Než vybuchne výměník krbové vložky

Autor článku se zabývá nejčastějšími příčinami vad otopných soustav s krbovými vložkami s výměníkem a s více zdroji tepla. Správně nabádá realizátory k dodržování ustanovení ČSN Tepelné soustavy v budovách – Zabezpečovací zařízení.
Příspěvek autor přednesl na Topenářském školení v Plzni v březnu 2018.

Recenzent: Richard Valoušek

Úvod

Je to již dávno, co byl oheň jediným zdrojem tepla a světla. Tehdy, stejně jako dnes, představuje otevřený oheň skrytou sílu přírody a proto se i dnes lidé k ohni rádi vracejí například v podobě teplovzdušných krbů. Ty mají jednu výhodu – při přetopení se zvyšuje jen pocitová teplota vzduchu v místnosti a k odvedení přebytečného tepla stačí otevřít okno. U krbové vložky s výměníkem je tomu ale jinak.

Voda i oheň představují živly, které mohou být dobrým sluhou a jak už to tak v životě bývá, také zlým pánem. Nejenom v přírodě, ale i v případě, když se potkají v jednom krbu. A o těchto dvou živlech, otopné vodě v krbovém výměníku a ohni v krbu, pojednává právě tento článek.

Možná by se hodilo říct, že na počátku byli dobré úmysly a dva pánové, kteří nevěděli, že neví. Jeden mohl být budoucím vlastníkem krbu, druhý byl topenář, který měl dílo zhotovit. K jejich smůle se zde uplatnilo přísloví, že cesta do pekla je dlážděna dobrými úmysly.

Okruh krbové vložky s výměníkem

Na obr. 1 se nachází okruh krbové vložky s výměníkem. Pokud správně pátráte po pojistném ventilu, vaše námaha bude zbytečná – není ani za zdí u obezděného krbu s výměníkem. Co zapříčinilo, že zhotovitel – topenář opomněl tak zásadní věc, jakou je právě pojistný ventil, zůstane asi navždy záhadou. Pokud zhotovitel v tomto stavu soustavu napustí, vystavuje tím svým zákazníkům jízdenku sanitkou do nejbližší nemocnice. To v tom lepším případě.

Další, těžko uvěřitelnou skutečností je, že expanze, která by měla kompenzovat ohřívající se otopnou vodu ve výměníku tepla je napojena až za uzavřeným trojcestným ventilem, kde nemůže plnit svou funkci. Expanze navíc nejde vypustit. Nejenom proto, že chybí uzávěr s vypouštěním – ona nejde vypustit vůbec, v nejnižším místě u podlahy totiž chybí vypouštěcí kohout! A následek? Výbuch výměníku krbové vložky!

Všude sklo, hořící podlaha, a přímé ohrožení osob, které nic netušíc sledovaly plápolající oheň v krbu.

Jaká opatření učinit, aby se podobná situace již nemohla opakovat? Osobně se nemohu zbavit vtíravé myšlenky, že prvním krokem by mohlo být zakopání živnostenského listu takového „topenáře“ 4 m pod zem…

Jaká další pochybení byla zjištěna?

Chybějící tlaková expanze otopné soustavy, chybějící akumulační nádoba, uzavřený přívod studené vody do vychlazovací smyčky, osazené a uzavřené termostatické ventily na otopných tělesech, velký rozdíl mezi malým výkonem otopné soustavy zatepleného domu a velkým výkonem výměníku krbové vložky. Dále nebyla provedena tlaková a topná zkouška.

Také napojení plynového kotle na otopnou soustavu a na ohřívač teplé vody v sobě skrývá možné chyby, jak bude uvedeno dále.

Mohlo by se zdát, že níže popsaná pochybení jsou smyšlená. Nejsou. Až tak daleko moje představivost nesahá. Všechna z nich se někdy a někde objevila, i když ne všechna na jedné akci současně. Výčet možných pochybení nemusí být konečný. Podívejme se na možné problémy jednotlivě.

Pojistný ventil výměníku tepla krbu

Pojistná a zabezpečovací zařízení tepelné soustavy musí být projektována a zřízena v souladu s normou ČSN EN 12828+A1 čl. 4.6.1. Zde bych zdůraznil slovo „musí být projektována“, nikoli namontována bez projektu.

U vypočtené dimenze pojistného ventilu (PV) je potřeba ověřit pojistný tlak. Ten musí být stejný jak u dodaného plynového kotle, tak u výměníku tepla krbové vložky, například 2,5–3,0 bar. Zejména u dovozových krbů s výměníkem, určených pro samotížné soustavy, může být pojistný tlak jen 1,5 bar.

Svod od PV je potřeba zhotovit o jednu dimenzi větší, než je PV a s přerušením odvést do kanalizace. Přerušení odtoku je nutné pro vizuální kontrolu funkce ventilu.

Že je tento požadavek zanedbatelný a běžně je odvod od pojistného ventilu sveden přímo do kanalizace? Jak pro koho. Pro některé topenáře patrně ano. Pro majitele domku, který u jednoho takového případu zaplatit za rok o 130 tis. Kč navíc za teplou vodu, která mu zbytečně vytekla do kanalizace a další tisíce za teplo ve vodě obsažené, zanedbatelný nebyl.

Pokud není tlak plynu v tlakové expanzi po 2–3 letech provozu v pořádku, začne pojistný ventil po zahřátí vody odpouštět otopnou vodu v pravidelných intervalech. Tím se postupně zanese inkrusty, až nakonec zůstane zcela otevřený. Je taková škoda pojistnou událostí nebo je skrytá vada reklamovatelná u dodavatele zařízení? Není. Nebyla způsobena živelnou událostí. Skrytá vada to také není. Při správném provedení by byl únik vody do kanalizace vizuálně zjistitelný. Nejznámějšími typy PV jsou DUCO, ­Giacomini a Honeywell v dimenzích 1" až 2". Jsou charakterizovány ­nejmenším průtočným průřezem [mm²] a výtokovým součinitelem. Na základě otevíracího přetlaku PV a jmenovitého výkonu zdroje tepla se výpočtem určí průřez sedla PV a vnitřní průměr pojistného potrubí.

Výpočet není určen pro laiky ani pro topenáře, ale pro projektanty. Proto zde není uváděn.

Teploměr a manometr krbové vložky

Teploměr a manometr je potřeba umístit pro kontrolu teploty a tlaku v bezprostřední blízkost krbu. Obě měřidla by měla být vizuálně kon­trolovatelná v místnosti, kde je krb instalován. Červená ručička na manometru slouží k nastavení pojistného tlaku. Tyto dva měřicí přístroje, nebo přístroj kombinovaný (obr. 4), nebývají u většiny aplikací k vidění – a to jak v blízkosti krbu, ani jinde.

Třícestný směšovací ventil

Do okruhu mezi krbovou vložku s výměníkem a otopnou soustavu nebo akumulační nádobu se do zpátečky zapojuje třícestný směšovací ventil, čerpadlo a zpětná klapka. Takové klasické zapojení bývá často nahrazeno jedním výrobkem – Laddomatem.

Účelem těchto armatur je, aby krb po zátopu dosáhl rychle provozní teplotu a omezila se tvorba dehtu ve spalinových cestách. Druhým účelem je nabít akumulační nádrž na vysokou teplotu s nízkou rychlostí proudění k dosažení opti­málního rozvrstvení teploty vody v ­nádrži.

U Laddomatu 22 termostatická patrona v termostatickém ventilu otevírá ventil při teplotě 78 °C. Teplem nabitá akumulační nádrž pak skýtá jen velmi malý prostor pro odvedení přebytečného tepla při přehřátí krbového výměníku.

Expanzní nádoba okruhu výměníku krbu

Trojcestný ventil rozděluje okruh výměníku krbu od okruhu otopné soustavy, často s akumulační nádrží. Objemové změny otopné vody v okruhu výměníku krbu musí být kompenzovány expanzní nádobou, instalovanou v okruhu výměníku otopné vložky krbu, tj. za čerpadlem a zpětným ventilem.

Tlaková expanzní nádoba se navrhuje v závislosti na výkonu zdroje tepla, maximální teplotě otopné vody, součiniteli zvětšení objemu, výšce nejvyššího bodu otopné soustavy, nejnižším a nejvyšším pracovním přetlakem soustavy a na vodním objemu otopné soustavy.

Výpočet velikosti expanze opět není určen pro laiky ani pro topenáře, ale výhradně pro projektanty.

Pokud vám bude topenář tvrdit, že bez smlouvy a bez projektu žádné riziko nepodstupujete, rychle od něj pryč. Ještě před tím ho můžete nechat vypočítat vodní obsah soustavy, rozdíl měrných hmotností vody, plnicí tlak vody ve studeném stavu a na jakou hodnotu upravit tlak plynu v expanzní nádobě.

Expanzi na vodní straně je třeba nejprve uzavřít a vypustit, aby se dal naměřit skutečný tlak plynu nad membránou. Který topenář je schopen doplnit expanzi vzduchem na správný tlak? Odhaduji tak 3 %.

Expanzní nádoba otopné soustavy

Zabezpečovacím zařízením otopné soustavy je většinou expanzní nádoba, v našem případě tlaková expanzní nádoba s membránou. Poměrně častou chybou je osazení expanze o velikosti odhadnuté pro otopnou soustavu, například 150 l. Zapomene se přitom na to, že akumulační nádoba (např. o obsahu 750 l), do které dodává teplo výměník krbové vložky, zvětšuje vodní obsah soustavy šestinásobně. Malá expanze je pak příčinou provozních problémů bez ohledu na to, jaký je tlak plynu nad membránou.

Připojení expanzní nádoby

Výrobci kotlů a krbových vložek s výměníkem nevyjímaje dodávají množství schémat hydraulického zapojení včetně schématického znázornění napojení tlakové expanzní nádoby na otopnou soustavu. To vede k častým chybám.

Zabezpečovacím zařízením zdroje tepla je pojistný ventil. U zabezpečovacího zařízení zdroje tepla, nesmí být mezi zdrojem a pojistným ventilem uzávěr. Zabezpečovacím zařízením otopné soustavy je expanzní nádoba. Ta může být napojena v kterémkoliv místě soustavy, většinou ve zpátečce. Z důvodu umožnění kontroly a doplnění plynu v tlakové expanzní nádobě je potřeba za místo napojení osadit uzávěr, manometr a vypouštěcí kohout. Díky tomu není při kontrole nutné vypouštět celou otopnou soustavu.

Pokud není u expanze speciální armatura, přimlouval bych se za klasický vypouštěcí kohout DN 1/2", na který se dá napojit hadice. Kulový kohout s vypouštěním napojení na hadici nemá. Tam budete vypouštět expanzi s kelímkem od jogurtu, podle velikosti expanze, i více hodin.

Manometrická rovina

Manometrická rovina je myšlená rovina, ke které se vztahují přetlaky v otopné soustavě. Většinou je ve výšce 1,5 m nad podlahou. V této výšce by měly být montovány všechny manometry a pojistné ventily.

Kontrola tlaku plynu v expanzi

U tlakových expanzních nádob se hovoří o plynu, protože z výroby je náplní plynového prostoru expanze dusík. Jeho tlak bývá obvykle 1,5 nebo 2,5 bar. Tento tlak nemá žádný vztah ke konkrétní otopné soustavě.

Je určen k jeho úpravě, snížení nebo zvýšení. Ke zvýšení se již běžně používá vzduch. Protože obsahuje téměř 21 % kyslíku, jehož molekuly jsou menší než u dusíku, dá se očekávat pokles tlaku v průběhu měsíců, stejně jako u pneumatik auta. Molekuly kyslíku mohou mírně pronikat přes membránu expanze do otopné vody.

Nastavení tlaku plynu v expanzi bývá problém téměř všech uživa­telů otopných zařízení, topenářů i servisních pracovníků. Nejenom u krbů s výměníkem, ale i u jiných zdrojů tepla, ať už se jedná o kotle na pevné nebo plynné palivo, solární okruh nebo tepelné čerpadlo.

Čím to je? „Výmluva“ bývá vždy stejná. Expanzomat je součástí otopné soustavy, zdroje tepla se netýká. A mají pravdu. Následný únik vody pojistným ventilem v důsledku poklesu tlaku v plynové části expanze může způsobit nemalé finanční ztráty. Je to daň za to, že objednatel topení nechal pracovat topenáře bez projektu.

Výpočet tlakových poměrů v otopné soustavě, včetně plnicích tlaků na straně vody i vzduchu, je potřeba svěřit projektantovi. Ti ostatní nemají potřebné podklady ani znalosti pro výpočet.

Situace by byla značně jednodušší, kdyby existovala povinnost vyznačit tlak vody i plynu samolepkou přímo na expanzi. Pak by kontrolu i doplnění tlaku vzduchu v expanzi zvládl každý, a to po vypuštění vody z expanze běžným manometrem pro pneumatiky.

Obavy z přetopení výměníku krbové vložky

Každý projektant vám řekne, že u zdrojů tepla na pevné palivo není možné, nebo se nedoporučuje instalovat termostatické ventily. Při přetopení zdroje tepla bude alespoň část tepla možné přes otopná tělesa odvést okny ven.

Klasický problém spočívá v malé potřebě tepla pro vytápění, 5–7 kW a velkém výkonu krbové vložky s výměníkem, např. 10–14 kW i více.

Na počátku topné sezony je potřebný výkon pro vytápění přibližně jen čtvrtinový, tj. 1, 2–1,8 kW. Při tak malé potřebě tepla stačí pár třísek pro podpal. Po zátopu, jaký si můžeme dovolit u krbu bez výměníku, můžeme mít náhle přebytečný výkon, například 12 kW.

Po nějakou dobu bude možné ukládat přebytečné teplo do akumulační nádrže. Po nahřátí nádrže na teplotu 85–90 °C však už nezbývá v nádrži rezerva a další teplo není kam ukládat.

Ochlazovací smyčka výměníku krbu

Ochlazovací smyčka je bezpečnostní zařízení kotle nebo krbového výměníku, které je nezávislé na elektrické energii a které zabraňuje přetopení kotle. Obvykle se jedná o spirálový výměník zabudovaný do krbového výměníku.

Mezi přívod studené vody a vstup do ochlazovací smyčky se montuje bezpečnostní termostatický ventil, který při teplotě vyšší jak 95 °C otevírá studenou vodu do smyčky. Ohřátá voda je odvedena do odpadu tak, aby byla vizuálně kontrolovatelná. Přívod studené vody musí mít tlak 2,0 až 6,0 bar a nesmí být závislý na elektrické energii.

Podmínkou funkce je, aby přívod studené vody přes termostatický ventil do ochlazovací smyčky nebyl uzavřen, jako v popisovaném případě. Doporučuje se, aby byl průtok vody ochlazovací smyčkou doprovázen akustickým signálem.

Studená voda z vlastní studny není při výpadku proudu použitelná – její čerpání je opět závislé na elektrické energii.

Náhradní zdroj proudu pro oběhová čerpadla

Pokud není k dispozici zdroj vody z veřejné sítě, doporučují někteří topenáři náhradní zdroj elektrické energie pro čerpadlo. Není to nejlepší řešení. Náhradní zdroj nemůže zajistit odvod přebytečného tepla do nabité akumulační nádoby. Je potřeba použít ochlazovací smyčku, která není na elektrickém proudu závislá.

Nevýhody krbu

Nevýhodou klasických krbů i krbů s výměníkem je, že není možné vybírat popel za provozu. Popelník je pod roštem – u některých krbů však chybí i rošt. Popel se tak dá vybrat až po úplném vychladnutí krbu.

Účinnost krbu s výměníkem klesá při jeho zanesení. Čištění není zrovna snadné, zejména pokud je vrstva nánosu větší. Krbový výměník je potřeba čistit jednou za 1 až 3 týdny. Čistič průduchů teplovodního výměníku je vhodný skoro ke všem nabízeným teplovodním krbovým vložkám, které mají vnitřní průměr trubek výměníku 5 cm.

Plynový kotel se zásobníkovým ohřevem vody

Mohlo by se zdát, že propojení plynového kotle se zásobníkovým ohřívačem vody je tak jednoduché, že není možné udělat chybu. Mám jednu, ne úplně nejlepší zprávu. Jde to. Na obr. 8 je vidět obvyklé napojení plynového kotle na otopnou soustavu a na tlakový kombinovaný zásobníkový ohřívač teplé vody. Kotel má dva výstupy otopné vody, jeden pro otopnou soustavu zakončené uzávěry vlevo na stěně, druhý výstup je pro ohřívač teplé vody. Jaká jsou v napojení pochybení?

1. Před uzávěry na vstupu do otopné soustavy chybí vypouštěcí kohouty. Kotel nebude možné samostatně vypustit. Kontrola nebo doplnění tlaku plynu v expanzní nádobě nebude proveditelné bez vypuštění celé soustavy.
2. Není proveden odvod vody od pojistného ventilu kotle.
3. Na přívodu studené vody do ohřívače chybí uzávěr, zkušební kohout nebo zátka pro kontrolu těsnosti zpětné armatury a zpětná armatura. Od pojistného ventilu chybí odvod vody do kanalizace, který by byl vizuálně kontrolovatelný.
4. Kontrola nebo doplnění tlaku plynu v expanzní nádobě na studené vodě nebude proveditelné bez vypuštění celého bojleru. Chybí odbočka k expanzi s uzávěrem a vypouštěním. Opět s odvodem vody do kanalizace, který by byl vizuálně kontrolovatelný.
5. Na přívodu cirkulace teplé vody chybí uzávěr a filtr. Za cirkulačním čerpadlem chybí zpětná armatura a uzávěr.
6. Mezi cirkulačním čerpadlem a zpětnou armaturou chybí zkušební kohout pro kontrolu těsnosti zpětné armatury.
7. Zásobníkové ohřívače o objemu větším jak 200 l musí být i na výstupu teplé vody vybaveny pojistným ventilem, teploměrem, uzávěrem a vypouštěcí armaturou (obr. 8 se netýká).
8. Objem expanze v kotli 7 l je obvykle nedostatečný vzhledem k objemu vody v otopné soustavě. Chybí přídavná expanze podle objemu vody v systému, její napojení na otopnou soustavu s možností kontroly tlaku plynu v expanzi.

Co říci na závěr?

Oblíbenou, topenáři i jinými „odborníky“ doporučovanou kombinaci dvou zdrojů tepla, plynového kotle a krbové vložky s výměníkem, považuji za jednu z nejsložitějších úloh pro projektanta. Mnohem složitější než vyprojektovat kotelnu nebo výměníkovou stanici.

Je mnoho důvodů, proč ji není možno doporučit. Nikdo vám nedá smysluplnou odpověď na otázku, kam se má dát přebytečné teplo, když si uživatel zatopí před, na počátku nebo v průběhu topné sezony. Jak automaticky vypnout provoz plynového kotle do topení bez zásahu do regulace kotle, po níž ztrácí kotel záruku. Jak dál provozovat z plynového kotle přípravu teplé vody bez topení, které nejde automaticky vypnout.

Provoz kotle má daná pravidla, krbová vložka s výměníkem také. Nikdo vám ale pravděpodobně nepředá pravidla pro společný nebo i samostatný provoz obou zdrojů tepla. Co uzavřít, co otevřít, čeho se vyvarovat, na co nezapomenout, na co si dát pozor. Nikdo vám rovněž nezaškolí obsluhu.

Množství chyb, které se dají udělat jak při montáži, tak i za provozu je značné. I ti nejlepší projektanti proto projekty takovéto kombinace zdrojů tepla obvykle odmítají. Je to velké riziko jak pro ně, tak i pro ty, kteří budou takový krb užívat.

Použitá a doporučená literatura

1. ČSN 06 0830+Z1/2014 Tepelné soustavy v budovách – Zabezpečovací zařízení
2. ČSN 06 0310+Z2/2017 Tepelné soustavy v budovách – Projektování a montáž
3. ČSN 06 0320+2006 Tepelné soustavy v budovách – Příprava teplé vody – Navrhování a projektování
4. ČSN EN 12 828/2005+A1/2014 Tepelné soustavy v budovách – Navrhování teplovodních tepelných soustav
5. ČSN EN 13 240/2002+A2/2005 Spotřebiče na pevná paliva k vytápění obytných prostorů – Požadavky a zkušební metody
6. ČSN EN 13 229/2002+A2/2005 Vestavěné spotřebiče k vytápění a krbové vložky na pevná paliva – Požadavky a zkušební metody
7. Revizní zpráva spalinové cesty podle vyhlášky č. 34/2016 Sb.

---

Untill The Fireplace Heat Exchanger Explodes

The author of the article deals with the most common defects in heating systems with fireplace inserts combined with heat exchanger and with more heat sources. It rightly encourages the implementers to comply with the provisions of the Czech Technical Standard “Heating systems in buildings – Safety devices”.

Keywords: Fireplace Heat Exchanger, Serious Errors, Safety Valve, Safety Devices, Explosion