Co to jest kondensacja

     Skraplanie lub kondensacja to zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej do fazy ciekłej.

     Skraplanie może zachodzić przy odpowiednim ciśnieniu i temperaturze, niższej od temperatury krytycznej. Zestaw parametrów dla których rozpoczyna się proces skraplania nazywany jest punktem rosy.

Kotły kondensacyjne – zasada działania

     Kotły kondensacyjne wykorzystują energię pary wodnej zawartej w spalinach, których temperatura zostaje obniżona do wartości poniżej której następuje jej wykroplenie. W układzie takim powietrze będące efektem spalania paliwa gazowego wewnątrz kotła, przechodzi przez układ wymienników lub jeden wymiennik, w których płynie czynnik grzewczy, z tym że ostatni z nich jest układem w którym płynie czynnik powrotny z instalacji grzewczej o temperaturze nie większej niż 60 ⁰C. Oznacza to, ze spaliny nie będą miały temperatury wyższej niż owe 60 ⁰C. Jako że w takiej temperaturze następuje wykroplenie pary wodnej zawartej w spalinach, kocioł, jego poszczególne elementy, jak palnik muszą być wykonane z materiałów odpornych na specyficzne warunki pracy. Kondensat to generalnie woda wraz z rozpuszczonymi w niej zanieczyszczeniami, łącznie posiadający kwaśny odczyn (tak jak ocet) - taki odczyn oznacza agresywność czyli korozję. Zwykłe kotły nie są przygotowane na to i w efekcie skończyłoby się to dla nich zalaniem palnika przez kondensat i bardzo szybką korozję. W odróżnieniu od zwykłych kotłów, kotły kondensacyjne posiadają wymiennik spaliny/woda odporny na kwas (ze stali nierdzewnej) oraz palnik umieszczony u góry co zapobiega zalewaniu wodą i korozji.

     Reasumując, pełna kondensacja w kotle zachodzi w warunkach gdy temperatura spalin zostanie obniżona do około 57°C. Aby to osiągnąć, chociaż jedna część kotła powinna mieć temperaturę niższą niż owe 57°C. Nie oznacza to, że typowa istniejąca, czyli na ogół stara instalacja grzewcza przewidziana do pracy z temperaturą zasilania 90 °C i powrotu 70°C (popularnie nazywana 90 na 70) nie nadaje się dla kotła kondensacyjnego.

     Zważywszy na to, że typowy sezon grzewczy wymaga zupełnie innych i to niższych temperatur od 80°C wody zasilającej instalację grzewczą nie będzie poza kilkoma dniami w roku problemu z zachowaniem temperatury poniżej owych 60 C⁰. Nieprzewymiarowana instalacja potrzebuje temperatury zasilania 80°C tylko w ekstremalnych warunkach, to znaczy wtedy, gdy na zewnątrz domu jest siarczysty mróz wynoszący -20°C. Jednak takie warunki występują średnio jedynie tylko w ciągu 5 dni w roku. W pozostałe dni potrzebna temperatura zasilania instalacji grzewczej jest zdecydowanie niższa niż 80°C. Jako że średnia temperatura sezonu grzewczego w Polsce wynosi zaledwie +2°C, temperatura grzejników średnio jest także dużo niższa od 80°C. Średnio statystycznie temperatura zasilania grzejników w takiej nieprzewymiarowanej instalacji wynosząca 55°C lub mniej wystarcza w ciągu 90% sezonu grzewczego. Czyli temperatura powrotu z grzejników wynosi około 45°C lub mniej. Oznacza to, że pełna kondensacja, przy użytkowaniu takiej nieprzewymiarowanej instalacji, zachodzi w ciągu 9 na 10 dni ogrzewania. Tylko w pozostałym 1 dniu na 10 zjawisko kondensacji występuje częściowo lub wcale. Można także powiedzieć, że nieprzewymiarowana instalacja jest już niejako naturalnie 2 razy większa niż średnie potrzeby budynku. Nie ma zatem koniecznej potrzeby jej dodatkowego zwiększania.

     Z powyższych rozważań wynika niezbicie, że nawet nieprzewymiarowana instalacja grzewcza w połączeniu z kotłem kondensacyjnym daje ogromne, niezaprzeczalne oszczędności. Oczywiście, gdy kocioł kondensacyjny pracuje w instalacji ogrzewania podłogowego (wymagającego niskich temperatur zasilania cały rok) możecie Państwo czerpać oszczędności z kondensacji nie tylko w ciągu 9 dni na 10, ale również w pozostały 1 dzień na 10 dni.

Kondensat

     Jeżeli chodzi kondensat powstający podczas pracy urządzenia to jest on płynem o odczynie kwasowym (dlatego bardzo często nazywa się go kwaśnym kondensatem) o kwasowości zbliżonej do octu (pH 3,5). Średnio można dla łatwości przyjąć, że dla kotła o mocy 21 kW będzie go średnio około 20 l na dobę. W Polsce nie obowiązują żadne przepisy dotyczące kondensatu. Natomiast zgodnie z obowiązującymi w większości krajów europejskich przepisami dla kotłów kondensacyjnych poniżej 50 kW mocy nie stosuje się żadnych dodatkowych urządzeń neutralizujących. Kondensat taki odprowadza się bezpośrednio do ogólnej kanalizacji obiektu. Jest to możliwe m.in. dlatego, że ilość kondensatu w porównaniu z ogólną ilością ścieków jest niewielka a same ścieki domowe mają odczyn zasadowy, czyli samoistnie neutralizują kwaśny odczyn kondensatu.

Kominy – odprowadzenie spalin

      W kotłach kondensacyjnych ze względu na małą ilość spalin (większość kondensuje się w kotle i jest odprowadzana do kanalizacji), niską ich temperaturę (średnio tylko 50 °C) oraz ze względu na wbudowany wentylator można zastosować kilka układów do ich odprowadzania.

     Pierwszy to możliwość podłączenia kotła do zwykłego komina. Komin może być bardzo małej średnicy, nie przekraczającej 100 mm. Jest to szczególnie cenna zaleta w przypadku zastosowania kotła kondensacyjnego podczas remontu.

     Drugi przypadek to możliwość zastosowania tzw. odprowadzenia “turbo”. Nie potrzeba wtedy tradycyjnego komina i instalacji nawiewu. Zastępuje je niedrogi, specjalistyczny, zespół spalinowo-powietrzny typu “rura w rurze”, który zasysa powietrze potrzebne do spalania rurą zewnętrzną i jednocześnie wyrzuca spaliny rurą wewnętrzną bezpośrednio za ścianę kotłowni. Zalety są oczywiste: tańszy montaż (bo nie potrzeba komina i jego zabezpieczenia przed spalinami), wyższa sprawność spalania (powietrze zasysane do spalania ogrzewa się niejako “przy okazji” od spalin) oraz niższa awaryjność (uniezależnienie się od czystości powietrza do spalania w pomieszczeniu)

Kotły kondensacyjne – sprawność powyżej 100%!!!

      Zachwalane jako super ekonomiczne, kotły kondensacyjne mogą wzbudzać niepokój potencjalnych nabywców sprawnością określaną powyżej 100% (w przypadku kotła Kondensich KO KOMPRESSOR wynosi ona nawet 108%).

     Przekroczenie granicy 100% jest konsekwencją pewnego, jak się później okazało niefortunnego, założenia poczynionego dawno temu w normach określających sprawność. W przeszłości uważano, że kocioł spalając gaz wydala zawsze całe spaliny do komina (czyli działa jak garnek bez pokrywki). Ponieważ nie znano kotłów kondensacyjnych założono, że wszystkie kotły zawsze będą bez “pokrywki” i przyjęto teoretyczną granicę sprawności 100% dla takiego kotła. Następnie pojawiły się kotły kondensacyjne, które miały “pokrywkę”. A tego poprzednie założenie nie brało w ogóle pod uwagę.

    Z tytułu zastosowania “pokrywki”, uniemożliwiającej ucieczkę energii w komin, zyskano teoretycznie dodatkowo +11% sprawności. Okazało się, że stosując dawno przyjętą normę w stosunku do najnowszych kotłów kondensacyjnych, urządzenia te mogą uzyskać teoretycznie nie 100% a 111% sprawności.

     Aby pozostać w zgodzie ze zdrowym rozsądkiem należałoby na nowo określić możliwą granicę sprawności, biorąc pod uwagę owe +11% i tak przyjętą wartość uznać za nowe 100%. Nie zrobiono jednak tego, ze względu na duże przyzwyczajenie do poprzedniej normy. Zresztą przyjęcie tego nowego założenia byłoby katastrofalne w skutkach dla producentów zwykłych kotłów (tych bez “pokrywki”). Producenci ci musieliby w swoich katalogach z dnia na dzień obniżyć podawaną sprawność swoich urządzeń i to aż o około 10%. To oznaczałoby z punktu widzenia marketingu samobójstwo.

   Koniec końców stare założenia sprawności są używane do dziś, a producentom najnowocześniejszych kotłów kondensacyjnych pozostało je stosować i podawać prawdziwe, ale brzmiące nieprawdopodobnie, sprawności wynoszące ponad 100%.

Kotły kondensacyjne – tańsze w eksploatacji na wet o 30%? – jakiego powodu

    Przypomnijmy, że aktualnie zwykły kocioł to kocioł naścienny, atmosferyczny czyli typowy płomieniowy (otwarta komora spalania), posiadający modulację mocy poprzez zmienną ilość spalanego gazu (zmienną moc w zależności od potrzeb) oraz zapłon elektroniczny (bez tzw. “pilota”), charakteryzujący się nominalną sprawnością wynoszącą rzadko więcej niż 90%.

    Kocioł kondensacyjny firmy typu Ulrich Kondensich KO KOMPRESSOR, to kocioł naścienny, wentylatorowy, z zamkniętą komora spalania i z palnikiem powierzchniowym tzw. “bezpłomieniowym” o komorze wstępnego zmieszania gazu z powietrzem (do palnika nie jest podawany gaz, ale już wcześniej przygotowana mieszanka palna gazu z powietrzem), posiadający proporcjonalną modulację mocy (moc automatycznie zmienna poprzez zmianę ilości gazu ale również ilości powietrza do spalania, tak aby cały czas była zachowana stała, najlepsza proporcja mieszanki gaz/powietrze) oraz zapłon elektroniczny, charakteryzujący się nominalną sprawnością wynoszącą dochodzącą 108

     Należy również dodać, iż sprawność nominalna kotła to sprawność kotła w laboratorium, na stanowisku badawczym, podczas pracy pełna mocą w ustabilizowanych warunkach (czasami nieco odmiennymi od warunków rzeczywistych).

      Kotły kondensacyjne typu Ulrich - Kondensich KO KOMPRESSOR aż z czterech powodów są kotłami sprawniejszymi (czyli ekonomiczniejszymi) od zwykłych kotów. Przede wszystkim kotły Kondensich KO KOMPRESSOR wykorzystują wcześniej opisywane zjawisko kondensacji, co daje im tylko z tego powodu przewagę 11% sprawności nad kotłami zwykłymi.

• Kotły kondensacyjne Ulrich - Kondensich KO KOMPRESSOR aby były kondensacyjne muszą obniżać temperaturę spalin do wartości co najmniej 57°C. Aby były do tego zdolne, mają bardzo rozbudowany wymiennik ciepła spaliny/woda (jest to ta część kotła, która odbiera ciepło spalinom i przekazuje je wodzie). Jest on średnio około 2,5-krotnie większy niż w zwykłym kotle. Tak duży wymiennik ciepła oznacza, że spaliny są znacznie lepiej schładzane niż w zwykłym kotle, przez co kotły kondensacyjne są z tylko tego powodu sprawniejsze o dodatkowe 6%. Objawia się to przede wszystkim skrajnie niską temperaturą spalin wynoszącą średnio tylko 50°C!!!

• Ponieważ kotły kondensacyjne Ulrich - Kondensich KO KOMPRESSOR dużo mocniej schładzają spaliny, to są same całe zdecydowanie “chłodniejsze” od zwykłych kotłów. Ponieważ są chłodniejsze to zdecydowanie mniej ciepła tracą do otoczenia przez promieniowanie w stosunku do “rozgrzanych” zwykłych kotłów. Różnica średnio wynosi dodatkowe 2,5 % na korzyść kotła kondensacyjnego Kondensich KO KOMPRESSOR.

• Ostatni powód jest bardzo istotny, ale nieco skomplikowany do wytłumaczenia. Powszechnie kotły gazowe służą ogrzewaniu i podgrzewaniu ciepłej wody (czy to w samych kotłach, czy też w zewnętrznych zasobnikach ciepłej wody). Jednak zapotrzebowanie mocy na potrzeby grzewcze jest z reguły dużo mniejsze niż na potrzeby ciepłej wody. Typowo współczesne domy (nawet 200 m2) potrzebują jedynie około 10 kW mocy i to w największe mrozy wynoszące -20°C oraz aż co najmniej 21 kW mocy na potrzeby podgrzewania ciepłej wody (tak duża moc wymagana jest, aby był zachowany komfort ciepłej wody). Oczywiście kocioł mimo, że potrzebuje dużo mocy na potrzeby ciepłej wody, tak naprawdę rzadko jest używany na potrzeby jej podgrzewania (jest ogólnie znany fakt iż w domu zużywa się rzadko ale na raz dużo wody w tzw. szczytach). Koniec końców, aby użytkownik był zadowolony, instalowany kocioł (wszystko jedno czy kondensacyjny czy też zwykły) ma moc co najmniej 21 kW lub wyższą. Oznacza to, że na potrzeby ogrzewania jest dużo za duży. Należy zwrócić uwagę, iż owe max 10 kW jest potrzebne w największe mrozy a tak naprawdę średnio wykorzystywane jest zaledwie 5 kW. Ponieważ oba omawiane kotły mają modulację palnika, oznacza to że na potrzeby ogrzewania oba urządzenia automatycznie zmniejszają swoją moc do minimum (mają nominalnie 21 kW lub więcej a jest potrzebne zaledwie 5 kW). I od tego momentu kocioł kondensacyjny diametralnie się różni w pracy od zwykłego kotła.

     Zwykły kocioł, aby uzyskać jak najmniejszą moc, zmniejsza do minimum ilość gazu podawaną na palnik do spalania. Ale ponieważ jest kotłem atmosferycznym (z otwartą komorą spalania) to ilość powietrza przelatująca przez kocioł do komina (także przez komorę spalania) jest stała i do tego taka sama, jakby kocioł palił największym płomieniem. A przecież spala najmniejszym płomieniem. Prowadzi to do intensywnego chłodzenia kotła od wewnątrz przez duża ilość zbędnego powietrza. Straty z tego powodu są ogromne, oraz oznaczają prawidłowość pracy zwykłego kotła: czym niższa jego chwilowa moc tym niższa jego sprawność.

     Kocioł kondensacyjny typu Ulrich - Kondensich KO KOMPRESSOR, jak już wcześniej wspomniano, również tak jak zwykły kocioł będzie pracował na potrzeby ogrzewania najmniejszą mocą. Jednak, aby uzyskać jak najmniejszą moc, zmniejsza do minimum nie tylko ilość gazu podawaną na palnik do spalania, ale również zmniejsza do minimum ilość powietrza. Jest to możliwe dzięki temu, że jest kotłem o szczelnej komorze spalania oraz jest wyposażony w wentylator powietrza o zmiennych obrotach. Niezależnie od tego jaką mocą pracuje palnik, stosunek powietrza do gazu jest stale kontrolowany i utrzymywany w najlepszych proporcjach dla spalania. W tym przypadku nie ma żadnego zbędnego powietrza, które by chłodziło kocioł od środka. Ponadto ponieważ wymiennik ciepła spaliny/woda kotła jest przewidziany na maksymalną moc kotła, to podczas pracy palnika z najniższą mocą, jest niejako wielokrotnie “za duży”. Oznacza to, że temperatury spalin są jeszcze niższe niż normalnie. Oznacza to również, iż kocioł kondensacyjny w odróżnieniu od kotła zwykłego, podczas pracy z minimalną mocą nie dość, że nie traci na sprawności ale jeszcze ją poprawia!!! Różnica średnio wynosi dodatkowe kilkanaście procent na korzyść kotła kondensacyjnego Kondensich KO KOMPRESSOR.

Trochę historii

     Technologia kotłów kondensacyjnych nie jest nowa. Już na początku lat 50-tych pojawiły się pierwsze, prototypowe konstrukcje takich kotłów. Ponieważ ówczesny etap rozwoju nauki i technologii nie pozwalał na skuteczne rozwiązanie problemów konstrukcyjnych, pojawiających się wraz z wytwarzanym kondensatem w kotle (przede wszystkim kocioł musi być bardzo odporny na korozję oraz trzeba chronić palnik przed wilgocią, która próbuje go zgasić), urządzenia te były awaryjne i niezwykle kosztowne.

     O wyjściu kotłów kondensacyjnych z laboratorium możemy mówić dopiero w latach 70-tych, kiedy to wraz z intensywnym rozwojem sieci gazowej rządy Japonii i Holandii poparły oraz dotowały zastosowanie kotłów kondensacyjnych.

     W ostatnich latach ciągły postęp technologii oraz materiałoznawstwa pozwolił najlepszym firmom zaoferować proste w budowie kotły kondensacyjne o często niższej awaryjności niż zwykłe, za atrakcyjna cenę. Od tego momentu w wielu rozwiniętych krajach takich jak Japonia, Holandia, Francja czy Niemcy, liczba użytkowników kotłów kondensacyjnych lawinowo rośnie osiągając poziom kilkuset tysięcy. Tendencja ta będzie się w najbliższych latach umacniać.