Regularna kontrola kotłów. Co i jak robić?

Od stycznia 2009 r. zakres obowiązkowych kontroli w użytkowanych budynkach powiększa się o kontrole okresowe stanu technicznego kotłów z uwzględnieniem ich efektywności energetycznej oraz wielkości w odniesieniu do potrzeb użytkowych. Kontroli podlegają:

• kotły opalane nieodnawialnym paliwem ciekłym lub stałym o efektywnej nominalnej wydajności ponad 100 kW – co najmniej raz na 2 lata,
• kotły opalane nieodnawialnym paliwem ciekłym lub stałym o efektywnej nominalnej wydajności od 20 do 100 kW oraz kotły opalane gazem – co najmniej raz na 4 lata. Instalacje grzewcze z kotłami o efektywnej wydajności powyżej 20 kW starszymi niż 15 lat powinny być poddane jednorazowej kontroli obejmującej ocenę efektywności kotła oraz dopasowanie kotła poprzez porównanie go z wymaganiami grzewczymi budynku.

Kontrolę powinny przeprowadzać osoby posiadające uprawnienia budowlane odpowiedniej specjalności, a kontrolę instalacji gazowych – osoby posiadające kwalifikacje wymagane przy wykonywaniu dozoru nad eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci gazowych. Przepis o obowiązku kontroli kotłów został włączony do art. 62 Prawa budowlanego, a tym samym za jego niespełnienie, zgodnie z art. 93 pkt 8, grozi kara grzywny.

Zakres kontroli powinien obejmować: ocenę stanu technicznego kotła; ocenę efektywności spalania; ocenę wielkości kotła w stosunku do rzeczywistych potrzeb oraz sporządzenie protokołu zawierającego ewentualne zalecenia wraz z oceną ich zasadności ekonomicznej. Dyrektywa wymaga także jednorazowych kontroli instalacji ogrzewczych, w których pracują kotły starsze niż 15-letnie. O wieku kotła decyduje data umieszczona na tabliczce znamionowej kotła. Na podstawie takiej kontroli powinno być wydane zalecenie wymiany kotła albo jego modernizacji lub też aprobata stanu istniejącego.

Dyrektywa uzasadnia wprowadzenie regularnych kontroli kotłów m.in. z uwagi na to, że:

Regularna konserwacja kotłów […] przez kwalifikowany personel, przyczynia się do poprawnego uregulowania kotłów, zgodnie ze specyfikacją wyrobu, a w ten sposób zapewnia optymalną charakterystykę z punktu widzenia środowiska, bezpieczeństwa i energii.

Szersze informacje o tym, jakie to powinny być kontrole, zawiera norma PN-EN 15378:2007 „Instalacje ogrzewcze w budynkach – Kontrola kotłów i instalacji ogrzewczych” (oryg.). Została ona zatwierdzona przez PKN 22 października 2007 r. i dotychczas nie przetłumaczono jej treści na język polski. Norma wprowadza regularne kontrole kotłów, między innymi ich aktualnej sprawności. Przyjrzyjmy się jej, aby zobaczyć, co nas czeka.

Według normy PN EN 15378 „procedury i metody regularnej kontroli kotłów” mają na celu:

• weryfikację, czy kocioł jest regulowany, użytkowany i konserwowany w celu zapewnienia optymalnej sprawności energetycznej;
• oszacowanie rzeczywistej sprawności energetycznej kotła;
• doradztwo w zakresie możliwych do zastosowania usprawnień zmierzających do zwiększenia sprawności energetycznej kotła.

Czym jest sprawność kotła?

Dla przypomnienia: działanie kotła polega na przekazywaniu wodzie energii uwalnianej w procesie spalania. Ilość ciepła uwalnianego w procesie spalania zależy od kaloryczności paliwa. Ciepło uwalniane wewnątrz kotła przy spalaniu nazywa się zazwyczaj energią dostarczoną i jest ono bezpośrednio związane z ilością paliwa wprowadzonego do paleniska. Powstające w wyniku spalania gorące gazy (produkty spalania), w wyniku procesów konwekcji ciepła i promieniowania, podgrzewają wodę przepływającą przez kocioł.

W kotłach kondensacyjnych część pary wodnej zawartej w produktach spalania zostaje skroplona w kotle, zaś ciepło odzyskane w tym procesie stanowi dodatkowy uzysk. Ciepło oddane wodzie wewnątrz kotła nazywa się ciepłem użytecznym, wykorzystywanym do zasilania systemu ogrzewania lub/i przygotowania ciepłej wody.  

Sprawność kotła jest definiowana jako ta część energii dostarczonej, która zostaje oddana wodzie jako ciepło użyteczne. Na przykład w kotle o 90-proc. sprawności, 90% ciepła uwolnionego w procesie spalania (energii dostarczonej) zostaje oddane wodzie (ciepło użyteczne).

Jak zmierzyć sprawność kotła w laboratorium?

Ocena sprawności kotła jest standardową czynnością wykonywaną w laboratoriach testujących  kotły. Trzeba znać wartość energii dostarczonej i ciepła użytecznego. Energia dostarczona mierzona jest na podstawie:

• wartości kalorycznej paliwa, uzależnionej od składu chemicznego,
• zużycia paliwa przez kocioł (lub strumienia paliwa na zasilaniu).

Wartość kaloryczna paliwa wyrażana jest w kWh/kg, czyli ilości energii (kWh) na jednostkę paliwa (kg). Strumień paliwa może być wyrażony w kg/h. Energię dostarczoną (w kW) oblicza się, mnożąc wartość kaloryczną paliwa przez strumień paliwa na zasilaniu. Ciepło użyteczne mierzone jest na podstawie:

• strumienia wody w kotle,
• temperatury wody na zasilaniu i powrocie,
• w kotłach kondensacyjnych – także strumienia skroplin odprowadzanych z kotła.

Dane te pozwalają obliczyć ciepło oddawane wodzie (ciepło użyteczne w kW). Do obliczenia ciepła użytecznego oprócz ww. pomiarów potrzebna jest też wartość ciepła właściwego wody, którą można łatwo znaleźć w tabelach i podręcznikach. Stosunek ciepła użytecznego do energii dostarczonej to sprawność kotła.

Jak ocenić sprawność kotła na miejscu?

Oszacowanie sprawności kotła na miejscu nie może polegać na pomiarze energii dostarczonej i ciepła uzyskanego. Nie da się poza laboratorium zmierzyć wartości kalorycznej paliwa ani strumienia paliwa czy strumienia wody. Trzeba więc użyć uproszczonego sposobu. Polega on na zmierzeniu tylko trzech wielkości:

• zawartości tlenu (lub dwutlenku węgla) w spalinach,
• temperatury produktów spalania (spalin) wydostających się przez komin,
• temperatury otoczenia (a właściwie temperatury powietrza, które weźmie udział w spalaniu).

W przypadku kotłów kondensacyjnych dodatkowym pomiarem jest ilość skroplin odprowadzanych z kotła lub wilgotności powietrza w otoczeniu kotła.

Te trzy (lub cztery) dosyć proste pomiary dotyczą tylko spalin i otaczającego powietrza. Pomiary pozwalają oszacować stratę kominową i, w znacznym przybliżeniu, sprawność chwilową kotła. Pomiary mogą być wykonane za pomocą przenośnych wielofunkcyjnych przyrządów pomiarowych opisanych w normie PN EN 50379 [4]. Nie trzeba wykonywać pomiarów zużycia paliwa ani strumienia wody w obiegu grzewczym.

Dlaczego trzy (lub cztery) pomiary wystarczą?

Właściwości paliwa (gazu ziemnego, propanu, oleju) są ogólnie znane. Każde paliwo charakteryzuje się określoną zawartością dwutlenku węgla w spalinach (produktach spalania) przy „doskonałym” spalaniu, tj. jeżeli powietrza nie ma ani mniej, ani więcej, niż go potrzeba do całkowitego spalenia paliwa.

Zawartość ta jest wielkością teoretyczną, niespotykaną w praktyce. Pomiar rzeczywistej zawartości tlenu (lub dwutlenku węgla) w spalinach pozwala sprawdzić, o ile różni się zawartość rzeczywista od teoretycznej. To z kolei umożliwia oszacowanie ilości powietrza niepotrzebnie przepływającego przez kocioł, czyli nadmiaru powietrza. Wtedy, biorąc pod uwagę nadmiar powietrza, temperaturę otoczenia i temperaturę spalin (oraz strumień skroplin odprowadzany z kotła w przypadku kotła kondensacyjnego), można oszacować stratę kominową (w kW).

Na podstawie straty kominowej szacuje się sprawność spalania: jest to ta część energii dostarczonej, która nie zostaje stracona przez komin. Na przykład jeżeli kocioł ma 92-proc. sprawność spalania, to 8% energii dostarczonej jest tracone przez komin. Aby otrzymać przybliżoną wartość sprawności chwilowej, jeszcze jedna wielkość musi zostać oszacowana: strata przez obudowę.

Mimo że obudowa kotła jest izolowana, zewnętrzne ściany mają temperaturę wyższą niż otoczenie, co powoduje stratę cieplną. Kolejną przyczyną utraty ciepła w niektórych kotłach jest to, że powietrze z otoczenia przedostaje się pod obudowę i styka się z gorącymi elementami kotła, pobierając ciepło.

Utrata ciepła przez obudowę jest bardzo mała w przypadku nowszych kotłów (dużo poniżej 1% energii dostarczonej) i dlatego nie musi być mierzona. Starsze, gorzej izolowane termicznie kotły mogą mieć kilkuprocentową stratę, którą szacuje się, mierząc temperaturę obudowy. Wreszcie, na podstawie tych pomiarów, szacuje się sprawność chwilową, w procentach, według następującego wzoru: sprawność chwilowa = 100 – (strata kominowa) – (strata przez obudowę)

Na przykład kocioł, w którym 9% energii dostarczonej tracone jest przez komin, a 1% przez obudowę, będzie miał szacunkową sprawność chwilową równą: 100 – 9 – 1 = 90%. Reasumując, pomiary dokonywane na miejscu polegają na analizie spalin i powietrza w otoczeniu kotła i pozwalają oszacować sprawność spalania. Odejmując stratę kominową od sprawności spalania, otrzymujemy szacunkową sprawność chwilową.

Literatura

1. Dyrektywa 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (DzUrz L1 z 4.01.2004 r., str. 65–71; DzUrz UE; Polskie wydanie specjalne, rozdz. 12, t. 2, str. 168).
2. Ustawa z dnia 19 września 2007 r. o zmianie ustawy Prawo budowlane (DzU nr 191, poz. 1373)
3. PN EN 15378:2007 – Systemy grzewcze w budynkach (oryg.).
4.  Dyrektywa Rady nr 92/42/EEC z 21.05.1992 r. o sprawności nowych wodnych kotłów grzewczych na paliwa ciekłe i gazowe.
5. PN-EN 50379 – Wymagania dla przenośnych elektrycznych urządzeń pomiarowych przeznaczonych do pomiaru parametrów spalin w instalacjach urządzeń grzewczych (oryg.). Norma ta omawia m.in. wymagania dotyczące przyrządów pomiarowych przeznaczonych do mierzenia stężeń gazów i innych parametrów spalania, stosowanych podczas pierwszego uruchamiania i bieżącej eksploatacji urządzeń grzewczych.
6. http://www.buildingsplatform.eu/legal_notices_en.html