Legislativní požadavky na teplovodní kotle na tuhá paliva určené k vytápění domácností

Každoročně se u nás prodá několik desítek tisíc malých teplovodních kotlů na tuhá paliva, které se svým provozem výrazně podílejí na znečišťování životního prostředí vysokými emisemi. A nezáleží na tom, zda je v nich spalováno uhlí, či dřevo. Jedná se o klasické odhořívací a prohořívací kotle s ručním přikládáním, které byly konstruovány v polovině minulého století a tomu odpovídá také vedle vysokých emisí naopak nízká provozní účinnost. Jejich prodej doposud umožňuje platná legislativa, především pak nízké požadavky na technickou úroveň zakotvené v ČSN EN 303-5, podle které je nutné nové kotle před uvedením na trh certifikovat. Je však již připravena novela této normy, která technické požadavky podstatně zpřísňuje a navíc by tuto problematiku měla řešit i připravovaná novela zákona o ochraně ovzduší. A právě s těmito novelami nás ­autoři seznamují ve svém příspěvku. Pokud úpravy vejdou v platnost tak, jak jsou nyní připraveny, měly by být od roku 2013 uváděny nově na trh pouze teplovodní kotle technicky odpovídající úrovni kotlů zplynovacích a automatických (tedy se samočinnou dodávkou paliva).

Recenzent: Zdeněk Lyčka

1. Úvod

S příchodem topné sezóny dochází na většině území ČR ke zhoršení kvality ovzduší. Poslední studie ukazují, že vliv malých spalovacích zařízení (lokální topeniště) není malý a v mnoha případech může být až dominantní. Zhoršené rozptylové podmínky (inverze) v kombinaci s malou výškou komínu a velkým množstvím vypouštěných znečišťujících látek vedou k tomu, že na mnoha vesnicích a malých městech je kvalita ovzduší horší než v oblastech s velkými průmyslovými znečišťovateli.

V České republice jsou použity různé způsoby vytápění domácností s následujícím odhadem zastoupení (vychází ze Sčítání lidu, domů a bytů 2001)[1]:

• 39 % bytů dálkovým topením zásobovaným ze středních a velkých zdrojů,
• 36 % bytů zemním plynem,
• 6 % bytů elektřinou,
• 15 % bytů uhlím, což je asi 570 000 domácností,
• 4 % bytů palivem na bázi dřeva, což je asi 152 000 domácností,
• zanedbatelné množství bytů lehkými topnými oleji, propan-butanem a ostatními způsoby jako např. tepelná čerpadla.

Podíl spotřeby jednotlivých druhů fosilních paliv je následující [1]:

• 90 % tříděné hnědé uhlí, což je asi 513 000 domácností,
• 5 % tříděné černé uhlí, což je asi 28 500 domácností,
• 5 % koks, což je asi 28 500 domácností.

Spalování tuhých paliv je vždy doprovázeno produkcí znečišťujících látek a obecným cílem by mělo být jejich množství snížit na přijatelnou úroveň. Jedním z nástrojů ke snížení množství vypouštěných znečišťujících látek mohou být legislativní požadavky, které jsou uplatňovány při certifikaci spalovacích zařízení, příp. při jejich provozu.

Dalším nástrojem jsou různé dobrovolné ekologické programy, které kladou na spalovací zařízení vyšší nároky než obecně platná legislativa. Mezi nejznámější ekologické známky a programy patří: Zelená úsporám (program pozastavený), Ekologický šetrný výrobek – ČR, RAL – Der blaue Angel – Německo, Flamme Verte – Francie, HETAS certification – Anglie, atd. Článek se zabývá platnými limity, které jsou legislativně vyžadovány jak v celé EU(EN 303-5), tak přísnějšími limity, které platí v Německu a Rakousku, které představují evropské leadery v této oblasti. Protože jsou jednotlivé limity vyjadřovány v různých jednotkách a při odlišných podmínkách (obsah O₂), jsou v tomto příspěvku tyto limity přepočteny tak, aby bylo možné provést jejich porovnání a zodpovědět na otázku jak se liší a kde jsou požadavky přísnější. V poslední části jsou uvedeny chystané změny v požadavcích pro teplovodní kotle, včetně uvedení termínu jejich vejití v platnost.

Poznámka: V další části textu je v některých případech uvedena jednotka m³_N – toto označení představuje objem v metrech krychlových při 101 325 Pa a 0 °C – při tzv. normálních podmínkách.

2. Dnes platné limity

2.1 Evropská unie obecně

V současné době je pro zkoušení teplovodních kotlů na tuhá paliva v platnosti norma EN 303-5 (kotle do výkonu 300 kW), která platí v jednotlivých státech EU. V normě jsou popsány způsoby zkoušení kotlů, požadavky na konstrukční materiály, bezpečnost. Dále jsou zde uvedeny základní emisní limity, které musí kotle plnit při jmenovitém a sníženém výkonu (mimo limit pro prach, ten musí kotle plnit jen při jmenovitém výkonu). Tabulka limitů je uvedena jako tab. 1.

Z pohledu na tabulku je patrné, že limity pro třídu 1 a 2 nejsou nikterak přísné. Do těchto tříd spadají klasické kotle s odhořívacím a prohořívacím způsobem spalování, které jsou levnější než automatické a zplynovací kotle. Obecně lze říci, že tyto kotle jsou již technicky i morálně zastaralé a je žádoucí jejich podíl na trhu postupně snižovat. Jejich neekologický provoz je z části způsoben i možností velkých neodborných zásahů obsluhy do provozu kotle („dušení“ kotle, přikládání mokrého dřeva).

Do třídy 3 pro kotle s ručním podáváním paliva lze v současné době řadit převážně zplynovací kotle, které představují moderní spalovací zařízení s ruční dodávkou paliva v podobě kusového dřeva. U automatických kotlů je situace lepší. Většina vyráběných a prodávaných automatických kotlů splňuje požadavky třídy 3. Tyto kotle představují moderní směr ke zkvalitnění vytápění domácností tuhými palivy v podobě pelet.

Minimální účinnost kotlů je normou definovaná v závislosti na jmenovitém výkonu a třídě kotle – viz graf 1 (zobrazeno pro výkony do 100 kW). Dosažení účinnosti větší než 80 % nepředstavuje pro zplynovací a automatické kotle žádný problém, nutno však poznamenat, že toto tvrzení platí pro provoz zařízení při jmenovitém výkonu. Bez instalace akumulační nádoby je reálný výkon zařízení, po větší část topné sezóny, výrazně nižší. Se sníženým výkonem zpravidla klesá účinnost zařízení a zhoršuje se kvalita spalování (větší emise CO, PAU – polycyklické aromatické uhlovodíky a prachu).

2.2 Česká republika

Česká republika přebírá limity z výše uvedené normy. Pro kotle používané v domácnostech neplatí žádné zpřísňující kritérium.

2.3 Německo

V Německu je platná vyhláška 1.BImSchV, která upravuje (zpřísňuje) limity pro koncentrace škodlivin vypouštěných do ovzduší při provozu kotlů. Limity platné od roku 2009 jsou uvedeny v tab. 2. Limity jsou platné při jmenovitém výkonu kotlů.

Tab. 2 • 1. BImSchV Stufe 1 (při referenčním O₂ = 13 %)

V Německu nejsou rozlišovány kotle s ručním podáváním paliva a kotle s automatickým podáváním paliva. Takto postavené limity v podstatě zamezují používání zastaralých typů kotlů (prohořívací a odhořívací).

Hodnoty na minimální účinnosti a OGC jsou v Německu stejné jako v normě EN 303-5 (viz kap. 2.1.).

2.4 Rakousko

V Rakousku jsou limity upraveny dohodou 15a B-VG. Tato dohoda platí pro zdroje do výkonu 400 kW (viz tab. 3).

Při zkouškách jmenovitého výkonu musí kotel splnit všechny limity. Při sníženém výkonu musí kotle splnit pouze limity CO a OGC. Limity pro účinnosti jsou uvedeny v tab. 4 (musí být splněny při jmenovitém i sníženém výkonu).

2.5 Srovnání limitů

Pro možnost porovnávání emisních limitů platných v různých zemích je důležité mít tyto hodnoty vztaženy na stejné srovnávací podmínky – referenční obsah kyslíku a jednotky. V Rakousku jsou limity uváděny jako emisní faktor vztažený na energii v palivu (na rozdíl od ČR a Německa, kde jsou limity uváděny jako koncentrace). Srovnání limitů je tedy nutno provádět přepočtem přes výhřevnost paliva a množství spalin vzniklých spálením 1 kg paliva (Rakousko).

Tab. 5 • Srovnání platných limitů
¹⁾ dle třídy kotle (nižší hodnota – třída 3, vyšší hodnota – třída 1),
²⁾ dle typu paliva,
³⁾ platí jen pro paliva ze dřeva,
⁴⁾ více viz tab. 4.

Pro přepočet byly použity tyto hodnoty:

• biogenní paliva:
  Q_i^r = 15,6 MJ; měrný vývin spalin 10,2 m³_N/kg_paliva (13 % O₂) – dřevo 
• fosilní paliva:
  Q_i^r = 22,26 MJ; měrný vývin spalin 15,5 m³_N/kg_paliva (13 % O₂) – hnědé uhlí

Srovnání platných limitů je uvedeno jako tab. 5 (obecně platí pro kotle o výkonu do 300 kW).

Srovnání limitů ukazuje, že nejpřísnější limity má Německo, které ale nesleduje koncentrace NO_X. Limity na všechny uvedené látky má v legislativě jen Rakousko. Nejpřísnější limity pro účinnosti kotlů jsou v Rakousku.

3. Plánované změny limitů

3.1 Evropská unie obecně

Norma EN 303-5 je v platnosti od roku 1999. Je zřejmé, že limity v ní uvedené již nejsou v souladu s aktuálními environmentálními požadavky. Proto v současné době dochází k revizi této normy. Navrhovaná podoba limitů pro znečišťující látky je uvedena v tab. 6. Dle plánovacího listu ÚNMZ by měla norma vejít v platnost v 9/2012.

V návrhu byly zcela zrušeny třídy 1 a 2. To by mělo vést k ukončení prodeje zastaralých typů kotlů. Norma bude nově platit pro kotle do výkonu 500 kW.

Minimální účinnost kotlů je normou stále definovaná v závislosti na jmenovitém výkonu a třídě kotle – viz graf 2.

3.2 Česká republika

Je možno předpokládat, že v ČR budou platit stejné limity jako v normě EN 303-5. V přípravě je navíc návrh zákona o ovzduší, který nově zavádí i limity pro malé stacionární zařízení. Pro výrobky uváděné na trh do 1. 1. 2014 jsou v návrhu limity uvedené v tab. 7.

 Pro výrobky uváděné na trh po 1. 1. 2014 budou platit limity uvedené v tab. 8.

Zajímavostí je, že limit pro TOC je stanoven jako suma koncentrací všech organických látek mimo metanu. Toto představuje problém, neboť s analyzátorem pro stanovení koncentrace uhlovodíků ve spalinách (FID) nelze tuto hodnotu stanovit. Bude nutno odebrat vzorek spalin do vzorkovnice a odeslat jej na analýzu do chemické laboratoře.

3.3 Německo

V Německu dojde ke zpřísnění limitů pro nově instalovaná zařízení od 1. 1. 2015. Limity pro prach budou nižší 3krát až 5krát, limity pro CO budou nižší cca 2krát (srovnání se současným stavem) (viz tab. 9). Hodnoty limitů pro minimální účinnosti a OGC budou totožné s EN 303-5.

3.4 Rakousko

V Rakousku dojde k větší diferenciaci limitů dle typu paliva a také částečně dle jmenovitého výkonu kotle (ručně obsluhovaná zařízení). Pro automatické kotle na fosilní paliva nejsou limity uváděny. Je možné, že budou platit limity z připravované EN 303-5, buď třída 4 nebo třída 5. Bohužel nám není známo, k jakému termínu vstoupí nové limity v platnost (viz tab. 10).

Hodnoty minimálních požadovaných účinností jsou uvedeny v tab. 11.

3.5 Srovnání limitů

Při srovnání plánovaných limitů byly použity stejné parametry paliv a měrné výviny spalin jako při srovnání platných limitů. Souhrnná tabulka limitů je uvedena jako tab. 12. Z hodnot limitů uvedených v této tabulce je vidět, že nejpřísnější limity pro emise škodlivin bude mít Německo, kde navíc limity nerozlišují, zda se jedná o kotle s ručním nebo automatickým podáváním paliva.

Tab. 12 • Srovnání platných limitů
1) dle třídy kotle (nižší hodnota – třída 5, vyšší hodnota – třída 3), ²⁾ dle typu paliva (viz tab. 9)
3) více viz tab. 10 – stav po 1. 1. 2015, ⁴⁾ více viz tab. 11,
5) limity z připravovaného zákona o ovzduší – stav po 1. 1. 2014 (jinak limity z EN 303-5)
6) v originále neuvedeno, bude zřejmě platit některá z tříd z normy EN 303-5

4. Závěr

Emise škodlivin z kotlů podstatnou měrou přispívají k celkovému znečištění ovzduší. Je proto žádoucí zpřísňovat požadavky kladené na tyto zdroje znečištění nejen z pohledu emisí znečišťujících látek, ale i z pohledu zvyšování účinnosti. V dohledné době již nebude možné prodávat a používat kotle s ručním podáváním paliva (mimo zplynovací kotle), což je pro stav ovzduší jednoznačně pozitivní skutečnost. Přestože špatná obsluha může i u kotlů automatických a zplynovacích výrazně zhoršit kvalitu spalování, je tato možnost výrazně menší než u kotlů prohořívacích a zplynovacích. Pravděpodobnost, že hodnoty emisí CO, které jsou uvedeny na výrobních štítcích kotle (ze zkušebny) budou dosaženy (přiblíží se) i při reálném provozu je výrazně vyšší než u starých spalovacích zařízení.

5. Poděkování

Tato práce byla podporována Ministerstvem životního prostředí ČR – projekt č. SP/1a2/116/07 a Grantovou agenturou ČR – projekt č. 101/09/1464.

6. Literatura

[1] MACHÁLEK P., MACHART J., Emisní bilance vytápění bytů malými zdroji od roku 2001, ČHMÚ 2003, [cit. 2010-08-1] Dostupné na www:  http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/oez/embil/metodika_rezzo3.pdf

Poznámka recenzenta:

Novela ČSN EN 303-5 přináší do současného procesu certifikace teplovodních kotlů na tuhá paliva o výkonu do 300 kW tři zásadní novinky. Autoři ve svém příspěvků zmiňují výrazné zpřísnění požadavků na účinnost a úroveň emisí a také fakt, že nově má norma platit pro kotle o výkonu až 500 kW. Třetí významnou změnou je zavedení nedřevní biomasy, jako garančního paliva. Doposud bylo možné certifikovat podle staré normy kotle na černé a hnědé uhlí, koks, antracit a z biologických paliv pouze na dřevo ve formě kusového dřeva, pilin, štěpků, briket a pelet. Různé rostlinné materiály tato norma doposud „neznala“ a proto také nebylo možné podle ní kotle certifikovat a uvádět na trh. Je to dáno především tím, že v době přípravy a vzniku normy (konec devadesátých let minulého století) se s využitím těchto paliv v malých zdrojích vůbec neuvažovalo. V novele se však již nově jako garanční palivo objevuje tzv. ostatní (nikoli dřevní) biomasa, např. sláma, rákos, jádra a zrna. Přesná specifikace paliva musí být při certifikaci uvedena výrobcem kotle a musí odpovídat EN 14961 – Tuhá biopaliva-Specifikace a třídy paliv. Nicméně v příloze novelizované EN 303-5, ve které jsou uvedeny národní odchylky (výjimky v technických požadavcích podle požadavků jednotlivých členských zemí), lze nalézt důkazy, že ne ve všech zemích se na spalování nedřevní biomasy v malých kotlích dívají pozitivně. Provoz malých domovních kotelen je totiž do značné míry závislý na kvalitě a úrovni obsluhy. Rostlinná biomasa obsahuje ve srovnání s dřevní hmotou ve většině případů podstatně více dusíku a chloru. Při nesprávném provozu tak kotle mohou emitovat zvýšené množství emisí NO_x (které jsou jednak samy jedovaté, jednak slouží jako prekurzor při sekundárním vzniku jemného polétavého prachu v ovzduší) a také velké množství jedovatého chlorovodíku. V odchylce pro Švýcarsko se tak například dozvíme, že nedřevní biomasu (biogenní odpad, produkty zemědělství) lze spalovat pouze v kotlích s tepelným příkonem minimálně 70 kW, které navíc musí vyhovovat přísnějším emisním limitům dle národního nařízení OAPC. Tedy ve větších kotelnách, u kterých se předpokládá také odborně zaškolená obsluha, která by měla dohlédnout na provoz. V Rakousku musí zase všechny kotle splnit přísné limity také pro emise NOx, které se jinak u malých teplovodních kotlů na tuhá paliva dle EN 303-5 vůbec nekontrolují_.

---

Legislative requirements for solid fuels hot water boilers for domestic heating

Small energy sources produce particulate emissions. These sources significantly pollute the environment. The authors introduced us with the change of standard to tighten the requirements for small heat sources.

Keywords: legislative requirements, emission, heat source