Page 1

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV POZEMNÍHO STAVITELSTVÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF BUILDING STRUCTURES

TRADIČNÍ KACHLOVÁ KAMNA TRADITIONAL TILE STOVE

SEMINÁRNÍ PRÁCE SEMINAR THESIS

AUTOR PRÁCE

ONDŘEJ SVOBODA

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2010

Ing. LUBOR KALOUSEK


OBSAH Obsah ............................................................................................................................. 1 1.Úvod ............................................................................................................................ 2  2. Základní názvosloví .................................................................................................... 2  2.1 Spotřebiče ............................................................................................................. 2  2.2 Konstrukční části kamen ....................................................................................... 3  2.3 Funkční parametry kachlových kamen ................................................................. 4  3. Seznámení s kachlovými kamny ................................................................................ 4  3.1 Kachlová kamna ................................................................................................... 4  3.2 Provozní charakteristiky ........................................................................................ 5  4. Specifické podmínky pro vytápění na venkově .......................................................... 6  4.1. Vytápění rodinného domu .................................................................................... 6  4.2 Spalování dřeva v kachlových kamnech ............................................................... 7  5. Druhy a dělění kachlových kamen.............................................................................. 8  5.1 Dělení dle konstrukčního uspořádání ................................................................... 8  5.2.Dělení dle provedení stěn kachlových kamen ...................................................... 8  5.3 Dělení dle tloušťky stěny kachlových kamen ........................................................ 9  5.4 Dělení podle materiálů na spojení kachlů ........................................................... 10  5.5 Rozdělení podle sestavy kachlů ......................................................................... 11  6. Návrh kachlových kamen ......................................................................................... 12  6.1 Všeobecné požadavky ........................................................................................ 12  6.2 Požadavky investora ........................................................................................... 12  6.3 Umístění kachlového topidla ............................................................................... 13  6.4 Výběr kachloví .................................................................................................... 14  6.5 Základní kamnářksý výpočet dle ČSN 73 4231 .................................................. 15  6.6 Princip a části kamen .......................................................................................... 19  6.7 Vzhled ................................................................................................................. 20  6.7 Zhodnocení ......................................................................................................... 22  7. Závěr ........................................................................................................................ 23  8. Literatura .................................................................................................................. 24 


1.ÚVOD Kachlová kamna slouží lidem už téměř 700 let. Za tu dobu prošla mnohou proměnou, na jejich plášti se vystřídaly kachle barevné i režné, měnil se tvar i způsob zdobení tělesa. Jejich vzhled však vždy vypovídal mnohé o zámožnosti vlastníka. Dnes, kdy po mnoho let byla kachlová kamna ve starších stavbách brána spíše jako objemný přežitek a byla vytlačována moderními systémy vytápění, budí v současnosti opět zvýšenou pozornost a zažívají bouřlivý rozvoj. Nejen v rámci trendu rostoucího zájmu o životní styl minulosti a možnosti neobvyklé estetické interiérové dominanty, ale i z hlediska úspornosti a praktičnosti tohoto způsobu vytápění, se dá očekávat, že se s kachlovými topidly v různých variantách budeme setkávat stále častěji. V dnešní době stále stoupajících cen za energie se totiž opět dostávají do módy topidla, v nichž se užívá jako topivo běžné dřevo. Tato seminární práce se zabývá právě kachlovými kamny. Práce je rozdělená na dvě části. První se věnuje teoretické oblasti a přibližuje čtenářovi problematiku kachlových kamen, jejich výhody, nevýhody, rozdělení aj. Druhá část je více praktická, seznámíme se základním kamnářským výpočtem a kachlová kamna navrhneme.

2. ZÁKLADNÍ NÁZVOSLOVÍ [1],[2] Aby bylo možné dále pracovat s informacemi obsaženými v textu, seznámím čtenáře s některými základními názvy a údaji.

2.1 SPOTŘEBIČE 2.1.1 Kamna Spotřebič paliv se zcela uzavíratelným ohništěm, s přikládacími dvířky, která jsou obvykle uzavřena, který předává teplo sáláním a/nebo konvekcí, a je-li vybaven ohřívačem, dodává rovněž teplou vodu. 2.1.2 Kachlová kamna Řemeslně vyrobená kamna určená k výdeji tepla do místnosti, jejichž viditelná plocha může být z keramických kachlů, omítky, keramického obkladu a zámečnických prvků.

2


2.2 KONSTRUKČNÍ ČÁSTI KAMEN 2.2.1 Podstavec Základní část kachlových kamen, nesoucí jednotlivé funkční části; musí zajišťovat jejich stabilitu i při dlouhodobém namáhání. 2.2.2 Ohniště; spalovací komora Část prostoru kachlových kamen, ve kterém probíhá spalování paliva; podle použitého druhu paliva a způsobu spalování se může konstrukčně lišit, může být roštové, bezroštové nebo jako bio-ohniště. 2.2.3 Rošt Část vnitřního prostoru spotřebiče, na kterém leží vrstva paliva, ze kterého propadávají zbytky spalování do popelníkové zásuvky nebo popelníku a kterou protéká spalovací vzduch. 2.2.4 Zatápěcí klapka Zařízení, které umožňuje v otevřené poloze průchod spalin přímo do hrdla pro odvádění spalin. 2.2.5 Dřevník Otevřený, nebo uzavíratelný prostor určený pro ukládání dřeva. 2.2.6 Tahový systém Část spalinových cest, zabezpečující rovnoměrné a účinné ohřívání kachlových kamen. 2.2.7 Ležatý tah Úsek topného tahu pro vodorovné vedení tahu. 2.2.8 Spalinové hrdlo Část spotřebiče, určená k připojení kouřovodu umožňující volné odvádění spalin do průduchu komína. 2.2.9 Pád První část tahového systému napojená pod stropem ohniště, vedoucí svisle dolů, většinou až na úroveň dna ohniště. 2.2.10 Kachle Zpravidla glazované , vypálené, mechanicky pevné části z keramického materiálu, vytvořené litím, lisováním, protlačováním nebo ručním formováním.

3


2.3 FUNKČNÍ PARAMETRY KACHLOVÝCH KAMEN 2.3.1 Účinnost kamen Je poměr tepelného výkonu a celkového tepelného výkonu vyjádřený v procentech. 2.3.2 Jmenovitý tepelný výkon (nominální) Celkový tepelný výkon spotřebiče stanovený zhotovitelem kamen (kamnářem), určený pro daný druh paliva. 2.3.3 Doba spalování Časové období, při kterém probíhá spalování paliva v ohništi; udává se v hodinách.

3. SEZNÁMENÍ S KACHLOVÝMI KAMNY 3.1 KACHLOVÁ KAMNA Tradiční kachlová kamna patří k nejekologičtějším, nejekonomičtějším a nejzdravějším způsobům vytápění. Svým keramickým opláštěním předávají teplo do prostoru sáláním. To lze přirovnat k přírodnímu slunečnímu záření. Teplo se tak šíří po místnostech rovnoměrně a dochází k prohřívání přímo předmětů a osob. Zbytečně se neohřívá vzduch, díky čemuž se vytváří dobrá tepelná pohoda již při teplotě 19°C. To je o pár stupňů méně, než při běžném způsobu vytápění. Rovnoměrnost vytápění kachlovými kamny můžeme ověřit změřením teploty u podlahy i u stropu. Měli bychom získat přibližně stejné hodnoty.

4


3.2 PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKY 3.2.1 Nízká teplota povrchu Keramické části povrchu kachlových topidel mají nízké povrchové teploty. Pokles teploty při prostupu z místa spalování na povrch topidla zaručuje, že klasická kachlová kamna vydávají tzv. měkké teplo z ploch teplých cca 40 až 80 °C, výjimečně u modernějších přenosných kachlových kamen do 90 °C. 3.2.2 Tepelná akumulace Akumulace je u klasických kachlových kamen výrazným prvkem provozu, ať se již jedná o staré typy kamen a sporáků, či nové typy přenosných kachlových kamen. Zásadní skutečnost tu hraje dvojnásobné měrné teplo keramického materiálu oproti kovu - železu a litině. Při porovnání zjistíme, že kovová kamna bez vyzdívky či s minimální vyzdívkou (bubínky, „švédská" krbová kamna apod.) mají na 1 m2 výhřevné plochy hmotnost 30 až 70 kg, násypná kovová kamna s vyzdívkou z šamotu váží na 1 m2 výhřevné plochy 50 až 120 kg. Původní kachlová kamna, vyzdívaná naplno cihlami, samotkami a kamnářskou hlínou, byla svým charakterem převážně topidlem akumulačního typu. Pomalý prostup tepla stěnami topidla, vyloženými keramickým materiálem, i rozměrnými základními částmi kamen, zajišťoval pomalé a pravidelné vyzařování tepla do obytného prostoru. V kamnech i sporácích se pak praktikovalo přerušované spalování, kdy rozměrné topidlo vydávalo po celou noc naakumulované teplo, a přitom nevznikalo nebezpečí otravy kysličníkem uhelnatým (oxidem uhlíku) při tlumeném topení. 3.2.3 Zdravé teplo Pokud jde vyloženě o zdravotní výhody kachlových kamen, tak nejvýznamnější z nich je nevysoušení vzduchu. To ocení především alergici a astmatici. Nedochází k přepalování prachových částic, které se běžně děje na kovových plochách jiných systémů vytápění. Kovové části kamen také vybíjí zdraví prospěšné záporné ionty. z tohoto hlediska jsou tedy výhodnější klasické konstrukce kamen bez kovových vložek. u vytápění kachlovými kamny zachované záporné ionty vylepšují psychiku, duševní pohodu člověka a mají také pozitivní vliv na okysličování krve.

5


4. SPECIFICKÉ PODMÍNKY PRO VYTÁPĚNÍ NA VENKOVĚ 4.1. VYTÁPĚNÍ RODINNÉHO DOMU Venkovské domy i rekreační objekty mají oproti městskému bydlení některé specifické problémy při zajišťování vytápění. V prvé řadě je to otázka paliva. V trvale obývaných objektech by se mělo do budoucna počítat s tím, že budou pravidelně temperovány, což znamená, že je nutno zajistit pro ně jiné vytápění než doposud běžnými kamny. V současné době se prudce rozvíjí vytápění plynem a elektřinou. Mnohé mediální pokřiky o vhodnosti a "levnosti" elektrické energie a plynu pro vytápění u nás jsou lobbistickými nátlaky hledajícími cestu, jak zvýšit cenu energií pro jejich výrobce na co nejvyšší úroveň, částečně pak i idealistickými, ale nerealistickými představami rádoby ekologů. V zásadě lze s jistotou tvrdit, že podíl tzv. ušlechtilých paliv bude při vytápění nejen venkova, ale i rekreačních objektů stoupat. Spotřeba elektrické energie a plynu pro vytápění se stále rozšiřuje. Podle zkušeností ze světa, a to i z nejvyspělejších zemí, je přenos těchto topných energií jeden z nejproblematičtějších. Stále více se opakují jak lokální, tak dnes již pomalu celokontinentální výpadky dodávek energie, jako například v USA a v Kanadě, ale i Evropě. Elektrické a plynové vytápění bude tedy nutné doplnit něčím méně náchylným k poruchám. Kolem nás jsou bohaté možnosti stále obnovitelné a ekologické energie, jejím jedinečným zdrojem je dřevo. Jeho pěstování, hovoříme o palivovém dříví, se ukazuje jako jeden z možných směrů, jak řešit nejen energetické, ale i ekonomické problémy např. v zemědělství. Pohled na složené palivové dříví kolem většiny venkovských domů v Rakousku, Německu, Švýcarsku a severní Itálii je přesvědčivým důkazem, že dřevo jako palivo je v moderní společnosti stále významným zdrojem tepla. Rodinný dům je navržen v CHKO Žďárské vrchy. V této oblasti o rozloze 709 km2 zabírají lesy cca 50% celkové plochy. Dřevo jako palivo je zde snadno dostupné, což je jedním z předpokladů, ze kterých jsem vycházel.

6


4.2 SPALOVÁNÍ DŘEVA V KACHLOVÝCH KAMNECH Čerstvě pokácené dřevo obsahuje velké množství vody, dosahující až 60-80%. (některé dřeviny jako např. topol přes 100%). Při spalování surového dřeva se množství energie spotřebuje na odpaření a ani samotné hoření není dokonalé. Vznikají saze a dehet. Spalovat surové dřevo je tedy ekonomický a ekologický nesmysl. Vysušené dřevo na vzduchu má vlhkost 15 - 22%. Dřevo se suší volně ukládané do rázu pod stříškou, nebo jinak zakryté. Ukládají se aspoň hrubě naštípané polena, nebo nařezané kulatiny na délku budoucích polen. Doba sušení je minimálně 1 rok, ideálně 2-3 roky. Dokonale suché dřevo má výhřevnost 18 MJ/kg = 5 kWh/kg. Po dvouletém sušení se pohybuje vlhkost dřeva okolo 15% čemuž odpovídá nižší výhřevnost rovnající se cca 4 kWh/kg. Každé palivo má svoji ideální teplotu hoření a jiné podmínky hoření. Dřevo hoří dokonale při teplotě asi 950 ˚C a dostatečném přívodu vzduchu. Hoření je rychlé a vzniká při něm v krátkém čase hodně tepla. Toto hoření je ekologické, nevznikají saze ani dehet, jen popel, který je dobrým hnojivem. Nemůže dojít ani k požáru komína v důsledku vyhoření sazí. Pro dosáhnutí takto vysoké teploty je potřeba spalovací komoru tepelně izolovat, obyčejně šamotem. Při této teplotě ze dřeva vzniká dřevoplyn a ten hoří se vzduchem přivedeným nad dřevo. Při jakýchkoliv horších podmínkách je teplota spalování nižší a tím klesá i účinnost zařízení. Část paliva se přemění na saze, nehoří. Například v kachlových kamnech při spalování na roštu vzduch přiváděný ze spodu ochlazuje ohniště na 600 °C. Další zhoršování spalování způsobuje škrcení přiváděného vzduchu. Vzduch se přiškrcuje z důvodu regulování = snížení výkonu. Krbové vložky vypouštějí mnoho horkých spalin do komína, které déle snižují jejich účinnost. Reálně mají účinnost 20-30 %. Oproti tomu zplyňovací akumulační kamna mohou dosahovat účinnosti až 80%. Účinnost zařízení se projevuje v množství spáleného dřeva. Například pec potřebuje 10 m3/rok, krbová vložka 30 m3/rok.

7


5. DRUHY A DĚLĚNÍ KACHLOVÝCH KAMEN Způsobů jak dělit kachlová topidla je mnoho a záleží vždy na úhlu pohledu, ze kterého se na problém díváme. Proto berme následující výčet pouze jako informativní, bez nároku na možnost naprostého vyčerpání všech podrobností a jednotlivých nuancí celého širokého a vzájemně se prolínajícího oboru kachlových topidel.

5.1 DĚLENÍ DLE KONSTRUKČNÍHO USPOŘÁDÁNÍ [1] 5.1.1 Sálavá kachlová kamna Většina tepla se předává do prostoru sáláním, malém množství konvekcí 5.1.2 Teplovzdušná kachlová kamna Do prostoru kamen je nasáván vzduch, který se v kamnech ohřívá a výdechovými otvory je odváděn do místnosti (konvekcí) a malá část tepla je předávána do prostoru sáláním. 5.1.3 Kachlová kamna s ohřevem vody či jiného média Kromě tepla předávaného bezprostředně do prostoru se v kamnech ohřívá ještě voda nebo jiné medium, používané pro rozvod tepla např. do radiátorů.

5.2. DĚLENÍ DLE PROVEDENÍ STĚN KACHLOVÝCH KAMEN[1] 5.2.1 Konstrukce stěny bez vzduchové mezery Konstrukce, u které není mezi vnitřní stěnou topeniště a nástavby (vestavba) a mezi pláštěm kamen (obestavění) žádná mezera, kromě dilatační spáry. 5.2.2 Konstrukce dvouplášťová se vzduchovou mezerou Mezi vnitřní stěnou topeniště a nástavby a mezi pláštěm kamen je vzduchová mezera.

8


5.3 DĚLENÍ DLE TLOUŠŤKY STĚNY KACHLOVÝCH KAMEN[1][3] Minimální tloušťka stěny kamen v místě spalovací komory (ohniště) je 90 mm. To platí pro konstrukce stěny bez vzduchové mezery. U kamen se vzduchovou mezerou se tloušťky stěn sčítají. 5.3.1 Lehká - stěna je vytvořená z kachlů s výplní Lehká kachlová kamna v krátkém čase vytopí určitý prostor. Mají ovšem omezenou akumulační schopnost, a proto se doporučují do chat, chalup či krátkodobě využívaných prostor (teplota na plášti 90 – 120 °C). Dá se říci, že se rychle ohřejí, ale stejně rychle i vychladnou. Jejich velkou výhodou je skutečnost, že se na ně nemusí myslet už během výstavby domu. Některé typy takových kamen jsou navíc vylepšeny ohništi na pomalé dohoření, jenž částečně nahrazují schopnost akumulace. Tyto typy kachlových kamen obvykle váží do 400 kg. 5.3.2 Středně těžká - stěna z kachlů s přeplátováním plotnou šamotu do tl. 40mm Středně těžká kachlová kamna slouží jako alternativní zdroj tepla v domech s centrálním vytápěním nebo pro přechodná období. Akumulační doba se zvyšuje na 10 – 15 hodin (teplota na plášti 50 – 80 °C). Toto topení je levné a pohotové. Jedná se často o rozumný kompromis vzhledem ke kamnům těžkým. Váha bývá mezi 400 - 600 kg. 5.3.3 Těžká - stěna je vytvořená z kachlů s cihlovou vestavbou Těžké typy kachlových kamen se používají většinou jako hlavní zdroj tepla pro celý objekt, nebo pro jeho významnou část. Jejich tepelná akumulace je zhruba 24 hodin, mnohdy však i více (teplota na plášti 40 – 50 ºC). To už je přeci jen velmi slušné. Váha se u tohoto typu pohybuje nad 700 kg. Denní dávka dřeva je zhruba 12–15 kg suchého vysušeného topiva. To shoří zhruba za 1–2 hodiny. Poté již není nutné přikládat ani se jinak dále o kachlová kamna starat.

9


5.4 DĚLENÍ PODLE MATERIÁLŮ NA SPOJENÍ KACHLŮ[2] 5.4.1 Klasický způsob Na stavbu kachlového topidla je použita kamnářská hlína. Stavba kachlového topidla na kamnářskou hlínu je skutečnou ruční prací a umožňuje opětovné rozebrání topidla a jeho opravu, hlavně při výměně jednotlivých dožilých kovových částí. 5.4.2 Stavba za použití cementošamotových pojidel 5.4.2.1 Ruční stavba Ruční stavba za použití těchto pojidel je rychlejší a jednodušší, používá se hlavně tam, kde je mimořádně drahá ruční práce. Stavba postupuje rychleji, při použití průmyslového výrobku je zaručena kvalita pojiva. Topidlo však po postavení nelze rozebrat. 5.4.2.2 Stavba z panelů Jednotlivé

kachle

se

předem

složí

do

celých

panelů

a spojí

svorkami

a cementošamotovým pojidlem. Celé topidlo je rozděleno na jednotlivé segmenty, které se na místě, u zákazníka, pouze sestaví. Práce postupuje rychle, panely však představují pouze vnější obal topidla a nejedná se tedy o plnohodnotné kachlové topidlo s akumulačním efektem a pozvolným vydáváním tepla. Topidla sestavená z panelů jsou až na výjimky vždy topidly teplovzdušnými. 5.4.2.3 Kamna sestavená ve výrobě Kamna se sastavují za použití cementošamotového pojidla. Ve světě se jedná o poměrně oblíbená topidla, u kterých se často využívá prosklených předních dvířek a efektu viděného ohně.

10


5.5 ROZDĚLENÍ PODLE SESTAVY KACHLŮ[1] Kachlová topidla se dělí také podle způsobu vázání jednotlivých řad kachlů nad sebou. v zásadě se jedná o dva základní způsoby. 5.5.1 Kachel postavený „střihem" nad druhý kachel. Hrana horního kachle je postavena vždy v polovině šířky spodního kachle. Takto stavěná kamna vyžadují, aby vlys na kachlích byl seshora i zespodu stejný (tzn., že z hlediska použitého reliéfu kachle nemá rozdílný spodek a vršek). Pokud je reliéf řešen tak, že na kachli je jasné, kde je spodní kraj a kde horní, musí se rohové kachle vyrobit jako levé a pravé tak, aby reliéf bylo možno vždy dát vrškem nahoru. Takto byla u nás stavěna většina kamen v minulých dvou stoletích. 5.5.2 Stavba kachlů „spára na spáru" Stěna topidla tvoří přesnou šachovnici. Při konstrukci a stavbě je tento způsob jednodušší. Při použití široké spáry mezi kachle se skryje více nerovností.

11


6. NÁVRH KACHLOVÝCH KAMEN 6.1 VŠEOBECNÉ POŽADAVKY[1] Hlavní funkcí kamen je vytápění prostor ve kterých jsou kamna umístěna. Ve zvláštních případech mohou být uzpůsobena ještě k ohřevu teplé vody, nebo jiného media pro ústřední vytápění. Podkladem pro návrh kamen musí být výpočet velikosti částí kamen podle tepelné spotřeby místa, jejich umístění a dalších požadavků. Tvar a rozměry jednotlivých součástí, způsob jejich výroby, konstrukce a instalace musí zajišťovat dlouhodobou provozuschopnost kamen. Musí být odolné vůči odpovídajícímu chemickému, mechanickému a tepelnému namáhání. Jejich provoz musí být spolehlivý a bezpečný tak, aby při běžném provozu nemohly unikat do prostoru, ve kterém jsou kamna umístěna, zdraví škodlivé spaliny. Z kamen nesmí vypadávat žhavé palivo. Materiál kamen musí být při běžných provozních podmínkách odolný vůči teplotám, chemickým vlivům okolního prostředí. Teploty ovládacích prvků nesní při běžných podmínkách přesahovat teploty stanovené výrobcem anebo teplotu 110 °C. Žádná část kamen nesmí obsahovat azbest. Při pájení kovových částí nesmí být použito kadmia. Použité tepelné izolace musí být vyrobeny z nehořlavých materiálů, musí odolávat běžným tepelným a mechanickým namáháním a v zabudované poloze musí zabezpečovat ochranu zdraví. Součásti vyžadující pravidelnou výměnu, nebo manipulaci musí být konstruovány nebo označeny tak, aby se vyloučilo nesprávné sestavení. Kamna, ve kterých se mění vertikální směr proudění spalin více než dvakrát, musí být opatřeny zatápěcí klapkou. Krajní polohy klapky musí být jednoznačně označeny.

6.2 POŽADAVKY INVESTORA Konstrukce navržených kamen bude dle přání investora těžká. Kamna mají být umístěna ve středu dispozice a u kamen bude dřevěná lavice. Kamna budou akumulační a měli by dotvářet celkový architektonický vzhled rodinného domu.

12


6.3 UMÍSTĚNÍ KACHLOVÉHO TOPIDLA S ohledem na hmotnost a způsob obsluhy kachlových topidel a krbů volíme i jejich umístění v dispozičním řešení obytného prostoru. Znamená to, že většinou stavíme kachlové topidlo podél stěny. Pokud jej postavíme do prostoru, což platí hlavně u kombinovaných kachlových topidel, musíme si zajistit posudek statika, zdaje podlaha dostatečně nosná. To samé platí, pokud stavíme kachlové topidlo například v podkroví atd. Kachlová topidla bývají postavena uprostřed budovy, ponejvíce v těsné blízkosti komína. Klasická kachlová topidla - vyhřívají prostor většinou akumulačním způsobem, to znamená, že po dlouhou dobu vydávají pravidelné, nepříliš vysoké teploty do okolí a důkladně prohřívají celý objekt. Modernější kombinovaná nebo přímo kachlová teplovzdušná topidla umísťujeme do centrální části objektu proto, že odtamtud můžeme nejlépe zajistit rozvody teplého vzduchu. Rozvody teplého vzduchu slouží k temperování celého objektu z jednoho topidla. Zvláštní kapitolou je umístění kachlových sporáků, kde jsme limitováni orientací kuchyně a obslužných prostor. V navrhovaném rodinném domě jsem zvolil polohu kachlových kamen mezi obývacím pokojem a jídelnou (Obr.1). Kamna budou tyto prostory opticky rozdělovat a tvořit jejich dominantu. Kachlová kamna budou sloužit jako doplňkové vytápění.

Obr. 1 - Umístění kachlových kamen v dispozici navrhovaného rodinného domu

13


6.4 VÝBĚR KACHLOVÍ Dnešní keramické materiály se od těch původních značně liší nejenom surovinovou skladbou a úrovní technologického zpracování, ale i výslednými vlastnostmi. V současné době vyrábí různí výrobci kachle jak pouze ručně, tak i částečně za pomoci strojů. Hlavním rozdíl je dnes vidět především v modernizaci postupů, například používání speciálních elektrických pecí, které umožňují snížit rozdíly v barevnosti glazur. Díky tomu je výroba rychlejší, přesnější a je možnost vyrobit větší množství kachlů. Vždy je však výroba podmíněna pracovitostí člověka. Glazura je konečná povrchová úprava. Rozlišujeme celkem 3 druhy - transparentní, krycí a efektní. Každá z glazur je vhodná na jiné použití. Například transparentní glazuru je vhodné použít u kachlů s reliéfem, aby lépe vynikl. Efektní glazury jsou jedny z nejžádanějších pro svou atraktivitu, avšak nejsou vhodné pro ty, kteří chtějí mít kachel "jeden jako druhý". Některé glazury nejsou vhodné pro použití na velkoplošnou keramiku. Výběr glazury je proto velmi důležitý. Co se týče typů kachlů, vyrábí se v několika rozměrech - nejčastěji 22x22 cm, obdélníkové v rozměru 22x25 nebo 22x28 cm. Při návrhu kamen budeme uvažovat s velikostí kachlů 22x22 cm, model 0500 (Obr.2) s transparentní zelenou glazurou. (Obr.3) Výrobcem je česká firma Hein.

Obr. 2 - Tvar kachle - model 0500 (výrobce Hein)

Obr. 3 - Barva glazury zelená - olivová

14


6.5 ZÁKLADNÍ KAMNÁŘKSÝ VÝPOČET DLE ČSN 73 4231[1] Pro to, abychom mohli postavit těžká kachlová kamna potřebujeme projekt. Než začneme projektovat, musíme znát parametry. Tyto se odvíjí od konkrétní tepelné potřeby dané vytápěné prostory. Vytápění kachlovými kamny bude doplňkové, proto se výpočet velikosti funkčních částí kamen bude odvíjet od tepelné

ztráty místností ve kterých je s vytápěním kamny

uvažováno. 6.5.1 Výpočet tepelné ztráty / příloha A Tepelná ztráta vytápěného prostoru zjednodušenou kamnářskou výpočtovou metodou se stanoví dle vzorce : Kde

Tzvp = 0,001 k x Q

Tzvp

je

K

kamnářská konstanta - dle tabulky tep. ztrát = 22,5 W/hm3

Q

objem vytápěné prostory - 142 m3

tepelná ztráta vytápěné prostory v kW/hod

Výpočet: Tzvp = 0,001 k x Q = 0,001 x 22,5 x 142 = 3,2 kW/h Závěr: Tepelná ztráta Tzvp = 3,2 kW/h. 6.5.2 Dimenzování kamen / příloha B 6.5.2.1 Jmenovitý topný výkon QJ = Tzvp QJ

je jmenovitý topný výkon v kW

6.5.2.2 Stanovení množství paliva Maximální množství mp = (QJ x th)/ 3,25 mp

je maximální množství paliva v kg

th

je čas topení v hodinách - volím 12h jako interval topení

- minimální množství paliva je 50 % maximálního množství - optimální množství paliva je 78 % maximálního množství Výpočet: mp = (QJ x th)/ 3,25 = (3,2 x 12)/ 3,25 = 11,8 kg Závěr: Maximální množství paliva mp = 11,8 kg (optimální 9,2 kg).

15


6.5.2.3 Výpočet velikosti otopné plochy TEPELNÝ VÝKON DLE KONSTRUKCE

TEPLOTA PLÁŠTĚ

Lehká kamna

1,3 kW/m2h

90 - 120 °C

Polotěžká kamna

0,93 kW/m2h

50 - 80 °C

Těžká kamna

0,68 kW/m2h

40 - 50 °C

Hodnota tepelné ztráty se vydělí odpovídajícím výkonem. Výpočet: 3,2 / 0,68 = 4,7 m2 (předpokládá se těžká konstrukce kamen) Závěr: Nutná otopná plocha je 4,7 m2. 6.5.2.4 Stanovení průřezu přívodu spalovacího vzduchu Spalování je proces, který neprobíhá konstantně, ale v procesu spalování se mění. Rozdílná je i hustota vzduchu v nadmořských výškách a mění se teplota vzduchu. Pro stanovení optimálního průřezu v přívodu spalovacího vzduchu platí: ASV = 7 x mp ASV je plocha přívodu vzduchu v cm2 Výpočet: ASV = 7 x 11,8 = 82,6 cm2 Závěr: Nutná plocha přívodu spalovacího vzduchu je 82,6 cm2.

16


6.5.2.5 Stanovení rozměru spalovacího prostoru Správné stanovení velikosti spalovacího prostoru kachlových kamen je důležité pro naplnění maximálního množství paliva při zajištění optimálních podmínek při spalování Vnitřní plocha spalovacího prostoru OSP = 900 x mp OSP

je vnitřní plocha spalovacího prostoru v cm2 (plocha zahrnuje ideální

plochu obvodových stěn, stropu a plochy dvířek a výstupu) Základová plocha spalovacího prostoru Může se měnit mezi minimální a maximální velikostí. Minimální velikost vyplívá z úvahy, že při maximálním množství paliva nesmí být překročena násypná výška 33cm a proto se počítá na 1 kg paliva potřeba 100 cm2 základové plochy. ASPmin = 100 x mp ASPmax = 130 x mp ASPmin je minimální základová plocha spalovacího prostoru v cm2 ASPmax je maximální základová plocha spalovacího prostoru v cm2 Pro pravoúhlé ohniště se poměr délky (hloukby) a šířky může měnit od 1 do 2, přičemž platí, že nejmenší šířka ohniště nesmí klesnout pod rozměr 23 cm. HSP = (900 x mp - 2 x ASP) : USP HSP

je výška spalovacího prostoru v cm

USP

je obvod spalovacího prostoru v cm

U kachlových kamen má být nejnižší výška topeniště 60 cm. Výpočet:

OSP = 900 x mp = 900 x 11,8 = 10 620 cm2 ASPmin = 100 x mp = 100 x 11,8 = 1 180 cm2 ASPmax = 130 x mp = 130 x 11,8 = 1 535 cm2 HSP = (900 x 11,8 - 2 x 1 180) / 150 = 58,7 cm = 60 cm

Volím š.35 cm, d.40 cm : 30 x 45 = 1350 cm2 Závěr: Rozměry spalovacího prostoru jsou: šířka 30 cm, délka 45 cm, výška 60 cm.

17


6.5.2.6 Výpočet délky tahu Výstupní teplota z ohniště: pro bezroštové ohniště: 550 - 600 °C Tepelná ztráta komína: třívrstvý systémový komín: 15°C Tepelná ztráta tahu: 50 - 70 °C/1m Postup: 1) vypočítat tepelnou ztrátu komína (pouze účinná výška) 2) přičíst 105 °C (teplota kondenzace vodní páry + rezerva) 3) tuto hodnotu odečíst od výstupní teploty z ohniště 4) tuto hodnotu vydělit tepelnou ztrátou tahu Výpočet: Účinná výška je 6m 1) (6 x 15) + 105 = 192 °C 2) 600 - 192 = 408 °C 3) 408 / 60 = 6,8 = 7m Závěr: Délka tahu = 7m. Dimenzování tahů Pád

125% 1. tahu

1. tah

100%

Spalinové hrdlo

80% 1. tahu

Rozměry tahů v cm výkon

pád

1. tah

spalinové hrdlo

3 - 4 kW

18 x 18

16 x 16

15 x 15

6.5.2.1 Stanovení akumulační hmotnosti kamen Těžká konstrukce P MAK = 100 x mp P MAK je minimální akumulační hmota těžkých kamen v kg Výpočet: P MAK = 100 x 11,8 = 1180 kg Závěr: Minimální akumulační hmota těžkých kamen P MAK je 1180 kg.

18


6.6 PRINCIP A ČÁSTI KAMEN (problematika, upřesnění viz [5],[6])

Obr. 4 - Půdorysné schéma kamen; Řez Princip činnosti Kamna rychle spálí několik kg dřeva. Ideální podmínky hoření zabezpečuje dostatečný přívod vzduchu a vysoká teplota. Na spalování dřevoplynu je potřebné přivádět vzduch nad dřevo v 1/3 výšky (primární vzduch) a v 2/3 výšky ohniště (sekundární vzduch). Teplo ze spalin se zachytává do šamotových tahů, kde se spaliny ochlazují. (upřesnění viz [5],) Postup při hoření Do ohniště se naloží vypočítaná dávka dřeva, tedy cca 9 kg. Je zavřený přívod venkovního vzduchu. Otevře se zatápěcí klapka. Zapálí se dřevo. Když se rozhoří, asi za 10 minut, otevře se venkovní přívod vzduchu a zavře se zatápěcí klapka. Dřevo se nechá hořet asi 1 - 1,5 hodiny, kdy už dohořívají jen uhlíky. Zavře se přívod venkovního vzduchu. 19


6.7 VZHLED

Obr. 5 - Pohledy na kamna Kachlová kamna budou na cihelné podezdívce, opatřené štukovou omítkou. Opláštění kamen tvoří kachle 22x22 cm skládané na střih. Kachle budou mít zelenou glazuru. Ze strany obývacího pokoje budou mít kamna lavici. V podezdívce budou klenbičkové prostory pro ukládání dřeva. Dvířka do ohniště budou litinová. 20


6.7.1 Vizualizace Pro lepší představu jsem se snažil maximálně přiblížit vzhled kachlových kamen. 3D návrhy jsou dnes standardem. Vizualizace nám může nabídnout barevné ladění topidla do interiéru nebo kompletní návrh topidla i s nejbližším interiérem (v uvažovaném návrhu bude kachloví skládané na střih).

Obr. 6 - Perspektivní pohled z jídelny

Obr. 7 - Perspektivní pohled z obývacího pokoje

21


6.7 ZHODNOCENÍ Komín: keramický trojvrstvý, CIKO TEC, učinná výška 6 m Koncepce: těžká šamotová akumulační nízkoteplotní sálavá kamna na dřevo se systémem ležatých kouřových tahů; celošamotová konstrukce s kachlovím Jmenovitý výkon: 3,2 kW/h Povrchová teplota: max. 50 °C Aktivní sálavá plocha: 5 m2 Přívod vzduchu: externí přívod vzduchu s předehřevem a s rozvodem do primární a sekundární větve (boční jízek) Teplota v ohništi: 950 °C Rozměry ohniště: bezroštové ohniště 30 x 45 x 60 cm (při požadavku na vyšší výšku, provedení s klenbou a nadstavbovou deskou) Palivo: výhradně dřevěná polena, přikládací dávka 9 - 12 kg; interval přikládání 12 hodin Kouřové tahy: 6,8 m x průřez 16 x 16 cm Předpokládaná účinnost: cca. 80 % Přikládací dvířka: litinová (značka JOKR) Kachloví: zelená glazura, model 0500 (výrobce Hein) Celková akumulační hmota: 1,1 tuny (šamot cca. 1700 kg/m3; šamot od firmy ŠAMO z Vratislavic u Liberce) Pojivo - šamot: Rudokit (1450 C) z Velkých Opatovic Pojivo - kachle: Kamnářská hlína Orientační cena: = kachle cca 20 000 Kč (150 Kč/ks), šamot včetně podezdívky a doplňků cca 50 000 Kč, celková cena včetně práce bude upřesněna dadavatelskou firmou na kamna, předpokládaná konečná cena 100 000 -120 000 Kč.

22


7. ZÁVĚR Zadáním samotné bakalářské práce je rodinný dům v CHKO Žďárské vrchy. Jeho celkové řešení se snaží navázat na tradiční architektonickou linii této lokality. Kachlová kamna doplňují v interiéru celkovou tvář domu a spolu s dřevěnými stropy a dalšími tradičními prvky tvoří jedinečný prostor ke kvalitnímu bydlení, který navazuje na stavebně kulturní hodnoty v této oblasti.

23


8. LITERATURA [1] ČSN 73 4231. Kamna - Individuálně stavěná kachlová kamna. 24 p. [2] Vlk, V.: Kachlová kamna, 2nd ed.; Grada Publishing: Praha, 2002. [3] Klasická kachlová kamna, 2009. kachlová kamna.cz. http://kamnakachlova.cz/klasicka-kachlova-kamna (accessed May 24, 2010). [4] ČSN 72 4710. Keramické kachle - Požadavky, zkušební metody a označování Bauer, Böckler: Krby a kachlová kamna; IKAR - Knižní klub: Praha, 1998. [5] Stavba ťažkej akumulačnej pece na drevo. KLASICI – online knižnica. http://www.klasici.sk/node/257 (accessed May 24, 2010). [6] Kachlová kamna svépomocí. TZB INFO. http://forum.tzbinfo.cz/t.py?t=11&i=102647 (accessed May 24, 2010).

24

SEMINÁRNÍ PRÁCE  

VEDOUCÍ PRÁCE Ing. LUBOR KALOUSEK SEMINÁRNÍ PRÁCE FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF BUILDING STRUCTURES AUTHOR BRNO UNIVERSITY OF TE...