Podłączenie kotła do układu zamkniętego i otwartego

Dostępna krajowa literatura techniczna na temat urządzeń kotłowych zasilanych paliwem stałym dotyczy praktycznie kotłów o dużych mocach, mierzonych w megawatach. Brakuje natomiast opracowań podejmujących próbę usystematyzowania wiadomości dotyczących rozwiązań konstrukcyjnych i zasad działania kotłów małej mocy (do 1000 kW), stosowanych w ogrzewnictwie indywidualnym i komunalnym, małych kotłowniach przemysłowych, czy obiektach handlowych itp.

Podstawy terminologii, wymagań i metod badania takich kotłów zawiera ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacyjny dnia 17 kwietnia 2002 r. norma PN-EN 303-5 „Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 300 kW – Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie” [1]. Jest ona oficjalnym tłumaczeniem europejskiej normy EN 303-5:1999. Norma ta (ustanowiona w 1999 r., a zgłoszona do Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego w listopadzie 1998 r.) opiera się na analizie stanu techniki w obszarze produkcji kotłów małej mocy w krajach Unii Europejskiej w okresie przed podjęciem prac nad jej przygotowaniem, a więc sprzed około 10 lat. W Polsce w ostatnim 10-leciu nastąpił dynamiczny rozwój konstrukcji kotłów i technik spalania paliw stałych w urządzeniach małej mocy, co pociąga za sobą potrzebę przygotowania popularno-technicznych materiałów udostępniających wiedzę z tego zakresu szerokiemu gronu osób zainteresowanych tym tematem, a w szczególności instalatorom i użytkownikom kotłów.

Podłączenie kotła na paliwo stałe do układu z kolektorem, termokominkiem lub kotłem olejowym

Wiele osób ma problem z podłączeniem kotła na paliwa stałe w jednym obiegu grzewczym wraz z kotłem olejowym, kolektorami słonecznymi czy termokominkami. Problem jest o tyle aktualny, gdyż większość kotłów na paliwa stałe przystosowanych jest wyłącznie do montażu w układach otwartych zgodnych z PN-91/B-02413, kotły na paliwa płynne zaś w układach zamkniętych.

Gdy chcemy podłączyć kocioł do układu zamkniętego norma EN 303-5 przewiduje zabezpieczenie instalacji c.o. przez zbiornik akumulacyjny - taki, który jest w stanie przyjąć różnicę miedzy mocą cieplną kotła i mocą oddawaną do systemu grzewczego. Zbiornik akumulacyjny czy jak potocznie się go nazywa bufor (niem. Puffer) służy zatem do odprowadzenia nadmiaru ciepła z kotła. Idealnie też nadaje się do połączenia kilku niezależnych źródeł ogrzewania np.: kotła na paliwa stałe i płynne czy z kolektorami słonecznymi. Ważnym elementem składowym takiej kotłowni jest grupa pomp ładujących wodę z wymiennika do instalacji c.o. Niektóre zbiorniki akumulacyjne np.: PSX firmy WIndhager są dodatkowo zabezpieczane warstwą izolacji, która ma zabezpieczać zbiornik przed szybkim schłodzeniem a ścianki wewnętrzne ma pokryte emalią szklistą przedłużającą żywotność urządzenia.

Minimalną objętość zbiornika oblicza się według wzoru podanego w normie EN 303-5:
 

VSp = 15 TB * QN [ 1 -0,3 (Q H / Q min ) ]
 

• VSp - pojemność zbiornika akumulacyjnego w litrach
• TB - czas spalania w h
• QN - nominalna moc cieplna w kW
• Q H - Obciążenie cieplne budynku w kW
• Q min - minimalna moc cieplna w kW

Przeznaczeniem bufora jest współpraca w instalacji grzewczej z kotłami na paliwa stałe, kominkami z płaszczem wodnym lub np. kolektorami słonecznymi. Te tradycyjne źródła energii charakteryzują się bardzo nieregularną i trudną do prostej kontroli pracą. Dodatkowo kotły na paliwa stałe najlepszą sprawność osiągają w zakresie mocy nominalnej, czyli gdy pracują niedławione bez ograniczania mocy, również wtedy emisja zanieczyszczeń w wyniku procesu spalania jest dużo mniejsza. A to możliwe jest tylko wtedy, gdy możemy odebrać i zmagazynować bez strat nadwyżkę energii produkowanej przez kocioł w stosunku do bieżących potrzeb użytkownika.

Do tego właśnie służy bufor. Jako akumulator magazynuje on energię cieplną produkowaną okresowo przez tradycyjny kocioł, która następnie jest przekazywana w sposób ciągły do instalacji grzewczej centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Cały układ grzewczy jest sterowany automatycznie przez specjalny regulator Saomatic X 212.

Rozwiązanie przedstawione na schemacie umożliwia bezpieczne wykorzystanie tradycyjnych kotłów w nowoczesnych instalacjach grzewczych z zaworami termostatycznymi.

Bufor - to stalowy zbiornik zabezpieczony od zewnątrz powłoką antykorozyjną. Jest przeznaczony do zabudowy i izolacji we własnym zakresie przez instalatora lub użytkownika.
 

Dodatkowo układ musi być wyposażony w:
- zabezpieczenie termiczne SYR 3065
- zawór bezpieczeństwa
- odpowiednio dobrane naczynie przeponowe
 
W Polsce można stosować kotły na paliwa stałe w układzie zarówno otwartym jak i zamkniętym. Określa to wspomniana już wcześniej norma PN-EN-303-5. Instalacja taka musi być wyposażona w układ zabezpieczający przed wrostem temperatury/ciśnienia kotła.
Generalnie stosuje się dwa rozwiązania: spirala schładzająca, zbiornik buforujący. To drugie rozwiązanie jest sporo droższe, zajmuje więcej miejsca w kotłowni, ale jest ekonomiczniejsze w przypadku zadziałania.

Spirala chłodząca w systemie dwóch kotłów

Zadaniem spirali schładzającej (montowanej na powrocie do kotła) jest po przekroczeniu dopuszczalnej temp. otworzenie zaworu z zimną (miejską) wodą, która wychładza nam powracającą wodę do kotła, czym obniża jego temperaturę. Jest to rozwiązanie stosunkowo proste i tanie. Jednak wadą jego jest, iż zgromadzona (nagrzana woda) energia jest bezpowrotnie tracona (idzie w kanalizację).

Zbiornik buforujący w układzie zamkniętym

Prawo europejskie jest poza tym dziurawe, jeżeli chodzi o kotły na paliwa stałe, otóż kotły do mocy 350kW czy 300kW mają spełniać wymogi normy EN 303-5, natomiast inne wymogi i bariery ekologiczne dla naszego kraju są określone tylko i wyłącznie dla kotłów o mocy ponad 1MW, jak zatem widać jest kompletna dziura dla kotłów między mocą 350 a 1MW.