Skondensowana kondensacja

Kondensacja – nie pomylę się, jak napiszę, że to określenie zna już każda osoba związana z branżą grzewczą, ba, także typowy Kowalski, planując zakup kotła w pierwszej kolejności pomyśli właśnie o kotle kondensacyjnym. Jak wygląda obecnie rynek kotłowy, czy rzeczywiście kotły kondensacyjne sprzedają się częściej od tradycyjnych? Czy inwestycja w taki produkt się opłaca? Czy rzeczywiście tylko niskotemperaturowe instalacje mają sens z kotłami kondensacyjnymi?

Rynek na przestrzeni ostatnich 10 lat

Liczba gazowych kotłów grzewczych sprzedawanych obecnie to niemal 200 000 sztuk rocznie, z czego niemal połowa to kotły kondensacyjne. Jeszcze 10 lat temu rynek był dwukrotnie mniejszy i niemal wszystkie sprzedawane kotły były tradycyjne, jedynie 3% sprzedawanych kotłów stanowiły kotły kondensacyjne. Co sprawiło, że z roku na rok rynek kotłów kondensacyjnych powiększa się o 1/3? Przede wszystkim coraz niższe ceny kotłów, coraz większy wybór urządzeń na rynku, a także wzrost świadomości ekonomicznej i ekologicznej. Nie bez znaczenia jest też rosnący rynek ogrzewania płaszczyznowego, a więc ogrzewanie podłogowe i ścienne.
Kocioł kondensacyjny jest najczęściej niemal dwukrotnie droższy od kotła tradycyjnego, a sprawność wg danych technicznych zaledwie 11% wyższa. Licząc na papierze, inwestycja w kocioł kondensacyjny zwraca się po około 9 latach. W praktyce jednak kotły kondensacyjne z automatyką pogodową przynoszą dodatkowe oszczędności dzięki lepszemu dopasowaniu w okresach przejściowych, jak jesień, wczesna wiosna. Wykonane są z trwalszych materiałów i odpornych na warunki pracy, w szczególności wymienniki ciepła ze stali kwasoodpornej są łatwe w konserwacji.

Kilka słów o urządzeniach

Dlaczego w instalacjach przeliczonych na parametr rzędu 80/60oC kotły kondensacyjne mają sens? Wiemy przecież, że efekt kondensacji rozpoczyna się poniżej znanej wszystkim wartości temperatury 57oC (upraszczając warunki i typ paliwa) – której jednak temperatury: wody w kotle, czy wody na powrocie, a może wody na zasilaniu. Żeby możliwa była kondensacja, temperatura wody na powrocie do kotła nie może być wyższa od wartości 57oC głównie ze względu na temperaturę spalin. To oznacza, że przy wspomnianych parametrach pracy 80/60oC kocioł kondensacyjny nie kondensuje – to jaki jego sens w tej instalacji ? Spójrzmy na temperaturę spalin kotła tradycyjnego i kondensacyjnego. W kotle tradycyjnym analizator pokaże wartość rzędu 115oC (kotły „domowe”) lub 180oC (kotły przemysłowe), podczas gdy w kotle kondensacyjnym w granicach 70-80oC. Wyższość kotła kondensacyjnego tkwi nie tylko w samej kondensacji, ale także w wielkości wymiennika spaliny/woda. Większa powierzchnia pozwala na przekazanie znacznie większej ilości ciepła wodzie i tym samym na większe wychłodzenie spalin. Wniosek: kocioł kondensacyjny nawet w warunkach nie pozwalających na kondensację pary wodnej ze spalin będzie się charakteryzował wyższą sprawnością od kotła tradycyjnego. Zastosowanie kotła kondensacyjnego ma sens w każdej wodnej instalacji grzewczej, gdzie temperatura wody nie będzie przekraczać 80-90oC.
Podane powyżej wartości temperatury dotyczą najczęściej spotykanego paliwa, jakim jest gaz. Nieco inaczej sprawa ma się w przypadku oleju opałowego. Kondensacja w kotłach olejowych nie jest sprawą prostą. Olej opałowy ma większy niż gaz stosunek węgla do wodoru i w czasie spalania powstaje mniej pary wodnej – nawet 40% mniej niż z gazu. Co więcej, temperatura punktu rosy jest niższa niż w przypadku gazu, a to oznacza, że aby doszło do kondensacji pary wodnej potrzeba schłodzić spaliny do jeszcze niższej temperatury, do około 47oC. Żeby tego było mało, powstający kondensat ma niższy odczyn pH, bardziej kwaśny i wymaga lepszych materiałów – najpopularniejsza stal kwasoodporna ma oznaczenie 1.4539, podczas gdy w kotłach kondensacyjnych gazowych spotyka się stale kwasoodporne (np. 1.4571, 1.4306, 1.4404, 1.4162), a także odlewy aluminium i krzemu.

Najczęstsze wybory do domów i mieszkań

Każdy szuka w sieci i wypytuje znajomych, co mają i jak się sprawuje. Zapewne jak już mamy wypatrzone kilka modeli można śmiało przypuszczać, że każdy z nich spełni swoją rolę w ogrzewaniu domu, natomiast nie każdy zapewni komfort korzystania z wody użytkowej. Co mamy do wyboru: kocioł dwufunkcyjny, jednofunkcyjny z podgrzewaczem lub urządzenie kompaktowe z wbudowanym zbiornikiem.
Kiedy wybrać który?
Dwufunkcyjny przede wszystkim do mieszkań i domów, gdzie punkty poboru wody są blisko siebie (kilka metrów) i ilość zużywanej ciepłej wody jednorazowo nie przekracza 11 lirów na minutę.
Jednofunkcyjne z podgrzewaczem z kolei z uwagi na możliwość magazynowania większej ilości wody lepiej spełnią oczekiwania tych osób, które wymagają dużej ilości wody w krótkiej chwili – duża wanna czy natrysk z deszczownicą. Dodatkową zaletą jest możliwość zwiększenia komfortu korzystania z wody dzięki cyrkulacji.
Trzecim wariantem jest urządzenie kompaktowe – jest to specyficzna odmiana kotła jednofunkcyjnego z podgrzewaczem. Różnica polega na tym, iż pojemność zbiornika jest już narzucona fabrycznie, występuje więc pewne ograniczenie wydajności chwilowej wody użytkowej. Modele z ogrzewaniem wody użytkowej w systemie ładowania warstwowego pozwalają jednak najlepiej z wymienionych wariantów wykorzystać kocioł kondensacyjny – jest więc modelem o najwyższej całorocznej sprawności.

Neutralizacja kondensatu

Na początek dla wyjaśnienia – skąd bierze się kwaśny odczyn kondensatu, przecież podobno skrapla się para wodna? Niestety w procesie spalania powstają również inne mało korzystne związki, takie jak tlenki siarki. To one właśnie, łącząc się z parą wodną, tworzą kwasy, głównie kwas siarkowy H2SO4. Kwas ten stanowi niemal 90% objętości powstałego kondensatu. Kwaśny odczyn neutralizuje się surowcem węglanowym (np. kruszywem dolomitowym):
H2SO4 + (Ca, Mg)CO3 —> (Ca, Mg)SO4 + H2O + CO2
W tym procesie powstają złogi siarczanów wapnia i magnezu, przede wszystkim gips, a więc związek trwały, nierozpuszczalny i co najważniejsze nieagresywny dla środowiska.

Przyszłość kondensatów

Idealnie pasuje tutaj motto: nic nie jest tak dobre, by nie można było tego ulepszyć, a więc śmiało można przypuszczać, że przyszłość przyniesie zmiany i nowe produkty. Jednak kotły kondensacyjne dzięki swojej uniwersalności będą jeszcze długo na topie. Przyszłość, ta określona, to w dalszym ciągu urządzenia, w których podstawowym procesem zachodzącym „w środku” będzie kondensacja. Niektóre z tych urządzeń już przechodzą testy polowe, jak np. kotły z silnikiem Stirlinga, a które zapewne za kolejne 10 lat będziemy zastępować kolejnymi, jeszcze sprawniejszymi.