docNie puszczają
download 
Reklamacja Transkrypt
Nie puszczają
instalacje i wyposażenie 2013-11 instalacje i wyposażenie fot. VIESSMANN Coraz droższe paliwa i wynikające z tego rosnące koszty ogrzewania skłaniają do zainteresowania się urządzeniami, dzięki którym można obniżyć rachunki. Dlatego decydując się na kocioł gazowy, najlepiej wybrać kondensacyjny Nie puszczają Kotły kondensacyjne pary Tekst Piotr Laskowski W spalinach kotłów jest para wodna. W wyniku jej skroplenia uwalnia się ciepło, które można wykorzystać do ogrzewania domu. Potrzebny jest do tego kocioł kondensacyjny. iedy jakaś substancja zmienia swój stan skupienia, to między nią a otoczeniem jest wymieniana energia. Żeby litr wody o temperaturze 100 o C zamienić w parę wodną (nie zmieniając K 140 murator 11 jej temperatury), trzeba dostarczyć do niej 0,6 kWh energii. Tę energię można odzyskać, skraplając parę wodną – zmieniając się z gazu w ciecz, oddaje ona do otoczenia energię nazywaną ciepłem skraplania (kondensacji). Kotły grzewcze, które wykorzystują to zjawisko, są bardziej zaawansowane technicznie i zużywają mniej paliwa, dzięki czemu ich eksploatacja jest tańsza niż tych, w których nie dochodzi do kondensacji pary wodnej. Za to kotły kondensacyjne są droższe. Przez długi czas ich produkcję uznawano za nieopłacalną. Skoro prosty palnik atmosferyczny i wymiennik ciepła z miedzianych rur wystarczą, by gazowy kocioł osiągał sprawność zbliżoną do 90%, to nie warto było komplikować jego budowy, żeby zmniejszyć zużycie paliwa zaledwie o kilkanaście procent. Ale postęp technologiczny doprowadził do tego, że zbudowanie niezawodnego kotła kondensacyjnego o niewielkich gabarytach stało się znacznie prostsze i stosunkowo tanie. Jednocześnie rosły ceny paliw i coraz większą wagę zaczęto przywiązywać do ilości zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery. W rezultacie od kilku lat zdecydowana większość nowych modeli kotłów gazowych wprowadzanych 2013 140_147_M11_13_kondensacyjne_S.indd 140 2013-09-25 14:38:17 instalacje i wyposażenie Jak to wygląda W kotle kondensacyjnym palnik znajduje się wewnątrz szczelnego korpusu wymiennika ciepła spaliny-woda i jest połączony z wentylatorem, który wtłacza mieszankę paliwowo-powietrzną, powodując też wydmuchiwanie spalin do przewodu spalinowego. Skropliny spływają po wewnętrznej powierzchni wymiennika do znajdującego się na dole odpływu w ciekły. Wystarczy, by spaliny ochłodziły się w wymienniku ciepła kotła do temperatury punktu rosy, która dla gazu ziemnego spalanego w dobrze wyregulowanym palniku wynosi mniej więcej Jak to się dzieje 57o C. Nieco niższa (mniej więcej Ze spalania paliw kopalnych, skła- o 3 o C) jest w przypadku spalania dających się przede wszystkim ze w kotle propanu. związków węgla i wodoru, uzysku- Ciepło uwalniane w trakcie spalaje się dwutlenek węgla (CO 2) i parę nia paliwa w kotle jest odbierane wodną (H 2O). Reakcję spalania przez wodę przepływającą przez zupełnego gazu ziemnego wysoko- wymiennik ciepła spaliny-woda. metanowego składającego się głów- W zwykłych kotłach jest on skonnie z metanu CH4 opisuje równanie: struowany tak, że temperatura spaCH4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2O, a gazu lin po przepłynięciu przez niego płynnego składającego się przede nie obniża się do mniej niż 100 o C. W kondensacyjnych jest niższa, by wszystkim z propanu C 2H6: 2C 2H6 + 7O 2 ® 4CO 2 + 6H 2O. spaliny oddawały ciepło skraplania Woda jest też jednym ze składników podgrzewanej wodzie. Ale dlaczego każdego paliwa oraz powietrza, które nie wszystkie kotły wykorzystują dociera do palnika kotła. W rezultacie taką możliwość? spaliny z kotłów w dużej części składają się z pary wodnej. W warunkach, Dlaczego kotły kondensacyjne jakie występują w układzie spalinowym (skład mieszaniny gazu, ciśnie- są droższe Odebranie przez wodę większej nie), łatwo ulega ona kondensacji, czyli przechodzi ze stanu gazowego ilości ciepła w wymienniku kotła 142 murator 11 fot. VIESSMANN na rynek to urządzenia kondensacyjne. Olejowe, choć powstają, w naszym kraju wciąż są jeszcze zbyt drogie, by przekonać do nich wielu klientów. fot. VIESSMANN fot. VAILLANT Budowa kotła gazowego jest stosunkowo prosta. Spaliny, unosząc się znad dysz palnika, ogrzewają znajdujący się nad nim wymiennik ciepła z ożebrowanych rur, którymi przepływa woda, i trafiają do przewodu spalinowego w górnej części obudowy. W tym wypadku ich przepływ wymusza znajdujący się tam wentylator, bo kocioł ma wprawdzie palnik atmosferyczny, ale także zamkniętą komorę spalania Elementem palników kotłów kondensacyjnych jest siatka, która żarząc się, oddaje ciepło przez promieniowanie. Istotnym parametrem jest zakres modulacji mocy palnika – im większy, tym lepiej. W kotłach kondensacyjnych moc może być zredukowana nawet poniżej 20% maksymalnej przy zachowaniu bardzo wysokiej sprawności wydaje się być proste. Wystarczy zwiększyć powierzchnię wymiany ciepła. Spaliny mogłyby być schładzane do 25 o C – woda o takiej temperaturze krążąca w instalacji c.o. może jeszcze zapewnić ogrzewanie pomieszczeń do temperatury komfortu (tak jest w przypadku ogrzewania podłogowego). Do instalacji grzewczej trafia wtedy więcej ciepła – sprawność kotła jest wyższa. Ale jednocześnie pojawia się kilka problemów. Przede wszystkim kondensat – o kwaśnym odczynie spowodowanym głównie obecnością w paliwie związków siarki. Podzespoły prostych kotłów gazowych (wymienniki ciepła, palniki) są z metali nieodpornych na działanie kwasu, przez co w kontakcie ze skroplinami szybko ulegają zniszczeniu. Zastosowanie lepszych materiałów sprawia, że kocioł jest znacznie droższy. Kolejny problem to konstrukcja palnika i wymiennika ciepła. 2013 140_147_M11_13_kondensacyjne_S.indd 142 2013-09-25 14:38:20 instalacje i wyposażenie Odporne na korozję fot. PARADIGMA Wymienniki ciepła w gazowych kotłach kondensacyjnych są ze stopu aluminium i krzemu, który bardzo dobrze przewodzi ciepło, a jednocześnie jest odporny na korozję fot. Mariusz Bykowski Innym materiałem do produkcji wymienników jest stal kwasoodporna (austenityczna) potocznie nazywana szlachetną. Ma niższy współczynnik przewodzenia ciepła niż stop aluminium i krzemu, ale za to ścianki wymienników wykonywanych z blachy stalowej są wielokrotnie cieńsze niż odlewanych z tego stopu (więc przewodzą ciepło co najmniej równie skutecznie) i są jeszcze bardziej odporne na korozję. Ich gładka powierzchnia ułatwia spływanie skroplin fot. VIESSMANN Kondensacja w kotle olejowym zachodzi w dodatkowym wymienniku ciepła ze stali szlachetnej, do którego spaliny przepływają z wymiennika żeliwnego, takiego jak w kotle niekondensacyjnym. Kondensacyjne kotły na olej nie osiągają tak wysokiej sprawności jak gazowe, bo w ich spalinach jest mniej pary wodnej. Do tego punkt rosy występuje przy nieco niższej temperaturze 144 murator 11 Kotły niekondensacyjne mają palniki atmosferyczne – ze swobodnym dopływem powietrza z otoczenia. Gorące spaliny w naturalny sposób się unoszą, więc wymiennik ciepła musi być umieszczony nad płomieniem, bo tam jest najwyższa temperatura. Ściekający z wymiennika kondensat nie może zakłócać pracy palnika, dlatego w kotłach kondensacyjnych jest on zupełnie inny – nie atmosferyczny, tylko wentylatorowy. Dzięki działaniu wentylatora spaliny są kierowane poziomo – do wymiennika ciepła o kształcie cylindrycznym – albo w dół – wtedy wymiennik ciepła może być umieszczony pod palnikiem. W obu przypadkach spływający z wymiennika kondensat nie zakłóca pracy palnika. Kształt nowoczesnych wymienników ciepła kotłów kondensacyjnych jest też zoptymalizowany pod kątem odprowadzania z nich skroplin do kanalizacji w taki sposób, aby przy okazji spłukiwały zanieczyszczenia z jego powierzchni. Kolejny istotny problem wynika z niskiej temperatury spalin. Efekt kominowy – tak zwany ciąg – jest niewystarczający, by spaliny w naturalny sposób wypłynęły na zewnątrz przez komin. Rozwiązaniem jest wentylator, o którym była już mowa. Zasysa powietrze oraz paliwo, a powstałą mieszankę tłoczy do palnika. Spaliny są wpychane do przewodu spalinowego i bez problemu wypływają na zewnątrz. Ile można zyskać Różnicę w ilości zużywanego przez kotły paliwa obrazuje ich sprawność – wyższa o 1% oznacza, że kocioł zużywa o 1% mniej paliwa. Współczesne niskotemperaturowe kotły niekondensacyjne mają sprawność średnioroczną (ustalaną na podstawie znormalizowanych badań w warunkach symulujących rzeczywiste warunki pracy kotła) na poziomie 90-94%. Zbadana w ten sam sposób sprawność kotła kondensacyjnego jest wyższa o kilkanaście procent. Wnikliwi zauważą, że oznacza to, iż jest ona wyższa od 100%, co wydaje się przeczyć zdrowemu rozsądkowi. 2013 140_147_M11_13_kondensacyjne_S.indd 144 2013-09-25 14:38:22 instalacje i wyposażenie Ale to nie pomyłka, tylko skutek odnoszenia sprawności kotłów do wartości opałowej paliwa – wielkości, w której nie uwzględnia się obecności pary wodnej. Kiedyś uznano, że ciepło kondensacji nie będzie w kotłach odzyskiwane, i taki sposób obliczania ich sprawności energetycznej uznano za właściwy. Wartość opałowa jest ilością energii uwalnianej w postaci ciepła z paliwa podczas jego spalania całkowitego i zupełnego przy założeniu, że para wodna zawarta w spalinach nie skrapla się i że spaliny mimo to osiągają początkową temperaturę paliwa (przed spaleniem). Ponieważ w kotle kondensacyjnym dochodzi do skroplenia się pary wodnej, uzyskuje się dodatkową ilość energii i w rezultacie sprawność kondensacyjnego kotła na gaz ziemny może wynosić nawet 111%. Nieco mniejszą osiągają kotły na propan. Z czego to wynika? W cząsteczce metanu (głównego składnika gazu ziemnego) na jeden atom węgla przypadają 140_147_M11_13_kondensacyjne_S.indd 145 cztery atomy wodoru, a w cząsteczce propanu tylko trzy. To się przekłada na mniejszą zawartość pary wodnej w spalinach kotłów na propan, a w konsekwencji na nieco mniejszą ilość ciepła, które można z nich odzyskać. Dlatego maksymalna sprawność kotła na propan to 109%. Z tego samego powodu jeszcze mniejsza jest sprawność kondensacyjnych kotłów na olej opałowy – 104%. Oczywiście podane wartości są teoretyczne – w praktyce maksymalna sprawność kotłów jest o 2-4% mniejsza, co jest spowodowane nieuniknionymi stratami energii do otoczenia. musi mieć temperaturę niższą od punktu rosy, czyli w najlepszym razie nie wyższą niż 57oC. Nie ma z tym problemu, gdy kocioł współpracuje z instalacją ogrzewania podłogowego, bo z zasady projektuje się ją, zakładając, że temperatura zasilającego ją czynnika grzewczego wynosi najwyżej 55 oC, a wracającego do kotła jest o 10 oC niższa. Możliwe jest przyjęcie jeszcze niższych parametrów, ale nie zawsze jest to uzasadnione ekonomicznie, bo wtedy powierzchnia grzewcza musi być większa, a więc do wykonania instalacji ogrzewania podłogowego potrzeba więcej rur. Nawet w czasie pracy kotła z pełną mocą w instalacji Jaka powinna być o parametrach 55/45 oC dochodzi w nim do kondensacji i osiąga on instalacja c.o. Z faktu, że do kondensacji dochobardzo wysoką sprawność. Dlatego dzi dopiero wtedy, gdy spaliny uważa się, że kotły kondensacyjne zostaną silnie schłodzone, wyninajlepiej stosować do współpracy ka konieczność odpowiedniego z ogrzewaniem podłogowym. wykonania instalacji c.o. Chłodzi je Wątpliwości budzi zasadność zasibowiem czynnik grzewczy (woda) lania przez kocioł kondensacyjny przepływający przez wymiennik instalacji ze zwykłymi grzejnikami ciepła kotła. Wpływając do niego, konwekcyjnymi. 2013-09-26 14:18:29 instalacje i wyposażenie Spaliny, powietrze i skropliny fot. Piotr Mastalerz fot. Piotr Mastalerz Producenci zalecają stosowanie do kotłów kondensacyjnych koncentrycznych przewodów powietrzno-spalinowych (rura w rurze), którymi jednocześnie są odprowadzane spaliny (rurą wewnętrzną) i jest doprowadzane powietrze do palnika (rurą zewnętrzną). Umożliwia to wstępne ogrzanie powietrza ciepłem spalin, co przyczynia się do zwiększenia sprawności kotła W kotle kondensacyjnym powstaje 0,1 l/h skroplin na kilowat mocy. Układ ich odprowadzania do kanalizacji trzeba regularnie kontrolować, bo jeśli gromadzące się w nim zanieczyszczenia zablokują odpływ, to może dojść nawet do uszkodzenia kotła Typowe parametry czynnika grzewczego to w takim przypadku co najmniej 70 o C na zasilaniu i raczej nie mniej niż 55 o C na powrocie. Wtedy jeszcze sytuacja nie jest zła, bo do pełnej kondensacji nie dochodzi tylko w czasie silnego mrozu (gdy na zewnątrz jest mniej niż kilkanaście stopni poniżej zera). Przez większą część sezonu grzewczego, kiedy instalacja nie musi pracować z pełną mocą i czynnik grzewczy ma niższą temperaturę, kocioł odzyskuje z pary wodnej sporo ciepła. Sprawność uśredniona dla całego sezonu grzewczego jest tylko nieznacznie niższa od maksymalnej. Projektując nową instalację grzewczą z kotłem kondensacyjnym, można dobrać grzejniki odpowiednie do jeszcze niższych parametrów – takich, przy których kocioł osiągnie najwyższą sprawność. Ale ich powierzchnia jest wtedy większa, więc są one droższe i nie zawsze się to opłaca. Gorzej, gdy kocioł kondensacyjny ma być zastosowany w starej instalacji dostosowanej do parametrów 90/70 o C (typowych w instalacjach z kotłem na paliwo stałe). Kotły kondensacyjne mogą podgrzewać 146 murator 11 wodę do tak wysokiej temperatury, jednak wówczas nie dochodzi w nich do kondensacji, dlatego nie osiągają wyższej sprawności niż zwykłe. Powierzchnia grzejników dobranych przy takich parametrach jest znacznie mniejsza niż wtedy, gdy czynnik grzewczy ma parametry 70/55 o C. Kiedy kocioł dostarcza wodę o temperaturze 70 o C, oddają ciepło do pomieszczeń z mocą dużo mniejszą od zakładanej, więc przez znaczną część sezonu grzewczego nie zapewniałyby w nich wymaganego komfortu cieplnego. Czy w takiej sytuacji warto kupować kocioł kondensacyjny? Tak, ale pod warunkiem że dom zostanie docieplony, dzięki czemu zmniejszą się straty ciepła i wynikające z nich zapotrzebowanie na moc grzejników. Doprowadzenie powietrza i odprowadzenie spalin Wiele osób (w tym także niektórzy instalatorzy) nie zdaje sobie sprawy z tego, że na uzyskanie deklarowanej przez producenta kotła sprawności duży wpływ ma układ doprowadzenia powietrza i odprowadzenia spalin. Punkt rosy, czyli temperatura, poniżej której dochodzi do kondensacji pary wodnej, zależy między innymi od ilości powietrza dopływającego do palnika. Informuje o tym współczynnik nadmiaru powietrza l (lambda). Żeby gaz ziemny wysokometanowy spalał się w całości, potrzeba mniej więcej o 30% więcej powietrza, niż wynika z równania reakcji chemicznej. Współczynnik l powinien więc wynosić 1,3. Palniki kotłów gazowych mają modulowaną (zmienną) moc – o natężeniu przepływu paliwa decyduje specjalny zawór, a za dostarczanie odpowiedniej ilości powietrza odpowiada wentylator z układem regulacji wydajności. Aby ten układ mógł pracować prawidłowo, zapewniając wymagany współczynnik l w całym zakresie modulacji mocy, konieczne jest doprowadzanie powietrza i odprowadzanie spalin ściśle określonymi przewodami. W instrukcjach montażu wielu kotłów kondensacyjnych można znaleźć informację, że do tego celu można zastosować wyłącznie zestaw powietrzno-spalinowy oferowany przez producenta kotła. 2013 140_147_M11_13_kondensacyjne_S.indd 146 2013-09-25 14:38:27 P Warto ewnie każdy, kto się zastanawia nad wyborem kotła, zadaje sobie pytanie, czy warto zapłacić więcej za to, że jest kondensacyjny. Czy jego sprawność, wyższa niż zwykłego, może przynieść oszczędności rekompensujące większy wydatek? Ogrzewanie przeciętnie ocieplonego domu (o wskaźniku zapotrzebowania na energię do ogrzewania 120 kWh/(m2·rok)), nawet niezbyt dużego (o powierzchni 150 m2), oraz przygotowywanie ciepłej wody dla zaledwie trzyosobowej rodziny przy obecnych cenach gazu ziemnego (mniej więcej 2,3 zł/m3) kosztuje rocznie blisko 5,5 tys. zł, jeśli wykorzystuje się do tego zwykły kocioł gazowy o sprawności 90%. Zakładając, że kocioł kondensacyjny zużyje o 15% mniej paliwa (w praktyce oszczędność bywa nawet większa), otrzymujemy różnicę 910 zł rocznie. Zatem przez pięć lat oszczędzimy ponad 4,5 tys. zł (zwłaszcza gdy gaz będzie drożał) i jeszcze więcej, jeżeli paliwem będzie nie gaz ziemny, tylko propan, bo ogrzewanie nim kosztuje co najmniej o połowę więcej, więc i oszczędności są o połowę większe. Ale nawet 4,5 tys. zł wystarczy na pokrycie różnicy między ceną kotła kondensacyjnego i zwykłego. A ponieważ trwałość tych urządzeń ocenia się na co najmniej dziesięć lat, to dopiero wtedy, gdy inwestycja w kocioł kondensacyjny jest droższa o 9 tys. zł, można mieć wątpliwości, czy jest opłacalna. Wynika to z tego, że tylko taki został zoptymalizowany pod kątem działania konkretnego urządzenia. Oczywiście na rynku jest wiele systemów kominowych do kotłów kondensacyjnych oferowanych przez niezależnych producentów, zwykle w cenie atrakcyjniejszej od zestawu „fabrycznego”. Decydując się na tańszy produkt, trzeba jednak liczyć się z tym, że współpracujący z nim kocioł może nie osiągać maksymalnej możliwej sprawności, a jego producent będzie mógł to wytłumaczyć doborem niewłaściwego systemu powietrzno-spalinowego. By uniknąć problemów, trzeba koniecznie brać pod uwagę zalecenia producenta dotyczące średnicy, długości, liczby i sposobu zmian kierunku prowadzenia przewodów spalinowego oraz doprowadzającego powietrze do spalania. W wielu przypadkach kłopoty z działaniem kotła kondensacyjnego wynikają z wykorzystania do odprowadzania spalin istniejącego tradycyjnego komina, zabezpieczonego wprawdzie przed zniszczeniem przez kwaśne skropliny, ale takiego, w którym nie udało się spełnić wymagań dotyczących przede wszystkim oporów przepływu. Zdecydowanie najlepiej jest podjąć decyzję o wyborze kotła kondensacyjnego przed wybudowaniem domu, bo wtedy można zrezygnować ze wznoszenia komina murowanego i zastąpić go przewidzianym do wybranego kotła koncentrycznym przewodem powietrzno-spalinowym. W przypadku kotłów o mocy do 21 kW (w domach jednorodzinnych) może on być wyprowadzony z kotłowni przez ścianę i zakończony 0,5 m od niej. r 140_147_M11_13_kondensacyjne_S.indd 147 2013-09-26 14:02:13
