Vlastnosti kachlových kamen

Změny energetické politiky podněcují zájem o vytápění dřevem. Vedle kotlů pro spalování dřeva se nabízí také krbová a kachlová kamna a jejich používání pozoruhodně narůstá. Jen počet v České republice vyrobených krbových kamen představuje každoroční nově instalovaný tepelný výkon mezi padesáti až sto megawatty. V celkové nabídce představují kachlová kamna spíše luxusní zboží. Vždy se jedná o individuální kus podle přání zákazníka a bohužel ne vždy odpovídá konstrukce kamen zákazníkovým potřebám. Požadavky na kachlová kamna, používaná jako hlavní zdroj tepla, budou zajisté odlišné od kamen dekorativních, postavených v trvale obývaném domě s ústředním topením, kde kamna slouží spíše jako chutná přísada ke skleničce skotské.

Jaké technické požadavky klademe na kachlová kamna? Především to je vysoká účinnost. To znamená, že se k vytápění využije velká část tepla, uvolněného spalováním dřeva. Také to znamená, že prostor pro skladování dřeva nemusí být až tak veliký. Pak je to také dostatečná schopnost akumulovat teplo, jež je velikou předností těchto kamen. A patří sem také provozní spolehlivost a dlouhá životnost, protože opravovat, případně stavět nová kamna je pěkné nadělení.

V kategorii přímotopných kamen, tzv. lokálních spotřebičů, představují krbová a kachlová kamna dvě výrazně odlišné koncepce a mezi moderními kamny jsou to koncepce mezní. Krby s otevřeným ohništěm sem nepatří a krby s vestavěnou vložkou se principiálně neliší od kachlových kamen. Může zde ovšem být podstatný designérský rozdíl. Podstatou krbových i kachlový kamen je ohniště, které zajišťuje spolehlivé a efektivní spálení dřeva. Spaliny s teplotou cca 900 °C proudí z ohniště kouřovými cestami do komína. A právě provedením a vlastnostmi těchto kouřových cest se kamna odlišují. U krbových kamen je použit ocelový plech, který dobře vede teplo. Kamna se rychle ohřejí a vnějším povrchem předávají teplo do místnosti. Kachlová kamna jsou keramická. Keramika je špatný vodič tepla a kamna se budou nahřívat dlouho a dlouhou dobu bude taky trvat, než začnou vytápět místnosti. Hmotnost veškerých keramických materiálů kachlový kamen představuje stovky kilogramů, hmotnost krbových kamen bývá něco přes sto kilogramů. Do této hmoty se během vytápění naakumuluje teplo, které je pak k dispozici po ukončení topení. Plechová kamna vychladnou rychle, mají malou tepelnou setrvačnost, keramická budou chladnout a stále vytápět místnost ještě velmi dlouho.

Aby bylo možné konkrétně popsat tyto děje, byla provedena rozsáhlá měření provozních parametrů dvou odlišných typů kachlových kamen. První z nich, označená jako KK1, jsou klasické konstrukce s vyzděnými spalinovými tahy nad ohništěm, druhá byla označena KK2 a představují dnes často užívanou konstrukci s odvodem spalin šamotovým kanálem uvnitř prázdné kachlové kobky. V obou případech bylo použito stejné ohniště, navržené podle zkušeností s krbovými kamny na jmenovitý tepelný příkon 13 kW. Výsledky měření umožnily provést důkladnou analýzu procesů spalování dřeva a přenosu tepla a umožnily učinit několik zajímavých a podstatných závěrů.

Obr. 1 - Účinnost kamen v prvních pěti hodinách vytápění

Akumulaci tepla spalin do stěn kamen v první fázi vytápění (1. fáze = spalování dřeva v ohništi) popisuje obr. 1. V první hodině je účinnost velmi vysoká, protože těleso kamen je studené a dychtivě akumuluje teplo ze spalin. Ty se intenzivně ochlazují a odcházejí do komína s nízkou teplotou, což znamená také nízkou komínovou ztrátu. Postupně se však keramika nahřívá, přestup tepla do stěn slábne, spaliny jsou ochlazovány méně a odcházejí do komína teplejší. Roste komínová ztráta a účinnost klesá. Celý systém spěje ke stavu, kdy dokážou stěny kamen odebrat spalinám pouze tolik tepla, kolik předají vnějším povrchem do místnosti (tepelný výkon) a zbývající teplo zůstane ve spalinách. Nevyužité odchází komínem. Tohoto stavu se ještě ani po pěti hodinách vytápění u kamen KK1 nedosáhlo (křivka stále mírně klesá), zatímco kamna KK2 byla plně naakumulována již ve čtvrté hodině. Po dosažení tohoto stavu není příliš efektivní dále topit. Je možné podstatně snížit tepelný příkon, tj. množství přikládaného dřeva, ale nejvýhodnější je přestat přikládat, kamna dobře uzavřít a vytápět místnost naakumulovaným teplem.

Dobře kamna uzavřít je důležité, protože vzduch, přisávaný netěsnostmi do kamen je uvnitř ochlazuje a odvádí teplo do komína. Těmto ztrátám samozřejmě nelze zabránit, je však možné je minimalizovat. Při prováděných zkouškách bez zvláštních úprav se tak ztrácelo asi 10 % v palivu přivedeného tepla.

O množství tepla, předaného z povrchu kamen do místnosti (tepelný výkon), vypovídá časový průběh průměrné teploty povrchu, uvedený na Obr.2. (Teploty povrchu kamen byly měřeny v cca dvaceti místech a byly trvale zaznamenávány.)

Obr. 2 - Časový průběh průměrné teploty povrchu

Křivky výstižně popisují vytápěcí vlastnosti kachlových kamen. V obou případech se začíná vnější povrch pozoruhodněji ohřívat po zhruba třech hodinách topení. Dokonalejší konstrukce klasických kamen KK1 využívá významně přenos tepla konvekcí, stěny se zahřívají rychleji a na vyšší teplotu. V páté hodině bylo naposledy přiloženo a místnost se vytápí naakumulovaným teplem. Větší hmotnost a tlustší stěny KK1 znamenají, že tato kamna budou dodávat teplo zhruba o pět hodin déle, než KK2. Robustnější konstrukce těchto kamen rovněž garantuje delší životnost, což není zanedbatelné.

Časový průběh tepelného výkonu, vypočtený z povrchové teploty kamen uvádí Obr.3. Je vidět, že lepší akumulační schopnost kamen KK1 poskytuje při vytápění akumulovaným teplem větší tepelný výkon po delší dobu.

Obr. 3 - Časový průběh tepelného výkonu

Jak je vidět, ovlivňuje způsob konstrukce kachlových kamen dosti výrazně jejich provozní vlastnosti. Za rozhodující parametr bychom měli vždy považovat účinnost a tepelný výkon. Oba spolu úzce souvisí a vždy lepší budou z toho pohledu klasická vícetahová kamna s vnitřní šamotovou vyzdívkou. Kamna se spalinovým kanálem zase umožňují větší designérskou variabilitu. Při volbě záleží na vkusu, nárocích a potřebách. Kamna typu "Teplo domova" by měla být raději v provedení podle KK1. Nejde-li tolik o teplo, ale spíše o prostředí, atmosféru, pak jistě vyhoví kamna se spalinovým kanálem. Důležitá je široká nabídka a možnost kvalifikovaného výběru. Tento článek k tomu chce přispět.