Dołącz do czytelników
Brak wyników

Budownictwo mieszkaniowe jedno- i wielorodzinne

20 lutego 2018

NR 2 (Listopad 2017)

Nowoczesne kotły na paliwo stałe

0 230

Ogrzewanie pomieszczeń jest podstawowym aspektem wpływającym na komfort użytkowania mieszkań. Odkąd ludzie posiedli umiejętność rozpalania ognia, ich miejsca przebywania i noclegu – szałasy, namioty, a później domy, były ogrzewane przy pomocy ognisk i palenisk.

Początkowo stosowano miejscowe ogrzewanie przy pomocy pieców zlokalizowanych w każdym z pomieszczeń, a następnie zaczęto wykorzystywać kotły z systemem kanałów powietrznych, a później instalacje centralnego ogrzewania z rurociągami wodnymi. Już w czasach antycznego Rzymu powietrze podgrzane w piecu było rozprowadzane do poszczególnych pomieszczeń specjalnymi kanałami. Dziś taki system ogrzewania przy pomocy dystrybucji ciepłego powietrza stosuje się w przypadku nowoczesnych kominków. 

Wybór sposobu ogrzewania to niezwykle istotna decyzja, którą należy podjąć już na etapie projektu. Jednym z rozwiązań, które warto rozważyć są systemy zasilane nowoczesnymi kotłami na paliwo stałe.

Podział kotłów na paliwo stałe

Kotły na paliwa stałe (np. węgiel, koks, zrębki, miał, ekogroszek, pellet, słoma) można podzielić pod kątem sposobu spalania na:

  • górnego spalania,
  • dolnego spalania,
  • górno-dolnego spalania.

Różnią się one sposobem uzupełniania paliwa i następnie jego spalania.

 

Tab. 1. Orientacyjna wartość opałowa* popularnych paliw stałych

Rodzaj paliwa

Średnia wartość opałowa (MJ/kg)

Węgiel kamienny typu orzech

24–28

Węgiel kamienny typu ekogroszek

24–28

Węgiel kamienny – miał

19–26

Węgiel brunatny

7,5–21

Koks

27

Drewno opałowe suche

16–19

Brykiety

17–21

Pellety

17–22

Słoma zbożowa sucha

14–16

 

Zastosowanie kotłów

Podstawowym zadaniem kotłów jest wytworzenie ciepła na potrzeby ogrzewania. Zastosowanie ich w obecnych czasach jest bardzo wszechstronne i niejednokrotnie w ramach jednego obiektu potrzebny jest czynnik do wielu urządzeń o różnych parametrach. Kotły stosuje się do zasilania instalacji grzejnikowych, ogrzewania podłogowego, zasilania central wentylacyjnych, nagrzewnic itp. W każdym z tych przypadków ważne są ciągłość oraz stabilny parametr temperaturowy podawany na odbiorniki. W okresie zimowym ciągłość dostawy ciepła lub spadek parametru (temperatury) pracy instalacji są kluczowymi aspektami, ponieważ ich brak może spowodować zamarznięcie instalacji. Może to prowadzić do jej uszkodzenia, a także do uszkodzenia urządzeń lub wyrządzenia szkód w ogrzewanych pomieszczeniach.

Kotły olejowe i gazowe mogą działać w sposób nieprzerwany, gdyż paliwo do nich dostarczane jest w sposób ciągły i traktowane są one jako bezobsługowe. Parametry pracy tego rodzaju kotłowni są stabilne, sterowane automatyką. Natomiast kotły na paliwo stałe, niestety, wymagają okresowego dozoru. Spowodowane to jest koniecznością uzupełniania paliwa. Parametry pracy w kotłach z ręcznym uzupełnieniem paliwa zależą od wielu czynników, m.in. od jakości paliwa, ilości zasypu i częstotliwości uzupełniania opału. To może powodować wahania temperatury na kotle. Rozwiązaniem alternatywnym dla kotłów na paliwa stałe, łączącym niejako stabilność pracy kotłów gazowych czy olejowych ze znacznym ograniczeniem ich obsługi, są nowoczesne kotły z podajnikiem paliwa. Są to kotły spalające węgiel, ekogroszek, pellet i ziarno. Dodatkowe zasobniki pozwalaj precyzyjnie i w sposób długofalowy dozować opał. Pełny załadunek paliwa powinien wystarczyć na okres od trzech do siedmiu dni. Warto dodać, że paliwa stałe są najtańszą alternatywą w ogrzewaniu, a zastosowanie zintegrowanych zasobników z automatycznym podawaniem paliwa umożliwia ich bezobsługowość.

Typy podawania paliwa

Rozwiązania techniczne podawania paliwa opierają się zasadniczo na trzech typach:

  • podajniki retortowe (ślimakowe),
  • podajniki rynnowe,
  • podajniki tłokowe (szufladkowe).

Kluczowym czynnikiem w spalaniu paliw stałych jest ich jakość. Wpływa ona na proces spalania i decyduje o skłonności do spiekania, która może doprowadzić do zakleszczenia palnika, a także do jego uszkodzenia. Standardowe uziarnienie węgla w palnikach retortowych I generacji wynosi 8–25 mm, natomiast w palnikach II generacji może mieć do 31,5 mm. Stosując tańsze paliwo, np. w postaci miału węgla sortymentu „groszek” czy różnych mieszanek, najlepszym rozwiązaniem będą podajniki rynnowe czy tłokowe. Dobrze tolerują, także węgiel o uziarnieniu 0–35 mm, nawet ten gorszy jakościowo, o podwyższonej spiekalności.

 

Sterownik kotła z podajnikiem zapewnia precyzyjne dozowanie paliwa i dostarczanie odpowiedniej dawki powietrza w celu optymalizacji procesu spalania.

 

Kotły z podajnikiem

Kocioł z podajnikiem składa się z trzech zasadniczych części. Pierwszą z nich jest kocioł, drugą zasobnik paliwa, a trzecią automatyczny podajnik z palnikiem. Całość spina dedykowana do danego kotła automatyka sterująca. Kocioł z zasobnikiem nie jest przejawem mody, ale praktyczności i świadomości ekologicznej. W prostych kotłach załadunek wystarcza na kilka godzin palenia, a biorąc pod uwagę, że w ciągu dnia wiele rodzin przebywa w pracy i szkole, automatyczne dozowanie paliwa umożliwia zachowanie stabilnej temperatury w domu. Kotły z podajnikiem, jak wielu sądzi, nie są bezobsługowe i automatyczne. Oczywiście, ich obsługa została ograniczona do minimum. Sterownik kotła z podajnikiem zapewnia precyzyjne dozowanie paliwa i dostarczanie odpowiedniej dawki powietrza w celu optymalizacji procesu spalania. Jednak niejednokrotnie jakość paliwa może mieć wpływ na działanie kotła pod względem mechanicznym. Głównie mamy tu na myśli podajnik ślimakowy, gdzie może dochodzić do jego zakleszczenia na skutek np. zanieczyszczeń w paliwie. Ponadto pozostaje aspekt uzupełniania paliwa co kilka dni. Kotły z podajnikiem zasadniczo dzieli się na trzy grupy, biorąc pod uwagę sposób dozowania paliwa i sposób jego spalania. Pierwszym z nich jest najpowszechniej stosowany kocioł z podajnikiem retortowym, inaczej zwany ślimakowym. Kotły te mają najwyższą sprawność spośród kotłów węglowych. Drugim jest kocioł z podajnikiem rynnowym. Trzecią grupę stanowią kotły z podajnikiem tłokowym.

Miarkownik ciągu

Proces spalania wymaga, oprócz paliwa, dostarczenia odpowiedniej ilości powietrza do komory spalania. Te dwa czynniki powodują utrzymanie odpowiedniej temperatury wody w kotle. Najprostszym sposobem sterowania kotłem jest miarkownik ciągu. Miarkownik ciągu to urządzenie montowane w korpusie kotła. Działa on na zasadzie głowicy termostatycznej, gdzie element wykonawczy zanurzony w płaszczu wodnym kotła przy pomocy dźwigni połączony jest z klapką dopływu powietrza do komory spalania. W zależności od temperatury wody w kotle płyn rozszerza się lub kurczy, powodując otwieranie bądź zamykanie przysłony. Miarkownik posiada pokrętło, którym możemy regulować nastawę temperatury wody w kotle. Jest to urządzenie proste w obsłudze i swojej konstrukcji, a przez to mało dokładne. Miarkowniki zazwyczaj stosuje się w kotłach z zasypem górnym. Oddzielny sterownik bądź termostat może także sterować pracą pompy obiegowej c.o., załączając ją, kiedy temperatura wody wzrośnie, osiągając odpowiednią, nastawioną wartość.

Sterowniki elektroniczne

Bardziej zaawansowanymi sterownikami są sterowniki elektroniczne, które w kotłach z podajnikiem sterują pracą wentylatora dostarczającego powietrze do palnika. Na podstawie czujników – umieszczonych w korpusie kotła, odczytujących temperaturę wody, oraz w przewodzie spalinowym, odczytujących temperaturę spalin – sterownik steruje wentylatorem. Sterowanie nim może odbywać się w sposób prosty na zasadzie włącz – wyłącz lub w sposób płynny. Gdy temperatura wody spada, wentylator się załącza, a gdy rośnie, wentylator się wyłącza. Podstawową funkcją tych regulatorów jest także sterowanie pompą obiegową. Załącza się ona po osiągnięciu odpowiedniej temperatury wody zasilającej, a wyłącza, gdy temperatura w pomieszczeniu osiągnie zadaną wartość. Regulatory tych kotłów mogą sterować także elektryczną zapalarką (o ile są w nie wyposażone). Jest to szczególnie ważne w przypadku korzystania z kotła w okresie letnim na potrzeby podgrzania ciepłej wody – wtedy kocioł, w zależności od temperatury wody w zasobniku, uruchamia  palnik i pompę cyrkulacyjną zasilania zasobnika c.w.u. Pompa zasilania zbiornika zazwyczaj działa na zasadzie pierwszeństwa, tzn. w przypadku spadku temperatury ciepłej wody w zasobniku kosztem centralnego ogrzewania zasilany jest przede wszystkim zasobnik. Jest to na tyle krótki przedział czasu, że nie wpływa to na komfort cieplny w pomieszczeniach.

Odczytywanie danych

Bardziej rozbudowane sterowniki swoje działanie opierają na odczytach danych pochodzących z termostatów pokojowych oraz czujników temperatury zewnętrznej. Jeśli temperatura w pomieszczeniu spada poniżej zadanej, termostat pokojowy przekazuje informację do sterownika, który uruchamia pompę obiegową i wentylator w celu podniesienia temperatury wody. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury pomieszczenia pompa obiegowa zostaje wyłączona, a kocioł pracuje tylko w funkcji podtrzymania płomienia na palniku. Bardziej precyzyjną, niejako „przewidującą” formą sterowania jest regulacja temperatury w oparciu o regulator pogodowy. Na podstawie odczytu z czujnika zamontowanego na zewnątrz domu odpowiednio dobiera on temperaturę wody zasilającej kotła. Regulator w pierwszej kolejności reaguje wtedy na zmianę temperatury zewnętrznej, już wcześniej przygotowując parametry instalacji i czekając jedynie na sygnał zmiany temperatury z pomieszczenia.

Zawory trój- oraz czterodrogowe

Dopełnieniem precyzyjnego sterowania instalacją jest zastosowanie zaworów trój- lub czterodrogowych. Są one szczególnie potrzebne w instalacjach o różnych parametrach pracy, np. w instalacjach, gdzie występują grzejniki i ogrzewanie podłogowe. Są to zawory mieszające z siłownikiem, które powodują podmieszanie wody zasilającej z wodą powrotną z instalacji. Mamy wtedy precyzyjnie dobraną temperaturę wody. Zawory te powodują – podczas obniżania temperatury na zewnątrz – zwiększenie przepływu wody gorącej do grzejników, a jeśli temperatura rośnie, jej zmniejszenie. W celu polepszenia parametrów spalania w kotłach stosuje się sondę lambda, która na podstawie poziomu tlenu w spalinach automatycznie dobiera pracę wentylatora nadmuchowego i podajnika, dostosowując ich pracę w celu uzyskania optymalnego procesu spalania. Urządzenia wyposażane są także w fotokomórkę ostrzegającą przed zanikiem płomienia, system samoczynnego gaszenia oraz zabezpieczenie przed cofaniem płomienia. Umożliwia to bezpieczne pozostawienie kotła na dłużej bez dozoru.

Przydatność kotłów do poszczególnych systemów grzewczych

Zasadniczo proste kotły opalane węglem mogą służyć do zasilania instalacji grzejnikowych i zasobników c.w.u. Podstawową ich wadą jest brak kontroli nad procesem spalania. Wprowadzenie kotłów z podajnikami wraz z dedykowaną automatyką pozwala na bardziej precyzy...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Nowoczesnego Budownictwa"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy