Mohou být krbová kamna s výměníkem záložním zdrojem tepla pro rodinný dům?

Krb bývá často součástí moderních rodinných domů. Plní estetickou funkci a dodává příjemné teplo. Pokud se však rozhodneme pořídit si krb s vložkou pro teplovodní vytápění, musíme počítat s tím, že jej nelze instalovat bez odpovídajících znalostí. Instalace bez projektu představuje značné riziko. Autor článku popisuje úskalí a chyby při instalaci krbových vložek, se kterými se v praxi setkal.

Recenzent: Jiří Matějček

V dnešní době lze soustavu ústředního vytápění domku zásobovat teplem z různých zdrojů. Ty klasické, jako je plynový kotel nebo tepelné čerpadlo jsou jistě dostatečně známé a jejich hydraulické zapojení by odborníkovi nemělo činit potíže. V rámci mnohaleté praxe soudního znalce se však se značným množstvím problémů a více či méně pochopitelných pochybení setkávám u krbových kamen s vložkou (krbovou vložkou se míní výměník tepla, který je do krbu zabudován). Oproti krbu bez vložky umožňují využít část tepla ze spalovaného paliva pro vytápění nebo i pro přípravu teplé vody.

Krbová kamna s výměníkem

Krbová kamna s vložkou se instalují v rodinných domech převážně nikoliv jako primární, ale jako sekundární zdroj tepla. Protože však velmi často převažuje estetická stránka věci nad stránkou technickou, spěje taková situace nevyhnutelně do bodu, kdy se z krbové vložky stane časovaná bomba. Někdy až po několika letech provozu, někdy ihned po montáži.

Krbová kamna s vložkou totiž bývají téměř ve všech případech obezděna a přístup k čerpadlům a armaturám je bez vybourání obezdění znemožněn. O to závažnější mohou být důsledky při nestandardních situacích. Málokdo si také uvědomuje, že jakékoliv technické zařízení, ať už čerpadla nebo armatury, potřebují v průběhu svého provozu údržbu, servis a opravy. Nejméně si to uvědomují bytosti, které smontují kdekoliv cokoliv, nejčastěji bez projektu.

Jaké je hydraulické příslušenství při vytápění dřevem

Pojistný ventil je zabezpečovacím zařízením a nejdůležitějším prvkem zdroje tepla. Přesto se stává, že firma uvede zařízení do provozu s klidným svědomím bez něj. Také pokud topenář pracuje bez projektu a porovnává počet prvků a jejich propojení v soustavě jen se svou představou v hlavě, snadno se pak stane, že se na některý z nich zapomene. Schéma 1 zobrazuje zapojení krbové vložky prakticky se všemi prvky i jejich zapojením. Může si je překontrolovat jak uživatel domku, tak i topenář, který se rozhodne takové dílo stvořit.

Nastavený pojistný přetlak pojistného ventilu nesmí být větší než nejvyšší dovolený přetlak výměníku krbové vložky. Mezi pojistný ventil a ohřívač nesmí být umístěna žádná uzavírací armatura, zpětná armatura ani filtr. Pojistný ventil se umísťuje na nejvyšší místo zdroje tepla. Podle normy ČSN 06 0830 je největší přípustná vzdálenost mezi výstupním hrdlem krbového výměníku a odbočkou pro pojistný ventil 20 DN (vnitřního průměru) přípojného potrubí.

Pokud má být krbová vložka provozována s jiným zdrojem tepla s vlastním pojistným ventilem, pak pojistný přetlak musí být u obou zdrojů tepla stejný. V případě rozdílných hodnot se musíme řídit podle zdroje s nižším pojistným přetlakem. Tedy například: když má krbová vložka pojistný ventil na přetlak 3,0 bar a plynový kotel na přetlak 6,0 bar, pak při současném provozu obou zdrojů tepla je potřeba vyměnit pojistný ventil plynového kotle na přetlak rovněž 3,0 bar. Důsledkem takového zásahu je riziko ztráty záruky na plynový kotel a v případě pojistné události na zařízení otopné soustavy i neplnění vzniklé škody pojišťovnou.

V případě, že u plynového kotle zůstane osazen pojistný ventil s vyšším přetlakem, může při společném provozu dojít k úniku vody z pojistného ventilu krbové vložky.

S pojistným přetlakem pojistného ventilu bezprostředně souvisí také výpočet objemu tlakové expanzní nádoby. Obdobné požadavky platí i pro kombinované teplotní a tlakové pojistné armatury.

Odtokové potrubí od pojistných ventilů nesmí být redukováno a musí být ukončeno na viditelném místě. Nesmí být zavedeno přímo do kanalizace.

Odtok vody nesmí ohrozit osoby uvnitř a vně budovy nebo poškodit elektrické součásti a vodiče, a musí být viditelný. Ochrana odtoku před zpětným průtokem musí být řešena volným výtokem podle ČSN EN 1717 (přerušení průtoku vzduchovou mezerou). Vyústění odtokových potrubí musí být nejméně 40 mm nad mříží vpusti, odvodňovanou plochou nebo horním okrajem zařízení napojeného na kanalizaci.

Teploměry a manometry

Teploměr a manometr jsou dva diagnostické přístroje pro kontrolu stavu otopné soustavy. Kde jsou nejčastější místa jejich umístění? Předně je to hned na výstupu ze zdroje tepla, za pojistným ventilem. Manometr je přímo spojen s otopnou vodou. Proto je výhodné mezi manometr a potrubí zabudovat trojcestný kohout. Ten umožňuje výměnu tlakoměru v případě poruchy bez vypouštění soustavy. Navíc odstraňuje vzduch mezi potrubím a manometrem, který by mohl výsledek měření zkreslit.

Čidlo teploměru, pokud není po­užit jen teploměr příložný, by mělo zasahovat nejlépe do středu proudící otopné vody.

Tlaková expanzní nádoba

Tlaková expanzní nádoba je nejjednodušším pojistným zařízením otopné soustavy. Může být napojena přes uzávěr ve kterémkoliv místě otopné soustavy. Její velikost a přetlak na vodní i plynové straně expanze závisí na výkonu krbové vložky, otevíracím přetlaku pojistného ventilu, výšce otopné soustavy, vodním obsahu soustavy, zvětšení měrného objemu vody při navýšení teploty z počáteční hodnoty (obvykle cca +10 °C) na nejvyšší teplotu na výstupu z krbové vložky. Výpočet objemu expanze a nastavení tlaků se doporučuje svěřit odborníkovi.

Pokud je krbová vložka vybavena ochranou proti nízké teplotě zpátečky pomocí třícestného ventilu s čerpadlem, pak stejné požadavky pro její výpočet platí i pro přídavnou expanzi ve vnitřním okruhu krbové vložky. Zapojením akumulační nádoby do otopné soustavy se výrazným způsobem zvětšuje objem vody v soustavě a tím i velikost expanzí nádoby. Na přívodu otopné vody k expanzi, mezi uzávěr a vstup do vodní části expanze, je potřeba vložit vypouštěcí kohout a manometr. Vypouštěcí kohout slouží také k napouštění.

Měření tlaku plynu v expanzní nádobě

Měření tlaku plynu v expanzní nádobě se nedá provádět bez vypuštění vody z nádoby. Vodu lze vypustit vypouštěcím kohoutem u expanze, po uzavření kohoutu před expanzí. Pokud tento uzávěr chybí, je nutné vypustit celou otopnou soustavu! Nutno podotknout, že jde o nadmíru rozšířený případ.

Měření tlaku plynu za provozu je k ničemu. Z druhé strany membrány působí statický tlak otopné vody, takže i při nízkém, nebo nulovém, tlaku plynu bude manometr vykazovat správný tlak. To je důvodem, proč se servisní pracovníci zdrojů tepla doplnění tlaku vzduchu v expanzi vyhýbají s poukazem na správný údaj na manometru. Těžko se dá hodnotit, zda je to jen jejich pohodlnost nebo neznalost.

Uživatel zdroje tepla pozná nízký tlak v expanzi pomocí rychlých výkyvů ručičky manometru na vodní straně expanze mezi studeným a teplým stavem soustavy. Nízký, nebo naopak příliš vysoký tlak plynu v expanzi způsobuje, že je soustava příliš „tvrdá“, bez kompenzace objemu. Časem začne docházet k otevírání pojistných ventilů a nutnosti doplňovat vodu do soustavy. Přivolaný odborník obvykle konstatuje, že je expanze malá nebo poškozená a je třeba ji vyměnit. Tlak plynu v expanzi je zapotřebí kontrolovat před topnou sezonou, ale nejméně 1x za dva roky.

Postup při kontrole tlaku plynu v expanzní nádobě

Nejprve sejmeme čepičku ventilku a krátce odpustíme trochu plynu. Pokud z ventilku vytéká voda, je membrána vadná a je potřeba membránu nebo expanzi vyměnit. Poté uzavřeme uzávěr mezi expanzí a soustavou. Expanzi vypustíme.

Zkontrolujeme a upravíme tlak vzduchu. K dofukování budeme často potřebovat kompresor. Následně, při stále uzavřené expanzi (oddělené od soustavy) doplňujeme vodu vypouštěcím kohoutem až do prvního pohybu ručičky manometru na plynové straně expanze. Tím je zajištěno, že tlak vody a plynu máme přibližně v rovnováze a po otevření kohoutu, který slouží k připojení expanze k soustavě, nedojde ke ztrátě vody a následnému zavzdušnění soustavy. Napouštění expanze jinou armaturou, než je ta u expanze, signalizuje nevzdělanost a neznalost topenářského řemesla. Stejnou omezenost signalizuje montáž uzavírací armatury s miniaturním vypouštěcím kohoutem, kterým se po úpravě tlaku plynu nedá expanze napustit. Na kohout 1/4" se hadice jednoduše připojit nedá.

Oběhová čerpadla

Moderní oběhová čerpadla jsou určena pro teploty do 120 °C. Díky tomu je možné je instalovat jak do přívodního, tak i do zpětného potrubí. Do okruhu čerpadla se umísťuje filtr nečistot. Vhodné místo pro umístění nemusí být vždy jen před čerpadlem, viz dále.

Mezi čerpadlem, uzavírací, zpětnou armaturou nebo filtrem je potřeba ponechat určitou mezeru, minimálně v délce čerpadla, aby se voda před a za čerpadlem mohla uklidnit a provozní bod čerpadla ležel na výrobcem deklarované charakteristice. Zvláštní pozornost je potřeba věnovat umístění čerpadla vzhledem k bodu napojení tlakové expanze.

Kde napojit expanzní nádobu

Snahou projektanta a samozřejmě i provozovatele soustavy je navrhnout systém tak, aby jeho co největší část byla v oblasti přetlaku oproti tzv. nulovému bodu. Nulový bod je v místě napojení expanzní nádoby. Vyznačuje se tím, že tlak v nulovém bodě je stejný jak za chodu čerpadla, tak při jeho nečinnosti. Jak toho dosáhnout?

Oběhové čerpadlo je možno umístit na zpátečce i na přívodním potrubí otopné soustavy. Tlakovou expanzní nádobu je nutné napojit vždy poblíž sání čerpadla.

Toto jednoduché pravidlo platí pro otopné soustavy s jedním otopným okruhem. U víceokruhových soustav může být situace složitější.

Akumulační nádoba

Provoz s akumulační nádobou umožňuje provozovat krbovou vložku s optimálním výkonem. Když krbová vložka produkuje víc energie, než kterou může otopná soustava využít, akumulační nádoba uskladní přebytek, aby mohl být využit v případě pozdější potřeby.

Moderní akumulační nádoby mohou uskladnit stovky litrů vody a umožnit přípravu teplé vody bez toho, aby byl krb v provozu. Čím větší bude akumulace, tím autonomněji bude systém fungovat. Bude ale potřeba spálit více dřeva pro nabití nádoby.

Spolupráce tepelného čerpadla s krbovou vložkou

Objem akumulační nádoby může být podstatně menší u teplého čerpadla, zejména čerpadla s invertorem, tedy čerpadla splynulou regulací výkonu. Například u tepelného čerpadla o výkonu cca 7 kW postačí akumulační prostor cca 120 l.

U krbové vložky se objem akumulace volí jako 10 až 20násobek objemu dřeva ve spalovacím prostoru krbové vložky. Běžný objem akumulační nádoby je kolem 1000 l. Už jen poměr velikosti potřebné akumulace signalizuje nevýhodnost kombinace tepelného čerpadla s krbovou vložkou. Rozdíl v objemu akumulace představuje ničím nezdůvodnitelnou tepelnou ztrátu navíc.

Spolupráce plynového kotle s krbovou vložkou

Plynový kotel žádnou akumulační nádrž nepotřebuje. Jeho regulace se dokáže v průběhu topné sezony přizpůsobit jakémukoliv odběru tepla. Nabíjet 1000litrovou nádobu vodou o vysoké teplotě jen podstatně zvyšuje tepelné ztráty nádoby a snižuje provozní účinnost kotle.

Ochrana proti nízké teplotě zpátečky

Zdroje tepla na pevné palivo fungují často v rozdílných podmínkách. Suché dřevo pro vytápění může obsahovat ještě asi 20 až 30 % vlhkosti. Je proto nezbytné vyloučit všechna rizika kondenzace zbytkové vlhkosti při spalování tím, že bude teplota zpátečky udržována na vyšší teplotě, obvykle nad 65 °C.

Montáž hydraulického systému, který zabezpečí teplotu na výstupu z krbové vložky potřebnou teplotu, spočívá ve vytvoření bypassu mezi výstupem a zpátečkou vložky, s trojcestným směšovacím ventilem, ve spojení s oběhovým čerpadlem, viz schéma 2.

Po dobu, než teplota ve vnitřním okruhu krbové vložky dosáhne požadované hodnoty, je tento okruh prakticky odpojen, jak od akumulační nádoby, tak i od otopné soustavy. Proto je potřeba i tento krátký okruh vybavit, kromě pojistného ventilu, i malou tlakovou expanzní nádobou.

Trojcestný ventil

Ve většině hydraulických zapojení se trojcestný směšovací ventil (3-CV) používá pro snižování vstupní teploty otopné vody. Tlaková ztráta 3-CV je hrazena čerpadlem za tímto ventilem. Pro jeho bezvadnou funkci je potřeba, aby před 3-CV nebyla téměř žádná tlaková diference. V opačném případě se při otevírání 3-CV deformuje jeho charakteristika až do bodu, kdy se průtok ve směšovacím zkratu obrátí. V takovém případě proudí do otopné soustavy voda o neregulované původní teplotě. Směšovací ventil tak zcela ztratil funkci, pro kterou byl do okruhu navržen a instalován.

Nadto se dostávají do sériového chodu základní čerpadlo zdroje tepla s čerpadlem topného okruhu. Tím se nekontrolovatelně zvyšuje průtok i teplota na vstupu do otopné soustavy – chování soustavy začne být chaotické. Do předchozího, bezmála funkčního stavu, se 3-CV i otopná soustava dostane až v jistém stupni uzavření ventilu, kdy se průtok směšovacím zkratem vrátí do původně požadovaného směru proudění.

Zařízení proti přehřátí

Na schématu 2 je vidět také zařízení proti přehřátí krbové vložky. Přívod studené vody o teplotě cca 10 až 15 °C prochází samostatným výměníkem tepla. Po ochlazení je ohřátá voda odváděna přes uzávěr, filtr a regulační ventil do odpadu. Regulační ventil hlídá průtok vody, aby odpovídal stupni požadovaného ohřátí. Důležité je, aby byl uzavírací ventil v době provozu otevřený. Snadno se na to někdy zapomene.

Filtry

Filtry se skoro ve všech případech instalují před oběhové čerpadlo. U svislého potrubí s průtokem směrem vzhůru to však může být problém. Filtr na jedné straně zamezí pronikání mechanických nečistot do čerpadla, na straně druhé pak nejde vyčistit. Po jeho otevření spadnou nečistoty do potrubí a je jedno, v jaké poloze byl filtr namontován. V takových případech je mnohem výhodnější filtr montovat do zpátečky, s průtokem shora dolů. Filtr pak chrání kromě čerpadla i regulační armaturu.

Zpětné klapky

O zpětných klapkách koluje fáma, že je projektuje jen člověk, který přesně neví, kterým směrem bude otopná voda za provozu proudit. Nemusí tomu tak být pokaždé. Fungující zpětná klapka za cirkulačním čerpadlem teplé vody chrání nejenom čerpadlo, ale současně zamezuje míchání teplé vody s vodou studenou. Studená voda, jak víme, má vždy o něco vyšší tlak. Teplá voda ztrácí tlak při průchodu ohřevem, dnes většinou přes deskový výměník tepla. Jak v případech míchání studené a teplé vody poznat nefungující zpětnou klapku?

V mnoha případech vznikne podezření na nefunkčnost klapky až po několikerém zničení a výměně cirkulačního čerpadla. Takové čerpadlo pracuje normálně s tlakovou diferencí kolem 40 kPa. Pokud vadná zpětná klapka nezabrání průniku studené vody o tlaku minimálně 10x větším, například 400–600 kPa, pak je čerpadlo nuceno obrátit směr otáčení rotoru ve směru působící vyšší tlakové diference. Výsledkem může být zničení motoru i lopatkového kola čerpadla.

Diagnostickým nástrojem pro ověření funkčnosti zpětné klapky je vypouštěcí kohout, namontovaný za cirkulační čerpadlo a zpětnou klapku. V mnoha případech, kterých jsem byl svědkem, takový kohout namontován nebyl. Pak je potřeba podstoupit postupnou výměnu několika cirkulačních čerpadel, než někoho napadne, že by příčinou mohla být i zpětná klapka. Kontrola funkce zpětné klapky je přitom jednoduchá.

Stačí vypnout cirkulační čerpadlo i armaturu před ním a otevřít kulový kohout. Je-li klapka těsná, nic z otevřeného kohoutu nevyteče. Studenou vodu drží zpětná klapka. Pokud je zpětná klapka netěsná, protéká přes ni studená voda do kulového kohoutu. Proto se doporučuje na kulový kohout napojit předem hadici.

Další doménou zpětných klapek je potrubí, které propojuje dva zdroje tepla. Tedy například plynový kotel nebo tepelné čerpadlo s krbovou vložkou. Pokud není při provozu hlavního zdroje tepla krbová vložka hermeticky uzavřena, pak se často v celém domě ozývají kovové zvuky zpětné klapky. Není snadné ji nejenom objevit, ale i vyměnit.

Co se dá považovat za záložní zdroj tepla

Všechny běžně využívané zdroje tepla jsou závislé na elektrické energii. Při jejím výpadku tedy logicky dochází i k výpadku vytápění. Během této vynucené topné přestávky se za záložní zdroj mohou považovat pouze kamna nebo jednoduchý krb na pevné palivo, jehož teplo odchází přímo do místnosti, kde je umístěn – nanejvýš do místností, kam je teplo přivedeno teplovzdušným potrubím.

Na otázku uvedenou v nadpisu článku: „Může být krbová vložka záložním zdrojem tepla pro rodinný dům?“ existuje jediná a stručná odpověď: NEMŮŽE! Zejména proto, že stejně jako hlavní zdroj vytápění je závislý na dodávce elektrické energie. V případě výpadku elektrického proudu přestane čerpadlo dodávající otopnou vodu do akumulační nádoby nebo přímo do soustavy, pracovat. Díky tomu se přehřeje výměník krbové vložky, otevře se přívod studené vody do vychlazovací smyčky krbu (pokud tam vůbec je) a ohřátá voda se začne odvádět do kanalizace. Náhradní zdroj elektrické energie, byl-li instalován, může prodloužit chod čerpadla o několik minut, teplo z krbové vložky však neodvede.

Pokud není odvod tepla z krbové vložky dostatečný, začne se zvyšovat přetlak a dojde k otevření pojistného ventilu. Ani odvod vody od pojistného ventilu nemusí být dostatečný, často ani viditelný. Zejména v případě, kdy topenář zúží rozšířený odtok pojistného ventilu (obvykle cca 25 mm) o dvě dimenze, často na DN15, s průřezem odvodní hadice jen 9 mm. Pak už může být skutečně pozdě. Nezbývá, než urychleně vyhrabat objem hořícího paliva z krbu dřív, než dojde k destrukci krbového výměníku, který se vám jinak o takovou práci postará do několika sekund sám…

Závěr

Krb s krbovou vložkou na spalování dřeva je poměrně nákladnou, a komplikovanou záležitostí, byť by to byl jediný zdroj tepla pro vytápění rodinného domku. Do nákladů na instalaci je potřeba započítat i cenu nejméně 1 m² místa v domě pro objemnou akumulační nádrž. Při jiném způsobu vytápění by tato položka nebyla. Často se můžeme setkat s případy, kdy je krb s vložkou jen estetickým, doplňkovým zdrojem tepla k plynovému kotli nebo tepelnému čerpadlu.

Jsou desítky, možná i stovky schémat zapojení, které se snaží propojit tyto dva nesourodé a funkčně téměř neslučitelné systémy zdrojů tepla do jednoho celku. Osobně jsem přesvědčen, že v každém z nich se najdou závažné chyby. Armatury nejsou přístupné ke kontrole, servisu nebo výměně. Chyby jsou v umístění pojistných ventilů, jejich rozdílném pojistném přetlaku, odtoku od pojistných ventilů, chybné je i napojení expanzích nádob, jejich připojení bez uzávěru, není možné kontrolovat přetlak plynu v expanzi bez vypuštění celé otopné soustavy, někdy chybí expanze nebo pojistný ventil, chybí uzávěry před prvky vyžadující výměnu (čerpadla, regulační ventily), nedostatečný nebo naopak vícenásobně vyšší objem akumulačních nádob apod.

Budoucím majitelům rodinných domků bych přál, aby se v záplavě nabídek zdrojů tepla co nejlépe ­orientovali a nakonec zvolili zdroj tepla s lety prověřenými technologiemi, které jsou schopny zabezpečit dlouholetý, spolehlivý a ekonomický provoz. Budu rád, pokud jim v jejich snažení bude nápomocen i tento článek.

Použitá literatura

1. 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.
2. DOUBRAVA, Jiří. Vyvažování potrubních sítí. Praha: Tour & Andersson Hydronics, 1996. 58 s.
3. VAVŘIČKA, Roman; VRÁNA, Jakub. Legislativní požadavky instalace pojistného ventilu. Topenářství instalace. 2019, roč. 53, č. 1, s. 32–34, 36, 38–39.
4. ČÍHAL, Zdeněk. Příčiny možného kolísání tlaku v soustavách s uzavřenou expanzní nádobou. Topenářství instalace. 2017, roč. 51, č. 8, s. 72–75.
5. DOUBRAVA, Jiří. Čerpadlo – na přívod nebo na zpátečku? Topenářství instalace. 1996, roč. 30, č. 1, s. 56–58.
6. ČSN 06 0830. Tepelné soustavy v budovách – Zabezpečovací zařízení. 2014-8 (změna Z1, 2014-11).
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.

---

Is it possible to use a Fireplace Insert with Hot-Water Exchanger as a Backup Heat Source for a Family House?

The fireplace is often part of modern family houses. It has an aesthetic function and delivers pleasant warmth. However, if we decide to purchase a fireplace with a hot water heating insert, we must assume that it cannot be installed without adequate knowledge. Installation without a project poses a significant risk. The author of the article describes the pitfalls and mistakes during the installation of fireplace inserts, which he encountered in his long-term expert witness practice.

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