Jak zabránit explozi výměníků tepla krbových kamen

Krbová vložka – krásný a hlavně příjemný pohled do hořícího ohně, sálavé teplo, prostě idylka. Tak proč vše příjemné ještě nevylepšit možností přitopení i mimo prostor přímo vytápěný krbem.

Následující text je reakcí dlouholetého projektanta, který navíc působil desítky let jako soudní znalec v oboru vytápění, na řadu nehod způsobených nevhodným zapojením a provozováním krbů s teplovodními vložkami. Příspěvek volně navazuje na autorův článek „Než vybuchne výměník krbové vložky“ z roku 2018 (Topin č. 3/2018).
Optimální zapojení teplovodních krbových vložek je stále technickým oříškem i pro zkušené projektanty. Úskalím optimálního řešení je to, že projektovou dokumentaci zpracovanou nejlépe zkušeným projektantem, a tedy vycházející z naprosto konkrétních podmínek umístění krbové vložky, nelze zobecnit. Správné řešení musí vždy zohlednit konkrétní podmínky v místě osazení teplovodní krbové vložky.
V příspěvku autora jsou podrobně vysvětleny jednotlivé komponenty celého zapojení, důvod a způsob jejich osazení, které je potřeba dodržet, má-li být provoz tohoto zdroje tepla do jisté míry ekonomický, ale zejména bezpečný a dále jsou pak popsány nejčastější chyby, které mohou vést či případně již vedly k fatálním následkům.
Pokud tedy nejsou důsledně splněny všechny požadavky na zabezpečení vložky proti přehřátí, nelze než souhlasit s autorem příspěvku a v takovém případě se teplovodní krbové vložce určitě vyhnout.

Recenzent: Zdeněk Číhal

Úvod

Krbová kamna s výměníkem tepla se zdají být ideálním řešením pro majitele rodinných domů se zájmem o vytápění dřevem. Také u starších domků je často možné původní kamna na uhlí nahradit krbovými kamny. Zabudovaný výměník tepla může být jak s vychlazovací smyčkou, tak i bez ní. Jaký je v nich rozdíl?

Vychlazovací smyčka chrání výměník před přehřátím v případě, že je k dispozici voda o přetlaku 2 až 5 bar, nezávislá na elektrické energii. V praxi u chat nebo rodinných domů tato podmínka není splněna prakticky nikde. Téměř všude je k dispozici pouze voda z vlastních studní. Tím se dostávají krbová kamna s výměníkem, ať už s vychlazovací smyčkou nebo bez ní, na stejnou úroveň. V případě výpadku elektrické energie jsou zabudované výměníky ohroženy obdobným způsobem.

Samozřejmě existuje i minoritní skupina domů, které mají přívod vody jak z vlastního zdroje, tak i ze zdroje veřejného na elektrické energii nezávislého. Může to být nějaká výhoda? V praxi jen naprosto výjimečně. Oba zdroje studené vody nesmí být spolu propojeny, a to z hygienických důvodů – potencionálně kontaminovaná voda z domovního zdroje se nesmí dostat do veřejného rozvodu.

Námitka, že ve veřejném vodovodu je téměř vždy vyšší přetlak vody, než u vody ze studně zde neobstojí. V případě poruchy tomu může být naopak. Proto je skoro vždy zdroj vody z veřejného vodovodu trvale uzavřen. V případě výpadku elektrického proudu potom nemůže veřejný zdroj vody chránit krbový výměník tepla prostřednictvím vychlazovací smyčky.

Přesto se pojďme podívat na to, jak funguje vychlazovací smyčka u malého počtu domků, které jsou napojeny jen na veřejný vodovod.

Funkce vychlazovací smyčky

Krbová kamna s výměníkem a vychlazovací smyčkou fungují na základě schématu podle obr. 1.

Vychlazovací smyčka krbového výměníku tepla má za úkol, pomocí studené vody, odvést přebytečné množství tepla v případě roztopeného krbu a výpadku elektrického proudu. Jak již bylo řečeno, zdroj studené vody musí mít podle normy ČSN 06 0830 přetlak 2 až 5 bar a musí být nezávislý na elektrické energii. Systém vychlazovací smyč­ky dokáže ochránit krbový výměník před destrukcí i v mnoha jiných případech než jenom při výpadku proudu. V jakých?

Nejčastější poruchy vedoucí k destrukci krbové vložky

Z praxe je známo více poruch, při kterých došlo k destrukci krbové vložky. Tou prvotní bývá to, že přívod vody do vychlazovací smyčky byl omylem uzavřen.

Vnitřní okruh krbové vložky má chránit vložku před korozí tím, že udržuje teplotu zpátečky na cca 65 °C. Někdy ve vnitřním okruhu chybí pojistný ventil (PV). Někdy je instalován ve větší vzdálenosti než požadovaných 20 DN výstupního potrubí z vložky, nebo byl namontován ve zpětném potrubí. Pokud není PV v pravidelných intervalech kontrolován odpuštěním malého množství vody, nemusí se při stoupnutí přetlaku otevřít. Občas je PV namontován s vyšším pojistným přetlakem, než je maximálně přípustný přetlak výměníku krbové vložky. Také zúžení profilu na odtoku od PV může způsobit, že PV nedokáže odvést pojistný výkon a u výměníku tepla nastane destrukce.

Na jedné z aplikací vnitřního okruhu krbové vložky s výměníkem na obr. 2 vidíme hned několik chyb. Na přívodním potrubí chybí teploměr, manometr ale i PV. Ten se na výstup z výměníku v obývacím pokoji nevešel. Druhý topenář, který dílo dokončoval pro nemoc prvního, předpokládal, že tam je. Za obezděním krbu nebyl vidět, ani viděn nemohl být z prostého důvodu, nebyl tam vůbec.

U expanze chybí uzávěr, manometr a vypouštěcí kohout. Zákazník souhlasil s použitím starší funkční expanze. Pro chybějící armatury na přívodním potrubí k expanzi nebylo možné překontrolovat přetlak na plynovém prostoru expanze. Jak se později ukázalo, žádný přetlak tam nebyl.

Dalším prohřeškem proti dobrým topenářským mravům bylo napojení expanze až za uzavřeným trojcestným ventilem. Tam nemůže plnit svou funkci ani v případě, že by v plynové části expanze byl správný přetlak.

Není bez zajímavosti, že chybné napojení expanzí se dá najít až u více jak poloviny instalovaných zařízení, jak je vidět z obr. 3.

Konstrukční řešení výměníku krbové vložky má několik otvorů o průměru cca 50 mm, které jsou zaslepeny víčky. Při stoupnutí přetlaku víčka opustí původní umístění a umožní destrukci svého okolí bez destrukce celého domu, viz obr. 4 a 5.

I tak dokáže tlaková vlna vyrazit sklo krbových dvířek a přemístit hořící ekologické palivo na novou plovoucí podlahu obývacího pokoje. A to byl dům přitom vytápěn plynovým kondenzačním kotlem. Nebýt v krbu výměník tepla, tak se to nestalo…

Na expanzi by měl být vyznačen jmenovitý přetlak vody i přetlak plynu pro případ potřeby jeho doplňování. Topenář pracující bez projektu může tyto přetlaky jen odhadovat. Při kontrole přetlaku plynu v expanzi je proto nutné, aby na její vodní straně nepůsobil přetlak vody. To ale v případech chybného napojení znamená vypustit celou otopnou soustavu.

Ani v případech, kdy tam potřebné armatury jsou, není jistota, že expanze bude fungovat. Stává se, že uzávěr na přívodu vody k expanzi zůstane po doplnění vzduchu uzavřený, nebo ho někdo omylem uzavře v průběhu provozu. Proto se před zahájením provozu doporučuje, aby byl kulový kohout zajištěn v otevřené poloze odebráním ovládací kličky kohoutu a jejím zavěšením v blízkosti expanze.

Další poruchy, které mohou být příčinou destrukce krbové vložky, mohou být na mechanických částech vnitřního okruhu. Jde o oběhové čerpadlo, trojcestný ventil nebo zanesený filtr. Závada se může vyskytnout jak na elektrickém připojení čerpadla, nebo pohonu trojcestného ventilu, který neumožní přepuštění otopné vody z vnitřního okruhu do akumulační nádoby.

Často topenář nebo i projektant nechápe, proč do vnitřního okruhu montovat malou expanzi, když ta velká je za akumulační nádobou. Nemusí si přitom uvědomit, že vzestup přetlaku při přetopení je extrémně rychlý. Může být eliminován jen pojistným ventilem, jehož výkon odpovídá výkonu výměníku, maximálnímu přetlaku výměníku, optimální dimenzí pojistného ventilu, průtočného průřezu a montáže v těsné blízkosti výstupu ze zdroje tepla. V mnoha případech tomu tak není.

Velkým problémem všech montáží je, že řada prvků vnitřního okruhu jsou obestavěné, nejsou vizuálně kontrolovatelné a není k nim přístup. Pokud není PV přístupný k pravidelné kontrole, je ve vzdálenosti větší, než stanoví norma ČSN 06 0830, nemůže plnit funkci, pro kterou byl ke zdroji tepla instalován. Navíc odtok od PV je v 90 % nepřípustně zúžen, není přerušen kalichem, není tak vizuálně kontrolovatelný. Odtok vody od PV bývá zaveden rovnou do kanalizace nebo přímo do venkovního prostoru prostupem ve venkovní zdi.

Které z uvedených závad jistí vychlazovací smyčka? Všechny.

Které z uvedených závad jistí záložní zdroj elektrické energie? Žádné.

Někteří prodejci záložních zdrojů dnes hravě dokáží přesvědčit své zákazníky, že normy nejsou závazné a jejich řešení s pomocí záložního zdroje elektrické energie je stejně funkční, jako vychlazovací smyčka. V žádném případě není.

Kdyby tomu tak bylo, jistě by taková skutečnost byla obsažena v normě. Zákon č. 22/1997 Sb. stanoví, že české technické normy nejsou obecně závazné (povinnost postupovat v souladu s ČSN vzniká v některých případech, a to především na základě ustanovení právního předpisu nebo smluvního vztahu).

Nezávaznost norem tak teoreticky umožňuje navrhovat řešení, které je srovnatelné nebo hodnotnější než řešení požadované normou. V případě náhradního zdroje elektrické energie pro oběhové čerpadlo tato podmínka splněna není. Proč?

Čerpadlo nedokáže odvést přebytečné teplo. Ani v případě, že je 100% funkční. Není kam. Čerpadlo pracující ve vnitřním okruhu výměníku krbové vložky může mít závadu na elektroinstalaci nebo i mechanickou závadu. Při výpadku proudu nefunguje ani trojcestný ventil, který za normálního provozu udržuje teplotu zpátečky na cca 65 °C. Častou chybou je chybějící PV na výstupu z krbové vložky, jeho chybné umístění ve větší vzdálenosti, než požaduje norma. Často také chybí expanzní nádoba. Ta bývá umístěna až za akumulační nádobou a v době poruchy, v závislosti na poloze trojcestného ventilu, je od ní odpojena.

U chladicí smyčky výměníku krbové vložky je přívod studené vody trvale připojen ke zdroji vody o přetlaku 2 až 5 bar, který není závislý na elektrické energii rodinného domku. Odtok vody o teplotě cca 95 °C je řízen čidlem teploty od solenoidového ventilu, který je pod proudem zavřený. Při výpadku elektrické energie se tento ventil otevře i v případě, když teplota otopné vody nedosáhne teploty pro otevření solenoidového ventilu. Je na obsluze krbové vložky s výměníkem, pokud je při výpadku proudu v domku přítomna, zda uzavře přívod studené vody do vychlazovací smyčky ručně, pokud bude považovat další ochlazování vložky za zbytečné.

Takové řešení odpovídá normě ČSN 06 0830 zabezpečovacího zařízení a dokáže fungovat za jakéhokoliv provozního stavu, tedy i v případě vzniku poruch uvedených v předchozím textu.

Závěr

Z uvedených skutečností je možné odvodit jednoznačný závěr. Pokud u rodinného domku není nezávislý zdroj studené vody o přetlaku 2 až 5 bar, volte typ krbu bez výměníku tepla. Vyhnete se tak překvapení, když vám pojišťována po destrukci nejenom krbové vložky odmítne plnění v důsledku nesplnění podmínky platné normy pro návrh a výpočet zabezpečovacího zařízení otopných soustav. Pokud by zpracovatel normy považoval náhradní zdroj elektricky energie za rovnocenné řešení, jako je vychlazovací smyčka, nepochybně by to v normě uvedl.

Nenechte se ovlivnit amatérským přístupem některých instalatérů, topenářů, prodejců krbů nebo náhradních zdrojů elektrické energie, kteří obcházejí normy s tím, že jsou sice platné avšak nikoliv závazné. Je především třeba se ptát, zda je nabízené řešení problému bezpečné. Například zda má skutečné provedení zabezpečovacího zařízení stejnou, nebo vyšší technickou úroveň, než je úroveň v normě uvedená. A takovou úroveň náhradní bateriový zdroj elektrické energie v žádném případě nemá a normu nesplňuje. A právě to je skutečnost, kterou musí každá pojišťovna po havárii technického zařízení zkoumat ještě předtím, než odsouhlasí výplatu náhrady škody.

Z praxe je známo, že topenářské instalace krbových vložek s výměníkem se provádějí téměř vždy s hrubými vadami, bez projektu, bez výpisu materiálu, bez dokumentace skutečného provedení, instalace není vizuálně přístupná pro kontrolu, ani pro provozní zásahy, pro opravy nebo výměnu jednotlivých prvků zařízení bez bourání. Zákazník po ukončení zakázky nemá přehled o namontovaných součástkách, jejich předpokládaných funkcích, technických parametrech ani o jejich nastavení.

S krbovou vložkou s výměníkem zákazník ve své podstatě vstupuje do loterie, ve které nemá šanci vyhrát. Jen proto, že topenář s amatérským přístupem k dílu neměl povědomí o všem, co bylo v tomto článku napsáno.

Literatura

[1] JAREŠ, Jaromír; NOVÁK, Michal. Uplatňování českých technických norem. Praha. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 37 s. Sborník technické normalizace 2004. Dostupné z <https:// www.unmz.cz/sborniky_th/sb3/ uplatnovani_ctn.pdf>.
[2] ČSN 06 0830+Z1/2014. Tepelné soustavy v budovách – Zabezpečovací zařízení. 2014-8.
[3] ČSN 06 0310+Z2/2017. Tepelné soustavy v budovách – Projektování a montáž. 2014-8.
[4] ČSN 06 0320. Tepelné soustavy v budovách – Příprava teplé vody – Navrhování a projektování. 2006-9.
[5] ČSN EN 12 828 + A1. Tepelné soustavy v budovách – Navrhování teplovodních tepelných soustav. 2014-11.
[6] ČSN EN 16510-1. Spotřebiče pro domácnost na pevná paliva – Část 1: Obecné požadavky a zkušební metody. 2019-1.
[7] ČSN EN 89. Zásobníkové ohřívače vody na plynná paliva k přípravě teplé pitné (užitkové) vody. 2015-12.
[8] ČSN EN 806-1. Vnitřní vodovod pro rozvody vody určené k lidské spotřebě – Část 1: Všeobecně. 2002-7.
[9] ČSN EN 806-2. Vnitřní vodovod pro rozvody vody určené k lidské spotřebě – Část 2: Navrhování. 2005-10.
[10] ČSN EN 1490. Armatury budov – Kombinované teplotní a tlakové pojistné armatury – Zkoušky a požadavky. 2016-2.
[11] ČSN EN 1717. Ochrana proti znečištění pitné vody ve vnitřních vodovodech a všeobecné požadavky na zařízení na ochranu proti znečištění zpětným průtokem. 2002-4.
[12] ČSN 75 5409. Vnitřní vodovody. 2013-2.
[13] Revizní zpráva spalinové cesty podle vyhlášky č. 34/2016 Sb.
[14] VAVŘIČKA, Roman a kol. Příprava teplé vody. 1. vyd. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2017. 151 s. Sešit projektanta – pracovní podklady; 3. ISBN 978-80-02-02713-3.
[15] DOUBRAVA, Jiří. Vyvažování potrubních sítí. Praha: Tour & Andersson Hydronics, 1996. 58 s.
[16] VAVŘIČKA, Roman; VRÁNA, Jakub. Legislativní požadavky instalace pojistného ventilu. Topenářství instalace. 2019, roč. 53, č. 1, s. 32–34, 36, 38–39.
[17] ČÍHAL, Zdeněk. Příčiny možného kolísání tlaku v soustavách s uzavřenou expanzní nádobou. Topenářství instalace. 2017, roč. 51, č. 8, s. 72–75.
[18] DOUBRAVA, Jiří. Čerpadlo – na ­přívod nebo na zpátečku? Topenářství instalace. 1996, roč. 30, č. 1, s. 56–58.

---

How to prevent the explosion of fireplace heat exchangers

The text is a reaction of a long-term designer, who also worked for decades as a forensic expert in the field of heating, to a number of accidents caused by improper connection and operation of fireplaces with hot water inserts.

Optimal connection of hot water fireplace inserts is still a technical problem even for highly experienced designers.

The drawback of the optimal solution is that the project documentation prepared by an experienced designer is based on very specific conditions for the location of the fireplace insert and can never be generalized.

The correct solution must always take into account the specific conditions at the place where the hot water fireplace insert is installed.

The author's contribution explains in detail the individual components of the entire connection, the reason and method of their installation, which must be observed if the operation of such heat source is to be somewhat economical, but especially safe.

The most common mistakes that can or have already led to fatal consequences are also described.

Keywords: fireplace insert with hot water exchanger, backup heat source, heating, installation, faults, safety.