Technika kondensacji i EWFE
Kotły kondensacyjne dodatkowe wykorzystanie ciepła
Kocioł kondensacyjny wyróżnia się w swojej pracy dodatkowym odzyskiem ciepła zawartego w zjawisku kondensacji pary wodnej, która powstaje przy spalaniu gazu(oleju) i w tradycyjnych kotłach wydalana jest wraz ze spalinami, a wiec bezpowrotnie tracona.
Wykorzystanie zjawiska kondensacji możliwe jest dzięki specjalnej konstrukcji kotła kondensacyjnego dzięki czemu jednostki te charakteryzują się wyższą sprawnością nawet o 25% od kotłów niskotemperaturowych i nawet 40% w stosunku do kotłów tradycyjnych.
Prawie całkowite wykorzystanie energii z procesu spalania oznacza, że kotły kondensacyjne posiadają najwyższą sprawność energetyczną dochodzącą do 99% (klasa energetyczna A) w stosunku do wartości ciepła spalania, co odpowiada wcześniejszej metodzie obliczeń obowiązującej do września 2015 roku sprawność kotła dochodzącą do 109,5%.
W połączeniu z automatyką pogodową oraz pokojową kotły kondensacyjne mogą uzyskać roczną efektywność energetyczną nawet do wartości „A+” czyli wynikowe koszty eksploatacyjne porównywalne będą z eksploatacją układu z wykorzystaniem pomp ciepła powietrze / woda, natomiast inwestycyjnie są w stosunku do pompy ciepła kilka razy niższe . Wprowadzone we wrześniu 2015 roku nowe przepisy unijne ze względu na efektywność urządzeń zezwalają krajach UE na montaż w nowych i modernizowanych budynkach wyłącznie kotłów kondensacyjnych.
Samo zjawisko kondensacji pary wodnej ze spalin w kotłach kondensacyjnych znane jest i wykorzystywane praktycznie od dawna. Pierwsze kotły kondensacyjne zostały zaprojektowane blisko 150-lat temu. Jednak ze względu na konieczność zastosowania specjalnych materiałów i rozwiązań, do seryjnej produkcji weszły dopiero w latach 80-tych poprzedniego wieku. W Polsce pierwsze kotły kondensacyjne zostały zamontowane przez EWFE-Polonia w roku 1991.
Co to jest kondensacja…
Zjawisko kondensacji pary wodnej polega najprościej ujmując na schłodzeniu spalin poniżej punktu Rosy, dzięki czemu wykrapla się zawarta w spalinach para wodna częściowo kotle oraz dalej w kominie w układzie powietrzno-spalinowym. W ten sposób odzyskuje się „dodatkowe ciepło” – ciepło z kondensacji, które w kotłach tradycyjnych i niskotemperaturowych wyrzucane i tracone.
Całą zasadę łatwo zobrazować na przykładzie kotła gazowego. W procesie spalania gazu, jako produkty reakcji powstają przede wszystkim dwutlenek węgla oraz para wodna. Przedstawiając to w uproszczeniu można przyjąć, iż z 1m³ x gazu i 2m³ x tlenu powstaje w procesie spalania w przybliżeniu około 1m³ x dwutlenku węgla oraz 2m³ x pary wodnej ( H2O). Oznacza to, iż spaliny składają się w większości z pary wodnej, która ma temperaturę ponad 100°C i zawiera dużą porcję energii cieplnej.
Chcąc zamienić w parę wodną 1 litr wody musimy ją podgrzać najpierw do 100°C, a następnie dodatkowo dostarczyć jeszcze 600 Wh energii cieplnej, aby gotującą się woda zamieniła się w parę wodną - zjawisko zamiany wody z fazy ciekłej na gazową. Ta dodatkowo dostarczona energia nie przyczynia się jednak do podwyższenia temperatury wody, ponieważ nie jest odczuwalna. Stąd też przyjęto nazywać tę część energii „ciepłem utajonym”. W tradycyjnych urządzeniach grzewczych ciepło utajone wyrzucane jest i tracone bezpowrotnie wraz ze spalinami przez komin na zewnątrz.
Jeśli zrobimy proces odwrotny czyli schłodzimy parę wodną, że ona na powrót zamieni się w wodę, odzyskamy znaczną ilość ciepła zwanego "ciepłem kondensacji". Para wodna skrapla się i opada w dół w postaci kropli. Krople te nazywane są kondensatem. I dokładnie taki proces zachodzi w kotłach kondensacyjnych. Gorące spaliny schładzane są do temperatury poniżej punktu Rosy ( np. dla gazu ziemnego to 57°C), przy której para wodna ulega kondensacji. Uwalniane i odzyskiwane w tym procesie ciepło wykorzystywane jest dalej dzięki kotłom kondensacyjnym do celów ogrzewczych, a nie tracone przez komin.
Teoretycznie wykorzystanie części ciepła kondensacji z pary wodnej nie jest problemem natomiast w praktyce jest dużym wyzwaniem dla producentów kotłów.
Kotły kondensacyjne nie wymagają specjalnej instalacji grzewczej…
Gazowe kotły kondensacyjne nie wymagają specjalnej instalacji ani warunków pracy, innych niż w przypadku kotłów tradycyjnych czy niskotemperaturowych. Od lat błędnie funkcjonuje w obiegu mit przekazywany przez „pseudo fachowców” o konieczności stosowania do kotłów kondensacyjnych specjalnej instalacji grzewczej, znacząco przewymiarowanej lub wyłącznie ogrzewania podłogowego.
Większość kotłów kondensacyjny pracować będzie w każdej instalacji nawet przy zaprojektowanych wysokich parametrach 90/70°C ze sterowaniem według warunków pogodowych. W takich warunkach kocioł kondensacyjny będzie pracować tylko czasowo 10%-15% sezonu grzewczego (jedynie kilkanaście dni w roku) jako jednostka niskotemperaturowa, natomiast przez pozostały okres 85%-90% sezonu grzewczego jako kocioł kondensacyjny. Te założenia teoretyczne zostały w pełni potwierdzone w praktyce i w prowadzonych wieloletnich badania.
Obecnie projektowane i wykonywane instalacje grzewcze o parametrach np. 70/50°C i niżej spełniają w pełne wymagania dla jednostek kondensacyjnych. O pracy kotła w kondensacji decyduje temperatura powrotu czynnika grzewczego z instalacji c.o. który ma schłodzić spaliny w kotle poniżej punktu Rosy ( dla gazu ziemnego to ok 57°C). Natomiast zastosowanie układów płaszczyznowych - ogrzewania podłogowego lub ściennego przy kotłach kondensacyjnych dodatkowo podwyższa średnioroczną sprawność jednostki i efektywność całego układu.
Systemy odprowadzania spalin
Systemy spalinowe do kotłów kondensacyjnych eksploatowane są w nadciśnieniu i ze względu na rodzaj pracy muszą być szczelne oraz odporne na zjawisko kondensacji i korozji. Obecnie najczęściej zalecane są systemy powietrzno-spalinowe z tworzywa sztucznego PPs oraz ze stali stopowych, które są mniej odporne na zjawisko korozji niż tworzywa sztuczne.
Przewody spalinowe lub układy powietrzno-spalinowe dla kotłów kondensacyjnych wprowadzane są do istniejących kominów murowanych lub jako indywidualne systemy koncentryczne. Z reguły do szachtu kominowego wprowadzany jest przewód odprowadzenia spalin, a przestrzeń pomiędzy rurą spalinową, a wnętrzem szachtu służy za przestrzeń do dostarczania powietrza do spalania. Rozwiązanie to jest przydatne zarówno w nowym jak i modernizowanym budownictwie. Istnieją inne rozwiązania dla systemów powietrzno-spalinowych nazywane powszechnie podwójną rurą, gdzie dwa koncentrycznie umieszczone przewody (spalinowy i doprowadzania powietrza) zastępują dotychczasowe tradycyjne kominy murowane.
Kotły kondensacyjne najwyższa efektywność.
Należy jeszcze wspomnieć o jednej bardzo ważnej rzeczy przemawiającej na korzyść kotłów kondensacyjnych. W przeciwieństwie do kotłów tradycyjnych i niskotemperaturowych, kotły kondensacyjne osiągają najwyższą sprawność przy małym obciążeniu mocy czyli w okresach przejściowych w zakresie temperatur zewnętrznych mieszczących się w granicach od -5°C do +12°C…
Ponieważ w naszych warunkach klimatycznych właśnie takie temperatury występują najczęściej w sezonie grzewczym, dlatego też kotły kondensacyjne osiągają najwyższą sprawność średnioroczną . Po uwzględnieniu dodatkowo niskich strat postojowych okazuje się w rzeczywistości, że oszczędności w kosztach eksploatacyjnych przy kotłach kondensacyjnych w stosunku do nowoczesnych kotłów niskotemperaturowych są znacznie większe niż szacowane.
Ogrzewając przez sezon grzewczy dom jednorodzinny nowoczesnym kotłem niskotemperaturowym, różnica w kosztach eksploatacyjnych może dochodzić do 25% na korzyść kotła kondensacyjnego, a w przypadku wymiany starego kotła tradycyjnego do 40% bez konieczności modernizacji instalacji centralnego ogrzewania.