Zastosowanie gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania

Podstawową zaletą urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania jest gwarancja bezpieczeństwa dla ich użytkowników. Odseparowanie komory spalania od pomieszczenia, w którym zamontowane jest urządzenie gwarantuje, że produkty spalania, nawet jeśli znajduje się w nich toksyczny tlenek węgla, nie zagrażają mieszkańcom. Dodatkowo, dzięki dostarczaniu powietrza do spalania z zewnątrz likwiduje się możliwość spadku koncentracji tlenu w pomieszczeniu.

Ponadto w urządzeniach tych wykorzystuje się zaawansowane technicznie rozwiązania konstrukcyjne, które charakteryzują się wysoką efektywnością energetyczną oraz komfortem użytkowania. Wysoka sprawność energetyczna uzyskiwana jest poprzez zastosowanie sprawnych wymienników ciepła oraz wstępne podgrzewanie powietrza w przewodzie powietrzno-spalinowym. Urządzenia te mają zwartą budowę, niewielkie rozmiary, hermetyczną obudowę i cicho pracują.

Jednocześnie wyposażone są w automatykę wraz z systemami zabezpieczeń. Umożliwiają płynną zmianę mocy w zależności od ilości pobieranej wody. Urządzenia takie można zamontować wśród mebli, w zamkniętej szafie lub w pomieszczeniu o małej kubaturze, a więc tam – gdzie w świetle obowiązujących przepisów – urządzenie typu B nie mogłyby być stosowane [1].

Dotychczasowe układy spalinowe wykorzystywane dla urządzeń typu B były przeznaczone wyłącznie do odprowadzania spalin na zewnątrz, podczas gdy obecne systemy służą również do dostarczania powietrza do spalania. Odprowadzanie spalin na zewnątrz pomieszczenia może odbywać się również w inny sposób, a mianowicie bezpośrednio przez ścianę boczną budynku, co powoduje, że urządzenia te można też stosować bez konieczności budowy komina.

Wśród urządzeń typu C wyróżnia się konstrukcje, w których odprowadzanie spalin i pobieranie powietrza odbywa się grawitacyjnie (zwykle są to urządzenia o małej mocy), ale najczęściej wymuszone jest przez wentylator (tzw. urządzenia turbo). Urządzenia z wentylatorem wymagają zasilania w energię elektryczną, co wiąże się z dodatkowymi kosztami eksploatacyjnymi.

Do grupy urządzeń z zamkniętą komorą spalania należą również urządzenia kondensacyjne, z tym że żaden z producentów aktualnie nie ma w swojej ofercie w Polsce kondensacyjnego gazowego przepływowego ogrzewacza wody.

Obecnie na polskim rynku tylko kilku producentów oferuje gazowe przepływowe ogrzewacze wody typu C (zestawienie  w tab. 1.). Urządzenia te przystosowane są zarówno do spalania gazu ziemnego różnych grup, jak i gazu płynnego. Każde z nich wyposażone jest w wentylator oraz urządzenie do automatycznego zapłonu. Moce nominalne oferowanych urządzeń są do siebie zbliżone i wahają się w przedziale 19,5÷24,4 kW. Są to dosyć wysokie wartości, porównywalne do poziomu najwyższych mocy spotykanych w przepływowych ogrzewaczach wody z otwartą komorą spalania.

Tylko jeden z producentów podaje sprawność urządzenia, która wynosi przy mocy nominalnej 88,5% i jest wyższa od tej wielkości dla urządzenia tradycyjnego o 1,5%. Z wyników badań [2] przeprowadzonych na tych urządzeniach wynika jednak, że charakteryzują się one wysoką sprawnością zależną od warunków pracy urządzenia. Można stwierdzić, iż oferowane na rynku gazowe przepływowe ogrzewacze wody z zamkniętą komorą spalania mają zbliżone do siebie parametry, jak również ceny.

Analizując koszty związane z zastosowaniem takich urządzeń należy zwrócić uwagę, czy oferowany typ urządzenia kończy się na króćcach przyłączeniowych (typ C6), czy też urządzenie obejmuje również, jako integralną część, system powietrzno-spalinowy. W przypadku urządzeń typu C6 należy liczyć się z dodatkowymi kosztami zakupu przewodów powietrzno-spalinowych. Oczywiście dla wszystkich typów urządzeń będą występowały różnice kosztów związane z długością przewodów [3].

Wymagania prawne

Przepisy dotyczące instalacji i urządzeń gazowych jako jednego z istotnych elementów wyposażenia obiektu budowlanego zawarte są w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [17]. Znajdują się w nim również zapisy dotyczące wentylacji i odprowadzania spalin z pomieszczeń wyposażonych w urządzenia gazowe. Urządzenia gazowe (w tym z zamkniętą komorą spalania) mogą być instalowane wyłącznie w pomieszczeniach, które są do tego celu przeznaczone oraz spełniają określone warunki dotyczące ich wysokości, kubatury, wentylacji i odprowadzania spalin, a także dopływu powietrza do spalania.

Jeśli powietrze do spalania jest pobierane z pomieszczenia (typ A i B), w którym znajduje się urządzenie gazowe, to określone jest maksymalne obciążenie cieplne przypadająca na 1 m³ kubatury pomieszczenia (tab. 2.). Takiego wymagania nie ma w przypadku urządzeń z zamkniętą komorą spalania (typ C). W przypadku łazienek zaliczanych do pomieszczeń higieniczno-sanitarnych (a w tych pomieszczeniach najczęściej zlokalizowane są gazowe przepływowe ogrzewacze wody) – przy zastosowaniu urządzeń typu C – ich kubatura powinna wynosić co najmniej 6,5 m³.

Dla porównania dla urządzeń typu B minimalna wymagana kubatura tych pomieszczeń wynosi 8 m³. Należy dodać, iż pomieszczenia te powinny mieć wysokość co najmniej 2,2 m, z tym że rozporządzenie [17] dopuszcza instalowanie gazowych urządzeń grzewczych w pomieszczeniach technicznych w budynkach jednorodzinnych, mieszkalnych w zabudowie zagrodowej i rekreacji indywidualnej o wysokości co najmniej 1,9 m, wzniesionych przed dniem wejścia w życie powyższego rozporządzenia [17].

Urządzenia gazowe z zamkniętą komorą spalania mogą być instalowane w pomieszczeniach mieszkalnych, niezależnie od rodzaju występującej w nich wentylacji, jeśli zastosowane są koncentryczne przewody powietrzno-spalinowe. W przypadku urządzeń z otwartą komorą spalania nie wolno stosować mechanicznej wentylacji wywiewnej, która mogłaby zakłócać ich pracę. Ponadto dla urządzeń typu A i B wymagane jest dostarczenie odpowiedniej ilości powietrza do spalania do pomieszczenia, w którym są zamontowane.

Tak więc w zakresie rodzaju wentylacji przepisy uwzględniają specyfikę urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania i dopuszczają stosowanie wszystkich rodzajów wentylacji, natomiast odnośnie wymaganych strumieni wentylacyjnych, zgodnie ze sformułowaniem w rozporządzeniu [17], obowiązują wymagania polskich norm [7].

Na dzień dzisiejszy obowiązującą w tym zakresie jest norma PN-83/B-03430/Az3:2000 – Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej [8], która nie rozróżnia typów urządzeń gazowych, a jedynie precyzuje minimalne strumienie powietrza wentylacyjnego dla pomieszczeń mieszkalnych z zainstalowanymi urządzeniami gazowymi (70 m³/h dla kuchni i 50 m³/h dla łazienki).

Ponieważ w normie nie są rozróżnione urządzenia gazowe z zamkniętą komorą spalania, według autorów pomieszczenia takie jak łazienka, wyposażone w tego typu urządzenia (gdzie powietrze do spalania dostarczane jest przez układ powietrzno-spalinowy), należałoby traktować jak łazienki z centralną ciepłą wodą.

Gazowe przepływowe ogrzewacze wody powinny być podłączone na stałe z przewodami spalinowymi. W odróżnieniu od tradycyjnych gazowych przepływowych ogrzewaczy wody dla urządzeń z zamkniętą komorą spalania dopuszcza się stosowanie zbiorczych przewodów powietrzno-spalinowych wyposażonych w zabezpieczenia przed zanikiem ciągu.

Do jednego zbiorczego systemu powietrzno-spalinowego nie można podłączyć więcej niż 10 sztuk urządzeń gazowych [9]. W świetle obowiązujących przepisów odprowadzanie spalin z urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania na zewnątrz może odbywać się również bezpośrednio przez ścianę budynku, z tym że przepisy ograniczają maksymalną moc urządzeń do 21 kW dla domów jednorodzinnych wolnostojących oraz do 5 kW dla pozostałych budynków.

W obu przypadkach wylot spalin powinien znajdować się w odległości co najmniej 0,5 m od krawędzi okien, gzymsów itp. oraz 2,5 m ponad poziomem terenu, natomiast odległość pomiędzy sąsiednimi wylotami nie powinna być mniejsza niż 3 m. Przy podanych wyżej ograniczeniach mocy, odprowadzanie spalin przez ścianę boczną z urządzeń do przygotowania c.w.u. jest praktycznie możliwe jedynie w budynkach jednorodzinnych, bowiem moc dostępnych na rynku gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania (ok. 20 kW) zdecydowanie przekracza dopuszczalną wartość dla budynków wielokondygnacyjnych. Przewody powietrzno-spalinowe powinny spełniać wymagania określone w normach dotyczących przewodów kominowych.

Są to w szczególności normy:

• PN-EN 1443:2001 Kominy – Wymagania ogólne [14],
• PN-EN 1856-1:2005 Kominy – Wymagania dla kominów metalowych. Część 1: Elementy systemów kominowych [15],
• PN-EN 1856-2:2005 Kominy – Wymagania dotyczące kominów metalowych. Część 2: Metalowe rury wewnętrzne i łączniki [16].

Przy instalowaniu urządzeń należy spełnić kilka wymagań:

• ogrzewacza nie wolno instalować powyżej źródła ciepła (nad kuchnią elektryczną, gazową),
• należy przestrzegać minimalnych wymiarów instalacyjnych,
• urządzenia nie wolno instalować w pomieszczeniach, w których temperatura otoczenia może spaść poniżej 0°C.

Inne wymagania dotyczące instalowania gazowych przepływowych ogrzewaczy wody (w tym z zamkniętą komorą spalania) to [7]:

• stałe podłączenie do przewodów instalacji gazowej lub przy pomocy elastycznych przewodów metalowych,
• obowiązek umieszczenia zaworu odcinającego w odległości nie większej niż 1 m od króćca przyłączeniowego,
• zachowanie odpowiednich odległości od ścian z materiałów łatwopalnych oraz nieinstalowanie urządzeń na takich ścianach (ewentualnie odizolowanie przy pomocy płyty z materiału niepalnego).

Istotnym elementem różniącym ogrzewacze z zamkniętą komorą spalania od tradycyjnych jest obecność w nich wentylatora zasilanego energią elektryczną. Wiąże się to z wymaganiami ochrony elektrycznej, szczególnie w łazienkach. Producenci ogrzewaczy w swoich instrukcjach powołują się na normę PN-91/E-05009/701 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.

Tymczasem obecnie obowiązuje nowa norma PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych [11], która jest rozszerzoną i zaktualizowaną wersją poprzedniej normy. Według PN-IEC 60364 [11] w pomieszczeniach wyposażonych w wannę lub basen natryskowy wyróżnia się 4 strefy przedstawione na rys. 1. Podstawowe zasady w zakresie ochrony przeciwporażeniowej oraz instalowania osprzętu to [11]:

• instalowanie w strefie 1. jedynie elektrycznych podgrzewaczy wody, a w strefie 2. jedynie opraw oświetleniowych o II klasie ochronności oraz elektrycznych podgrzewaczy wody,
• osprzęt powinien mieć stopień ochrony nie mniejszy niż IPX7 w strefie 0, IPX5 w strefie 1., IPX4 w strefie 2. (IPX5 w strefie 2. w łazienkach publicznych), IPX1 w strefie 3. (IPX5 w strefie 3. w łazienkach publicznych). Wszystkie obecne na polskim rynku ogrzewacze mają stopień ochrony IPX4, mogą więc być instalowane w strefie 2. Ponadto bezpieczeństwo elektryczne urządzenia jest zapewnione tylko wtedy, kiedy jest ono prawidłowo podłączone do sprawnego uziemienia, wykonanego zgodnie z obowiązującymi przepisami.

Podział urządzeń

Wymagania oraz metody badań gazowych przepływowych ogrzewaczy wody (w tym także urządzeń z zamkniętą komorą spalania) opisuje norma PN-EN 26:2002 – Gazowe przepływowe ogrzewacze wody do celów sanitarnych, wyposażone w palniki atmosferyczne [12]. Zawiera ona również klasyfikację oraz zasady znakowania tego typu urządzeń, których znamionowa moc nie może przekroczyć 45 kW.

W zależności od sposobu doprowadzania powietrza do spalania i odprowadzania spalin, norma ta dzieli gazowe przepływowe ogrzewacze wody z zamkniętą komorą spalania na następujące typy:

• typ C1 – ogrzewacz podłączony przewodami do poziomo zamontowanego wyprowadzenia wiatrochronnego w ścianie lub na dachu; otwory przewodów są albo współosiowe, albo położone blisko siebie, tak aby warunki wpływu wiatru były podobne (rys. 2.),
• typ C2 – ogrzewacz podłączony przewodami, ewentualnie za pomocą łącznika, do wspólnego układu składającego się z pojedynczego przewodu, którym doprowadzane jest powietrze do spalania i odprowadzane są spaliny (rys. 3a),
• typ C3 – ogrzewacz wody podłączony przewodami do pionowo zamontowanego wyprowadzenia wiatrochronnego; otwory przewodów są albo współosiowe, albo położone blisko siebie, tak aby warunki wpływu wiatru były podobne (rys. 3b),
• typ C4 – ogrzewacz podłączony przewodami, ewentualnie za pomocą łącznika, do wspólnego układu składającego się z przewodu doprowadzającego powietrza do spalania i przewodu odprowadzającego spaliny; otwory tego wspólnego układu przewodów są albo współosiowe, albo położone blisko siebie, tak aby warunki wpływu wiatru były podobne (rys. 3c),
• typ C5 – ogrzewacz połączony osobnymi przewodami do dwóch wyprowadzeń wiatrochronnych umieszczonych w strefach o różnym ciśnieniu (rys. 4a),
• typ C6 – ogrzewacz przewidziany do podłączenia do oddzielnie dopuszczanego i wprowadzanego na rynek układu doprowadzającego powietrze do spalania i odprowadzającego spaliny,
• typ C7 – ogrzewacz wody podłączony pionowymi przewodami do przerywacza ciągu umieszczonego na poddaszu i wtórnego przyłącza spalinowego; powietrze do spalania pobierane jest z przestrzeni poddasza (rys. 4b), powietrza do spalania oraz do oddzielnego lub wspólnego komina (rys. 4c).

Dodatkowo norma dla poszczególnych typów w różnym stopniu określa kompletność urządzenia, a mianowicie:

• typy C1, C3 i C5, łącznie z ich przewodami doprowadzającymi powietrze do spalania i odprowadzającymi spaliny oraz ich wyprowadzeniem (-ami) wiatrochronnym (-ymi),
• typy C2 i C4, łącznie z przewodami przyłączeniowymi, ale bez wspólnego kanału; kanał ten jest częścią budynku,
• typ C6 bez przewodów; przewody są osobno zatwierdzane i znakowane,
• typ C7 do przerywacza ciągu/wlotu powietrza lecz bez dalszych przewodów,
• typ C8, łącznie z jego przewodami przyłączeniowymi, lecz bez komina, który jest częścią budynku.

Ponadto druga cyfra indeksu wskazuje obecność i położenie wentylatora, który jest integralną częścią ogrzewacza wody:

• brak wbudowanego wentylatora jest wyróżniony drugą cyfrą „1” (np. C11),
• wbudowany wentylator za komorą spalania/wymiennikiem ciepła jest wyróżniony cyfrą „2” (np. C12),
• wbudowany wentylator przed komorą spalania/ wymiennikiem ciepła jest wyróżniony cyfrą „3” (np. C13).

Każdy gazowy przepływowy ogrzewacz wody musi być odpowiednio oznakowany tabliczką znamionową zawierającą m.in. informacje dotyczące: nazwy producenta, numeru seryjnego lub roku produkcji, nazwy handlowej, oznakowania CE, ciśnienia zasilania gazem, typu urządzenia, znamionowej użytecznej mocy cieplnej oraz znamionowego obciążenia cieplnego.

Do każdego urządzenia powinna być dołączona instrukcja techniczna przeznaczona dla instalatora zawierająca niezbędne dane. W przypadku urządzeń typu C instrukcja ta powinna określić rodzaj układu doprowadzającego powietrze do spalania i odprowadzającego spaliny, do którego może być przyłączone urządzenie oraz szereg innych szczegółowych informacji. Do urządzenia niezbędne jest również dołączenie instrukcji obsługi, w której muszą znaleźć się informacje dotyczące prawidłowego użytkowania i obsługiwania urządzenia.

Norma precyzuje również wymagania konstrukcyjne takie, jak:

• sposób przestawiania na inny rodzaj gazu,
• wymagania dla materiałów stosowanych do budowy urządzenia,
• wymagania odnośnie montażu i wytrzymałości podczas eksploatacji,
• sposób przyłączania gazu,
• sposób zapłonu oraz wymagania odnośnie palnika, szczelności układu gazowego i spalinowego,
• sposób doprowadzania powietrza i odprowadzania spalin.

Ze względu na bezpieczeństwo użytkowania, istotne jest prawidłowe funkcjonowanie układu powietrzno-spalinowego. Wyloty przewodów powietrznych i spalinowych powinny być chronione przed wpływem wiatru, tak aby w przewidywalnych warunkach atmosferycznych zapewniony był odpowiedni dopływ powietrza do spalania. Jeśli urządzenie jest wyposażone w wentylator, powinien zapewniać niezawodną pracę w warunkach temperatury i wilgoci na jakie jest narażony.

Ogrzewacze z zamkniętą komorą spalania mają kilka układów zabezpieczających:

• presostat – rozpoznaje różnice ciśnień poza wentylatorem i odcina dopływ gazu w przypadku wykrycia zakłóceń w odprowadzeniu spalin,
• czujnik zbyt wysokiej temperatury podgrzewanej wody,
• odcięcie dopływu gazu w przypadku przekroczenia czasu bezpieczeństwa – gdy płomień nie zapali się w ciągu pewnego czasu od uruchomienia urządzenia (15 s).

Wymagania eksploatacyjne są sprawdzane za pomocą wielu różnych badań podczas których testuje się szereg właściwości [12]:

• szczelność układu gazowego,
• szczelność układu spalinowego i prawidłowe odprowadzanie spalin,
• szczelność układu spalania,
• szczelność układu wodnego,
• obciążenie cieplne (znamionowe i minimalne),
• temperatury: pokręteł sterujących, urządzeń nastawczych, sterujących i zabezpieczających,
• zapłon, przenoszenie się płomienia, stabilność płomienia,
• prawidłowe funkcjonowanie urządzeń nastawczych, sterujących i zabezpieczających,
• spalanie,
• tworzenie się sadzy.

Bardzo ważnym jest też zapewnienie racjonalnego wykorzystania energii, stąd określa się również:

• obciążenie cieplne palników zapalających,
• sprawność cieplną urządzenia. 

Metodyka przeprowadzania poszczególnych pomiarów została przedstawiona szczegółowo w normie [12]. Badania dotyczą więc wielu aspektów funkcjonowania gazowych przepływowych ogrzewaczy wody i spełnienie każdego z nich jest warunkiem dopuszczenia takiego urządzenia do użytkowania.

Z punktu widzenia użytkownika szczególne znaczenie ma sprawność energetyczna urządzenia, chociażby ze względu na koszt ich eksploatacji. Sprawność gazowego przepływowego ogrzewacza wody nie powinna być mniejsza niż 84% dla ogrzewaczy o znamionowym obciążeniu cieplnym przekraczającym 10 kW i 82% dla ogrzewaczy o znamionowym obciążeniu cieplnym nieprzekraczającym 10 kW.

Równie ważne znaczenie mają kwestie dotyczące bezpieczeństwa ich użytkowania. Jeśli chodzi o urządzenia z zamkniętą komorą spalania (typu C), to najistotniejsze są szczelność układu gazowego i układu spalinowego. Nowa norma PN-EN 26:2002 [12] jest bardziej liberalna od starej normy PN-87/M-40301 [13], jeśli chodzi o zawartość tlenku węgla w spalinach (odpowiednio 0,1 i 0,05% CO w spalinach [12, 13]), co w przypadku urządzeń z zamkniętą komorą spalania ma mniejsze znaczenie dla bezpieczeństwa w porównaniu do ogrzewaczy z otwartą komorą spalania.

W związku z dużą liczbą notowanych w Polsce zatruć tlenkiem węgla, pochodzącego z gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z otwartą komorą spalania, powinny one być zastąpione przez gazowe przepływowe ogrzewacze wody z zamkniętą komorą spalania. Obowiązek stosowania gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania powinien zostać uwzględniony w stosownych przepisach. Artykuł został przygotowany w ramach projektu badawczo-rozwojowego Nr R04 021 01.

Literatura

1. Czerski G., Nowe techniki dla gazowych urządzeń grzewczych eliminujące możliwość zatrucia tlenkiem węgla, II Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2007, Kraków 20÷22 września 2007.
2. Czerski G., Gebhardt Z., Badania eksploatacyjne urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania do przygotowania ciepłej wody użytkowej, COW 11/2007.
3. Czerski G., Strugała A., Gebhardt Z., Urządzenia gazowe z zamkniętą komorą spalania do przygotowania c.w.u. – wymagania i metody badań, Gaz, Woda, Technika Sanitarna 10/2007.
4. www.vaillant.pl.
5. www.junkers.pl.
6. www.immergas.pl.
7. Instalacje gazowe na paliwa gazowe, Cobo-Profil, Warszawa 2003.
8. PN-83/B-03430/Az3 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej.
9. Zajda R., Instalacje gazowe. Uregulowania prawne, zagadnienia projektowe i techniczne, Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa, Kraków 2002.
10. Boczkowski A., Nowe przepisy, normy i zasady projektowania, wykonawstwa i eksploatacji instalacji elektrycznych – instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wymagania dla instalacji modernizowanych lub nowo budowanych, http://www.sep.com.pl/aktualnosci/sympozjum_wymaganiab.doc.
11. PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.
12. PN-EN 26:2002 Gazowe przepływowe ogrzewacze wody do celów sanitarnych, wyposażone w palniki atmosferyczne.
13. PN-87/M-40301 Gazowe grzejniki wody przepływowej. Wymagania i badania.
14. PN-EN 1443 Kominy – Wymagania ogólne.
15. PN-EN 1856-1:2005 Kominy – Wymagania dla kominów metalowych. Część 1: Elementy systemów kominowych.
16. PN-EN 1856-2:2005 Kominy – Wymagania dotyczące kominów metalowych. Część 2: Metalowe rury wewnętrzne i łączniki.
17. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 690 z późn. zm.).
18. PN-91/E-05009/701 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.
19. PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.