Topení dřevem a elektřinou

Výpočet tepelných ztrát

Abych získal nějakou představu o rozložení tepelných ztrát v domě, vytvořil jsem projekt vytápění v programu RAUCAD/TechCON. Mnou nakreslený dům v tomto programu má tepelnou ztrátu 8,5kW při teplotě okolí -15°C a teplotě v pokojích 22°C. To odpovídá údajům z energetického štítku, který jsme nechali vypracovat kvůli stavebnímu povolení, takže v tom snad není moc chyb. Z tabulky, která je výsledkem mého snažení v programu TechCON je zřejmé, jaký výkon mají mít jednotlivé zdroje tepla v domě.

V obývacím pokoji, chodbě a koupelně přízemí bude podlahové vytápění. V podkroví budou radiátory, jejichž výkon je navržen na teplotní spád 70/55 °C. Navíc jsou radiátory i pod okny obývacího pokoje aby bylo možné pokoj rychle vyhřát, takže celkem je výkon topných těles přes 14kW.

Jako zdroj tepla je použit interiérový kotel Verner 13/10.1, jehož maximální výkon je 13kW a elektrické topné spirály v akumulační nádrži, jejichž celkový výkon je 12kW.

Interiérový kotel Verner 13/10.1

Už při prvních návrzích rodinného domu jsme byli rozhodnuti, že krb v obýváku nesmí chybět. Takový krb ale zabere dosti místa a není zrovna levný. Takže by to chtělo vymyslet tak, aby se v něm dalo topit častěji a aby jeho výkon pokryl dost velkou část spotřeby tepla rodinného domu. Prvním požadavkem umožňujícím časté topení je možnost přikládat z kotelny, která sousedí s obývacím pokojem. Kotelna má vlastní vchod směrem na zahradu, takže není nutné nosit palivo a popel přes dům. Použitím krbu se zadním přikládáním se zároveň zmenší plocha, kterou krb zabírá v pokoji, protože jeho velká část je ve zdi. Druhým požadavkem bylo, aby minimálně 60% výkonu krbu šlo do vody, protože potřebujeme vytápět celý dům a ne jenom obývací pokoj.

Po několika setkáních s dodavateli krbových vložek se ukázalo, že taková krbová vložka asi vůbec neexistuje. Všichni mě přesvědčovali o tom, že dům má být vytápěn teplým vzduchem přímo z krbu. Toto řešení se nám nelíbí, protože výkon krbu by musel stále odpovídat aktuální spotřebě domu, což dosti náročné na přikládání a obsluhu krbu.

Nakonec jsem na internetu našel interiérový kotel Verner 13/10.1. Je štíhlý a vysoký, takže zabere velmi málo místa. Má zadní dvířka pro přikládání a popel padá skrz rošt do šuplíku, který lze lehce vyjmout a popel vysypat. Vymetání není nutné. Výkon vodního výměníku je 10kW, což je pro náš dům dostatečné a vyzářený výkon do pokoje je 3kW.

Kotel je postaven do otvoru ve zdi a připraven k obezdění pálenými cihlami. Ytong by se pro obezdění neměl používat, protože nesnese velkou teplotu. Ale plášť kotle zůstává skoro studený, ohřívá se pouze sklo a malá plotýnka u komína. Před komín přijde tmavé sklo, které oddělí obývací pokoj od kotelny a na obezdění z pálených cihel nalepíme kamenné obklady.

Kotelna

Kotelna je uspořádána tak, aby do ní bylo možno uložit dřevo na celý týden. Protože kotel má vychlazovací smyčku, která musí být připojena na vodovod, musel jsem do kotelny zavést vodovod i odpad. Tak jsem umístil vedle kotle i umyvadlo a do dlažby v podlaze kanál.

Přívod vzduchu

Kotel je vybaven trubkou, do které má být přiveden vzduch, ideálně podlahou. Já zvolil jiný způsob. Podél komína jsem nechal šachtu, která končí na půdě. Šachta má u podlahy v kotelně mřížku, kterou vstupuje studený vzduch do kotelny. Tam se ohřívá a část jde nad kotlem do obývacího pokoje. Pod stropem kotelny jsem vytvořil šachtu, kterou jde teplý vzduch do podkrovních místností.

Připojení komínu

Potrubí pro připojení komínu má průměr 180mm a problém s kotlem Verner je v tom, že kotel stojí uprostřed zdi a komín vedle zdi. Takže je potřeba vytvarovat potrubí. To by bylo možné sestavit z několika kolen 45°, které se prodávají. Já si tři části trubky vymodeloval na počítači, rozvinuté tvary vytiskl na papír, obkreslil na trubku, vyřezal a svařil. Tak jsem získal dvě kolena s úhly kolem 30° Spoj mezi plechovou trubkou a komínem jsem utěsnil provazem, který je k tomu určen a žáruvzdorným tmelem.

Bezpečnost kotle

Na výstupním potrubí z kotle je osazen přetlakový ventil, který se otevírá při tlaku 2,5bar. Vychlazovací smyčka je připojena na vodovod. Na výstup vychlazovací smyčky je připojen ventil, který se otevře, když teplota topné vody dosáhne 90°C.

Akumulační nádoba

Maximální výkon kotle bude využíván jen při velkých mrazech, při venkovní teplotě kolem 0°C by bylo nutné oheň omezovat, uzavírat přívod vzduchu. To se mi moc nelíbí, protože se snižuje účinnost hoření. Lepší by bylo topit pořád s jmenovitým výkonem kotle, přebytečnou energii někde uložit a využít ji po vyhasnutí kotle. Tak jsem začal uvažovat o akumulační nádrži. Její hlavní nevýhoda je v tom, že zabere dosti místa a jediné volné místo zbylo na půdě. Je možné dát takovou nádrž na půdu? Přemýšlel jsem o tom několik měsíců a došel k tomu, že tato varianta sice není ideální, ale ostatní jsou při uspořádání našeho domu ještě horší.

Akumulační nádrž stojí na nosné zdi uprostřed domu, takže z hlediska její hmotnosti není žádný problém. Její umístění nad kotlem umožňuje při výpadku elektrické energie samotížný tok teplé vody směrem k nádrži. Samozřejmě, musí být dostatečná světlost trubek, v mém případě 28mm. Nevýhoda je, že vysoko umístěná nádrž zbytečně zvyšuje tlak vody v úrovni kotle. Také je dosti náročné nádrž odizolovat tak, aby tepelné ztráty byly minimální. Vymyslel jsem, že izolační vrstvu která je součástí nádrže doplním vrstvou ze zbytků vaty. Vata, kterou jsem nádrž obložil má nakonec 40cm tloušťky. Max. ztráta by tedy neměla být moc velká, ve srovnání s úsporou, kterou provoz nádrže přináší.

Objem nádrže je 500 litrů, což odpovídá přibližně 20kWh tepelné energie, kterou lze do nádrže uložit. Zároveň to znamená, že pokud je voda v nádrži studená, můžu tři hodiny topit v krbu, aniž bych systém přetopil a teplá voda z nádrže ohřívá dům ještě druhý den dopoledne.

Nádrž je vybavena třemi elektrickými spirálami, z nichž každá má výkon 4kW. Akumulační nádrž v tomto zapojení umožňuje dobré využití levnější sazby elektrické energie a zároveň stačí jistič 3x 25A. Elektronika řízení vytápění bude nastavena tak, aby spirály pracovaly v době, kdy nejsou v provozu jiné výkonné spotřebiče.

Ladomat

Teplota vody na zpátečce kotle by měla být minimálně 50°C. Pokud do kotle dlouhodobě přichází studená voda, výměník se orosí a výrazně se snižuje jeho životnost. Když chci mít v systému akumulační nádrž, je na zpátečce studená voda několik hodin, než se nádrž zahřeje. Takže by to chtělo k čerpadlu přidat trojcestný ventil a termostat. Ladomat je kompaktní zařízení, které v sobě sdružuje nejenom trojcestný ventil, termostat a čerpadlo, ale také zpětnou klapku, která se otevře, když se zastaví čerpadlo a začne fungovat samotíž.

Termostat ladomatu je nastaven na 55°C, takže při zatápění voda teče jenom přes výměník kotle. Až se zahřeje nad 55°C, začne ventil termostatu přimíchávat studenou vodu z akumulační nádrže tak, aby výsledná teplota byla 55°C. Přebytečná horká voda z výstupu kotle odtéká do akumulační nádrže, nebo do radiátorů.

Ostatní vybavení

V systému jsou zapojena tři čerpadla:

1. je u kotle součástí ladomatu. Nasává vodu z akumulační nádrže do kotle.

2. je na zpátečce radiátorů, tlačí studenou vodu z radiátorů do akumulační nádrže.

3. je součástí rozdělovače podlahového topení.

Nezbytnou součástí je expanzní nádoba. Rozpínavost směsi vody a nemrznoucí směsi je přibližně 5% to je v našem případě přibližně 30 litrů, které se musí při zahřátí systému někam schovat a při ochlazení zase vrátit do systému. Tlaková expanzní nádoba má objem 80 litrů, tlak na kotli se pohybuje mezi 0,8 a 1,5 baru.

Poslední důležitou součástí je odvzdušňovací a dva přetlakové ventily. Jeden ventil je na kotli, druhý na vršku akumulační nádoby. Dva přetlakové ventily jsem použil jednak pro jistotu a taky jsem uvažoval o tom, že jak na kotli, tak i na elektrických topných spirálách může vznikat pára, kterou by měl ventil zavčas vypustit ze systému.

Realizace topení

Původně jsem chtěl topení zapojit sám z nakoupených dílů, ale zjistil jsem, že se nedostanu na dobré ceny jednotlivých komponent. Hlavně kotel Verner bych sám neuměl koupit. Takže jsem oslovil topenáře, který velmi pečlivě zapojil vše podle mých představ. Pro spojování jsme použili lisovací fitinky firmy Viega. Připojení akumulační nádrže jsem později vymyslel trochu jinak, tak jsem si půjčil lisovací strojek a něco málo dodělal sám.

Napouštění vody do topení – realizace pouze na vlastní nebezpečí !!!

Při prvním napouštění jsem na stavbě neměl k dispozici vodovod, takže bylo potřeba přijít na to, jak dostat 600 litrů kapaliny do akumulační nádrže, jejíž vrchol je skoro osm metrů nad zemí. Také jsem do vody chtěl přimíchat 200 litrů nemrznoucí směsi do topení. Směs mi první zimu, kdy jsme v domě nebydleli, umožnila nechat dům vychladnout. Dále má směs nějaké protikorozní vlastnosti.

Nemrznoucí směs i vodu jsem do systému dostal s pomocí kompresoru. Hadice, připojená na napouštěcí kohout kotle vede na dno sudu. Do druhého uzávěru sudu je připojen kompresor, kterým jsem postupně zvyšoval tlak v sudu až na 2 atmosféry. Nevím, na jaký tlak jsou tyto sudy na chemikálie stavěny, proto popisovaný způsob nemůžu nikomu doporučit.

12.8.2013 – první zkušenosti

Máme za sebou první zimu a ukazuje se, že vytápění domu splnilo moje očekávání. Jen akumulační nádrž by asi stačila menší. Ale bez ní by nebylo možné kotel s tak velkým výkonem využívat, pokud jsou zároveň na radiátorech použity hlavice s termostatem. Když je venkovní teplota kolem 0°C, hlavice nastavené na 22°C odpojí radiátory už za dvě hodiny. To je doba, kdy je na roštu kotle vrstva žhavých uhlíků. Ty je vhodné využít k dalšímu topení a energii z nádrže potom využít dopoledne druhého dne.