Wejście w życie we wrześniu 2015 roku rozporządzeń związanych z ekoprojetem wymusiło na polskim rynku przyspieszenie w instalowaniu gazowych kotłów kondensacyjnych. Wszelkie odgórne próby ingerowania w to, co inwestor powinien stosować, budzą automatycznie, często uzasadnioną nieufność powodowana tym, że szereg przepisów jest wdrażanych pod wpływem takiego czy innego lobby biznesowego.
Ekoprojekt
W przypadku ekoprojektu, założenia wprowadzania nowych wymagań były na tyle transparentne, że rynek instalacyjno-grzewczy przyjął te zmiany bez większych sprzeciwów. Przejście na technologie kondensacyjną w przypadku gazowych urządzeń grzewczych skutkuje konkretnymi rezultatami w postaci zmniejszenia zużycia gazu na cele grzewcze oraz znaczne zmniejszenie emisji tlenków azotu, dwutlenku węgla i tlenków siarki do atmosfery.
Gaz ziemny jest najczystszym paliwem naturalnym. W jego przypadku emisja CO2 jest o 30% mniejsza, niż przy spalaniu ropy oraz aż o 60% mniejsza, niż w przypadku wykorzystania węgla. Dużo mniejsza jest emisja SO2, pyłów i węglowodorów aromatycznych. Coraz to nowocześniejsze urządzenia grzewcze, wykorzystujące technikę kondensacyjną spalające gaz ziemny jako paliwo powodują, że korzystanie z tego paliwa staje się jeszcze bardziej ekologiczne niż dotychczas.
Niskie koszty wytwarzania energii, czystość spalin i kotłowni oraz komfort użytkowania stawiają gaz ziemny na czele wśród nośników energii
Czym różni się kocioł kondensacyjny od niekondensacyjnego
Przy wprowadzaniu w życie wymogów ekoprojektu, wiele osób zadawało sobie pytanie: czym kocioł kondensacyjny tak naprawdę się różni od tradycyjnego gazowego kotła konwencjonalnego czyli niekondensacyjnego? Najważniejszą różnicą jest to, że w kotłach kondensacyjnych występuje zjawisko kondensacji, w której ciepło jest odbierane podczas skraplania pary wodnej zawartej w spalinach. W tradycyjnych kotłach zjawisko kondensacji nie występuje, dlatego część ciepła ulatuje niewykorzystana wraz ze spalinami do otaczającej budynek atmosfery. Bardziej fachowo – kondensacja polega na wykorzystywaniu ciepła pary wodnej zawartej w spalinach. Woda z obiegu centralnego ogrzewania wracająca do kotła trafia najpierw do drugiej części wymiennika. W nim schłodzona poniżej punktu rosy para wodna oddaje ciepło, a sama zmienia stan skupienia – z gazu na ciecz. Kotły kondensacyjne podczas pracy „produkują" kondensat – skroploną parę wodną, którą należy odprowadzić do kanalizacji, dlatego podczas wyboru miejsca instalacji tego rodzaju kotła należy uwzględnić miejsca odprowadzenia kondensatu. Dzięki zjawisku kondensacji wykorzystywany jest praktycznie w całości potencjał energetyczny paliwa, dzięki czemu jego zużycie jest mniejsze. Według niektórych danych, zredukowane zużycie energii może być nawet o 16% mniejsze w stosunku do kotłów gazowych konwencjonalnych i nawet o 36% mniejsze w porównaniu do kotłów węglowych, pomimo znacznego postępu, jaki się dokonał w konstrukcji tych ostatnich.
Warto pamiętać o ilości kondensatu. Na każdy metr sześcienny spalonego gazu ziemnego w warunkach domowych wykrapla się około od 1 do 3 litrów kondensatu (w zależności od rodzaju gazu), co na przestrzeni całego roku może dać nawet kilka tysięcy litrów
Automatyka
Pełnię swoich możliwości kotły kondensacyjne rozwijają w określonych warunkach pracy. Najwyższą sprawność osiągają, gdy temperatura wody po grzaniu ma około 40÷50°C, a powracająca z obiegu centralnego ogrzewania jest jak najchłodniejsza. Oprócz oszczędnej i wydajnej technologii warto rozważyć wyposażenie kotła w tzw. automatykę – czyli urządzenia, które zoptymalizują pracę kotła i będą „pamiętać" o komforcie domowników. Na przykład regulator pokojowy odpowiednio włączy lub wyłączy kocioł, aby utrzymać temperaturę pomieszczeń w określonych wartościach. Z kolei regulator pogodowy, dzięki czujnikowi zewnętrznemu, dostosuje pracę kotła do temperatury na zewnątrz. Natomiast programatory dobowe i tygodniowe zapamiętają godziny obecności i aktywności domowników.
Zakres modulacji mocy kotła kondensacyjnego
Kotły kondensacyjne mogą pracować z niższymi temperaturami czynnika grzewczego niż klasyczne niskotemperaturowe kotły konwencjonalne, co przekłada się na możliwość pracy z mniejszą mocą palnika. Dlatego, współczesne kotły kondensacyjne mogą pracować z bardzo niskimi mocami minimalnymi, wynoszącymi nawet do 10% mocy znamionowej. Są one bardzo elastycznym źródłem ciepła, którego moc może się dopasować do aktualnego zapotrzebowania. Nowoczesne kotły kondensacyjne charakteryzują się także szerokim zakresem modulacji mocy palnika.
Zakres modulacji mocy bardzo często wynosi od 3 do 28,0 kW, co daje moc minimalną na poziomie jedynie 10% mocy nominalnej. Dla kotłów tradycyjnych tak niski poziom mocy minimalnej jest nieosiągalny
Kotły tradycyjne mogą zmodulować jedynie do poziomu około 40% mocy nominalnej. Ta cecha pozwala dopasowywać moc, z jaką pracuje kocioł do aktualnego zapotrzebowania na ciepło ogrzewanych pomieszczeń, co znacząco przekłada się na ekonomiczną pracę bez przegrzewania pomieszczeń. Przy ujemnych temperaturach zewnętrznych, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest wysokie, kocioł, dzięki wysokiej mocy maksymalnej, jest w stanie zapewnić odpowiednią ilość ciepła. Wraz ze wzrostem temperatury zewnętrznej, spada zapotrzebowanie na moc cieplną niezbędną do ogrzania pomieszczeń. Kocioł obniża moc, z którą pracuje tak, aby dopasować się do aktualnego zapotrzebowania na ciepło, a co za tym idzie pobiera mniejszą ilość gazu. Szeroki zakres modulacji to również mniejsza ilość uruchomień i dłuższe cykle pracy z niskimi temperaturami czynnika grzewczego, co przekłada się na wyższą sprawność kotła i całego systemu. Kotły pracujące z dużym nadmiarem mocy w stosunku do mocy aktualnie potrzebnej pracują cyklicznie z dużą ilością załączeń i wyłączeń. W związku z wybiegiem pompy i przewietrzaniem komory spalania (w kotłach atmosferycznych – grawitacyjnym, a w kotłach z zamkniętą komorą spalania – wymuszonym) dochodzi do wyrzutu przez przewód kominowy ciepła znajdującego się w instalacji. Tego typu straty generowane są zarówno przy starcie, jak i po wyłączeniu palnika. Dodatkowo, przy starcie palnika, do momentu zapalenia się i ustabilizowania płomienia na całym palniku, część gazu nie zostaje spalana. Szeroki zakres modulacji mocy kotła gazowego gwarantuje bardziej ekonomiczną pracę oraz wydłuża czas eksploatacji urządzenia. Im zakres modulacji mocy jest szerszy, tym praca kotła gazowego będzie bardziej ekonomiczna. A to z kolei, przekłada sięna niższe koszty ogrzewania i oczywiście dalsza redukcję szkodliwych gazów do atmosfery.
Temperatura pracy
Możliwość pracy kotłów kondensacyjnych z niewielkimi mocami jest cechą, dzięki której są źródłami ciepła wskazanymi do stosowania w obiektach o małym zapotrzebowaniu na ciepło, w tym do mieszkań w budownictwie wielorodzinnym. W takim przypadku zastosowanie klasycznego niskotemperaturowego kotła konwencjonalnego, z uwagi na jego wysoką moc minimalną, wielokrotnie przekraczającą moc zapotrzebowaną, prowadzi do sytuacji, w której straty ciepła są porównywalne z ilością ciepła zużytego do ogrzewania pomieszczeń.
Stosując kocioł kondensacyjny, można pracować z temperaturą czynnika grzewczego na minimalnym poziomie, wystarczającym dla dostarczenia ciepła w ilości aktualnie zapotrzebowanej – niezbędnej do zapewnienia komfortu termicznego użytkowników
Niestety taka sytuacja, którą należy traktować jako błąd jest w dalszym ciągu powszechna w praktyce instalacyjnej. Straty ciepła w całym systemie grzewczym, obok jakości termoizolacji i połaczeń, zależą także od temperatury czynnika grzewczego – im temperatura jest wyższa, tym straty są większe. Stosując kocioł kondensacyjny, ograniczamy straty ciepła w całym systemie grzewczym do niezbędnego minimum. Kotły kondensacyjne stosuje się wszędzie tam, gdzie instalacja grzewcza pracuje na tzw. niskich parametrach temperaturowych, tj przy ogrzewaniu podłogowym lub ściennym, czy stalowych lub aluminiowych grzejnikach o dużej pojemności cieplnej. Po długich eksperckich dyskusjach na ten temat w których zakładano, że koły kondensacyjne mogą wspólpracowac tylko z grzejnikami o dużej pojemności cieplnej, okazało się, że, kotły kondensacyjne można z powodzeniem stosować także do ogrzewania we współpracy z dawniejszymi formami wymiany ciepła. Kotły kondensacyjne bardzo dobrze sprawdzają się w instalacji z grzejnikami żeliwnymi. Tego typu grzejniki posiadają dużą bezwładność termiczną – długo się nagrzewają i długo oddają zgromadzone ciepło. Dzięki temu kotły kondensacyjne mogą spokojnie pracować bez częstych zatrzymań palnika, co znacząco wpływa na ekonomię ich pracy. Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania pomieszczenia będzie zapewniona nawet przy zasilaniu instalacji niskim parametrem rzędu 50°C. Dodatkowo, często toczy się dyskusja, czy w przypadku kotów kondensacyjnych konieczne jest przewymiarowanie grzejników, tak aby zwiększyć ich pojemność cieplną? Tego typu rozwiązania stosuje się z dobrym efektem końcowym. Niemniej jednak nie zawsze jest to konieczne. Grzejniki, które były projektowane (dobrane) na parametry 70/55 mają swoją wielkość i mogą generować określoną moc cieplną. Chcąc zapewnić tą samą moc grzewczą grzejników projektując (dobierając) je na parametry 50/30, należałoby zwiększyć ich wymiary aż 3-krotnie. Kondensacja będzie zachodziła w kotle kondensacyjnym, gdy temperatura powrotu czynnika grzewczego będzie niższa od tzw. temperatury punktu rosy, która wynosi 57°C, co daje temperaturę zasilania na poziomie około 70°C – to gwarantuje kondensację przez cały rok. Biorąc pod uwagę instalacje projektowane (dobierane) na parametry 80/60, kotły kondensacyjne będą kondensować w takim systemie praktycznie przez 98% roku. Należy w tym przypadku przeanalizować odpowiedź, czy konieczne jest w takiej sytuacji instalować 3-razy większe grzejniki, które z uwagi na swoją wielkość mogą nie zmieścić się w wybranym miejscu montażu lub w miejscu poprzednich grzejników oraz są do tego droższe, aby uzyskać efekt kondensacji dodatkowo przez 7 dni w ciągu roku? Wynika z tego, że nie ma takiej konieczności „przewymiarowania" grzejników i wymiany ich na nowe w przypadku instalacji kotła kondensacyjnego w istniejącej już instalacji grzewczej. Niemniej jednak, najkorzystniejszymi rodzajami instalacji, z punktu widzenia techniki kondensacyjnej, są ogrzewania płaszczyznowe (w tym podłogowe), pracujące z niskimi temperaturami zasilania i powrotu. Tego typu ogrzewania pracują ze stosunkowo niską ΔT pomiędzy zasilaniem i powrotem, w związku z czym wymagają dużych przepływów czynnika grzewczego przez źródło ciepła. W takim przypadku decydujące znaczenie mają opory hydrauliczne kotła (wymiennik, wewnętrzne orurowanie, osprzęt). Wielokrotnie są one tak duże, że wymagany przez instalację przepływ nie jest możliwy do osiągnięcia. W takiej sytuacji stosuje się podłączenie kotła do instalacji poprzez sprzęgło hydrauliczne. Budynki powstałe w latach 80 – 90 i wcześniejszych ubiegłego wieku, w większości zostały lub są poddawane termomodernizacji, co powoduje zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło do ich ogrzewania, co jest równoznaczne z obniżeniem parametrów systemowych istniejących instalacji. W związku z powyższym, przy pracach modernizacyjnych związanych z wymianą kotła z klasycznego na kondensacyjny, wymiana grzejników nie jest konieczna.
Wykorzystanie kotła kondensacyjnego do zastosowań bez kondensacji
Konieczność zastosowania kotła jako źródła ciepła w instalacjach stałotemperaturowych z wysokimi temperaturami zasilania i powrotu, uniemożliwiającymi proces kondensacji (np. nagrzewnice wodne) nie wyklucza stosowanie kotłów kondensacyjnych, gdyż kotły kondensacyjne mogą pracować bez kondensacji, a ich sprawność w takiej sytuacji jest wyższa niż sprawność klasycznych wysokotemperaturowych kotłów konwencjonalnych. Dodatkową różnicą pomiędzy kotłami konwencjonalnymi a kotłami kondensacyjnymi jest temperatura odprowadzanych spalin. Kotły kondensacyjne są to urządzenia z zamkniętą komorą spalania i wymuszonym przepływem spalin.
Dzięki odizolowaniu procesu spalania od pomieszczenia, kotły te są bezpieczniejsze dla użytkowników niż kotły tradycyjne
Nie potrzebują komina, gdyż spaliny odprowadzane są bezpośrednio na zewnątrz domu. Do odprowadzenia spalin z kotłów kondensacyjnych można stosować tylko przewody kominowe zalecane przez producenta, wykonane z odpowiednich materiałów (kondensat jest silnie korozyjny). Wylot spalin może być ułożony prawie poziomo, ale tylko wtedy, gdy zezwala na to producent. W nowoczesnych kotłach temperatura spalin jest tylko 10÷15°C wyższa od temperatury wody powracającej z instalacji c.o., która wynosi około 30÷70°C. Dzięki temu stosowanie przewodów powietrzno – spalinowych z tworzyw sztucznych, wbrew pojawiających się od czasu do czasu opinni przeciwnych takiemu rozwiązaniu, obok przewodów powietrzno-spalinowych ze stali nierdzewnej jest całkowicie bezpieczne.
Korzyści wynikające ze zmiany kotła na kondensacyjny
Przejście z technologii kotła tradycyjnego na kocioł kondensacyjny niesie za sobą wiele korzyści dla użytkownika, a przede wszystkim pozwala na zmniejszenie zużycia gazu nawet o 20÷25%, co przekłada się na mniejsze koszty ogrzewania.
Paliwo spalane w kotłach gazowych jest paliwem węglowodorowym. Jednym z produktów spalania takich paliw jest woda, która ze względu na wysoką temperaturę spalin występuje w nich w postaci gazowej. Jeżeli na wymienniku kotła doprowadzi się do schłodzenia spalin poniżej temperatury punktu rosy, to w kotle zajdzie opisywany wcześniej proces kondensacji pary wodnej zawartej w spalinach. W klasycznych niskotemperaturowych kotłach konwencjonalnych proces kondensacji jest
procesem niepożądanym, prowadzącym do korozji elementów palników i komory spalania, awarii podzespołów elektronicznych i elektrycznych, kończących się często całkowitym zniszczeniem kotła.
Kotły kondensacyjne posiadają moduły kondensacyjne z wymiennikiem wykonanym z materiałów odpornych na działanie kondensatu, a także instalację umożliwiającą odprowadzanie kondensatu na zewnątrz kotła. Wymienniki kotłów kondensacyjnych, w porównaniu z wymiennikami klasycznych kotłów konwencjonalnych o tej samej mocy nominalnej, posiadają większą moc. Dzięki temu schłodzenie spalin jest w ich przypadku większe, niż w przypadku wymienników kotłów klasycznych. W takim przypadku temperatura spalin spada poniżej temperatury punktu rosy. Dochodzi do procesu kondensacji, a ciepło przemiany fazowej wody (tzw. ciepło utajone) wykorzystywane jest do celów grzewczych. Rozpatrując sprawność uzyskiwania ciepła w kotłach kondensacyjnych, do zysków ciepła wynikających z samego procesu kondensacji, należy dodać zysk wynikający z obniżenia straty kominowej.
Kotły kondensacyjne są obecnie jednymi z najpowszechniej instalowanych urządzeń grzewczych w Polsce. Oczywiście mogą być instalowane tylko tam, gdzie jest doprowadzona sieć gazowa, dlatego nie stanową konkurencji dla innych rozwiązań, w miejscach gdzie tego gazu nie ma, a inwestor nie zdecydował się na wykorzystanie zasilania gazem płynnym. W tego typu miejscach z powodzeniem zdaja egzamin urządzenia grzewcze oparte na OZE, które w przypadku instalacji z powodzeniem mogą współpracować w układach hybrydowych z gazowymi kotłami kondensacyjnymi, jak np. w przypadku kolektorów słonecznych. W obszarach wysokozurbanizowanych, zamiast indywidualnych urządzeń grzewczych, rozwiązaniem, które często się stosuje, jest podłączenie do sieci cieplnych, a na obszarach o indywidualnej lub rzadszej zabudowie, stosowane są kotły na paliwa stałe, w których już dopracowuje się także praktyczne wykorzystanie założeń techniki kondensacyjnej.
Autor: Janusz Starościk
