Dříve než se budeme věnovat problému sekundárního spalovaní, bude užitečné podívat se podrobněji na palivo, které se v krbech používá nejčastěji, tedy dřevo.
Z chemického hlediska se dřevo skládá z látek spalitelných a nespalitelných.
Hlavní spalitelné složky dřeva:
- Celulóza – je základním stavebním materiálem rostlinných buněk, z chemického hlediska jde o polysacharid.
- Lignin - významná složka dřeva, jednou z jeho funkcí je mechanické zpevnění buněčných stěn a také tvoří součást kapilár, které v rostlinách a tedy i stromech vedou vodu a živiny.
- Pryskyřice – je obsažena v dřevě jehličnatých stromů. Vzhledem k tomu, že uhlovodíky obsažené v pryskyřici mají znatelně vyšší výhřevnost než celulóza nebo lignin, má dřevo jehličnatých stromů obsahujících pryskyřici o něco vyšší výhřevnost než dřevo stromů listnatých.
Výhřevnost různého druhu dřeva
Nespalitelné složky dřeva:
- Anorganické látky – tvoří nespalitelný zbytek spalování – popel.
- Voda – vlhkost obsažená ve dřevě.
Celkovou výhřevnost dřeva ovlivňuje podíl nespalitelných složek, hlavně vlhkosti. Voda obsažená v dřevu jako chemická sloučenina má určité výparné teplo (množství tepla potřebného na přeměnu vody v páru). Čím více je v dřevu obsaženo vody, tím více tepla (energie) je zapotřebí na její přeměnu v páru (vysušení). Rostoucí obsah vody v palivu tedy obecně zhoršuje energetickou bilanci samotného procesu spalování.
Vlhkost dřeva se vyjadřuje jako hmotnostní podíl vody k celkové hmotnosti vlhkého dřeva:
Závislost výhřevnosti dřeva na obsažené vlhkosti
Spalování dřeva je chemický proces. Chemické reakce, které při tomto procesu vznikají, jsou jak endotermní (pro jejich uskutečnění je zapotřebí teplo přivést) tak exotermní (jejich reakcí je teplo uvolněno).
Při zahřívání dřeva musí nejprve dojít k odpaření vody v něm obsažené. Odpařením vody se spotřebuje mnoho tepla a dřevo se ochladí. Teprve po odpaření vody vzroste teplota a začne docházet k uvolňování dalších prchavých látek a k tepelnému rozkladu jednotlivých látek v dřevu obsažených. Vzniká tak směs hořlavých plynů a na roštu zůstává dřevěné uhlí.
Hořlavé plyny se vzduchem přiváděným přes rošt (primární vzduch) hoří ve formě dlouhého plamene – primární spalování. Při tomto procesu však nedojde ke spálení všech spalitelných složek, protože k tomu zpravidla není dostatek kyslíku nebo dostatečně vysoká teplota.
Z toho důvodu jsou důležité dvě věci.
Je třeba zajistit, aby spalovací komora v níž hoření probíhá, měla dostatečnou teplotu. Tato podmínka je zajištěna konstrukcí uzavřeného litinového či ocelového těla krbové vložky.
Druhou podmínkou je přívod dostatečného množství vzduchu do prostoru nad hořícími plameny. Přívod vzduchu pro podporu dalšího tzv. sekundárního spalování je řešen konstrukcí vložky a každý výrobce tuto problematiku řeší odlišně, zpravidla však systémem kanálů uvnitř těla vložky, kterými proudí vzduch nad plameny.
Podporu sekundárního spalování rovněž zajišťuje vzduch určený k oplachu skla vložky. Oplach výrobci řeší tak, že po celé délce skla při jeho horním okraji přivádějí vzduch. U starších typů vložek to výrobci řeší tak, že sklo v dvířkách neutěsňují těsnící šňůrou na horní hraně (těsnění je pouze na spodní hraně a po obou bocích skla). Takto vzniklou spárou pak do tělesa vložky neustále proudí vzduch z interiéru.
Přívod sekundárního vzduchu u starších typů vložek - Blanzek 700
U modernějších typů vložek je tento vzduch přiváděn zpravidla z exteriéru systémem kanálků v těle krbové vložky. V obou případech proud vzduchu podél skla dvířek vložky zamezuje jeho nadměrnému zanášení a dehtování.
Přívod sekundárního vzduchu u moderních vložek - Romotop
Tento vzduch, který někdy výrobci nepřesně označují jako terciární, pak napomáhá procesu sekundárního spalování.
Sekundární vzduch tedy umožní dohoření zbylých dosud nespálených plynů, čímž se uvolní zbylá energie obsažená v palivu a do komína odchází v ideálním případě jen oxid uhličitý, vodní pára a dusík. Sekundárním spálením těkavých plynů a emisních částic, neboli jejich zplynováním dojde k významné úspoře paliva (až 50%) a dochází tím pochopitelně k výraznému zvýšení účinnosti procesu spalování v krbové vložce či kamnech. V neposlední řadě má sekundární spalování významný přínos v minimalizaci emise zplodin vypouštěných do ovzduší z Vašeho komína.
Pozn.
Přívodem terciárního vzduchu v pravém slova smyslu řeší někteří výrobci krbových vložek plnění přísných emisních norem v Německu, Rakousku atd. Podstatou je přivedení dalšího vzduchu opět systémem kanálků těsně před výstupní hrdlo, kudy spaliny opouštějí tělo vložky. Dochází zde k dodatečnému okysličení a následnému spálení zbytku částic obsažených ve spalinách. Tímto spalováním se uvolní minimální množství tepla, které zpravidla zahrnujeme do tzv. komínové ztráty. Jeho účelem není získat ze spalin další teplo pro samotné vytápění, ale snížit podíl emisí ve spalinách.
Na princip sekundárního spalování nebo jak jsme si už řekli na princip zplynování emisních částic a jejich následného spálení se nyní podíváme podrobněji. Celý proces spalování probíhá ve čtyřech etapách:
- 1. etapa – zahřátí paliva a jeho vysušení (odpaření vody obsažené ve dřevě)
Probíhá při teplotách do 100°C.
- 2. etapa – rozklad struktury paliva (pyrolýza)
Probíhá při teplotách kolem 400°C. Dochází k uvolnění plynů, par a kapalin, na roštu zůstává dřevěné uhlí a popel.
- 3. etapa – reakce dřevěného uhlí s kyslíkem, oxidem uhličitým a vodou (redukce uhlíku)
Probíhá při teplotách kolem 700°C.
- 4. etapa – oxidace – reakce metanu a kyslíku (hoření) za vzniku oxidu uhličitého a vodní páry a uvolnění tepla
Exotermní reakce, která je zdrojem dodatečného tepla uvolněného sekundárním spalováním, současně je pak zdrojem tepla pro endotermní hlavní zplyňovací reakce.
Závěrem
Energetický přínos sekundárního spalování si vysvětlíme na principu základních 2 typů ohnišť krbů. Historicky starší provedení krbu je tzv. otevřený krb. U tohoto způsobu spalování dřeva dochází pouze k tzv. primárnímu spálení, veškeré těkavé plyny a emisní částice unikají bez užitku do komína. K sekundárnímu spalování nedochází z toho důvodu, že u tohoto typu topeniště nejsou splněny dříve zmíněné podmínky, a sice nedostatečná teplota a nedostatek kyslíku k zahájení zplynování emisních částic a jejich následnému spalování. Účinnost takového procesu se pohybuje cca do 30%. Jde tedy o docela velkou oběť požitku z pohledu do otevřeného ohniště na plápolající plameny, které nezakrývá sklo.
Z toho důvodu dnes naprosto dominují krby, kde je topeniště realizováno prostřednictvím krbové vložky nebo krbová kamna, která eliminují zásadní nevýhodu otevřených krbů. Účinnost procesu spalování uvnitř krbové vložky či kamen se pak pohybuje v rozmezí 65-85%.
Ve všech vložkách či kamnech dochází k sekundárnímu spalování, liší se pouze svou intenzitou, dokonalostí spálení těkavých plynů a emisních částic. Míru využití energie obsažené v palivu a tím i dokonalost sekundárního spalování jednoznačně vyjadřuje účinnost krbové vložky či kamen, jako nejpodstatnější parametr, na který byste měli brát zřetel při jejich výběru.
Prodejci u svých produktů často uvádějí v technických parametrech údaj, na který lákají své zákazníky, že jejich produkt má přívod vzduchu pro podporu sekundárního spalování. Potom, co jsme popsali celý princip spalování, je jasné, že z hlediska efektivity provozu krbové vložky či kamen není tento parametr až tak podstatný. Konstrukce vložky zkrátka musí být taková, aby došlo k sekundárnímu spálení emisních částic a uvolnění energie v nich obsažené. Jakým způsobem se vzduch, pro podporu sekundárního spalování přivádí do prostoru topeniště nemusí zákazníka příliš zajímat, to je starostí konstruktéra, ne uživatele.
Při Vašem výběru berte ohled kromě svých požadavků na celkové provedení, typ vložky a estetický vzhled hlavně na účinnost krbové vložky či kamen, jako na ten úplně nejpodstatnější parametr, který je v technickém listu uveden.
Nakonec bychom se ještě chtěli na chvíli zastavit právě u účinnosti, jako technického parametru, který má ze všech ostatních největší vypovídající hodnotu. Měření účinnosti každé krbové vložky či kamen probíhá za naprosto stejných podmínek, je při něm předepsaná vlhkost a druh použitého dřeva a spousta dalších vstupních podmínek. Způsob měření je přesně popsán příslušnou normou a samotné měření je prováděno ve státních zkušebních laboratořích. Na základě těchto měření je každé takové ohniště vložky či kamen certifikováno a mimo jiné je u něj stanovena hodnota účinnosti. Tento údaj tedy není možné nijakým způsobem vylepšovat prodejci, kteří by chtěli své produkty pro své zákazníky přikrášlit. Jde tedy o nejlepší parametr, který vypovídá o kvalitě daného produktu a také o tom, jak sofistikovaně je provedena jeho konstrukce.