Kocioł i kolektory słoneczne, czyli jak taniej ogrzewać kotłem

Obecna sytuacja na rynku paliw jest bardzo trudna. Najgłośniej jest o rosnących gwałtownie cenach węgla, który kosztuje niemal 3 razy tyle co rok wcześniej. Jednak rynek paliw i energii to swoisty system naczyń połączonych - jeżeli drożeje jeden z nośników, to bardzo szybko dzieje się to też z pozostałymi. Po prostu użytkownicy - zarówno indywidualni, jak i wielkie firmy - w miarę możliwości próbują przejść na tańsze paliwa. Wówczas zapotrzebowanie na nie rośnie, a więc ceny zwyżkują. Dlatego, o ile nie nastąpi jakaś radykalna zmiana sytuacji w naszym kraju, na tańsze paliwa na razie nie ma widoków. Trzeba raczej szukać oszczędnie gospodarujących paliwem kotłów o wysokiej sprawności. Dodając kolektory słoneczne zaoszczędzimy zaś przynajmniej 50% zużywanego na przygotowywanie c.w.u.

Wygoda obsługi kotła

Niezależnie od aspektów ekonomicznych, nigdy nie powinniśmy decydować się na zakup kotła, którego nie będziemy w stanie obsłużyć, bo np. noszenie opału będzie stanowiło wyzwanie ponad nasze siły. Taki zakup prędzej czy później i tak wymusi na nas kolejną zmianę.

Patrząc na pracochłonność obsługi kotłów, należałoby je uszeregować następująco:

• gazowe, elektryczne, olejowe - są całkowicie bezobsługowe, wymagają tylko corocznego przeglądu przez serwisanta. Użytkownik musi jedynie wybrać jaką temperaturę chce mieć w pomieszczeniach;
• podajnikowe na węgiel lub pelety - wymagające uzupełnienia zasobnika raz na kilka dni (zależnie od tego jak duży jest mróz). Opał musimy jednak przynieść, a przynajmniej co kilka dni usunąć popiół i ewentualnie oczyścić komorę spalania, palnik i wymiennik z osadów;
• zasypowe na węgiel lub drewno - paliwo trzeba ręcznie uzupełniać co kilka godzin, przegarniać popiół, rozpalać codziennie, jeżeli nie palimy w sposób ciągły.

Widać z tego, że wyboru nie należy dokonywać pochopnie. Nawet najlepszy technicznie i najbardziej ekonomiczny w eksploatacji kocioł nie sprawdzi się, jeżeli jego obsługa przerośnie siły, możliwości i chęci użytkownika. Kocioł zasypowy, a nawet z podajnikiem, to jednak ryzykowny wariant dla kogoś, kto całe dotychczasowe życie spędził w bloku z centralnym ogrzewaniem lub w domu z bezobsługowym kotłem.

Jakie znaczenie ma sprawność kotła?

Bardzo często toczą się dyskusje o sprawności różnych urządzeń grzewczych, zaś producenci chętnie eksponują ten parametr. Bynajmniej nie jest to abstrakcyjna kwestia i oderwany od rzeczywistości spór o wyższości jednych rozwiązań nad innymi. Sprawność kotła przekłada się bowiem na pieniądze, wysokość naszych rachunków.

Gazowe kotły kondensacyjne mają przynajmniej o kilkanaście procent wyższą sprawność niż tradycyjne. Oznacza to mniejsze zużycie paliwa, a więc i niższe rachunki. (fot. Termet)

Klasycznie rozumiana sprawność to po prostu stosunek (proporcja) ilości energii uzyskanej z paliwa i przekazanej do instalacji c.o. względem jej całkowitej ilości zawartej w tym paliwie. Jeżeli sprawność kotła wynosi np. 80%, to znaczy, że odebrał on 80% energii zawartej w paliwie, natomiast 20% zostało zmarnowane - mówiąc obrazowo uciekło wraz z dymem przez komin. W ten sposób zmarnowaliśmy 1/5 pieniędzy wydanych na opał.

Dlatego właśnie sprawność jest tak ważna dla rachunku ekonomicznego. W czasach szalejących cen kilkanaście procent różnicy to już wcale niemało.

Trzeba jednak uważać, bo podawana w katalogach sprawność niekoniecznie musi być wartością możliwą do uzyskania w naszym domu, w konkretnej instalacji, przy występującej w niej określonej temperaturze wody, stopniu obciążenia kotła itd. Przy tym różnego rodzaju urządzenia są w odmiennym stopniu wrażliwe na wpływ tego rodzaju czynników.

Warto też wiedzieć, że unijny system etykiet energetycznych zamiast uprościć zagadnienie oceny sprawności pod pewnymi względami nawet je skomplikował i rozmył pojęcia. Podawana na nich sprawność nie jest bowiem po prostu wskaźnikiem tego na ile skutecznie urządzenie zmienia energię zawartą w paliwie na użyteczne ciepło. Wartość z etykiety to w dużej mierze miara wpływu na środowisko w kontekście emisji CO2 oraz zapotrzebowania na tzw. energię pierwotną. Uwzględnia ona bowiem np. także zużycie prądu przez urządzenia pomocnicze, takie jak pompy obiegowe i wentylator wyciągowy. Ponadto ilość zużytej energii elektrycznej jest mnożona przez tzw. współczynnik konwersji. W efekcie, o ile na podstawie etykiety można porównać np. sprawność dwóch kotłów gazowych, to już użyteczność porównania kotła gazowego, kotła na węgiel i pompy ciepła staje się wątpliwa.

Nowoczesne kotły z podajnikiem to urządzenia o najwyższej sprawności przekraczającej nawet 90%. (fot. Sas)

Ogrzewanie kotłem na prąd

Najwyższa faktyczna sprawność charakteryzuje kotły elektryczne. W nich niemal cała zużywana energia elektryczna zostaje zamieniona na ciepło. Nie ma np. tzw. straty kominowej, bo one po prostu nie mają komina. Ponadto w ich przypadku nie ma znaczenia na ile gorącą wodę przygotowują, ani to na ile rzeczywiste obciążenie jest bliskie mocy nominalnej. Kocioł elektryczny praktycznie nie traci na sprawności nawet wówczas, jeżeli musi się często włączać i wyłączać. Przy wszystkich swoich zaletach te urządzenia mają jedną istotną wadę - korzystają z drogiego nośnika energii, jakim jest prąd.

Chociaż trzeba zauważyć, że w ostatnich miesiącach i tak drożeje on wolniej niż inne paliwa, przynajmniej w odgórnie regulowanych taryfach dla gospodarstw domowych (z grupy G). Ponadto koszty można znacznie zmniejszyć, jeżeli mamy własną mikroelektrownię, czyli instalację z panelami PV. Ostatecznie można powiedzieć, że w ostatnim czasie atrakcyjność kotłów elektrycznych względem innych urządzeń nawet wzrosła. Warto je wykorzystywać szczególnie jako drugie, bezobsługowe źródło ciepła pracujące w jednym systemie grzewczym z kotłami zasypowymi na paliwa stałe i kominkami z płaszczem wodnym.

Ogrzewanie kotłem na gaz

Bardzo wysoka sprawność charakteryzuje także gazowe kotły kondensacyjne. Tu trzeba jednak od razu wyjaśnić skąd bierze się podawana w katalogach sprawność powyżej 100%. Nie oznacza ona, że taki kocioł jest w stanie oddać więcej energii, niż zawierało go paliwo. Byłoby to przecież sprzeczne z prawami fizyki. W rzeczywistości cała rzecz wynika z faktu, że tradycyjnie obliczano sprawność biorąc pod uwagę nie tzw. ciepło spalania paliwa, czyli wartość obejmującą całkowitą ilość zawartej w paliwie energii, lecz wartość opałową, czyli ciepło spalania od razu pomniejszone o ilość energii zużytej na odparowanie wody, powstającej jako jeden z produktów spalania. Dawniej po prostu z góry zakładano, że jest to i tak ilość stracona, w praktyce niemożliwa do odzyskania. Potem jednak upowszechniły się gazowe kotły kondensacyjne. A ich nazwa pochodzi właśnie stąd, że umożliwiają one skroplenie tej pary wodnej i wykorzystanie zawartej w niej energii. Liczona starą metodą (z uwzględnieniem wartości opałowej) sprawność kotłów gazowych wzrosła o kilkanaście procent i zaczęła przekraczać 100%.

Płyną stąd dwa bardzo ważne praktyczne wnioski. Po pierwsze, nawet najlepszy kocioł gazowy w rzeczywistości przekaże do instalacji o kilka procent mniej energii, niż zawierało jej paliwo. Po drugie, model kondensacyjny będzie w stanie ogrzać dom tą samą ilością ciepła, zużywając przy tym o kilkanaście procent mniej paliwa niż kocioł tradycyjny (niekondensacyjny). Zakładamy przy tym, że kocioł tradycyjny jest w miarę nowy i dobrej jakości. Bardzo stary i wyeksploatowany może być wyraźnie gorszy.

Trzeba jednak zaznaczyć, że sprawność kotłów gazowych nie jest wartością stałą. W przypadku modeli kondensacyjnych jest tym lepsza, im niższa jest temperatura wody w obiegu. Dlatego właśnie w ich przypadku tak polecane jest niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe oraz automatyka pogodowa, która z założenia stara się utrzymać temperaturę wody na najniższym możliwym poziomie. Nie jest jednak tak, że zastosowanie kotłów kondensacyjnych jest uzasadnione tylko w takich instalacjach. Nawet w domu ze zwykłymi grzejnikami ściennymi kocioł kondensacyjny da oszczędności, jednak nieco mniejsze. Tu jednak trzeba spokojnie rozważyć, czy wymiana w miarę nowego kotła konwencjonalnego jest rzeczywiście uzasadniona ekonomicznie.

Ogrzewanie kotłem na węgiel, pelety, drewno

Kotły na paliwa stałe to pod względem sprawności i jej związku z kosztami eksploatacji bardzo szczególna grupa urządzeń. Przez dziesięciolecia dominowało w naszym kraju podejście zgodnie z którym kupowano tani kocioł tego rodzaju, niespecjalnie przejmując się przy tym sprawnością, bo węgiel czy drewno były na tyle tanie, że i tak ogrzewanie było niedrogie. Wygląda jednak na to, że czasy tanich paliw stałych się skończyły. Już poprzedniej zimy cena węgla sięgała 1000 zł/t, obecnie zaś wynosi blisko 3000 zł/t i z jego dostępnością są poważne problemy. Ceny peletów wzrosły w podobnym stopniu, a i z drewnem jest niewiele lepiej.

W tych zmienionych okolicznościach sprawności nie można już traktować po macoszemu. Tym bardziej, że różnica pomiędzy średnią sezonową sprawnością starych urządzeń zasypowych oraz nowych z podajnikiem może wynosić aż 30%. Nowoczesne osiągają bowiem nawet ok. 90% sprawności jako średnią sezonową. Innymi słowy, mając dobry kocioł możemy zmniejszyć rachunki niemal o 1/3. Oczywiście, nie chodzi tylko o domy już istniejące, poddawane termomodernizacji. Także w nowym budynku prawidłowe dobranie nowego kotła - o odpowiedniej mocy i wysokiej sprawności ma ogromny wpływ na przyszłe koszty eksploatacji.

Trzeba bowiem wiedzieć, że to właśnie wśród kotłów na paliwa stałe doszło do największych zmian technologicznych i zasadniczej poprawy parametrów. Kotły sprzed dekady to często niemal zupełnie inna epoka w technice grzewczej. Należy jednak przestrzec, że to właśnie kotły na paliwa stałe są najbardziej czułe na błędy popełnione przy doborze ich mocy. Kocioł o mocy wyraźnie zawyżonej w stosunku do potrzeb, czyli tzw. przewymiarowany, najpewniej będzie pracował znacznie gorzej - z niższą sprawnością i emitując więcej zanieczyszczeń, gdyż jakość spalania również się pogorszy. A to właśnie przewymiarowanie urządzeń jest chyba najczęściej spotykanym błędem. A trzeba sobie uświadomić, że moc nominalna, czyli właściwie jej maksimum, jest potrzebna bardzo rzadko, przez najwyżej kilka procent czasu trwania sezonu grzewczego. Wyznacza się ją bowiem dla skrajnego mrozu, wynoszącego ok. -20°C. Przez większość sezonu potrzebujemy zaś 50% lub mniej wartości nominalnej. Dlatego wskazane jest raczej nawet lekkie zaniżenie mocy kotła.

Grupą o bardzo specyficznych cechach są kotły zasypowe (bez podajnika), a wśród nich szczególnie tzw. kotły zgazowujące drewno. Sprzedawcy niekiedy nie informują klientów, że większość z nich spełnia wymogi sprawności i czystości spalania właściwe dla tzw. 5 klasy (obecnie obowiązkowo), jedynie w połączeniu ze zbiornikiem akumulacyjnym (buforem) wody grzewczej. Chodzi o to, że w takim układzie kocioł nie musi faktycznie działać z mocą obniżoną z racji chwilowo mniejszego zapotrzebowania na ciepło. Zawsze może pracować z mocą bliską nominalnej, a chwilowo niepotrzebny nadmiar ciepła przejmuje woda, zgromadzona w zbiorniku o pojemności od 500 do nawet 1500 l.

Wyposażenie w taki zasobnik wody grzewczej jest wręcz konieczne w przypadku kotłów zgazowujących, bo w ich przypadku "zduszenie" paleniska może spowodować w ogóle przerwanie procesu zgazowania drewna. A wtedy działają one niczym zwykłe kotły opalane drewnem. Ważne, żeby o tym wiedzieć, tym bardziej że w ostatnim roku wyraźnie wzrosło zainteresowanie kotłami na drewno. Obecnie ta tendencja może się utrzymać, z racji problemów z dostępnością węgla i peletów oraz ogromnego wzrostu ich cen.

Palniki w kotłach na paliwa stałe są wyspecjalizowane - optymalnie dopasowane do parametrów określonego rodzaju paliwa. (fot. Sas)

Jaką moc kotła wybrać?

Jako zasadę powinniśmy przyjąć, że podstawą do wyznaczenia wymaganej mocy kotła zawsze powinno być uprzednie ustalenie jak duże są maksymalne straty ciepła budynku. Innymi słowy to, ile ciepła trzeba do niego dostarczyć w czasie największych mrozów, wynoszących ok. -20°C, żeby utrzymać komfortową temperaturę we wnętrzach. Nie znaczy to jednak, że maksymalna moc kotła oraz maksymalne zapotrzebowanie na moc grzewczą muszą zawsze być sobie równe.

Generalnie, właśnie tak powinno przynajmniej w przybliżeniu być w przypadku kotłów jednofunkcyjnych. To urządzenia, które ciepłą wodę przeznaczoną do mycia (c.w.u.) przygotowują w zbiorniku. Tak działają wszystkie kotły na paliwa stałe, kotły olejowe, część kotłów gazowych i elektrycznych.

Najłatwiej jest dobrać moc kotła jednofunkcyjnego, czyli wyposażonego w zasobnik c.w.u. (fot. Viessmann)

Dobiera się je tak, aby kocioł był w stanie pokryć zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania pomieszczeń. Praktyka powiększania mocy o 0,25-0,50 kW na każdego mieszkańca w domach jednorodzinnych zupełnie nie ma sensu. Pisaliśmy wcześniej, że przez większość czasu kocioł i tak pracuje z mocą nie wyższą niż 50% wartości nominalnej. Ma więc faktycznie duży zapas. Na dodatek i tak zwykle przełącza się automatycznie w tryb tzw. priorytetu c.w.u. Oznacza to, że jeżeli sterownik kotła wykryje spadek temperatury wody w zbiorniku poniżej wartości zadanej (np. 45°C), to chwilowo wyłącza ogrzewanie wnętrz i całą dostępną moc przeznacza na podgrzanie c.w.u. Tak więc powiększanie mocy nie tylko niczemu nie służy, ale prowadzi do szkodliwego przewymiarowania kotła i w efekcie do spadku jego średniej sprawności w ciągu całego sezonu.

Inaczej wygląda sytuacja w przypadku kotłów dwufunkcyjnych, czyli podgrzewających wodę przepływowo, dopiero po odkręceniu kranu. Tak może działać tylko część kotłów gazowych oraz elektrycznych. Jedynie takie urządzenia można szybko włączać i wyłączać. Ponadto błyskawicznie osiągają one maksymalną moc.

W ich przypadku wysoka moc jest pożądana, gdyż umożliwia uzyskanie dużego strumienia ciepłej wody. Za minimum pozwalające komfortowo korzystać z jednego prysznica uważa się moc ok. 20 kW. Różnica pomiędzy mocą potrzebną do ogrzewania pomieszczeń (np. 10 kW) i do przygotowywania c.w.u. (nawet ponad 30 kW) może być bardzo duża. Dlatego podaje się ją osobno (c.o./c.w.u.). W praktyce jednak właściwy dobór tego rodzaju kotła w domu o bardzo małych stratach ciepła (moc c.o.) bywa trudny.

Wyjątkowym przypadkiem są kotły na paliwa stałe współpracujące ze zbiornikami akumulacyjnymi. W ich przypadku najważniejsza jest bowiem pojemność zbiornika wody, nie bezpośrednie straty ciepła. W takim układzie należy uwzględniać także zdolność samego budynku do gromadzenia ciepła, szczególnie w warstwie jastrychu tworzącego ogrzewanie podłogowe. W takiej sytuacji uzasadniony może być np. zakup kotła o mocy 25 kW, chociaż maksymalne straty ciepła wynoszą zaledwie 10 kW.

Kolektory słoneczne - najlepszy sposób na oszczędzanie

Koszty ciepła zużywanego w domu można wyraźnie zmniejszyć decydując się na założenie kolektorów słonecznych. Odpowiednio dobrane zmniejszają one bowiem zapotrzebowanie na energię zużywaną do przygotowywania c.w.u. o przynajmniej połowę w skali roku.

Co zaś szczególnie ważne dla właścicieli tak rozpowszechnionych w naszym kraju kotłów na paliwa stałe (węgiel, pelety, drewno), mając solary możemy praktycznie zrezygnować z palenia w kotle w miesiącach letnich, a w dużej mierze także jesienią i wczesną wiosną, czyli praktycznie poza całym sezonem grzewczym.

To oczywiście ogromna wygoda, bo unikamy konieczności rozpalania w kotle, wybierania popiołu, noszenia opału. Chodzi jednak nie tylko o komfort. Trzeba zdawać sobie sprawę, że nawet jeżeli mamy kocioł automatyczny, z podajnikiem paliwa, to ciągłe utrzymywanie w nim żaru tak naprawdę nie ma sensu. Nie jest ani ekonomiczne, ani tym bardziej ekologiczne. Tak naprawdę bowiem do podgrzania wody wystarczyłoby uruchomienie kotła dwa razy na dobę. Na przykład po południu oraz nad ranem, przed wieczornym oraz porannym myciem, żeby temperatura c.w.u. w zasobniku była odpowiednia. Cała pozostały czas pracy, jedynie w trybie podtrzymania, to czyste marnotrawstwo. A właściwie brudne, gdyż w takich warunkach kocioł pracuje z niską sprawnością i emituje więcej zanieczyszczeń. Zresztą podtrzymanie żaru prawdopodobnie pochłania wówczas więcej paliwa niż ilość rzeczywiście służąca do przygotowywania c.w.u. Piszemy "prawdopodobnie", bo producenci nie udostępniają tego rodzaju danych. Tak więc założenie kolektorów jest nie tylko działaniem uzasadnionym chęcią oszczędzania, ale także dbałością o środowisko.

Założenie kolektorów pozwala obniżyć koszty przygotowywania c.w.u. przynajmniej o połowę. A w domu z kotłem na paliwo stałe dodatkowo uwalnia nas od konieczności palenia w nim poza sezonem grzewczym. (fot. Hewalex)

Warto przy tym podkreślić, że kolektory słoneczne nie są tak naprawdę rozwiązaniem rywalizującym z tak popularnymi ostatnio panelami PV. To zupełnie odrębne systemy, które łączy jedynie to, że oba wykorzystują energię słoneczną i oba umieszcza się zwykle na dachach. Kogoś kto rozumie ich specyfikę nie dziwi widok paneli i kolektorów obok siebie, na tym samym budynku. Kolektory służą bowiem pozyskiwaniu ciepła, fotowoltaika zaś energii elektrycznej. Układ z kolektorami jest przy tym o wiele mniejszy i tańszy. Cechuje go przy tym znacznie wyższa sprawność oraz pełna samodzielność - nie potrzebuje przecież połączenia z żadną siecią.

O ile na domu jednorodzinnym układa się zwykle przynajmniej kilkanaście paneli PV, to kolektory wystarczają dwa lub trzy. To dość, żeby podgrzewać wodę w zasobniku o pojemności 200-300 l. Zwiększanie ich liczby zwykle nie ma sensu, bo pojawia się problem zagospodarowania nadprodukcji ciepła. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy mamy liczną rodzinę, lub chcemy podgrzewać basen.

Duża powierzchnia nie jest potrzebna, bo kolektory przekształcają promieniowanie słoneczne na ciepło w sposób bardzo efektywny. Ich sprawność jest przynajmniej 3-4 razy wyższa niż ogniw PV. Ponadto zestaw z kolektorami tworzy zupełnie autonomiczny system dostarczający ciepło do budynku. Pozyskujemy je, gromadzimy i wykorzystujemy w całości na miejscu. Tu nie ma potrzeby wykonywania przyłączy do jakiejkolwiek sieci. W związku z tym nie ma też problemu jej przeciążenia. Nawet gdyby na wszystkich domach w Polsce założyć takie układy to niczym by to nie groziło. Dlatego dziwi, że chociaż w ramach ważnego i potrzebnego programu wspierania fotowoltaiki "Mój Prąd" uruchomiono dotacje do magazynów ciepła, czyli de facto zbiorników c.w.u., to nie ma podobnego wsparcia dla systemów z kolektorami.

Redaktor: Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: Hewalex