Moderní a komfortní vytápění kachlovými kamny – nesmysl? (1.díl)

V jisté fázi plánování novostavby rodinného domu je stavebník (obvykle laik) postaven před velmi zodpovědné rozhodnutí o volbě vytápěcího systému. Moderně smýšlející a s problematikou alespoň mírně obeznámený investor dnes jaksi automaticky bere, alespoň ze začátku, v úvahu populární solární systémy, tepelná čerpadla, moderní kondenzační plynové kotle. V úvahu často připadá i teplovzdušný případně teplovodní krb. Ale stavěná kachlová kamna? „Ne, děkujeme, chceme něco moderního, ne Honzovskou pec, něco co topí rychle a do více místností“, slýchávají stále často čeští kamnáři.

Jako kamnář a zároveň budoucí stavebník mám aktuálně jedinečnou možnost se s problematikou této volby seznámit z druhého břehu, tedy z pohledu zákazníka, většinou věci neznalého. Protože v obci, kde plánujeme naší stavbu není zaveden plyn, zbývá nám z výše jmenovaných systémů solární systém a/nebo tepelné čerpadlo. A samozřejmě krb či kamna, o kterých tedy bude tentokrát řeč…
O problematice teplovzdušných krbů a jejich nesporných nepříznivých vlivech na naše zdraví zde v minulosti několikrát psal kolega, soudní znalec v oboru individuální kamnařiny, p. Vít Pešek. Není tedy třeba znovu upozorňovat na přepálený prach, který krby produkují, na nemožnost čištění dlouhých v konstrukcích domu nepřístupně skrytých teplovzdušných kanálů, na vysoušení vzduchu či obrovské rozdíly teplot u stropu a podlahy. Tak zvané teplovodní krby jsou na tom obdobně, protože vždy pracují na stejném principu, tedy teplovzdušně, pouze s tím, že část energie je předávána do topné vody s více či méně pochybnou účinností a s problémy se zanášením a s korozí tenkostěnných výměníků.

Výkon vs. tepelná ztráta

Přesvědčit české zákazníky o moderních možnostech kachlových kamen je stále těžké a jen velmi pomalu se nám daří zbavit veřejnost předsudků vzniklých jako důsledek několika desetiletími přetržené tradice tohoto řemesla. Kachlová kamna dnes mohou být plnohodnotným prvkem vytápění rodinného domu jak co do designu, tak i co se týče techniky spalování a rozvodu tepla. Nejlépe je možné některá pozitiva ukázat na konkrétním případu:

Následující část studie RD zobrazuje obývací pokoj spojený s jídelnou (celkem 34 m2) a kuchyní (8 m2), přilehlou technickou místnost s akumulační nádobou o objemu cca 500 l a chodbu (15 m2). Tepelná ztráta těchto prostor v dosahu čistě sálavého topidla je při zvolené moderní konstrukci stěn, oken a dveří a výšce stropu 2,7 m vypočtena na cca 3,5 kW. Vnější výpočtová teplota je -15°C, tedy v našich podmínkách teplotní extrém připadající v úvahu třeba i jen dva dny v roce, nebo dokonce žádný. Naprostou většinu topné sezóny bude reálná ztráta o 20 i více procent nižší, tedy řekněme necelé 3 kW.

Pokud bychom chtěli tuto hodnotu pokrýt teplovzdušným krbem, museli bychom hledat krbovou vložku o jmenovitém výkonu max. 4 kW, což odpovídá přibližně 1,5 kg dřeva spáleného za jednu hodinu. Topeniště na takto malinkou vsázku paliva je samozřejmě nesmysl konstruovat, vzhledem k tomu, že krb má sloužit především jako prostředek k začlenění prvku otevřeného ohně do interiéru a tedy má mít velkou plochu prosklení. Nejmenší krbové vložky jsou tedy výrobci dimenzovány na minimální vsázku cca 3 kg, tedy s jmenovitým výkonem 7-8 kW.
Pokud bychom chtěli provozovat takovouto krbovou vložku v zobrazeném prostoru a interiér neměli už během první hodiny topení nepříjemně a nezdravě přetápět, museli bychom regulovat krb na cca 40% jeho jmenovitého výkonu, než na jaký byl výrobcem dimenzován. „škrcení“ přiváděného spalovacího vzduchu vede ovšem k jedinému – nedokonalému spalování díky malému přívodu kyslíku pro účinné hoření a tedy dehtování na skle, v kouřovodu a komíně. Dlouhodobě je tento provoz nepřijatelný a ekonomicky nevýhodný. Smysluplné využití teplovzdušného krbu např. v nízkoenergetických stavbách je tedy zcela nevhodné a takovéto topidlo by nemělo být dnes už zodpovědným architektem, projektantem, potažmo kamnářem vůbec navrhováno.
Kamna, jako topidlo sálavé s akumulací, mají v naprosté většině případů výkon topeniště dokonce mnohem vyšší než krbové vložky. V čem tedy spočívá ten trik? Je to právě ona akumulace, jinak řečeno rozložení vysokého výkonu na „menší části“ do delšího časového horizontu několika hodin. Pro zmíněný prostor je tedy vhodné např. topeniště s jmenovitým výkonem 15 kW a akumulací 5 hodin, 18 kW/6 hodin, 21 kW/7 hodin atd. V takovém případě je zajištěn maximální komfort vytápění se skutečně dlouhým intervalem obsluhy (nejen přikládání, ale také čištění díky trvale vysoké účinnosti). Díky moderním keramickým materiálům akumulačních částí kamen je i při takovýchto časech zajištěn náběh na teplotu do 1 hodiny, tedy je zcela eliminován dřívější handicap kachlových kamen – nekonečná doba natápění.

Akumulace kamen je zajištěna pomocí akumulačních výměníků, které mohou mít podobu klasického zděného šamotového tahového systému, systémového prefabrikovaného tahu nebo např. litino-šamotového výměníku. Každý z těchto systémů má své výhody, nevýhody a funkční limity, které musí zvážit investor společně se svým kamnářem a vybrat vhodné řešení. Část akumulace může být také zajištěna samotným pláštěm kamen, tedy keramickými kachlemi, šamotem či dalšími speciálními materiály.

Rozvody do celého domu

To, že jsou otevřené teplovzdušné systémy nevhodné pro trvale obydlené objekty neznamená, že je třeba kamna využívat pouze pro vytápění jedné místnosti. Jednak mohou být architektonicky zajímavě ztvárněna tak, že zasahují svým vyhřátým pláštěm (tzv. teplosměnnými plochami) přes příčky do dvou či více místností a za druhé je možné využít principu tzv. hypokausten systému, kdy je horký vzduch (nikoli spaliny) veden v uzavřených dutinách třeba až do patra nad kamny, tam odevzdává svou energii dalším teplosměnným plochám a poté opět, tentokrát již zchlazený, klesá v útrobách kamen na dno, kde může dojít k jeho opětovnému prohřátí.
Systém hypokaustu je znám již tisíciletí, dobře sloužil již při vytápění starořímských lázní, nejde tedy o žádnou novinku. Až dnes jsou však k dispozici materiály, které činí tento systém v moderní praxi použitelnějším, především díky jejich velmi rychlému prohřívání a schopnosti dlouhodobé akumulace.
Jak bylo řečeno, vše na tomto světě má kromě výhod také své limity a nevýhody. Negativem hypokausten systémů je jejich stavebně i výpočtově náročnější příprava a realizace, a také limity v délkách vedení teplého vzduchu, který není schopen účinně překonávat vodorovné vzdálenosti.

Teplovodní topení v kamnech

Řešení problému rozvodů na delší vzdálenosti je logická aktuální otázka kamnářského řemesla právě z důvodu kvalitních moderních tepelných izolací a s tím ruku v ruce jdoucími nízkými tepelnými ztrátami místností. Již není problém akumulovat vytvořenou energii v objemných akumulačních nádobách i několik dní a proto jsou stále častější poptávky zákazníků na tzv. teplovodní výměník v krbu či kamnech, díky němuž by bylo možné vysoký vytvářený výkon uchovat na později.
Na evropském, potažmo tedy i našem, trhu je možné se setkat s několika různými přístupy výrobců k řešení otázky účinného převodu energie vytvořené hořením dřeva do topné vody v systému ÚT. Výměníky se liší jak použitými materiály (od obyčejného „kotlového“ plechu, přes „choulostivý“ nerez po „nesmrtelnou“ litinu), tak i způsobem, jakým energii do vody sdílí (přímo v topeništi, nad topeništěm, v kouřovodu, na vnějších stěnách topeniště, zcela mimo topidlo). Jejich kvalita vždy závisí na kvalitě zpracování konkrétního materiálu, vhodnosti jeho použití v konkrétních teplotách i přístupu výrobce. Toho je třeba vybírat skutečně obezřetně i proto, že případná porucha znamená neodvratně významný stavební zásah do hotových kamen. „Levně koupené“ zde tedy ve většině případů skutečně znamená „dvakrát placené“.
Principiálně jde jistě o perspektivní cestu právě z důvodu zajímavějších možností využití kamen jako hlavního zdroje (případně jednoho z hlavních zdrojů) vytápění rodinných domů. Kombinace s dalšími systémy, jako je např. soustava solárních panelů nabízí kouzelné možnosti a opravdu maximálně nízké náklady na provoz, nehledě na významný ekologický efekt díky vysoké účinnosti spalování kamnových topenišť a tedy minimálním emisím škodlivin. O tom a také o moderním designu kachlových kamen příště…