Kotły kondensacyjne

Kotły kondensacyjne to jedne z tych urządzeń, które pokazują, jak bardzo zmienia się technologia grzewcza. Dodatkowo systematyczny spadek cen sprawia, że są one dostępne dla coraz większej liczby inwestorów.

Czym jest kondensacja? Zjawisko to możemy zaobserwować na co dzień wokół siebie, gdy para wodna zawarta w powietrzu skrapla się na przykład w postaci rosy. Para wodna znajduje się również w spalinach będących efektem pracy kotłów spalających paliwo (w tym wypadku gaz lub rzadziej – olej opałowy). Co ważne, przy zastosowaniu odpowiedniej technologii można z niej uzyskać dodatkową energię, która zazwyczaj ucieka przez komin. To właśnie potrzeba odzyskania tej energii doprowadziła do powstania kotłów kondensacyjnych, które – dzięki odpowiedniej konstrukcji – pozwalają na dodatkowe schłodzenie spalin i wydobycie energii w nich zawartej. Obniża się tym samym ich temperatura, która jest zaledwie kilka stopni wyższa od temperatury wody powracającej do kotła – wyjaśnia Arkadiusz Tomiczek, kierownika ds. technicznych i serwisu w firmie Paradigma. 

Fot. De Dietrich
Spaliny wyrzucane przez tradycyjny kocioł są bardzo gorące (mają ok. 100°C), ale emitowane przez kocioł kondensacyjny mogą zostać schłodzone nawet do 35°C. Proces wykraplania spalin pozwala więc odzyskać energię, którą dotąd bezpowrotnie traciliśmy – jest to zysk rzędu nawet 11%.
Efektywność odzyskiwania energii w głównej mierze zależy od konstrukcji urządzenia. Tu najważniejsze są takie elementy, jak zespół przygotowywania mieszanki palnej gaz-powietrze, palnik, wymiennik ciepła i zespół powietrzno-spalinowy dostarczający powietrze do spalania i odprowadzający spaliny. Niska temperatura tych ostatnich dodatkowo obniża straty kominowe, a indywidualne rozwiązania stosowane przez poszczególnych producentów (wysoka sprawność wymienników spaliny/woda, lepsze palniki – np. bezpłomieniowe, dokładniejsze układy regulujące proces tradycyjnego spalania) jeszcze bardziej podwyższają parametry kotłów. Nic dziwnego, że tego typu urządzenia są droższe niż urządzenia konwencjonalne (choć ta sytuacja szybko się zmienia).

Działanie i dobór
Praca kotła zaczyna się od przygotowania mieszanki powietrza z gazem, która następnie jest wtłaczana do palnika. Im stopień wymieszania będzie większy, tym większa będzie też efektywność spalania, dlatego w kotłach kondensacyjnych ten proces jest w pełni kontrolowany (w odróżnieniu od tradycyjnych odpowiedników). Poza tym ich konstrukcja musi być wzmocniona, gdyż elementy urządzenia są narażone na szkodliwe działanie kwasów będących produktem kondensacji. W celu podniesienia skuteczności działania praktycznie wszystkie nowoczesne kotły tego typu zostały wyposażone w automatykę sterującą pracą, a poszczególne elementy (np. wentylacja) charakteryzują się podwyższonymi parametrami.
Wybierając kocioł, jeśli w domu nie ma innych urządzeń grzewczych, zapewne będziemy chcieli wykorzystać go nie tylko do ogrzewania budynku, ale również do przygotowywania c.w.u. W większości małych obiektów (czyli w domach jednorodzinnych lub mieszkaniach) zapotrzebowanie na moc dla potrzeb c.w.u. znacznie przewyższa zapotrzebowanie wymagane dla c.o. Dla domu jednorodzinnego o powierzchni 150 m2 maksymalne zapotrzebowanie dla ogrzewania wynosi od 8 kW do 12 kW, a na zapewnienie minimalnego komfortu c.w.u. (prysznic i zmywanie naczyń w tym samym czasie) – 21-24 kW, przy czym zapotrzebowanie na moc dla c.o. jest zmienne, gdyż zależy od temperatury zewnętrznej – ocenia Witold Twardowski, ekspert ds. technicznych w firmie Immergas Polska. I jednocześnie podkreśla, że o wyborze kotła decyduje głównie wymagany komfort ciepłej wody użytkowej, a przede wszystkim czas oczekiwania, możliwość jednoczesnego korzystania z kilku punktów poboru i stabilność jej temperatury. Aby było to jak najwygodniejsze, należy zaopatrzyć się w kocioł z odpowiednio zwymiarowanym (to już kwestia indywidualna) zasobnikiem c.w.u. (dwufunkcyjny z wbudowanym zasobnikiem lub współpracujący z nim jednofunkcyjny).

Typy kotłów
W odróżnieniu od innych nowoczesnych urządzeń grzewczych (np. pomp ciepła) kocioł kondensacyjny nie wymaga instalacji niskotemperaturowej (choć przy takich na pewno będzie działał efektywniej) – spokojnie poradzi sobie z zasilaniem instalacji do temperatury np. 80°C.
Kotły kondensacyjne występują, podobnie jak tradycyjne, w wersji jedno- i dwufunkcyjnej, a także z zabudowanym zasobnikiem c.w.u. Kotły jednofunkcyjne są tańsze, gdyż ich przeznaczenie sprowadza się wyłącznie do ogrzewania wody w instalacji grzewczej budynku. 

Fot. ACVBardziej uniwersalne są wersje dwufunkcyjne, które ogrzewają wodę w c.o. oraz utrzymują odpowiednią temperaturę wody użytkowej. Ta druga jest podgrzewana „na żądanie”, ale odbywa się to w miarę szybko, dlatego kotły tego typu muszą charakteryzować się wyższą mocą niż wymagana przez instalację centralnego ogrzewania. Gdy zużycie wody jest większe, trzeba skorzystać z dodatkowego zasobnika (o pojemności od 20 l do 150 l) z wężownicą albo warstwowego – to pozwoli wyeliminować problemy niewielkiej wydajności i niestabilności temperatury ciepłej wody.
Kotły kondensacyjne występują tylko w wersji z zamkniętą komorą spalania (tradycyjne mają jeszcze wersje atmosferyczne, pobierające powietrze do spalania z pomieszczeń, w których się znajdują). Dzięki temu proces usuwania spalin/pobierania powietrza jest całkowicie odizolowany od wnętrza mieszkalnego – to zapewnia bezpieczeństwo użytkowania (w przypadku awarii spaliny nie dostaną się do pomieszczenia) oraz pozwala korzystać z takich urządzeń również w pomieszczeniach codziennego użytku (nie dochodzi do wychłodzenia pokoju wskutek poboru powietrza przez kocioł). Zaoszczędzimy też na przestrzeni, gdyż kotłownia nie będzie nam potrzebna.
Niezbędnym warunkiem skorzystania z tych wszystkich zalet jest odpowiedni system odprowadzania spalin. Proces ten może odbywać się na kilka sposobów. Na przykład, przez rurę w kominie, zamontowaną tak, by przestrzenią między nią a ściankami możliwe było zasysanie powietrza do kotła. Gdy kocioł znajduje się w oddzielnym pomieszczeniu, powietrze można pobierać z przestrzeni wokół urządzenia. Eksperci oceniają jednak, że skutkuje to obniżeniem sprawności o ok. 0,5%. Trzeci sposób to tak zwany system rury w rurze – jedną odprowadza się spaliny, a przez drugą, okalającą tę pierwszą, zasysa się powietrze do kotła. To, jakie rozwiązanie zastosujemy, w dużej mierze zależy od mocy kotła: urządzenia do 21 kW mogą korzystać z przewodu wystawionego na zewnątrz przez ścianę. Te o większej mocy spaliny muszą mieć usuwane ponad dach.
Trzeba jednak mieć na uwadze, że niska temperatura spalin sprawia, iż nie powstaje naturalny ciąg, więc mogą pojawić się problemy z ich samoczynnym usuwaniem. Zamknięta komora spalania oraz wentylator zasysający powietrze i wypychający spaliny przez przewód skutecznie rozwiązują ten problem. Koncentryczne przewody powietrzno-spalinowe, którymi doprowadza się powietrze i odprowadza spaliny, muszą być też odporne na agresywne kwasy pojawiające się w skroplinach. Dlatego komin koniecznie trzeba wyposażyć w specjalny wkład ze stali kwasoodpornej, tak by nie został on uszkodzony.

Ponad normę
Sprawność 107% czy 109% – takimi parametrami szczycą się kotły kondensacyjne. Na pierwszy rzut oka jest to błąd logiczny. Czym bowiem jest sprawność urządzenia grzewczego? Najprościej rzecz ujmując, to stosunek energii wykorzystanej do energii włożonej (tu: zawartej w paliwie). Niezależnie, jak byśmy się starali – nie nagniemy praw fizyki. Czy więc parametry podawane przez producentów to wyłączenie chwyt marketingowy?
Nie do końca – sprawa wyjaśnia się, gdy sięgniemy do historii. Okazuje się bowiem, że do nowoczesnych kotłów kondensacyjnych stosuje się stare kryteria, pierwotnie odnoszące się do tradycyjnych kotłów. Niegdyś panowało przekonanie, że energii zawartej w parze wodnej odzyskać się nie da, dlatego pod uwagę brano wartość opałową wyłącznie samego paliwa. Stąd trzeba rozróżnić wartość opałową paliwa od ciepła spalania. To pierwsze określa ilość ciepła uzyskiwaną przy całkowitym i zupełnym spaleniu jednostki paliwa, przy odprowadzeniu powstającej przy tym pary wodnej w postaci lotnej. Natomiast ciepło spalania to ilość ciepła uzyskana przy całkowitym i zupełnym spaleniu jednostki paliwa łącznie z ciepłem parowania, zawartym w parze wodnej spalin. Jeśli chcielibyśmy stosować dziś bardziej logiczne (i odpowiadające rzeczywistości) określenia sprawności, wtedy nowoczesne kotły niekondensacyjne oraz kondensacyjne miałyby odpowiednio sprawność w granicach 82% i 98% (przy starych założeniach jest to 90% i 109%). Ocenia się, że górną graniczną wartością sprawności jest 111% dla urządzeń opalanych gazem ziemnym, 109% dla tych na propan oraz 106% dla wersji na olej opałowy.
Nawet w „poprawionych” parametrach widzimy jednak, że kocioł nie jest w stanie pracować ze 100% skutecznością. Niezależnie bowiem od tego, czy zastosowana zostanie technika kondensacyjna, czy też tradycyjna, dochodzi do nieuniknionych strat cieplnych. Główne z nich to straty wylotowa (kominowa) oraz spowodowana wymianą ciepła do powietrza otaczającego kocioł (w tym tzw. strata zachowania gotowości do pracy). Nowoczesne urządzenia potrafią je zminimalizować dzięki niższej temperaturze spalin, obniżonym stratom ciepła do otoczenia czy niskoemisyjnym palnikom z regulacją modulowaną, które pozwalają na krótsze okresy stygnięcia kotła.

Kondensacja na oleju
Kotły kondensacyjne to nie tylko urządzenia na gaz. Istnieją też wersje spalające olej opałowy. Mają jednak sprawność o kilka procent niższą niż ich odpowiedniki gazowe, ale za to o 10% większą od tradycyjnych kotłów. Urządzenia olejowe wymagają też zdecydowanie niższej temperatury do kondensacji – jest to około 47°C. Skutkuje to jednak emisją zasiarczonych spalin i skroplin, co wymaga stosowania innych rozwiązań niż przy kotłach gazowych. Do tego dochodzi obowiązek okresowego czyszczenia wymiennika z pyłu zawartego w spalinach.

Fot. Junkers
Modeli kondensacyjnych na olej jest zdecydowanie mniej niż tych na gaz, mimo to można już nabyć urządzenia zarówno wiszące, jak i stojące (te pierwsze dotąd były wyjątkową rzadkością). Zwykle są to modele będące połączeniem wymiennika niekondensacyjnego oraz specjalnego wymiennika ciepła.
Przy takich rozwiązaniach do kondensacji nie dochodzi w kotle: tam olej spalany w tradycyjny sposób przekazuje ciepło wodzie grzewczej. Gdy spaliny opuszczają kocioł, są kierowane do wymiennika, gdzie po schłodzeniu dochodzi do wykroplenia wody i odzyskania ciepła. Takie rozwiązanie pozwala korzystać z zysków kondensacji w urządzeniach, które normalnie uległyby uszkodzeniu pod wpływem działania kondensatu. Specjalna konstrukcje kotła (dwuwarstwowa komora spalania, która nie dopuszcza do kondensacji, oraz umieszczony z tyłu kotła dodatkowy kondensacyjny wymiennik ciepła, w którym maksymalnie odbiera się ciepło ze spalin) zapewnia urządzeniom trwałość i efektywność działania.

Kotły pulsacyjne
Najnowszym (ale jeszcze mało popularnym) typem kotła kondensacyjnego są modele pulsacyjne. Tutaj – zamiast ciągłego spalania – mamy do czynienia z technologią mikrowybuchów. Palnik zastąpiono komorą spalania, co o kilka procent zwiększyło wydajność urządzenia, jeśli idzie o zużycie gazu oraz energii elektrycznej. Niższa jest też temperatura spalin (25-50oC), co umożliwia usuwanie ich bezpośrednio przez ścianę (nie ma konieczności budowania komina) za pośrednictwem rury PVC – energia cieplna przekazywana jest bezpośrednio otaczającej wodzie grzewczej, a turbulentny przepływ powoduje, że para wodna w całości ulega kondensacji. Dodatkowym atutem modeli pulsacyjnych jest fakt, że nie zanieczyszczają się od wewnątrz, co sprawia, że użytkowanie odbywa się bez utraty sprawności cieplnej.
Arkadiusz Kaczanowski

Korzystanie z serwisu oznacza akceptację naszego regulaminu
Używamy plików cookies, by ułatwić korzystanie z naszych serwisów. Więcej o plikach cookies w polityce prywatności.