Jakie urządzenie grzewcze wybrać?

Niektóre kotły mogą ją nam zapewniać na bieżąco, inne będą wymagały zamontowania np. zasobnika ciepłej wody. By uniknąć błędów warto zapoznać się z możliwościami różnorakich rozwiązań.

Wybierając kocioł przede wszystkim powinniśmy zdecydować, na ile zautomatyzowany i bezobsługowy ma on być, nie zapominając, że nowoczesny sprzęt (niezależnie od rodzaju dedykowanego paliwa) to wyższe koszty zakupu. Zanim podejmiemy decyzję warto wiedzieć, że:

• kotły zasypowe na paliwo stałe - wymagają uzupełniania paliwa co kilka godzin i codziennie trzeba je na nowo rozpalać;
• kotły z podajnikiem na paliwo stałe - mogą pracować nawet kilkanaście dni bez obsługi, zależnie od pojemności zasobnika z opałem oraz ilości powstającego popiołu. Jednak nawet najnowocześniejszych urządzeń z funkcją automatycznego rozpalania i czyszczenia nie należy pozostawiać bez nadzoru na kilka dni, bo czasem dochodzi do zablokowania podajnika, np. zbyt dużą bryłą węgla;
• kotły gazowe, olejowe i elektryczne - nawet najprostsze są praktycznie bezobsługowe (wymagają tylko przeglądów serwisowych).

Kotły na paliwa stałe

Zasypowe z górnym spalaniem. Paliwo jest dozowane do komory, w której cała jego objętość szybko zaczyna się palić. Wymagają częstego uzupełniania paliwa, zwykle co 3-4 godziny. Mają niską sprawność 60-70%. Są najtańsze. Mogą pracować nawet bez prądu, jeśli instalacja może działać grawitacyjnie (bez pompy obiegowej).

Kocioł retortowy z zasobnikiem i podajnikiem paliwa.

Zasypowe z dolnym spalaniem. Opał spala się w nich w dolnej części komory zasypowej, a po wypaleniu zostaje zastąpiony paliwem osuwającym się z górnej części komory. Wobec rozmaitości konstrukcji w praktyce jednak często trudno jednoznacznie sklasyfikować kocioł - czasem jako kocioł z dolnym spalaniem sprzedawane jest urządzenie mające np. jedynie umieszczony u dołu wyciąg spalin. Okres pomiędzy uzupełnieniem paliwa wynosi nawet 10 godzin, a sprawność do 80%. Takie kotły są droższe od kotłów z górnym spalaniem i wymagają lepszego ciągu kominowego. Jeśli są wyposażone w wentylator nadmuchowy, muszą mieć zasilanie elektryczne.

Kotły z palnikiem i podajnikiem paliwa. Opał jest dozowany porcjami przez podajnik i spalany w palniku. Odbywa się to automatycznie, dlatego kocioł potrzebuje sterownika, który kontroluje pracę wszystkich urządzeń. Niezbędnym wyposażeniem takiego kotła jest zasobnik opału. Częstotliwość obsługi zależy od wielkości zasobnika, a także od ilości powstającego popiołu (z pelletów zostaje go kilkakrotnie mniej niż z węgla). Sprawność takich kotłów sięga 90%. Możliwe jest dość zaawansowane sterowanie parametrami ich pracy (intensywność palenia, temperatura wody). Wymagają standaryzowanego paliwa o powtarzalnych parametrach. Są znacznie droższe od kotłów bez podajnika.

Kotły gazowe i olejowe

Obecnie najczęściej kupowane przez inwestorów indywidualnych są kotły kondensacyjne. Jednym z produktów spalania paliw gazowych i płynnych są znaczne ilości wody - w wyniku spalenia 1 kg gazu ziemnego (nieco ponad 1 m3) otrzymujemy około 2 kg wody. Część uzyskanej w kotle energii jest wykorzystywana na jej odparowanie i w tradycyjnym (niekondensacyjnym) kotle para ucieka wraz ze spalinami przez komin.

W kotle kondensacyjnym ciepło pary wodnej jest odzyskiwane, bo skrapla się ona, czyli właśnie kondensuje, w bardzo rozbudowanym wymienniku o stosunkowo niskiej temperaturze (ok. 50°C). Dzięki temu sprawność kotłów kondensacyjnych jest wyższa niż tradycyjnych - spalając taką samą ilość paliwa, dostarczają więcej użytecznego ciepła. Ponieważ kondensat jest reaktywny, wykonanie wymiennika ciepła oraz komina z odpornego na jego działanie materiału oznacza wyższe koszty. Ponadto temperatura wody w instalacji musi być niska - granicą jest ok. 50°C, gdy kondensacja zachodzi tylko częściowo, najlepiej więc, by woda powracająca do kotła była chłodniejsza i miała ok. 30°C.

Z otwartą czy z zamkniętą komorą spalania?

Kocioł z otwartą komorą spalania pobiera powietrze z pomieszczenia, w którym został zainstalowany. Jeśli komora jest zamknięta, to kocioł czerpie powietrze bezpośrednio z zewnątrz. Takie kotły są najczęściej kupowane. Są droższe od kotłów z komorą otwartą; ruch spalin jest wymuszony przez wentylator, w kanale spalinowym panuje w związku z tym nadciśnienie i komin musi być szczelniejszy (co zwykle przekłada się na wyższą cenę). Są jednak bezpieczniejsze od tych pierwszych, bo mniejsze jest ryzyko przedostania się spalin do pomieszczenia.

Kotły z zamkniętą komorą spalania działają niezależnie od wentylacji w pomieszczeniu, w którym są zainstalowane, na pracę kotła nie wpływa zatem ani jej większa czy mniejsza sprawność, ani jej rodzaj. Może to być więc także wentylacja mechaniczna wyciągowa, co w przypadku kotłów z komorą otwartą jest niedopuszczalne. Taki kotły nie powodują wychłodzenia pomieszczenia, w którym stoją - w przeciwieństwie do kotłów z komorą otwartą, które zasysają do kotłowni zimne powietrze z zewnątrz.

Sterowanie kotłem

Kotły na paliwo stałe zasypowe. Ich pracą można sterować w niewielkim zakresie przez zmianę ilości powietrza dostarczanego do spalania. Służy do tego tzw. miarkownik ciągu albo wentylator nadmuchowy z regulacją obrotów (wydajności).

Kotły na paliwo stałe z podajnikiem paliwa. Ich moc grzewczą można zmieniać przez zmianę ilości podawanego paliwa, możliwe jest też regulowanie ilości powietrza potrzebnego do spalania za pomocą wentylatora nadmuchowego. Efektywność regulacji zależy od jakości paliwa oraz sprawności sterownika - właśnie w tej kolejności, bo nawet najlepszy sterownik nie będzie pracował dobrze, gdy parametry paliwa nie są stałe, przez co proces spalania jest nieprzewidywalny. W kotłach tych stosuje się sterowniki:

1. Dwustanowe, pracujące w cyklu intensywne palenie/podtrzymanie żaru. Są proste i dlatego uniwersalne, ale też niezbyt skuteczne i dość niewygodne: wielkość dawki paliwa, czas pomiędzy kolejnymi uzupełnieniami, czas intensywnego palenia oraz podtrzymania żaru, a także intensywność nadmuchu trzeba ustawiać ręcznie, kierując się głównie wyglądem płomienia. Zmiana jakości paliwa oznacza oczywiście konieczność "dostrojenia" sterownika od początku;
2. PID. W pamięci takiego urządzenia zapisane są dane o charakterystyce 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. W każdym modelu kotła spalanie przebiega nieco inaczej, dlatego producenci dobierają (programują) sterownik PID do konkretnego modelu kotła i żądają stosowania ściśle określonego, "znanego" sterownikowi paliwa. Wobec nietypowego paliwa o zmiennych parametrach sterownik taki będzie bezradny;
3. Wykorzystujące dane z sondy lambda, która mierzy zawartość tlenu w spalinach, a także dane z czujników temperatury, co umożliwia ocenę, czy spalanie przebiega właściwie.

Kotły gazowe i olejowe. Nawet proste sterowniki kotłów gazowych i olejowych mają znacznie większe możliwości niż sterowniki kotłów na paliwa stałe. Wynika to z faktu, że parametry paliwa gazowego i oleju są stałe, a ich spalanie jest procesem znacznie mniej złożonym niż spalanie węgla czy drewna, zatem o wiele łatwiej tym procesem sterować.

Sterowanie kotłem zapewnia właściwy przebieg procesu spalania, a więc i efektywne wytwarzanie ciepła. Niezbędny jest jednak jeszcze dobrze dobrany regulator temperatury. Może być pokojowy lub pogodowy. Każdy z nich działa na innej zasadzie i trzeba go dobrać do kotła oraz sposobu ogrzewania pomieszczeń, przede wszystkim do tego, czy są w nich zamontowane tradycyjne grzejniki czy ogrzewanie podłogowe.

Kotły stałotemperaturowe. Kocioł taki zawsze utrzymuje nastawioną stałą temperaturę wody grzewczej (można ją zmieniać tylko ręcznie na panelu sterującym). Urządzenie włącza się i wyłącza zależnie od tego, jaki sygnał otrzyma od umieszczonego w którymś z pomieszczeń regulatora temperatury.

Tak sterowany kocioł gazowy lub olejowy, może okresowo pracować "pulsacyjnie", włączając się na bardzo krótko, co jest niekorzystne dla jego trwałości. Gdy temperatura w pomieszczeniu z czujnikiem spadnie, kocioł włączy się, ale wyłączy po bardzo krótkim czasie, np. po 15 minutach, bo zasilane bardzo gorącą wodą grzejniki szybko podniosą temperaturę w pomieszczeniu. Można temu zapobiec, ręcznie obniżając temperaturę wody w instalacji, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest niewielkie.

Regulator pokojowy współpracujący z szybko reagującym kotłem (gazowym, olejowym, elektrycznym) oraz szybko nagrzewającymi się grzejnikami ściennymi będzie w stanie zapobiec spadkowi temperatury poniżej nastawionej. Jego słabą stroną jest jednak to, że nie uwzględnia zdolności budynku do akumulacji ciepła i wynikającej z niej bezwładności cieplnej.

Jeśli bezwładność instalacji jest duża, co dotyczy na przykład ogrzewania podłogowego, działanie regulatora pokojowego nie będzie zadowalające. W pomieszczeniach może być okresowo zbyt zimno lub zbyt gorąco, bo "podłogówka" będzie reagować na zmiany o wiele wolniej niż regulator.

Kotły sterowane regulatorem pogodowym. Temperatura wody w instalacji jest zmienna - tym wyższa, im chłodniej jest na zewnątrz. W ten sposób ilość ciepła trafiającego do pomieszczeń także się zmienia, tak by zapewnić utrzymanie wymaganej temperatury w domu. Do różnych budynków powinno się dopasowywać różne krzywe grzewcze, odpowiadające charakterystycznym dla każdego z nich stratom ciepła, zdolności do jego akumulacji itp.

Automatyka pogodowa reaguje nie tylko na chwilowe wartości temperatury zewnętrznej, ale także na szybkość i kierunek jej zmian, co umożliwia prognozowanie zmian zapotrzebowania na ciepło z kilkugodzinnym wyprzedzeniem, z uwzględnieniem bezwładności cieplnej budynku. Ten sposób sterowania instalacją sprawdza się lepiej niż regulatory pokojowe, gdy w domu jest ogrzewanie podłogowe. Regulatory pogodowe warto też zastosować w domu, w którym źródłem ciepła jest kocioł na paliwa stałe, bo mogą uwzględnić i zrównoważyć bezwładność w sposobie działania takiego kotła, który nie może gwałtownie zmieniać swojej mocy ani tym bardziej - włączać się i wyłączać. Automatyka pogodowa umożliwia takie ustalenie parametrów pracy instalacji, by kocioł pracował w sposób ciągły.

Przygotowanie c.w.u.

Najczęściej ciepła woda użytkowa jest podgrzewana przez kocioł zapewniający ogrzewanie pomieszczeń. Może być jednak przygotowywana przez odrębny, zwykle elektryczny podgrzewacz, który jest albo zasobnikowy (zbiornik z grzałką), albo przepływowy (woda jest podgrzewana i natychmiast wykorzystywana tylko w czasie poboru).

Czasem do podgrzewania ciepłej wody wykorzystuje się zarówno kocioł, jak i podgrzewacz.

Kocioł dwufunkcyjny podgrzewa wodę przepływowo, tylko wtedy, gdy z niej korzystamy. Moc takiego kotła musi być 4-5 razy wyższa niż niezbędna do ogrzewania pomieszczeń. Ważne, by możliwa była zmiana mocy palnika, a punkty poboru wody były usytuowane jak najbliżej kotła, tak by łączące je z nim rury były krótkie. Za każdym razem, kiedy odkręcamy ciepłą wodę, musimy bowiem poczekać, aż z rur wypłynie znajdująca się w nich wystygła woda. Dlatego długość rur nie powinna przekraczać 3-4 metrów.

Wadą tego rozwiązania jest także to, że korzystanie z ciepłej wody w kilku miejscach jednocześnie powoduje spadek jej ciśnienia. Korzystna jest natomiast oszczędność miejsca, bo nie potrzeba go na zasobnik.

Kotły jednofunkcyjne z zasobnikiem podgrzewają wodę użytkową zgromadzoną w zbiorniku. Ich moc dobiera się w zależności od zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania pomieszczeń. Dodatek mocy na potrzeby c.w.u. jest niewielki, zwykle ok. 0,3 kW/osobę. Oddalenie punktów poboru od kotła nie zmniejsza wygody korzystania z ciepłej wody, jeśli zastosujemy cyrkulację - kiedy bowiem ciepła woda w rurociągach ostygnie, wraca dodatkowym przewodem do zbiornika. Dzięki temu ciepła woda leci z kranów zaraz po ich odkręceniu i można z niej swobodnie korzystać w wielu punktach: jej dostępność jest ograniczona tylko pojemnością zasobnika.

Pojemność tę dobiera się do liczby mieszkańców. Standard to 50 litrów na osobę przy założeniu, że woda podgrzewana jest do 45°C.

Kotły dwufunkcyjne z niewielkim zasobnikiem podgrzewają wodę w zbiorniku o pojemności kilkudziesięciu litrów, a gdy zostanie ona wyczerpana, podgrzewają wodę przepływowo. Takie rozwiązanie umożliwia zastosowanie cyrkulacji c.w.u. - jak w kotle jednofunkcyjnym - z tym że mniejszy zasobnik zajmuje mniej miejsca. Kotły tego typu są obecnie bardzo popularne.

Odrębne podgrzewacze c.w.u. Najczęściej stosuje się je w domach, w których źródłem ciepła do c.o. jest kocioł na paliwo stałe, którego domownicy nie chcą rozpalać poza sezonem grzewczym. W domach jednorodzinnych taki podgrzewacz jest najczęściej zasilany elektrycznie. Może być pojemnościowy - działa wówczas jak zasobnik kotła jednofunkcyjnego, lub przepływowy - jego praca jest wówczas analogiczna do sposobu działania kotła dwufunkcyjnego.

Podgrzewacze przepływowe mają bardzo dużą moc, w związku z tym konieczny jest jej znaczny przydział (nawet 40 kW) i niezbędne jest do nich odpowiednio przystosowane przyłącze oraz instalacja domowa. Nie znaczy to jednak, że podgrzewacze przepływowe w sumie zużywają więcej energii niż pojemnościowe, jest wręcz odwrotnie. W każdym podgrzewaczu pojemnościowym dochodzi do strat energii, bo zgromadzona w nich woda stopniowo się ochładza, oddając ciepło do otoczenia. Podgrzewacz przepływowy nie gromadzi wody, nie ma więc tego rodzaju strat.

Uwaga! Czasem możliwe jest także wyposażenie zasobnika współpracującego z kotłem w grzałkę elektryczną, która pracuje wtedy, gdy nie rozpalamy w kotle.

opr.: Joanna Dąbrowska
zdjęcie: Vaillant
film: Tv Budujemy Dom dla Onninen i Termet