Ekonomiczny i ekologiczny kocioł węglowy

Eksploatacja kotłów spalających paliwa stałe jest bardziej absorbująca niż np. kotłów gazowych. Jednak nowoczesny kocioł na węgiel czy pellety, współpracujący z dobrze zaprojektowaną instalacją, pozwala zminimalizować te niedogodności.

Paliwo

Spalanie paliw stałych jest wbrew pozorom bardzo złożonym i trudnym do kontrolowania procesem. Mimo to nie musi przysparzać kłopotów, a pracę kotła da się zautomatyzować pod warunkiem jednak, że zadbamy o dobrą jakość paliwa. Nie bez przyczyny nowoczesne kotły węglowe są przeznaczone do spalania tzw. węgla kwalifikowanego o ściśle określonych parametrach (najpopularniejszy jest tzw. groszek). Podobnie pellety wyróżniają się spośród innych paliw z biomasy standaryzowanymi, powtarzalnymi parametrami.

Nawet najlepszy kocioł węglowy z nowoczesnym sterownikiem nie będzie dobrze pracował na paliwie złej jakości. Wybierzmy taki kocioł, dla którego wybrane przez nas paliwo przewidziano jako podstawowe. Najlepiej sprawdzić to w dokumentacji kotła - w tzw. danych techniczno-rozruchowych (DTR), a nie opierać się tylko na informacji sprzedawcy.

Uwaga! Nawet jeśli producent dopuszcza stosowanie innego paliwa, np. peletów zamiast węgla-groszku, to na takim "zastępczym" paliwie kocioł będzie pracował gorzej.

Od kotła oczekujemy, by miał wysoką sprawność, przekazywał do instalacji wymaganą ilość ciepła i zapewniał właściwą temperaturę wody grzewczej, a przy tym emitował jak najmniej zanieczyszczeń. Wymaga to kontroli następujących podstawowych parametrów: 1) ilości paliwa, które trafia do kotła; 2) intensywności (szybkości) spalania; 3) jakości spalania, która zależy od składu paliwa, ilości powietrza do spalania oraz temperatury panującej w kotle węglowym.

Teoretycznie wszystko to można zrobić ręcznie, tyle że palacz musiałby być doświadczony, mieć mnóstwo wolnego czasu oraz chęci, by spędzać go w kotłowni. W kotłowni w domu jednorodzinnym to nierealne, dlatego decydujemy się na automatykę, która uwalnia użytkowników od wielu czynności eksploatacyjnych. W praktyce potrzebny jest kocioł z zasobnikiem i podajnikiem paliwa, dobrym sterownikiem, który będzie nadzorował dozowanie opału oraz ilości powietrza do spalania.

Bardzo często potrzebne będą też urządzenia mieszające gorącą wodę zasilającą instalację z ochłodzoną, już z niej powracającą, bo niekoniecznie temperatura dobra dla grzejników jest również dobra dla kotła. Właściwa praca kotła w instalacji grzewczej wymaga też dobrania odpowiedniej pompy przetłaczającej wodę grzewczą, a niekiedy niezbędne są też urządzenia wspomagające zbyt słaby ciąg kominowy.

Podajnik i zasobnik

Podajnik czerpie opał z zasobnika i transportuje go do palnika kotła. Zasobnik ma zwykle pojemność kilkuset litrów, ale bywa i tak, że funkcję zasobnika pełni całe przylegające do kotłowni pomieszczenie. Najpopularniejsze są podajniki ślimakowe i tłokowe. Kotły węglowe bez podajnika trudno uznać za naprawdę nowoczesne, bo wymagają uzupełniania paliwa co kilka lub kilkanaście godzin, podczas gdy w kotłach z podajnikiem wystarczy to zrobić co kilka dni.

Sterownik

Sterownik to układ elektroniczny nadzorujący pracę kotła. Najlepszy efekt można by osiągnąć, łącząc sterownik z wieloma czujnikami temperatury oraz analizatorem składu spalin. Jednak taki zestaw kosztowałby więcej niż kocioł. Dlatego musimy zadowolić się sterownikami, wykorzystującymi znacznie mniej danych. Najprostsze są tzw. sterowniki dwustanowe pracujące w cyklu: intensywne palenie - podtrzymanie żaru. Te sterowniki są tanie i mogą współpracować z większością kotłów.

Parametry pracy kotła z takim sterownikiem: pożądaną temperaturę wody (tylko ona jest mierzona), czas podawania paliwa, długość przerwy pomiędzy kolejnymi podaniami paliwa oraz intensywność nadmuchu powietrza przez wentylator, musi ustawić sam użytkownik, kierując się głównie wyglądem płomienia.

Zmiana parametrów paliwa oznacza konieczność ponownego szukania optymalnych ustawień, dlatego dobre wyniki osiąga się, poświęcając na regulację sporo czasu i to pod warunkiem, że charakterystyka paliwa jest stała. Zdecydowanie bardziej zaawansowane są sterowniki PID. W pamięci takiego urządzenia zapisana jest charakterystyka spalania różnych gatunków opału. Użytkownik określa jedynie temperaturę wody oraz czas podawania paliwa, pozostałe parametry urządzenie dobiera już samo, wyszukując w swej pamięci wzorzec najlepiej odpowiadający rzeczywistemu przebiegowi spalania.

Nie bez przyczyny producenci dobierają sterownik PID do konkretnego modelu kotła i żądają, by stosować ściśle określone, "znane" sterownikowi paliwo. Tylko wówczas spalanie może przebiegać właściwie - z wysoką sprawnością i czysto. Wobec nietypowego paliwa o zmiennych parametrach sterownik PID będzie bezradny. Sterownika nie ogranicza z góry określona w pamięci baza gatunków paliwa. Jest bardziej elastyczny i może skutecznie nadzorować także przebiegające z zaburzeniami spalanie opału nieco gorszej jakości (np. mającego tendencję do tworzenia dużych spieków żużla). Jednak te sterowniki są dostępne wyłącznie do kotłów wyposażonych tylko w jeden typ palnika (Brucer - także konstrukcji IChPW).

Mieszacze

W pewnym uproszczeniu można powiedzieć, że kotły na paliwo stałe "lubią" pracę przy wysokich parametrach, czyli wysokiej temperaturze wody zasilającej oraz powrotnej np. 90/70°C. Wynika to głównie z tego, że temperatura spalin w komorze spalania musi być bardzo wysoka (ponad 600°C), by pochodzące z paliwa gazy zostały dopalone. Tak gorącą wodę można jednak bezpośrednio wykorzystać tylko w tradycyjnych instalacjach z grzejnikami - po prostu im wyższa temperatura wody w obiegu c.o., tym mniejszy grzejnik wystarczy do ogrzania pomieszczenia.

Nowoczesne kotły mogą przygotowywać wodę o nieco niższej temperaturze, ale i tak będzie ona zbyt gorąca do popularnego obecnie ogrzewania podłogowego, w którym woda zasilająca ma zwykle ok. 40°C. Dlatego nowoczesne kotły wyposażone są w urządzenia mieszające wodę podgrzaną przez kocioł z wodą powracającą z instalacji, co umożliwia osiągnięcie pożądanej temperatury.

Uwaga! Woda mieszana jest dwukrotnie: na wyjściu z kotła oraz na powrocie, bo woda powracająca nie może być zbyt zimna.

Pompy

Dawniej instalacje c.o. wykonywano głównie jako grawitacyjne, czyli takie, w których ruch wody pomiędzy kotłem a grzejnikami odbywał się samoczynnie na skutek różnicy gęstości wody zasilającej (lżejszej) i powrotnej, schłodzonej (a więc cięższej). Taki układ sprawdza się dobrze jednak tylko wówczas, gdy temperatura wody jest wysoka (przyjmowano parametry 90/70°C), instalacja niezbyt rozległa, przekroje rur są duże, a opory hydrauliczne grzejników i zaworów - niewielkie (praktycznie uniemożliwia to np. stosowanie zaworów z głowicami termostatycznymi).

Obecnie wykonuje się głównie takie instalacje, w których ruch wody jest wymuszany pracą pompy. Dzięki temu przekroje rur mogą być znacznie mniejsze, co zmniejsza koszty inwestycji, możliwe jest stosowanie oprzyrządowania o dużych oporach (zaworów, mieszaczy itp.), a rurociągi można prowadzić niemal dowolnie.

Nowoczesne pompy są bardzo trwałe i energooszczędne. Warto wybrać model umożliwiający zmianę prędkości obrotowej - kilkustopniowo, a jeszcze lepiej płynnie. W okresach zmniejszonego zapotrzebowania na ciepło, kiedy mieszkańcy przymkną zawory przygrzejnikowe, pompa bez regulacji obrotów powoduje bowiem nadmierny wzrost ciśnienia wody płynącej przez zawory i z instalacji słychać uciążliwe szumy, piski itp.

Regulatory ciągu

Przyczyną złej pracy kotła węglowego jest często zbyt słaby ciąg kominowy. W domach jednorodzinnych to dość częste, bo kominy w nich są niskie i mają niedostatecznie duży przekrój kanału dymowego. Zanim kupimy kocioł, mistrz kominiarski powinien sprawdzić, czy parametry naszego komina odpowiadają warunkom podanym w dokumentacji technicznej kotła.

Niedobranie parametrów komina i kotła powoduje często, że kocioł nie może osiągnąć parametrów deklarowanych przez producenta: miał być ekologiczny i ekonomiczny, a wcale taki nie jest, za co jego nabywca wini często wytwórcę urządzenia. Na szczęście zbyt słaby ciąg kominowy można poprawić. Czasem wystarczy dobrze dobrana nasada kominowa, częściej konieczne jest wspomożenie ciągu za pomocą wentylatora.

Wentylator może zostać zamontowany u wylotu komina - jako specjalna nasada lub w czopuchu, czyli przewodzie łączącym kocioł z kominem - tzw. czopuch hybrydowy. Wentylatory nie hamują przepływu spalin, mogą więc nie pracować, gdy naturalny ciąg jest wystarczający, a włączają się, gdy ciąg jest zbyt słaby (np. w czasie rozpalania).

opr.: Jarosław Antkiewicz

zdjęcie: Spyra