Kotłownie na biopaliwa stałe

Różnice pomiędzy węglem a biopaliwami stałymi to m.in. niska wartość opałowa biopaliw w przeliczeniu na jednostkę objętości i wysoka zawartość wilgoci oraz substancji w spalinach powodujących zagrożenie wystąpienia szybszej korozji kotła i komina.

Jakość biopaliw stałych

Oferowane na rynku biopaliwa stałe, ze względu na liczne i rozproszone źródła pochodzenia surowca, różnią się znacznie jakością. W materiałach promujących te biopaliwa podawane są często maksymalne wskaźniki wartości opałowej i to w odniesieniu do suchej masy, a nie rzeczywistej wilgotności oferowanego paliwa. Trudno jest dociec, czy brykiet lub pelety mają wartość opałową deklarowaną przez producenta. Wystarczy, że zmieni on nieco skład surowca, a wartość opałowa może wahać się w granicach nawet 15–20%.

Już sam fakt, że biopaliwa stałe mają wartość opałową nawet kilkakrotnie niższą niż ta sama objętość węgla, determinuje wielkość składu tych paliw. Przy wyliczeniach kubatury kotłowni i składu biopaliwa projektant powinien brać pod uwagę objętości biopaliw w stosunku do sezonowego zapotrzebowania, gdyż pozwala to na zakup paliw w okresie, gdy ceny są najniższe, a nie w szczycie sezonu grzewczego.

Następnie, zwłaszcza dla drewna w postaci szczap, należy objętość tę skorygować z uwagi na zasadność utrzymywania przynajmniej rocznego zapasu drewna, tak aby uzyskało ono wilgotność zapewniającą jego ekonomiczne spalanie z wysoką sprawnością. Drewno w postaci szczap i wałków lub polan może być suszone na wolnym powietrzu lub w zadaszonych, przewiewnych pomieszczeniach.

Na wolnym powietrzu drewno schnie dwa lata, tym samym należy uwzględnić odpowiednią powierzchnię na zmagazynowanie przynajmniej dwuletniego zapasu drewna. W przewiewnych wiatach lub pod zadaszeniem drewno schnie ok. roku i w tym przypadku zapas drewna powinien wynosić min. 1,5 roku. Są to okresy, po których wilgotność drewna spada poniżej 20%, i z jego spalania uzyskujemy maksymalną ilość energii – w praktyce ok. 16 MJ/kg. Uzyskanie 19 MJ/kg, która to wartość jest często przytaczana w materiałach promocyjnych, jest możliwe tylko z drewna całkowicie pozbawionego wilgoci.

O tym, jak duże znacznie ma wilgotność drewna opałowego, niech świadczy fakt, że z drewna o wilgotności 50% uzyskujemy tylko ok. 8–9 MJ/kg, a powyżej 60% wilgotności wartość opałowa spada poniżej 6 MJ/kg. Zatem jeśli będziemy spalać mokre drewno, spalimy go nawet dwukrotnie więcej, co przełoży się na wyższe koszty ogrzewania. Im większa zawartość wody w drewnie opałowym, tym niższa temperatura spalania, a to oznacza brak całkowitego spalania części lotnych – niespalone gazy uciekają przez komin, a smoła i sadza osadzają się w kominie i na wymienniku kotła, obniżając dodatkowo jego sprawność i przyspieszając korozję.

Kotły na biopaliwa stałe

Biopaliwa stałe zawierają duże ilości składników lotnych. Blisko 80% suchej masy drewna odparowuje podczas ogrzewania (suchej destylacji) i spala się nad rusztem, a tylko 20% tej masy zawiera nielotne związki węgla, które spalają się na ruszcie. Aby w pełni wykorzystać energię zawartą w biopaliwach stałych, kotły muszą mieć odpowiednią budowę, zapewniającą maksymalne wykorzystanie energii z substancji lotnych.

Kotły na biopaliwa stałe to głównie kotły wodne, niskotemperaturowe. Na rynku oferowane są kotły wykorzystujące różne technologie spalania biopaliw stałych, poczynając od jednostopniowych kotłów, w których może być spa lany węgiel lub drewno, poprzez spalanie fazowe (suszenie, gazyfikacja i spalanie, dopalanie węgla drzewnego). Kotły na pelety, brykiety i zrębki dla domów jednorodzinnych są wykonywane ze zintegrowanymi zasobnikami paliwa. Mogą być też zasilane podajnikiem ślimakowym o zasięgu kilku metrów, doprowadzającym paliwo z magazynu.

Największe możliwości sterowania mają kotły na brykiety, pelety i zrębki oraz zboża. Sterowniki w tych kotłach pozwalają na określanie ilości podawanego paliwa i doprowadzanego powietrza oraz regulację i optymalizację procesu spalania. Podawanie biopaliwa realizowane jest najczęściej poprzez podajnik z dozownikiem ślimakowym napędzanym silnikiem elektrycznym.

Nowoczesne sterowniki umożliwiają m.in. sterowanie wieloma obiegami z mieszaczami, regulację w układzie pogodowym, sterowanie instalacją ciepłej wody użytkowej i instalacją solarną oraz ich współpracę z dodatkowym źródłem ciepła, np. kotłem gazowym. Sterowniki mogą również kontrolować poziom paliwa w zasobniku i wysyłać oraz odbierać komunikaty za pomocą linii telefonicznych i modemu lub telefonii komórkowej.

Kotły z podajnikami paliwa wyposażane są w różne zabezpieczenia przeciw cofnięciu się płomienia poprzez podajnik do zbiornika. Są to np. czujniki, które po wykryciu podwyższonej temperatury w podajniku powodują przerwę w podawaniu paliwa oraz otwarcie zaworów zbiornika z wodą i wygaszenie kotła i żaru w podajniku. Oferowane są także kotły z automatycznym zapłonem i systemem podtrzymania ognia po osiągnięciu żądanej temperatury.

Wymagania ogólne dla kotłowni na paliwa stałe

Projektowanie i budowę kotłowni c.o. reguluje rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [8] oraz norma PN-B 02411:1987 [10]. Zgodnie z normą ze względu na moc cieplną można podzielić kotłownie na te o mocy do 25 kW i powyżej. W przypadku kotłowni o mocy do 25 kW rozporządzenie i norma zawierają jedynie ogólne wymagania. Jednak doświadczenia wynikające z praktyki wskazują na potrzebę uwzględniania w kotłowniach do 25 kW wielu rozwiązań dotyczących kotłów o większych mocach. Także producenci kotłów coraz częściej bardzo szczegółowo określają wymagania wobec kotłowni i nie ograniczają się tylko do minimalnych wymagań. Kotłownie o mocy do 25 kW powinny spełniać następujące wymagania:

Kocioł powinien być umieszczony w wydzielonym pomieszczeniu technicznym, zlokalizowanym w piwnicy, na poziomie ogrzewanych pomieszczeń, lub w innym pomieszczeniu, w którym mogą być instalowane kotły o większych mocach cieplnych. Wysokość pomieszczenia nie jest ściśle określona, o ile zapewnia możliwość czyszczenia kotła, może być równa wysokości kondygnacji, na której znajduje się kotłowania i powinna wynosić co najmniej 2,2 m. W istniejących budynkach dopuszcza się wysokość pomieszczenia kotłowni min. 1,9 m.

Pomieszczenie, w którym znajduje się kocioł, powinno mieć oświetlenie sztuczne, zalecane jest również oświetlenie naturalne. Drzwi wejściowe do kotłowni powinny otwierać się na zewnątrz. Wskazane jest wykonanie ich z materiału niepalnego i wyposażenie w zamknięcie bezklamkowe, tak aby otwierały się na zewnątrz pod naciskiem siły.

Skład paliwa może znajdować się w pomieszczeniu, w którym zainstalowany jest kocioł. Zaleca się jednak oddzielenie składu ścianką, a najbardziej wskazane jest umiejscowienie składu w pobliżu pomieszczenia kotłowni w wydzielonym pomieszczeniu. Powierzchnia składu opału powinna umożliwiać zgromadzenie opału na cały sezon grzewczy. Popiół należy przechowywać w metalowych pojemnikach.

Podłoga kotłowni powinna być wykonana z materiałów niepalnych lub obita blachą stalową grubości 0,7 mm na odległość min. 0,5 m od krawędzi kotła. Kocioł należy umieścić na fundamencie wykonanym z materiałów niepalnych, wystającym 0,05 m ponad poziom podłogi i okrawędziowanym stalowymi kątownikami. W podłodze pomieszczenia kotłowni powinien znajdować się wpust podłogowy.

W budynkach wyposażonych w instalację kanalizacyjną w pomieszczeniu kotła powinien znajdować się wpust podłączony do kanalizacji. W budynkach, w których nie jest możliwe podłączenie wpustu do kanalizacji, wymagane jest urządzenie do opróżniania z wody instalacji ogrzewania, np. poprzez studzienkę zbiorczą i pompę ręczną. Nie należy łączyć bezpośrednio instalacji wodociągowej z instalacją centralnego ogrzewania.

Odległość kotła od przegród pomieszczenia kotłowni powinna umożliwić swobodny dostęp do kotła w czasie czyszczenia i konserwacji. Wprawdzie obowiązujące prawo wymaga zachowania jedynie 1 metra pomiędzy przegrodą a przodem kotła, jednak w przypadku kotłów z tradycyjnym podawaniem paliwa wskazana jest odległość min. 2 m. Wskazane jest też zachowanie przynajmniej 0,7 m pomiędzy tyłem kotła a przegrodą oraz odległości nie mniejszej niż 1,0 m od boku kotła od ściany. Odległości te zapewnić mają nie tylko wygodną i sprawną obsługę kotła oraz jego konserwację, ale też warunkowane są względami bhp. Posadowienie kotła i odległości od przegród powinny też zapewniać swobodny dostęp i wygodną obsługę instalacji wyposażonej w zawory i pompę obiegową oraz zasobnik c.w.u.

W pomieszczeniu, w którym zainstalowany jest kocioł, powinien być zapewniony nawiew niezbędnego strumienia powietrza dla prawidłowej pracy kotła z mocą cieplną nominalną oraz nawiew i wywiew powietrza dla wentylacji kotłowni. Otwór wentylacyjny nawiewny nie może mieć powierzchni mniejszej niż 200 cm² i nie może być zamykany. Wskazane jest umiejscowienie wylotu otworu w pomieszczeniu kotłowni, tak aby znajdował się on na poziomie nie wyższym od 1 m i w pobliżu tylnej części kotła.

Wentylacja wywiewna w pomieszczeniu powinna być realizowana kanałem wywiewnym z materiału niepalnego o przekroju minimalnym 14×14 cm z otworem wlotowym pod stropem pomieszczenia kotłowni. Kanał wywiewny powinien być wyprowadzony ponad dach i umieszczony w pobliżu komina. Otwór wlotowy oraz kanał wywiewny nie mogą mieć urządzeń do ich zamykania. Stosowanie wentylacji wyciągowej mechanicznej jest niedozwolone.

Kocioł na paliwa stałe może być przyłączony wyłącznie do własnego, samodzielnego przewodu kominowego dymowego, posiadającego wymiary co najmniej 0,14×0,14 m lub średnicę 0,15 m. W dolnej części komina powinien się znajdować otwór wyczystny ze szczelnymi drzwiczkami. Należy też sprawdzić, czy wysokość komina gwarantuje uzyskanie podciśnienia wymaganego przez producenta kotła. Jeśli jest ono za niskie, należy podwyższyć komin, a jeśli jest to niemożliwe, trzeba zastosować kocioł innego typu.

Najwięcej kontrowersji budził dotychczas fakt, że niektóre kotły na paliwa stałe, w tym na biopaliwa, zabezpieczanych było naczyniem wzbiorczym przeponowym, a tym samym nie spełniały one postanowień § 133 pkt 7 rozporządzenia w sprawie warunków technicznych [8]. Wymagania dotyczące zabezpieczeń instalacji systemu otwartego zawarte są w normie PN-B-02413:1991 [13]. Norma ta wymaga, aby instalacje wyposażone były w podstawowe urządzenia zabezpieczające: naczynie wzbiorcze, rury zabezpieczające, rurę przelewową i odpowietrzającą.

Najnowsza nowelizacja rozporządzenia, która ukazała się w kwietniu br. i wejdzie w życie w lipcu br. [14], dopuszcza stosowanie kotła na paliwo stałe do zasilania instalacji ogrzewczej wodnej systemu zamkniętego, wyposażonej w przeponowe naczynie wzbiorcze, lecz tylko kotłów o mocy nominalnej do 300 kW i pod warunkiem posiadania przez nie urządzenia do odprowadzania nadmiaru ciepła. Jeśli kocioł nie posiada takiego urządzenia, to instalacja musi być nadal zabezpieczana naczyniem otwartym.

Wymagania wynikające z cech biopaliw stałych

Stosowanie kotłów na biopaliwa stałe łączy się z wieloma ograniczeniami, które nie dotyczą kotłów gazowych i olejowych, a nawet węglowych. Mała gęstość usypowa biopaliw stałych determinuje konieczność zapewnienia dużych powierzchni pomieszczenia kotłowni i magazynu paliwa. Projektowanie kotłowni na biopaliwa stałe w domach jednorodzinnych powinno uwzględniać m.in. to, czy kocioł będzie z ręcznym, czy z automatycznym podawaniem paliwa, i jakie to będzie biopaliwo. Transport paliwa z magazynu do kotła podajnikiem ślimakowym narzuca określone aranżacje kotłowni oraz ogranicza swobodę w zakresie ustawiania kotła [2].

Magazyn paliwa powinien się znajdować na tej samej wysokości co pomieszczenia kotłowni lub jedną kondygnację powyżej. Powinien być tak zlokalizowany, aby jedna z jego ścian była ścianą zewnętrzną, ze swobodną możliwością dojazdu pojazdu dostarczającego biopaliwo. Otwór załadunkowy lub drzwi do magazynu biopaliwa powinny zapewniać wygodny rozładunek materiału opałowego. Jeśli do spalania wykorzystowane się pelety, ich rozładunek może być pneumatyczny i niektóre wymagania wobec lokalizacji magazynu nie mają tu zastosowania.

Przy projektowaniu wielkości pomieszczeń składu paliwa i kotłowni na biopaliwa stałe można posiłkować się wskaźnikiem masy usypowej. Jednak duże rozpiętości tych wartości nakazują ostrożne wykorzystywanie tego parametru dla drewna opałowego, gdyż wartość ta waha się w tym przypadku od 200 do 500 kg/m³. Można też skorzystać z praktycznej zależności, że domo powierzchni ogrzewanej 100 m² i zapotrzebowaniu na ciepło 100 kWh/m² powinien zużyć w kotle o sprawności 75% nie więcej niż 10 m³ drewna rocznie.

Projektowanie kotłowni i magazynu paliwa powinno uwzględniać także to, że magazyny wymagają wydajnej wentylacji i nie mogą być zawilgocone. Wydajna wentylacja pomieszczenia magazynu paliwa, zwłaszcza przy korzystaniu z drewna opałowego i zrębków, może stać w sprzeczności z dążeniem do dobrej izolacji budynku i unikania strat ciepła.

Zatem w takich przypadkach warto zastanowić się nad wydzieleniem magazynu paliwa z budynku ogrzewanego i zaplanowaniem w nim tylko pomieszczenia kotłowni wraz z podręcznym magazynem suchego paliwa. Reszta zaś może być składowana, suszona i przygotowywana w odrębnym, przewiewnym budynku gospodarczym lub w przewiewnym pomieszczeniu (np. wiacie lub pod zadaszeniem) przylegającym do garażu.

Zatem projekt domu z ogrzewaniem centralnym zasilanym kotłem na biopaliwa stałe, jak i domów ogrzewanych kominkami, powinien uwzględniać specyfikę poszczególnych rodzajów biopaliw, tak aby nie było później potrzeby wykorzystywania garażu lub składowania drewna pod oknami sąsiadów i zeszpecania estetyki otoczenia domu, lub ponoszenia nieuzasadnionych kosztów częstego zakupu mokrego paliwa.

Kotłownie na drewno opałowe

Powierzchnię i kubaturę składu drewna opałowego możemy wyliczyć, przyjmując szacunkowo, że 1 metr przestrzenny [mp] drewna opałowego to ok. 0,65 m³ drewna (bez pustych przestrzeni). Wartość opałowa drewna o wilgotności 20% w zależności od jego rodzaju waha się od 7,36 GJ/m³ dla drewna ze świerka do 10,49 GJ/m³ dla drewna bukowego [1]. Zatem w 1 mp bukowego drewna opałowego o wilgotności 20% mamy zmagazynowane 6,8 GJ (1 mp×0,65 m³×10,49 GJ/m³ = 6,8 GJ = 1888 kWh).

Wiemy już, ile możemy zmagazynować energii w jednym metrze przestrzennym suchego drewna. Musimy jeszcze określić sezonowe zapotrzebowanie budynku na ciepło do ogrzewania, jego powierzchnię oraz sprawność kotła. Duża grupa budynków jednorodzinnych zużywa od 100 do 180 kWh/m²/rok. Do obliczeń przyjmiemy górną wartość. Zatem dla budynku o powierzchni 100 m² możemy wyliczyć minimalną powierzchnię magazynową w następujący sposób:

Przyjmijmy sprawność kotła na poziomie 80%. Zatem 65 GJ + 13 GJ daje nam 78 GJ. Jest to ilość energii, jaką potrzebujemy do ogrzewania naszego budynku. Tę ilość energii możemy zmagazynować w drewnie bukowym o objętości ok. 11,5 mp. Jednak wymagany dwuletni zapas drewna, aby uzyskał odpowiednio niską wilgotność, zajmie już 23 mp. Gdybyśmy palili surowym, mokrym drewnem, spalilibyśmy go prawie dwukrotnie więcej, a tym samym koszty ogrzewania wzrosłyby dwukrotnie. Dlatego tak ważne jest zapewnienie odpowiedniej powierzchni do jego składowania i suszenia.

Wspomniane 23 mp to ilość drewna, jaką potrzebujemy tylko na ogrzewanie. Pozostała jeszcze energia potrzebna do przygotowania c.w.u. Przyjmijmy minimum, tj. 40 dm³ c.w.u. na osobę w rodzinie czteroosobowej. Na dobę potrzebować będziemy 4×40 dm³ = 160 dm³. Rocznie będziemy potrzebować 160 dm³×365 = 58 400 dm³ ciepłej wody, tj. 58,4 m³. Przyjmujemy, że do ogrzania 1 m³ wody potrzebujemy 0,3 GJ, zatem na potrzeby podgrzewu ciepłej wody powinniśmy zgromadzić w drewnie 17,5 GJ energii. Tu też powinniśmy przyjąć dwuletni zapas dla uzyskania odpowiednio niskiej wilgotności drewna. Zatem 17,5 GJ×2 = 35 GJ. Tę ilość energii możemy zmagazynować w ok. 5 mp drewna bukowego. Wraz z drewnem na potrzeby ogrzewania daje to nam 23 + 5 = 28 mp.

Należy się zastanowić, jaką ilość drewna powinniśmy magazynować w kotłowni, a jaką w zadaszonym, przewiewnym miejscu, wiacie czy też pod zadaszeniem budynku gospodarczego lub garażu, przy zachowaniu estetyki otoczenia. Pod zadaszeniem należy też zaplanować miejsce, w którym drewno opałowe w wałkach i szczapach będzie cięte i rąbane do postaci polan.

W pomieszczeniu przylegającym do kotłowni warto zgromadzić zapas suchego drewna przynajmniej na cztery miesiące sezonu grzewczego, czyli w naszym przypadku wyniesie to ok. 6 mp. Taką ilość drewna w postaci polan możemy ułożyć na powierzchni ok. 5 m2, gdyż sążeń polan może mieć wysokość nawet 1,8 m. Jeśli polana będą luźno zrzucone bez układania, zajmą znacznie większą powierzchnię.

Na wielkość kotłowni wpłynie też pojemność zasobnika ciepłej wody lub zasobnika akumulacyjnego. Zasobnik ciepłej wody użytkowej powinien pokryć minimum dwudniowe zapotrzebowanie na c.w.u., tak aby poza sezonem grzewczym nie trzeba było codziennie rozpalać. Najkorzystniej jest usadowić zasobnik c.w.u. w pozycji pionowej. Warto dobrać taki zasobnik ciepłej wody, aby pełnił on jednocześnie rolę zasobnika akumulacyjnego w sezonie grzewczym. W tym celu powinien mieć kilkakrotnie większą pojemność niż tylko dla potrzeb c.w.u., tak aby ciepła woda z niego mogła zasilać instalację c.o. w godzinach nocnych, po wygaśnięciu kotła. Należy to uwzględnić zwłaszcza przy projektowaniu kotłowni z kotłem na ręczny załadunek drewna.

Kotłownie na pelety i brykiet

Lokalizację kotła należy zoptymalizować z położeniem komina oraz magazynu paliwa. Jest to szczególnie ważne, gdy kocioł nie będzie korzystał z kompaktowego zasobnika, ale paliwo będzie dostarczane podajnikiem z magazynu. Plan kotłowni powinien też uwzględniać odpowiednią ilość miejsca dla bieżącej obsługi oraz konserwacji i ewentualnych napraw.

Pelety to paliwo stanadaryzowane, o określonej wielkości i wilgotności. Jednocześnie brykiet i pelety są najbardziej podatne na zaniżanie wartości opałowej w procesie produkcji, np. poprzez bardzo duży udział kory, co nie łatwo zauważyć w momencie zakupu. Ceny brykietu różnią się jednak znacznie, nawet do 30–40%. Tylko nieliczni informują o ich gwarantowanej wartości opałowej, częściej podawany jest skład (liściaste, iglaste, domieszka kory). Na rynku oferowane są też brykiety ze słomy, trocin i węgla brunatnego, a także z torfu oraz wytłoków odpadów przemysłu spożywczego.

Wartość opałowa pelet z drewna wynosi ok. 17–18 MJ/kg, przy gęstości nasypowej ok. 650–700 kg/m³. Zajmują zatem niewiele miejsca do składowania w porównaniu z innymi biopaliwami stałymi. Powierzchnię składu paliwa dla kotłowni wbudowanej na pelety lub brykiet można wyliczyć ze wzoru wykorzystywanego do obliczania powierzchni magazynowych dlakotłowni węglowych:

gdzie:

B – ilość magazynowanego paliwa [kg],

ρ – gęstość nasypowa magazynowanego paliwa [kg/m³],

h – wysokość warstwy magazynowanego paliwa [m],

a – powierzchnia na komunikację (zaleca się 0,25) [m].

Przy wyliczaniu efektywnej kubatury magazynowania pelet i brykietu należy uwzględnić to, że paliwa te usypują się w stożek. Dla opisanego powyżej domu o pow. 100 m² i zapotrzebowaniu 180 kWh/m²/rok będziemy potrzebowali rocznie 82 GJ energii (65 GJ na ogrzewanie i 17,5 GJ na c.w.u.). W 1 m³ pelet zmagazynowane jest ok. 11 GJ energii. Jedna tona pelet to ok. 18 GJ. Będziemy zatem potrzebowali rocznie ok. 4,5 ton pelet, tj. 4500 kg. Zakładamy wysokość nasypową pryzmy pelet 1,5 m, co daje powierzchnię:

To niewielka powierzchnia w porównaniu ze składem wymaganym dla drewna opałowego. Warto zaprojektować magazyn na pelety takiej wielkości, aby zapewnić efektywność kosztów przy dostawie opału, czyli powinien on pomieścić ładunek jednej ciężarówki/cysterny. Najkorzystniej jest bowiem kupować pelety na cały rok, gdy są one najtańsze.

Dostępne są także pelety produkowane ze słomy i wytłoków nasion roślin oleistych, które różnią się wartością opałową, a tym samym wymagają innych powierzchni do zmagazynowania. Dlatego już na etapie projektu warto przewidzieć dla opisywanego powyżej domu większy magazyn, o pow. ok 12 m², który umożliwi optymalizację kosztów z uwagi na różnice cen w poszczególnych porach roku i okresową dostępność taniego opału.

Magazyny pelet, zwłaszcza w piwnicy, powinny zabezpieczać paliwo przed wilgocią i być dobrze wentylowane, aby zapobiegać pleśnieniu i rozpadowi materiału. Magazyn należy oczyszczać z pyłu drzewnego, którego nagromadzenie może grozić zapłonem, powinien być też oddzielony od kotłowni niepalną przegrodą lub ścianą.

Pelety są dostarczane cysternami lub w workach. Z cysterny paliwo wdmuchiwane jest do magazynu przewodem o długości kilkunastu metrów, co nie pociąga za sobą konieczności wykonania podjazdu pod sam magazyn. Rozładunek zawsze powinien się odbywać przy wygaszonym kotle – może bowiem dojść do zapłonu pyłu i paliwa. W czasie rozładunku z cysterny należy umożliwić wylot pyłu z magazynu, ale tak, aby nie osiadał on w kotłowni.

Kotłownie na zrębki

Zrębki to drobne ścinki drewna produkowane przez specjalne rębaki, które ujednolicają ich wielkość. Jakość energetyczna zależy od jakości surowca, tj. od wartości opałowej rozdrobnionego drewna. Ważne jest, czy są to gałęzie, czy drewno, jakiej grubości i o jakiej zawartości wilgoci. Przy wyborze tego paliwa trzeba mieć świadomość, że transport jest opłacalny tylko na niewielkie odległości i należy zapewnić sobie lokalnego dostawcę.

Zrębki, podobnie jak drewno opałowe, są dostarczane wilgotne. Mokre zrębki, a zwłaszcza zawierające pewne ilości liści, w przypadku usypania grubych warstw zagrożone są samozapłonem, podobnie jak sterty mokrej słomy. Zrębki leśne i z upraw energetycznych zawierają ok. 40–50% wilgoci (tartaczne nawet powyżej 50% i nie nadają się do małych kotłów stosowanych w domach jednorodzinnych).

Gęstość nasypowa zrębków wynosi ok. 200–250 kg/m³. Zatem jedna tona zrębków to ok. 4–5 m³. Z jednej tony można uzyskać ok. 10 GJ. Zrębki leśne w zadaszonym i przewiewnym magazynie osiągają wilgotność na poziomie ok. 30% przeważnie po trzech miesiącach składowania. Tym samym nie ma konieczności zapewniania powierzchni magazynowych dla zapasu tego paliwa na cały rok, ale należy zadbać o ich odpowiednią ilość w szczycie sezonu grzewczego.

Jeśli dostawy paliwa są gwarantowane, wystarczy, w przypadku opisywanego wcześniej domu o rocznym zapotrzebowaniu 82 GJ, utrzymywać zapas ok. 4 ton zrębków, które zajmą kubaturę ok. 20 m³. Magazyn na zrębki powinien być zaprojektowany tak, aby umożliwić ich dostawę wywrotką. Zasadniczą kwestią dla takich magazynów jest ich skuteczna wentylacja, zwłaszcza pomieszczeń poniżej terenu. Nieumiejętne magazynowanie może bowiem doprowadzić do powstania pleśni i grzybów w paliwie, a następnie w konstrukcji budynku.

Reasumując, zastosowanie kotłów na zrębki w budynkach jednorodzinnych wymaga gwarancji dostaw paliwa z najbliższej okolicy oraz przewiewnych powierzchni magazynowych, najlepiej poza obiektem ogrzewanym lub w pomieszczeniu do niego przylegającym, albo składowania ich w silosach, co nie zawsze jest możliwe na małych działkach.

Kotłownie na zboże i słomę

Zboża jako paliwo mają wiele zalet w stosunku do innych biopaliw stałych. Nie wymagają specjalnego przygotowania czy przetworzenia – po zbiorze mamy gotowy produkt. Są też łatwe w transporcie i magazynowaniu i tym samym nie wymagają uwzględniania przy projektowaniu kotłowni tylu czynników, co w przypadku drewna, zrębków czy nawet pelet.

Kotły na zboże – podobnie jak na pelety – są łatwe w sterowaniu i w prosty sposób można podawać do nich automatycznie paliwo. Jednak inwestycje w stosunkowo drogie kotły z wysokosprawnymi palnikami na zboże mogą być ryzykowne. Jeszcze parę lat temu najtańszym biopaliwem był owies. Ale rosnące zapotrzebowanie na zboże, głównie jako surowiec do produkcji bioetanolu, spowodowało znaczny wzrost cen na rynkach światowych i w kraju.

Ceny tego biopaliwa zmieniają się znacznie na przestrzeni paru lat, a nawet miesięcy, np. z powodu nieurodzaju, i inwestycje w takie kotły dla inwestorów nieposiadających własnego paliwa mogą być nieopłacalne.

Wykorzystywanie słomy do celów grzewczych w domach jednorodzinnych ogranicza się praktycznie do gospodarstw rolnych, gdyż wymagany jest bardzo duży i zadaszony skład paliwa z zapasem na ok. 2 lata i konieczna jest częsta obsługa kotła. W zasadzie nie istnieje rynek słomy jako paliwa, choć pojawiają się oferty sprzedaży balotów, ale ich transport jest opłacalny tylko na odległość do paru kilometrów.

Literatura:

1. Ebert H.–P., Palenie drewnem we wszystkich rodzajach pieców, SA, Białystok 2003.
2. Ojczyk G., Kotłownie na biomasę, „Inżynier Budownictwa” nr 12/2008.
3. Nowak B., Odnawialna energia do kotła, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2005.
4. Moczkodan J., Nowak B., Mała kotłownia na drewno, „Rynek Instalacyjny” nr 7–8/2008.
5. Płuciennik M., Kotły na paliwa stałe w zamkniętych układach c.o. – droga do życiowych przepisów, „Polski Instalator” nr 1/2004.
6. Drążkiewicz J., Kotłownie na paliwa stałe w budynkach jednorodzinnych (cz. 6). Rozwiązania alternatywne, „Rynek Instalacyjny” nr 1/2005.
7. Joniec W., Kotły na biopaliwa stałe, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2005.
8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690 ze zm.).
9. PN-B-02414:1990 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z naczyniami wzbiorczymi przeponowymi. Wymagania.
10. PN-87/B-02411 Ogrzewnictwo. Kotłownie wbudowane na paliwo stałe. Wymagania.
11. PN-EN 12809:2002 Kotły grzewcze na paliwo stałe. Nominalna moc cieplna do 50 kW. Wymagania i badania.
12. Specyfikacja techniczna PKN-CEN/TS 14688:2005. Biopaliwa stałe. Terminologia, definicje i określenia.
13. PN-B-02413:1991 Ogrzewnictwo i ciepłownictwo – Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu otwartego – Wymagania.
14. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 marca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 56, poz. 461).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!