Dobór odpowiedniego kotła na paliwo stałe to kluczowy krok przy planowaniu instalacji centralnego ogrzewania. Wybór właściwego źródła ciepła ma istotne znaczenie dla efektywności, ekonomii oraz ekologii, dlatego warto poznać różne rodzaje kotłów dostępnych na rynku oraz ich zalety i wady, aby podjąć najlepszą decyzję.
Dobór kotła na paliwo stałe – kryteria doboru
Dobór kotła na paliwo stałe należy rozpocząć od określenia podstawowego kryterium, czyli mocy potrzebnej do ogrzania budynku. Powinno się to zrobić na podstawie bilansu cieplnego wykonanego przez audytora lub architekta. W przypadku braku takiego dokumentu można zastosować metodę doboru kotła na podstawie powierzchni ogrzewanej obiektu. Dla budynków o dobrej izolacji z nowoczesną instalacją, zapotrzebowanie wynosi zazwyczaj 70–80 W/m², dla niezaizolowanych z tradycyjną instalacją – 100–120 W/m², a dla nowych obiektów – 40–70 W/m². Oczywiście, powyższe wartości mogą być przyjęte przy założeniu, że wysokość pomieszczeń jest poniżej 2,7 m.
Przykładowo, dla budynku o powierzchni 160 m², który jest bardzo dobrze zaizolowany, można użyć wskaźnika 70 W/m², co oznacza, że orientacyjne zapotrzebowanie na ciepło wyniesie 11,2 kW.
Nowoczesne kotły na paliwo stałe zawsze pracują w zakresie mocy grzewczej od 30 do 100% jej wartości nominalnej. W związku z tym nawet nieznaczne przewymiarowanie urządzenia nie powoduje jego nieprawidłowego działania, lecz jedynie pracę z mniejszą mocą niż nominalna. Realizując dobór kotła na paliwo stałe należy również pamiętać, że podawana moc dotyczy paliwa zgodnego z dokumentacją techniczno-ruchową. Jeśli wykorzystywane jest paliwo innego rodzaju, np. o mniejszej kaloryczności lub większym zanieczyszczeniu, moc nominalna może się obniżyć. Dlatego też dobierając kocioł, trzeba uwzględnić wyliczoną moc oraz dodać kolejną wartość z danego typoszeregu. Przykładowo, jeśli zapotrzebowanie na moc cieplną dla danego budynku wynosi 11,2 kW, należy dobrać kocioł o mocy 12, 14 lub 15 kW. Nigdy nie można zastosować kotła o mniejszej mocy niż zapotrzebowanie cieplne budynku.
Dobór kotła na paliwo stałe musi uwzględniać sprawność urządzenia, ponieważ im wartość ta jest wyższa, tym mniejsze zużycie paliwa. Kolejnym bardzo ważnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest wymagany ciąg kominowy. W przypadku domów jednorodzinnych najczęściej spotykaną wartością siły ciągu kominowego jest 20–25 Pa. Jeśli dla danego urządzenia wymagany jest ciąg na poziomie ok. 30 Pa, może być trudno osiągnąć taką wartość w standardowym kominie domu jednorodzinnego. Może to prowadzić do nieprawidłowego spalania, problemów z kopceniem z kotła, zasmolenia ścianek wymiennika, a w konsekwencji do uszkodzenia urządzenia i utraty gwarancji w przypadku wystąpienia takiej usterki.
Dobór kotła na paliwo stałe do nowego budynku musi być z kolei zgodny z wymaganiami określonymi w WT2021. Wytyczne te nakładają obowiązek stosowania urządzeń wykorzystujących biomasę suchą, takich jak kotły na pellet, lub pomp ciepła.
Dobór kotła na paliwo stałe – typy urządzeń
Kotły na paliwo stałe można podzielić na urządzenia zasypowe z załadunkiem ręcznym oraz automatyczne. Pierwszy rodzaj kotłów może być opalany węglem, groszkiem lub drewnem. Zgodnie z polskimi przepisami, każdy kocioł z ręcznym załadunkiem musi być wyposażony w bufor ciepła. Jego wielkość jest dobierana na podstawie dokumentacji techniczno-ruchowej kotła lub normy PN-EN 303-5. Kotły automatyczne mogą być natomiast opalane ekogroszkiem lub pelletem z drzewa i nie wymaga się instalacji bufora.
Dobór kotła na paliwo stałe – wymogi dotyczące kotłowni
Realizując dobór kotła na paliwo stałe należy w pierwszej kolejności zadbać o zachowanie dostępu do wszystkich otworów wyczystnych, łącznika pomiędzy urządzeniem a kominem oraz do elementów, które zużywają się w trakcie eksploatacji (np. w kotle na ekogroszek z podajnikiem ślimakowym, powinna być możliwość wymiany ślimaka bez konieczności demontażu kotła).
Wszystkie nowe kotły o klasie 5. oraz spełniające wymagania eko-projektu muszą być podłączone do komina, który jest zabezpieczony przed korozją spowodowaną kondensacją pary wodnej w jego wnętrzu. Ponieważ spaliny tych kotłów mają bardzo niską temperaturę, występowanie kondensacji w kominie jest częstym zjawiskiem. Wysokość i przekrój kominowy zawsze są określone w dokumentacji techniczno-ruchowej kotła, która zawiera również informacje dotyczące wymaganego ciągu spalin w kominie, zależnie od typu i wielkości urządzenia. Ta wartość zazwyczaj wynosi od 20 do 60 Pa. Przed montażem kotła, każdy komin powinien być odebrany przez kominiarza posiadającego odpowiednie uprawnienia.
Kolejnym istotnym warunkiem prawidłowego procesu spalania w kotłach na paliwa stałe jest zapewnienie odpowiedniej dawki świeżego powietrza. W tym celu stosuje się wentylację nawiewną, która polega na doprowadzaniu powietrza do procesu spalania za pomocą specjalnego kanału, którego wylot znajduje się powyżej podłogi. Brak wentylacji nawiewnej lub jej niedrożność może prowadzić do takich problemów jak dymienie czy niemożność uzyskania wymaganej mocy kotła. Drugi kanał wentylacyjny odpowiada za odprowadzanie ewentualnych gazów z pomieszczenia kotłowni.
Każdy kocioł powinien być opalany odpowiednim paliwem, na którym został przebadany w laboratorium. Zakup właściwego paliwa zapewnia prawidłową pracę urządzenia. W przypadku kotłów na węgiel zawsze należy zwracać uwagę na parametry, takie jak kaloryczność, zawartość siarki oraz liczba Rogi (Ri). Kaloryczność można łatwo ocenić na podstawie ilość dostarczonego ciepła lub długości płomienia. Jednak bardzo istotnym, a często pomijanym przez użytkowników parametrem, jest liczba Rogi. Określa ona spiekalność danego węgla. Im jej wartość jest wyższa, tym spiekalność większa. Jeżeli węgiel charakteryzuje spiekalność między 40 a 60, oznacza to, że z popielnika trzeba będzie usuwać bardzo duże kawałki spieków, które w środku będą niedopalone. W przypadku kotłów z automatycznym podajnikiem mogą one nawet doprowadzić do jego zablokowania. Należy również pamiętać o wilgotności stosowanego paliwa. Przykładowo, w przypadku zastosowania zbyt wilgotnego paliwa (np. węgla), najpierw część energii zostanie zużyta na odparowanie wilgoci. Wilgoć ta będzie miała większą tendencję do osadzania się na ściankach kotła i komina, co prowadzi do ich szybszego zużycia oraz zwiększonego zużycia paliwa.
W przypadku kotłów opalanych drewnem bardzo ważne jest, aby było ono odpowiednio wysuszone. Zaleca się co najmniej 2-letnie sezonowanie, w zależności od wielkości polan. Stosowanie zbyt wilgotnego drewna ma poważne konsekwencje, takie jak szybkie zabrudzenie wymiennika. To z kolei prowadzi do zwiększonego zużycia paliwa oraz szybkiego uszkodzenia kotła. Ponadto, może wystąpić dymienie oraz niemożność osiągnięcia deklarowanej mocy kotła.
Decydując się na kocioł opalany pelletem drzewnym, ważne jest, aby używać paliwa wyprodukowanego z certyfikowanego drzewa klasy A1. Dzięki temu urządzenie zawsze będzie pracować prawidłowo i osiągać deklarowaną moc. Stosowanie pelletów klasy A2 lub poza klasowych może skutkować nieosiągnięciem deklarowanej mocy przez palniki kotła. Przykładowo, jeżeli w zainstalowanym kotle o mocy nominalnej 20 kW zostanie zastosowany pellet o obniżonej kaloryczności, to moc spadnie do ok. 15–16 kW. W okresach dużych mrozów może to prowadzić do spadku temperatury w ogrzewanych pomieszczeniach.
Sposób podłączenia kotła do wodnych instalacji centralnego ogrzewania
Podłączenie kotła do wodnych instalacji centralnego ogrzewania zwykle odbywa się w ramach instalacji systemu otwartego z wymuszonym obiegiem wody. W takim przypadku naczynie zbiorcze, które pełni rolę zbiornika wyrównawczego, powinno być umieszczone w najwyższym punkcie układu. Jest to istotne dla właściwego odpowietrzania instalacji i zapewnienia odpowiedniego krążenia wody. Dodatkowo, naczynie zbiorcze powinno być odpowiednio zabezpieczone przed zamarznięciem, aby uniknąć uszkodzeń w wyniku oddziaływania niekorzystnych warunków.
W przypadku montażu kotła w instalacji grzewczej w układzie zamkniętym istotna jest odpowiednia ochrona instalacji przed przegrzaniem kotła. Polska norma 91/B-02413 zawiera szczegółowe informacje dotyczące zabezpieczeń instalacji. Aby zapewnić prawidłową i bezpieczną pracę kotła, należy zaprojektować i wykonać instalację w taki sposób, aby nie przekraczać maksymalnej temperatury pracy 85°C oraz dopuszczalnego ciśnienia (maks. 1,5 bara). Dodatkowo należy zabezpieczyć powrót kotła przed zbyt niską temperaturą wracającą z instalacji. Jednym ze stosowanych rozwiązań jest użycie zaworów czterodrogowych, tzw. bypassów, lub dodatkowych pompek do ochrony instalacji. Właściwe zabezpieczenie powrotu z instalacji może być realizowane poprzez montaż dodatkowej pompki, która włącza się lub wyłącza na podstawie odczytu temperatury powrotu. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie zaworu czterodrogowego z dwiema pompkami obiegowymi. Pompka w obiegu pierwotnym odpowiada wyłącznie za zapewnienie odpowiedniej temperatury na powrocie kotła.
Innym sposobem ochrony jest wykorzystanie ciepłej wody użytkowej (CWU). Jeśli sterownik kotła odczytuje zbyt niską temperaturę wody wracającej z instalacji c.o., włącza na krótki czas pompkę obiegu ciepłej wody użytkowej. Woda z instalacji c.w.u. jest podgrzewana, co powoduje wzrost temperatury na powrocie i chroni kocioł przed korozją niskotemperaturową. Należy jednak pamiętać, że wadą tego rozwiązania jest wysoka temperatura c.w.u., która może sięgać 55°. Zaletą jest natomiast niski koszt wykonania takiego zabezpieczenia.
Realizując dobór kotła na paliwo stałe warto również zwrócić uwagę na funkcje oferowane przez sterownik. Ważne jest, czy umożliwia płynne sterowanie mocą kotła w zakresie od 30 do 100% mocy nominalnej, obsługuje zawór mieszający, pompkę obiegową lub zapewnia funkcję ochrony powrotu. Wybór odpowiedniego sterownika pozwoli na bardziej precyzyjne i efektywne zarządzanie pracą kotła.
Dobór kotła na paliwo stałe – zalety i wady różnych rozwiązań
Kocioł z ręcznym załadunkiem na węgiel
Zaletą takiego kotła jest możliwość spalania praktycznie każdego rodzaju węgla, nawet z drzewem, przez co koszty ogrzewania są stosunkowo niskie. Koszt montażu przy uwzględnieniu ceny kotła wraz z buforem jest porównywalny do kotła automatycznego na węgiel. W przypadku kotła z ręcznym załadunkiem konieczne jest codzienne rozpalanie i palenie w kotle, co stanowi wadę tego rozwiązania. Użytkownik musi regularnie nadzorować proces spalania, co wymaga zaangażowania oraz czasu. Jednak, korzystając z bufora ciepła, można uzyskać długotrwałe podgrzewanie budynku nawet po wygaszeniu kotła, co jest korzystne dla użytkowników. Ważnym aspektem takiego rozwiązania jest niska emisja szkodliwych substancji do środowiska, zwłaszcza gdy kocioł pracuje na mocy nominalnej.
Kocioł z ręcznym załadunkiem na drzewo
Jedną z głównych zalet tego rodzaju kotła jest niska cena paliwa. Drewno jest zazwyczaj tańszym źródłem energii w porównaniu do innych paliw stałych, takich jak węgiel czy pellety. Warto jednak zauważyć, że koszt samego kotła i montażu może być stosunkowo wysoki. Kotły na drzewo często wymagają dużych buforów o pojemnościach od 1000 l wzwyż, co może zwiększyć koszty inwestycji. Wadą kotła z ręcznym załadunkiem jest konieczność magazynowania drewna na przynajmniej 2 lata do przodu. Drewno musi być odpowiednio wysuszone, z wilgotnością poniżej 20%, co wymaga odpowiedniego pomieszczenia lub zadaszenia. Stosowanie wilgotnego drewna może prowadzić do większego zużycia paliwa, obniżenia sprawności kotła oraz skrócenia jego żywotności. Warto również zauważyć, że Unia Europejska uznaje drewno za paliwo zeroemisyjne i wspiera jego wykorzystanie poprzez unijne dopłaty. Drewno nie podlega również dodatkowym podatkom związanym z emisją substancji szkodliwych, co może być dodatkowym czynnikiem zachęcającym do korzystania z tego rodzaju kotłów.
Kocioł na ekogroszek z podajnikiem automatycznym
Główną funkcją przemawiającą na korzyści tego rozwiązania jest automatyczna obsługa, co oznacza, że wymaga on minimalnego zaangażowania użytkownika – załadunek paliwa odbywa się raz na dwa do siedmiu dni, w zależności od pojemności zasobnika. Warto jednak pamiętać o pewnej wadzie związanej z tym rodzajem kotła, a mianowicie generowaniem większej ilości popiołu. Spalanie pięciu ton ekogroszku może skutkować powstaniem od 250 do 500 kg popiołu.
Należy również mieć na uwadze, że Unia Europejska traktuje wszystkie paliwa kopalniane, takie jak węgiel, gaz czy olej opałowy, jako paliwa mające negatywny wpływ na środowisko i w najbliższym czasie mają one zostać wyłączone z użytkowania. Ponadto będą one obarczane dodatkowymi podatkami w związku z emisją CO2.
Kocioł na pellet drzewny
Pierwszą zaletą tego rodzaju kotła jest możliwość automatycznego rozpalania. Dzięki temu nie musi on pracować cały czas, lecz tylko wtedy, gdy jest to potrzebne, co przekłada się na oszczędność paliwa i energii. Kolejną zaletą jest automatyczne czyszczenie palnika. Warto wybierać kotły, które mają tę funkcję. W przypadku jej braku konieczne będzie ręczne czyszczenie palnika co kilka dni. Kolejną zaletą jest mała ilość generowanego popiołu. Przy spaleniu pięciu ton pelletu drzewnego, ilość popiołu zwykle wynosi ok. 30 kg. Obsługa kotła opalanego pelletami drzewnymi polega na zasypaniu paliwa raz na 2 do 20 dni, w zależności od wielkości zasobnika. Kolejnym elementem, o którym warto pamiętać, jest regularne czyszczenie komory popielnikowej. Zazwyczaj czynność tę wykonuje się raz na tydzień bądź raz na miesiąc. Warto również zaznaczyć, że kotły opalane biomasą w formie pelletu drzewnego są wspierane przez Unię Europejską i uznawane są za źródła ciepła o zerowej emisji CO2, dlatego nie są obciążone dodatkowymi podatkami.
Publikacja artykułu: sierpień 2023 r.
