Co jest najważniejsze przy zakupie kotła węglowego? Marka, grubość blach, gwarancja, kolor obudowy? Nic z tych rzeczy. Najważniejsze to właściwy dobór mocy kotła do potrzeb budynku. To jasne, że moc kotła nie może być za mała, bo w duży mróz nie dogrzałby domu. Ale o to dziś coraz trudniej. Znacznie gorsze a mało znane niebezpieczeństwo czyha w zakupie kotła zasypowego o zbyt dużej mocy.
Zbyt duże kotły węglowe to plaga naszych czasów. Przez to, że w nowych domach, których potrzeby nie przekraczają 10kW, lądują kotły o mocach rzędu 25kW i większych, powietrze zimą trzeba kroić i przeżuwać, po nowiutkich dachach i elewacjach spływa sadza, a domowe budżety są drenowane zakupem zbędnych ton opału.
Kupujący kocioł węglowy najczęściej nie wie, jakiej mocy mu potrzeba. To nie problem. Nie on powinien to wiedzieć, ale fachowcy: sprzedawca kotłów lub instalator. Problem w tym, że bardzo często oni też nie wiedzą i nie chcą wiedzieć. 20 lat temu sprzedawali ludziom kotły 25kW i tak samo robią dzisiaj. A że w międzyczasie w budownictwie zmieniło się wszystko — to nie ich problem.
Trudno powiedzieć, jak wielu fachowców przejawia taką postawę, ale osób nabitych w butelkę jest w internetach na pęczki. A to ledwie nikły procent — ci, którzy dostrzegli jakiś problem: bo schodzi im 5 ton węgla, bo komin przegnił, bo wynoszą smołę wiadrami — i doszli do wniosku, że w nowym domu tak być nie powinno, więc szukają rozwiązania.
Dlaczego część fachowców działa niefachowo? Przyczyny bywają różne:
· brak wiedzy o efektywności kotłów węglowych — o dziwo nawet osoby z branży nie zawsze wiedzą, że kocioł węglowy pracując z 1/3 mocy, wydala niespalone ~2/3 paliwa kominem. Nikt tej wiedzy nie upowszechnia, bo nikomu nie daje to zysku, a wręcz przeciwnie. Cierpią na tym użytkownicy, którzy spalają o wiele za dużo opału i wszyscy, którzy ten zbędnie wyrzucony kominem opał odfiltrowują z powietrza własnymi płucami.
· chęć zysku twoim kosztem — nieuczciwi sprzedawcy kotłów kierują się wysokością marży a nie dobrem klienta, a często przy okazji nie mają dość wiedzy, by doradzić uczciwie, więc chronią swoje tyły wciskając ludziom kilkukrotnie za duże kotły
· przyzwyczajenie ponad rzetelną wiedzę — instalator z 30-letnim stażem może uważać, że skoro tyle lat podłączał kotły 25kW i nikt nie przyszedł z pretensjami, to będzie tak robił do emerytury
· tyłochron — aby rzetelnie dobrać moc kotła, trzeba wykonać choćby pobieżny bilans cieplny budynku. Niektórzy fachmani albo nie mają do tego wiedzy, albo co gorsza chęci. Łatwiej jest zaaplikować każdemu klientowi 25kW. Na pewno nie przyjdzie z pretensjami, że kocioł jest za słaby.
W interesie fachmana jest tylko to, by moc kotła nie była za mała. Zmarznięty klient będzie wiedział, gdzie szukać winnego. Ale wcisnąć klientowi kocioł dowolnie za duży — to dla nich żaden problem i żadna odpowiedzialność. Przecież wszyscy wiedzą, że kocioł węglowy musi kopcić. A że pożera 4 tony węgla w parterowym domku — tyle samo, co w 40-letnim nieocieplonym trzypiętrowym klocku — kto na to zwróci uwagę, że coś tu jest nie tak?
Prawdziwy fachman zawsze będzie trzymał się swego, choćbyś go przypalał ogniem logiki i okładał pałkami faktów. Oto często stosowane pozornie logiczne argumenty, które mają skłonić cię do zakupu za dużego kotła.
Weź pan większy piec, bo tam jest większy wymiennik i spaliny chłodniejsze i pan oszczędzasz
Fachman rzucający takim argumentem zapewne nie wie, że w kotle węglowym kluczowa jest sprawność spalania węgla, a nie sprawność odbioru ciepła. Nic nie pomoże największy nawet wymiennik, jeśli na 20% mocy nominalnej przerośnięty kocioł nie będzie produkował ciepła, lecz ulatniał niespalone paliwo. A w kwestii odbioru ciepła: powierzchnia wymiennika jest dobrana przez producenta do mocy kotła na ogół prawidłowo, tak by spaliny nie były ani za gorące, ani — co gorsza — za zimne. Jeśli już, warto wybierać takie kotły, które fabrycznie mają dużą powierzchnię wymiennika w stosunku do mocy nominalnej, co też bardzo bierzemy pod uwagę w rankingu kotłów.
Weź pan większy piec, bo jak będzie cieplej, to pan sobie skręcisz zaworkiem/ustawisz niższą temperaturę na sterowniku i będzie pan zadowolony
Znów to samo: brak pojęcia o marnej efektywności kotłów węglowych na niskich mocach. Żaden sterownik ani zaworek tego problemu nie rozwiązuje. Ustawiasz sobie niższą temperaturę, przykręcasz zaworek — i masz mniej ciepła, ale paliwa nadal zużywasz podobną ilość, tyle że większość leci w komin niespalona — bo kilkanaście kilo węgla się kisi.
Ostatnio były ciepłe zimy, a jak przyjdzie porządny mróz to co pan zrobisz?
Tak wygląda żerowanie na niepewności klienta. Niepewność zawsze będzie, bo nikt nie chce zmarznąć zimą i to jest normalne. Sęk w tym, by wyleczyć ją jak najdokładniejszym bilansem cieplnym budynku, a nie wielgachnym zapasem mocy, bo to będzie o wiele droższe i bardziej bolesne.
W przypadku budynku do 150m2 postawionego w bieżącej dekadzie, zgodnie ze sztuka i z przeciętnych materiałów można mieć jedynie wątpliwość, czy potrzebuje on mocy 6, 7 czy 8kW. Na 99% zapotrzebowanie nie przekroczy 10kW (chyba że ma pięć balkonów i w połowie jest ze szkła). Zapotrzebowanie na moc w nowym budynku tej wielkości rzędu 15kW czy większe jest niemożliwe — tak samo jak żaden nowy samochód osobowy nie pali 20l/100 benzyny.
Zbiornik CWU potrzebuje kilka kilowatów, żeby się szybko zagrzał
To prawda, że trzeba uwzględnić moc potrzebną na grzanie bojlera w mocy kotła. Jednak zapas ten musi być dobrany względem pojemności bojlera, liczby ludzi w domu i ich upodobań co do częstości i rodzaju kąpieli. Ideą bojlera CWU jest rozłożenie grzania wody w czasie, dzięki czemu potrzebna jest do tego celu dużo mniejsza moc niż w podgrzewaczach przepływowych. Więcej na ten temat w osobnym akapicie w dalszej części tego artykułu.
Ogrzewanie podłogowe znacznie schładza czynnik grzewczy co zwiększa zapotrzebowanie mocy aby szybko go ogrzać
Ogrzewanie podłogowe z natury jest bardzo bezwładne — długo się grzeje, długo stygnie. Nawet 40kW mocy nie pomoże w błyskawicznym zagrzaniu wychłodzonej betonowej płyty. Jeśli potrzebujesz grzać podłogę sprintem to znak, że stosujesz złą filozofię ogrzewania.
W jaki sposób ogrzewanie podłogowe znacznie schładza wodę? Podłoga pracuje w zakresie temperatur do 35st.C. Tak więc woda gorąca puszczana na podłogówkę może mieć max. 35st.C, a powracająca zimna będzie miała temperaturę podłogi — załóżmy pesymistycznie 15st.C. Różnica między tymi wartościami decyduje o mocy, z jaką będzie musiał pracować kocioł (by ją wyliczyć, trzeba by jeszcze znać ilość przepływającej wody). W tym przypadku różnica to 20 stopni. To tyle samo co w instalacji grzejnikowej.
Załóżmy że obieg kotłowy za zaworem czterodrożnym pracuje na 70st.C. Wpływa do niego zimna woda z podłogówki o temperaturze 15st.C. I teraz trzeba ją podgrzać o 55st.C. To przecież dużo mocy wymaga, prawda? Nie, to nie tak! Na potrzeby podłogówki kocioł grzeje wodę od 15st.C do 35st.C. W tym miejscu ciepło jest wydawane odbiorcy. Natomiast grzanie od 15st.C do 70st.C w obiegu kotłowym to “wewnętrzna sprawa” kotła. Proces ten trwa dłużej, więc nie wymaga kilkukrotnie większej mocy.
Niezależnie, czy w instalacji są grzejniki, podłogówka, czy lejesz wodę do wiader i roznosisz po pokojach — o potrzebnej mocy grzewczej decyduje zapotrzebowanie budynku a nie rodzaj grzejnika. Podłogówka jest jednym z rodzajów grzejnika, a o mocy, z jaką musi grzać, decyduje to, ile ciepła traci dom. Jeśli dom traci 5kW/h, a włączysz grzejnik o mocy 20kW, to szybko będziesz go musiał wyłączyć, bo przegrzejesz dom.
Kocioł automatyczny zaleca się przewymiarować co nie wpływa na zwiększenie zużycie paliwa a wręcz odwrotnie na jego zmniejszenie
Która norma budowlana zaleca przewymiarować kotły (poza uzasadniony zapas mocy)? Najlepiej byłoby wypalić takie bzdury u samej ziemi za pomocą wyników badań, ale jakoś mało kto chce się nimi chwalić. U dołu tej strony zamieszczono wyniki badań kotła Ogniwo Eko Plus pracującego z różnymi mocami. Widać wyraźnie, że wraz ze spadkiem mocy, spada też sprawność, więc zużycie paliwa w większym kotle na pewno nie spadnie. Owszem, spadek sprawności na niższych mocach nie jest tak tragiczny jak w kotłach zasypowych, ale poniżej 30% mocy nominalnej zaczyna się tragedia. Dwukrotnego przewymiarowania kotła podajnikowego można nie zauważyć. Czterokrotnego — już nie sposób przeoczyć.
Ponieważ palnik węglowy można porównać do silnika w samochodzie to przy spokojnej jeździe (pracy) zużycie paliwa jest zawsze mniejsze.
Pod warunkiem, że twoje potrzeby w danej chwili to przewóz siebie i dwóch toreb zakupów, a jedziesz Tico lub Golfem, a nie Starem, bo wtedy zużycie paliwa jakkolwiek byś nie jechał będzie typowe dla Stara, ale o wiele za duże w stosunku do twoich potrzeb (dwie torby zakupów przewiózłbyś Golfem)!
Kocioł powinien być dobrany tak aby sam potrafił zagrzać obiekt w każdych warunkach bez pomocy innych urządzeń grzewczych
Obliczenia mocy grzewczej zgodne z normami budowlanymi dają w efekcie taki właśnie wynik — nie zaniżony ani zawyżony pod czyjeś widzimisię, ale uwzględniający najgorsze możliwe warunki zimowe oraz rozsądny zapas mocy niezbędny do odgrzania budynku po dłuższym okresie bez grzania. Dziś budowane domy potrzebują 5-10kW mocy grzewczej i żadne dogrzewanie się kozą opalaną dyktą nigdy nie będzie w takim domu konieczne! Moc konieczna do ogrzania domu nie zależy od niczyjej opinii, ale od rodzaju zastosowanych materiałów i izolacji, a te obecnie są bardzo dobre.
Przyczyna, dla której nie można przesadzać z mocą kotła węglowego, tkwi w ich sprawności. Nie tej laboratoryjnej, sięgającej 80% w trakcie pracy nowiutkiego kotła na pełnej mocy, która w domowych warunkach nigdy nie zostanie powtórzona nawet w przybliżeniu.
Chodzi o zależność sprawności od mocy, z jaką kocioł w danej chwili pracuje. Słowem: każdy kocioł zasypowy na niskich mocach pracuje bardzo nieefektywnie. Tak jak samochód spala więcej paliwa na niskich biegach, np. w jeździe miejskiej, tak kocioł węglowy w domowych warunkach turla się przez ponad połowę sezonu na mocy poniżej połowy swoich możliwości. A jaką osiąga sprawność w tym zakresie? Jak widać poniżej — marną.
Wykres ten nie ma oparcia w literaturze czy badaniach, bo nikt takich badań nie prowadzi ani nie pisze takiej literatury (a jeśli już, to ich nie ujawnia). Nikt nie ma interesu w tym, byś znał coś więcej niż te ładniutkie 80% z folderu reklamowego. Wykres opiera się na porównaniu doświadczeń wielu ludzi: zestawieniu mocy ich kotłów, zapotrzebowania na ciepło domów i zużycia opału. Liczby mogą się różnić nieco w tę czy w tamtą, ale wniosek jest prosty: zbyt duży kocioł jest skrajnie nieefektywny.
W warunkach domowych kocioł dobrany prawidłowo najczęściej pracuje na ~50% mocy nominalnej (bo takie są potrzeby domu), co daje sprawność ok. 50%. Jeśli kupisz kocioł dwa razy za duży, to będzie on pracował na 25% mocy nominalnej. Jaka będzie jego sprawność? Poniżej 30%. Przy drastyczniejszym przewymiarowaniu trudno już mówić o spalaniu. To nieustające kiszenie opału. Albo palenie dwóch łopatek węgla w ognisku na środku wielkiego rusztu.
Tak duży spadek sprawności ma podstawy w fizyce i chemii. Kocioł zasypowy (zwłaszcza górnego spalania) to skrzynia z dużą ilością palącego się jednocześnie opału. Chcąc uzyskać niską moc, trzeba ten opał dusić na niskiej dawce powietrza. To oznacza, że spalanie nie jest pełne. Większość opału ulatuje w komin jako tlenek węgla i sadza.
Zupełnie inaczej ma się sytuacja z kotłami podajnikowymi. Tam, właśnie dzięki mniejszej objętości palącego się węgla, sprawność kotła potrafi być zbliżona do nominalnej nawet w okolicach 30% jego mocy.
Jeszcze lepiej wygląda sytuacja z kotłami gazowymi. Tam proces spalania daje się regulować w tak dużym zakresie, że kocioł 30kW osiągnie w nowym domu niemal taką samą sprawność jak taki o mocy 10kW. W przypadku kotłów kondensacyjnych ważne jest jedynie, by instalacja grzewcza umożliwiała pracę na temperaturach wody poniżej 60st.C, by możliwa była kondensacja pary wodnej ze spalin i dodatkowy zysk energii.
Moc kotła zasypowego w twoim domu powinna być zbliżona (z zapasem 10–20%) do maksymalnych strat ciepła budynku. Czyli tej ilości energii, jakiej będzie potrzebował budynek do utrzymania wewnątrz temperatury pokojowej w hipotetyczny najmroźniejszy dzień sezonu grzewczego (wyjątkiem są kotły miałowe — opisane poniżej).
Jako najmroźniejszy dzień przyjmuje się — zależnie od regionu kraju — dzień ze średnią dobową temperaturą na poziomie –18st.C do –24st.C. Dlatego jest on hipotetyczny, ponieważ takie dni się raczej nie zdarzają. Zwykle nawet gdy nocą jest –25st.C, to za dnia temperatura podnosi się do np. –10st.C, więc średnia to ok. –15st.C. Ale w projekcie instalacji grzewczej bierze się pod uwagę najgorszy scenariusz i uwzględnia rozsądny zapas.
Zapotrzebowanie domu na ciepło można określić z tym większą dokładnością, im więcej informacji o konstrukcji budynku się posiada. Jeśli dokładnie wyliczysz, że twój dom przy –20st.C będzie potrzebował mocy grzewczej 10kW, to nie ma możliwości, by nagle się okazało, że jednak potrzebujesz 20kW. Zapotrzebowanie na ciepło wynika z mierzalnych cech domu takich jak materiał ścian, grubość ocieplenia, wiek i stan okien i drzwi itp. a znając te parametry można wyliczyć potrzebną moc kotła co do kilowata.
Skąd uzyskać informację o zapotrzebowaniu na ciepło twojego domu?
Pierwsze możliwe źródło to projekt domu. W przypadku domów z ostatnich 20 lat, często podane bywa w projekcie zapotrzebowanie na ciepło. Dla typowego domu ~150m2 wybudowanego po 1990 roku będzie to nie więcej jak 10kW.
Tu trzeba uważać, bo czasem projektant pójdzie na łatwiznę i bez wyliczeń wpisze 25-30kW, zakładając że ogrzewanie będzie gazowe. Kocioł gazowy o takiej mocy nie stanowiłby problemu. Taka moc kotła węglowego byłaby natomiast katastrofą.
Jeśli nie ma takiej informacji w projekcie domu lub nie ma projektu, możemy wykonać audyt energetyczny budynku (tzw. OZC). Polega on na obliczeniu zapotrzebowania cieplnego według dość skomplikowanych procedur, na podstawie dokładnej znajomości konstrukcji budynku. Osoba bez wiedzy z zakresu budownictwa ma małe szanse poradzić sobie samodzielnie z takim zadaniem, a wykonanie audytu przez fachowca kosztuje kilkaset do tysiąca złotych.
Warto wydać te pieniądze, bowiem koszt przewymiarowania kotła w obawie przed zamarznięciem będzie wyższy już po pierwszej zimie. Tylko mając w garści wyniki audytu, można właściwie dobrać moc kotła, bez opierania się na domysłach i szacunkach, które zawsze są przybliżone, a co gorsza pozostawiają niepewność i chęć nabrania kilowatów na zapas.
Zużycie energii można oszacować na podstawie wieku i stanu budynku. Normy obowiązujące w czasach jego budowy i dostępne wtedy materiały dają przybliżone pojęcie o jego energochłonności.
Poniższa tabela zawiera orientacyjne wskaźniki zapotrzebowania na moc grzewczą w zależności od wieku i stanu budynku. Przy standardowej wysokości pięter (ok. 2,6m) wystarczy przemnożyć ogrzewany metraż (licząc po podłogach) przez odpowiedni wskaźnik. Dla wyższych pięter należy użyć wskaźnika odnoszącego się do kubatury pomieszczeń.
Wartości te są orientacyjne, tym dokładniejsze im nowszy budynek — znane są ówczesne normy i bardziej powtarzalna była jakość materiałów. Dla starszych budowli można się spotkać z wyższymi wartościami wskaźnika dochodzącymi do 200W/m2 dla domów sprzed ok. stu lat. Nie można wykluczyć takich wartości, bo im dom starszy tym gorsze mogły być materiały użyte do jego budowy, gorsze wykonanie oraz stan obecny (np. mocne zawilgocenie murów). Dlatego dla budynków sprzed 1950 roku najlepiej posłużyć się innymi, dokładniejszymi metodami określenia potrzebnej mocy grzewczej.
Przykładowe obliczenia:
· dla 100-metrowego budynku nieocieplonego z lat 70. o standardowej wysokości stropów: 100W/m2 x 100m2 = 10kW
· dla 50-metrowego mieszkania w przedwojennej kamienicy ze stropem na 3,5m: 48W/m3 x 50m2 x 3,5m = 8,4kW
· dla oddawanego właśnie do użytku 120-metrowego domku ze standardową izolacją: 50W/m2 x 120m2 = 6kW
Innym, bardzo dokładnym przybliżeniem, może być zużycie gazu do ogrzewania w najmroźniejsze dni, o ile oczywiście ogrzewanie gazowe się posiada. Przykładowo, gdy przy średniej dobowej temperaturze zewnętrznej –10st.C kocioł spalił 25m3 gazu, znaczy to że jego moc maksymalna wyniosła 25m3/24h = ok. 1m3/h = ok. 10kWh/h = 10kW. Dzięląc tę moc przez różnicę temperatur (np. 30 stopni), otrzymamy wartość 333W/st.C.
Aby dowiedzieć się, jakiej mocy będzie potrzeba przy średniej –20st.C, wystarczy pomnożyć wyliczoną wielkość przez różnicę temperatur wewnątrz — na zewnątrz (-20 a +20, czyli 40 stopni) i już wiemy, że 13,4kW to potrzebna nam moc nominalna kotła.
Powyższe sposoby bywają kosztowne, kłopotliwe lub niedokładne. Dlatego powstało rozwiązanie darmowe, proste (siłą rzeczy nie tak dokładne jak profesjonalny audyt energetyczny), dające dobre przybliżenie potrzeb grzewczych budynku. Mowa o stronie CiepłoWłaściwie.pl.
Podając podstawowe parametry konstrukcyjne twojego domu, otrzymasz tam nie tylko informację o potrzebnej mocy grzewczej, ale także (jeśli podasz aktualne zużycie opału) o efektywności twojego ogrzewania i propozycjach inwestycji, które najniższym kosztem obniżą twój rachunek za ogrzewanie.
Jeśli kocioł, oprócz ogrzewania domu, ma także grzać bojler z ciepłą wodę użytkową, wtedy trzeba doliczyć mu pewien zapas mocy na tę okoliczność. Od razu trzeba zaznaczyć, że zapas ten prawie nigdy nie będzie wykorzystywany. Jest on przewidziany po to, by w sytuacji najsroższego mrozu syberyjskiego, gdy zapotrzebowanie na ciepło budynku będzie największe, kocioł miał nadal wolne moce przerobowe dla podgrzania CWU.
Ile dokładnie kilowatów zarezerwować na grzanie CWU? Odpowiedzi rzucane są różne — od 0,5kW do ponad 5kW. Rozrzut ten bierze się stąd, że ów dodatek mocy na potrzeby CWU trzeba ustalić w zależności od tego, jak dużo wody i jak szybko chcemy zagrzać w ciągu doby.
Do ogrzania 100l wody o 50 stopni (od 10st.C do 60st.C) potrzeba niecałe 6kWh energii. Można więc podgrzać tę ilość wody w ciągu 1 godziny — wtedy trzeba grzać z mocą 6kW. Mając do dyspozycji 12kW mocy, zagrzeje się tę samą ilość wody w pół godziny. Można też rozłożyć grzanie w czasie i przez 12 godzin grzać z mocą 500W — jeśli w każdym przypadku przez ten czas nie będzie poboru wody, efekt będzie taki sam (różne straty pomijamy).
Dla kotła węglowego grzanie CWU to małe piwo. Na bieżące utrzymywanie temperatury w bojlerze potrzebne są śmiesznie małe moce typu kilkaset watów. Kiedy z jakiegoś powodu chcemy, by woda była zawsze grzana szybciej, wtedy trzeba wyliczyć potrzebną moc jak wyżej.
Ciągle jednak trzeba pamiętać, że zapas ten jest po to, aby mieć czym zagrzać wodę w czasie trzaskającego mrozu. Gdy szukasz kotła podajnikowego, a zapotrzebowanie domu na ciepło wynosi np. 10kW + potrzebujesz grzać 200l bojler, to nie ma sensu z tego powodu kupować wyższej mocy, tj. ok. 17kW. W zupełności wystarczy 10kW, który zawsze ma zapas mocy nawet 30% ponad nominalną (co jest wykazane w DTR kotła i wynika z zapasu mocy palnika). Na co dzień dom będzie potrzebował 2-3kW, a pozostałe 7-8kW będzie można wykorzystać do szybkiego podgrzania bojlera. Natomiast w największy mróz pozostanie wciąż te 2-3kW “ukrytego” zapasu mocy kotła.
O ile kocioł węglowy, gazowy, na drewno czy pellet powinien mieć moc nominalną zbliżoną do maksymalnego zapotrzebowania na ciepło budynku, to nie dotyczy ta zasada kotłów miałowych.
Kocioł miałowy dobiera się według mocy średniej, a nie nominalnej. Dlaczego tak? Ponieważ miał jest podłym paliwem — niskokalorycznym, zapopielonym, które nie pozwala na ostre grzanie. Dlatego aby obsługa kotła miałowego nie urągała człowieczeństwu palacza, taki kocioł powinien mieć stałopalność ok. 24 godzin. Aby to osiągnąć, trzeba go “przewymiarować”.
Przykładowo jeśli dom potrzebuje max. 15kW mocy grzewczej, to kocioł węglowy do tego domu powinien mieć moc nominalną 14-16kW, ale kocioł miałowy do tego samego domu musi mieć ok. 30kW, ponieważ gdy ma on zakres mocy 5-30kW, to średnia wypada ok. 16kW, co odpowiada zapotrzebowaniu domu.
Ta zasada ma poważne konsekwencje. Oznacza ona, że kocioł miałowy nie może być opalany węglem. To musi zaboleć rzesze radosnych palaczy kupujących sobie kocioł ‘na wszystko’, z nadzieją że popalą sobie w nim miałem, a jak im się znudzi, to przeskoczą na węgiel. Nic z tego. Nie istnieje samochód, który równie wygodnie i ekonomicznie przewiezie dwie osoby, 20 osób albo 10 ton ładunku. Podobnie nie istnieje kocioł na wszystko, który zawsze będzie pracował ekonomicznie.
Jeśli zaczniesz palić węglem w kotle miałowym, to dostaniesz wszystkie problemy związane z przewymiarowaniem. Bo kocioł miałowy napchany węglem jest przewymiarowany. Opalany miałem ma słabsze osiągi, dostosowane do potrzeb domu i dlatego działa prawidłowo.
Jeśli zechcesz palić miałem w kotle węglowym, to będziesz mieszkać w kotłowni i zamarzniesz w większe mrozy. Przede wszystkim kocioł, który jest dobrany mocą nominalną, w sytuacji opalania miałem będzie za słaby, by ogrzać dom. Poza tym jego pojemność zasypowa pozwoli na stałopalność rzędu kilku-kilkunastu godzin, co wymusi rozpalanie po 2–3 razy na dobę.
Przewymiarowanie kotła to sytuacja, gdy moc nominalna kotła jest większa od potrzeb budynku i nigdy nie zostanie wykorzystana. Przewymiarowanie niesie mnóstwo problemów, które niekiedy bierzemy za naturalne cechy ogrzewania węglowego:
· gigantyczne zużycie opału, np. 5 ton węgla rocznie na 100m2 domu
· duże ilości węgla pozostałego w popiele
· nieustanne “kiszenie” opału — sadza, smoła i smród jak przy układaniu asfaltu
Skąd te problemy? Przewymiarowany kocioł zawsze pracuje na bardzo niskiej mocy — czyli z fatalną sprawnością rzędu 20–30%. To tak, jakby autem jeździć zawsze na 1–2. biegu i dziwić się, czemu pali 30l/100.
Im nadmiar mocy jest większy, tym gorzej. Tymczasem ludzie kupują kotły 25kW do nowobudowanych parterowych domów o powierzchni ~150m2. To daje trzy-czterokrotny nadmiar mocy, a efektem jest prawdziwa katastrofa finansowa i gehenna w kotłowni, którą odczuwają na własnej skórze już pierwszej zimy.
Zobaczmy przypadek współcześnie zbudowanego domku o powierzchni 100m2. Taki dom bez większego docieplenia osiągnie maksymalne zapotrzebowanie na ciepło rzędu 60W/m2, co narzuca moc kotła max. 6kW. Do tego domu wstawiono kocioł węglowy o mocy 18kW. Jaki będzie efekt?
Widzimy, że nawet w największy mróz kocioł nie przekroczy nigdy sprawności 40%, ponieważ szczytowe zapotrzebowanie budynku — czyli 6kW — to zaledwie 30% mocy nominalnej kotła.
Przez większość zimy węgiel w tym kotle będzie się tlił, dymił i smołował, a 3/4 energii ucieknie kominem. Palacz spędzi większość żywota w kotłowni lub na czyszczeniu komina, z którego dodatkowo zaczną wypływać dziwne ciecze. A w domu będzie +16 stopni, bo do utrzymania komfortowej temperatury trzeba by zakupić dwa razy więcej opału.
Co można zrobić w takim przypadku? Najlepiej zapobiegać — kupując kocioł według rzeczywistego zapotrzebowania na ciepło, czyli o mocy nominalnej w okolicach 6kW.
Niestety znaleźć kocioł węglowy o takiej mocy jest trudno. Producenci dopiero zaczęli zauważać, że istnieją ocieplone domy i pomału wprowadzają modele o mocy poniżej 10kW.
Dobór zbyt dużej mocy kotła to tragedia. Również zbyt słaby kocioł to problemy, choć dziś kupić kocioł zbyt słaby dla współczesnego budownictwa staje się powoli niemożliwością.
W przypadku opisanego powyżej budynku, który w najgorszym razie potrzebuje 6kW mocy, najmniejszy dostępny kocioł węglowy o mocy 5kW zdołałby ogrzać taki dom korzystając przez najzimniejsze 2 tygodnie z posiadanej nadwyżki ponad moc nominalną. Oczywiście zakładając, że wystąpi najgorszy scenariusz brany pod uwagę przy doborze mocy, czyli średnia dobowa temperatura poniżej –20st.C, co w praktyce jest bardzo rzadkie.
Kocioł o zbyt małej mocy nie zdoła ogrzać pomieszczeń do wymaganej temperatury w czasie największych mrozów, nawet jeśli będzie pracował powyżej mocy nominalnej. W domu będzie więc przez ten czas o kilka stopni chłodniej. Nikomu z domowników nie zagrozi raczej śmierć przez zamarznięcie, ale nie każdy musi lubić chadzanie po domu w kufajce.
Jeśli chcesz wiedzieć, jakie mogą być skutki zbyt małej mocy kotła w razie srogiej zimy, to sprawdź ten wpis na blogu, gdzie zbadaliśmy przypadek najsurowszej z zim, jaką dotąd odnotowano na ziemiach polskich.
Zbyt mała moc kotła (w rozsądnych granicach) jest mniej szkodliwa dla kieszeni niż przewymiarowanie. Skutkuje bowiem wyższą sprawnością pracy kotła, czyli niższym kosztem ogrzewania, a przy tym może być dokuczliwa przez 2–3 najzimniejsze tygodnie, podczas gdy przewymiarowanie jest odczuwalne o wiele boleśniej i przez całą resztę sezonu.
Przewymiarowanie kotła nie bierze się tylko ze złego zakupu. Często to wynik ocieplenia budynku. Wystarczy obłożenie domu styropianem, by zapotrzebowanie domu na ciepło spadło nawet o połowę — i już kocioł staje się przewymiarowany. Oszczędności z ocieplenia zostaną pożarte przez straty opału z tytułu przewymiarowania.
Ale na szczęście nie trzeba od razu łożyć pieniędzy na nowy kocioł. Da się dość prosto i skutecznie ograniczyć jego moc z użyciem cegieł szamotowych i specjalnej zaprawy. Koszt to w porywach 50zł.
Taki zabieg pozwala doprowadzić przewymiarowany kocioł do stanu używalności. Dobór ilości cegieł będzie zależał od nadwyżki mocy, jakiej chcemy się pozbyć. Można przyjąć, że zamurowując 1/3 rusztu, redukuje się moc kotła także o 1/3.
Oto kolejne kroki tej operacji:
· Zaopatrz się w kilka cegieł szamotowych pełnowymiarowych i kilka płaskich, szlifierkę kątową z tarczą do cięcia ceramiki oraz min. 5kg zaprawy szamotowej. Znajdziesz to wszystko w pierwszym lepszym markecie budowlanym.
· Zacznij od ułożenia bez zaprawy stosu z cegieł na szerokość całego rusztu, długość 15cm (szerokosć jednej cegły) i do wysokości maksymalnego zasypu (w praktyce prawie pod drzwiczki zasypowe). Jeśli cegły nie mieszczą się tak, by szczelnie blokować ruszt lub występują szczeliny ponad 1cm, przytnij brakujące kawałki lub nadmiary używając szlifierki (z zachowaniem środków bezpieczeństwa typu okulary ochronne — szamot tnie się niełatwo). Blok szamotu powinien sięgać niemal na wysokość dolnej krawędzi drzwiczek zasypowych.
Cegły powinny być spasowane możliwie ściśle. Zaprawa będzie pełnić tylko rolę uszczelniacza. Cały blok szamotu ma przylegać do ścian kotła. Bez obaw — rozszerzalność cieplna szamotu jest mniejsza niż stali czy żeliwa i po nagrzaniu nie uszkodzi on kotła rozszerzając się.
· Wstępnie możesz zamocować cegły bez zaprawy, uszczelniając przestrzenie między nimi gliną lub choćby popiołem. Taka konstrukcja wytrzyma kilka przepaleń, a pozwoli sprawdzić, czy zainstalowana ilość szamotu jest prawidłowa. Jeśli tak — będziesz mógł spokojnie wkleić cegły na zaprawę. Jeśli nie — łatwo wyjmiesz / dodasz nowe cegły.
· Przepal kilka razy i sprawdź, jak działa kocioł, najlepiej przy umiarkowanych mrozach. Powinien wolniej nagrzewać wodę, mniej dymić i smołować, a szamot będzie się rozgrzewał do czerwoności. Jeśli zasyp wystarczy na min. 12h, a poprawa jakości spalania jest widoczna, to możesz pozostać przy tej ilości szamotu. Jeśli zbytnio nie widać różnicy, a nadmiar mocy jest jeszcze spory — dołóż więcej cegieł. Jeśli zasyp starcza na mniej niż 12h — szamotu jest zbyt dużo.
· Gdy już ustalisz prawidłową proporcję rusztu, którą należy zająć szamotem, wklej cegły na zaprawę. Najpierw oczyść z sadzy ścianki, na ruszt połóż gazetę, a potem układaj cegły łącząc je na zaprawę między sobą oraz dając zaprawę między ścianki a cegły. Nie musi to być ładne, byle w miarę szczelne, aby powietrze nie uciekało między cegłami, tylko szło w zasyp. Nie obawiaj się o kocioł — szamot rozszerza się pod wpływem temperatury o wiele mniej niż stal czy żeliwo i na pewno kotła nie rozsadzi.
· Formalnie potrzeba ok. 24h na związanie zaprawy, ale przepalić ostrożnie możesz już po kilku godzinach, gdy zaprawa przestaje być elastyczna. Zaprawa nie musi związać na kamień. Wystarczy, że wyschnie i nie będzie się wykruszać. W każdym razie do murowania lepiej wybrać dzień, w którym przez ten czas będziesz mógł przeżyć bez ogrzewania.
Po takiej operacji odczujesz znaczącą poprawę w kulturze pracy kotła oraz zmniejszone zużycie opału. Oczywiście jest to tylko proteza mniejszego kotła, ale tania i dość skuteczna.
Idea jest podobna jak w wyżej opisanym przypadku, tylko wykonanie ciut odmienne. Nadal chodzi o ograniczenie ilości palącego się węgla i powierzchni odbioru ciepła, ale w kotle dolnego spalania robi się to nieco inaczej:
· zmniejszając przelot pod pierwszym wymiennikiem, czyli szerokość i/lub wysokość tzw. palnika przez zamurowanie go częsciowo szamotem
· przez wyłożenie szamotem dolnej części ścian komory zasypowej — aby ograniczyć tam odbiór ciepła z rozpalonego częściowo zasypu
Tak jak w przypadku kotła górnego spalania, ilość, grubość oraz miejsce instalacji szamotu należy dobrać eksperymentalnie. Pamiętać należy jedynie, by szamot był rozmieszczony symetrycznie względem podłużnej osi kotła, tj. gdy oklejamy ścianę z prawej strony, to tyle samo szamotu idzie na lewą ścianę. To wszystko w celu zapewnienia równomiernego nagrzewania kotła.
Jeśli kocioł ma ruszt ruchomy, to ustawiając cegły szamotowe na ruszcie, trzeba rozmieścić je tak, aby nie blokowały rusztu ruchomego.
Na problem nadmiaru mocy kotła można spojrzeć z góry, z poziomu całego domu. A gdyby tak energię odbieraną stale z kotła pracującego na poziomie 30% mocy nominalnej, zastąpić energią wyprodukowaną co jakiś czas, ale z mocą 90% nominalnej? Ilość energii ta sama, ale sprawność jej odbioru — o wiele większa.
To przecież klasyczne przepalanie. Nieekonomiczne, a do tego kto lub takie huśtawki zimno-ciepło? Kombinujmy więc dalej. Przydałby się jakiś akumulator dla tej nadwyżki energii. Współczesny dom w tej roli sprawdza sie słabo. Dołóżmy więc dobrze zaizolowaną beczkę z wodą i grzejmy ją z dużą mocą przez kilka godzin, by następnie przez kilkanaście godzin odbierać zgromadzone w niej ciepło.
I tak dochodzimy do kolejnego sposobu na przewymiarowany kocioł: to bufora ciepła. Po prostu beczka z wodą grzana z instalacji centralnego ogrzewania, magazynująca nadmiar energii. Generalnie stosuje się go w celu podniesienia średniej mocy kotła, a więc podniesienia sprawności jego pracy. Do niwelowania skutków przewymiarowania jak znalazł.
Jest tylko szereg problemów. Przede wszystkim taki bufor musi być naprawdę duży. Setki, nawet parę tysięcy litrów, zależnie od ilości energii, jaką chcemy zmagazynować. Za tym idą trudności wykonawcze i koszty. A co za to zyskujemy? Tańsze ogrzewanie, palenie w kotle raz na parę dni.
Tematyka buforów ciepła została dogłębnie rozpracowana np. w tym wątku na forum Muratora.
Pewnie znajdą się i tacy, co na problem nadmiaru mocy kotła parskną śmiechem, a gdy już złapią oddech, powiedzą, że przecież wystarczy zamontować sterownik jeden, drugi i piąty, do tego zawór mieszający, wielodrogowy, pompkę, miniaturową fontannę i neony oraz komputer nadzorujący całość — i kocioł zacznie pracować ekonomicznie, a do tego jak nowocześnie!
Nie trzeba wchodzić w szczegóły techniczne, by obalić takie myślenie u samych podstaw. Takie twierdzenia mogą wysuwać jedynie osoby niemające pojęcia o istocie działania kotłów węglowych, traktujące je jak czarną skrzynkę wypluwającą ciepło w zamian za opał, zdolną do natychmiastowej i bezstratnej regulacji mocy w zakresie 0–100% mocy.
Opisana wcześniej zależność sprawności kotła od jego aktualnej mocy wynika z samej istoty jego konstrukcji. Sposób sterowania — nieważne czy prosty miarkownik mechaniczny, czy sterownik z fuzzy PID disco lazzers (czy co tam jest teraz w modzie) — jak i sama instalacja grzewcza (zawory mieszające i inne cuda hydrauliki) nie mają tu nic do powiedzenia, bo odpowiadają jedynie za nadzór nad warunkami pracy kotła i dystrybucję energii.
Nadrzędnym ograniczeniem pozostaje zapotrzebowanie cieplne budynku. Gdy zostaje ono zaspokojone — w domu robi się sauna — to kocioł przechodzi w podtrzymanie, a za tym idzie spadek sprawności. Nie da się zatrzymać w miejscu spalania węgla, a potem w dowolnym momencie go wznowić.
Moc kotła dobierana zgodnie ze sztuką wystarczy na zimę stulecia. A co gdy przyjdzie zima tysiąclecia? Sprawdziliśmy to. Nawet wtedy kotły 25kW nie rozwiną swojej pełnej mocy w nowych domach.
Kliknij obrazek, aby wyświetlić całość
 |
Autor artykułu:
Planergia |
Planergia to zespół doświadczonych konsultantów i analityków posiadających duże doświadczenie w pozyskiwaniu finansowania ze środków pomocowych UE oraz opracowywaniu dokumentów strategicznych. Kilkaset projektów o wartości ponad 1,5 mld zł to nasza wizytówka.
Planergia to także dopracowane eko-kampanie, akcje edukacyjne i informacyjne, które planujemy, organizujemy, realizujemy i skutecznie promujemy.
