dreva je teda jedným z hlavných údajov v návrhu tohto typu vykurovania. Pri požiadavke vysokých výkonov alebo pri výbere medzi kozubom a kachľovou pecou sa perspektívni užívatelia väčšinou nezamýšľajú nad otázkou, ako často musia prikladať palivo do spotrebiča. Nominálny výkon spotrebiča napríklad 10 kW zodpovedá dávke dreva cca 3,6 kg pri 70 % účinnosti spaľovania. A tu je hlavný rozdiel medzi kozubom a kachľovou pecou.

Pri kozube je nominálny výkon podmienený priložením nominálnej dávky paliva, to znamená v uvedenom príklade predstavuje výkon 10 kW pri stanovenej účinnosti spaľovania hodinovú dávku dreva 3,6 kg. Aby bol dosiahnutý tento výkon, uvedenú dávku musí užívateľ priložiť do kozubu každú hodinu. Väčšia dávka paliva mení vlastnosti spaľovacieho procesu, zvyšujú sa výstupné teploty spalín do komína, a tým klesá účinnosť spaľovania. Práve táto vlastnosť kozubov núti užívateľov (kvôli predĺženiu intervalu prikladania dreva) použiť väčšie dávky paliva, prikladať palivo s vyššou vlhkosťou, ako je povolené (vlhké drevo síce dlhšie horí, ale nekvalitne, optimálna vlhkosť dreva je max. 20 %), alebo prílišne škrtiť prívod vzduchu pre horenie, aby sa spomalil proces spaľovania. Všetky tieto kroky však dlhodobo vedú k poškodeniu spotrebiča, skráteniu jeho životnosti a, bohužiaľ, aj k vážnejším rizikám vzniku požiaru. A práve tu začína obrovská výhoda kachľových pecí.

Kachľové pece majú stanovený interval prikladania podľa typu pece (ľahká, stredná, ťažká) na 8, 12, 16 alebo 24 hodín. Keď sa interval prikladania premietne do komfortu užívateľa, znamená to prikladanie maximálne dvakrát za deň (ráno a večer), v prechodných obdobiach aj jeden alebo dvakrát denne.

Teplovzdušný kozub

Všeobecne sa teplovzdušný kozub, ako stavebný typ pri výstavbe domáceho alternatívneho zdroja, používa najčastejšie. Okrem predchádzajúcich dôvodov ani pre priestory v nízkoenergetických domoch nie je jeho základný variant vhodný za normálnych okolností.

Prvým problémom je často požadované veľké presklenie. Kozubová vložka cez predné sklo vysála 30 až 60 % tepla do priestoru, v ktorom sa kozub nachádza. Pri veľkosti obývačky 40 m2 a jej maximálnych tepelných stratách na úrovni 40 m2 x 50 W/m2, to znamená 2 000 W. Predpokladáme, že kozubová vložka má výkon 10 kW a pri stredne veľkom presklení vysála cezeň 40 % celkovej energie. Pri výkone 10 kW teda cez sklo prejde 4 000 W. Keďže maximálne straty sú 2 000 W, máme k dispozícii dvakrát viac energie prepustenej len cez samotné sklo, ako naša obývačka potrebuje. Ak by sa aj podarilo teplovzdušnú zložku tepla z kozuba ideálne rozviesť do zvyšnej časti domu, výkon 10 kW stále o 2,5 kW presahuje maximálne tepelné straty domu s obytnou plochou 150 m2, ktorého tepelné straty sú 50 W/m2 (modelový príklad).

Hoci sú kozubové vložky regulovateľné, regulovateľnosť výkonu sa pohybuje len v určitom rozsahu. Ak chceme mať aspoň stredne veľké presklenie kvôli optike pohľadu, tak dolná hranica regulovateľného výkonu je väčšinou na úrovni 6 - 7 kW. Z pohľadu celkovej energetickej bilancie to nevyzerá zle.

Musíme sa však pozrieť ešte na dva fakty. Prvým je, že i teraz máme podiel sálania vložky cez sklo na úrovni 2,4 - 2,8 kW, čo je viac ako naša obývačka pri hraničných teplotách potrebuje. Druhým faktom je, že výkon 6 - 7 kW zodpovedá pri 70-percentnej účinnosti spáleniu 2 až 2,3 kg dreva. Ide približne o dve stredne veľké polienka. Ruku na srdce – koho z nás takéto množstvo dreva v ohnisku a z toho vyplývajúci vzhľad ohňa uspokojí?

Skúsenosti hovoria, že najobľúbenejšia veľkostná dávka paliva je niekde na úrovni 5 kg a vyššie. Toto sú podstatné dôvody, o ktoré sa opiera tvrdenie o nevhodnosti klasického základného variantu teplovzdušného kozuba pre nízkoenergetické stavby. Do úvahy v podstate prichádzajú len menšie varianty kozubových vložiek s presklením, ktorých výkon zodpovedá veľkosti miestnosti s kozubom.

Taktiež obstavaný variant v klasickom teplovzdušnom vyhotovení nie je vhodný. Je potrebné siahnuť po sálavých stenách, Magnathermovom akumulačnom jadre či hypokaustovom vyhotovení bez teplovzdušného obehu. Pokiaľ predsa len nie ste pripravení stotožniť svoju predstavu s niečím iným, ako je kozub, poraďte sa v niektorej z odborných firiem ohľadom použiteľnosti tejto alternatívy.

Teplo na ohrev vody

Iná otázka znie: Prečo by nemohla kachľová pec alebo kozub okrem príjemného sálavého tepla dodávať zároveň teplú vodu pre centrálne vykurovanie ako aj teplú úžitkovú vodu?

Zástancov kachľových pecí čoraz viac zaujíma takéto riešenie – najmä vtedy, keď sa hovorí o  koncepcii vykurovania nízkoenergetických stavieb. Takýmto spôsobom je totiž možné vykurovať celý dom alebo podporiť centrálne kúrenie, ktoré je už k dispozícii.

Kachľová pec alebo kozub s teplovodným výmenníkom sa umiestňujú v obývacom priestore a vzdialenejšie miestnosti sú vykurované nie prostredníctvom teplovzdušných rozvodov, ako je to dnes zvyčajne riešené, ale vykurovacími telesami alebo stenovým kúrením. podobne je riešené aj zásobovanie teplou úžitkovou vodou.

Technicky to nie je žiadny problém, práve naopak, prakticky pre všetky možné prípady existujú vyhovujúce riešenia, pretože každý dom i každá rodina potrebujú vždy individuálne riešenia. Pritom všetky riešenia majú spoločnú základnú myšlienku – dodávateľom energie je ohnisko kachľovej pece alebo kozubu určené na spaľovanie dreva, ktoré predstavuje obnoviteľný zdroj energie.

Ideálne alternatívne zdroje

Trendy v oblasti alternatívnych zdrojov pre úsporné domy jednoznačne smerujú k použitiu sálavých akumulačných konštrukcií. Ide o klasické ťažké kachľové pece, ktoré sú riešené formou hypokaustov, to znamená so vzduchovou medzerou, alebo hybridné kombinované varianty, kde je použitá špecifická liatinová vložka do kachľovej pece a vyhotovenie akumulačnej časti je tiež formou hypokaustu.

Prečo by práve tieto druhy konštrukcií mali byť tými najvhodnejšími?

Spaľovanie dreva v kachľových peciach prebieha dávkovo. To znamená, že každých 12 hodín (ráno a večer) sa priloží určitá dávka dreva. Dvierka pece sú menšie alebo v prípade väčších sú riešené dvojitým sklom, ktoré výrazne obmedzuje množstvo sálavého tepla. Dávka, ktorá sa prikladá, môže byť podstatne väčšia, nakoľko energia nie je dodaná priestoru okamžite, ale je rozložená na interval prikladania 12 respektíve 8 hodín. Napríklad, ak priložíme 8 kg dreva, čo znamená pri 80-percentnej účinnosti približne 3,2 kWh energie v kilograme, v celej dávke je to 25,6 kWh. Spálením dreva získame energiu, ktorá sa uloží do šamotovej masy pece. Odtiaľ sa postupne vysála cez steny. Ak 25,6 kWh energie rozdelíme na 12 hodín, znamená to 2,13 kW výkon na 1 hodinu. Toto číslo je už podstatne bližšie našej potrebe.

Samozrejme, pri tomto riešení sme už schopní výraznejšej regulácie vzhľadom na rozdelenie energie na dlhší interval. Napríklad pri dávke 5 kg a intervale 12 hodín dosiahneme hodinový výkon 1,33 kW, pri dávke 8 kg spomínaných 2,13 kW a  pri dávke 10 kg výkon 2,66 kW. V schopnosti rozloženia energie na dlhší časový interval tkvie jednoznačná výhoda a predurčuje kachľovú pec s akumulačnou masou ako ideálne teleso pre energeticky úsporný dom. Je tu však aj rad ďalších výhod, ktoré robia z kachľovej pece vhodné zariadenie pre váš príbytok.

Klasická kachľová pec

Klasické riešenie kachľovej pece je najstarší, ale zároveň z pohľadu zdravotnej hodnoty neprekonaný variant. Až 80 % tepla sa distribuuje sálaním zo stien telesa a len zvyšná časť, približne 20 %, je teplý vzduch, ktorý prúdi okolo stien kachľovej pece.

Pec pozostáva z ohniska a spalinových prieduchov. Na ich vyhotovenie sa používajú rôzne alternatívne materiály od šamotových tvaroviek až po špeciálne korduritové tvarovky či keramický modulový systém ako top produkt pre spalinové prieduchy. V závislosti od kvality a množstva materiálu je potom kachľová pec schopná naakumulovať teplo a rozložiť jeho efekt na dlhší časový interval. Vďaka tomu možno spáliť dávku paliva naraz, no energiu uvoľňovať do priestoru postupne. Tým dostaneme hodnotný pohľadový oheň cez veľké dvierka s dvojitým presklením, no zároveň máme prebytok tepla počas spaľovania väčšej dávky dreva.

Dvojité sklo dvierok výrazne obmedzuje sálanie cez sklo, a tak možno použiť pomerne veľké presklenie bez nežiaduceho silného prehrievania interiéru s obmedzenou tepelnou potrebou. Klasický variant pece je vhodný najmä do priestorov, kde nie je potrebné vykurovanie ďalších miestností, napríklad na hornom poschodí.

Hybridný variant

Riešenie znamená výrazný rozdiel najmä v ohnisku oproti predchádzajúcej klasickej verzii. V tomto prípade šamotové ohnisko nahrádza špeciálna liatinová vložka, no v žiadnom prípade nejde o kozubovú vložku.

Kachľové hybridné vložky sú konštruované s dôrazom na čo najvyššiu výstupnú teplotu, aby množstvo napojiteľných spalinových prieduchov bolo čo najväčšie. Hybridný variant pece má vďaka liatinovému plášťu ohniska väčší podiel teplovzdušnej zložky. Túto môžeme rozviesť systémom hypokaustových vzdušných prieduchov do ďalších miestností a dosiahnuť tak kvalitnejšiu distribúciu energie aj do iných priestorov. Pri takomto riešení nejde o klasický teplovzdušný rozvod, ale o cirkuláciu vzduchu v zatvorených dutinách. Zohriaty vzduch odovzdáva v ďalších miestnostiach energiu sálavým plochám a následne sa ochladený vracia do telesa pece. Vo všetkých miestnostiach potom prevažuje teplo distribuované sálaním, čo má významný efekt na kvalitu klímy v priestore a zdravie obyvateľov.

Obidva popísané varianty kachľových pecí bezpochyby nachádzajú uplatnenie ako v normálnych tak aj v nízkoenergetických domoch. V oboch prípadoch ide o technicky náročnejšie diela, ktorých realizáciu je potrebné zveriť školeným odborníkom. Výsledkom potom bude naša spokojnosť, príjemná tepelná pohoda v byte a zdraviu prospešné sálavé teplo. Výstavbou ktoréhokoľvek variantu pece získame hodnotný originál a účinný zdroj vykurovania pre náš príbytok.

Ing. Jozef Karlík
Viac informácií na www.inspire.sk