Od czego zależy sprawność kotła kondensacyjnego?

Gazowe kotły kondensacyjne stały się w ostatnich latach bardzo popularnym rozwiązaniem, do zakupu którego nie trzeba już jak kilka lat temu przekonywać inwestora. Jest to wynikiem z jednej strony niższych cen urządzeń (popularyzacja technologii, wzrost produkcji, a także konkurencji rynkowej) i z drugiej strony wzrostu cen paliw. Kotły kondensacyjne staną się standardem rynkowym ze względu na wymagania dyrektywy 2009/125/EC (ErP) określanej mianem ecodesign lub ekoprojekt.

Od połowy 2015 roku zaczną obowiązywać wymagania minimalnej efektywności dla urządzeń grzewczych, co praktycznie spowoduje eliminację z rynku kotłów niekondensacyjnych małej mocy [1]. Maksymalna sprawność średnioroczna gazowego kotła kondensacyjnego podawana w odniesieniu do wartości opałowej paliwa, wynosi zwykle 108÷109% w odniesieniu do wartości opałowej paliwa. W odniesieniu do ciepła spalania, wartość ta będzie wynosić do 98%. Pozwoli to na osiąganie klasy energetycznej „A”, a w połączeniu z instalacją solarną, nawet „A+”.

Oczywiście często użytkownicy, a także sami fachowcy zastanawiają się na ile deklarowane przez producentów sprawności kotłów kondensacyjnych pokrywają się z rzeczywistymi uzyskiwanymi w warunkach normalnej eksploatacji.

W 2004 roku Instytut Ogrzewnictwa i Klimatyzacji Uniwersytetu Technicznego w Braunschweig (Niemcy) opublikował przy wsparciu Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) raport „Badanie efektów pracy systemów grzewczych z gazowymi kotłami kondensacyjnymi” [2]. W ramach projektu monitorowano pracę kotłów kondensacyjnych oraz niskotemperaturowych w 67 budynkach jednorodzinnych (stare i nowe, średnia powierzchnia 159 m²). Celem było opracowanie szczegółowego i praktycznego raportu, który miał odpowiedzieć na pytanie „czy możliwe jest uzyskiwanie sprawności kotła kondensacyjnego na poziomie 109%?” oraz jakie czynniki odgrywają wpływ na sprawność kotła.

Sprawność powyżej 100%?

Średnia wartość sprawności znormalizowanej dla 60 monitorowanych kotłów kondensacyjnych wyniosła dokładnie 100,0%. Nie podano konkretnych cząstkowych sprawności samych kotłów, a jedynie sprawności średnioroczne całych systemów grzewczych. Maksymalnie sprawność taka wyniosła 107,6%, a więc sprawność znormalizowana samego kotła powinna wynosić ok. 104%. Około połowy monitorowanych kotłów kondensacyjnych pracowało ze sprawnością znormalizowaną co najmniej 100%.

Kocioł kondensacyjny, a niskotemperaturowy…

Dla 7 kotłów niskotemperaturowych średnia sprawność znormalizowana (do ciepła spalania) była niższa o 11% w porównaniu do średniej sprawności kotłów kondensacyjnych (tab.1.). W skrajnych przypadkach różnica ta wynosiła 30%. Zwrócono także uwagę na znaczne (2- do 4-krotnego) przewymiarowanie kotłów. Podczas, gdy średnioroczne obciążenie kotła podczas określania jego sprawności wg normy DIN 4702-8 wynosi 38,8%, to dla monitorowanych kotłów kondensacyjnych wynosiło średnio jedynie … 9%. Było to spowodowane nieuwzględnianiem zysków ciepła w budynku, a także dobieraniem mocy grzewczej kotła z uwzględnianiem naddatku dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej.

Raport przedstawia w statystykach głównie sprawności średnioroczne całych systemów grzewczych, a więc z uwzględnieniem sprawności wytwarzania ciepła w samym źródle ciepła, ale również z uwzględnieniem strat spalinowych oraz ciepła w podgrzewaczu wody i przewodach wody grzewczej. Średnio straty te jak wynika z tabeli 1 wynosiły 3,8% (100,0-96,2%). Łącznie w 15 z 60 systemów grzewczych, sprawność średnioroczna wyniosła ponad 100% – maksymalnie 107,6%.

Sprawność, a tryb regulacji – pogodowy, pokojowy…

 Tryb regulacji pogodowej dla kotła kondensacyjnego przekłada się na uzyskiwanie wyższej sprawności. Podwyższenie komfortu cieplnego w domu poprzez dodanie czujnika temperatury wewnętrznej obniża sprawność średnioroczną systemu grzewczego – średnio nieznacznie, bo o niecały 1% (tab. 2).

Sprawność w zależności od systemu ogrzewania

Zastosowanie ogrzewania podłogowego wyraźnie podwyższa sprawność średnioroczną systemu, chociaż także dla ogrzewania grzejnikowego możliwe jest uzyskiwanie wysokich sprawności – w badaniu nawet 107,6%. Taki wynik uzyskał kocioł wiszący zabudowany w pomieszczeniu ogrzewanym, wyposażony w regulator pogodowy, pozbawiony cyrkulacji wody użytkowej. (tab. 3).

Sprawność w zależności od miejsca zabudowy kotła

Istotny wpływ na sprawność kotła i całego systemu grzewczego odgrywa także miejsce zabudowy kotła. Jeśli jest on zabudowany w pomieszczeniu ogrzewanym, to średnio sprawność systemu może być wyższa o blisko 2% (tab.4.).

Badanie sprawności systemów grzewczych jakie przeprowadzono w dużej skali w blisko 70 domach jednorodzinnych wskazało, że jest możliwe uzyskiwanie przez kotły kondensacyjne wysokich sprawności pracy, takich, jakie deklarują producenci. Jest to uwarunkowane uwzględnieniem znanych powszechnie zaleceń – sprowadzających się do zapewnienia jak najniższych wartości temperatury wody grzewczej. Należy zwrócić także uwagę na miejsce zabudowy kotła (piwnica, pomieszczenie ogrzewane) oraz straty ciepła w układzie wody użytkowej – przede wszystkim w układzie cyrkulacji. Należy ograniczać czas pracy układu cyrkulacji c.w.u. Badanie prowadzono 10 lat temu i z pewnością nowe rozwiązania techniczne, szczególnie w zakresie palników o większym zakresie modulacji mocy grzewczej, korzystnie wpływają na sprawności obecnie produkowanych urządzeń.

Literatura:

[1] „Kotły atmosferyczne już niedługo znikną z rynku „ P. Lachman, InstalReporter 07.2013

[2] „Felduntersuchung: Betriebsverhalten von Heizungsanlagen mit Gas-Brennwertkesseln”, Fachhochschule Braunschweig Wolfenbüttel, 2004