Stránka se připravuje!

Stránka se připravuje!

Používání dřeva jako zdroje tepla provází člověka odnepaměti. Otevřená ohniště, vnitřní i venkovní krby a nejrůznější druhy kamen známe od pradávna a používáme je dodnes…
Zejména otevřené krby se po dlouhá staletí těšily velké oblibě, právě díky sálajícímu teplu a příjemné atmosféře, kterou vytvářely. Velkou slabinou otevřených krbů, když pomineme kouření do interiéru, je však jejich nízká účinnost, okolo 10 %, což v praxi znamená, že 9/10 energie vyletí bez užitku komínem. Občasnému romantikovi, který bydlí u lesa, nebo má jiný snadný přístup k palivovému dřevu to zřejmě vadit nebude. Ten si zatopí párkrát za zimu a většinou se přitom zahřívá i jinak…

Stránka se připravuje!

Stránka se připravuje!

Dřevo, biomasa, v našem případě palivo !
Obecně se dřevo velmi dobře zapaluje, což je způsobeno vysokým obsahem kyslíku. Chemické složení čerstvě poraženého dřeva:
 50% vody (H2O)
 24% uhlíku (C)
 2,5% vodíku (H2)
 22% vázaného kyslíku (O2)
 0,5% dusíku (N2)
 1% popeloviny

Velmi důležité je spalovat dřevo suché, nejlépe ze zimní těžby (období vegetačního klidu), kdy stromy spí a nejsou plné mízy (vody)… Vysoký obsah vody v syrovém dřevě totiž způsobuje, že se při hoření spotřebuje velké množství uvolněné energie na odpaření vody. Tím se celý proces velmi ochlazuje a spalování je nedokonalé. Ve spalinách se potom objevují zdravotně závadné dehtové páry (polyaromatické uhlovodíky), saze a oxid uhelnatý (CO) ve vysokých koncentracích. Začerňuje se krbové sklo, zanáší se kouřovody i komín . . . (tak může po čase dojít i k požáru komína).
Aby bylo topení dřevem příjemné, ekologické a ekonomické, je nutné jej vysušit tak, aby obsah vody klesl pod 20%. V praxi to znamená dřevo nařezat, naštípat a uložit na suché a dobře větrané místo. Takže už i příprava dřeva nás pěkně zahřeje. Musíme počítat, že dřevo takto vysychá jeden až dva roky. Hotové dřevo (nařezané a naštípané) v několika standardních délkách polen, je dnes možné běžně zakoupit a mnozí dodavatelé nabízejí dokonce i jeho předsušení.

Složení pevných paliv s obsahem vody do 15 % :

Vlastnosti pevných biopaliv, obsah vody, výhřevnost, popel:

Výhřevnost dřeva Qi (MJ.kg–1) v závislosti na vlhkosti 

Sušením dřeva zvyšujeme jeho výhřevnost !

Má druh dřeva vliv na jeho výhřevnost? Má 1kg tvrdého dřeva (např. buk, dub) větší výhřevnost než 1kg dřeva měkkého (smrk,lípa) ??
Výhřevnost se udává jako množství energie (tepla), obsažené v 1kg dřeva. Jednotlivé druhy dřeva mají různou objemovou hmotnost, liší se svou hustotou, ale výhřevnost všech druhů dřeva je zhruba stejná.
Představme si špalek buku o hmotnosti 1kg . Stejně velký špalek smrku má zhruba poloviční hmotnost, zhruba poloviční množství energie a bude i kratší dobu hořet.

Pěstování biomasy, především energeticky využitelných plodin, má bezpochyby obrovský význam v oblasti využití obnovitelných zdrojů energie a hospodaření s energií ale také z pohledu ekologie naší země a potlačení narůstajícího skleníkového efektu. Hospodaření s biomasou je dnes pro některé vyspělé evropské země typické. Česká republika však v tomto směru zatím trochu pokulhává a podpora státu ve formě dotací na využívání biomasy u nás bohužel dodnes nefunguje. Přesto patří dřevo a všeobecně biomasa k těm nejlevnějším palivům a zasluhují si větší pozornost.

Troška teorie pro přemýšlivé…

Hoření dřeva (biomasy) – odborně spalovací proces, je vlastně chemická oxidační reakce, při níž se uvolňuje reakční teplo… Probíhá ve čtyřech na sebe navazujících a souběžných fázích.
Z pohledu provozního si můžeme rozdělit hoření na zatápění a průběžné hoření. Zatápění probíhá většinou od drobných třísek, či nejrůznějších podpalovačů, a kromě vytvoření žhavého základu pro další přikládání má za úkol zahřát topeniště a komín, který tak získává přirozený tah. Průběžné hoření začíná po přiložení dřeva do roztopeného a žhavého ohniště.

Fáze hoření:
1) V první fázi dochází k ohřívání přiloženého paliva a následnému odpařování vody (již při 100°C).
2) Ve druhé fázi dochází k uvolňování hořlavých plynů ze dřeva. Hovoříme o uvolňování prchavé hořlaviny a tato fáze začíná při teplotě 200 – 400°C. Podíl prchavé hořlaviny v celkovém množství hořlaviny dřeva je poměrně vysoký, okolo 85% celkového podílu a zbylých 15% uhlíku shoří na roštu až při vyšších teplotách, kolem 800°C. Důležitá poznámka: zplyňování dřeva je přirozenou součástí každého procesu spalování dřeva…
3) Třetí fází je hoření prchavé hořlaviny. Ta musí být důkladně promísená se spalovacím vzduchem přiváděným do komory. Důležité pro zapálení okysličených plynů je: dostatečně vysoká teplota topeniště, jeho tvar a velikost a dostatek času k reakci. Proto nejmodernější topeniště mají štíhlý a vyšší tvar. Hořlavé plyny tak mají dostatek času a prostoru k promísení s přiváděným spalovacím vzduchem a k jejich maximálnímu vyhoření tam, kde je to nejvíc žádoucí. Přes velkoplošné prosklení se přitom do interiéru předává sáláním až 60% uvolněné energie. Toto sálavé teplo podvědomě vnímáme nejintenzivněji a je pro nás nejpříjemnější díky tomu, že je velmi podobné slunečnímu záření.
4) poslední fází je dohořívání uhlíkového zbytku, které trvá déle a žhavé uhlíky na dně ohniště významně napomáhají zapálení a nastartování spalování nové dávky čerstvě přiloženého dřeva.

Mechanizmus spalovacího procesu dřeva:

Tepelný výkon Pv ,  tepelný příkon Pp  a  účinnost   
Účinnost   se udává v procentech a je dána poměrem tepelného výkonu Pv  a tepelného příkonu Pp. 

Tepelný příkon Pp je dán množstvím tepla přivedeného palivem.
Tepelný výkon Pv je dán množstvím tepla využitého k ohřevu místnosti.
Stanovení tepelného příkonu Pp   (kW)

 
Stanovení tepelného výkonu Pv   (kW)

 
po dosazení:

 
Demonstrativní výpočet :
Pro demonstraci uvedených vztahů předpokládejme, že v ohništi spálíme za jednu hodinu 3 kg dřeva, vysušeného na obsah vody 20%, čemuž odpovídá výhřevnost 15,0 MJ.kg-1 .
Tepelný příkon je potom 

 
Účinnost krbové vložky je 80%. Tepelný výkon je potom

 
Ve spalinách odejde 2,5 kW nevyužitého výkonu z celkového tepelného příkonu 12,5 kW.

Výpočet hodinové dávky paliva při požadovaném výkonu a dané účinnosti:

 
kde:

 
Potřeba a přebytek spalovacího vzduchu:
Pro co nejdokonalejší spálení dřeva je v ohništi potřebné zajistit přebytek spalovacího vzduchu, což je parametr důležitý pro určení potřeby vzduchu pro hoření a dimenzování přívodních cest CPV/EPV. U správně navržených ohnišť přebytek = 2. Základní množství vzduchu pro laboratorní spálení 1kg dřeva je 4m3.
Pro názornost:
Při spálení 3kg dřeva za hodinu, základní potřebě vzduchu 4 m3 na 1kg dřeva  a potřebném přebytku vzduchu 2, je hodinová spotřeba vzduchu pro dané ohniště a konkrétní hoření 24 m3 (3kg    x    4 m3/kg   x   2    =    24 m3).

Na závěr pro zajímavost:
Kvalitním spálením hořlavých složek dřeva vznikne oxid uhličitý a vodní pára. Tyto jsou přirozenou součástí ovzduší a zapojují se do koloběhu uhlíku v přírodě. Je známo, že rostliny během růstu spotřebovávají z ovzduší oxid uhličitý, produkují kyslík a zadržují uhlík ve své buněčné struktuře. (Pro zajímavost vzrostlý 100-letý buk spotřebuje ročně více než 6 tun oxidu uhličitého a vyprodukuje cca 4,5 tuny kyslíku.)

 

Tak se na to podíváme…

Oheň – cosi svítivého, blikavého a mihotavého, co též hřeje, někdy voní, jindy zase nepříjemně zapáchá, až z toho štípou oči, může pomoci i ublížit, výborný sluha, ale zlý pán!

Palivo – to, co se hází do ohně… Pozor. Tady bychom se asi měli zastavit, protože to, co často lidi přikládají do krbu či kamen, rozhodně tím správným palivem není. Takže palivem pro krby, kamna, sporáky a pece obecně, se rozumí především biomasa, tedy nejčastěji dřevo. Může se jednat také o výrobky z biomasy, jako jsou například dřevěné brikety či peletky.

Spalovací komora – jakási krabice, ať krychle, či kvádr, která je zhotovená z materiálu, který vydrží dlouhodobě působení vysokých teplot a má otvory, kterými přichází na správná místa spalovací vzduch a otvor, kterým odchází spaliny do komína. Šířka, výška a hloubka komory a velikost otvorů pro přísun vzduchu a odvod spalin musí být dimenzovány tak, aby vyhoření paliva proběhlo ekonomicky a ekologicky a proběhla potřebná předávka energie.

Spalovací vzduch – je vlastně obyčejný atmosférický vzduch, který se podílí na chemické reakci hoření, tedy na spalování dřeva a který je stále častěji z důvodu ekonomiky a bezpečnosti provozu přiváděn do spotřebiče přes jedno ústí (hrdlo) odjinud, než z vytápěného interiéru. Tomuto hrdlu se říká externí přívod vzduchu (EPV) nebo také centrální přívod vzduchu (CPV).

EPV nebo CPV – externí nebo centrální přívod vzduchu zajišťuje přísun vzduchu z exteriéru, sklepa, či technické místnosti, kde zase musí být zajištěn trvalý přísun vzduchu pro vyrovnání vznikajícího podtlaku. Velikost průměru, resp. průřez přívodu spalovacího vzduchu udává výrobce k dané mu výrobku anebo podléhá výpočtu. Délka přívodu spalovacího vzduchu by neměla nikdy přesáhnout účinnou délku komína a neměla by být nijak komplikovaná (kolena, úskoky, zúžení, apod.) Pokud vybavíme individuálně stavěnou či průmyslově vyráběnou spalovací komoru hrdlem EPV/CPV a napojíme tento externí přívod vzduchu, vzniká tzv. uzavřený spotřebič.

Uzavřený spotřebič – není závislý na množství a kvalitě vzduchu v interiéru, nespotřebovává již ohřátý vzduch a kyslík z vytápěných prostor, což zvyšuje uživatelský komfort, tepelnou pohodu a ekonomiku provozu. Dále nepodléhá výkyvům tlaku způsobeným ostatními spotřebiči, jako jsou třeba digestoř nebo podtlakově nastavená rekuperace. Tím zvyšuje bezpečnost provozu, protože nemůže nastat situace, že by byly nasáty do interiéru spaliny.

Komín – docela obyčejný tubus či průduch zkonstruovaný z kvalitního žáruvzdorného materiálu s různou tepelnou a chemickou odolností podle typu daného spotřebiče a provozního paliva. Komín slouží k odvodu (transportu) spalin, vedlejšího produktu hoření, ze spalovací komory přes primární spalinové cesty (kouřovody) a sopouch (hrdlo napojení kouřovodů do komína) do exteriéru. Funguje jako podtlakové zařízení založené na fyzikálních zákonech, jednoduše řečeno, teplý vzduch je lehčí, než studený a proto začne po zahřátí komína oproti venkovnímu prostředí fungovat jakési kombinované proudění, teplý vzduch je vytlačován tím studeným, proto ve spirálách proudí směrem nahoru. Nejlépe tedy fungují komíny, které mají průduch kruhového průřezu s hladkým povrchem. V rozích zděných komínů čtvercového či obdélníkového průřezu vznikají turbulence, které částečně brzdí komínový tah. Podobný efekt způsobuje (působením agresivních tepelných a chemických vlivů) vydrolená malta z vyzdívky starých zděných komínů.

Na komínový tah mají zásadní vliv tyto faktory:
- základní technické parametry komína
- počasí / rozptylové podmínky - inverze - směr a síla větru
- lokalita, ve které stojí dům (kopec, závětrná dolina)
- umístění domu ve vztahu k okolním objektům (například závětrný stín za vyšší budovou)
- vlhkost komína (bez stříšky, zatéká do něj / dlouho mimo provoz)
- stáří a vnitřní povrch komína (vypadané spárování či vydrolené kusy cihel)
- tvar komínového průduchu  - čtvercový (-), obdélníkový (-), kruhový (+)
- umístění komína  v domě/zvenčí  (doba, kdy dosáhne provozní teploty)
- umístění na střeše (vzdálenost od hřebene a výška nad hřebenem střechy)

Hoření – je vlastně chemická reakce o několika na sebe navazujících fázích, při které dochází k přeměně či přechodu pevného skupenství biomasy na plynné složky, které se při dosažení určité teploty za přítomnosti kyslíku vznítí a shoří. Produktem této reakce jsou, zjednodušeně řečeno, světelná a tepelná energie, spaliny a popel. Čím je komora, potažmo celé spalovací zařízení, dokonalejší a spalování kvalitnější, tím jsou menší ztráty tuhým a plynným nedopalem. Tuto efektivitu procesu hoření nazýváme účinností spalování.

Účinnost spalování – je tedy velmi důležitý ukazatel dokonalosti a kvality zařízení na spalování biomasy. Čím je tato účinnost vyšší, tím méně zatěžujeme životní prostředí emisemi škodlivých látek. Při nedokonalém spalování se snižuje účinnost spalování a tím i množství získané energie a vznikají těžké saze a dehet. Ty zanáší stěny spalovací komory a následně spalinové cesty, včetně komína a snižují tak jejich funkčnost a životnost.
Pro porovnání účinnost spalování otevřeného krbu bývá okolo 10-15%, kdežto u moderních krbových komor se pohybuje nad 80%.

Teplovzdušný krb - bude doplněno

Teplovodní krb - bude doplněno

Sálavý krb - bude doplněno

Hypokaust - označuje uzavřený prostor kamen s proudícím teplým vzduchem, který je využívaný na ohřev teplosměnných ploch venkovního pláště. Základní myšlenkou hypokaustového systému je přenesení tepla od výkonného tepelného zdroje na co největší předávací sálavé plochy. Systémy vytápění pomocí hypokaustu mají kořeny již ve starověkém Římě, a jsou tedy více než 2000 let staré. Homogenním rozdělením velkého množství tepla na velké teplosměnné plochy se ve vytápěném prostoru vytváří příjemné klima a tepelná pohoda naplněná pozitivní energií.

Automatická regulace hoření – je elektronické zařízení, které udržuje optimální proces spalování (ekologie, ekonomika provozu), zabraňuje přetížení topidla a celého systému, zlepšuje hygienu prostředí a tepelnou pohodu, zvyšuje účinnost topného systému, prodlužuje aktivní dobu plamene, prodlužuje interval přikládání, snižuje spotřebu paliva, zvyšuje bezpečnost topení, signalizuje potřebu přiložení paliva. Funguje tak, že reguluje množství spalovacího vzduchu v závislosti na momentální fázi hoření a výstupní teplotě spalin. Klapka CPV/EPV je ovládaná řídící jednotkou a servomotorem.

Normy – pro účely spojené s kamnářstvím a provozem krbů, kamen, pecí a sporáků, se jedná o technická pravidla, požadavky, předpisy, které v dotčených souvislostech definují používané pojmy a upravují podmínky pro navrhování, dimenzování, výrobu, schvalování a provoz těchto spotřebičů a spalinových cest.