Drewno - postęp czy zacofanie. Czym ogrzewać nasze domy?

 Ostatnie problemy Ukrainy i Europy z dostawami rosyjskiego gazu znowu rozbudziły dyskusję, czym palić w kotłach centralnego ogrzewania. Gdy przed ponad dwudziestu laty mój teść architekt, projektując nasz dom, powiedział: pamiętaj, w każdym pomieszczeniu musisz mieć możliwość zainstalowania „kozy"(1). Gaz gazem, a pewność jest tylko po stronie drzewa. I dzięki temu mam w każdym pokoju dostateczną liczbę kanałów wentylacyjnych, które zawsze można wykorzystać jako kanały spalinowe. Tylko czy będzie taka konieczność?

 Ostatnie lata spowodowały, że prawie nikt już nie pamięta, iż ilość gazu przeznaczona na ogrzewanie była limitowana, a przekroczenie przyznanego limitu najpierw zwiększało jego cenę dwukrotnie, później czterokrotnie. Dawne czasy, które przypomniały mi się, gdy ciśnienie gazu na naszej granicy spadało. Zostawmy to, jako zagrożenie, które się nigdy nie spełni. Nie zapominajmy jednak, że dostawy nie ustaną, bo zależy na tym obu stronom (Rosja ma za gaz określone pieniądze), tylko jaka będzie cena dostarczanego gazu? Pytanie niby proste, tylko odpowiedź na nie już nie. Każdy z nas, zajmujący się techniką grzewczą, zapytany, czym ogrzewać obiekty gospodarcze lub mieszkalne, stoi przed bardzo trudnym zadaniem. Gdy muszę sam odpowiedzieć na takie pytanie, nigdy nie pada odpowiedź jednoznaczna, bo, moim zdaniem nie ma takiej odpowiedzi. Dlaczego? Postaram się to uzasadnić.

Paliwa stałe

  Co mamy do dyspozycji? Zacznijmy od paliw stałych, które używane są najdłużej. Węgiel kamienny i brunatny (w Polsce rzadko używany), drewno - w bardzo różnej postaci, słoma, zboża energetyczne (te dwa ostatnie paliwa dopiero zaczynają istnieć na rynku). Nie mniej popularne są olej opałowy, gaz ziemny i płynny, energia elektryczna -wykorzystana bezpośrednio lub za pomocą pompy ciepła. Na końcu możemy wymienić geotermię (ciepło ziemi) i energię słoneczną, oba źródła ciepła jeszcze bardzo mało w Polsce popularne. Każde z wymienionych paliw ma swoje wady i zalety. Gdy zaczynamy rozmawiać o wadach, to na pewno zaraz padnie argument ceny energii. Często, a zależy to od tego, kogo się reprezentuje, właśnie cena jest wymieniana jako zaleta, jeżeli jest ona niższa niż ceny energii z innych źródeł. Jak widać to, co dla jednej strony jest zaletą, dla innej może być wadą. Przy okazji warto zwrócić uwagę na nierzetelność niektórych źródeł informacji. Obliczenie rzeczywistego kosztu energii cieplnej pochodzącej z różnych źródeł nie jest sprawą prostą. Niektórzy autorzy takich zestawień ograniczają się do prostego przeliczenia wartości grzewczej paliwa i jego ceny, zapominając o sprawności urządzeń, w których paliwo jest spalane lub kosztach dostawy paliwa i usunięcia pozostałości po spalaniu (popioły), czego na pewno nie wolno pominąć. Takie elementy bardzo poważnie mogą zmienić wynik analizy porównawczej.

Kotły na drewno

   W artykule chciałbym zająć się kotłami opalanymi drewnem. W „Magazynie Instalatora" było już sporo artykułów na ten temat i nie mam zamiaru z nimi konkurować. W każdym artykule można znaleźć coś ciekawego dla siebie. Poglądy autorów na ten temat mogą być bardzo różne, w zależności co się wymienia jako wadę, a co jako zaletę takiego paliwa. Chciałbym się zająć kotłami spalającymi drewno, ale nie tymi spalającymi drewno wprost lub przez pirolizę, tylko kotłami spalającymi granulat drzewny (pelet). Kotły te są coraz bardziej popularne, ale wiedza o nich, ich zaletach i wadach jest jeszcze mało znana. Zacznijmy jednak od kosztów, gdyż ten argument pada najczęściej na samym początku dyskusji o wyborze źródła ciepła.

   Zgodnie z Rozporządzeniem Ministerstwa Środowiska z dn. 4. 08. 2003 r. (Dz. U. Nr 163 poz. 1584) paliwem jest również biomasa, rozumiana jako produkty składające się w całości lub w części z substancji roślinnych pochodzących z rolnictwa lub leśnictwa używane w celu odzyskania zawartej w nich energii. Przyjrzyjmy się bliżej kotłom spalających produkty z drewna, takie jak najmniej przerobione, bo tylko rozdrobnione zrębki oraz granulat drzewny (pelet) i brykiety drzewne. Zacznijmy od analizy drewna jako paliwa. 1 m ³ drewna litego odpowiada 2,5 m³ zrębków i 0,5 t granulatu drzewnego. Wartość opałowa drewna zależy od jego wilgotności. Drewno suche to 18 MJ/kg, a przy wilgotności 30% wartość ta spada do ok. 13 MJ/kg (węgiel ma 26 MJ/kg, a olej 42 MJ/kg). Jak widać, aby uzyskać określony efekt cieplny, trzeba spalić więcej drewna, ale już porównanie kosztów uzyskanej energii cieplnej wygląda zupełnie inaczej. Spróbujmy ustalić koszt energii z różnych źródeł i porównać je. Znalezienie danych np. w internecie nie jest takie łatwe. Podane tam ceny były tak różne, że sam się zastanawiałem, skąd się to bierze. Może to wynikać z błędnej analizy kosztów, ale także zmieniających się cen nośników energii. Robiąc analizę zwrotu kosztów inwestycyjnych, przejrzałem wiele tabel znalezionych na stronach internetowych. Czasami różnica podanych kosztów była tak znaczna, że bez wykonania specjalnych przeliczeń można było podane tam wielkości odrzucić jako mało wiarygodne. Jaki jest problem z prawidłowym wyliczeniem kosztów ogrzewania, pokazuje ostatnia podwyżka gazu oraz wahania cen oleju opałowego. Wprowadzenie podatku od korzystania z energii cieplnej ziemi (geotermia) podniosło koszt ogrzewania w Zakopanem o 35% (wiadomość z TVP). Czy w takich warunkach, ktoś odważy się zapewnić inwestora, że projektując mu określony system, proponuje mu najkorzystniejszy sposób ogrzewania?

Wady i zalety

   Do zobrazowania zalet i wad źródeł energii przyjąłem wartości, zastosowane przeze mnie do innej analizy ekonomicznej (poziom cen kwiecień 2005 r.). Można je będzie porównaç z tymi, które ukażą się w następnym numerze (poziom cen styczeń 2006). I tak węgiel jako paliwo to koszt 20 zł/GJ dla kotłów nowoczesnych i 30 zł/GJ dla kotłów starych, gaz ziemny - 44 zł/GJ dla kotłów tradycyjnych, 33 zł/GJ dla kotłów nowych i 25 zł/GJ dla kotłów kondensacyjnych, olej - 58 zł/GJ, propan - 70 zł/GJ. Patrząc na koszt energii cieplnej uzyskanej przy spalaniu granulatu drzewnego (peletu) 25 zł/GJ wyraźnie widać, co się opłaca spalać (spotkałem także wartość 10,42 zł/GJ, ale przyjąłem ją jako mało prawdopodobną - była podana przez producenta peletu). Biorąc pod uwagę różnice, jakie mogą wypaść tylko z błędnego przyjęcia niektórych wartości, warto skorzystać z inicjatywy Redakcji i zajrzeć do każdego numeru, aby się upewnić, w którym kierunku ceny zmierzają. Mając takie dane, firma, która ma wieloletnie doświadczenie w projektowaniu i wykonawstwie systemów grzewczych, na pewno zrobi taką analizę lepiej niż ktoś, kto opiera się tylko na materiałach relamowych niektórych producentów kotłów.

Ekologia

 Nowe regulacje prawne (Ustawa z dn. 27.04.2001 Prawo Ochrony Środowiska Dz. U. nr 62 poz. 627 z późn. zm.) mają na celu poprawę jakości powietrza poprzez zmniejszenie emisji zanieczyszczeń, zwłaszcza szczególnie szkodliwych dla zdrowia metali ciężkich i substancji zakwaszających (tlenki siarki i azotu). W roku 2003 Sejm podjął Uchwałę w sprawie polityki ekologicznej państwa, w której uwzględnia perspektywy ochrony środowiska na lata 2007-2010. Większość wydawanych aktów prawnych dotyczy źródeł ciepła o mocy od 1,0 MW, ale na pewno odpowiednie instytucje zaczną się przyglądać kotłom o mniejszej mocy. Np. w Niemczech nikt nie instaluje małych kotłów na węgiel, gdyż nie jest w stanie spełnić wymagań stawianych jakości spalin usuwanych do atmosfery. Jest to przykład na to, że i u nas zaczniemy coraz baczniej przyglądać się indywidualnym źródłom ciepła. Obecnie nie obowiązują żadne akty prawne normujące poziom emisji zanieczyszczeń do środowiska, ale mamy kryteria energetyczno-emisyjne atestacji na „znak bezpieczeństwa ekologicznego" opracowane przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu (zielone jabłko jako znak), które stanowią podstawę do oceny jakości produkowanych kotłów na paliwo stale. Kryteria te zostały opracowane dla kotłów o mocy poniżej 1,0 MW i wielu producentów uwzględnia je, chociaż nic ich do tego nie zmusza, w swoich nowych konstrukcjach. Decydując się na któryś z dostępnych na rynku kotłów na paliwo stałe, warto sprawdzić, czy spełnia on kryteria „znaku bezpieczeństwa ekologicznego". Co może poprawić sytuację pod względem ekologicznym, a nie pogarszać sytuacji ekonomicznej inwestora? Pytanie powinno brzmieć: czy jest taki sposób ogrzewania, który emituje mniej substancji szkodliwych, a koszt energii jest porównywalny z kosztem energii dotychczas stosowanej? Tak! Jest! Takim paliwem jest granulat drzewny nazywany powszechnie peletem (od ang. pellet).

Pelet

   Podstawowym surowcem do produkcji peletu są odpady drzewne z tartaków, zakładów przeróbki drewna oraz leśne odpady drzewne (wióry, zrębki). Nic nie stoi na przeszkodzie, aby taki granulat robiç z kory, słomy lub wierzby energetycznej, ale wtedy zawiera on więcej popiołu (pelet to mniej niż 1,5%). Norma niemiecka (DIN 51731) podaje, że pelet powinien mieć: wilgotność <12%, zawartość popiołu <1,5%, wartość opałową 17,5-19,5 MJ/kg (polscy producenci podają 18 MJ/kg), siarka <0,08% i azot <0,3%. Porównajmy to z innymi paliwami.   Jedną z zalet spalania peletu jest to, że popiół, którego jest znacznie mniej niż przy spalaniu węgla, można wysypać w ogródku i nie trzeba martwić się, co z nim zrobić. Wadą kotłów na paliwo stałe jest ograniczona możliwość regulacji. Nowe konstrukcje kotłów powoli eliminują i te problemy, ale w dalszym ciągu nie mają automatycznego rozruchu, bo kocioł należy rozpalić i nie można go potem wygasić, gdy zapotrzebowanie na ciepło spada. Nowoczesne kotły spalające pelet są pozbawione tej wady. Palniki na pelet mają automatyczny zapłon (jeszcze nie wszystkie oferowane na polskim rynku) i pełną regulację z pogodową włącznie. Dzięki temu kotły te stały się prawie idealnym źródłem ciepła dla odbiorców potrzebujących mocy kotłowni do 500 kW. Palniki na pelet mają płynne sterowanie mocy. Przy małych mocach (do 40-60 kW) zasobniki na pelet najczęściej stoją obok kotłów, przy mocach większych wykorzystuje się specjalne podajniki z nagarnianiem, które zamontowane w podłodze pozwalają na tworzenie dużych składów paliwa. Dla małych kotłowni pelet można dostarczać w workach i z nich wsypywaç do zasobnika w miarę potrzeb, przy dużych zaś pelet dostarczany jest luzem i wsypywany bezpośrednio do składu paliwa. Przy takich dostawach bardzo często transport wchodzi już w cenę zakupu peletu. Popatrzmy teraz na konstrukcję takich kotłów i ich automatykę. Mówiąc o konstrukcji, możemy ograniczyć się do rodzaju palnika i jego połączenia z kotłem. W większości kotłów oferowanych na polskim rynku, konstrukcje ich mało się różnią, palniki zaś można podzielić na podstawowe: palniki retortowe (podawanie paliwa od dołu lub z boku) i palniki nadmuchowe. Już pierwszy rzut oka na kocioł pozwala nam rozróżnić, który z tych palników został użyty. Nie ma idealnych sposobów wytwarzania ciepła. Każdy ma swoje wady i zalety. Myślę, że spalanie peletu, szczególnie w małych i średnich gospodarstwach, ma więcej zalet niż wad. Przy wyborze kotła warto zwrócić uwagę, czy ma system zabezpieczania przed cofnięciem się ognia do zasobnika paliwa. W niektórych kotłach jest to zbiornik z wodą i rurką zatkaną woskiem. Gdyby temperatura w miejscu przyłączenia rurki wzrosła (ogień się cofa), wosk się wytopi i woda zaleje palnik. Innym rozwiązaniem są odpowiednie czujniki elektroniczne uruchamiające gaszenie lub wstrzymanie pracy kotła.  Czy mamy już odpowiedź na pytanie postawione w tytule? Uważam, że jest to postęp. Dlaczego? Bo zamiast gazu czy oleju opałowego używamy paliwa, które znajduje się obok nas. Nie potrzeba sprowadzać go z daleka. Przy odpowiedniej gospodarce zasobami leśnymi nie powinno go nigdy zabraknąć. A koszt energii cieplnej z takiego paliwa? Nie przypuszczam, chociaż nie jestem wróżką, aby przekroczył cenę ciepła z innych źródeł. Uważam, że warto się zastanowić nad zwiększeniem zastosowania tych kotłów w naszej gospodarce.