Spalovací vzduch pro plynové spotřebiče v provedení B

Autor článku vychází ze zkušeností při tvorbě změny 1 TPG 704 01 v roce 2013, v níž byly nahrazeny nevyhovující výpočty, uvedené v předchozím znění týchž TPG, vycházející částečně z německých předpisů DVGW. Tato změna je součástí konsolidovaného znění TPG 704 01. Autor článku popisuje správně základní (i rozšířená pro více různých spotřebičů) ustanovení tohoto výpočtu dle TPG 704 01:2013. V úvodu však vychází ze vztahů, které jsou poněkud jinačí, ale také vhodné a byly jako jedna z možností uvedeny v TPG 908 02 ve znění z roku 2017, kde v těchto technických pravidlech byla snaha sjednotit způsob výpočtů, aby vznikl jednotný postup. Původně používané výpočty, se zde však musely z části ponechat, protože jsou průmyslové spotřebiče, které mohou pracovat i s redukční atmosférou anebo speciální hořáky, což je v článku respektováno. V těchto TPG se však uvádí i výpočet jaký byl použit ve změně TPG 704 01 z roku 2013, pro sjednocení a zjednodušení práce nejen revizních techniků plynových zařízení, ale i projektantů či provozovatelů, pokud se k nim v rámci technické osvěty, tyto jednoduché výpočty a principy zajištění dostatečného množství vzduchu, dostanou. Autor článku správně uvádí i možnost použití průvzdušnosti spárami obvodových otvorů (okna, dveře apod.) pokud nejsou opatřena těsněním. U nových oken však průvzdušnost nepřichází v úvahu.

Recenzent: Ivan Vališ

Úvod

Tento článek navazuje na článek s názvem „Plynové spotřebiče a otravy oxidem uhelnatým“ publikovaný v časopise Topenářství instalace č. 3/2022, ve kterém byl jako jedna z příčin otrav oxidem uhelnatým uveden nedostatečný přívod spalovacího vzduchu ke spotřebiči v provedení B. Protože spotřebiče v provedení B nasávají spalovací vzduch z prostoru, ve kterém jsou umístěny, musí být vzduch do tohoto prostoru přiveden v potřebném množství z venkovního prostoru. Množství spalovacího vzduchu je nutné nejprve stanovit a pro jeho přívod zajistit otvory nebo vzduchovody. Stanovení množství spalovacího vzduchu a dimenzování jeho přívodu z venkovního prostoru se u spotřebičů s jmenovitými tepelnými výkony pod 50 kW provádí podle TPG 704 01 a u spotřebičů s jmenovitými tepelnými výkony 50 kW a většími podle TPG 908 02.

Stanovení množství spalovacího vzduchu

Množství (průtok) spalovacího vzduchu VS [m³·h^–1], které je třeba přivádět do vnitřního prostoru se spotřebičem v provedení B, lze přibližně stanovit podle vztahu:

V_S = 1,1·λ·Q_j

kde je
λ – součinitel přebytku spalovacího vzduchu;
Q_J – jmenovitý tepelný příkon spotřebiče [kW];
1,1 – součinitel zohledňující spalné teplo plynu [m³·h^–1·kW^–1].

Tento vztah je možné použít pro plyny se spalným teplem větším než 3,8 kWh·m^–3, k nimž patří např. zemní plyn a propan-butan.
Pro výpočet součinitele přebytku spalovacího vzduchu λ platí vztah:

kde je
CO_2max – maximální objemová koncentrace CO₂ v suchých spalinách při stechiometrickém spalování, viz tab. 1 [%];
CO_2skut – objemová koncentrace CO₂ v suchých spalinách změřená zkušebnou a udávaná výrobcem v dokumentaci spotřebiče [%].

Při spalování zemního plynu může součinitel přebytku spalovacího vzduchu u kotlů dosahovat hodnot λ = 1,9 až 2,4. U kotlů vyrábě ných v současné době činí objemová koncentrace oxidu uhličitého ve spalinách udávaná výrobci CO_2skut = 6,0 až 6,2 %. U kotlů vyráběných do roku 2016, byla objemová koncentrace oxidu uhličitého ve spalinách udávaná výrobci nižší (CO_2skut = 4,9 až 5,7%].

Pro rychlý výpočet množství (průtoku) spalovacího vzduchu VS [m³·h^–1] je možné použít přibližný vztah:

V_S = c · Q_J

kde je
Q_J – jmenovitý tepelný příkon spotřebiče [kW];
c – přepočtový koeficient [m³· h^–1·kW^–1], jehož přibližné hodnoty jsou uvedeny v tab. 2.

Pro plynový kotel s atmosférickým hořákem o jmenovitém tepelném příkonu Q_J = 24 kW majícím součinitel přebytku spalovacího vzduchu λ = CO_2max/CO_2skut = 11,7/6,0 = 1,95 bude množství spalovacího vzduchu podle prvního vztahu činit V_S = 1,1 · λ · Q_J = 1,1 · 1,95 · 24 = 51,48 m³·h^–1 a podle druhého vztahu V_S = c · Q_J = 2,2 · 24 = 52,8 m³·h^–1.  Z příkladu je tedy patrné, že přibližný vztah zahrnuje určitou rezervu.

Přívod spalovacího vzduchu

Spalovací vzduch lze do prostoru se spotřebičem přivést z venkovního prostoru:
a) větracími otvory nebo vzduchovodem (větracím potrubím);
b) nuceným větráním, které musí navrhnout projektant vzduchotechniky;
c) průvzdušností spár, což je však možné jen v budovách s okny a venkovními dveřmi bez těsnění (staré budovy);
d) kombinací výše uvedených způsobů.

Průvzdušnost spár a průtok vzduchu větracími otvory nebo vzduchovody se v TPG 704 01 a TPG 908 02 uvažuje při dohodnutém tlakovém rozdílu mezi venkovním a vnitřním prostorem 4 Pa.

Průtok vzduchu přiváděného prů-vzdušností spár V_i [m³·h^–1] uzavřených oken nebo venkovních dveří lze přibližně stanovit podle vztahu:

V_i = q_i · l

kde je
q_i – průvzdušnost na 1 m délky ne­utěsněných spár [m³·h^–1·m^–1], která pro dřevěná dvojitá okna činí q_i = 1,09 m³ · h^–1 a pro venkovní domovní dveře q_i = 3,28 m³·h^–1;
l – délka spár [m].

Dvoukřídlovým dřevěným dvojitým oknem o rozměru 1,2 × 1,3 m majícím délku spár 6,3 m lze tedy přivést V_i = q_i · l = 1,09 · 6,3 = 6,87 m³·h^–1 vzduchu, což je pro kotel o jmenovitém tepelném příkonu 24 kW nedostatečné, protože k tomuto kotli je nutné přivést 52,8 m³·h^–1 spalo-vacího vzduchu. Potřebná délka spár pro takový kotel činí 52,8/1,09 = 48,44 m, tedy 8 oken výše uvedených rozměrů.

Z uvedeného příkladu je tedy patrné, že průvzdušnost spár je i u netěsných oken malá a pro přívod spalovacího vzduchu často nedostatečná. U těsných oken nelze s průvzdušností počítat vůbec, proto u nových budov nelze na průvzdušnost spoléhat.

Větrací otvory a vzduchovody

Nejčastějším způsobem řešení přívodu spalovacího vzduchu pro spotřebiče v provedení B je zřízení větracího otvoru nebo vzduchovodu z venkovního prostoru. V tomto případě je nejvýhodnější, když je větrací otvor nebo vzduchovod vyústěn v uzavíratelné skříni, ve které je osazen spotřebič (obr. 1). V ostatních případech, kdy je větrací otvor nebo vzduchovod vyústěn do místnosti, dochází v zimním období k jejímu ochlazování studeným vzduchem, což nemusí vadit v technických místnostech, ale např. v obytných místnostech je to problematické. Při umístění spotřebiče v místnosti, která nesousedí s venkovním prostorem a vyústění větracího otvoru z venkovního prostoru do jiné místnosti, je nutné propojení těchto místností větracími otvory umístěnými např. ve spodní části dveří.

Větrací otvory a vzduchovody z venkovního prostoru je možné zjednodušeně dimenzovat podle grafů vypracovaných doc. Ing. Alešem Rubinou, Ph.D. a uvedených v TPG 704 01 a TPG 908 02. Jako ukázku uvádím graf pro stanovení průřezové plochy větracího otvoru ve stěně o tloušťce nad 450 mm do 900 mm (obr. 2). Z tohoto grafu je možné zjistit, že pro plynový kotel s atmosférickým hořákem o jmenovitém tepelném příkonu 24 kW, ke kterému je třeba přivést 52,8 m³·h^–1 spalovacího vzduchu, je potřebný otvor s mřížkou o průřezové ploše 200 cm², tedy o rozměru nejméně např. 14,0 × 14,3 cm.

Vzduchová bilance vnitřního prostoru se spotřebičem v provedení B

Pokud není spotřebič umístěn v uzavíratelné skříni, je, z důvodu nebezpečí vlivu podtlaku, nutné posoudit vzduchovou bilanci vnitřního prostoru, která je vyjádřena nerovností:

∑V_S + ∑V_OSP + ∑V_T + ∑V_OV ≤ ∑V_P

kde je
∑V_S – součet průtoků spalovacího vzduchu, které je třeba přivádět do vnitřního prostoru se spotřebiči v provedení A nebo B včetně kogeneračních jednotek nebo plynových motorů [m³·h^–1];
∑V_OSP – součet průtoků spalovacího vzduchu, které je třeba přivádět pro všechny jiné než plynové spotřebiče se sáním vzduchu z vnitřního prostoru, v němž jsou umístěny [m³·h^–1];
∑V_T – součet průtoků vzduchu, které je třeba přivádět pro všechna technologická zařízení se sáním vzduchu z vnitřního prostoru, v němž jsou umístěny [m³·h^–1];
∑V_OV – součet průtoků vzduchu odváděného z vnitřního prostoru všemi podtlakovými větracími zařízeními (např. pro hygienické účely) včetně odvodu vzduchu přirozeným vztlakem větrací šachtou, otvorem apod. [m³·h^–1];
∑V_P – součet průtoků vzduchu přiváděného z venkovního prostoru do vnitřního prostoru se spotřebiči [m³·h^–1].

Průtoky vzduchu pro spotřebiče v provedení A pro přípravu pokrmů v bytech (sporáky, vařiče apod.), ruční hořáky a plynové kahany, pro které je podle TPG 704 01 možné zajistit přívod vzduchu z venkovního prostoru krátkodobým nebo trvalým otevřením okna nebo venkovních dveří se do ∑V_S nezapočítávají. Pokud není nerovnost splněna, je přívod spalovacího vzduchu ke spotřebiči nedostatečný a spaliny ze spotřebiče mohou být nasávány do místnosti.

Závěr

V dnešní době, kdy se, z důvodu energetických úspor, klade důraz na těsnost obálky budovy, je místo spotřebiče v provedení B vhodnější instalovat spotřebič v provedení C, který si spalovací vzduch nasává potrubím přímo z venkovního prostoru a spaliny odvádí přímo do venkovního prostoru. Při instalaci spotřebiče v provedení C odpadají výše uvedené výpočty. Kromě uvedené odlišnosti v přívodu spalovacího vzduchu, jsou zpravidla spotřebiče v provedení C, spotřebiči s vyšší účinností spalování, např. spotřebiče kondenzační, u nichž je do spalovacího procesu přiváděno i výrazně méně vzduchu (např. přebytek spalovacího vzduchu 1,05) než potřebují spotřebiče v provedení B (např. přebytek spalovacího vzduchu 1,5 a více). Tato problematika však není předmětem tohoto článku.

Literatura

[1] TPG 704 01. Odběrná plynová zařízení a spotřebiče na plynná paliva v budovách. 2013. ČPS. Praha.
[2] TPG 908 02. Přívod spalovacího vzduchu do vnitřních prostorů se spotřebiči na plynná paliva s výkonem 50 kW a větším. 2017. ČPS. Praha.

Poznámka recenzenta

Graf závislosti příkonu spotřebiče na objemu místností uvedený v TPG 704 01 z roku 1999 předpokládal výměnu vzduchu v těchto místnostech, která mnohde nebyla zajištěna, protože se spoléhalo na přívod vzduchu průvzdušností oken, který byl často velmi malý. Není-li přívod vzduchu z venkovního prostoru, má propojování sousedních místností otvory jen malý význam. A původní údaje uz DVGW o míře větrání místností nebyly známy. A nemusely být v souladu s ČR hygienickými předpisy.

Jsou tři mezní místa, která musí správně sloužit, kudy vzduch prochází, což je vstupní otvor, spotřebič a spalinová cesta.

Nesmírně důležité je, aby výpočet potřebného průtoku vzduchu byl velice jednoduchý, z důvodu nutného a okamžitého rozhodnutí revizního technika plynových zařízení, při jeho revizi. Jedině revizní  technik plynových zařízení je schopen zabránit ztrátám na životech. Původní předpis z roku 1999 toto naprosto neumožňoval. Proto jsem při práci na změně 1 TPG 704 01 v roce 2013, stanovil jednoduchý vzorec, který je dostatečným nástrojem pro takovýto zásah.

Tento základní vzorec V_s = c · Q_j, (kde c je součinitelem paliva a Q_j příkonem u spotřebičů, kde je příkon stanoven a nebo Q_j jako výkon u spotřebičů, kde je stanoven pouze výkon) stanoví potřebný průtok vzduchu V_s pro daný spotřebič. Následné odečtení požadovaného průtoku Vs, v odpovídajícím grafu, stanoví velikost větracího otvoru se standardizovanou mřížkou.

Je tedy možné, aby se revizní technik plynových zařízení ihned na místě přesvědčil, že přívod vzduchu je, nebo není dostatečný a ihned na místě provedl svoje rozhodnutí o způsobilosti, či nezpůsobilosti spotřebiče v jeho provozu.

Průtokem vzduchu pro spalování jsou místnosti současně větrány.

---

Combustion air for gas appliances in design B

The author of the article draws on his experience during the creation of amendment 1 TPG 704 01 in 2013, in which the non-compliant calculations mentioned in the previous version based partly on the German DVGW regulations were replaced.
The author of the article correctly describes the basic (even extended for several different appliances) provisions of this calculation according to TPG 704 01:2013. In the introduction, however, it is based on relationships that are somewhat different, but also appropriate and that were listed as one of the options in TPG 908 02 in the 2017 version. In these technical rules, there was an effort to unify the method of calculations in order to create a uniform procedure. However, the originally used calculations had to be retained in part here, because there are industrial appliances that can also work with a reducing atmosphere or special burners, which is respected in the article.
The author of the article correctly mentions the possibility of using air permeability through the joints of perimeter openings (windows, doors, etc.) if they are not equipped with seals. Of course, we can't count on air permeability with new windows at all.

Keywords: combustion air, gas appliances, design B, calculations, carbon monoxide, natural gas, propane butane, heat output of the appliance, ventilation openings, air ducts, air balance of the interior space.