Kotły grzewcze — porównanie rodzajów ogrzewania
Kotły centralnego ogrzewania, podstawowa klasyfikacja
Istnieje wiele klasyfikacji związanych z podziałem kotłów c.o.
- w zależności od nośnika ciepła
- rodzaju spalanego paliwa
- sposobu spalania
- temperatury wody ogrzewanej w kotle
- wartości ciśnienia wytworzonej pary
- mocy cieplnej
- ciśnienia nośnika ciepła
Ze względu na rodzaj zastosowanego paliwa kotły c.o. można podzielić na:
- kotły na paliwa stałe
- kotły na paliwa ciekłe
- kotły gazowe
- kotły elektryczne
Kotły na paliwa stałe dzieli się na najczęściej:
Kotły węglowe, które ze względu na rodzaj użytego nośnika energii dzielmy na:
- kotły miałowe
- na eko-groszek oraz kotły na drewno
- na zrębki
- na pelet
- na słomę (biomasowe)
Kotły na paliwa gazowe dzielimy na:
- kotły kondensacyjne
- kotły niskotemperaturowe
Wskazówki pozwalające dobrać kocioł c.o. w przypadku budownictwa jednorodzinnego
W naszym kraju kotły c.o. stosowane w budownictwie jednorodzinnym to najczęściej kotły na paliwa stałe. Wynika to m.innymi z faktu iż w Polsce nie ma dostatecznej ilości złóż paliw płynnych. Niemniej obecnie inwestorzy coraz chętniej sięgają po takie rozwiązania jak kotły na paliwa ciekłe. Przy podjęciu decyzji o wyborze rodzaju kotła c.o. należy również uwzględnić możliwości magazynowania paliwa. W przypadku gazu płynnego lub oleju koniecznym jest dobór i właściwe usytuowanie zbiorników, co wpływa decydująco na podwyższenie kosztów inwestycji, ale oczywiście są też i zalety takich rozwiązań, m.innymi brak popiołów i konieczności ich składowania oraz wywozu oraz brak kurzu w kotłowni. Gaz ziemny nie wymaga jego magazynowania, ale warunkiem decydującym o tym rozwiązaniu jest możliwość podłączenia się do sieci, która póki co nie jest jeszcze dostępna na terenie całego kraju. Przy doborze kotłów należy brać pod uwagę cenę urządzenia, jego gabaryty, parametry pracy jak i wydajność eksploatacji. Dobór kotła c.o. z technicznego punktu widzenia, wyznaczana się z bilansu potrzeb cieplnych obiektów zasilanych. Uzależniony jest on przede wszystkim od rodzaju obiektu, sposobów współdziałania układów automatycznej regulacji obiegów c.o. wentylacji, rodzaju i sposobu przygotowania c.w.u. Moc kotłowni wynika z analizy zapotrzebowań na poszczególne cele grzewcze dla określonego czasu, tj. zimy, lata, okresów przejściowych co opisuje prosta zależność:
Qk = Qco + Qw + Qt + Qcwu [kWh]
gdzie:
Qk - moc kotłowni;
Qco - zapotrzebowanie na moc cieplną na cele grzewcze,
Qw - zapotrzebowanie na moc cieplną na cele wentylacji lub klimatyzacji,
Qt - zapotrzebowanie na moc cieplną na cele technologiczne,
Qcwu - zapotrzebowanie na moc cieplną na cele przygotowania c.w.u.
Qco - zapotrzebowanie na moc cieplną na cele ogrzewania przyjmuje się z projektu, lub określa się wg wskaźników kubaturowych. W budownictwie jednorodzinnym najczęściej, w którym zastosowano podgrzewacze pojemnościowe na cele c.w.u. kotły dobiera się w oparciu o obliczeniowe zapotrzebowanie na moc cieplną na cele c.o. W przypadku nowoczesnych kotłów gazowych i olejowych prawie zawsze jest zachowana stała sprawność w podawanym przez producentów zakresie regulacji mocy.
Przegląd najczęściej stosowanych kotłów na cele c.o.
Koszty ogrzewania należy podzielić na koszty inwestycji, późniejsze koszty utrzymania instalacji, oraz najważniejsze koszty paliwa. Najtaniej można zakupić kotły węglowe o bardzo małej możliwości regulacji temperatury wymagające częstego przebywania w kotłowni celem uzupełnienia paliwa i wyregulowania przepływu powietrza, istnieje tu możliwość wygaśnięcia kotła jak również nadmiernego podgrzania wody.
Kotły takie można stosować w budynkach z instalacją c.o. o dużej pojemności wodnej wykonaną w technologii stalowej. Cechuje je również niska sprawność oraz stosunkowo wysoka cena paliwa – można w nich spalać węgiel o sortymencie „orzech”. Zaletą kotłów tradycyjnych jest to, że są to jedyne kotły, które nie wymagają podłączenia instalacji elektrycznej. Wszystkie bardziej zaawansowane konstrukcje są wyposażone w urządzenia elektryczne niezbędne do pracy tych kotłów.
Jeżeli budynek jest wyposażony w nowszą instalację z grzejnikami o małej pojemności wodnej oraz przewody wykonane z metali nieżelaznych lub polimerów konieczne jest zastosowanie kotłów z możliwością regulacji temperatury wody zasilającej instalację c.o.. Do takiej grupy można zaliczyć kotły opalane miałem z możliwością regulacji temperatury wody wylotowej poprzez sterowanie przepływem powietrza do spalania, otrzymywanego z wentylatora podmuchowego. Kotły takie cechuje możliwość utrzymania stałej temperatury wody zasilającej, jednak wymagają one całkowitego wypalenia zasypanego do niego paliwa i ponownego załadowanie kotła paliwem i rozpalania, kotły te buduje się w taki sposób aby przy swoich nominalnych parametrach zasyp paliwa wystarczył na 24h.
Cena kotła jest wyższa od ceny kotła tradycyjnego ze względu na wyposażenie go w wentylator nadmuchowy oraz elektroniczny sterownik ale przez lepszą możliwość regulacji pracy kotła, osiągają one wyższą sprawność i paliwo w nich stosowane jest znacznie tańsze. Jeżeli użytkownik ceni sobie wygodę lub nie ma możliwości spędzania dużej ilości czasu w kotłowni powinien zaopatrzyć się w kocioł jak najbardziej zautomatyzowany. Te możliwości dają kotły z automatycznymi podajnikami paliwa. W kotłach tych regulowana jest ilość dawkowanego paliwa i powietrza potrzebnego do jego spalania. Do tej grupy można zaliczyć kotły na paliwa stałe oraz na paliwa ciekłe i gazowe.
Kotły na paliwa stałe dzielimy na kotły miałowe oraz na kotły na eko-groszek. W kotłach miałowych paliwo spalane jest najczęściej na ruszcie schodkowym i podawane podajnikiem tłokowym. Kotły na eko-groszek wyposażone są w palniki retortowe z podajnikami śrubowymi. Paliwo jest uzupełniane do zasobnika z którego podajnik pobiera je i mechanicznie transportuje do komory paleniskowej. Niektórzy producenci palników retortowych dopuszczają spalanie w tych palnikach również miału i biopaliwa w postaci peletów.
Do kotłów z automatycznymi podajnikami paliwa można stosować regulatory sterujące według temperatury w pomieszczeniach ogrzewanych. Obsługa takich kotłów sprowadza się do rozpalenia oraz okresowego uzupełniania paliwa w zasobniku i usuwania popiołu. Zastosowanie mechanicznych podajników paliwa powoduje znaczne podniesienie ceny kotłów i powoduje największą wadę tych urządzeń - bowiem mechaniczne części są wrażliwe na uszkodzenia spowodowane zużyciem oraz zanieczyszczeniami pochodzącymi z paliwa (elementy metalowe lub drewniane powodują blokowanie się podajników i wygasanie w kotłach, przed zniszczeniem podajnika w takiej sytuacji są one wyposażone w bezpieczniki mechaniczne zapobiegające spaleniu silnika lub uszkodzeniu elementów przekładni po zadziałaniu bezpiecznik należy wymienić). Niska cena paliwa stałego w porównaniu do paliw płynnych i gazowych powoduje, że jednostkowy koszt użytkowania kotła na paliwo stałe jest dużo niższy niż w przypadku innych sposobów ogrzewania. Jednak w przypadku niedużych instalacji w nowoczesnych domach jednorodzinnych o stosunkowo niewielkiej powierzchni użytkowej i dobrej izolacji termicznej zapotrzebowanie na ciepło jest bardzo małe a co za tym idzie ilość spalonego paliwa jest niewielka.
Przy małej ilości zakupionego paliwa nawet duża różnica w cenie jednostkowej nie stanowi dużego podniesienia kosztów ogólnych, koszty te mogą być zniwelowane poprzez brak konieczności utylizacji popiołu oraz mniej awaryjną pracę instalacji, brak narażonych na uszkodzenia części mechanicznych. Dlatego w przypadku instalacji gdzie zapotrzebowanie na ciepło jest duże uzasadnione jest stosowanie kotłów na paliwa stałe. W przypadku instalacji o mniejszym zapotrzebowaniu na ciepło należy rozważyć rozwiązanie z paliwem płynnym lub gazowym.
Na rynku obecnie dostępne są kotły gazowe, olejowe wolno stojące oraz kotły naścienne.
Charakterystyczną cechą tych kotłów jest układ zabezpieczająco - regulacyjny. Kotły gazowe o wydajności do 50 kW wyposażone są w proste w obsłudze palniki atmosferyczne, a w kotłach o wyższych mocach cieplnych stosuje się palniki wentylatorowe. Wydajność cieplna tych kotłów jest regulowana jedynie przez dławienie strumienia gazu dopływającego do palników. Bardzo często stosuje się kotły dwufunkcyjne. Kotły tego typu posiadają dwa wymienniki ciepła oraz równolegle funkcjonujące układy zabezpieczeń układu gazowego oraz wodnego. Tego typu rozwiązania winny być zaopatrzone w specjalne zawory gazowe lub bloki regulacyjne, stanowiące pełne zabezpieczenie działania. Przewagą tego typu rozwiązań jest nad kotłami na paliwa stałe są:
- praktycznie bezobsługowa eksploatacja;
- wysoka sprawność i jakość spalania przy małej emisji zanieczyszczeń,
- możliwość całkowitego zautomatyzowania działania kotła z regulacją jego mocy w zależności od chwilowego obciążenia cieplnego oraz możliwości programowania osłabienia mocy cieplnej w cyklu dobowym (osłabienie nocne lub tygodniowe),
- prosta kontrola zużycia ciepła (gazu),
- stała gotowość do pracy, szybkie uruchomienie,
- możliwość wielowariantowych rozwiązań kotłowni (w piwnicy, na poddaszu lub innym pomieszczeniu).
Na rynku polskim dostępne są następujące rozwiązania:
- kotły stojące
- kotły wyposażone w zbiorniku c.w.u.
- kotły wiszące
- kotły wiszące dwufunkcyjne
- kotły kondensacyjne
Te pierwsze służą do zasilania c.o, zaś drugie także do przygotowanie c.w.u. na cele grzewcze, wadą kotłów dwufunkcyjnych bez wątpienie jest jednak mały zakres regulacji wydatku c.w.u. Stosunkowo nowym rozwiązaniem są kotły kondensacyjne, są one tak skonstruowane aby część ciepła tzw. utajonego, które wydostaje się wraz ze spalinami przez komin zostało wykorzystane.
Ma to związek z budową wymiennika ciepła, bowiem w tym rozwiązaniu jest on znaczenie bardziej rozbudowany w porównaniu z wymiennikami kotłów konwencjonalnych. Są to rozwiązania wprawdzie bardziej energooszczędne, ale też i droższe. Wyposażone są w zamkniętą komorę spalania, a więc są to rozwiązania bardziej bezpieczne. Wadą bez wątpienie jest wytwarzanie dużej ilości kwaśnych skoplin, które odprowadza się do kanalizacji.
Kotły kondensacyjne ze względu na odzysk ciepła ze skraplania pary wodnej zawartej w spalinach najlepiej pracują przy bardzo niskiej temperaturze wody grzewczej. Uzyskują najwyższą w połączeniu z niskotemperaturową instalacją c.o. np. ogrzewaniem podłogowym. Aktualnie koszt ogrzewania budynku jednorodzinnego gazem z sieci gazowniczej jest porównywalny z kosztem użytkowania instalacji z zaawansowanym kotłem z mechanicznym podawaniem paliwa opalanym eko-groszkiem.
Problemem w przypadku kotłów gazowych jest brak dostępności na każdy terenie sieci gazowej. W takim przypadku konieczne jest stosowanie magazynów na paliwo w postaci płynnej. Możemy tu rozważyć kotły olejowe lub kotły zasilane gazem łatwo skraplającym się propan-butan. Stosowanie takich instalacji jest obwarowane szeregiem przepisów dotyczących magazynowania paliw.
Wygodnym rozwiązaniem jest dzierżawienie zbiornika na paliwo, wówczas użytkownik zawiera umowę najczęściej z dostawcą paliwa, który obciąża użytkownika kosztem dzierżawy zbiornika ale zajmuje się nim jako właściciel i pilnuje zgodności użytkowania zbiornika zgodnie z przepisami a także zapewnia przeglądy i wymagane przepisami urzędowe odbiory, łączy się to jednak z koniecznością zawarcia umowy na wyłączność zakupów paliwa od dostawcy zbiornika.
Ceny paliw płynnych są wysokie i ogrzewanie budynków tym paliwem jest droższe niż korzystanie z sieci gazowniczej. Jeżeli nie ma dostępu do sieci gazowej a budynek nie ma dużego zapotrzebowania na ciepło warto rozważyć zainstalowanie instalacji na paliwo płynne. Wybierając czy ma to być gaz czy olej trudno jest przewidzieć jak będą kształtowały się ceny tych paliw. Za zainstalowaniem instalacji na gaz płynny przemawia fakt, że można go także stosować w kuchni do przygotowywania posiłków i stosunkowo łatwe przejście na gaz sieciowy w przypadku powstania takiej instalacji w okolicy budynku.
Porównanie rodzajów ogrzewania
Koszty ogrzewania standardowego domu w warunkach polskich stanowią przeciętnie od 70-80% rosnących kosztów eksploatacji domu. Zależne są od wielu czynników, ale w pierwszym rzędzie zależą od standardu izolacyjności cieplnej budynku, a następnie od sprawności systemu grzewczego oraz rodzaju użytego paliwa. Poniżej na rysunku przedstawiono charakterystyczne wielkości dotyczące sprawności wytwarzania ciepła w źródle, wybranych rodzajów kotłów c.o.
Kotły na biomase (słoma) wrzutowe z obsługa ręczną o mocy do 100 kW 0,63Kotły węglowe wyprodukowane w latach 1980-2000 0,75Kotły węglowe wyprodukowane po 2000 0,82Piece olejowe, płaszczowe 0,84Kotły na paliwo gazowe lub płynne z otwartą komorą spalania(palnikami atmosferycznymi) i dwustawną regulacją procesu spalania 0,86Kotły niskotemepraturowe na paliwo gazowe lub płynne z zamkniętą komorą spalania i palnikami modulowanymi 0,91Kotły gazowe kondensacyjne 0,97Elektryczne grzejniki bezpośrednie: konwektorowe, płaszczyznowe 1
Warunki pracy kotłów grzewczych
Poza szeregiem uwarunkowań technicznych przy umieszczaniu nowoczesnych kotłów grzewczych należy rozważyć, gdzie należy usytuować kocioł. Ponieważ są one coraz bardziej eleganckie, więc wielu inwestorów nierzadko decyduje się na umieszczaniu ich np. w kuchni, oczywiście mowa o kotłach gazowych. W kotłowniach umieszcza się kotły grzewcze, z dużymi zasobnikami na cele c.w.u. Może to powodować dłuższe oczekiwanie na ciepłą wodę, w kuchni lub w łazience, z powodu wychłodzenie się jej w rurach aby temu zapobiec dosyć dobrym rozwiązaniem jest uzupełnienie instancji o tzw. cyrkulację c.w.u.
Umiejscowienie kotła grzewczego w łazience jest dobrym rozwiązaniem, oczywiście przy założeniu, że jest miejsce na tego typu rozwiązanie. Bez wątpienia zaletą w tego typu rozwiązaniach jest niewielka odległość od punktu poboru wody. W łazienkach często inwestorzy decydują się na kotły typu wiszącego ze zintegrowanym zasobnikiem lub kotły dwufunkcyjne, które nie magazynują ciepłej wody, ale podgrzewają ją na bieżąco. Dobrym rozwiązaniem jest kocioł z zamkniętą komorą spalania, bo nie pobiera on powietrza z pomieszczenia w którym się znajduje. Umiejscowienie kotła gzowego w kuchni, jest także polecane ze względu na miejsce. Można się zdecydować na kocioł z dużym zasobnikiem (stojącym, wiszącym lub zintegrowanym z kotłem), a ponieważ są one coraz bardziej estetyczne, więc nic nie stoi na przeszkodzie, aby wkomponować go, tak aby stanowił element dekoracyjny wnętrza.
Ma to też inne swoje zalety m.innymi łatwość serwisu z przodu tego typu urządzenia, na wypadek awarii. Można oczywiście pokusić się o inne rozwiązania, np. gazowy kocioł grzewczy umieścić w piwnicy, na poddaszu, ale należy pamiętać, iż nie w każdym pomieszczeniu możemy instalować kotły, dlatego przed jego umiejscowieniem wskazane jest aby poradzić się w tym zakresie specjalisty. Natomiast kotłownie na gaz ziemny winny spełniać wymagania opisane w normie PN – B -02431-1- „kotłownie wbudowane na paliwa gazowe o gęstości względnej mniejszej niż 1. – chodzi tu o gaz ziemny, którego gęstość wynosi 0,78 km /m 3 i oznacza to, iż gaz jest lżejszy od powietrza. W przypadku domów jednorodzinnych stosuje się kotły o mocach do 60 kW, a najczęściej chodzi o moce do 30 kW.
Tutaj, akurat nie ma miejsca na dowolność. Szczegółowe utytułowanie kotła na gaz ziemny ze względu na bezpieczeństwo, regulują przepisy. Tego rodzaju kotły sytuuje się w piwnicy, względnie na pierwszej lub ostatniej kondygnacji budynku. Kotłownia powinna mieć optymalną wysokość nie mniejszą niż 2,2 m , celem zapewnienie bezpieczeństwa należy zapewnić odpowiednią wentylacje pomieszczenia i rozwiązać sposób odprowadzania spalin. Niedopuszczalna jest w tym przypadku wentylacja wyciągowa.
Wymiana kotła grzewczego ze starego na nowy
Obecnie inwestorzy coraz częściej rozważają wymianę kotłów na nowe, spowodowane jest to oczywiście ciągle rosnącymi cenami nośników energii.
Przed podjęciem decyzji należy wziąć pod uwagę zalety i wady wcześniej opisane w części wstępnej, niemniej można w zależności od możliwości finansowych inwestora wziąć pod uwagę takie czynniki jak:
- cena nośnika energii, kalkulacja cenowa, odpowiedź na to pytanie w przypadku gospodarki rynkowej, jest praktycznie niemożliwa, ponieważ ceny paliw zmieniają się zbyt dynamicznie, aby na tej podstawie wysunąć radykalne wnioski. Niemniej ponieważ w dalszym ciągu cieszą się popularnością kotły tradycyjne na eko - groszek lub miałowe, które są łatwe i proste w obsłudze, jest wielu doświadczonych serwisantów, którzy w razie awarii systemu szybko potrafią je naprawić, więc może być to pewną wskazówką, przy wyborze tego typu urządzeń.
- gabarytu urządzenia, estetyka wykonania. W przypadku kotłów gazowych kiedy inwestor ma środki aby zainwestować na nieco droższe rozwiązanie, a także może z różnych względów nie posiadać specjalnego pomieszczenia typu kotłownia, można zakupić tego typu urządzenie i w przemyślany sposób wkomponować go we wnętrze np.[kuchni lub łazienki. Na rynku jest ogromny wybór w zależności od marki urządzenia jak i ceny.
- stale rosnąca świadomość społeczeństwa w zakresie zrównoważonego rozwoju, to czynniki, które też można brać pod uwagę przy wymianie urządzenia ze starego na nowe, aby chronić środowisko naturalne.
Literatura:
(1)Koczyk H. „Ogrzewnictwo praktyczne”, Poznań 2009 r. str. 200.
Opracowanie: mgr inż. Joanna Kopica, mgr inż. Radosław Turski.
Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.
