technologieKotły kondensacyjne – cz. IIUsuwanie spalin z kotłów kondensacyjnychNajprostszym sposobem odprowadzania spalin z kotła jest wykorzystaniesiły wyporu, gdy gorące i lżejsze spaliny unoszą się w otaczającymkomin chłodniejszym i gęstszym powietrzu. W prawidłowodobranym układzie spalinowego kotła niekondensacyjnego statyczneciśnienie komina, ph, zwane popularnie ciągiem kominowym,równoważy opory przepływu spalin w przewodach spalinowych.Wartość ciągu kominowego zależy od wysokości komina i od różnicygęstości powietrza zewnętrznego i spalin. Jeśli temperatura spalinjest niska, bliższa temperaturze otaczającego powietrza, to ciągkominowy jest bardzo mały. Tak jest w kotłach kondensacyjnych,gdzie spaliny są schładzane do temperatury nawet 40 o C. Wartośćciągu kominowego jest wtedy niewielka. Dlatego odprowadzającspaliny z kotłów kondensacyjnych, należy zapewnić sztuczny ciągkominowy, wywołany pracą wentylatora palnikowego lub spalinowego.Musi być on na tyle duży, by zrównoważyć opory przepływuspalin przez kocioł, w przewodach spalinowych poza kotłem orazopory dopływu powietrza do spalania. W praktyce producenci kotłówkondensacyjnych podają dyspozycyjne nadciśnienie za kotłemjuż po uwzględnieniu oporów przepływu spalin przez kocioł:p k+ p h≥ Δp kom+Δp ps+ Δp p[Pa]gdzie:p k– dyspozycyjne nadciśnienie spalin za kotłem [Pa],p h– statyczne ciśnienie komina (ciąg kominowy) [Pa],Δp kom– strata ciśnienia przepływu spalin w kominie [Pa],Δp ps–strata ciśnienia przepływu spalin w przewodach odkotła do komina [Pa],Δp p– strata ciśnienia przepływu powietrza do spalania [Pa].W przewodach spalinowych za kotłem kondensacyjnym panujewięc nadciśnienie (w przypadku kotłów niekondensacyjnych– podciśnienie), przewody spalinowe muszą zatem być szczelne,by nie doszło do przedostawania się spalin do budynku. W układachspalinowych z dopływem powietrza niezależnym od powietrzaw pomieszczeniu (rys. 1) należy pamiętać o relatywniedużych oporach przepływu w kanałach powietrznych.Z kominów kotłów kondensacyjnych należy odprowadzićskropliny, które tam powstają w trakcie eksploatacji.Pamiętać przy tym należy o izolacji cieplnej komina,aby przy niskiej temperaturze zewnętrznej nie doszło dozamarzania skroplin na wewnętrznych ściankach komina.Dotyczy to szczególnie kominów zewnętrznych (rys. 1). Metodologięprojektowania układów spalinowych kotłów opisano w [1].Instalacja grzewcza odpowiednia do kotłów kondensacyjnychIm niższa temperatura wody powracającej z instalacji grzewczejdo kotła kondensacyjnego, tym lepsze wykorzystanie ciepłaa) b) c)t o= 20°Ct o = t eRys. 1 | Kominy pracujące w nadciśnieniu:a) komin wewnętrzny – szyb wentylowany we współprądzie,b) komin wewnętrzny – szyb wentylowany w przeciwprądzie(dopływ powietrza do spalania niezależny od powietrza wpomieszczeniu),c) komin umieszczony na zewnątrz (t o– temperatura powietrzaotaczającego komin, t e– temperatura zewnętrzna)utajonego ze spalin. Wybór systemu ogrzewania o projektowejtemperaturze wody powrotnej niżej niż temperatura punktu rosyspalin pozwoli przez cały sezon grzewczy wykorzystywać efektcieplny kondensacji. Oczywiście im niższe parametry instalacji,tym lepiej. Dlatego do współpracy z kotłem kondensacyjnymnajlepsze są obiegi ogrzewania podłogowego, gdzie parametry40/30 o C są standardem. Nie oznacza to jednak, że instalacjegrzejnikowe nie nadają się do kotłów kondensacyjnych,jest tylko w tym przypadku niższa sprawność kotła, alei tak zawsze wyższa niż w przypadku kotła niekondensacyjnego.Ogrzewanie grzejnikowe wymaga wyższej temperatury pracy, gdyżobniżanie parametrów wody grzewczej pociąga za sobą koniecznośćzwiększania wymiarów grzejników. Na rys. 2a pokazano zmianytemperatury zasilania i powrotu w instalacji grzewczej o parametrach80/60 o C w trakcie sezonu grzewczego oraz skraplanie siępary wodnej w kotle kondensacyjnym gazowym i olejowym. Przygazie ziemnym kondensacja zachodzi przy temperaturze zewnętrznejwyższej od -8 o C, czyli przez przeważającą część sezonu grzewczego,a przy oleju opałowym para wodna skrapla się dopiero, gdyna zewnątrz jest cieplej niż 4,5 o C. Natomiast podobny wykres dlainstalacji ogrzewania podłogowego 40/30 o C pokazuje (rys. 2b), żeciepło utajone jest odzyskiwane przez cały sezon grzewczy.Powszechnie stosowanym rozwiązaniem regulacji ilości ciepła dostarczanegodo grzejników jest regulacja pogodowa. W regulacji pogodowejtemperatura wody zasilającej instalację c.o. jest uzależnionaod temperatury powietrza zewnętrznego. Jeśli na zewnątrz robi się cieplej,układ automatyki zmniejsza obciążenie kotła i obniża temperaturęwody zasilającej. Spada też temperatura wody powracającej z instalacji(rys. 2), przez co zwiększa się intensywność skraplania pary. Z tej przyczynykotły kondensacyjne osiągają najwyższą sprawność przy małymobciążeniu. Dobranie kotła kondensacyjnego o większej mocy niż moct o = t et o= 0 °Ct o = t e88INŻYNIER BUDOWNICTWA
technologieprojektowa instalacji grzewczej (czyli jego przewymiarowanie) zwiększyjego sprawność średniosezonową. Jednak nie należy tego robić celowoi traktować przewymiarowania kotłów kondensacyjnych jako sposobuna obniżanie kosztów wytwarzania ciepła.W kotłach kondensacyjnych podgrzewających ciepłą wodęużytkową (c.w.u.) trudniej jest niestety wykorzystać efekt kondensacji.Zgodnie z [2] woda użytkowa wymaga podgrzania jej w podgrzewaczudo około 60 o C (w punktach czerpalnych ma być zapewnionatemperatura 55–60 o C). Zastosowanie dwufunkcyjnych kotłówkondensacyjnych z podgrzewaczem przepływowym sprawia, żekocioł pracuje często (za każdym odkręceniem kurka ciepłej wody)z pełną mocą i na wysokich parametrach, co znacznie obniża jegosprawność. Podgrzewacze pojemnościowe c.w.u. współpracującez jednofunkcyjnymi kotłami działają podobnie, gdyż temperaturawody powracającej z podgrzewacza jest za wysoka, by doprowadzićdo skroplenia pary wodnej w spalinach. Jeśli jest to ekonomicznieuzasadnione (duże zapotrzebowanie na c.w.u. w ciągu roku), możnazastosować np. dwufunkcyjny kocioł z zasobnikiem lub układz zasobnikiem warstwowym i wymiennikiem ciepła (rys. 3). W tymostatnim przypadku intensyfikacja zjawiska kondensacji jest związanaz poborem zimnej wody z dna zasobnika, co wpływa na większeschłodzenie wody powracającej do kotła z wymiennika ciepła.Układ hydrauliczny układu grzewczegoUkład hydrauliczny z kotłami kondensacyjnymi należy tak zaprojektować,by temperatura wody powrotnej była jak najniższa. Nie stosujesię żadnych rozwiązań podwyższających temperaturę wody płynącejz instalacji do kotła. Jeśli zachodzi konieczność zastosowania sprzęgłahydraulicznego (ograniczenie maksymalnego strumienia wody płynącejprzez kocioł, układy wielokotłowe), to należy pamiętać, aby strumieńwody w obiegu kotłowym był o 10–30% mniejszy niż łączny wydatekpomp obiegów grzewczych (odwrotnie niż w przypadku kotłówniekondensacyjnych). Dzięki temu zostanie dotrzymany warunek niskiejtemperatury wody powracającej do kotła. Na przykład rozwiązanie pokazanena rys. 6 stosuje się w przypadku wiszących kotłów kondensacyjnych,w których nie można przekroczyć maksymalnego strumieniawody przepływającej przez kocioł. Ponieważ obieg ogrzewania podłogowegowymaga dużego strumienia wody, sprzęgło hydrauliczne rodzajuPRH (pionowy rozdzielacz hydrauliczny) pozwala na dotrzymaniewymagań eksploatacyjnych stawianych przez producenta kotła.W układach hydraulicznych z kotłami kondensacyjnymi należyzapewnić wodę dobrej jakości, zmiękczoną i odgazowaną, gdyżurządzenia są wrażliwe na zanieczyszczenia (powstawanie kamieniakotłowego na ściankach wymiennika ciepła, osadzanie sięzanieczyszczeń w gniazdach zaworów regulacyjnych).Na co zwracać uwagęDecydując się na użytkowanie kotłów kondensacyjnych, należywziąć pod uwagę specyficzne, dla tej grupy kotłów, wymagania.Uwzględnia się je już na etapie projektowania instalacji grzewczeji kotłowni, a potem w trakcie eksploatacji.Projektowanie instalacji grzewczej:■ Instalacja c.o. powinna być tak dobrana, by temperatura wodypowracającej do kotła była jak najniższa. Najlepsze efekty dajewspółpraca kotła kondensacyjnego z ogrzewaniem podłogowymo parametrach 40/30 o C i układy mieszane z ogrzewaniemgrzejnikowym o obniżonych parametrach, np. 75/60°C.Regulacja pogodowa jest standardem.■ Kocioł kondensacyjny, wytwarzając ciepło do przygotowaniac.w.u., pracujez niższą sprawnością.Jeśli jesta)to ekonomicznieuzasadnione(np. rocznezapotrzebowaniena c.w.u.jest duże), możnazastosowaćb)rozwiązaniapozwalające lepiejwykorzystaćcieplny efektk o n d e n s a c j i .Wymagają onejednak dodatkowychnakładówRys. 2 | Skraplanie pary wodnej w spalinachgazu ziemnego i oleju opałowego:inwestycyjnych.a) przy instalacji grzejnikowej80/60 o C, b) przy instalacji ogrzewaniaProjektowaniepodłogowego 40/30 o Ckotłowni:■ Najlepszym paliwemdo kotłówkondensacyjnychjest gazziemny, gdyżwtedy cieplnyefekt kondensacjijest najlepiejwykorzystany.Kocioł opalanygazem płynnymbędzie miał maksymalnąsprawnośćmniejsząo około 3%,przy czym możliwejest prostekondensacyjnym (PŁw – pompaRys. 3 | Przykładowa współpraca zasobnikac.w.u. i wymiennika ciepła z kotłemładująca wymiennik ciepła, PŁzprzejście z gazu– pompa ładująca zasobnik c.w.u.)marzec 10 [71]89