Pierwsze uruchomienie kotła kondensacyjnego

Kilka uwag o specyfice kotła i pracy w kondensacji

Efektywna praca kotła kondensacyjnego zależy głównie od jego właściwej instalacji oraz odpowiedniego ustawienia parametrów pracy. Przy dzisiejszym tempie życia ustawienie parametrów pracy kotła kondensacyjnego często schodzi na dalszy plan. W poniższym artykule zwrócę uwagę na kilka parametrów, które można ustawić w kotle tak, aby podnieść sprawność pracy systemu grzewczego przy zachowaniu komfortu użytkowania instalacji. W tym celu posłużę się przykładem domu jednorodzinnego z ogrzewaniem grzejnikowym, podłogowym oraz mieszanym.

Szczególną uwagę należy poświęcić wyborowi odpowiedniej krzywej grzewczej oraz odpowiedniego programatora do zarządzania pracą kotła.

Jak ważny jest wybór odpowiedniej krzywej grzewczej?

Instalator podczas pierwszego uruchomienia ustawia krzywą grzewczą według własnego doświadczenia, wybierając jedną z wielu dostępnych fabrycznie w kotle (rys. 1) lub tworzy ją za pomocą parametrów. Wybór właściwej charakterystyki krzywej grzewczej uzależniony jest od strefy klimatycznej oraz od właściwości termicznych budynku. Wiedza i doświadczenie instalatora (serwisanta) ma duże znaczenie, ponieważ wybierany jest nie tylko zakres pracy kotła lecz także nachylenie krzywej grzewczej. Jeżeli zostanie wybrana niewłaściwa krzywa grzewcza, użytkownik dość szybko odczuje to na własnej skórze. Serwisant będzie musiał dokonać korekty wybranej wcześniej krzywej grzewczej lub wytłumaczyć użytkownikowi, jak ją modyfikować. I tak dla przykładu przy wyborze krzywej grzewczej nr 2 (rys. 1) kocioł będzie produkował czynnik grzewczy o temperaturze od 40°C do 80 °C (są to ograniczenia systemowe dla ogrzewania grzejnikowego). Inaczej będzie z krzywą grzewczą nr 0,6, która odpowiada ogrzewaniu podłogowemu. Zakres pracy w takim przypadku będzie ograniczony od 20°C do 40 °C.

Istnieje możliwość modyfikacji/wyboru krzywej grzewczej, jak i zakresów pracy kotła. Instalator decyduje o tym, jak często kocioł będzie pracował w trybie kondensacyjnym, czyli jednocześnie o tym, ile klient zapłaci za ogrzewanie. Różnica w rachunkach przy nieodpowiednim ustawieniu pracy może dochodzić do 10%.

Sprawność kotła a temperatura spalin – praktyka potwierdza teorię 

Sprawność kotła kondensacyjnego zmienia się w zależności od temperatury spalin,  czyli jednocześnie od temperatury c.o. I tak dla określonej temperatury spalin (rys. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) można zmierzyć analizatorem spalin sprawność kotła wynoszącą odpowiednio:
– dla 35,0°C sprawność to 107,7% ,
– dla 40,3°C sprawność to 106,2%,
– dla 44,9°C sprawność to 104,1%,
– dla 50,6°C sprawność to 101,3%,
– dla 55,1°C r sprawność to 98,7%,
– dla 60,2°C sprawność to 97,8%,
– dla 64,9°C sprawność to 97,5 %.

rys. 3 Wydruk z analizatora spalin dla temperatury spalin 40,3°C

rys. 4 Wydruk z analizatora spalin dla temperatury spalin 44,9°C

rys. 5 Wydruk z analizatora spalin dla temperatury spalin 50,6°C

rys. 7 Wydruk z analizatora spalin dla temperatury spalin 60,2°C

Najwyższa sprawność kotła dla spalin o temperaturze poniżej 55°C

Z powyższej analizy wynika, że w zakresie temperatury spalin od 40,0 do 55,1°C sprawność kotła zmniejsza się w sposób liniowy od 107,7 do 98,7%. Związane jest to ze zjawiskiem kondensacji pary wodnej zawartej w spalinach i zaniku tego zjawiska przy temperaturze spalin ok. 55°C (dla gazu G20). Sprawność kotła w zakresie zmiany temperatury spalin od 55°C do 65°C zmienia się tylko o ok. 1,2% (tj. dla 55,1°C wynosi ok. 98,7%, dla 65°C wynosi 97,5%).
Jasno z tego wynika, że w celu poprawienia sprawności pracy instalacji, kocioł powinien pracować z temperaturą spalin poniżej 55°C, gdy tylko jest to możliwe. Następuje wtedy widoczny wzrost sprawności kotła.

Praca z kondensacją a temperatura zasilania instalacji c.o.

Temperatura spalin zależy od temperatury czynnika grzewczego powracającego do kotła i jest z reguły wyższa od niej o kilkanaście °C (65°C temperatury spalin w badanym przypadku w laboratorium odpowiadała temperaturze na zasilaniu 78°C).
W układach grzejnikowych oczywiście kotły kondensacyjne mogą pracować z temperaturą 80°C na zasilaniu i nie jest ona przeciwwskazaniem do zastosowania w/w kotła. Dodatkowo często w kotłach jest możliwość ograniczenia zakresu pracy z wybraną krzywą grzewczą za pomocą dodatkowych parametrów. Dzięki temu możemy dokładnie określić temperaturę pracy kotła na potrzeby c.o. Wiadomo, że obecnie budynki są dobrze ocieplone i zapotrzebowanie na ciepło jest na niskim poziomie. Dlatego też „przewymiarowane” grzejniki często umożliwiają pracę kotła z temperaturą maksymalną na zasilaniu nawet poniżej 60°C przy temperaturze zewnętrznej np. -20°C. Ustawiając w kotle parametr maksymalnej temperatury wody c.o. na wartość np. 60°C, zagwarantujemy pracę kotła przez większą część sezonu grzewczego w trybie kondensacyjnym, czyli z wyższą sprawnością, co jednocześnie przedłuży również żywotność całej instalacji. Podobny zabieg należy wykonać dla instalacji podłogowej. Z tą różnicą, że kocioł będzie pracował w całym swoim zakresie (od 20 do 45°C)  z efektem kondensacji ze sprawnością od 108-104%.

 

W przypadku instalacji z układem mieszanym (grzejniki oraz podłogówka) ważny jest wybór jak najniższej krzywej grzewczej na ogrzewaniu grzejnikowym. Żądanie pracy w części instalacji podłogowej uruchamia kocioł, który grzeje według krzywej grzewczej, jaką ma zastosowaną na grzejnikach, ponieważ to ręczny zawór termostatyczny (rys.9) obniża temperaturę czynnika grzewczego na zasilaniu. Istnieją układy z zaworami mieszającymi współpracującymi z kotłami (rys.10), które również zmniejszają temperaturę c.o., dostosowując ją do wymogów instalacji podłogowej. W tym przypadku w kotłach do dyspozycji instalatora są dwie krzywe grzewcze. Pierwsza z nich odpowiada instalacji grzejnikowej, druga podłogowej.

Wpływ programatora na sprawność układu

Zastosowanie odpowiedniego programatora może podnieść sezonową sprawność od 2% do 4%. Stosując prosty programator dający tylko sygnał pracy (ON/OFF) w momencie spadku temperatury w pomieszczeniu np. o 0,2 °C, uzyskujemy wzrost efektywności całego systemu o ok. 2%. Na rynku są obecnie programatory, które uwzględniają zarówno temperaturę zewnętrzną oraz wewnętrzną i odpowiednio kontrolują (za pomocą sygnału cyfrowego) temperaturę czynnika grzewczego c.o.
Jeżeli różnica między temperaturą aktualną w pomieszczeniu a żądaną jest wysoka, np. 2°C, programator wymusza na kotle produkcję czynnika grzewczego o wyższym parametrze niż temperatura wynikająca z krzywej grzewczej. Wartość wzrostu temperatury określona jest parametrem i jej wartość wyliczona jest w sposób automatyczny według odpowiedniego wzoru, np. T Zasilania c.o. = T Krzywa + (CLI * InFL * ΔT Amb); gdzie

T Krzywa – jest to temperatura wynikająca z wybranej krzywej grzewczej

CLI – wybrana krzywa grzewcza (np. 2)

InFL – wpływ otoczenia (zakres od 0 do 20 ), gdzie 0 oznacza, że kocioł grzeje dokładnie według wybranej krzywej grzewczej (brak wpływu). Im wyższa wartość, tym wpływ będzie większy – korekcja temperatury wyższa.

ΔT Amb – różnica pomiędzy bieżącą temperaturą otoczenia a ustawioną na programatorze.

W naszym przypadku (CLI=2, InFL = np.2, ΔT Amb = 2) korekta, wynikająca z dużej różnicy temperatury aktualnej w pomieszczeniu a ustawionej na programatorze, wynosi aż 8°C. Tak więc np. przy temperaturze zewnętrznej 0°C kocioł będzie produkował czynnik grzewczy o temperaturze 76°C zamiast 68°C. Dzięki temu użytkownik szybciej uzyska temperaturę komfortową w pomieszczeniu.

Ustawienia wpływające na komfort użytkowania

Ustawienia pracy pompy. Kolejnym interesującym aspektem jest możliwość ustawienia ciągłej pracy pompy w przypadku uzyskania ustawionej temperatury w pomieszczeniu. W ustawieniach fabrycznych kotła  zastosowanie programatora pokojowego i osiągnięcie temperatury żądanej w pomieszczeniu powoduje wyłączenie kotła. Pompa kotła i palnik zostają wyłączone. Ponowne załączenie następuje w momencie żądania pracy przez programator. I tutaj pojawia się pytanie, co zrobić w przypadku ogrzewania podłogowego i uwag klienta, że temperatura podłogi jest za niska po przejściu z temperatury ekonomicznej na komfortową w pomieszczeniu? Instalatorzy proponują wówczas wcześniejsze załączanie kotła.
Ale co zrobić, np. jeżeli są klienci, którzy twierdzą że grzejnik jest zimny więc w domu jest zimno, pomimo, że programator wskazuje osiągnięcie temperatury komfortowej w pomieszczeniu. W pierwszym, jak i drugim przypadku kotły mają możliwość ustawienia parametru tak, aby po osiągnięciu temperatury komfortowej w pomieszczeniu nie nastąpiło całkowite wyłączenie kotła, a tylko zmniejszenie wartości temperatury czynnika grzewczego, np. z 60 °C na 48 °C (wg algorytmu fabrycznego). Dzięki temu podłogówka lub grzejnik pozostaje przez cały czas ciepły, a użytkownik nie ma odczucia zimna.

Ustawienia grzania c.w.u. Równie ważnym parametrem pracy kotła kondensacyjnego jest temperatura czynnika grzewczego podczas grzania c.w.u. W domach jednorodzinnych najczęściej występuje zasobnik. Producenci kotłów w różny sposób kontrolują wartość temperatury czynnika grzewczego, który zasila wężownicę zasobnika. W pierwszych wersjach kotłów, czyli niekondensacyjnych jej wartość była ustawiana fabrycznie na 80 °C. Wysoka wartość temperatury gwarantuje uzyskanie najwyższej mocy wężownicy zasobnika, czyli jednocześnie najszybsze podgrzanie wody użytkowej. W kotłach kondensacyjnych nastąpiła zmiana koncepcji. Ze względu na sprawność kotłów konieczne stało się ograniczenie temperatury na zasilaniu wężownicy. Temperatura wody może być zmieniana w sposób automatyczny przez oprogramowanie kotła, np. ustawiona jest różnica, jaka ma być utrzymywana pomiędzy czynnikiem grzewczym a temperaturą wody użytkowej. Jeżeli użytkownik ustawi wartość temperatury c.w.u. w zasobniku na 50°C,  wówczas kocioł pracuje tak, aby utrzymać temperaturę czynnika grzewczego na poziomie 65 °C. W innych przypadkach wartość czynnika grzewczego zasilającego wężownicę zasobnika może być ustawiana indywidualnie przez instalatora na stałą wartość, np. od 55°C do 80°C, co przy wyborze, np. 55°C spowoduje pracę kotła kondensacyjnego również w trybie kondensacyjnym w czasie produkcji c.w.u. Należy tutaj zaznaczyć, że przy takim ustawieniu wydłuża się czas, który jest potrzebny do uzyskania wymaganej temperatury wody użytkowej. Wynika to z tego, że moc wężownicy zasobnika zależy m.in. od temperatury czynnika grzewczego. Im wyższa temperatura, tym moc wężownicy też jest wyższa a czas potrzebny do dogrzania c.w.u. jest krótszy.

Z powyższych przykładów widać jak ważny jest odpowiedni wybór pracy oraz ustawienie odpowiednich parametrów kotła kondensacyjnego.

[1] – materiały techniczne marki Beretta

 

 

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 4/2017 6/2016 2/2016