Nowoczesne kotły gazowe

Obecnie, przy ciągle rosnących cenach paliw, coraz bardziej popularnym tematem podczas planowania budowy domu stają się koszty późniejszej eksploatacji budynku. Po wyborze odpowiedniego paliwa najważniejszą kwestią staje się więc dobranie źródła ciepła o satysfakcjonującej sprawności.

Przekroczyć 100 proc.?

Sprawność energetyczna to stosunek energii otrzymanej do energii dostarczonej. Nie trudno więc zauważyć, że żadne urządzenie energetyczne nie powinno być w stanie przekroczyć pełnej sprawności wynoszącej 100 proc. Dlaczego zatem producenci kotłów kondensacyjnych deklarują sprawność wyższą niż ta wartość? Otóż okazuje się, że sprawność kotłów kondensacyjnych przekraczająca 100 proc. jest możliwa do osiągnięcia dzięki wykorzystaniu zjawiska skraplania pary wodnej ze spalin, którego nie uwzględnia rozpowszechniona definicja ilości energii dostarczanej (energii chemicznej paliwa).

Definicja sprawności kotłów energetycznych obowiązująca w Polsce, jak również w większości krajów świata, opiera się na wartości opałowej paliw. Przy jej badaniu mierzy się ilość energii cieplnej, jaką można otrzymać podczas spalania paliwa bez uwzględnienia odbioru ciepła od spalin (całość spalin wraz z parą wodną kierowana jest do komina). Całkowita ilość energii, zawarta w paliwie, jest większa od wartości opałowej o ciepło kondensacji pary wodnej i to jest tzw. ciepło spalania paliw (potocznie górna wartość opałowa). Obowiązująca definicja sprawności kotłów powstała gdy urządzenia energetyczne nie były w stanie odbierać energii kondensacji pary wodnej, przez co jako energię dostarczoną do kotła (energię chemiczną paliwa) przyjęto wartość opałową wprowadzanego paliwa, zamiast całkowitej jego energii, którą jest ciepło spalania. Tak zdefiniowana sprawność została przekroczona przez kotły kondensacyjne przystosowane do odbioru ciepła kondensacji pary wodnej ze spalin.

Kocioł gazowy w kuchni ©VIESSMANN

Proces skraplania (kondensacji) pary wodnej jest zjawiskiem odwrotnym do procesu parowania. Podczas odparowania wody do układu o stałym ciśnieniu musi zostać dostarczona energia cieplna, a podczas procesu skraplania energia wcześniej dostarczona zostaje od pary wodnej odebrana i może zostać wykorzystana jako ciepło użytkowe. Skąd zatem w spalinach suchego gazu ziemnego bierze się para wodna? Otóż powstaje w wyniku spalania głównego składnika gazu ziemnego — metanu (CH₄;), który jest paliwem o dużej zawartości wodoru tworzącym w połączeniu z tlenem z powietrza wodę (H₂O).

Dla gazu ziemnego, o cieple spalania na poziomie 39,5 MJ/m³ i wartości opałowej na poziomie 35,5 MJ/m³, górna granica sprawności (przy definicji opartej na wartości opałowej) wynosi ok. 111 proc. Sprawność rzeczywista kotłów jest nieco niższa od maksymalnej z powodu występowania straty kominowej, która jest niezbędna dla zachowania ciągu kominowego, i straty ciepła przez przenikanie (nie ma bowiem materiałów o zerowej przepuszczalności cieplnej).

Kotły gazowe kondensacyjne i ich rodzaje

Gazowe kotły kondensacyjne stanowią segment urządzeń grzewczych o najwyższej efektywności zamiany energii chemicznej paliwa w ciepło użytkowe. Nowoczesne kotły z tego segmentu są często przystosowane do współpracy z kolektorami słonecznymi, umożliwiając maksymalizację oszczędności kosztów związanych z dostarczaniem niezbędnej dla budynku energii (na potrzeby CO i podgrzewania CWU). Eliminacja pary wodnej ze spalin, dzięki zastosowaniu kotłów kondensacyjnych, pozwala zapobiec

zjawisku „mokrego komina” powstającemu przez wykroplenie się pary wodnej na chłodniejszych od spalin ściankach komina.

Na rynku dostępnych jest wiele różnych typów urządzeń dostosowanych do odmiennych potrzeb konsumentów. Do najważniejszych należą:

• kotły gazowe kondensacyjne jednofunkcyjne;
• kotły gazowe kondensacyjne dwufunkcyjne;
• kotły gazowe kondensacyjne dwufunkcyjne ze zintegrowanym zasobnikiem CWU;
• kompaktowe gazowe kondensacyjne centrale grzewcze do współpracy z kolektorami słonecznymi dla podgrzewu ciepłej wody użytkowej i wspomagania ogrzewania.

Urządzenia grzewcze w każdym segmencie coraz częściej wyposażone są w elementy z kwasoodpornej stali wzbogacanej metalami szlachetnymi, np. tytanem, czy metalami ziem rzadkich takich, jak molibden. To pozwala podnosić jakość wytworzonych urządzeń i wydłużać ich bezawaryjną pracę. W nowoczesnych modelach stosuje się promiennikowe palniki o modulowanej mocy w granicach 20–100 proc., która pozwala eliminować straty związane z niestałą pracą w trybie „załącz–wyłącz” występujące w urządzeniach bez takiej funkcji. Ponadto coraz częściej urządzenia grzewcze wyposażone są w automatykę do kontroli mieszanki paliwowo– powietrznej umożliwiającej najbardziej efektywne spalanie paliwa i ograniczanie emisji szkodliwych substancji (np. toksyczny tlenek węgla, tlenki azotu). Głównym elementem umożliwiającym taką kontrolę jest sonda lambda, której zadaniem jest mierzenie zawartości tlenu w spalinach. Rozwiązanie to nie tylko pozwala na zwiększenie sprawności wykorzystania paliwa, ale również umożliwia płynną zamianę paliwa z gazu ziemnego na np. płynny bez konieczności zmiany ustawień palnika — automatyka sama dostosuje urządzenie do spalanego paliwa.

Nowoczesne urządzenia wyposażone są w funkcję sterowania ogrzewaniem bezprzewodowo — za pomocą pilota, a nawet smartfona. Dzięki oprogramowaniu na telefon komórkowy można, np. na czas zimowego urlopu, wyłączyć w domu podgrzewanie ciepłej wody i ustawić przeciwzamrożeniową temperaturę powietrza na poziomie 7°C.

Kotły gazowe kondensacyjne jednofunkcyjne

Jednofunkcyjne kotły to urządzenia przeznaczone do zasilania centralnego ogrzewania. Nie są wyposażone w funkcję podgrzewu wody ze względu na brak wymiennika ciepła i zasobnika CWU. Mimo tego mogą służyć jako źródło ciepła dla osobnego pojemnościowego podgrzewacza CWU. Co istotne, rozwiązanie takie jest znacznie wygodniejsze od kotłów dwufunkcyjnych z uwagi na możliwość zaspokajania wyższego zapotrzebowania na ciepłą wodę (kilka punktów poboru) dzięki przygotowaniu większej ilości ciepłej wody w zbiorniku pojemnościowym.

Kotły kondensacyjne jednofunkcyjne dostępne są w różnych konfiguracjach: stojące, wiszące, a także do zabudowy. Wszystkie posiadają sprawność sięgającą nawet 109 proc. Należy jednak pamiętać, że przy zastosowaniu pojemnościowego zasobnika ciepłej wody użytkowej będą występować straty ciepła za sprawą niedokładnej izolacji zasobnika — nie istnieją bowiem idealne izolatory ciepła.

Instalacje centralnego ogrzewania wyposażone w kocioł gazowy kondensacyjny jednofunkcyjny z osobnym pojemnościowym podgrzewaczem ciepłej wody będą najlepszym rozwiązaniem dla konsumentów ceniących sobie oszczędność i wygodę, umożliwiającą jednoczesny pobór ciepłej wody z kilku punktów.

Kotły gazowe kondensacyjne dwufunkcyjne

Kotły gazowe kondensacyjne dwufunkcyjne są technologicznie przystosowane zarówno do zasilania w ciepło systemu centralnego ogrzewania, jak i przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Wśród głównych zalet takiego rozwiązania wymienić należy kompaktowość — w tym przypadku wystarczy montaż tylko jednego urządzenia zamiast dwóch, czyli kotła i pojemnościowego podgrzewacza CWU. To z kolei determinuje niższą cenę zakupu. Do zalet dwufunkcyjnych kotłów zaliczyć należy również oszczędność energii, ze względu na brak strat występujących przy zasobniku CWU.

Niestety gazowe kotły dwufunkcyjne posiadają wadę, która zmniejsza możliwości ich zastosowania. Jest nią ograniczona moc grzewcza stanowiąca przeszkodę dla komfortowego korzystania z ciepłej wody w kilku punktach poboru jednocześnie. Dobranie zbyt wysokiej mocy pogarsza bowiem sprawność działania dla potrzeb CO. Kotły tej kategorii są zazwyczaj w stanie dostarczyć ciepłą wodę o żądanej temperaturze tylko do jednego punktu poboru. Natomiast jeżeli tych punków będzie więcej, wyraźnie spadnie ciśnienie (wydajność) i temperatura dostarczanej wody. Kolejną niedogodnością takiego rozwiązania mogą być wahania żądanej temperatury powietrza w domu. Trzeba bowiem pamiętać, że podczas poboru ciepłej wody kocioł dwufunkcyjny zazwyczaj automatycznie jest przełączany w tryb przygotowania tylko CWU, a to podczas dłuższego jej wykorzystania może doprowadzić do wystudzenia budynku.

Kotły tego typu będą doskonałym rozwiązaniem w niewielkich domach, z niedużą liczbą mieszkańców. Wtedy zapewnią wysoką sprawność wykorzystania paliwa i oszczędności związane z jego zakupem.

Kotły gazowe kondensacyjne dwufunkcyjne ze zintegrowanym zasobnikiem CWU

Kotły gazowe kondensacyjne dwufunkcyjne ze zintegrowanym zasobnikiem CWU posiadają funkcje podobne do kotłów gazowych kondensacyjnych i osobnego pojemnościowego podgrzewacza CWU. Do zalet tych urządzeń grzewczych zalicza się kompaktowość rozwiązania, mniejsze rozmiary i niższe straty związane z zasobnikiem CWU. Warto wiedzieć, że wymagana pojemność tego zasobnika jest tu około trzykrotnie mniejsza (dla zapewnienia podobnego komfortu użytkowania ciepłej wody) niż w przypadku rozwiązań bazujących na kotle jednofunkcyjnym i osobnym podgrzewaczu z wężownicą. Mniejsza wymagana pojemność zasobnika sprawia, że standardowy (osobny) zasobnik CWU zasilany jest zimną wodą, a zasobnik zintegrowany z kotłem — wodą ogrzaną w podgrzewaczu przepływowym. Pozwala to na swobodne korzystanie z dwóch punktów poboru ciepłej wody bez odczuwania dyskomfortu związanego z mniejszym ciśnieniem i obniżoną temperaturą.

Kotły tego typu zaspokoją potrzeby większego domu z 4–osobową rodziną, zapewniając oszczędność energii i komfort poboru ciepłej wody z dwóch punktów.

Kondensacyjny kocioł gazowy ©VIESSMANN

Kompaktowe gazowe centrale grzewcze

Kompaktowe gazowe kondensacyjne centrale grzewcze do współpracy z kolektorami słonecznymi dla podgrzewu ciepłej wody użytkowej i wspomagania ogrzewania stanowią najwyższą półkę urządzeń grzewczych zasilanych gazem ziemnym. Są kompletnym rozwiązaniem dla najbardziej wymagających użytkowników. Całe centrale zazwyczaj skonstruowane są kompaktowo, gwarantując tym samym ograniczenie niezbędnego do ich montażu miejsca do ok. 2 mkw. Do podstawowego wyposażenia tych urządzeń należą: kocioł kondensacyjny, zbiornik buforowy do przygotowania CWU, kompletna aparatura hydrauliczna, system automatyki sterowania z uwzględnieniem warunków atmosferycznych, a także elementy niezbędne do współpracy z kolektorami słonecznymi w celu przygotowania CWU i wspomagania CO.

Urządzenia te posiadają wszystkie niezbędne części umożliwiające zarówno zapewnienie komfortu cieplnego domu na najwyższym poziomie, jak i dostarczanie potrzebnej ilości ciepłej wody o żądanej temperaturze. Sama centrala jest bardzo cicha, co wpływa na komfort użytkowania, a dodatkową zaletą jest stosunkowo łatwa obsługa. Nie można zapominać również o tym, że centrale grzewcze tego typu często posiadają zaawansowane funkcje współpracy z panelami słonecznymi, w skład których zazwyczaj wchodzą wysokosprawne pompy obiegu solarnego (klasa energetyczna A) i niezbędna automatyka. Komfort cieplny budynku może być dodatkowo podwyższany za pomocą wbudowanych systemów dwóch (lub więcej) niezależnych obiegów grzewczych z zaworami mieszającymi.

Zbiorniki buforowe tych urządzeń zazwyczaj pozwalają na przyłączenie, poza instalacją solarną, również dodatkowego źródła ciepła w postaci kotła na paliwo stałe czy płaszcza wodnego z kominka, co przekłada się na jeszcze większe oszczędności energii i większy komfort eksploatacji. Duża pojemność cieplna zbiorników umożliwia ponadto zwiększenie wydajności cieplnej — to pozwala na korzystanie z wielu punktów poboru ciepłej wody jednocześnie bez odczuwalnego spadku jej temperatury.

Kompaktowe gazowe kondensacyjne centrale grzewcze zagwarantują oszczędność energii na najwyższym poziomie, minimalizację zanieczyszczenia środowiska i zaspokoją potrzeby najbardziej wymagających konsumentów.

Co wybrać?

Kotły kondensacyjne stanowią segment urządzeń grzewczych o najwyższej efektywności wykorzystania paliwa gazowego. Nowoczesne technologie (np. sonda lambda) stosowane w tych urządzeniach pozawalają na dozowanie najlepszej mieszanki paliwowo–powietrznej, co gwarantuje ograniczanie kosztów eksploatacyjnych i emisji ubocznych produktów spalania. Ponadto dostępne urządzenia coraz częściej wyposażone są w zaawansowane funkcje automatyki, wykorzystania energii słonecznej i sterowania temperaturą w zależności od pogody. Umożliwiają również bezprzewodową obsługę.

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 03/2013
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl

Dobór odpowiedniego urządzenia grzewczego dla domu bądź mieszkania powinien opierać się zarówno na określonych wcześniej potrzebach energetycznych konsumenta, jak i jego możliwościach finansowych. Warto podkreślić, że w celu zaspokojenia potrzeb energetycznych jednoosobowego gospodarstwa domowego najbardziej rozsądnym rozwiązaniem będzie gazowy kocioł kondensacyjny dwufunkcyjny. Wykorzystanie go ograniczy koszty inwestycyjne przy jednoczesnym zminimalizowaniu strat energii cieplnej związanej z brakiem zasobnika ciepłej wody. Gospodarstwom czteroosobowym lub większym z kolei najlepiej posłużą kotły jednofunkcyjne z osobnym, dużym, zasobnikiem ciepłej wody użytkowej, którego wielkość powinna być dostosowana do liczby mieszkańców. Rozwiązanie pośrednie, czyli kocioł gazowy kondensacyjny dwufunkcyjny ze zintegrowanym zasobnikiem CWU, będzie natomiast najlepszym wyborem dla dwu– lub trzyosobowej rodziny. Pozwoli na jednoczesne i komfortowe korzystanie z dwóch punktów poboru ciepłej wody użytkowej.

Najbardziej oszczędnym i wygodnym sposobem zapewnienia niezbędnej energii na potrzeby CO i CWU będzie wykorzystanie kompaktowych central grzewczych. Pozwalają one nie tylko na efektywne wykorzystanie gazu ziemnego, ale również zintegrowanie wykorzystania energii słonecznej i innych dostępnych źródeł ciepła.

Łukasz Zywar