Kotły kondensacyjne – nowe rozwiązania i kierunki rozwoju

Poniżej wskazano najważniejsze nowe rozwiązania i kierunki rozwoju kotłów kondensacyjnych. Zróżnicowane i rosnące oczekiwania inwestorów – użytkowników dotyczące komfortu użytkowania oraz przepisów w zakresie efektywności energetycznej i emisji skłaniają do śledzenia tych zmian i wykorzystywania ich do optymalizacji systemów w procesie projektowania instalacji nowych i modernizowanych.

Miniaturyzacja i dopasowanie do zmieniających się potrzeb

Zarówno w budownictwie mieszkaniowym, jak i publicznym coraz bardziej liczy się efektywne wykorzystanie przestrzeni, z tego powodu kotłownie są coraz mniejsze. W ślad za tymi zmianami podążają konstrukcje kotłów. Dawniej wiszący kocioł kompaktowy miał moc 20, 30 czy 40 kW, później pojawiły się konstrukcje o mocy 60–80 kW. Dziś nikogo już nie dziwi, że w obudowie niewiele większej od szafki kuchennej mieści się kocioł o mocy nawet 120 czy 150 kW. Możliwość łączenia tego typu kotłów w układy kaskadowe pozwala za pomocą urządzeń wiszących pokryć zapotrzebowanie nawet ok. 1 MW, wykorzystując przy tym stosunkowo niewiele miejsca w pomieszczeniu kotłowni.

Dopasowanie mocy palnika do potrzeb budynków niskoenergetycznych

Nie tylko obudowa kotłów musi być dopasowana do aktualnych potrzeb budownictwa. O wiele ważniejsze jest, żeby kocioł był w stanie sprostać jednocześnie potrzebom w zakresie przygotowania ciepłej wody i ogrzewania. Coraz częściej budynek potrzebuje jedynie kilku kW na ogrzewanie i nawet powyżej 20–24 kW na szybkie podgrzanie wody, dotyczy to kotłów z zasobnikiem warstwowym czy kotłów dwufunkcyjnych. W związku z tym kocioł musi mieć możliwość pracy z wysoką mocą na potrzeby c.w.u. i niską na cele c.o. Dawniej było to praktycznie niemożliwe z uwagi na trudności w skutecznym zmieszaniu gazu i powietrza przy ich niskim przepływie. Efektem był niepokojący użytkowników hałas czy okresowo nieskuteczny zapłon. Dziś o wiele łatwiej spełnić to wymaganie – dzięki nowym konstrukcjom palników i skutecznej kontroli przepływu powietrza i parametrów spalin ustalany jest optymalny skład mieszanki, tym samym kocioł jest w stanie efektywnie i swobodnie pracować na potrzeby c.o. na poziomie 10–20% mocy maksymalnej, a potem szybko zwiększyć moc, żeby przygotować ciepłą wodę. Kiedyś kotły o maksymalnej mocy 25 kW miały płynną modulację w zakresie od 8 do 25 kW, dziś nawet od 2–4 do 25 kW.

Integracja osprzętu i redukcja zakresu prac montażowych

Dawniej standardem było, że kocioł był wyposażony jedynie w podstawowe elementy, takie jak palnik, wymiennik ciepła, ścieżka gazowa czy pompa. W trakcie montażu wiele elementów, np. naczynie wzbiorcze, zawór bezpieczeństwa, manometr itp., było montowanych przez instalatora poza kotłem. To oczywiście wymagało poniesienia dodatkowych kosztów zakupu osprzętu i montażu. Efekt nie zawsze zadowalał inwestora – kocioł otoczony plątaniną rur i pomp nie wyglądał tak jak na zdjęciu w folderze. Dziś często wiele tych nieodzownych elementów instalacji znajduje się pod estetyczną, niewielką i kompaktową obudową.

Wbudowany zasobnik c.w.u.

Obecnie szeroko dostępne są kotły z wbudowanym zasobnikiem c.w.u. Począwszy od niewielkich wiszących kotłów kompaktowych z zasobnikiem/zasobnikami o pojemności 10 czy 20 l po urządzenia stojące ze zbiornikami o pojemności nawet 150 i 200 l. Rozwiązanie to pozwala znacząco zredukować wymaganą przestrzeń montażową i zakres prac instalacyjnych. W przypadku zastosowania ładowania warstwowego wyższy jest też komfort korzystania z ciepłej wody. Nawet przy gwałtownym rozładowaniu zasobnika już po kilkudziesięciu sekundach można od nowa korzystać z ciepłej wody. Czasem oczywiście ze zredukowanym przepływem, ale za to z wymaganą temperaturą, co nie było możliwe w tradycyjnym rozwiązaniu z zasobnikiem wyposażonym w wężownicę.

Proste podłączenie i obsługa kilku obiegów grzewczych

Do niedawna chcąc zasilić z kotła dwa obiegi grzewcze, np. grzejniki i ogrzewanie podłogowe, wykonawca musiał zamontować obok kotła liczny osprzęt, począwszy od sprzęgła hydraulicznego, poprzez pompy obiegowe, aż po zawór mieszający, zawory zwrotne i odcinające. Nawet gdy wykorzystywano w tym celu gotowe grupy pompowe i rozdzielacze, i tak ta część instalacji zajmowała sporo miejsca.

Dziś bardzo często możemy skorzystać z gotowego osprzętu montowanego wewnątrz kotła. Wystarczy dzięki temu doprowadzić rury zasilające i powrotne z poszczególnych obiegów do kotła i podłączyć. W efekcie w pomieszczeniu stoi urządzenie przypominające wyglądem lodówkę, które przygotowuje ciepłą wodę i zasila dwa, a czasem nawet trzy obiegi grzewcze, a mimo to nie ma obok niego praktycznie żadnego dodatkowego elementu, ponieważ nawet naczynie wzbiorcze c.o. i c.w.u. jest schowane pod obudową kotła.

Nie każdy jest jednak zwolennikiem takiego rozwiązania – czasem korzystniejszy jest wygodny dostęp do kotła, umożliwiający konserwację czy serwis grup pompowych umieszczonych na ścianie niż zabudowanych. Decydując się na kocioł kompaktowy, warto zatem zwrócić uwagę, czy jego konstrukcja ułatwia konserwację, np. poprzez demontaż bocznej obudowy, oraz czy miejsce przeznaczone na kocioł umożliwia swobodny dostęp do wnętrza urządzenia.

Specjalne konstrukcje kotłów

Kotły do instalacji modernizowanych

W wielu instalacjach wciąż pracują stojące kotły gazowe z końca ubiegłego i początku obecnego wieku. Urządzenia te kończą swój żywot, ich sprawność jest coraz niższa, a usuwanie ewentualnych awarii kosztowne – z tego powodu są sukcesywnie wymieniane.

Większość inwestorów chciałaby, żeby nowe urządzenie dało się zamontować w prosty sposób, bez znaczącej ingerencji w obecny układ rur, pomp itp., jednak w przypadku wielu kotłów nie jest to możliwe.

Często potrzebny jest dodatkowy osprzęt, np. sprzęgło hydrauliczne. Instalację należy dobrze przepłukać, a nowy kocioł zabezpieczyć przed ewentualnym napływem zanieczyszczeń.

Zakres prac jest szeroki, dlatego wielu inwestorów poszukuje metody uproszczenia instalacji i zredukowania kosztów – skutki nie zawsze są zadowalające.

Rozwiązaniem, które pozwala zminimalizować koszty inwestycji i zakres prac, są konstrukcje kotłów zaprojektowane specjalnie do współpracy z modernizowaną instalacją.

Urządzenia tego typu to z reguły kotły stojące o dużej pojemności wodnej (rys. 1a i rys. 1b). Podłącza się je do instalacji analogicznie jak w przypadku żeliwnych kotłów stojących starego typu, nie ma zatem potrzeby stosowania dodatkowego osprzętu.

Duża pojemność wodna i powierzchnia wymiany ciepła sprawiają, że kotły tego typu są odporne na ewentualne zanieczyszczenia, które pomimo płukania instalacji po jakimś czasie mogą się osadzać w urządzeniu.

Nowe konstrukcje do instalacji w nowych budynkach

Również w trakcie projektowania nowej instalacji, np. z wiszącymi kotłami kondensacyjnymi, projektanci szukają możliwości uproszczenia systemu, szczególnie gdy zasila on jedynie dwa–trzy odbiorniki, np. obieg c.o. i pojemnościowy podgrzewacz wody (rys. 2). W tym przypadku dobrym rozwiązaniem są kotły o dużej pojemności wodnej, które nie wymagają zastosowania sprzęgła hydraulicznego. Do tego typu kotła od razu można podłączyć pompy obiegów grzewczych i pompę ładującą podgrzewacz, bez potrzeby stosowania sprzęgła hydraulicznego i dodatkowej pompy kotłowej. Dzięki temu instalacja jest o wiele prostsza, tańsza na etapie inwestycji i w trakcie eksploatacji (choćby dzięki mniejszemu zużyciu energii elektrycznej).

Instalacje z odbiornikami o małej bezwładności

W wielu instalacjach znaczną część, czasem większość, zapotrzebowania na ciepło stanowią potrzeby obiegów c.t., czyli ciepła technologicznego, np. dla nagrzewnic powietrza. Tego typu odbiorniki cechują się bardzo dużą zmiennością zapotrzebowania. W połączeniu z wiszącymi kotłami kondensacyjnymi o małej pojemności nawet mimo szerokiego zakresu modulacji mocy może to powodować dużą częstotliwość załączeń kotła i krótkie cykle pracy. W połączeniu z kotłem o dużej pojemności instalacja pracuje o wiele stabilniej – palnik załącza się rzadziej i pracuje dłużej. Dzięki konstrukcji wymiennika ciepła, który stanowi wężownica umieszczona w płaszczu wodnym, jest on również mniej narażony na odkładanie się kamienia kotłowego.

Zdalny dostęp do instalacji

W instalacjach z kotłami kondensacyjnymi oczekiwaną funkcją jest obecnie również zdalny dostęp do systemu grzewczego. Większość producentów oferuje w tym celu specjalne moduły komunikacyjne. W zależności od rozwiązania są one wyposażone w kartę SIM oraz antenę lub umożliwiają połączenie z domową siecią Wi-Fi czy WLAN. Użytkownik może dzięki temu nadzorować pracę instalacji za pomocą strony internetowej lub aplikacji na urządzeniu mobilnym. Aplikacja umożliwia zwykle kontrolę i zmianę od kilku do kilkudziesięciu parametrów instalacji.

Wielu producentów oferuje równolegle możliwość zdalnej opieki serwisowej nad instalacją. Użytkownik może podpisać umowę z wybranym serwisantem i upoważnić go do nadzoru nad instalacją. Ma on dzięki temu dostęp do nawet kilkuset danych o parametrach pracy instalacji i w razie awarii może łatwo i szybko zdiagnozować jej przyczyny (po otrzymaniu odpowiedniego komunikatu).

Systemy hybrydowe

Coraz częściej stosowanym wariantem są systemy hybrydowe (rys. 3), w których łączy się gazowy kocioł kondensacyjny z pompą ciepła (z reguły powietrze/woda). Takie połączenie daje szerokie możliwości, m.in. redukcji kosztów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody, niezależnego ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody, chłodzenia w okresie letnim czy wykorzystania na miejscu energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej.

Rola sterowania w redukcji kosztów

Rozwiązania hybrydowe szczególnie często wybierają osoby, które planują korzystanie z kotła zasilanego gazem płynnym lub olejem opałowym. Wprawdzie ceny tych paliw spadły, ale nadal są wyższe od cen energii pozyskiwanej z gazu ziemnego i nie można wykluczyć ich wzrostu. Dlatego zastosowanie systemu hybrydowego w instalacji z kotłem zasilanym gazem płynnym czy olejem jest swego rodzaju zabezpieczeniem na przyszłość. Jeśli ceny tych paliw wzrosną, wykorzystanie pompy ciepła pozwoli zredukować koszty.

W tym kontekście bardzo ważna jest rola sterowania systemowego, które zarządza pracą całej instalacji. Powinno ono automatycznie uruchamiać to źródło ciepła, którego koszty eksploatacji są w danej chwili niższe. W tym celu wprowadza się do pamięci sterownika aktualne ceny nośników energii.

Jednocześnie w przypadku zakupu energii w ramach grup dwutaryfowych (np. G12 czy G12w), w których w wybranych godzinach oraz w weekendy energia elektryczna jest tańsza, ważne jest, żeby sterownik pozwalał wprowadzić godziny obowiązywania niższych cen.

Dopiero uwzględnienie tych wszystkich danych oraz optymalizacja osiągania zadanej temperatury zasilania umożliwiają skuteczne zarządzanie pracą całego systemu w celu redukcji kosztów.

Takie rozwiązania są już dziś na rynku dostępne i zdobywają coraz większą popularność.

Redukcja kosztów dzięki zmianie taryfy gazowej

Zastosowanie układu hybrydowego pozwala w wielu przypadkach zredukować również roczne koszty ogrzewania dzięki możliwości przejścia z grupy taryfowej W3 do W2. Jeśli zastosowanie pompy ciepła umożliwi redukcję rocznego zużycie gazu do maks. 1200 m³/h, użytkownik może zostać przyporządkowany do grupy taryfowej W2 i będzie mógł skorzystać ze znacznie niższych opłat stałych. Co prawda cena samego paliwa jest minimalnie wyższa, ale i tak możemy dzięki temu zaoszczędzić rocznie około 400 zł.

Kilka funkcji w jednym systemie

Systemy hybrydowe stają się popularne również dlatego, że nie tylko pozwalają ogrzać dom w sezonie grzewczym i przygotować ciepłą wodę, ale również zapewnić chłodzenie w okresie letnim. Jest to możliwe w ograniczonym zakresie we współpracy z instalacją płaszczyznową, np. podłogową czy ścienną, lub też w pełnym zakresie w połączeniu z klimakonwektorami.

Przy wykorzystaniu do chłodzenia systemu podłogowego lub ściennego konieczna jest kontrola temperatury zasilania w funkcji punktu rosy, tak by nie dopuścić do kondensacji pary wodnej na powierzchni podłogi czy ścian. Funkcję tę pełni z reguły sterownik systemowy, który ma wbudowany czujnik poziomu wilgotności i temperatury i automatycznie wylicza temperaturę punktu rosy, zadając w dalszej kolejności temperaturę pracy systemu.