Kocioł kondensacyjny - współpraca z instalacją podłogową i grzejnikową

Tekst: Bogusław Zender

Gaz i olej opałowy stale drożeją. Dlatego, chociaż na kocioł kondensacyjny trzeba wydać więcej niż na zwykły, taka inwestycja coraz bardziej się opłaca.

15.02.2003 WARSZAWA - KOCIOL I PIEC CO FIRMY URLICH FOT. JERZY GUMOWSKI / AGENCJA GAZETA
Kocioł kondensacyjny współpracujący z zasobnikiem c.w. o pojemności 200 l, z długą wężownicą.
Fot. Jerzy Gumowski / AG
Pierwsze projekty kotłów kondensacyjnych pojawiły się w latach 50. XX wieku, ale wtedy nie potrafiono jeszcze okiełznać wszystkich zjawisk zachodzących w tych urządzeniach. Jednym z nich było wykraplanie się ze spalin kwaśnego kondensatu, który powodował korozję wymiennika ciepła. Nie umiano też jeszcze zaprojektować palnika o szerokiej modulacji mocy. Obecnie trudności te zostały pokonane i producenci oferują duży wybór kotłów kondensacyjnych różnej mocy i w różny sposób przygotowujących ciepłą wodę, przystosowanych do spalania albo gazu, albo oleju opałowego. Rosnąca popularność kotłów kondensacyjnych i wprowadzenie ich do masowej produkcji spowodowały, że obecnie są one tańsze niż wcześniej.

Ponad 100% sprawności - jak to możliwe?

Sprawność kotłów kondensacyjnych zależy od rodzaju paliwa i wynosi przy spalaniu:

- gazu ziemnego - 111%,

- propanu - 109%,

- oleju opałowego - 106%.

Wartości te są tylko teoretyczne, bo w rzeczywistości - ze względu na straty energii wynikające z niezupełnego spalania opału, wypromieniowywania ciepła czy tzw. straty kominowe - sprawność ta jest o 2-4% niższa, ale i tak osiąga wartości 105-109% (dla kotła gazowego) i takie są podawane w danych technicznych urządzeń. Skąd się bierze ponad 100% sprawności? Wynika to przede wszystkim ze sposobu jej liczenia stosowanego w większości krajów europejskich. Sprawność kotłów odnosi się bowiem do wartości opałowej paliwa, a nie do całkowitej ilości energii powstającej podczas jego spalania, czyli tzw. ciepła spalania. Tymczasem w kotłach kondensacyjnych ciepło jest pozyskiwane nie tylko bezpośrednio ze spalania paliwa, ale także ze skraplania pary wodnej unoszonej w spalinach. Po uwzględnieniu tego dodatkowego ciepła (tzw. ciepła utajonego) możliwe jest uzyskiwanie sprawności przekraczającej 100%.

W USA i Holandii, gdzie zwykłych kotłów właściwie się już nie stosuje, producenci podają sprawność kotłów kondensacyjnych odniesioną do ciepła spalania - jest ona wtedy mniejsza niż 100%. Taki sposób liczenia sprawności pozwala uniknąć nieporozumień, dlatego zdaniem wielu instalatorów powinien być wprowadzony do powszechnego użycia.

Współpraca z instalacją podłogową...

W tym układzie kocioł pracuje z pełną kondensacją, wykorzystując największą część energii zawartej w paliwie. Jego sprawność jest najwyższa, gdyż temperatura powierzchni wymiennika jest niska i nie przekracza punktu rosy (temperatury, w której ze spalin wykrapla się para wodna), zależącej od paliwa, jakim zasilany jest kocioł:

- około 56°C, jeśli to gaz ziemny,

- 52°C - gaz płynny,

- 47°C - olej opałowy.

Temperatura powierzchni wymiennika może być niska, ponieważ niska jest temperatura wody w instalacji ogrzewania podłogowego. Dla takiej instalacji przyjmuje się parametry 40/30°C, co oznacza, że temperatura wody zasilającej wynosi 40°C, a wody powrotnej - 30°C. Podłogówka ma dużą pojemność wodną, dzięki czemu palnik kotła pracuje w długich okresach z mocą minimalną, co zapewnia wydłużony czas pracy w tzw. cyklu mokrym, czyli z kondensacją.

...grzejnikową, nową...

Instalacji grzejnikowej dziś nie projektuje się już na temperaturę 90/70°C, lecz zazwyczaj na 80/60°C lub 75/60°C. Taka instalacja również jest odpowiednia do współdziałania z kotłem kondensacyjnym i zapewnia jego efektywną pracę. Wynika to z tego, że w naszych warunkach klimatycznych przyjmowana w obliczeniach potrzebnej mocy urządzeń grzewczych temperatura zewnętrzna -20°C, przy której kocioł musi pracować z pełną mocą, występuje tylko przez kilka dni w ciągu całego sezonu grzewczego. Przez 90% tego okresu temperatura na zewnątrz jest zbliżona do 0°C i wtedy - zgodnie z regulacją pogodową - temperatura wody w instalacji grzewczej jest niższa niż projektowana: temperatura zasilania wynosi około 55°C, a powrotu - 45°C. W takich warunkach w kotle występuje kondensacja częściowa.

Uwaga! Nie zaleca się stosować w instalacji grzejnikowej parametrów niższych niż podane, bo wymagałoby to zastosowania większych grzejników, a więc większych wydatków na wykonanie instalacji. Co prawda kocioł pracowałby wtedy w pełnej kondensacji przez cały sezon grzewczy, ale zysk z większej sprawności i mniejszego zużycia paliwa nie zrównoważyłby dodatkowych nakładów.

...tradycyjną grzejnikową

Zamontowanie nowoczesnego kotła w starym domu z reguły wymaga przyjęcia nowych, niższych parametrów obliczeniowych wody w instalacji, a więc - teoretycznie - także zwiększenia powierzchni grzejników. Jeśli z parametrów 90/70°C (takie temperatury były przyjmowane dla starych instalacji) przejdzie się na przykład na parametry 80/60°C, powierzchnię grzejników należałoby powiększyć nawet o 20%. Zwykle nie jest to jednak potrzebne ze względu na to, że w starych instalacjach grzejniki najczęściej były przewymiarowane.

Zwiększenie powierzchni grzejników na pewno nie będzie potrzebne, gdy oprócz zmiany kotła przeprowadzi się termomodernizację budynku, czyli dociepli ściany, dach lub wymieni okna na nowe. Zmniejszenie zapotrzebowania budynku na ciepło spowoduje, że istniejąca instalacja - nawet dobrana zgodnie z projektem - stanie się przewymiarowana, a więc powierzchnia grzejników będzie wystarczająca dla niższych parametrów wody.

Kocioł kondensacyjny w takim modernizowanym układzie zdecydowanie obniża koszty ogrzewania. Nawet jeśli nie zawsze będzie pracował w trybie kondensacyjnym, to i tak jego średnia sprawność roczna okaże się o kilkanaście procent większa od sprawności kotła tradycyjnego.

Uwaga! Jeśli w istniejącej instalacji pracował kocioł na paliwo stałe, podłączenie kotła kondensacyjnego wymaga zamknięcia układu grzewczego, czyli zainstalowania naczynia wzbiorczego typu zamkniętego. Konieczne jest również przepłukanie instalacji oraz zamontowanie filtra wody grzewczej.

Warianty przygotowania ciepłej wody

Dwufunkcyjny kocioł kondensacyjny z podgrzewaczem przepływowym. Ze względu na efektywność pracy kotła najmniej polecane rozwiązanie. Urządzenie takie po każdym odkręceniu kurka z ciepłą wodą pracuje z pełną mocą, z wysokimi parametrami wody. Obniża to znacznie jego sprawność i zwiększa zużycie paliwa. Dlatego spośród kotłów kondensacyjnych poleca się raczej jednofunkcyjne z podgrzewaczem wody lub jednofunkcyjne z wbudowanym zasobnikiem warstwowym.

Jednofunkcyjny z zasobnikiem wody i wężownicą. Kupując taki kocioł, trzeba bardzo starannie dobrać wielkość zasobnika. Powinien on być na tyle duży, aby oczekiwanie na przygotowanie ciepłej wody nie było uciążliwe - najlepiej podgrzewać ją tylko dwukrotnie w ciągu doby, na przykład po rannym i wieczornym szczycie poboru. Należy unikać przewymiarowywania zasobnika, bo gromadzenie ciepłej wody sprzyja namnażaniu się w instalacji bakterii Legionelli. Oczywiście można się przed tym uchronić, podwyższając temperaturę wody w kotle, jednak częste wykonywanie dezynfekcji termicznej wody w zasobniku "psuje" efektywność techniki kondensacyjnej. Lepiej więc wybrać trochę mniejszy, wyposażony dodatkowo w grzałkę elektryczną, którą będzie się uruchamiać okazjonalnie - w razie zwiększonego zapotrzebowania na ciepłą wodę.

Jednofunkcyjny z zasobnikiem ładowanym warstwowo. To bardzo dobre rozwiązanie. W jednej obudowie znajdują się kocioł wiszący i zasobnik (umieszczony pod kotłem). Wężownica zastąpiona jest w nim zewnętrznym, płytowym wymiennikiem ciepła i dodatkową pompą ładującą. Proces ładowania zasobnika przebiega kilkuetapowo. Najpierw pompa czerpie zimną wodę z dołu zasobnika i kieruje ją do wymiennika płytowego, w którym następuje jej podgrzanie do końcowej temperatury - na przykład 60°C. Następnie woda jest pompowana do górnej części zasobnika. W zasobniku tworzą się wskutek tego dwie warstwy wody o różnej temperaturze: u góry - ciepła podgrzana do temperatury końcowej, a na dole - zimna. Taki stan utrzymuje się aż do wypełnienia gorącą wodą całego zasobnika.

Całkowite podgrzewanie wody tą metodą trwa 30 minut, a więc znacznie krócej niż w standardowym zasobniku. Wynika to z dużo większej sprawności wymiennika płytowego w porównaniu z wymiennikiem z wężownicą. Dzięki wysokiej sprawności wymiennika płytowego możliwe było również zredukowanie wielkości zasobnika: zamiast 150-litrowego standardowego wystarczy 100-litrowy zasobnik warstwowy - i takie stosuje się najczęściej.

Uwaga! Zasobnik warstwowy z wymiennikiem płytowym wymaga wody odpowiedniej jakości, dlatego producenci kotłów z takim zasobnikiem podają maksymalny stopień twardości wody w instalacji, na przykład 20°n (stopni niemieckich). Jeśli woda ma większą twardość, zalecają stosowanie podgrzewaczy z wężownicami. Są one w mniejszym stopniu narażone na zarastanie kamieniem niż wymienniki płytowe o niewielkich przekrojach.

Bez komina...

Kotły kondensacyjne mają zamkniętą komorę spalania i wentylator zasysający powietrze, który też wymusza wypływ spalin. Zgodnie z prawem budowlanym, jeśli ich moc nie przekracza 21 kW, nie wymagają standardowego komina, a wtedy spaliny mogą być odprowadzane bezpośrednio przez ścianę zewnętrzną jednorodzinnego domu wolno stojącego. Producenci najczęściej zalecają stosowanie specjalnych współosiowych (koncentrycznych) systemów powietrzno-spalinowych (tzw. rura w rurze), w których wewnętrzny przewód odprowadza spaliny na zewnątrz, a zewnętrzny doprowadza powietrze spoza budynku wprost do komory spalania kotła.

Wylot przewodu. Jeśli przewód powietrzno-spalinowy będzie wyprowadzony przez ścianę budynku, jego wylot musi się znajdować minimum 2,5 m nad poziomem terenu i minimum 0,5 m od krawędzi okien. Ograniczenia te mają wyeliminować ryzyko podtruwania siebie albo sąsiadów spalinami.

Przewód spalinowy może być też wyprowadzony jak zwykły komin ponad dach.

Materiał instalacji spalinowej. Musi być odporny na korozję. W ofercie producentów znajdziemy więc przewody ze stali kwasoodpornej, ceramiki i z tworzywa sztucznego. Przepisy polskie nie pozwalają jednak na montaż tych ostatnich ze względu na to, że tworzywo sztuczne jest materiałem palnym, co zdaniem kominiarzy może być przyczyną pożaru w awaryjnych stanach pracy.

...i z kominem

Odmianę systemu z rurami współosiowymi stanowi wkład ze stali kwasoodpornej wstawiony w istniejący murowany szyb kominowy. Kominem ze stali spaliny są wtedy odprowadzane na zewnątrz, a powietrze do spalania dopływa w przeciwnym kierunku - przez przestrzeń między szybem a stalowym przewodem spalinowym.

Co z kondensatem?

W Polsce nie ma jeszcze przepisów w sprawie odprowadzania skroplin z kotłów kondensacyjnych. Dlatego kondensat najczęściej jest gromadzony w specjalnym zbiorniku wbudowanym w kocioł, a stamtąd odprowadzany do kanalizacji. Takie postępowanie jest uzasadnione tym, że ścieki z gospodarstwa domowego są lekko zasadowe, co neutralizuje kwaśny kondensat. Nie powstaje go zbyt dużo - dziennie około 20 l z kotła o mocy 20 kW.

Niektórzy producenci mają również w swojej ofercie neutralizatory wypełnione granulatem zawierającym związki wapnia lub magnezu. Instaluje się je na przewodzie odprowadzającym skropliny z kotła.

Sprawność kotła kondensacyjnego

Sprawność normatywna, często też określana jako znormalizowana, jest podawana w procentach i może być ważnym parametrem do porównywania efektywności pracy różnych kotłów zależnie od ich obciążenia cieplnego.

Jest ona utożsamiana ze średnioroczną sprawnością urządzenia, dlatego wykorzystuje się ją do obliczania przewidywanego zużycia paliwa na potrzeby centralnego ogrzewania w sezonie grzewczym.

Wartości sprawności normatywnej kotłów kondensacyjnych są podawane w odniesieniu do określonych parametrów wody w instalacji, na przykład:

- 75/60°C - instalacje grzejnikowe,

- 40/30°C - ogrzewanie podłogowe lub ścienne.

Pamiętajmy o tym, że sprawność normatywna podawana przez producentów jest ustalana w warunkach laboratoryjnych na stanowisku badawczym, dlatego należy ją traktować jako sprawność maksymalną.

Kotły kondensacyjne na olej

Pierwsze konstrukcje kondensacyjnych kotłów olejowych opracowano w Niemczech i takie kotły są na rynku dopiero od niedawna. Kłopot z ich skonstruowaniem wynikał z tego, że spaliny olejowe mają niższą niż gaz temperaturę punktu rosy (tylko 47°C), co wymagało zapewnienia dość niskiej temperatury powrotu wody w instalacji. Poza tym ze względu na obecność siarki w oleju opałowym spaliny i skropliny z takich kotłów też są zasiarczone, a więc trzeba było znaleźć sposób na bardzo dobre zabezpieczenie elementów kotła przed korozją. Konstruktorzy musieli się również uporać z zapewnieniem dokładnego wymieszania oleju z powietrzem, co było znacznie trudniejsze niż połączenie go z gazem.

Sprawność kotłów kondensacyjnych opalanych olejem opałowym jest tylko około 10% wyższa niż nowoczesnych kotłów olejowych niekondensacyjnych (w gazowych - około 15%). Zysk z eksploatacji kondensacyjnego kotła olejowego będzie zatem mniejszy, chociaż wobec wysokich cen oleju i tak jest to znacząca oszczędność. Nieco kłopotów powoduje pewna ilość pyłów w spalinach z takich kotłów, gdyż oznacza to konieczność okresowego czyszczenia wymiennika.

Zalety kotłów kondensacyjnych

- Mają najwyższą sprawność, zatem zużywają mniej paliwa niż pozostałe rodzaje kotłów.

- Zapewniają bardzo wysoki standard bezpieczeństwa, bo spalanie odbywa się w zamkniętej komorze.

- Mogą być instalowane w pomieszczeniu o kubaturze wynoszącej zaledwie 6,5 m3, ponieważ powietrze do spalania pobierają nie z wnętrza domu, lecz z zewnątrz.

- Są przyjazne dla środowiska ze względu na niską emisję zanieczyszczeń w spalinach.

...i ich wady

- Są droższe niż kotły tradycyjne takiej samej mocy.

Zapisz się na NEWSLETTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład



Skomentuj:

Kocioł kondensacyjny - współpraca z instalacją podłogową i grzejnikową