Kotły kondensacyjne

Kotły kondensacyjne wykorzystują odzysk ciepła ze spalin (kondensację pary wodnej), dzięki czemu cechują się wyższą sprawnością i mniejszym zużyciem paliwa niż kotły tradycyjne, w których rozwiązanie to nie jest wykorzystywane (ciepło ukryte w parze wodnej, tzw. utajone, w rozwiązaniach tradycyjnych ucieka wraz ze spalinami przez komin). Spaliny są schładzane (z ok. 100°C nawet do 35°C) i dzięki temu następuje ich skraplanie, a uwalniane w ten sposób ciepło przekazywane do wody kotłowej. Dlatego sprawność kotła kondensacyjnego często podawana jest jako wyższa niż 100% (wartość H_i odniesiona do wartości opałowej paliwa). Taki sposób podania danych wskazuje na znaczenie odzysku ciepła ze spalin w sprawności kotła.

Sprawność kotła kondensacyjnego

Uzyskanie odpowiednio wysokiej sprawności kotła kondensacyjnego możliwe jest oczywiście tylko wtedy, kiedy wykorzystywany jest efekt kondensacji. Para wodna zawarta w spalinach gazu ziemnego skrapla się w temperaturze poniżej 55–58°C, a schłodzenie spalin do tej wartości zapewnia woda powrotna o temperaturze nie wyższej niż 40–50°C. Kotły kondensacyjne będą zatem pracować z największą sprawnością z instalacjami niskotemperaturowymi. Jednocześnie sprawność przygotowania przez kondensacyjny kocioł dwufunkcyjny ciepłej wody użytkowej zawsze będzie niższa niż sprawność ogrzewania, ponieważ w procesie tym nie zachodzi proces kondensacji.

Czytaj też: Nowoczesne, czyli oszczędne, ekologiczne i zdrowe ogrzewanie

Kotły kondensacyjne pozwalają na obniżenie zużycia energii nawet o 15–20% w stosunku do urządzeń tradycyjnych nie tylko dzięki technice kondensacji – bardzo ważne jest także zastosowanie rozwiązań konstrukcyjnych poprawiających sprawność i wydajność spalania. Dzięki takim rozwiązaniom obniżone jest zarówno zużycie paliwa, jak i emisja produktów spalania.

Odpowiednia konstrukcja palnika pozwala na niższe zużycie paliwa – uzyskuje niższą temperaturę spalin i zapewnia duży udział wymiany ciepła przez promieniowanie, które cechuje się wysoką sprawnością (niskie straty ciepła podczas wymiany). Z kolei układ „rura w rurze” pozwala na podgrzanie zimnego powietrza z zewnątrz, kierowanego do komory spalania, przez odprowadzane spaliny – proces, w którym powietrze niezbędne do spalania ma wyższą temperaturę, jest bardziej wydajny. Dzięki temu zużywana jest mniejsza ilość paliwa, a schłodzone spaliny łatwiej podlegają kondensacji pary wodnej, dzięki czemu lepiej wykorzystywany jest efekt energetyczny kondensacji.

Dostosowanie pracy kotła do potrzeb

Ważnymi parametrami pracy kotła są – poza mocą znamionową (maksymalną) – moc minimalna oraz zakres modulacji (często określany w procentach, np. 20–100%). Szeroki zakres modulacji, czyli płynnej zmiany mocy kotła zależnie od panujących warunków zewnętrznych, przyczynia się do trwałości i sprawności pracy dzięki wyeliminowaniu tzw. taktowania, czyli częstego wyłączania i włączania kotła po osiągnięciu wymaganej temperatury wody grzewczej. Moc minimalna może być nawet dziesięć razy mniejsza niż moc znamionowa – dzięki temu kocioł pracuje optymalnie w okresach niewielkiego zapotrzebowania na moc grzewczą.

Kocioł kondensacyjny cechuje się także możliwością kontroli procesu spalania zależnie od jakości paliwa, rozpoznając zmieniający się skład i ciśnienie gazu oraz maksymalnie wykorzystując energię zawartą w paliwie. To rozwiązanie bardzo ważne także z punktu widzenia możliwych przyszłych scenariuszy ogrzewania budynków – dzięki tej własności kocioł będzie efektywnie pracował np. w przypadku zasilania biometanem (gazem zbliżonym do składu gazu ziemnego, ale wytwarzanym w biometanowniach z naturalnych odpadów organicznych). Palnik kotła przystosowany jest także do tego, aby pracować wydajnie z różnymi rodzajami paliwa, np. gazu płynnego lub nawet gazu ziemnego z domieszką wodoru (H₂). Łatwa konfiguracja palnika pod kątem obsługiwanego paliwa sprawia, że współczesne kotły gazowe są gotowe na przyszłość.

Układy hybrydowe kotłów gazowych i pomp ciepła

Ważnym trendem w sektorze kotłów gazowych, związanym ze zmianami prawa europejskiego, które w ciągu najbliższych lat przełoży się na zmiany w prawie krajowym, jest stosowanie tzw. układów hybrydowych – połączenia kotła kondensacyjnego z urządzeniami wykorzystującymi odnawialne źródła energii (głównie pompami ciepła). Ważnym parametrem pracy układu hybrydowego jest punkt biwalentny – temperatura zewnętrzna, przy której musi uruchomić się szczytowe źródło ciepła, by pokryć pełne zapotrzebowanie na ciepło.

Jako układy hybrydowe można rozumieć zarówno układy biwalentne (układy odrębnych, ale współpracujących urządzeń – pompy ciepła i kotła kondensacyjnego jako urządzenia szczytowego), jak i układy kocioł–pompa ciepła, stanowiące jedno urządzenie lub mające wspólny układ sterowania. Producenci oferujący takie urządzenia podkreślają, że układ hybrydowy jest tańszy niż każde urządzenie osobno, a także ma jeden zoptymalizowany układ sterowania i gotowe przyłącza hydrauliczne. Urządzenia hybrydowe mogą też być dotowane w programach rządowych.

Zasadniczą cechą układu hybrydowego jest inteligentne sterowanie, wykraczające poza regulację pracy urządzeń na podstawie temperatury w pomieszczeniu lub temperatury zewnętrznej – wybierany jest najkorzystniejszy i najbardziej wydajny sposób eksploatacji.

System sterowania może pracować z uwzględnieniem szeregu parametrów, m.in. cen energii, emisji CO₂, dostępności energii z własnej instalacji PV, wydajności energetycznej oraz zapotrzebowania na ciepło. Prognozuje, kiedy należy uruchomić kocioł kondensacyjny jako źródło szczytowe. Może działać według scenariusza ekonomicznego, uwzględniając, który nośnik energii jest w danym momencie najtańszy, a jednocześnie najbardziej wydajny. Wpływa na to temperatura zewnętrzna – poniżej pewnej wartości ogrzewanie kotłem gazowym może być bardziej opłacalne – oraz stosunek cen energii elektrycznej i gazu.

Możliwa jest także realizacja scenariusza ekologicznego – sterowanie pracą urządzeń takie, by zapewnić najniższą w danym momencie emisję CO₂. Ponieważ energia elektryczna w Polsce produkowana jest wciąż z wysokim udziałem węgla, w określonych warunkach użycie kotła gazowego może powodować mniejszą emisję CO₂ niż praca pompy zasilanej z sieci elektroenergetycznej.

Hybrydowe systemy grzewcze są także wskazane w art. 7 ust. 4a nowelizowanej właśnie dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej budynków jako urządzenia, które nie są uznawane za systemy grzewcze na paliwa kopalne w budynkach nowych i poddawanych remontom generalnym. To oznacza, że ich stosowanie będzie dopuszczone dłużej niż samodzielnych kotłów gazowych.

Kotły kondensacyjne na wymianę

Kotły kondensacyjne często wybierane są jako urządzenia do modernizacji starego systemu grzewczego – ważne jest tu, aby nowe urządzenie dobrać do budynku po dociepleniu ścian (często zapotrzebowanie budynku na ciepło, a tym samym wymagana moc znamionowa kotła okazuje się niższa) oraz aby wymienić system kominowy na rozwiązanie odporne na działanie kondensatu, wykonane np. ze stali nierdzewnej lub ceramiki kominowej.

Na zakup i montaż kondensacyjnych kotłów gazowych na wymianę można uzyskać dotacje w programach rządowych – nawet do 100% w programie „Czyste Powietrze” (program wymiany kopciuchów w domach jednorodzinnych)  (tab. 1) i nawet do 95% w programie „Ciepłe Mieszkanie” (program wymian nieefektywnych urządzeń na paliwa stałe w mieszkaniach w budynkach wielorodzinnych) (tab. 2). Dotowane urządzenia muszą mieć klasę efektywności energetycznej co najmniej A.

W programie „Czyste Powietrze” kotły kondensacyjne wciąż stanowią drugie po pompach ciepła najchętniej wybierane źródła na wymianę.