Kotły na paliwa stałe w nowoczesnych instalacjach centralnego ogrzewania

Dodano: poniedziałek, 05 listopada 2018 12:48
Kotły na paliwa stałe w nowoczesnych instalacjach centralnego ogrzewania

Wykorzystanie paliw stałych do celów grzewczych w indywidualnych kotłowniach domowych jest dość kłopotliwe, a instalacja centralnego ogrzewania musi być przystosowana do takiego sposobu zasilania. Tradycyjny obieg grzewczy tych kotłów pracuje jako otwarty, z bezciśnieniowym naczyniem wzbiorczym, co stwarza problemy zarówno instalacyjne jak i użytkowe. Znacznie lepszym rozwiązaniem będzie dostosowanie systemu grzewczego do pracy w obiegu zamkniętym.

Zabezpieczenia kotła w instalacji centralnego ogrzewania

Kotły na paliwo stałe są znacznie trudniejsze w regulacji mocy grzewczej w porównaniu do urządzeń gazowych czy olejowych, a przy braku stałej kontroli procesu spalania węgla czy drewna istnieje zagrożenie przegrzaniem instalacji i nadmiernym wzrostem ciśnienia wody. Czynniki te mogą doprowadzić nie tylko do zniszczenia samej instalacji, ale stanowić zagrożenie dla życia i zdrowia mieszkańców w razie wybuchu kotła.

Galaxia KWE - ekologiczny kocioł z podajnikiem na ekogroszek, 5-ta klasa wg normy EN 303-5:2012, fot. Galmet
Galaxia KWE - ekologiczny kocioł z podajnikiem na ekogroszek, 5-ta klasa wg normy EN 303-5:2012, fot. Galmet

Dlatego przepisy budowlane nakładają obowiązek zabezpieczenia takiej instalacji poprzez zamontowanie otwartego naczynia wzbiorczego bądź wyposażenie w układ samoczynnego schładzania kotła po przekroczeniu bezpiecznej temperatury pracy.

Praca kotła w instalacji otwartej

W praktyce, najczęściej w instalacjach z kotłem na paliwo stałe montowany jest obieg otwarty, co nie jest dobrym rozwiązaniem w nowoczesnych systemach grzewczych.

Instalacja taka wymaga systematycznego uzupełniania wody obiegowej na skutek jej odparowywania przez naczynie wzbiorcze, co sprzyja odkładanie się kamienia kotłowego we wszystkich elementach układu grzewczego powodując m. in. zmniejszenie przekrojów przepływu, pogorszenie efektywności przejmowania ciepła w kotle i jego oddawania w grzejnikach.

Dodatkowo, z uzupełnianą wodą do obiegu grzewczego przedostaje się równie powietrze zawierające tlen, który przyspiesza korozję elementów metalowych. Szczególnie narażone są na to popularne grzejniki płytowe, wykonane z dość cienkiej stalowej blachy. Ich producenci z reguły wymagają instalowania ich w zamkniętych obiegach grzewczych.


Schemat instalacji grzewczej w systemie otwartym z pompą obiegową na zasilaniu, fot. z archiwum portalu budujemydom.pl

Z zasady funkcjonowania otwartej instalacji grzewczej wynika, że naczynie wzbiorcze musi być instalowane powyżej najwyższej zamontowanego grzejnika, a może być problem ze znalezieniem miejsca do jego umieszczenia gdy np. ogrzewane jest również poddasze. W praktyce zbiornik ten montowany jest na strychu i wymaga starannego ocieplenia, a doprowadzenie koniecznych rur może sprawiać kłopot.

Oprócz głównej rury bezpieczeństwa, łączącej się bezpośrednio z kotłem do połączenia potrzebne są również inne rury: wznośna, przelewowa z odprowadzeniem do kanalizacji, odpowietrzająca, cyrkulacyjna czy doprowadzającą wodę do uzupełnienia ubytków.

Kocioł na paliwo stałe w obiegu zamkniętym

Większą swobodę w rozmieszczeniu elementów zabezpieczenia kotła daje zamontowanie systemu awaryjnego schładzania, który funkcjonuje na zasadzie doprowadzenia do kotła zimnej wody z instalacji wodociągowej w sytuacji awaryjnej, co spowoduje jego schłodzenie z odprowadzeniem nagrzanej wody do kanalizacji. Ogranicza on również dostęp powietrza do instalacji, ale wymaga przeprowadzania okresowej kontroli skuteczności działania.

Zewnętrzna wężownica schładzająca "Strażnik" do awaryjnego schładzania kotłów (kominków z płaszczem wodnym) na paliwa stałe
Zewnętrzna wężownica schładzająca "Strażnik" do awaryjnego schładzania kotłów na paliwa stałe, fot. Elterm  - artykuł promocyjny na portalu budujemydom.pl

Układ zabezpieczenia jest zintegrowany z kotłem lub stanowi dodatkowy zespół składający się z dwuprzepływowego zaworu instalowanego na wodociągowej rurze zasilającej i odpływie do kanalizacji, oraz czujnika termostatycznego umieszczonego w kotle, który steruje otwarciem tych zaworów.

Takie zabezpieczenie pozwala na „zamknięcie” obiegu grzewczego i zamontowanie ciśnieniowego naczynia wzbiorczego, ale gwarancja skutecznego zadziałania w razie awarii jest nieco mniejsza niż układu otwartego, a gwałtowny dopływ zimnej wody może spowodować pękniecie nagrzanego kotła.

Kocioł na paliwo stałe pracujący w zamkniętej instalacji CO+CWU, fot. archiwum portalu budujemydom.pl
Zasypowy kocioł na paliwo stałe pracujący w zamkniętej instalacji CO+CWU, fot. archiwum portalu budujemydom.pl

Optymalne parametry pacy kotła na paliwo stałe

Nowoczesne kotły na paliwo stałe wyposażone są w elektroniczne układy sterowania, które pozwalają na regulację mocy grzewczej w szerokim zakresie.

Niemniej, ze względu na ochronę przed ewentualną kondensacją pary wodnej na zbyt chłodnej powierzchni wymiennika, która niekorzystnie wpływa na jego trwałość (sprzyja korozji i odkładaniu się na nim smolistych produktów spalania), temperatura wody powrotnej powinna być dostatecznie wysoka. Producenci wymagają najczęściej aby temperatura wody na powrocie utrzymywała się na poziomie 60-65 stopni Celsjusza.

Z kolei w kotłach zgazyfikujących drewno wysoka temperatura powrotu umożliwia podtrzymywanie procesu zgazowania i optymalną pracę kotła. Jednak współczesne instalacje z reguły pracują na niskich parametrach temperaturowych, zwłaszcza przez większą część sezonu grzewczego, zatem konieczne jest „dogrzewanie” wody powrotnej, najczęściej poprzez utworzenie tzw. bypasu.

4- drogowe zawory mieszające VRG140 do montażu w instalacjach grzewczych i chłodniczych, fot. ESBE
4- drogowy zawór mieszający VRG140 do montażu w instalacjach grzewczych i chłodniczych, fot. ESBE

W najprostszej wersji wykorzystuje się do tego zawór trój- lub cztero-drogowy, ale optymalną współpracę kotła węglowego czy na drewno z niskotemperaturową instalacją grzejną może zapewnić jedynie system niezależnego regulowania pracy kotła i reszty instalacji.

Rozdzielenie obiegów grzewczych - otwartego i zamkniętego

Doskonałym sposobem na zabezpieczenie instalacji grzewczej przed niekorzystnym oddziaływaniem systemu otwartego będzie rozdzielenie jej na dwa obiegi - kotłowy pracujący w układzie otwartym oraz grzejnikowy funkcjonujący jako zamknięty. Do sprzęgnięcia tych obiegów można wykorzystać wymiennik płytowy lub zbiornik buforowy wyposażony w wężownicę.

W obu wariantach kocioł zabezpieczany jest otwartym naczyniem wzbiorczym, które można umieścić w pomieszczeniu kotłowni powyżej kotła, a zbiornik ciśnieniowy instaluje się po stronie grzejnikowej instalacji.

Cyrkulację czynnika grzewczego w obiegu zapewnia pompa o regulowanej wydajności sterowana termostatem i regulatorem kotłowym. W przypadku wykorzystywania kotła do zasilania zasobnika c.w.u. przy kotle instalowana jest dodatkowa pompa funkcjonująca w sprzężeniu regulacyjnym z ogrzewaniem (tzw. priorytet ciepłej wody).

Jak działa instalacja grzewcza z wymiennikiem ciepła?

Płytowy wymiennik ciepła można przyrównać do dwóch „sklejonych” grzejników, z których jeden podłączono do kotła a drugi zasila np. podłogówkę. Ciepło między nimi przekazywane jest tylko przez ich ścianki, a przepływ czynników grzewczych wymuszają dwie niezależne pompy.

Wymiennik 1” płytowy IC9TH z izolacją dla instalacji z kotłem na paliwo stałe, fot. Ferro (marka WEBERMAN)
Wymiennik 1” płytowy IC9TH z izolacją dla instalacji z kotłem na paliwo stałe, fot. Ferro (marka WEBERMAN)

Po stronie kotłowej elektroniczna pompa powinna być sterowana czujnikiem temperatury umieszczonym na powrocie i nastawionym np. na 60 stopni Celsjusza, utrzymującym wymagany przepływ.

W momencie spadku temperatury np. gdy zwiększy się zapotrzebowanie na energię po stronie grzejnikowej wymiennika, pompa zwiększa wydajność podnosząc temperaturę do nastawionej wartości, co jednocześnie zmniejszy ją nieco na zasilaniu. Będzie to sygnałem dla kotła do zwiększenia mocy i przywrócenia nastawionych parametrów.

Instalacja łącząca dwa źródła ciepła pracujące w układzie otwartym i zamkniętym (pozycja 1. na schemacie - wymiennik płytowy w zestawie wymiennikowo-pompowym), fot. Ferro (marka WEBERMANN)
Instalacja łącząca dwa źródła ciepła pracujące w układzie otwartym i zamkniętym (pozycja 1. na schemacie - wymiennik płytowy w zestawie wymiennikowo-pompowym), fot. Ferro (marka WEBERMANN)

Po stronie grzejnikowej pompa również może być sterowana np. temperaturą reprezentatywnego pomieszczenia i płynnie zmieniać moc pobieraną z wymiennika, wykorzystując zależność przekazywanej energii od strumienia przepływu czynnika grzejnego.

Obieg grzewczy z buforem ciepła

Wstawienie w układ grzejny zbiornika buforowego z wężownicą zapewni takie samo rozdzielenie obiegów jak w przypadku wymiennika płytowego i dodatkowo umożliwi zmagazynowanie energii cieplnej na czas przestoju w pracy kotła lub funkcjonowania z niższą mocą.

Rozwiązanie to jest szczególnie korzystne przy współpracy z kotłem zgazyfikującym, który z jednej strony musi pracować przy wysokich temperaturach zasilania i powrotu, a z drugiej wymaga częstego uzupełniania paliwa.

Dzięki zmagazynowanej energii łatwiejszy jest też rozruch kotła po jego wygaszeniu, gdyż startuje on przy jeszcze nagrzanej instalacji.

Zdolność akumulacyjna buforu powinna zapewniać długotrwałe utrzymywanie wymaganej temperatury zasilania grzejników i w przypadku przeciętnych domów jednorodzinnych jego pojemność zawiera się w granicach 500-750 litrów.

Zbiornik akumulacyjny warstwowy Multi-Inox z wężownicą nierdzewną Spiraflex, fot. Galmet
Zbiornik akumulacyjny warstwowy Multi-Inox z wężownicą nierdzewną Spiraflex, fot. Galmet

Istotny jest również dobór dostatecznej mocy wbudowanej wężownicy i dla przewidywanych parametrów pracy zbiornika (m.in. temperatury magazynowania) powinna ona dorównywać przynajmniej mocy nominalnej kotła.

Autor: Cezary Jankowski

Opracowanie: Aleksander Rembisz

Zdjęcie otwierające: Galmet

Zdjęcia w tekście: Ferro (marka WEBERMAN), Galmet, Elterm, archiwum portalu budujemydom.pl