Kominy dla kotłów 5 klasy

Pułapka nowoczesności

Zgodnie z dyrektywą ustanawiającą wymagania dla produktów związanych z energią (tzw. Ekoprojekt) indywidualne urządzenia grzewcze, w tym kotły na paliwo stałe, muszą się cechować określoną minimalną sprawnością oraz emitować odpowiednio mało tlenku węgla, substancji smolistych i pyłu. W polskim prawie kwestię tę reguluje rozporządzenie w sprawie wymagań dla kotłów na paliwo stałe [4], powołujące się na normę PN-EN 303-5:2012 [1]. Według zapisów tego rozporządzenia sprawność cieplna kotła powinna wynosić co najmniej 87% (kotły o znamionowej mocy cieplnej do 100 kW) lub 89% (kotły o znamionowej mocy cieplnej powyżej 100 kW).

Tak sformułowane wymagania prawne oraz wymagania rozporządzenia UE 2015/1189 w sprawie wykonania dyrektywy w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla kotłów na paliwo stałe [2], które od początku 2020 roku ma wejść bezpośrednio do polskiego porządku prawnego, sprawiają, że wśród inwestorów pojawia się coraz większe zainteresowanie kotłami klasy 5. Regionalne programy wymiany starych źródeł ciepła na bardziej przyjazne środowisku dodatkowo zachęcają inwestorów indywidualnych do przejścia na nowe urządzenia. 

W kotłach klasy 5 spalanie jest bardziej ekonomiczne i przyjazne dla środowiska niż w ich poprzednikach – okazuje się jednak, że w tej nowoczesności jest pewien haczyk. Zastosowane rozwiązania zwiększające efektywność pracy kotła – np. modulacja wydajności pracy, precyzyjne sterowanie procesem spalania czy znaczny odzysk ciepła ze spalin – zmieniają w dużym stopniu charakter spalin. Z tego powodu do eksploatacji kotłów klasy 5 nie wystarczą tradycyjne kominy ceglane czy ceramiczne pozostałe po kotle niższej klasy. Komin nieodpowiedni (np. za duży lub za mały) dla nowego kotła może paradoksalnie spowodować zwiększenie emitowanych zanieczyszczeń. Jeśli natomiast komin jest wykonany z materiału nieodpowiedniego do nowych warunków pracy, może szybko ulec uszkodzeniu. Zatem – co często jest zaskoczeniem dla inwestora – wymiana źródła ciepła wiąże się także z koniecznością modernizacji komina (instalacji odprowadzania spalin).

Spalinowe problemy kotłów 5 klasy

Zasadniczym problemem związanym z odprowadzaniem spalin jest obniżenie ich temperatury. O ile jest to zjawisko korzystne z punktu widzenia efektywności, oszczędności energii i wpływu na środowisko, o tyle tradycyjne kominy nie są na to przygotowane. W dawniejszych kotłach węglowych temperatura spalin wynosiła 300°C. W nowoczesnych kotłach zasilanych np. tzw. ekogroszkiem jest to już 200°C, a dla biomasy jeszcze mniej, np. 70–120ºC. Kotły na pelety, jako urządzenia niewymagające zbyt wysokiego podciśnienia, często podłącza się do komina z zastosowaniem regulatora ciągu kominowego z funkcją rozprężeniową – poprawia to sprawność kotła (większe wykorzystanie ciepła ze spalin w wymienniku kotła), ale przyczynia się do obniżenia temperatury jego pracy i samych spalin. Mało tego – są to wartości temperatury spalin dla mocy nominalnej, a takie warunki pracy zdarzają się w trakcie sezonu grzewczego rzadko. Dzięki dużemu zakresowi modulacji kotły częściej pracują z mocą częściową – może to być nawet 30% mocy nominalnej. W takich warunkach pracy temperatura spalin jest jeszcze niższa. Jak wskazuje jeden z producentów systemów kominowych, kotły węglowe klasy 5 eksploatowane przy mocy od 3 do 100% osiągają temperatury spalin od 70 do 110°C. 

Niska temperatura spalin jest problematyczna, ponieważ przy odpowiednio niskiej wartości temperatury (tzw. punkt rosy) rozpoczyna się wykraplanie produktów spalania. Jest to poważny problem z dwóch względów.

Po pierwsze, ze względu na skład paliw stałych. Skroplone produkty spalania mają odczyn kwaśny, np. problemem węgla jest zasiarczenie, a w przypadku biomasy w spalinach znajduje się chlor. Produkty spalania związków siarki i chloru oddziałują korozyjnie na ściany komina, na których się osadzają. Jeśli przewód kominowy nie jest odpowiednio zabezpieczony, wykroplona wilgoć (kondensat) wsiąka w ściany przewodu, pogłębiając korozję, do której zaczyna dochodzić na całej grubości przewodu kominowego. Oznacza to, że komin musi być wykonany z materiału odpornego na korozję chemiczną.

Po drugie, zawartość wilgoci w spalinach powoduje zwiększenie ich gęstości. To oznacza, że zwiększają się opory przepływu spalin przez komin – potrzebny jest więc odpowiednio większy ciąg kominowy, dzięki któremu opory hydrauliczne zostaną pokonane. Problem znacznych oporów hydraulicznych pogłębia zaawansowana konstrukcja kotła – takie rozwiązania jak turbulizatory przepływu, wymienniki wielociągowe czy płomieniówki powodują, że opory przepływu rosną. 

Komin jaki jest, każdy widzi?

Komin (system odprowadzania spalin) dla kotłów na paliwo stałe klasy 5 musi być przygotowany na niską temperaturę spalin i zapewnienie odpowiedniego ciągu kominowego umożliwiającego pokonanie ich oporów przepływu. Musi być więc wykonany z odpowiedniego materiału, zarówno odpornego na korozję chemiczną spowodowaną przez powstający kondensat kwaśny, jak i niepalnego, by zgodnie z § 266 Warunków Technicznych [3] elementy komina były odporne na działanie pożaru sadzy. Warunki takie spełniają kominy i wkłady kominowe wykonane z następujących materiałów:

• stal nierdzewna (kwasoodporna) gatunku 1.4404,
• ceramika kwasoodporna,
• stal stopowa z emalią żaroodporną.

Należy także ograniczyć spadek temperatury spalin wchodzących do komina na całej jego długości. Zapewnia się to dzięki ograniczeniu ucieczki ciepła przez elementy komina omywane strumieniem spalin. Jest to możliwe dzięki prawidłowej pełnej izolacji cieplnej komina, poczynając od przyłącza kotła (czopucha), poprzez całą długość przewodu, aż po wylot nad dach. Do ocieplania komina służy wełna mineralna umieszczana między warstwą wewnętrzną a płaszczem zewnętrznym komina.

Jednak nawet przy starannej izolacji komina dla kotła klasy 5 nie uniknie się powstawania w nim kondensatu (skroplin) spalin, dlatego trzeba zapewnić jego odprowadzenie. Przewód odprowadzający kondensat powinien być skierowany do kanalizacji z odpowiednim spadkiem oraz drożny i sprawny.

Ponieważ opory w kominie kotła klasy 5 są z natury większe niż dla kotłów niższych klas czy pozaklasowych, należy eliminować wszelkie elementy, które mogłyby ten opór zwiększyć. W takim kominie powinno być więc jak najmniej zwężek, redukcji, kolan czy innych kształtek cechujących się wysokim oporem miejscowym. Dotyczy to także kształtek umieszczanych na zakończeniu komina, takich jak daszki, nasady pierścieniowe czy turbiny wyciągowe montowane bezpośrednio na przewodzie. Rozwiązania takie należy zastąpić osłonami rotacyjnymi czy ustnikami inżektorowymi. Komin musi mieć także odpowiednią wysokość.

Adaptacja komina

Decyzja o zmianie systemu odprowadzania spalin przy wymianie kotła na paliwo stałe na kocioł 5 klasy powinna być podejmowana już na etapie doboru urządzenia grzewczego. Po pierwsze, sam dobór parametrów kotła i unikanie jego przewymiarowania ma wpływ na to, w jakich warunkach będzie pracował komin. Po drugie, każdy kocioł ma określone parametry dla przewodu kominowego. W katalogach producentów podawane są one w powiązaniu z mocą grzewczą kotła. Producent wskazuje temperaturę spalin dla mocy nominalnej, wymagany przekrój komina oraz jego minimalną wysokość. Wymiary przekroju komina podawane są zarówno dla kształtu okrągłego (średnica), jak i dla prostokątnego (wymiary boków). Istniejące kominy – najczęściej murowane – zwykle nie spełniają tych wymogów.

W wielu przypadkach adaptacja komina polega na jednoczesnym:

• zainstalowaniu wkładu kominowego odpornego na kondensat z udziałem kwasu siarkowego (kocioł węglowy) lub związków chloru (kocioł na biomasę),
• zaizolowaniu przyłącza kotła i wkładu w części wychodzącej ponad dach,
• wykonaniu odprowadzenia kondensatu spalin do kanalizacji, a czasami także
• przedłużeniu wysokości komina – najlepiej poprzez zastosowanie kształtek przedłużających stanowiących element systemu kominowego oferowanego przez konkretnego producenta.

Wkłady kominowe muszą, podobnie jak kominy systemowe dla kotłów klasy 5, zapewnić odporność na pracę w trybie mokrym z występującymi spalinami, cechować się gładkością ścian (co obniża liniowy opór przepływu), być szczelne i odporne na pożar sadzy (wymóg bezpieczeństwa określony w WT). Zazwyczaj stosuje się wkłady stalowe – najczęściej ze stali nierdzewnej gatunku 1.4404 o grubości ścian 0,8–1,0 mm lub stali emaliowanej żaroodpornej. Jako wkład kominowy można zastosować także rozwiązanie z ceramiki izostatycznie prasowanej. Technologia produkcji tego materiału (odpowiednie formowanie i suszenie) sprawia, że ścianki takiego wkładu są gładkie (liniowe opory przepływu są porównywalne do oporów ścian stalowych), odporne na zmiany temperatury oraz mniej porowate, a przez to mniej nasiąkliwe, co w przypadku kondensujących spalin ma duże znaczenie. Ważne, żeby wybrać rozwiązanie systemowe (nie tylko rury, ale też pozostałe elementy, takie jak rozetka, nasada, trójnik przyłączeniowy i wyczystka) pochodzące od jednego producenta.

Zdarzają się też sytuacje, w których zamontowanie w istniejącym kominie wkładu nie jest wystarczające, by mógł on efektywnie obsłużyć nowy kocioł klasy 5. Wówczas najlepiej sprawdzą się gotowe (prefabrykowane) rozwiązania systemowe. Są one wykonywane jako zewnętrzne z odpowiednio izolowanej stali nierdzewnej (ewentualnie stali zabezpieczonej emalią żaroodporną) lub z ceramiki – jako zewnętrzne lub wewnętrzne. W tym drugim przypadku na rynku dużą popularnością cieszą się trójwarstwowe systemy prefabrykowane – ceramika, izolacja z wełny mineralnej i pustaki keramzytobetonowe, które ułatwiają i przyspieszają wykonanie komina oraz zapewniają jego odpowiednie ustawienie, wytrzymałość i szczelność. 

Poważne decyzje

Przy adaptacji komina do kotła klasy 5 powinien pomóc specjalista w zakresie techniki kominowej, który określi wymagania dla nowego komina i podpowie, jakie rozwiązanie techniczne będzie dla danej inwestycji optymalne. Dodatkowymi kryteriami wyboru między rozwiązaniami materiałowymi (stal, ceramika) mogą być preferencje estetyczne i budżet.

Na efektywność pracy komina wpłynie znacząco sposób eksploatacji całego systemu kocioł-komin. Przede wszystkim należy stosować paliwo dobrej jakości i odpowiednio je przechowywać – w suchym, dobrze wentylowanym pomieszczeniu. Należy także regularnie dokonywać przeglądów kotła, komina i odprowadzenia skroplin, a także zamawiać czyszczenie ścian wewnętrznych przewodu kominowego. W ten sposób zachowane zostaną wyjściowe warunki pracy kotła (m.in. efektywność) i komina (wysoka temperatura spalin, niskie opory przepływu), dzięki czemu układ będzie pracował wydajnie i bezawaryjnie.

Literatura

1. PN-EN 303-5:2012-5 Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 500 kW. Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie.
2. Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1189 w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla kotłów na paliwo stałe.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2015, poz. 1422, z późn. zm.).
4. Rozporządzenie Ministra Rozwoju i Finansów z dnia 1 sierpnia 2017 r. w sprawie wymagań dla kotłów na paliwo stałe (DzU 2017, poz. 1690, z późn. zm.).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!