Kocioł gazowy kondensacyjny - jak działa? Co to znaczy, że kocioł jest kondensacyjny? Czym się różni od kotłów gazowych niekondensacyjnych?

Jaka jest zasada działania kotła kondensacyjnego? Jak działa kocioł gazowy kondensacyjny i co w ogóle oznacza słowo "kondensacyjny"? 

Od początku... w XX wieku ogrzewanie gazowe nie było jeszcze popularne między innymi z uwagi na brak infrastruktury przesyłowej. Mimo tego instniała technologia kotłów gazowych, które były używane oraz udoskonalane. Ich zasada działania jest oczywista, energia cieplna powstawała ze spalania gazu, który jak każde paliwo palne posiada określoną kalorycznośc. Powstała w ten sposób energia cieplna za pomocą wymiennika ogrzewała wodę, która trafiała na nasze odbiorniki ciepła - na grzejniki, rzadziej podłogówkę, która dopiero stawała się popularna. Już wtedy ogrzewania gazowe uznawano za zdecydowanie mniej obsługowe lub bezobsługowe oraz czystsze i bardziej ekologiczne w porównaniu z kotłami na tradycyjne paliwo. Nie były to jednak kotły kondensacyjne, nie zachodziło w nich zjawisko "kondensacji".

Na początku XXI wieku udoskonalono technologię kotłów gazowych, dodając zjawisko kondensacji - przez co stały się zdecydowanie wydajniejsze i tańsze w użytkowaniu (mogły zużywać mniej paliwa, a mimo to osiągać większą sprawność). W tradycyjnym kotle gazowym energia cieplna powstawała w procesie spalania gazu, po czym spaliny gazu wędrowały do atmosfery. Były one same w sobie także nośnikiem ciepła ponieważ miały temperaturę nierzadko większą niż 100-110°C. Rozwój technologii gazu miał za zadanie odzyskać przynajmniej częściowo energię cieplną jaka uchodziła w ten sposób do atmosfery. Powstała więc technologia kondensacji, która polega na tym, że w ramach jednego urządzenia grzewczego, kotła o małych rozmiarach i dostępnego cenowo dla większej części populacji oprócz spalania gazu (i pozyskiwania w ten sposób energii grzewczej) zachodzi skraplanie spalin, za pomocą wody, która również podnosi swoją temperaturę dzięki temu procesowi. W ten sposób zachodzi wymiana ciepła między wodą a spalinami gazu, w efekcie, której spaliny nie mają już tak wysokiej temperatury jak przy tradycyjnych kotłach. Przy kotłach kondensacyjnych spaliny mają więc jedynie pomiędzy 35 a 50°C (przez co uznawane są bardziej ekologiczne, z pewnością ucieszy to zwolenników tezy głoszącej, że ludzie przyczyniają się do ocieplania klimatu). Natomiast dzięki odzyskaniu temperatury ze spalin kocioł zużywa mniej gazu, by osiągnąć te same wyniki. Da się to odczuć w portfelu. Na tym polega kondensacja.

Kilka cyfr dla porównania kotłów gazowych kondensacyjnych oraz tradycyjnych

Kotły tradycyjne, w najlepszych, podręcznikowych warunkach miały osiągać sprawność jaką pod koniec wieku XX określano umownie jako 100%. W praktyce jednak rzadko ich sprawność zbliżała się do owych 100% i wahała się w przedziale 80-90%. Z czasem wraz z eksploatacją urządzenia jeszcze spadała, przez co rosła konsumpcja paliwa. Jak na tym tle wypadał kocioł nowej generacji, czyli kondensacyjny? Owe 100% zwykle przekraczał, a często sprawność dochodzi nawet do 110-111%.
W praktyce w porównianiu z kotłem starego typu - zużycie paliwa jest mniejsze o około 15-20%. Biorąc pod uwagę, że stare kotły gazowe są już dziś najczęściej wysłużonymi urządzeniami - wymiana na nowy kocioł kondensacyjny może obniżyć konsumpcję gazu prawie o 1/3.

Porównanie ceny kotłów

Oczywiście nowsza technologia zawsze oznacza większe koszta i tu niestety kocioł kondensacyjny jest mniej więcej o 40-60% droższy. Coraz trudniej znaleźć dziś kotły gazowe konwencjonalne, niekondensacyjne (czyli kotły z tzw. otwartą komorą spalania), jednak jest to możliwe - ich cena zaczyna się już od 2200-2300zł brutto. Natomiast przy dzisiejszych cenach gazu warto zastanowić się czy jest to faktycznie oszczędność skoro używając takiego kotła zużyjemy corocznie o 15-20% paliwa więcej. W niektórych krajach ze względu na nieekonomiczne zużycie gazu/paliwa zabroniono już montażu przestarzałych pieców gazowych - w Polsce zaś można je oferować, ale dotyczy to tylko wcześniejszej produkcji. Nie wolno już wprowadzać nowych modeli do obrotu, można więc powiedzieć, że technologia ta jako mało oszczędna została de facto zablokowana przez państwo (impuls wyszedł zresztą z Unii Europejskiej, która wydała w tej sprawie specjalną dyrektywę).

Komora spalania w kotle gazowym

Kotły z możliwością kondensacji, w odróżnieniu od starszych odpowiedników posiadają tzw. zamkniętą komorę spalania. Oznacza to, że powietrza (niezbędnego do procesu spalania) nie mogą pobierać z pomieszczenia, w którym się znajdują - co wielu uznaje za zaletę. Zaletę - dlatego, że z punktu widzenia powietrza w domu taki kocioł jest neutralny, nie wpływa na jego jakość ani skład. Wymaga to jednak doprowadzenia do komory powietrza z zewnątrz budynku, co najczęściej się robi poprzez kanały wentylacji. Oznacza to, że w miejscu, w którym planujemy umiejscowienie kotła - należy przewidzieć tą możliwość. Dodatkowo kocioł musi pozbywać się resztek spalin poprzez podłączenie do komina. Resztki zaś skroplin z procesu kondensacji odprowadzone będą bezpośrednio do kanalizacji.

Czy w takim razie przy nowoczesnym kotle gazowym kotłownia wymaga wentylacji?

Zdecydowanie, niezależnie od rodzaju kotła gazowego tak. Jest to kwestia bezpieczeństwa. Kotły z zamkniętą komorą spalania wprawdzie ocenia się jako bezpieczniejsze, ale jako element dmuchania na zimne należy zastosować wentylację. W przypadku jakiejkolwiek nieszczelności instalacji lub innej awarii (musimy myśleć w perspektywie lat) zabezpieczy to przed wysokim stężeniem gazu w kotłowni (co groziłoby nawet wybuchem).

Co jeśli mam stary kocioł na ekogroszek lub węgiel, który chce pozostawić - a oprócz tego dołożyć kocioł gazowy? W układzie zamkniętym czy otwartym?

Bardzo częsta decyzja - chcemy ogrzewania bezobsługowego, ale boimy się, że w przypadku srogich zim będzie słono kosztować. Gaz to paliwo podatne na napięcia polityczne, co pokazały ostatnie skoki cen. 
Najczęściej w takim przypadku dzieli się układ na 2 części, tworząc tzw. układ otwarty i zamknięty. Pokrótce wyjaśniając układ otwarty to ta część naszego systemu grzewczego, która ma w pewnym punkcie kontakt z powietrzem, gdyż w najwyższym jej punkcie występuje otwarte naczynie przelewowe. Jest to naczynie, które jest wypełnione wodą z instalacji, ale nie do pełna i w przypadku wzrostu ciśnienia podnosi się w nim poziom wody (jednak dobrane jest tak by woda się wylewała jedynie w przypadku przegrzania układu, niebezpiecznego skoku ciśnienia w instalacji co ma się w naczyniu otwartym zneutralizować). Pozostała część układu - czyli układ zamknięty - jest dosłownie zamknięty, nie posiada elementu otwartego. Zamiast naczynia przelewowego otwartego ma naczynie ciśnieniowe zamknięte, a dla ochrony instalacji - tzw. zawór bezpieczeństwa, chroniący przed wysokimi ciśnieniami.

W układzie otwartym należy wówczas pozostawić kocioł na ekogroszek lub węgiel itp., gdyż te źródła ciepła z wielu względów bezpieczniej i lepiej pracują z naczyniem przeponowym typu otwartego. Podobnie często zaleca się by w części otwartej instalacji pracował kominek (jeśli z kotłem gazowym łączymy kominek z płaszczem wodnym). Dlaczego akurat w otwartym? Dlatego, że te źródła ciepła są mniej władne, mniej sterowalne. Nie da się odłączyć ich nagle od pracy i szybko wychłodzić tak jak np. kotła gazowego. Pozostają nadal ciepłe, wówczas naczynie otwarte w przypadku przegrzania układu i niebepiecznego wzrostu ciśnienia w instalacji - odprowadzi nadmiar wody do kanalizacji i wyrówna ciśnienie w instalacji, zabiegając jej uszkodzeniu. 

Kotły gazowe natomiast - zaleca się do pracy w układach zamkniętych, podobnie jak np. kotły elektryczne. 

Jak połączyć oba układy? Jak połączyć układ otwarty z układem zamkniętym w ramach jednej instalacji centralnego ogrzewania?

Układy tego typu łączy się poprzez tzw. PWC, czyli płytowy wymiennik ciepła. Jest to urządzenie, które przeniesie ciepło z układu kotła gazowego na drugą stronę - nie mieszając układów. Dodatkowo skróci obieg gazówki, przez co spowoduje, że układ zrównoważy się pod względem ciśnień. Wpłynie to na pracę układu pozytywnie. Warunkiem odpowiedniej pracy wymiennika ciepła jest jego prawidłowy dobór - o tym jak należy dobrać takie urządzenie pisaliśmy tutaj. 

Czy kotły gazowe zawsze powinny pracować w układzie zamkniętym?

Nie. Jest to jedynie naczelna zasada wynikająca z praktyki w naszym kraju, jednak ma ona bardzo sensowne podstawy, o których wspomnieliśmy wyżej. Podstawowym kryterium dla decyzji czy dany kocioł powinien pracować w układzie zamkniętym czy otwartym jest zalecenie producenta. Jeśli mamy konkretne plany odnośnie umiejscowienia kotła w instalacji - warto odpowiednio sprawdzić jego specyfikację przed zakupem. Istnieją kotły gazowe przeznaczone do układów otwartych oraz istnieją piece na ekogroszek przeznaczone do układów zamkniętych. Jest to jednak w praktyce rzadziej spotykane.

Dodatkowym atutem układu zamkniętego dla gazu jest fakt, że styczność wody w instalacji z powietrzem z czasem przyczynia się do korozji. Uznaje się, że zamknięty układ z naczyniem przeponowym jest dla delikatnych kotłów gazowych bezpieczniejszy.

Fot. 2 - Wymiennik ciepła z izolacją termiczną przeznaczony do łączenia ukłądu zamkniętego i otwartego. Zdjęcie - własność Nordic Tec

Stara instalacja - a kocioł gazowy kondensacyjny

Da się to zrobić - choć oczywiście pokutuje stwierdzenie "gaz tylko w nowym budownictwie", w którym jest trochę racji. Gaz jest paliwem względnie ekonomicznym tylko w nowych lub zmodernizowanych układach. Najlepiej w ocieplonych domach w nowym budownictwie, gdyż one wymagają mniejszego wydatku energii cieplnej na ogrzanie (i mają mniejsze straty cieplne). Dodatkowo, często mówi się, że kotły gazowe super ekonomicznie sprawdzają się w instalacjach opartych na ogrzewaniu podłogowym (także w pełni, bez udziału kaloryferów), gdyż wówczas medium ogrzewa się tylko do temperatur rzędu 30-35oC, a nie do 50-60oC jak w przypadku kaloryferów. Jest w tym duża dola prawdy. Do sedna.

Stara instalacja, jeśli nie możemy jej na razie zmodernizować - jest często źródłem różnego rodzaju zanieczyszczeń i kamienia kotłowego. Nie jest to dobre dla żywotności naszego kotła. Zalecamy by w takiej sytuacji zdecydować się na oddzielenie instalacji od kotła gazowego, poprzez wydzielenie mu krótszego obiegu w układzie zamkniętym, połączonym z instalacją wymiennikiem płytowym. Ochroni to nasz kocioł i jednocześnie zrównoważy ciśnienia w pracy kotła (czyli zadziała nieco podobnie do sprzęgła hydraulicznego).

Sprzęgło hydrauliczne - czy jest to potrzebne - jeśli wszystko będzie pracować na jednym układzie?

Nie zawsze, często nie jest potrzebne. Większość kotłów posiada wbudowaną pompkę, która generuje obieg. Mimo obecności pomp obiegowych w instalacji, w przypadku układów rozległych ciśnienia w poszczególnych częściach układu nie są podobne i przeszkadzają w pracy kotła kondensacyjnego. Obieg wody, wywołany przez kocioł, w przypadku instalacji zbyt rozległych nie załatwia sprawy. W związku z tym - jeśli taki problem występuje, należy zrównoważyć pracę układu poprzez wydzielenie krótkiego obiegu dla kotła. Teoretycznie można to zrobić, jak opisano wyżej z użyciem wymiennika ciepła - ale wówczas powstaną dwa niemieszające się ze sobą oddzielne układy. Jeśli nie ma konkretnych wskazań by montować wymiennik płytowy (np. chęć oddzielenia kotła od starej potencjalnie niezbyt czystej instalacji, lub podzielenie układu z uwagi na chęć pozostawienia w instalacji CO starego kotła na węgiel lub paliwo stałe) - można posłużyć się wówczas sprzęgłem hydraulicznym, które podzieli układ, pozwoli jednak na mieszanie się wody. Powstanie dla kotła krótszy quasi-obieg, w którym zrównoważy się ciśnienie pracy - co spowoduje, że nasz kocioł będzie pracował sprawnie i wydajnie.

___________________________________________________________________________________________

Polecamy wymienniki ciepła marki Nordic Tec, wśród których znajdziesz szereg odpowiednich modeli do połączenia kotła gazowego z instalacją. W przypadku pytań technicznych w kwestii stosowania wymiennika w połączeniu z kotłem gazowym - skontaktuj się z nami.