Oszczędzanie energii cieplnej staje się pod koniec XX wieku priorytetem. Szczególnie ważne jest to w krajach, które nie dysponują wystarczającymi zasobami surowców energetycznych, oraz gdzie wymagania dotyczące emisji substancji szkodliwych są z roku na rok ostrzejsze. Z tego powodu rozpoczęto prace nad nowymi typami kotłów, które umożliwiłyby dodatkowe wykorzystanie ciepła wydalanego do tej pory do atmosfery przez komin.

Zespół naukowców holenderskiej firmy Remeha opracował nowe typy kotłów potocznie nazywanych kondensacyjnymi, które umożliwiają odzyskiwanie ciepła ze spalin. W rezultacie otrzymano urządzenia grzewcze o sprawności wyższej od standardowych rozwiązań o 14-16 %, znacznie niższą emisję szkodliwych związków do atmosfery oraz zmniejszenie wpływu na globalne zmiany klimatyczne. Spróbujmy wyjaśnić na czym polega idea kotła kondensacyjnego.

Podczas procesu spalania gazu ziemnego, którego głównym składnikiem jest metan, powstaje przede wszystkim dwutlenek węgla i woda (CH₄ + 2O₂ ® CO₂ + 2H₂O). Po spaleniu 1m³ metanu powstaje 1,7 litra wody w postaci pary wodnej. Na odparowanie takiej ilości wody trzeba zużyć aż 1.1 kWh ciepła, natomiast skroplenie tej masy pary wodnej pozwala odzyskać tą samą ilość ciepła.

Specjalna konstrukcja kotłów kondensacyjnych daje możliwość skroplenia pary wodnej zawartej w spalinach i odzyskanie tego tzw. ciepła kondensacji. Różnica temperatur spalin i wody w drugim wymienniku ciepła wynosi tylko 5 ° C, co świadczy o niemal całkowitym wykorzystaniu energii spalin. Praktycznie niemożliwe jest skonstruowanie kotła o jeszcze wyższej sprawności.

Aby móc porównać sprawność kotła kondensacyjnego ze standardowym kotłem niskotemperaturowym należy wyjaśnić dwa pojęcia. Wartość opałowa paliwa – jest to ilość ciepła uwalniana przy całkowitym spalaniu, przy czym powstająca podczas tego procesu woda występuje w postaci pary wodnej a ciepło parowania nie zostaje wykorzystane. Ciepło spalania - jest to ilość ciepła uwalniana przy całkowitym spalaniu, przy czym zawarta pierwotnie w paliwie woda oraz powstająca przy spalaniu para wodna są w pełni skroplone, a więc ciepło parowania jest odzyskane.

Do czasu wprowadzenia na rynek kotłów kondensacyjnych sprawność kotłów liczona była w odniesieniu do wartości opałowej paliwa. W tym wypadku sprawność niskotemperaturowych kotłów standardowych wynosi ok. 90-94% natomiast kotłów kondensacyjnych nawet do 109 %. Przy kotłach kondensacyjnych należy jednak liczyć sprawność w odniesieniu do ciepła spalania. W tym wypadku sprawność niskotemperaturowych kotłów standardowych wynosi 82-85%, natomiast kondensacyjnych 91-98%.

Firma Remeha wprowadza w roku 1999 na polski rynek żeliwne kotły stojące Gas 2000 ECO i Gas 3000 ECO oraz kotły wiszące W 40 i W 60. Przyjrzyjmy się bliżej jednemu z tych urządzeń – kotłowi Gas 3000 ECO, który uhonorowany został złotym medalem na Międzynarodowych Targach Budownictwa Budma’99.

. Kocioł przystosowany jest do spalania gazu ziemnego. Ze względu na swoją moc (192-567 kW) przeznaczony jest do budynków mieszkalnych, zakładów oraz obiektów użyteczności publicznej.

Główny wymiennik ciepła wykonany jest z wysokiej jakości żeliwa, natomiast drugi odpowiedzialny za kondensację wody wymiennik ciepła, wykonano z kwasoodpornego stopu aluminium. Ekonomizer, bo taka jest potoczna nazwa tego wymiennika, wykonano w formie dużej ilości ożebrowanych rur aluminiowych, z wewnętrznym, stalowym rdzeniem.

Całą pracą kotła steruje mikroprocesorowy automat palnikowy. Dokonując ciągłych pomiarów temperatury wody w kotle, wody zasilającej i powrotnej oraz temperatury spalin, analizuje jakie jest aktualne zapotrzebowanie na ciepło i na tej podstawie dobiera chwilową moc palników. Automat palnikowy dobiera odpowiednią ilość powietrza do spalania, do którego dodawane jest w proporcjonalnej ilości paliwo gazowe. Takie rozwiązanie z modulowaną pracą palnika pozwala uzyskać bardzo wysoką sprawność kotła. Nowatorskie rozwiązanie samego palnika dającego płaski, kinetyczny płomień, redukuje do minimum emisję tlenków węgla i azotu. Po stronie tłocznej wentylatora powietrza zabudowano specjalną przepustnicę, zamykającą się automatycznie w chwili zatrzymania pracy palnika. Rozwiązanie takie eliminuje tzw. straty postojowe kotła, przyczyniając się do poprawy jego sprawności.

Obsługa kotła oraz jego diagnostyka mogą być prowadzona zdalnie poprzez modem oraz komputer osobisty. System jest w stanie samodzielnie informować o rodzajach awarii oraz przesyłać informacje serwisantowi. Jest to bardzo korzystne rozwiązanie przy konieczności nadzoru kilku lub kilkunastu kotłowni oddalonych od siebie.

Coraz większe znaczenie przy wyborze urządzeń grzewczych ma ich oddziaływanie na środowisko naturalne. Przepisy polskie nie określają dla kotłów kondensacyjnych dopuszczalnych emisji substancji szkodliwych. Kotły Remeha spełniają jednak jedną z najsurowszych europejskich norm - “Błękitnego Anioła”. Dla kotłów Remeha Gas 3000 ECO emisja NO_x kształtuje się na poziomie poniżej 43 mg/kWh (norma “Błękitnego Anioła” dopuszcza 60 mg/kWh) oraz dla CO na poziomie poniżej 15 mg/kWh (norma “Błękitnego Anioła” 50 mg/kWh).

Dodatkowym walorem ekologicznym jednostki jest znajdujący się na jej wyposażeniu neutralizator kondensatu. Powoduje on zobojętnienie uzyskanych ze spalin skroplin, które zawsze zawierają pewną ilość kwasów. Istotną cechą kotła jest również jego bardzo niski poziom hałasu. Eliminuje to konieczność stosowania systemów obniżających hałas w kotle i w przewodach kominowych.

Kolejnym argumentem bardzo ważnym dla inwestora, jest wymierny zysk finansowy możliwy do uzyskania przy zastosowaniu kotła kondensacyjnego Gas 3000 ECO. Porównując inny wysokosprawny kocioł niskotemperaturowy firmy Remeha - Gas 312 V, którego sprawność wynosi 91,5%, z kondensacyjnym kotłem Gas 3000 ECO o sprawności 106,2%, możemy zorientować się w potencjalnych oszczędnościach. Porównania dokonamy dla kotłów o mocy 290 kW, których roczny czas pracy wynosi 1500 godzin, a za paliwo przyjmiemy gaz ziemny o wartości opałowej 10,3 kWh/m³. Roczne zużycie gazu dla kotła tradycyjnego wymiesie 46156 m³, a dla kotła kondensacyjnego 39767 m³.

Różnica na korzyść kotła kondensacyjnego wynosi 6 389 m³ w ciągu roku. Przyjmując, że 1m³ gazu ziemnego kosztuje 0,8 zł., roczny zysk wynosi 5 111 zł. Dzięki wyższej sprawności kotła, inwestycja w nowoczesną i ekologiczna jednostkę zwróci się w okresie sześciu lat. Dodać należy, że porównania kotła kondensacyjnego dokonano z kotłem o stosunkowo wysokiej sprawności, oraz że do obliczeń nie przyjęto maksymalnej sprawności kotła kondensacyjnego. W innych przypadkach, uzyskane oszczędności będą jeszcze większe.

Artur Salaman

Janusz Partyka