Dziś można się spotkać z co najmniej kilkoma materiałami używanymi do budowy kotłów – i bardzo często przywołuje się je przy porównywaniu różnych urządzeń, wymieniając ich cechy szczególne. Jest zatem stal szlachetna, kwasoodporna (1.4571, 1.4306, 1.4404, 1.4162), jest także stop aluminium i krzemu. Jednakże najważniejszą rolę jeśli chodzi o uzyskanie obecnego poziomu technicznego kotłów do domów indywidualnych zdecydowanie odegrała stal szlachetna. Mało kto zdaje sobie sprawę, że stosuje się ją w kotłach już blisko 50 lat!

Lata 50. – stal konstrukcyjna kształtowana maszynowo

Rozwój techniki grzewczej postępował szczególnie intensywnie od lat 50. ubiegłego stulecia, a bardziej konkretnie – od momentu wprowadzenia na rynek pierwszych kotłów pracujących automatycznie, z tym że wtedy były to głównie kotły olejowe (rys. 1). Wdrożenie tych urządzeń stanowiło ogromny przełom pod względem sprawności pracy, komfortu i bezpieczeństwa użytkowania. Nieco przesadnym byłoby napisanie, że od tego momentu skończyła się dominacja żeliwnych kotłów opalanych paliwami stałymi, ale niewątpliwie był to początek ich końca. Pojawienie się na rynku automatycznego urządzenia grzewczego, które nie wymagało ręcznego czyszczenia przez użytkowników, było naprawdę czymś wyjątkowym. Kotły były zbudowane ze stali konstrukcyjnej kształtowanej już w pełni maszynowo. Odznaczały się masywnością i dużą pojemnością wodną. Obecnie urządzenia z dużą pojemnością wodą nadal są stosowane, ale tylko w zakresie niskotemperaturowych kotłów średniej mocy, gdzie ewolucji uległa jedynie technologia wytwarzania.

1. Kocioł olejowy z lat 50. – jeden z pierwszych kotłów pracujących automatycznie	2. Kocioł Edelstahl-Kessel – pierwszy kocioł ze stali nierdzewnej. Korpus kotła i aranżacja z kotłowni

Lata 70. – stal nierdzewna

Rok 1972 był kolejnym ważnym przełomem, ponieważ to właśnie wtedy do budowy kotłów po raz pierwszy zastosowano stal nierdzewną. Nowy kocioł otrzymał dość oryginalną nazwę Edelstahl- essel (rys. 2), co można przetłumaczyć „kocioł ze stali nierdzewnej”. Dlaczego już nie żeliwo lub stal konstrukcyjna i zdecydowano się na zmianę materiału do budowy kotłów? – W tamtych latach kotły były dość pokaźnych rozmiarów, masywne i o dużej pojemności wodnej. Jedyną więc myślą, jaka przyświecała konstruktorom nowego typu kotła była chęć zachowania maksymalnej trwałości i wytrzymałości mechanicznej przy jednoczesnym zapewnieniu dużo mniejszej masy kotła. Stal nierdzewna okazała się do tego idealna – cieńsze ścianki pozwoliły na stworzenie kotła bardziej kompaktowego, a dodatkową zaletą było uzyskanie większej plastyczności i swobody formowania kształtów. Nikt wtedy nie myślał o odzyskiwaniu ciepła utajonego ze spalin. Z dodatkowych informacji warto dodać, że zastosowano klasyczny jak na te czasy palnik jednostopniowy, atmosferyczny, tak więc gorące spaliny wyprowadzane były na zewnątrz budynku w naturalny, grawitacyjny sposób.

Lata 90. – stal kwasoodporna

Wiele lat później, bo dopiero w roku 1990, z konieczności poprawy efektywności wykorzystania energii paliwa, stworzono pierwszy kondensacyjny kocioł grzewczy. Podstawą był tutaj korpus kotła wykonany ze stali szlachetnej o właściwościach antykorozyjnych, a więc stali kwasoodpornej. Na marginesie dodam, że często, nawet dzisiaj, stal kwasoodporną nie do końca poprawnie nazywa się stalą nierdzewną. Wszystkie produkowane obecnie stalowe kotły kondensacyjne wykonane są właśnie ze stali kwasoodpornej. Stal nierdzewna to taka, która zawiera co najmniej 12% chromu. Chrom, wchodząc w reakcje z tlenem z otoczenia, tworzy na powierzchni stali ochroną warstwę pasywną, która zabezpiecza stal przed korozją. Jednak dopiero odpowiednio dobrane dodatkowe pierwiastki, jak molibden, tytan, nikiel, krzem i węgiel, zapewniają pełne właściwości antykorozyjne i kwasoodporne, a także mechaniczne. Tak więc stal kwasoodporna jest „czymś więcej” niż stal nierdzewna. Na koniec istotna uwaga dotycząca stali kwasoodpornej. – Otóż, jeżeliwarstwa pasywna tlenku chromu na powierzchni stali ulegnie uszkodzeniu w sposób mechaniczny lub chemiczny, to miejsce to traci swą odporność na korozję. Dlatego też do czyszczenia wymienników wykonanych ze stali kwasoodpornej stosować należy tylko dedykowane środki chemiczne i narzędzia.

Kotły „domkowe” kompaktowe

Pierwszym „domkowym” kotłem wykorzystującym pełne właściwości stali kwasoodpornej był kocioł kompaktowy o wdzięcznej nazwie Mirola, produkowany seryjnie od 1994 r. Przy tym projekcie inżynierom w pełni przyświecała idea wykorzystania ciepła utajonego, a więc efektu kondensacji pary wodnej ze spalin. Mirola była więc pierwszym kotłem kondensacyjnym ze sprawnością znormalizowaną, identyczną jak obecnie sprzedawane modele kotłów kondensacyjnych. Był to niewątpliwie ogromny przełom w rozwoju techniki grzewczej, który przyspieszyły wcześniejsze doświadczenia ze stosowaniem stali nierdzewnej. Wymiary Miroli pozwalały na zabudowę w ciasnych przestrzeniach, między meblami itd. Kocioł w domu nie był już złem koniecznym, lecz stał się elementem aranżacji wnętrza (rys. 3). Bardzo ważną sprawą jeśli chodzi o rozwiązania wykorzystane w kotłach nowego typu była konieczność zastosowania w nich wentylatorowych palników wspomagających odprowadzanie zimnych spalin na zewnątrz. Palniki wciąż były 1-stopniowe, ale od tego momentu już tylko krok nas dzielił od rozwiązań stosowanych obecnie. Warto również zaznaczyć, że inżynierowie podeszli do tematu bardzo innowacyjnie, pozostawiając wszakże korpus kotła o dużej pojemności wodnej, ale jednocześnie wyposażyli go w dodatkowe elementy, które do tej pory montowane były poza urządzeniem, jak pompa obiegowa, zbiornik wody użytkowej, zawór przełączający, naczynie przeponowe itd.

3. Pierwsze „domkowe” kotły kondensacyjne ze sprawnością znormalizowaną. Dzięki kompaktowym rozwiązaniom stają się elementem aranżacji wnętrz	4. Pierwszy kocioł wiszący Eurola. Zastosowano w nim już modulację pracy palnika, w zakresie aż 1:4	5. Obecne innowacje – kondensacyjna centrala grzewcza Vitovalor 300-P, która do poprawy efektywności kotła kondensacyjnego wykorzystuje naturalne właściwości minerału zeolit

Kotły naścienne

Rok później, w 1995 r., nastąpił kolejny przełom w technice kotłowej – kotły grzewcze „wylądowały na ścianie”. I znów udało się to osiągnąć dzięki stali szlachetnej, która gwarantowała niewielką wagę kotła. Trudno sobie wyobrazić, aby masywny kocioł żeliwny o dużej pojemności wodnej zaistniał w wersji wiszącej. Dążenie do budowy mniejszych, bardziej kompaktowych urządzeń zmusiło konstruktor do opracowania wymiennik spaliny/ woda o mniejszej pojemności wodnej, a to z kolei – do zabudowy pompy obiegowej jako wyposażenia standardowego oraz – uwaga – do zastosowania modulowanej pracy palnika! Produkowany od 1995 r. kocioł o nazwie Eurola (rys. 4) dostępny był w czterech mocach (11, 15, 18, 24 kW) i miał zakres modulacji aż 1:4. Taki zakres modulacji spotykany jest w dzisiejszych kotłach dobrej klasy.

Opisane ewolucje w branży grzewczej, zwłaszcza w kotłach domowych, nie mogłyby nastąpić, gdyby nie stal szlachetna. W efekcie dzisiaj, dzięki efektowi kondensacji, niemal w 100% wykorzystuje się energię zawartą w paliwie. Cieńsze ścianki oznaczają lepszą plastyczność stali, przez co wymienniki ciepła można dowolnie kształtować, a to pozwala budować coraz bardziej kompaktowe urządzenia, tak potrzebne w dobie projektowania budynków bez kotłowni.

Kierunki przyszłości

Obecnie wydaje się, że kotły kondensacyjne zatrzymały się w swojej ewolucji. Z gazu już więcej nie da się „wycisnąć”. Powstają nowe sposoby sterowania procesem spalania i regulacji temperatury wody w obiegach grzewczych. Pojawiają się także rozwiązania innowacyjne, wykraczające nieco dalej niż dotychczas, jak choćby Vitovalor 300-P. To kondensacyjna centrala grzewcza (rys. 5) wykorzystująca właściwości minerału zeolit do poprawy efektywności pracy kondensacyjnego kotła gazowego nawet o 30%. Dodatkowa energia doprowadzana jest z gruntu lub słońca, zapewniając przemianę fazową wody. Wymiennik ciepła w centrali wykonany jest, rzecz jasna, ze stali szlachetnej, której pierwsze zastosowanie ponad 40 lat temu dało początek dynamicznej ewolucji kotłów i zdecydowanie rewolucji – dzięki kondensacji. A co jeszcze przyniesie przyszłość, to chyba każdy z nas chciałby wiedzieć.

Autor: Dawid Pantera

Cykl „Ewolucja, czy rewolucja?” to projekt edukacyjny zainspirowany współpracą redakcji „Polskiego Instalatora” z fachowcami z Akademii Viessmann. Do udziału w nim zapraszamy także inżynierów czy szkoleniowców z innych firm branży grzewczej oraz z innych branż w zakresie instalacji. W kolejnych artykułach cyklu chcemy prześledzić – na konkretnych przykładach – ostatnie kilka-kilkanaście lat rozwoju technologii w instalacjach, modyfikację idei towarzyszących zmianom, a także poznać trendy i perspektywy na najbliższe lata. Mamy też nadzieję znaleźć odpowiedź na zasadnicze pytanie: czy zmiany, jakie zaszły, to ewolucja, czy rewolucja?