Współczesne kotły kondensacyjne

Miniaturyzacja formy, maksymalizacja wymagań

Wiele osób słysząc reklamy urządzeń „wielofunkcyjnych”, odpowiada często, że „do wszystkiego, znaczy do niczego”. Czasem rzeczywiście jest to trafne stwierdzenie. Jednak w przypadku współczesnych kotłów kondensacyjnych rzeczywiście można powiedzieć, że są projektowane z zadaniem realizacji kilku funkcji, spełniając przy tym czasem nawet skrajne, wykluczające się wymagania. W wielu przypadkach było to możliwe dzięki połączeniu odpowiedniej konstrukcji palnika czy wymiennika ciepła z zaawansowanym układem sterowania. Poniżej wymienimy przykłady takich rozwiązań.
 Kondensacja nawet w trudnych warunkach 

Wiemy, że w celu odzyskania dodatkowej ilości energii zawartej w parze wodnej opuszczającej kocioł musimy doprowadzić do schłodzenia spalin poniżej 55°C. Jest to łatwe do osiągnięcia we współpracy z ogrzewaniem podłogowym i sterownikiem pogodowym, ale musimy pamiętać, że coraz większy udział w zużyciu energii w domu stanowi przygotowanie ciepłej wody. W tym trybie również można doprowadzić do skroplenia pary wodnej ze spalin i odzyskania dodatkowej ilości energii. Jest to możliwe dzięki automatycznej adaptacji temperatury pracy kotła do ustawionej przez użytkownika temperatury c.w.u. W starszych konstrukcjach podczas zasilania zasobnika c.w.u. kocioł rozgrzewał się do 80-85°C, co oczywiście wykluczało możliwość kondensacji pary wodnej. Dziś sterowniki większości kotłów ustalają temperaturę pracy na poziomie około 10 K powyżej zadanej temperatury c.w.u. Dzięki temu jeśli przykładowo podgrzewamy wodę w zasobniku do 45°C, wówczas kocioł pracuje z temperaturą 55°C i szczególnie w pierwszej fazie ładowania zasobnika spaliny są intensywnie schładzane wodą wracającą z wężownicy zasobnika i dochodzi do kondensacji pary wodnej. Stąd często możemy zobaczyć w danych technicznych, że sprawność tego typu kotła w trybie c.w.u. wynosi nawet 102% w odniesieniu do wartości opałowej.

 Wysoka sprawność, nie tylko w połączeniu z zasobnikiem

W klasycznym kotle dwufunkcyjnym trudno osiągnąć niską temperaturę spalin, ponieważ woda grzewcza musi być podgrzana do wysokiej temperatury, by przepływając następnie przez płytowy wymiennik ciepła ogrzała wodę użytkową. Z powodu dwustopniowej wymiany ciepła trudno schłodzić spaliny do niskiej temperatury. Udało się jednak pokonać i tę przeszkodę, wykorzystując zimną wodę wpływającą do kotła. Zamiast wprost do płytowego wymiennika ciepła jest ona kierowana w pierwszej kolejności do dodatkowego wymiennika umieszczonego w strumieniu spalin opuszczających kocioł. Dzięki temu woda ogrzewa się wstępnie o kilka stopni, a spaliny zostają intensywnie schłodzone, co pozwala nam odzyskać znaczną ilość energii.

Dodatkowa moc w specjalnych przypadkach 

Współczesne budownictwo energooszczędne stawia duże wymagania dla kotła w zakresie elastyczności pracy palnika. Z jednej strony straty ciepła w budynkach są często bardzo niskie, czasem zaledwie na poziomie 2-3 kW. Z drugiej strony w trakcie podgrzewania wody użytkowej niezbędna jest wysoka moc w celu szybkiego dostarczenia dużej ilości energii.

Współczesne kotły więc charakteryzują z szerokim zakresem modulacji mocy, czasem nawet w zakresie 1/10. Dzięki temu swobodnie można zapewnić płynną pracę kotła z mocą rzędu 2 kW na potrzeby ogrzewania domu, a w trakcie zasilania zasobnika możemy osiągnąć nawet 20 kW. Pozwala to podgrzewać wodę z intensywnością około 10 l/min. 

Zdarza się jednak, że gwałtowny pobór wody powoduje szybki spadek temperatury zasobnika. Może to utrudniać równoległe skorzystanie z ciepłej wody w drugiej łazience. Chcąc temu przeciwdziałać, wprowadzono funkcję, która pozwala na automatyczne podniesienie mocy kotła w przypadku, gdy temperatura zasobnika gwałtownie spada. Dzięki temu kocioł o mocy 20 kW może okresowo osiągnąć moc nawet 24 kW. Dzięki temu czas oczekiwania kolejnego użytkownika na ciepłą wodę będzie nawet o 20% krótszy.

Bezpieczeństwo w trudnych warunkach

Praca w skrajnych warunkach, sprawia,  że współczesne kotły muszą być wyposażone w szereg zabezpieczeń, które chronią urządzenie przed poważnym uszkodzeniem, a użytkownika przed niebezpieczeństwem. Przy czym dotychczas częstym rozwiązaniem było automatyczne wyłączenie awaryjne kotła już w przypadku zadziałania pojedynczego układu zabezpieczającego, np. wykrycia obniżonego przepływu wody, czy sygnalizacji uszkodzenia czujnika temperatury zasilania lub powrotu. Oznaczało to nagłe kłopoty dla użytkownika, brak ogrzewania lub ciepłej wody. Chcąc tego uniknąć, coraz częściej w kotłach stosuje się rozwiązania analogiczne do spotykanych np. w samochodach. Dzięki temu w przypadku drobnych odchyleń od normy w funkcjonowaniu systemu kocioł może kontynuować pracę, np. z obniżoną mocą, sygnalizując jednocześnie potrzebę przeprowadzenia konserwacji. Dodatkowo w przypadku kotłów wyposażonych w zdalny system nadzoru, odpowiednią informację może otrzymać obsługujący nas serwisant. Takie rozwiązanie sprawia, że z powodu drobnej usterki nie pozostajemy bez ogrzewania, a serwis może dokonać szybkiej interwencji.

Jak pogodzić komfort z oszczędnością przestrzeni?

We współczesnych domach staramy się wykorzystać każdą dostępną przestrzeń, stąd popularne są, np. pokoje nad garażem czy połączenia pomieszczeń o różnej funkcji, które pozwalają zredukować powierzchnię komunikacji i liczbę drzwi. Oszczędności dotyczą także pomieszczeń technicznych. Nie chcemy dziś wydzielać osobnego pomieszczenia dla kotła. Wolimy umieścić go w pomieszczeniu wielofunkcyjnym np. pralni, suszarni, przechowalni przetworów, ale i tam staramy się dobrze wykorzystać przestrzeń, stąd duża popularność kompaktowych kotłów wiszących. Nie zawsze jednak niewielki, wiszący kocioł dwufunkcyjny zapewni odpowiedni komfort ciepłej wody. To rozwiązanie ma sens w przypadku jednej łazienki i pod warunkiem, że zarówno łazienka, jak i kuchnia sąsiadują z pomieszczeniem kotła. Jeśli jednak w domu jest więcej łazienek, na dodatek oddalonych od kotła i czasem wyposażonych w dużą wannę czy panel prysznicowy wówczas prosty kocioł dwufunkcyjny nie zapewni nam wymaganego komfortu. W tym kontekście z pewnością wygodnym rozwiązaniem byłby kocioł jednofunkcyjny z osobnym zasobnikiem o dużej pojemności, ale na taki zestaw nie chcemy „marnować” miejsca. Kompromisowym rozwiązaniem są kompaktowe kotły z wbudowanym zasobnikiem o małej pojemności. Są to z reguły kotły dwufunkcyjne o wysokiej mocy, np. 25-35 kW i wydajności ciągłej na poziomie nawet 12 do 16 l/min. Dodatkowy zasobnik, z reguły ładowany warstwowo, pełni w nich rolę bufora, który pokrywa nagłe duże zapotrzebowanie na ciepłą wodę, np. gdy jedna osoba korzysta z natrysku, a druga postanawia pozmywać naczynia.

 

Dodatkową zaletą tego typu konstrukcji jest możliwość podłączenia cyrkulacji c.w.u. do zasobnika. Dzięki temu nie musimy za każdym razem czekać na ciepłą wodę i wylewać do kanalizacji wody, która wystygła w rurach. Oczywiście cyrkulacji c.w.u. nie zaleca się podłączać do kotłów z zasobnikami o małej pojemności, np. 10-20 l. Powodowałoby to nagłe wychłodzenie zasobnika w trakcie pracy cyrkulacji i cykliczne uruchamianie się kotła w trybie c.w.u. W skrajnym przypadku ciągła praca na potrzeby c.w.u. powoduje długotrwałą przerwę w zasilaniu c.o. Nie jest to oczywiście winą konstrukcji kotła, a raczej skutkiem wysokich strat ciepła w instalacji cyrkulacji. W związku z tym bardzo ważne jest, by zadbać o dobrą izolację rur oraz maksymalnie ograniczyć czas pracy pompy cyrkulacyjnej. W tym celu można skorzystać z szeregu udogodnień dostępnych w automatyce kotłów, np. programowania czasowego, uzależnienia pracy pompy od temperatury powrotu z instalacji czy obecności użytkowników w łazience czy też włączenia pompy na żądanie, np. poprzez naciśnięcie przycisku umieszczonego pod umywalką. Te ostatnie rozwiązania pozwalają zredukować czas pracy pompy cyrkulacyjnej do niezbędnego minimum, a przez to ograniczyć wychładzanie się zasobnika i częstotliwość pracy w trybie c.w.u.

W praktyce kotły z wbudowanymi zasobnikami o niewielkiej pojemności zapewniają wysoki komfort. Ważne jednak, by wybrać model odpowiedni do potrzeb. Jeśli w instalacji ma być obieg cyrkulacyjny wówczas przede wszystkim należy zadbać o izolację termiczną, ograniczyć czas pracy pompy cyrkulacyjnej i wybrać kocioł z zasobnikiem większej pojemności, np. 30-40 l.

Za to jeśli w instalacji nie jest potrzebna cyrkulacja, a punkty poboru znajdują się blisko kotła wówczas możemy zastanowić się nad kotłem z zasobnikiem o pojemności zaledwie 10 czy 20 l.

Opisane przykłady funkcji dostępnych w nowoczesnych kotłach kondensacyjnych pozwalają maksymalnie wykorzystać energią zawartą w paliwie i osiągnąć wysoki komfort. Oczywiście nadal ważnym decydującym o jakości pracy systemu jest optymalny dobór urządzeń i prawidłowy montaż oraz eksploatacji.

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