Náklady na vytápění dřevními peletami
Pro bilanční výpočty roční potřeby paliva je důležité správné stanovení výhřevnosti konkrétního paliva a stanovení reálné provozní účinnost samotného kotle. Ne vždy se tyto údaje shodují s údaji uváděnými výrobci, či spíše prodejci pelet a peletových kotlů.
Výhřevnost dřevních pelet
Výhřevnost dřevní hmoty je závislá na její kvalitě a vlhkosti. Zcela zdravé a suché dřevo z listnatých stromů má výhřevnost 18 - 18,5 MJ/kg, u jehličnatých stromů se pak pohybuje na hranici 19 - 19,5 MJ/kg. Každé palivo z dřevní hmoty však vždy obsahuje jistý podíl vlhkosti, která její výhřevnost snižuje. Je-li výhřevnost v bezvodém stavu Hw [MJ/kg] a vlhkost dřeva w [%], pak skutečnou výhřevnost HMJ získáme ze vztahu
Často bývá udávána výhřevnost paliva v kWh/kg. Tu získáme tím, že výhřevnost uvedenou v MJ/kg vydělíme 3,6. Vzájemný vztah těchto výhřevností je tedy
A jaká je tedy reálná výhřevnost dřevních pelet? Vlhkost pelet se pohybuje v rozmezí 7 - 10%. Peleta vyrobená z kvalitní dřevní hmoty (Hw= 19 MJ/kg ) o uvažované střední vlhkosti 8,5% má skutečnou výhřevnost 17,2 MJ/kg. Samotné sušení dřevní hmoty před peletováním je energeticky dosti náročné, proto se reálná vlhkost při průmyslové výrobě blíží 10%. Navíc dřevní hmoty té nejvyšší kvality je nedostatek pro celoroční provoz peletáren, proto lze pro reálnou průměrnou výhřevnost sušiny předpokládat hodnotu 18,5 MJ/kg, což je pořád ještě vysoký standard. Proto lze pro reálnou průměrnou výhřevnost pelet uvažovat hodnotu 16,5 MJ/kg.
Jak to, že výrobci pelet často udávají výhřevnosti nad 18 MJ/kg (resp. 5 kWh/kg)? Je to dáno metodou ověřování kvality paliva. Pokud je udávána kvalita pelet dle ÖNORM M 7135, či DIN 51731 (resp. DINplus), je dle těchto norem ověřována právě výhřevnost v bezvodém stavu Hw, kterou poté udávají výrobci ve firemních materiálech a často tak uvádějí zákazníky v omyl. Otázku proč to tak dělají nechám raději nezodpovězenou. Pro stanovení reálné výhřevnosti je však nutné znát také vlhkost paliva, která by měla v tomto případě být vždy uvedena. Od roku 2010 vstoupí v platnost nová evropská norma EN 14 961, ve které je již jako kritérium kvality udávána výhřevnost v původním stavu (min. 16,5 MJ/kg).
Ovšem ani deklarace kvality pelet dle příslušných norem nehovoří o tom, že vámi odebrané pelety mají reálně tyto teplotechnické vlastnosti. Důležitý je materiál, kterým výrobce dokládá kvalitu pelet. Pokud se jedná o CERTIFIKÁT, znamená to, že certifikační orgán (zkušebna) průběžně u výrobce kontroluje kvalitu výrobků, což dává vysoký předpoklad toho, že reálná kvalita pelet odpovídá kvalitě deklarované. Ovšem velice často se jedná pouze o tzv. OSVĚDČENÍ. Tím příslušná laboratoř pouze dokládá, že ke zkoušce předložené palivo má konkrétní vlastnosti, ale následnou průběžnou kontrolu výroby již neprovádí. To, jaké vlastnosti má palivo reálně prodávané, pak záleží pouze na slušnosti výrobce , či míře strachu z ČOI.
Účinnost kotlů
Jak jsem již v úvodu uvedl, pro správný bilanční výpočet je důležité také stanovit reálnou provozní účinnost kotle. Zdůrazňuji účinnost kotle, nikoliv účinnost spalování, neboť je v tom velký rozdíl. Uveďme si to na konkrétním příkladu kotle BIOSTAR 15, což je špičkový peletový kotel předního evropského výrobce, firmy GUNTAMATIC Heiztechnik GmbH. V základních materiálech je u tohoto kotle uváděna účinnost spalování (tzv. Wirkungsgrad der Feuerung) 94,8%. V Rakousku a Německu je to údaj velice důležitý, protože je zde běžnou praxí ověřovat technický stav kotlů měřením přímo u zákazníků. Účinnost spalování zahrnuje ztráty citelným teplem spalin, lze ji tedy stanovit běžným analyzátorem spalin na základě teploty spalin a koncentraci O2 v nich.
Celková účinnost kotle však zahrnuje také ztráty sáláním povrchu kotle, mechanickým nedopalem (množství nevyhořelých pevných zbytků) a plynným nedopalem (množství nevyhořelé plynné hořlaviny ve spalinách), které lze stanovit pouze na specializovaných pracovištích (zkušebnách). V podrobných technických materiálech u kotle BIOSTAR 15 zjistíme, že jeho celková účinnost, která zahrnuje i tyto ztráty, je 90,1%. Ovšem ani to není zpravidla reálná průměrná provozní účinnost kotle. Výrobci udávané účinnosti jsou hodnoty, které byly zpravidla stanoveny při certifikaci kotle. Tedy při ideálních provozních podmínkách. Těch se dosáhne při optimálním komínovém tahu, dostatečném "prohřátí" spalovacího prostoru, který většinou obsahuje dost žáruvzdorné vyzdívky, použitím ideálního paliva, ...
V běžném provozu se lze těmto podmínkám přiblížit napojením na komín s regulací tahu a s akumulačním provozem, který pro peletové kotle představuje minimálně 20 litrů akumulace na kW jmenovitého výkonu kotle. Správně nadimenzovaný komín s regulátorem zajistí, že tah nepřesáhne horní hranici, která způsobí radikální změnu tahových poměrů ve spalovací komoře (má vliv na kvalitu spalovacího procesu) i výměníku (má vliv na zvýšení komínové teploty). Akumulace tepla do zásobníku zase prodlužuje provoz za ideálních teplotních podmínek a omezuje cyklování v režimu ON/OFF.
Jeká je tedy reálná provozní účinnost peletových kotlů? U správně nadimenzovaných a nainstalovaných zdrojů lze počítat se snížením deklarované účinnosti o 2 až 3%. Naopak špatné provozní podmínky znamenají snížení reálné provozní účinnosti o 5 až 8%.
Stanovení roční spotřeby paliva
Pro stanovení roční spotřeby paliva je nutné znát především potřebu tepla na vytápění. Pokud tento údaj známe, lze jej jednoduše dosadit do tabulky a zvolit správně výhřevnost paliva a účinnost zdroje. Pokud údaj o roční potřebě tepla neznáme, lze jej získat, pokud je známá tepelná ztráta vytápěného objektu. Na http://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/47-potreba-tepla-pro-vytapeni-a-ohrev-teple-vody lze pak velice přesně a elegantně získat potřebný údaj pro konkrétní lokalitu a provozní podmínky. Vyzkoušejme to obecně pro základní nastavení v tabulce (lokalita Praha Karlov) a tepelnou ztrátu 1 kW bez ohřevu teplé vody. Zjistíme, že pro zmíněnou lokalitu a běžnou otopnou soustavu je na 1 kW tepelné ztráty objektu zapotřebí 7,8 GJ energie. Pokud budeme uvažovat použití kvalitních dřevních pelet o výhřevnosti 17 MJ/kg a kotel s průměrnou roční provozní účinností 88%, získáme spotřebu paliva ze vztahu
Na 1 kW tepelné ztráty objektu tedy spotřebujeme orientačně 520 kg kvalitních pelet. Jedná se samozřejmě o orientační výpočet, protože vše závisí na konkrétních venkovních podmínkách v daném roce (délka topného období apod.), ale také na zvolené tepelné pohodě v samotném vytápěném objektu (někomu je 22°C moc, někdo při 26°C mrzne). Na ohřev teplé vody pro čtyřčlennou rodinu se běžně kalkuluje s roční potřebou 25 GJ tepla. Přepočteno na zmíněný kotel a pelety to je pak navíc cca 1,7 tuny pelet za rok.
Pojmy "účinnost spalování" a "účinnost ohniště"
V článku je použit pojem "účinnost spalování", což je hodnota, se kterou pracují analyzátory spalin, které nejsou schopné stanovit celkovou účinnost, ale pouze tzv. komínovou ztrátu, která je funkcí teploty spalin a množství O2 v nich. Tyto analyzátory udávají tzv. Feuerungstechnischer Wirkungsgrad (účinnost spalování), což je účinnost zahrnující pouze komínovou ztrátu. Přesná definice účinnosti spalování je zakotvena také v naší legislativě, konkrétně v NV 352/2002, kde je v příloze č. 7 pro stanovení účinnosti malých kotlů definována účinnost spalování jako 100-komínová ztráta a popsána byla také na tomto portálu (http://www.tzb-info.cz/1375-mereni-malych-zdroju-znecistovani).
Hodnota se liší od hodnoty dle pojmu "účinnost ohniště". Autorem použitý pojem je využívaný výhradně v oboru malých kotlů dle ČSN EN 303. Především s ním pracují technici v "terénu" při použití běžných analyzátorů spalin.
Vyjádření recenzenta
Ing. Jan Hrdlička, Ph.D.
Příspěvek podává reálný pohled na problematiku skutečné účinnosti peletových kotlů, poukazuje na zavádějící informace výrobců a udává stručný postup zjištění skutečných nákladů na vytápění peletami.
Autor se v úvodu svého článku věnuje výhřevnosti pelet vyrobených z dřevní hmoty, kde uvádí výhřevnost sušiny dřeva 19 – 19,5 MJ/kg. Tato hodnota je poněkud nadsazená, už vzhledem k podílu zastoupení jednotlivých prvků v hořlavině není prakticky možné tuto hodnotu dosáhnout. Pravděpodobnější je, že se v tomto případě jedná o spalné teplo sušiny, které tomuto rozsahu přibližně odpovídá. Výhřevnost sušiny je obvykle okolo 18 MJ/kg, což potvrzuje i orientačně provedený výpočet z běžného prvkového složení hořlaviny dřeva. Jinak reálnou výhřevnost dřevních pelet lze skutečně uvažovat na úrovni 16 – 16,5 MJ/kg, nicméně je běžné, že je výhřevnost nižší, především z důvodu autorem komentované nižší kvality materiálu pro výrobu pelet, anebo jejich vyšší vlhkosti.
Co se týká deklarace kvality paliva, je nutno s autorem souhlasit. Obecně je také v současnosti problém, že stále neexistuje jednotná norma pro standardizaci paliv vyrobených z biomasy, ten by měla vyřešit autorem zmíněná společná evropská norma EN 14 961. Zahraniční normy, např. DIN nebo Ö-norm, nejsou pro naše výrobce závazné, pokud palivo distribuují na domácí trh. Výrobci musí pouze dodržovat parametry dané vyhláškou 13/2009 Sb., kde je stanoveno, že minimální výhřevnost sušiny pevných paliv pro spalování v malých stacionárních zdrojích je 12 MJ/kg.
Tyto poznámky recenzenta pouze příspěvek doplňují a nijak nesnižují jeho hodnotu. Je potřebné publikovat o této problematice nezkreslené informace, tak jako posuzovaný příspěvek, který podává reálný pohled na problematiku skutečné účinnosti peletových kotlů, a poukazuje na zavádějící informace výrobců, ze kterých si běžný uživatel není schopen správně spočítat spotřebu paliva na topnou sezonu. Článek rovněž udává stručný postup zjištění skutečných nákladů na vytápění peletami, což je velmi důležitá informace, kterou je potřeba publikovat.
The calculate the balance of annual fuel requirement it is important to correctly determine the specific calorific value of the fuel and to asses the real efficiency of the boiler itself. Not always this data is consistent with what is reported by manufacturers or retailers of pellets and pellet boilers. Just to get an idea, for a 1kW heat loss the consumption would be 520kg of high quality pellets. This is of course an estimate, because it depends on the concrete weather conditions in a given year (length of the heating season, etc.), but it also depends on the chosen temperature for the heated area (for some people 22ºC is too much, others feel cold even at 26ºC. It is normally calculated that to heat water for a family of four the annual consumption is 25GJ. That, calculated for a boiler and pellets gives as an approximate of 1.7 tonnes of pellets a year.
