Legislativní požadavky na teplovodní kotle na tuhá paliva určené k vytápění domácností

Transkript

1 Legislativní požadavky na teplovodní kotle na tuhá paliva určené k vytápění domácností Jiří Horák Kamil Krpec Jiří Dvořák František Hopan Každoročně se u nás prodá několik desítek tisíc malých teplovodních kotlů na tuhá paliva, které se svým provozem výrazně podílejí na znečišťování životního prostředí vysokými emisemi. A nezáleží na tom, zda je v nich spalováno uhlí, či dřevo. Jedná se o klasické odhořívací a prohořívací kotle s ručním přikládáním, které byly konstruovány v polovině minulého století a tomu odpovídá také vedle vysokých emisí naopak nízká provozní účinnost. Jejich prodej doposud umožňuje platná legislativa, především pak nízké požadavky na technickou úroveň zakotvené v ČSN EN 303-5, podle které je nutné nové kotle před uvedením na trh certifikovat. Je však již připravena novela této normy, která technické požadavky podstatně zpřísňuje a navíc by tuto problematiku měla řešit i připravovaná novela zákona o ochraně ovzduší. A právě s těmito novelami nás autoři seznamují ve svém příspěvku. Pokud úpravy vejdou v platnost tak, jak jsou nyní připraveny, měly by být od roku 2013 uváděny nově na trh pouze teplovodní kotle technicky odpovídající úrovni kotlů zplynovacích a automatických (tedy se samočinnou dodávkou paliva). Recenzent: Zdeněk Lyčka Dalším nástrojem jsou různé dobrovolné ekologické programy, které kladou na spalovací zařízení vyšší nároky než obecně platná legislativa. Mezi nejznámější ekologické známky a programy patří: Zelená úsporám (program pozastavený), Ekologický šetrný výrobek ČR, RAL Der blaue Angel Německo, Flamme Verte Francie, HETAS certification Anglie, atd. Článek se zabývá platnými limity, které jsou legislativně vyžadovány jak v celé EU(EN 303-5), tak přísnějšími limity, které platí v Německu a Rakousku, které představují evropské leadery v této oblasti. Protože jsou jednotlivé limity vyjadřovány v různých jednotkách a při odlišných podmínkách (obsah O 2 ), jsou v tomto příspěvku tyto limity přepočteny tak, aby bylo možné provést jejich porovnání a zodpovědět na otázku jak se liší a kde jsou požadavky přísnější. V poslední části jsou uvedeny chystané změny v požadavcích pro teplovodní kotle, včetně uvedení termínu jejich vejití v platnost. Poznámka: V další části textu je v některých případech uvedena jednotka m 3 N toto označení představuje objem v metrech krychlových při Pa a 0 C při tzv. normálních podmínkách. 2. Dnes platné limity 1. Úvod S příchodem topné sezóny dochází na většině území ČR ke zhoršení kvality ovzduší. Poslední studie ukazují, že vliv malých spalovacích zařízení (lokální topeniště) není malý a v mnoha případech může být až dominantní. Zhoršené rozptylové podmínky (inverze) v kombinaci s malou výškou komínu a velkým množstvím vypouštěných znečišťujících látek vedou k tomu, že na mnoha vesnicích a malých městech je kvalita ovzduší horší než v oblastech s velkými průmyslovými znečišťovateli. V České republice jsou použity různé způsoby vytápění domácností s následujícím odhadem zastoupení (vychází ze Sčítání lidu, domů a bytů 2001)[1]: 39 % bytů dálkovým topením zásobovaným ze středních a velkých zdrojů, 36 % bytů zemním plynem, 6 % bytů elektřinou, 15 % bytů uhlím, což je asi domácností, 4 % bytů palivem na bázi dřeva, což je asi domácností, zanedbatelné množství bytů lehkými topnými oleji, propan-butanem a ostatními způsoby jako např. tepelná čerpadla. Podíl spotřeby jednotlivých druhů fosilních paliv je následující [1]: 90 % tříděné hnědé uhlí, což je asi domácností, 5 % tříděné černé uhlí, což je asi domácností, 5 % koks, což je asi domácností. Spalování tuhých paliv je vždy doprovázeno produkcí znečišťujících látek a obecným cílem by mělo být jejich množství snížit na přijatelnou úroveň. Jedním z nástrojů ke snížení množství vypouštěných znečišťujících látek mohou být legislativní požadavky, které jsou uplatňovány při certifikaci spalovacích zařízení, příp. při jejich provozu. 2.1 Evropská unie obecně Tab. 1 Emisní limity, EN (OGC = TOC celkový organický uhlík) Dávka paliva ruční Z pohledu na tabulku je patrné, že limity pro třídu 1 a 2 nejsou nikterak přísné. Do těchto tříd spadají klasické kotle s odhořívacím a prohořívacím způsobem spalování, které jsou levnější než automa- samočinná tepelný výkon V současné době je pro zkoušení teplovodních kotlů na tuhá paliva v platnosti norma EN (kotle do výkonu 300 kw), která platí v jednotlivých státech EU. V normě jsou popsány způsoby zkoušení kotlů, požadavky na konstrukční materiály, bezpečnost. Dále jsou zde uvedeny základní emisní limity, které musí kotle plnit při jmenovitém a sníženém výkonu (mimo limit pro prach, ten musí kotle plnit jen při jmenovitém výkonu). Tabulka limitů je uvedena jako tab. 1. Mezní hodnoty emisí CO OGC prach mg/m 3 N při 10 % O 2 třída 1 třída 2 třída 3 třída 1 třída 2 třída 3 třída 1 třída 2 třída biologické > 50 až > až fosilní > 50 až > až biologické > 50 až > až fosilní > 50 až > až /2011

2 tické a zplynovací kotle. Obecně lze říci, že tyto kotle jsou již technicky i morálně zastaralé a je žádoucí jejich podíl na trhu postupně snižovat. Jejich neekologický provoz je z části způsoben i možností velkých neodborných zásahů obsluhy do provozu kotle ( dušení kotle, přikládání mokrého dřeva). Do třídy 3 pro kotle s ručním podáváním paliva lze v současné době řadit převážně zplynovací kotle, které představují moderní spalovací zařízení s ruční dodávkou paliva v podobě kusového dřeva. U automatických kotlů je situace lepší. Většina vyráběných a prodávaných automatických kotlů splňuje požadavky třídy 3. Tyto kotle představují moderní směr ke zkvalitnění vytápění domácností tuhými palivy v podobě pelet. Minimální účinnost kotlů je normou definovaná v závislosti na jmenovitém výkonu a třídě kotle viz graf 1 (zobrazeno pro výkony do 100 kw). Dosažení účinnosti větší než 80 % nepředstavuje pro zplynovací a automatické kotle žádný problém, nutno však poznamenat, že toto tvrzení platí pro provoz zařízení při jmenovitém výkonu. Bez instalace akumulační nádoby je reálný výkon zařízení, po větší část topné sezóny, výrazně nižší. Se sníženým výkonem zpravidla klesá účinnost zařízení a zhoršuje se kvalita spalování (větší emise CO, PAU polycyklické aromatické uhlovodíky a prachu). 80,0 77,5 75,0 72,5 pro koncentrace škodlivin vypouštěných do ovzduší při provozu kotlů. Limity platné od roku 2009 jsou uvedeny v tab. 2. Limity jsou platné při jmenovitém výkonu kotlů. V Německu nejsou rozlišovány kotle s ručním podáváním paliva a kotle s automatickým podáváním paliva. Takto postavené limity v podstatě zamezují používání zastaralých typů kotlů (prohořívací a odhořívací). třída 3: 67+6*log Pn tepelný výkon V Rakousku jsou limity upraveny dohodou 15a B-VG. Tato dohoda platí pro zdroje do výkonu 400 kw (viz tab. 3). Při zkouškách jmenovitého výkonu musí kotel splnit všechny limity. Při sníženém výkonu musí kotle splnit pouze limity CO a OGC. Limity pro účinnosti jsou uvedeny v tab. 4 (musí být splněny při jmenovitém i sníženém výkonu). Typ zařízení Ručně Prach výkon CO černé uhlí, hnědé uhlí, rašelina 4 až přírodní dřevo kusové, štěpka, piliny 4 až dřevní pelety, brikety 4 až povrchově upravené dřevo, překližky 30 až až sláma a podobné materiály 4 až Tab BImSchV Stufe 1 (při referenčním O 2 = 13 %) Topeniště na tuhá paliva Ručně obsluhovaná Mezní hodnoty emisí [mg/mj] CO NO x OGC Prach Biogenní paliva * Fosilní paliva obsluhovaná Biogenní paliva 500 ** * Fosilní paliva Tab. 3 15a B-VG, emisní limity * platí jen pro paliva ze dřeva, ** při 30 % výkonu je možno překročit limit o 50 % Minimální > 10 až ,3 + 7,7 log P n > > 10 až ,3 + 7,7 log P n > Tab. 4 15a B-VG, minimální účinnost 70,0 Účinnost [%] 67,5 třída 2: 57+6*log Pn 65,0 62,5 60,0 57,5 třída 1: 47+6*log Pn 55,0 52,5 50,0 47,5 45, tepelný výkon kotle Graf 1 Minimální účinnosti kotlů, EN Srovnání limitů Pro možnost porovnávání emisních limitů platných v různých zemích je důležité mít tyto hodnoty vztaženy na stejné srovnávací podmínky referenční obsah kyslíku a jednotky. V Rakousku jsou limity uváděny jako emisní faktor vztažený na energii v palivu (na rozdíl od ČR a Německa, kde jsou limity uváděny jako koncentrace). Srovnání limitů je tedy nutno provádět přepočtem přes výhřevnost paliva a množství spalin vzniklých spálením 1 kg paliva (Rakousko). 2.2 Česká republika Česká republika přebírá limity z výše uvedené normy. Pro kotle používané v domácnostech neplatí žádné zpřísňující kritérium. 2.3 Německo V Německu je platná vyhláška 1.BIm- SchV, která upravuje (zpřísňuje) limity Hodnoty na minimální účinnosti a OGC jsou v Německu stejné jako v normě EN (viz kap. 2.1.). 2.4 Rakousko Pro přepočet byly použity tyto hodnoty: biogenní paliva: Q i r = 15,6 MJ; měrný vývin spalin 10,2 m 3 N/kg paliva (13 % O 2 ) dřevo fosilní paliva: Q i r = 22,26 MJ; měrný vývin spalin 15,5 m 3 N/kg paliva (13 % O 2 ) hnědé uhlí 5/

3 Při referenčním O 2 = 13 % Biogenní Fosilní CO OGC NO x prach Srovnání platných limitů je uvedeno jako tab. 5 (obecně platí pro kotle o výkonu do 300 kw). Srovnání limitů ukazuje, že nejpřísnější limity má Německo, které ale nesleduje koncentrace NO X. Limity na všechny uvedené látky má v legislativě jen Rakousko. Nejpřísnější limity pro účinnosti kotlů jsou v Rakousku. Ruční Automatické Ruční Automatické EN ) ČR 1) Německo 2) Rakousko EN ) ČR 1) Německo 1) Rakousko EN ČR Německo Rakousko 229 3) 229 3) EN ) ČR 1) Německo 2) Rakousko EN ) ČR 1) Německo 1) Rakousko 4) Tab. 5 Srovnání platných limitů 1) dle třídy kotle (nižší hodnota třída 3, vyšší hodnota třída 1), 2) dle typu paliva 3) platí jen pro paliva ze dřeva, 4) více viz tab. 4 Tab. 6 Navrhované nové emisní třídy pro EN Dávka paliva ruční Tab a B-VG, plánované minimální účinnosti samočinná tepelný výkon Plánované změny limitů 3.1 Evropská unie obecně Norma EN je v platnosti od roku Je zřejmé, že limity v ní uvedené již nejsou v souladu s aktuálními environmentálními požadavky. Proto v současné době dochází k revizi této normy. Navrhovaná podoba limitů pro znečišťující látky je uvedena v tab. 6. Dle plánovacího listu ÚNMZ by měla norma vejít v platnost v 9/2012. Mezní hodnoty emisí CO OGC prach mg/m 3 N při 10 % O 2 třída 3 třída 4 třída 5 třída 3 třída 4 třída 5 třída 3 třída 4 třída 5 biogenní > 50 až > až fosilní > 50 až > až biogenní > 50 až > až fosilní > 50 až > až V návrhu byly zcela zrušeny třídy 1 a 2. To by mělo vést k ukončení prodeje zastaralých typů kotlů. Norma bude nově platit pro kotle do výkonu 500 kw. Minimální účinnost kotlů je normou stále definovaná v závislosti na jmenovitém výkonu a třídě kotle viz graf Česká republika Je možno předpokládat, že v ČR budou platit stejné limity jako v normě EN V přípravě je navíc návrh zákona o ovzduší, který nově zavádí i limity pro malé stacionární zařízení. Pro výrobky uváděné na trh do jsou v návrhu limity uvedené v tab. 7. Pro výrobky uváděné na trh po budou platit limity uvedené v tab. 8. Zajímavostí je, že limit pro TOC je stanoven jako suma koncentrací všech organických látek mimo metanu. Toto představuje problém, neboť s analyzátorem pro stanovení koncentrace uhlovodíků ve spalinách (FID) nelze tuto hodnotu stanovit. Bude nutno odebrat vzorek spalin do vzorkovnice a odeslat jej na analýzu do chemické laboratoře. 3.3 Německo V Německu dojde ke zpřísnění limitů pro nově instalovaná zařízení od Limity pro prach budou nižší 3krát až 5krát, limity pro CO budou nižší cca 2krát (srovnání se současným stavem) (viz tab. 9). Hodnoty limitů pro minimální účinnosti a OGC budou totožné s EN Rakousko V Rakousku dojde k větší diferenciaci limitů dle typu paliva a také částečně dle jmenovitého výkonu kotle (ručně obsluhovaná zařízení). Pro automatické kotle na fosilní paliva nejsou limity uváděny. Je možné, že budou platit limity z připravované EN 303-5, buď třída 4 nebo třída 5. Bohužel nám není známo, k jakému termínu vstoupí nové limity v platnost (viz tab. 10). Hodnoty minimálních požadovaných účinností jsou uvedeny v tab. 11. Typ zařízení Ručně výkon Minimální > 10 až ,3 + 7,7 log P n > > 10 až ,3 + 7,7 log P n > /2011

4 Účinnost [%] 92,5 90,0 87,5 85,0 82,5 80,0 77,5 75,0 72,5 třída 5: 87+log Pn třída 4: 80+2*log Pn třída 3: 67+6*log Pn 3.5 Srovnání limitů Při srovnání plánovaných limitů byly použity stejné parametry paliv a měrné výviny spalin jako při srovnání platných limitů. Souhrnná tabulka limitů je uvedena jako tab. 12. Z hodnot limitů uvedených v této tabulce je vidět, že nejpřísnější limity pro emise škodlivin bude mít Německo, kde navíc limity nerozlišují, zda se jedná o kotle s ručním nebo automatickým podáváním paliva. 70,0 67,5 65, tepelný výkon kotle Graf 2 Minimální účinnosti kotlů, EN připravovaná verze tepelný výkon 50 >50 až 300 Dávkování paliva Emisní parametry v mg/kwh výhřevnosti paliva TZL TOC *) CO Ruční Automatické Ruční Automatické Tab. 7 Návrh limitů pro malé stacionární zařízení, do tepelný výkon 50 >50 až 300 Dávkování paliva Emisní parametry v mg/kwh výhřevnosti paliva TZL TOC *) CO Ruční Automatické Ruční Automatické Tab. 8 Návrh limitů pro malé stacionární zařízení, po *) TOC = celkový organický uhlík, kterým se rozumí úhrnná koncentrace všech organických látek s výjimkou metanu vyjádřená jako celkový uhlík černé uhlí, hnědé uhlí, rašelina, přírodní dřevo kusové, štěpka, piliny, dřevní pelety, brikety tepelný výkon Prach CO povrchově upravené dřevo, překližky 30 až sláma a podobné materiály 4 až Tab BImSchV Stufe 2, platné od , limity jsou uvedeny při referenčním O 2 = 13 % Topeniště na tuhá paliva Ručně obsluhovaná obsluhovaná Mezní hodnoty emisí [mg/mj] CO NO x OGC Prach Dřevěná paliva ústřední vytápění 500 / 100 * 50 / 30 * 50 / 30 * Ostatní biogenní paliva Fosilní paliva < 50 kw / 35 * > 50 kw / 35 * < 50 kw / 35 * > 50 kw / 35 * Dřevní pelety ústřední vytápění 250 ** / 100 * 30 / 20 * 40 / 20 * Ostatní dřevěná paliva 250 ** / 100 * / 30 * Ostatní biogenní paliva 500 ** / 20 * 60 / 35 * Tab a B-VG, plánované emisní limity * hodnoty platné od , ** při 30 % výkonu je možno překročit limit o 50 % 4. Závěr Emise škodlivin z kotlů podstatnou měrou přispívají k celkovému znečištění ovzduší. Je proto žádoucí zpřísňovat požadavky kladené na tyto zdroje znečištění nejen z pohledu emisí znečišťujících látek, ale i z pohledu zvyšování účinnosti. V dohledné době již nebude možné prodávat a používat kotle s ručním podáváním paliva (mimo zplynovací kotle), což je pro stav ovzduší jednoznačně pozitivní skutečnost. Přestože špatná obsluha může i u kotlů automatických a zplynovacích výrazně zhoršit kvalitu spalování, je tato možnost výrazně menší než u kotlů prohořívacích a zplynovacích. Pravděpodobnost, že hodnoty emisí CO, které jsou uvedeny na výrobních štítcích kotle (ze zkušebny) budou dosaženy (přiblíží se) i při reálném provozu je výrazně vyšší než u starých spalovacích zařízení. 5. Poděkování Tato práce byla podporována Ministerstvem životního prostředí ČR projekt č. SP/1a2/116/07 a Grantovou agenturou ČR projekt č. 101/09/ Literatura [1] MACHÁLEK P., MACHART J., Emisní bilance vytápění bytů malými zdroji od roku 2001, ČHMÚ 2003, [cit ] Dostupné na www: Poznámka recenzenta: Novela ČSN EN přináší do současného procesu certifikace teplovodních kotlů na tuhá paliva o výkonu do 300 kw tři zásadní novinky. Autoři ve svém příspěvků zmiňují výrazné zpřísnění požadavků na účinnost a úroveň emisí a také fakt, že nově má norma platit pro kotle o výkonu až 500 kw. Třetí významnou změnou je zavedení nedřevní biomasy, jako garančního paliva. Doposud bylo možné certifikovat podle staré normy kotle na černé a hnědé uhlí, koks, antracit a z biologických paliv pouze na dřevo ve formě kusového dřeva, pilin, štěpků, briket a pelet. Různé rostlinné materiály 5/

5 Při referenčním O 2 = 13 % Biogenní Fosilní CO OGC NO x prach Ruční Automatické Ruční Automatické EN ) ČR 5) Německo 2) Rakousko ? 6) EN ) ČR 1) Německo 2) Rakousko 3) ? 6) EN ČR Německo Rakousko 3) ? 6) EN ) ČR 1) Německo 2) Rakousko 3) ? 6) EN ) ČR 1) Německo 1) Rakousko 4) Tab. 12 Srovnání platných limitů 1) dle třídy kotle (nižší hodnota třída 5, vyšší hodnota třída 3), 2) dle typu paliva (viz tab. 9) 3) více viz tab. 10 stav po , 4) více viz tab. 11, 5) limity z připravovaného zákona o ovzduší stav po (jinak limity z EN 303-5) 6) v originále neuvedeno, bude zřejmě platit některá z tříd z normy EN tato norma doposud neznala a proto také nebylo možné podle ní kotle certifikovat a uvádět na trh. Je to dáno především tím, že v době přípravy a vzniku normy (konec devadesátých let minulého století) se s využitím těchto paliv v malých zdrojích vůbec neuvažovalo. V novele se však již nově jako garanční palivo objevuje tzv. ostatní (nikoli dřevní) biomasa, např. sláma, rákos, jádra a zrna. Přesná specifikace paliva musí být při certifikaci uvedena výrobcem kotle a musí odpovídat EN Tuhá biopaliva-specifikace a třídy paliv. Nicméně v příloze novelizované EN 303-5, ve které jsou uvedeny národní odchylky (výjimky v technických požadavcích podle požadavků jednotlivých členských zemí), lze nalézt důkazy, že ne ve všech zemích se na spalování nedřevní biomasy v malých kotlích dívají pozitivně. Provoz malých domovních kotelen je totiž do značné míry závislý na kvalitě a úrovni obsluhy. Rostlinná biomasa obsahuje ve srovnání s dřevní hmotou ve většině případů podstatně více dusíku a chloru. NOVINKY A ZAJÍMAVOSTI Systém elegantních nášlapných podlahových mříží ROLLS Podlahové mřížky ROLLS představují nejmodernější generaci nášlapných systémů pro zakrytí podlahových otvorů. Dlouholeté zkušenosti s výrobou starších pružinových systémů se zúročily v záklopnou stavebnici volitelných délek a šířek. Hliníkové lamely s půlkulatou hlavou jsou příjemné na nášlap a díky svým vlastnostem zabezpečují nejvyšší uživatelský komfort. Výhody Rolls oproti tradičním systémům: Dokonalá přizpůsobivost interiéru nepřeberné množství dekorů Příjemné na nášlap Jednoduchá údržba a čištění Vyrábí se na míru i např. s nosným rámem (pod názvem ROLLS COMPLETE) Více na Při nesprávném provozu tak kotle mohou emitovat zvýšené množství emisí NO x (které jsou jednak samy jedovaté, jednak slouží jako prekurzor při sekundárním vzniku jemného polétavého prachu v ovzduší) a také velké množství jedovatého chlorovodíku. V odchylce pro Švýcarsko se tak například dozvíme, že nedřevní biomasu (biogenní odpad, produkty zemědělství) lze spalovat pouze v kotlích s tepelným příkonem minimálně 70 kw, které navíc musí vyhovovat přísnějším emisním limitům dle národního nařízení OAPC. Tedy ve větších kotelnách, u kterých se předpokládá také odborně zaškolená obsluha, která by měla dohlédnout na provoz. V Rakousku musí zase všechny kotle splnit přísné limity také pro emise NO x, které se jinak u malých teplovodních kotlů na tuhá paliva dle EN vůbec nekontrolují. Autoři: Ing. Jiří Horák, Ph.D., Ing. Kamil Krpec, Ing. František Hopan, Inovace pro efektivitu a životní prostředí, Výzkumné energetické centrum, VŠB Technická univerzita Ostrava Ing. Jiří Dvořák, Strojírenský zkušební ústav, s.p., Brno Recenzent: Ing. Zdeněk Lyčka, LING Krnov, s.r.o.; člen redakční rady Topenářství instalace Legislative requirements for solid fuels hot water boilers for domestic heating Small energy sources produce particulate emissions. These sources significantly pollute the environment. The authors introduced us with the change of standard to tighten the requirements for small heat sources. Keywords: legislative requirements, emission, heat source INFO 025 INFO /2011