Sprawność kotłów na paliwo stałe w porównaniu z innymi urządzeniami grzewczymi

Z tekstu dowiesz się:

• od czego zależy jakość procesu spalania,
• jaka jest sprawność różnych urządzeń na paliwa stałe,
• jaka jest efektywność innych źródeł ciepła.

Wiele osób zastanawia się, jaka jest efektywność kotła (potocznie zwanego piecem) na paliwo stałe na tle innych technologii. Chcąc znaleźć odpowiedź na to pytanie, trzeba ustalić, od czego zależy sprawność kotła. Dwa najważniejsze czynniki to:

• optymalny przebieg procesu spalania,
• wysoki stopień wykorzystania ciepła unoszonego przez dym wypływający znad paleniska.

Im bardziej rozbudowana powierzchnia tzw. wymiennika ciepła, tym lepiej można wykorzystać energię unoszoną wraz z spalinami.

Jakość procesu spalania w kotle na paliwo stałe

Jakość procesu spalania paliwa zależy przed wszystkim od temperatury w obrębie paleniska i skuteczności zmieszania paliwa z powietrzem. Niska temperatura w obrębie paleniska sprawia, że część palnych składników węgla czy drewna uwalnia się z paliwa i przechodzi do postaci gazowej, ale nie zostaje spalona i ulatuje wraz z dymem do otoczenia. Jednym z objawów tego zjawiska jest czarny dym. Zawiera on palny tlenek węgla i węglowodory. Wyższą sprawnością cechują się urządzenia wyposażone w specjalne wkłady, które zapewniają stabilną temperaturę, a co za tym idzie, wysoką efektywność wykorzystania energii.

Zapewnienie skutecznego dopływu powietrza do strefy, w której spalane jest paliwo, stanowi nie lada wyzwanie. W szczególności w prostej konstrukcji, tzw. kotłów komorowych z górnym spalaniem. Jest to bardzo popularny rodzaj kotłów na paliwa stałe. Był chętnie stosowany w przeszłości, głównie z uwagi na niską cenę zakupu. Większość użytkowników stosuje niestety nieprawidłowy sposób rozpalania w tego typu kotle. Po oczyszczeniu kotła rozkładają oni papier lub podpałkę na ruszcie kotła, a na nim drobne drewno. Po rozpaleniu układają na podpałce większe kawałki drewna lub od razu węgiel. Powoduje to natychmiastowe obniżenie temperatury, a co za tym idzie, pogorszenie jakości procesu spalania. Spada ilość powietrza dopływającego do płomienia. Na dodatek paliwo w górnych warstwach zaczyna się rozgrzewać i uwalniają się z niego palne gazy, ale zawarta w nich energia nie zostaje wykorzystana, ponieważ przez tę warstwę przepływa dym wydzielający się z drewna znajdującego się na dole. Efekt jest taki, że przez co najmniej kilka, kilkanaście minut z komina wydobywają się kłęby czarnego dymu. W praktyce oznacza to, że nasze pieniądze ulatują przez komin. Nie wykorzystujemy zawartych w dymie węglowodorów, a na dodatek z dymu wytrąca się sadza, która zanieczyszcza wymiennik ciepła wewnątrz kotła oraz powierzchnię komina.

Sprawność eksploatacyjna różnego rodzaju kotłów na paliwa stałe

Istnieje kilka rodzajów kotłów na paliwa stałe. Sprawdźmy, jaka jest sprawność cieplna każdego z nich:

• Proste kotły zasypowe komorowe ze spalaniem górnym

Kotły te cechują się najniższą sprawnością z uwagi na brak możliwości precyzyjnego doprowadzania powietrza wprost do warstwy spalającego się paliwa. Na dodatek są pozbawione mechanizmu, który dostosowywałby ilość dopływającego powietrza do ilości palącego się paliwa. Kotły te w trakcie badań mogą uzyskiwać sprawność nawet powyżej 80%. W trakcie typowej eksploatacji bardzo trudno jednak osiągnąć taki poziom. Ponadto kotły te szybko ulegają zanieczyszczeniu. Wymagają częstego czyszczenia powierzchni wymiennika ciepła. Przeciętna sprawność eksploatacyjna w instalacjach z kotła tego typu może wynosić od 60 do 75%. Najlepsze wyniki można uzyskać, stosując metodę rozpalania od góry. Dysponując tego typu kotłem na paliwa stałe, warto zasięgnąć informacji na temat tej metody.

Największym błędem, jaki możemy popełnić, posiadając kocioł tego typu, jest palenie samym drewnem. Paliwo to wymaga bowiem dwustopniowego procesu spalania, ponieważ około 70% części palnych zawartych w drewnie to części lotne. Drewno powinno być spalane wyłącznie w kotle wyposażonym w komorę ceramiczną, w której uwalniają się gazy palne, i drugą komorę, w której zostają one spalone przy dopływie odpowiedniej ilości powietrza. Spalanie drewna w prostym kotle komorowym, zaprojektowanym do spalania węgla, sprawi, że jego efektywność nie przekroczy 50-60%.

• Kotły na ekogroszek z podajnikiem

W kotle na ekogroszek z podajnikiem sprawność może być znacznie wyższa, ponieważ podajnik dozuje paliwo, a regulowana prędkość wentylatora zapewnia jego dostarczanie. Większość tego typu kotłów posiada okładziny ceramiczne utrzymujące stabilną temperaturę w obrębie płomienia. Dzięki temu czysty kocioł z podajnikiem może osiągnąć sprawność około 80%. Zależy to oczywiście również od ustawień sterownika i dostosowania ilości powietrza do ilości spalanego paliwa. Kotły te wymagają częstego czyszczenia powierzchni wymiennika ciepła. Często powinno się również sprawdzać drożność kanałów i otworów podających powietrze do palnika. W przypadku uszkodzeń czy przegrzania elementów palnika należy je wymienić.

• Kotły na pellet z podajnikiem

Pellet czyli niewielkie brykiety wykonane z drewna, są atrakcyjnym rodzajem paliwa z uwagi na to, że w kotłowni nie unosi się pył węglowy, a ilość powstającego popiołu jest naprawdę mała i wynosi około 1% wagi paliwa. To z reguły 7-8 razy mniej niż w przypadku węgla. Pelletem nie powinno się palić w kotłach z palnikiem zaprojektowanym do spalania węgla. Pellety są wykonane z drewna, stąd wymagają rozgrzania i wstępnego spalenia w komorze ceramicznej, w której panuje wysoka temperatura. Powstające w tym procesie gazy są spalane w kolejnej komorze kotła na pellet, do której podawany jest dodatkowy, tzw. wtórny strumień powietrza. Tylko taki przebieg procesu zapewnia skuteczne wykorzystanie energii zawartej w paliwie i osiągnięcie efektywności nawet znacznie powyżej 80%.

Powstające w procesie spalania popiół i pył są drobne i lekkie. Są unoszone wraz z dymem i osadzają się na elementach wymiennika ciepła, dlatego tu również wymagane jest częste czyszczenie wnętrza kotła.

Sprawność innych urządzeń grzewczych

Sprawdźmy dla porównania, jak wygląda efektywność źródeł ciepła niekorzystających z paliw stałych:

• Gazowe kotły kondensacyjne

W przypadku kotłów gazowych kondensacyjnych o uzyskiwanej efektywności decydują te same czynniki, czyli jakość procesu spalania i efektywność odbioru ciepła od spalin. W tym przypadku zadanie jest jednak o wiele łatwiejsze. Paliwo pod niewielkim ciśnieniem trafia do komory przed palnikiem, w której jest mieszane z odpowiednią ilością powietrza. Następnie gotowa mieszanka wypływa przez układ drobnych otworów palnika i spala się tuż nad jego powierzchnią. W obrębie płomienia lub w strumieniu spalin znajdują się często dodatkowe elementy pomiarowe, które kontrolują stabilność temperatury, a w konsekwencji – jakość procesu spalania. Ich wskazania mają wpływ na proporcje podawanej ilości gazu i powietrza.

W przypadku wymiennika ciepła w kotle gazowym stosuje się rozbudowany układ rur ze stali nierdzewnej, które omywane są przez przepływające spaliny. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie korpusu ze stopu aluminium i krzemu, który bardzo dobrze przewodzi ciepło.

Te rozwiązania, wraz z niską temperaturą wody w instalacji, np. podłogowej, pozwalają wykorzystać nawet 98,9% energii zawartej w spalanym gazie. Podobnie jak w przypadku każdego kotła, również tu należy dbać o czystość wymiennika ciepła i dobry stan palnika. W tym celu raz do roku trzeba zlecić wykonanie przeglądu urządzenia.

• Pompy ciepła

Jak wskazuje nazwa, główną funkcją pomp ciepła jest przenoszenie energii z otoczenia do budynku. W zależności od rodzaju pompa ciepła pobiera energię z gruntu, powietrza lub wody gruntowej. Do pracy wykorzystuje z reguły energię elektryczną. Potocznie sprawnością tego procesu określamy to, ile razy więcej energii zostanie dostarczone do budynku w porównaniu do zużytej energii elektrycznej. We współpracy z instalacją podłogową może to być od 400% do 500%, a nawet więcej. W przypadku współpracy z grzejnikami, szczególnie o mniejszej powierzchni, będzie to oczywiście mniej, np. 300-350%.

W przypadku pozyskiwania energii z powietrza zewnętrznego zimą efektywność tego procesu będzie niższa, ale w skali roku niewiele ustępuje skuteczności instalacji pompy ciepła pobierającej energię z gruntu.

Pompa ciepła jest urządzeniem całkiem innego rodzaju niż kotły. Wykorzystuje stosunkowo drogi nośnik energii, jakim jest energią elektryczna. Widać jednak, że wysoka efektywność procesu pozyskiwania energii z otoczenia sprawia, że koszty eksploatacji mogą być równie niskie jak w przypadku kotła węglowego. Za to komfort cieplny, stabilna temperatura wewnętrzna oraz komfort obsługi są nieporównywalnie wyższe.

Sprawdź też nasze porównanie kosztów ogrzewania domu.