Větrání plynových kotelen

Úvod
Větrání plynových kotelen musí zajišovat tři základní požadavky: přívod spalovacího vzduchu, intenzitu větrání (kvalitu vnitřního vzduchu) a teplotu vzduchu uvnitř kotelny.

Přívod spalovacího vzduchu je záležitost technologická - potřebný průtok vzduchu je dán výkonem hořáků kotlů. Požadavky na kvalitu vzduchu jsou hygienické a bezpečnostní. Udržení požadované teploty vnitřního vzduchu souvisí s požadavky hygienickými (na tepelnou pohodu osob) i technologickými (riziko zamrznutí vody v rozvodech).

Problematikou větrání plynových kotelen se zabývá v současné době několik normativních předpisů, především ČSN 07 0703 a TPG 908 02 (GAS s.r.o.). Hlavní norma ČSN 07 0703 Plynové kotelny byla v části větrání v prosinci 2000 upravena (změnou Z6) a řešení větrání kotelen odkazuje na technická pravidla TPG 908 02 Větrání prostorů se spotřebiči na plynná paliva s celkovým výkonem větším než 100 kW.

Cílem předloženého příspěvku je pojednat, v souvislosti s citovanou normou a technickými pravidly, o obecnější problematice větrání kotelen, případně objasnit některé zásady nových normativních požadavků.

Přívod spalovacího vzduchu
Základním funkčním požadavkem na větrání kotelen je přívod potřebného množství spalovacího vzduchu. Za všech provozních režimů je nutno zajistit spolehlivou funkci spalovacího zařízení - především požadovaný tlak vzduchu v hořáku; v kotelnách je třeba zabránit nadměrnému podtlaku, který by mohl ohrozit funkci spalování (snížení průtoku spalovacího vzduchu, nedokonalé spalování nebo i zhasnutí plamene u hořáků).

Přívod vzduchu pro plynové kotle, resp. hořáky (dle TPG 800 00) může být řešen buď z vnitřního prostoru kotelny (kotle v provedení B), nebo samostatným potrubím z venkovního prostředí (kotle v provedení C).

U kotlů v provedení B proudí spalovací vzduch z větracích otvorů od ohniště kotle přes kotelnu a podílí se na větrání kotelny. Vzduch do kotle může být nasáván buď přirozeným podtlakem v ohništi, nebo mechanicky - ventilátorem hořáku.

Pro kotle v provedení C se veškerý spalovací vzduch dopravuje do ohniště resp. hořáku potrubím (přirozeným podtlakem, nebo častěji ventilátory) a nepodílí se na větrání kotelny. Kromě rozdílných účinků na větrání liší se obě provedení i z tepelného hlediska. V prvním případě ovlivňuje přívod spalovacího vzduchu do kotelny její tepelnou bilanci (zvláště v zimě, kdy přívodem chladného venkovního vzduchu je kotelna prochlazována). V druhém případě přívod spalovacího vzduchu na tepelnou bilanci kotelny nemá vliv.

Průtok spalovacího vzduchu se určí výpočtem na základě znalosti chemického složení paliva (přesně) nebo přibližně z výhřevnosti spalovaného paliva. Výpočtové metody uvádějí objem spalovacího vzduchu (m_n³)(při normálních podmínkách, tj. při 0°C a 101,3 kPa) ke spálení jednotkového množství paliva (m_n³).

Teoretický objem spalovacího vzduchu V_min, potřebný pro dokonalé spálení 1 m_n³ plynu, se stanoví podle přibližného empirického vztahu [1], pro plyny o výhřevnosti H > 12,5 MJ/m_n³:

V_min = 0,260 H - 0,25 (m_n³/m_n³)     (1)

Objem spalovacího vzduchu V_skut (m³/m_n³) pro skutečné podmínky (teplotu t (°C) a tlak p (kPa)), respektující součinitel přebytku vzduchu λ (-) je dán vztahem:

     (2)

Orientační hodnoty výhřevnosti plynných paliv H (MJ/m_n³) jsou uvedeny v tab.1. Skutečný objem spalovacího vzduchu pro spálení paliva v konkrétním ohništi se stanoví na základě součinitele přebytku vzduchu λ (-) potřebného pro dané topeniště. Za obvyklých podmínek bývá přebytek vzduchu pro kotle na plynná paliva λ = 1,1 až 1,2; u malých kotlů až 1,5.

Druh plynu	Výhřevnost H (MJ/mn3)
Zemní plyn	31,9 až 37,5
Propan + vzduch (1:4,5)	16,7
Propan C3H8	92,9
Butan (n) C4H10	123,7

Tab.1 - Orientační hodnoty výhřevnosti H plynných paliv

Stav vzduchu (teplota t, tlak p) odpovídající průtoku V_skut (resp. V_s dle následující rovnice) je dán místem, ve kterém určujeme (měříme, kontrolujeme) průtok V_skut (V_s), tj. místem vstupu vzduchu do kotelny, resp. do ventilátoru. U přirozeného větrání je to vstup venkovního vzduchu do přiváděcího větracího otvoru, u nuceného větrání sací ústí ventilátoru. Pro tlak vzduchu p ve venkovním prostoru se doporučuje počítat se středním barometrickým tlakem p_b na území ČR, tj. p = p_b = 98,1 kPa. V sacím ústí ventilátoru je výpočtový tlak vzduchu p roven statickému tlaku v sání ventilátoru (což je barometrický tlak p_b, snížený o součet tlakové ztráty sacího potrubí a dynamického tlaku vzduchu v sání ventilátoru).

Průtok spalovacího vzduchu V_s (m³/s), který je třeba přivádět do kotelny pro spalování paliva P se stanoví ze vztahu:

V_s = V_skut . P     (3)

kde P (m_n³/s) je spotřeba plynu v kotelně, podle následujícího vztahu:

     (4)

kde:
ΣQ_k - je tepelný výkon kotlů (kW)
η - účinnost kotlů (-).

V závislosti na spotřebě paliva P, resp. na výkonu kotlů ΣQ_k se mění i průtok spalovacího vzduchu V_s. Pro dimenzování větracího zařízení je rozhodující, aby byl zajištěn maximální průtok V_s, což je u kotelen pro vytápění za minimálních venkovních teplot. Při přirozeném přívodu vzduchu do kotelny se průtok spalovacího vzduchu samočinně reguluje podle potřeb spalovacího zařízení. Pro maximální průtok V_s musí být dostatečně dimenzovány otvory, kterými se vzduch do kotelny přivádí, tak aby nebyl vytvořen v kotelně nepřiměřený podtlak. U nuceného přívodu vzduchu do kotelny, pokud není přiváděcí ventilátor vybaven regulací průtoku, je nutno vytvořit podmínky, aby vzduch, který se nespotřebuje ke spalování, byl odveden do venkovního prostředí s minimálním přetlakem.

Doporučuje se stanovit průtok spalovacího vzduchu pro charakteristické provozní režimy kotelny v celoročním provozu. V zimním období jsou to teploty -12°C (resp.-15, -18°C), -6°C, 0°C, 6°C, 12°C. V přechodném a letním období se přiřazuje teplotám venkovního vzduchu i odpovídající měsíc, den a hodina (21.den v 15,00 hod): 19°C březen, 26,5°C květen, 30°C červenec. Toto přiřazení umožňuje pro daný stav venkovního vzduchu provést i orientační výpočet letních venkovních tepelných zisků Q_el - viz rovnice (s použitím ČSN 73 0548). TPG 908 02 požaduje provádět kontrolu průtoku spalovacího vzduchu i pro další specifické provozní režimy.

Celoroční požadavky na přívod spalovacího vzduchu není obtížné vypočítat, pokud je pro kotelnu znám denní i roční harmonogram odběru tepla. Jestliže kotelna slouží pro vytápění a pro přípravu teplé užitkové vody, lze stanovit přibližný tepelný výkon v celoročním průběhu poměrně snadno:

a) Tepelný výkon pro vytápění Q (kW) se mění v závislosti na aktuální venkovní teplotě t_e podle vztahu

     (5)

kde:
t_i (°C) - je vnitřní teplota ve vytápěných místnostech
t_e (°C) - je teplota venkovního vzduchu, které odpovídá výkon Q (kW)
t_{e min} (°C) - je teplota venkovního vzduchu, při které byl stanoven výkon Q_max
Q_max (kW) - je maximální tepelný výkon pro vytápění při t_{e min} (stanovený dle normy ČSN 06 0210)

b) Při přípravě teplé užitkové vody je tepelný výkon kotelny Q (kW) přibližně konstantní. V zimním období se tento přičítá k výkonu pro vytápění, v létě se uplatní tento výkon samostatně.

V kotelnách s kotli v provedení B spalovací vzduch prochází prostorem kotelny a podílí se na větrání kotelny. V prostoru, který je spalovacím vzduchem rovnoměrně provětráván, lze zahrnout průtok spalovacího vzduchu do výpočtu předepsané intenzity větrání I (1/h). Pokud (při přirozeném větrání) dispoziční uspořádání větracích otvorů neumožňuje provětrání celého prostoru kotelny, je třeba řešit v této části prostoru doplňkový (nucený) přívod vzduchu, který zajistí předepsanou intenzitu větrání.

S problematikou přívodu spalovacího vzduchu souvisí i připojování kotlů na zařízení pro odvod spalin a dimenzování komínů. To se řídí ustanoveními norem ČSN 73 4201, ČSN 73 4210 a pravidly TPG 941 01 a TPG 800 01.

Požadovaná intenzita větrání, bezpečnost plynových kotelen
Při manipulaci s plynnými palivy a při jejich spalování v kotelnách se uvolňují (případně vznikají v ovzduší) škodlivé plynné látky. Škodlivost těchto látek je dána jednak jejich negativním účinkem na zdraví osob při dýchání, jednak jejich výbušností.

Hygienické požadavky na limitní koncentrace škodlivin v pracovním prostředí (přípustné expoziční limity PEL (mg/m³))jsou v Nařízení vlády [2]. Z hlediska nároků na ochranu proti výbuchu je rozhodující, aby koncentrace hořlavé látky nebezpečné výbuchem se nepřiblížila své dolní mezi výbušnosti L_d (% obj.). Za nejvyšší přípustnou mez z hlediska výbušnosti se považují hodnoty odvozené z dolní meze výbušnosti dané látky, např. dle TPG 908 02 pro propan-butan, zemní plyn je to 10 % dolní meze výbušnosti L_d. Údaje L_d pro různé látky jsou uvedeny v literatuře [1], resp. v ČSN 65 6480 až 84 (a tam citované literatuře) pro zkapalněné uhlovodíkové plyny.
Pozn.: L_d je nejnižší koncentrace hořlavého plynu ve vzduchu, při které po iniciaci dochází k samovolnému šíření plamene a k řetězovému spalování a pod kterou plynná atmosféra není již výbušná.

Hlavní plynné škodliviny:
Oxid uhelnatý CO - vzniká při nedokonalém spalování (vysoce toxický plyn, nebezpečný výbuchem, L_d = 12,5 % obj., PEL =30 mg/m³); metan CH₄ (podstatná složka zem. plynu, netoxický, ale značně nebezpečný výbuchem, L_d = 5,0 % obj., PEL se neudává). Dále zkapalněné uhlovodíkové plyny s hlavními složkami propanem a butanem - propan C₃H₈, L_d = 1,9 % obj., n - butan C₄H₁₀, L_d = 1,6 % obj. Obecně se používají směsi zkapalněných uhlovodíkových plynů (viz ČSN 65 6480 až 84). Zkapalněné uhlovodíkové plyny v nižších koncentracích jsou neškodné (propan do 1 % obj., butan do 0,5 % obj.), při vyšších koncentracích vyvolávají bolesti hlavy, nevolnost a působí též narkoticky (PEL se neudává).

Zemní plyn (Rusko, Baku): 93 % CH₄ (kromě C₂H₆, CO₂, N₂), L_d = 5 až 6 % obj. Složení topných směsí zkapalněných uhlovodíkových plynů uvádí ČSN 65 6480 až 84. Svítiplyn (v ČR se již nepoužívá) obsahuje 10 až 12 % CO a 19 až 21 % CH₄ (kromě CO₂, C_nH_m, O₂, N₂), L_d se udává 5 až 6 % obj.

Z hlediska větrání je závažná hustota plynů, a to v poměru ke vzduchu za téže teploty. V klidném prostředí dojde k výškovému rozvrstvení plynů - plyny těžší než vzduch se shromažďují u podlahy místnosti, plyny lehčí než vzduch se udržují pod stropem. V dalším textu jsou uvedeny hustoty plynů ρ (kg/m³) za normálních podmínek (0°C, 101,3 kPa). Dále je uvedena poměrná hustota plynu vzhledem ke vzduchu za téže teploty ρ_rel. (-) = ρ_plynu/ρ_vzduchu.

Vzduch (suchý): ρ = 1,293 kg/m3 ρrel. = 1	Svítiplyn: ρ = 0,608, resp. 0,659 kg/m3 ρrel. = 0,47 resp. 0,51	Zemní plyn: ρ = 0,828, resp. 0,866 kg/m3 ρrel. = 0,64 resp. 0,67
Propan: ρ = 2,017 kg/m3 ρrel. = 1,56	Butan: ρ = 2,651 kg/m3 ρrel. = 2,05

Uvolňování škodlivin v kotelnách na plynná paliva je nahodilé, větší výskyt škodlivin má již převážně charakter havárie. Plyny, které se v kotelnách vyskytují, jsou však toxické a výbušné, je proto nutno udržovat trvalé větrání, a to v celém prostoru kotelny. V žádném případě však větrání nemůže zajistit např. hygienicky přípustné koncentrace oxidu uhelnatého, jestliže při nedokonalém spalování, při vadné funkci komína, unikají spaliny do kotelny.

Jak bylo uvedeno, skutečný charakter vývinu škodlivin v kotelnách je neustálený, nahodilý. Číselné údaje o produkci škodlivin nemá projektant pro kotelnu k dispozici; při návrhu větrání se proto vychází z předepsaných nebo doporučených hodnot intenzity větrání I (1/h) definované vztahem

I = V_i / O     (6)

kde je:
V_i - průtok venkovního vzduchu pro větrání (pro odvod škodlivin v ovzduší kotelny); (m³/h)
O - vnitřní objem větraného prostoru kotelny (m³)
V_i - je minimální průtok, který musí být zajištěn po celou provozní dobu kotelny (za všech provozních stavů).

Vnitřní objem kotelny se určí jako prostor ohraničený plochami obvodových konstrukcí, podlahy a stropu. Do objemu se započítávají světlíky a střešní nástavby (spojené neuzavíratelně s kotelnou), mají-li přední podhledovou plochu větší než 2 m² a kanály a montážní šachty, u kterých je půdorysný průřez větší než 0,5 m² .Vnitřní zařízení se od objemu kotelny neodčítá.

Z předepsané hodnoty I (1/h)a daného objemu kotelny O (m³)se určí potřebný průtok venkovního vzduchu V_i (m³/s) podle vztahu (6), tj.

V_i = I . O/3 600     (7)

Předepsaná intenzita větrání I (1/h)
Základní požadavky na intenzitu větrání v plynových kotelnách jsou uvedeny v ČSN 07 0703 a TPG 908 02. Do konce roku 2000 byly požadavky soustředěny v ČSN 07 0703. Změnou Z6 normy ČSN 07 0703 byly hlavní zásady větrání plynových kotelen (vč. hlavních požadavků na intenzitu větrání) přesunuty do TPG 908 02, přesto však některé požadavky zůstaly v ČSN 07 0703. V následujícím textu jsou proto uvedeny (citovány) nejdůležitější údaje, resp. změny z obou předpisů.

V TPG 908 02 "Větrání prostorů se spotřebiči na plynná paliva s celkovým výkonem větším než 100 kW" jsou stanoveny následující požadavky (v kotelnách s celkovým výkonem od 50 kW do 100 kW se doporučuje přiměřené použití těchto pravidel):

Ve všech kotelnách s kotli v provedení B i C musí být zajištěna za všech provozních podmínek (tj. i za provozních přestávek, kdy nejsou kotle odstaveny z provozu) minimální intenzita větrání I = 0,5 l/h (půlnásobná intenzita výměny vzduchu za hodinu). Pozn.: Odstavením kotle z provozu se rozumí přerušení provozu uzavřením přívodu plynu do kotle, včetně uzavření pomocných (zapalovacích,startovacích a pojistkových) hořáků. V kotelnách se spotřebiči vybavenými přerušovači tahu a automatickými pojistkami proti zpětnému toku spalin se průtok vzduchu stanoví pro podmínky startu jednoho kotle do studené spalinové cesty podle následujícího pravidla: 1 m3/h větracího vzduchu na 1 kW tepelného výkonu pouze jednoho startujícího kotle s nejvyšším výkonem v kotelně Qmax (kW), tj. Vi = (1 m3/h) . Qmax (m3/h)     (8) V kotelnách s kotli a ohřívači vybavenými přerušovači tahu bez spalinových pojistek se průtok Vi, stanovený podle výše uvedené rovnice, zvyšuje dvojnásobně.

V ČSN 07 0703 Plynové kotelny, změna Z6 obsahuje v části týkající se větrání kotelen tyto změny:

Dosavadní požadavek na trojnásobnou intenzitu větrání je vynechán a uvádí se odkaz na TPG 908 02 formulovaný takto: "Při řešení větrání kotelen se používá TPG 908 02 Větrání prostorů se spotřebiči na plynná paliva s celkovým výkonem větším než 100 kW". V ČSN 07 0703 zůstává požadavek na větrání kotelen I. kategorie podle čl. 33 - tyto kotelny musejí mít havarijní větrání podle čl. 6 (intenzitou větrání 10 l/h), s výjimkou kotelen umístěných v části stavebního objektu technologického charakteru, ve kterém není trvalý pobyt osob. V čl. 91 ČSN 07 0703 se ruší požadavek na šestinásobnou intenzitu větrání kotelen, v nichž je umístěno regulační a odběrní měřicí zařízení do vstupního přetlaku 0,3 MPa. Nový text čl. 29 již neobsahuje požadavek, aby kotelny I. a II. kategorie bez výfukových ploch nebo umístěné pod shromažďovacím prostorem měly šestinásobnou intenzitu větrání za hodinu.

Zajištění bezpečnosti plynových kotelen
Pro zajištění bezpečnosti proti výbuchu musí být plynové kotelny vybaveny bezpečnostním systémem. Podrobnosti určuje TPG 908 02. Hlavní součástí bezpečnostního systému je detekční systém s automatickým uzávěrem plynu, který samočinně uzavře přívod plynu do kotelny při překročení indikovaných limitních parametrů. Do bezpečnostního systému je začleněna i indikace překročení teploty vnitřního vzduchu.

Instalace bezpečnostního systému je zvláště důležitá v souvislosti se změnou ČSN 07 0703, která umožnila snížit průtok větracího vzduchu z výměny trojnásobné na půlnásobnou. Detekční systém má dvoustupňovou funkci: 1. stupeň - optická a zvuková signalizace do místa obsluhy, nebo dozoru, 2. stupeň - blokovací funkce (funkce automatického uzávěru). Provoz kotelny může být obnoven až po osobním zásahu obsluhy nebo dozoru.

Limitní indikované parametry

1. stupeň: - koncentrace výbušných plynů (propan-butan, zemní plyn) - limitní hodnota: 10 % dolní meze výbušnosti Ld - teplota vnitřního vzduchu ti - limitní hodnota: ti = 45 °C 2. stupeň: - koncentrace výbušných plynů (propan-butan, zemní plyn) - limitní hodnota: 20 % dolní meze výbušnosti Ld

Požadavky na umístění detekčního systému stanoví TD 938 01. Do bezpečnostního systému kotelny se doporučuje zařadit i signalizaci 1. stupně při:

zaplavení prostoru kotelny dosažení hygienicky limitní koncentrace - přípustného expozičního limitu PEL oxidu uhelnatého (30 mg/m3)u kotlů bez automatické pojistky proti zpětnému toku spalin.

V kotelnách, kde jsou instalovány kotle a ohřívače s přerušovači tahu, se zásadně doporučují zařízení vybavená automatickými pojistkami proti zpětnému toku spalin. Do jedné kotelny se nedoporučuje instalovat současně spotřebiče s přetlakovými a atmosférickými hořáky. Zabezpečovací zařízení kotelen pod úrovní terénu, ve kterých se spaluje plyn těžší než vzduch, se řeší podle pravidla TD 800 02.

Kotelny jsou ve smyslu ČSN EN 6007910 (ČSN 33 2320) prostory bez nebezpečí výbuchu, tj. prostory, v nichž se nebezpečná koncentrace neočekává v takovém množství, aby bylo třeba zvláštních opatření pro konstrukci, instalaci a použití zařízení. Požární bezpečnost se řeší v souladu s normami ČSN 73 0802,ČSN 73 0804, ČSN 73 0872 a ČSN 06 1008. Kotelna tvoří vždy samostatný požární úsek. Jsou-li u nuceného větrání použity požární klapky, musí při jejich uzavření automatický uzávěr přerušit přívod plynu do kotelny.

Tepelný stav v kotelnách
Kotelny, které jsou vybaveny automatickým řízením a regulací, nevyžadují ve většině případů trvalou obsluhu. Při úpravě mikroklimatu (zvláště za extrémních zimních i letních venkovních podmínek) je proto možno připustit teplotu uvnitř kotelny, která je na okraji hygienicky přípustných hodnot. Samozřejmě nelze podkročit teplotu, která by mohla ohrozit funkci topného systému v kotelně (nebezpečí zamrznutí), případně překročit teplotu, která by ohrozila funkci technologie.

Určující vnitřní teplotou v pracovním prostředí je podle [2]operativní, resp. výsledná teplota t_g (°C)měřená kulovým teploměrem. Tato veličina vyjadřuje současný vliv teploty vzduchu a teploty okolních ploch jednou charakteristickou hodnotou. Z praxe dimenzování větrání v plynových kotelnách (při kvalitních tepelných izolacích kotlů i tepelných rozvodů) vyplývá, že za určující kritérium při dimenzování větrání s ohledem na mikroklima lze použít teplotu vzduchu.

V zimním období (s ohledem na krátkodobý pobyt obsluhy v kotelně) lze doporučit (při oblastní teplotě t_{e min} dle ČSN 06 0210) min. výpočtovou teplotu vnitřního vzduchu t_{i min} = 7°C. V letním období (při t_{e max} = 30°C) z dosavadních zkušeností vyplývá doporučení t_{i max} = t_{e max} + 5°C.

Úprava tepelného stavu v kotelnách se principiálně navrhuje pro dvě extrémní období:
a) zimní období, pro výpočtové teploty venkovního vzduchu t_{e min} = -15 až -18°C (oblastní teplota dle normy ČSN 06 0210)
b) letní období t_{e max} = 30°C (dle normy ČSN 73 0548). Kontrolu vnitřní teploty se doporučuje provádět v průběhu ročního období pro stavy venkovního vzduchu uvedené v odst.2 Přívod spalovacího vzduchu.

V zimním období u kotelen na plynná paliva jsou vnitřní tepelné zisky od kotlů a rozvodů tepla malé (v důsledku dobré tepelné izolace). To snižuje ztráty při výrobě tepla, ale často neposkytuje dostatečný tepelný tok pro ohřátí venkovního větracího vzduchu, a to i pro dosažení relativně nízké teploty požadované v kotelně (7°C). Pokud tepelný zisk od kotlů nepostačí na ohřátí venkovního vzduchu na požadovanou teplotu v kotelně, je nutno větrací vzduch ohřívat, a to buď při nuceném větrání ohřevem přiváděného větracího vzduchu, nebo u přirozeného větrání cirkulační vzduchotechnickou jednotkou, v obou případech s automatickou regulací teploty vnitřního vzduchu v kotelně.

V přechodném období (případný ohřev venkovního větracího vzduchu je odstaven) teplota vnitřního vzduchu v kotelně vzrůstá a v extrémních letních podmínkách může dosáhnout až maximální přípustné hodnoty t_{i max} = 35°C. U kotelen provozovaných na plný výkon i v létě (např. pro technologii) a do kterých, díky stavebnímu provedení, pronikají značné venkovní tepelné zisky (zvláště prosklenými plochami), může být požadavek na dodržení uvedené vnitřní teploty v létě rozhodující pro dimenzování větrání. Pro tento případ lze navrhnout samostatné doplňkové letní větrání (přirozené nebo nucené), které bude v provozu výhradně v létě.

Tepelná zátěž kotelen
Tepelný tok, který v kotelnách odvádí větrací vzduch (tepelná zátěž) Q_z (W) je ovlivněn jednak vnitřními zdroji tepla Q_i (W), jednak tokem tepla z venkovního prostředí (v létě) Q_el (W), jednak tepelnými ztrátami v zimě Q_ez (W). Tok tepla z venkovního prostředí v létě (tepelné zisky kotelny) ovlivňuje mikroklima převážně v případech, kdy obvodové stěny kotelny jsou značně prostupné pro sluneční radiaci (prosklené plochy); v ostatních případech lze letní venkovní tepelné zisky zanedbat.

Tepelná zátěž Q_z se určí takto:

v zimním období Qz = Qi - Qez     (9) v letním období Qz = Qi + Qel     (10)

Orientačně lze stanovit vnitřní tepelnou zátěž od kotlů, potrubí, armatur ze vztahu

Q_i = 1,3 až 2,0 . (Z/100) . ΣQ_k     (11)

kde je součinitel Z (%), který vyjadřuje podíl tepelného toku uvolňovaného z celkového výkonu kotlů do kotelny (u kotlů na plynná paliva Z = 0,5 až 0,6); ΣQ_k (W) je tepelný výkon kotlů.

Zvýšení tepelných zisků vlivem přestupu tepla z povrchu potrubí a armatur se ve vztahu (11) respektuje součinitelem 1,3 až 2,0. U moderních kotlů a kotelen na plyn (vzhledem k velmi dobrým tepelným izolacím) lze předpokládat všechny součinitele na spodní hranici.

Tepelné ztráty kotelny Q_ez (v zimě) se počítají podle ČSN 06 0210. Při výpočtu venkovních tepelných zisků Q_el lze při zjednodušeném výpočtu uvažovat pouze zátěž prostupující sluneční radiací prosklenými plochami Q_{el rad}. S ohledem na akumulaci tepla do vnitřních stěn kotelny je možno pro výpočet venkovní tepelné zátěže uvažovat s hodnotou Q_el ≈ (0,5 až 0,6) Q_{el rad max}. Při výpočtu letní tepelné zátěže lze využít údajů intenzit sluneční radiace z ČSN 73 0548.

Kontrola teploty vnitřního vzduchu t_i kotelně
Kontrola teploty t_i se provádí pro průtok přiváděného vzduchu V_p (m³/s) do kotelny, který je dán větší hodnotou z průtoku spalovacího vzduchu V_s a průtoku pro zajištění požadované intenzity větrání V_i.

V zimním období platí
     (12)

kde:

Qi (W)	- je vnitřní tepelná zátěž stanovená dle vztahu (11)
c = 1010 J/kg K	- měrná tepelná kapacita vzduchu
ρe (kg/m3)	- hustota venkovního vzduchu
te (°C)	- teplota venkovního vzduchu
Qez max	- tepelná ztráta kotelny stanovená pro extrémní venkovní teplotu t e min (oblastní teplotu dle ČSN 06 0210) a zvolenou výpočtovou hodnotu t i výp (navrženou při výpočtu tepelných ztrát kotelny bez uvažování větrání)

Výpočet t_i se doporučuje provést v průběhu ročního období, v charakteristických provozních stavech (daných tepelným výkonem kotelny).

V letním období platí


kde:
Q_z (W)se stanoví podle rovnice (10) jako součet vnitřních tepelných zisků a případné tepelné zátěže sluneční radiací prostupující prosklenými plochami do kotelny.

Hodnocení vypočítané vnitřní teploty t_i:
Pokud je teplota t_i stanovená výpočtem ze vztahu (12) nebo (13) po dobu provozu kotelny v rozmezí 7 až 35°C, je stav vyhovující. Jinak se doporučuje provést následující opatření:

• Teplota t_i stanovená ze vztahu (12) je v zimě menší než 7°C, přiváděný vzduch o průtoku V_p je nutno ohřívat. Tepelný tok Q_oh (W) potřebný k ohřevu průtoku venkovního vzduchu V_p (m³/s) v ohřívači větrací jednotky na požadovanou minimální teplotu vnitřního vzduchu t_{i min} (7°C ) je dán vztahem
  
  Q_oh = V_p . ρ_e .c . (t_{i min} - t_i)     (14)
  
  kde t_i (°C) je teplota vnitřního vzduchu stanovená výpočtem ze vztahu (12)
• Teplota t_i stanovená výpočtem ze vztahu (13) je v létě větší než 35°C, aby nebyla překročena maximální teplota vnitřního vzduchu t_{i max} = 35°C (při t_{e max} = 30°C), je třeba zvýšit průtok přiváděného vzduchu V_p na hodnotu V_{p let} danou vztahem
       (13)

Pro tento účel v letním období lze zřídit doplňkové větrání nebo použít větrací zařízení s regulací průtoku vzduchu:

V kotelně větrané přirozeným způsobem mohou být navrženy doplňkové (uzavíratelné) větrací otvory pro přívod a odvod vzduchu. V kotelně větrané nuceně lze instalovat doplňkový ventilátor pro přívod vzduchu o průtoku (Vp let - Vp), případně i doplňkový ventilátor pro odvod vzduchu, při respektování zásad pro zřizování nuceného větrání (přetlakové větrání). Rovněž je možné použít větrací systém s regulací průtoku vzduchu.

Systémy větrání plynových kotelen
Větrání kotelen může být přirozené, nucené (přetlakové) nebo sdružené (přetlakové), tj. kombinace přirozeného a nuceného větrání. Příklady uvedených systémů jsou na obr. 1,2,3.

Principiálním požadavkem je, aby do kotelny byl zajištěn v daných provozních stavech požadovaný průtok vzduchu V_s a V_i a vnitřní teplota t_i v kotelně se pohybovala celoročně v požadovaných mezích. Doporučuje se vždy upřednostnit přirozené větrání před větráním nuceným, resp. sdruženým.

Průtok V_s se mění v závislosti na výkonu kotelny. Průtok V_i je požadován trvale, pokud je kotelna v provozu. Dodržení požadované vnitřní teploty t_i v kotelně v zimě i v létě je nutno kontrolovat. Pro extrémní podmínky v zimě se navrhuje ohřev venkovního vzduchu (při respektování požadavku na maximální úspory energie) buď ohřevem oběhového vzduchu v kotelně (obr. 1c) nebo ohřevem nuceně přiváděného vzduchu (obr. 2c). V letních xtrémních podmínkách se v plynových kotelnách zřizují pro přirozené větrání doplňkové (uzavíratelné) otvory pro přívod a odvod vzduchu nebo u nuceného větrání doplňkové nucené větrání.

Některé obecné zásady pro návrh větracích zařízení

Prostor kotelny musí být provětráván rovnoměrně. Je třeba zabránit vzniku "mrtvých" částí prostoru kotelny. Prostory, které nejsou provětrávány přiváděným spalovacím vzduchem, je třeba větrat doplňkovým větracím zařízením. Otvory pro nasávání vzduchu (u přirozeného i nuceného větrání) musejí být umístěny tak, aby se do kotelny nenasávaly případné škodliviny z venkovního prostředí (plyny, páry, prach). U kotelen provozovaných i v létě se má vzduch pokud možno nasávat z míst chráněných proti přímé sluneční radiaci. Přívodní otvory, výustě v kotelně (u přirozeného i nuceného větrání) musejí být umístěny tak, aby v zimním období přívodem chladného vzduchu nevzniklo nebezpečí zamrznutí vodních systémů. Výdechové otvory pro odvod vzduchu (přirozený, nebo nucený) do venkovního prostředí musí být umístěny tak, aby vydechovaným vzduchem nebyly znehodnoceny okolní obytné či pracovní objekty. V kotelnách, za všech provozních stavů, by neměl podtlak (vyvolaný tahem spalinové cesty, tahem větrací šachty) překročit hodnotu 20 Pa, přičemž tah větrací šachty musí být vždy menší než tah spalinové cesty. Kotelny velkých výkonů (nad 3,5 MW) se větrají převážně přirozeným způsobem - aerací (ČSN 73 5120), nebo sdruženým větráním. Specifické požadavky na větrání kotelen pro spalování zkapalněných uhlovodíkových plynů (propan, butan a jejich směsi) jsou předmětem TD 800 02.

Přirozené větrání

Otvory pro přirozené větrání (přívod i odvod) musí být neuzavíratelné. Otvory pro přirozený přívod vzduchu se umísťují u podlahy, resp. vyústění přívodních šachet v kotelně musí být u podlahy. Otvory pro odvod vzduchu se umísťují pod stropem, nejlépe ve stěně protilehlé otvorům přiváděcím. Pokud je příčný rozměr kotelny relativně malý (prostor mezi kotli a stěnou ve které nejsou větrací otvory je malý - cca do 2 m) lze připustit umístění otvorů pro odvod vzduchu na stěně stejné, jako jsou otvory pro přívod vzduchu. Filtrace venkovního vzduchu se neprovádí. V kotelnách s kotli provedení B se celková plocha obou otvorů pro přívod a odvod vzduchu stanoví pro maxim.průtok spalovacího vzduchu Vs (m3/s). Plocha otvorů u podlahy musí zajistit průtok Vi. Totéž platí pro plochu otvorů pod stropem (i pro průtočný průřez šachet). Při přirozeném větrání kotelny s kotli provedení B se uplatňují dva provozní režimy: - větrání během provozu kotlů - větrání při provozních přestávkách Při provozu větrání za chodu kotlů se průtok Vs nasává jako spalovací vzduch do kotlů. Za tohoto stavu se vzduch přivádí ve většině případů do kotelny i otvory pod stropem, sloužícími pro odvod vzduchu v době, kdy spotřebiče nejsou v provozu. Při provozních přestávkách musí zajistit přirozené větrání minimální předepsanou intenzitu větrání I (1/h) průtokem Vi. Přirozené větrání kotelen s kotli v provedení C není ovlivněno nasáváním spalovacího vzduchu do kotlů. Větrání musí zajistit trvale minimální předepsanou intenzitu větrání I (1/h) průtokem vzduchu Vi. Větrací šachty pro přirozený přívod i odvod vzduchu musejí být vedeny přímo s minimálními změnami směru (maximální úhel odbočení 45°). Krycí mřížky větracích otvorů a ústí šachet nesmí podstatně zúžit průtočný průřez;plocha volných otvorů musí být alespoň 90 % obrysové plochy průřezu nebo ústí šachty.

Pokud je nutno větrací vzduch v zimě ohřívat, provede se to teplovzdušnou jednotkou pro ohřev oběhového vzduchu, umístěnou v kotelně. S ohledem na ekonomii provozu je třeba ohřev vzduchu minimalizovat.

Nucené, sdružené větrání

U nuceného větrání nejsou v kotelně otvory pro přirozený přívod ani odvod vzduchu. V tomto případě je třeba zajistit splnění všech požadavků na větrání kotelny pomocí ventilátorů, a to za všech provozních stavů (je nutná regulace průtoku přiváděného i odváděného vzduchu). Nucené i sdružené větrání se řeší jako přetlakové; průtok přiváděného vzduchu je za všech provozních stavů vyšší než průtok odváděného vzduchu (spalovacího vzduchu i vzduchu odváděného z kotelny větracím zařízením) o cca 5 až 15 %. Pokud by případným přetlakem byly znehodnocovány sousední místnosti, je možné volit přetlak minimální a zajistit potřebné samostatné větrání těchto místností. Nucené větrání může být řešeno buď pouze s ventilátorem pro přívod vzduchu (obr.2a, 2c) nebo i s ventilátorem pro odvod vzduchu (obr.2b). Systém musí být vždy vybaven automatickým ovládáním a automatickou regulací. Při poruše chodu větrání musí automatický bezpečnostní systém uzavřít přívod plynu do kotelny. Větrací zařízení, které je sestaveno z více ventilátorů pro přívod i odvod musí mít chod jednotlivých ventilátorů vázán na provoz příslušných kotlů. Při výpadku přívodního nebo odváděcího ventilátoru musí být přerušen provoz příslušného kotle. Při odstavení všech kotlů, v důsledku poruchy ventilátorů, se uzavře automatickým uzávěrem přívod plynu do kotelny. Výustě pro nucený přívod vzduchu musí být umístěny tak, aby bylo zajištěno provětrání prostoru u podlahy primárním vzduchem rychlostí cca 0,5 m/s. Proud primárního vzduchu z výustí nesmí však zasahovat do prostoru nasávání spalovacího vzduchu do hořáků kotlů. Zařízení pro nucený přívod venkovního vzduchu s ohřívačem musí být opatřeno vždy prachovým filtrem venkovního vzduchu. Filtr není nutný, pokud v systému není zařazen ohřívač vzduchu. Ohřev vzduchu musí vycházet z tepelné bilance a má být vždy minimalizován. Je-li přiváděný venkovní vzduch ve větrací jednotce ohříván (obr.2c), musí být větrací jednotka vybavena automatickou regulací teploty přiváděného vzduchu, včetně automatické ochrany před zamrznutím ohřívače vzduchu. V kotelnách vybavených kotli s atmosférickými hořáky a přerušovačem tahu je podtlak v kotelně ovlivněn přisáváním vzduchu v přerušovači tahu. Průtok takto přisávaného vzduchu závisí na výšce komína, jeho průřezu a teplotě spalin. Aby nedocházelo k nadměrnému podtlaku, je třeba provést vhodná opatření v odtahu spalin. Přetlak v kotelně musí být zajištěn v souladu s funkcí komína (norma ČSN 73 4210,ČSN 73 4201).

Literatura
[1] Recknagel - Sprenger - Schramek: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik. Oldenbourg Verlag,München 1999.
[2] Nařízení vlády č.178/2001 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zaměstnanců při práci.
[3] Topenářská příručka. GAS s.r.o., Praha 2001.
[4] Chyský, J. - Hemzal, K.a kol.: Větrání a klimatizace. Technický průvodce sv.31.Bolit - B press,Brno 1993.
[5] Drkal, F. - Nový, R.: Větrání a snižování hluku kotelen. ČSVTS, Praha 1989.
[6] Vyhláška ČÚBP č.48/1982 Sb., kterou se stanoví základní požadavky k zajištění bezpečnosti práce a technických zařízení, ve znění vyhlášky č.324/1990 Sb. a č.207/1991.
[7] Vyhláška ČÚBP č.91/1993 Sb., k zajištění bezpečnosti práce v nízkotlakých kotelnách.

Normy

ČSN EN 60079-10 Elektrická zařízení pro výbušnou plynnou atmosféru, č.10: Určování nebezpečných prostorů. ČSN 06 0210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění (1994). ČSN 06 1008 Požární bezpečnost tepelných zařízení. ČSN 07 0703 Plynové kotelny (vč.změn a,b,3,4,5,6,7). ČSN 65 6480 Zkapalněné uhlovodíkové plyny. ČSN 65 6481 Propan. ČSN 65 6482 Zkapalněné uhlovodíkové plyny. Propan-butan. ČSN 65 6483 Zkapalněné uhlovodíkové plyny. Butan. ČSN 65 6484 Zkapalněné uhlovodíkové plyny. Topná směs. ČSN 73 0548 Výpočet tepelné zátěže klimatizovaných prostorů. ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb. Výrobní objekty. ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb. Nevýrobní objekty. ČSN 73 0872 Požární bezpečnost staveb. Ochrana staveb proti šíření požáru vzduchotechnickým zařízením. ČSN 73 4110 Vysoké komíny zděné. ČSN 73 4111 Vysoké komíny železobetonové. ČSN 73 4201 Navrhování komínů a kouřovodů. ČSN 73 4210 Provádění komínů a kouřovodů a připojování spotřebičů paliv. ČSN 73 5120 Objekty kotelen o výkonu 3,5 MW a větším.

Technická pravidla GAS s.r.o

TPG 800 00 Systém rozdělení spotřebičů na plynná paliva. TPG 800 01 Vyústění odtahů spalin od spotřebičů na plynná paliva na venkovní zdi (fasádě). TD 800 02 Umis ování a provoz spotřebičů spalujících zkapalněné uhlovodíkové plyny v prostorách pod úrovní terénu. TPG 908 02 Větrání prostorů se spotřebiči na tuhá paliva s celkovým výkonem větším než 100 kW. TD 938 01 Detekční systémy pro zajištění provozu před nebezpečím úniku hořlavých plynů. TPG 941 01 Přetlakové komíny a kouřovody pro připojení plynových spotřebičů.