Dobór kotła na zgazowanie drewna nie powinien polegać wyłącznie na dopasowaniu mocy urządzenia do powierzchni budynku. Trzeba uwzględnić zapotrzebowanie obiektu na ciepło, sposób użytkowania instalacji, oczekiwania inwestora, wielkość komory załadowczej oraz miejsce dostępne w kotłowni.
Najkrótsza odpowiedź
Kocioł dobieramy do zapotrzebowania budynku na ciepło, a nie tylko do metrażu, a bufor do sposobu pracy instalacji. Przy kotle około 20 kW do pracy standardowej często wystarcza bufor 500–600 litrów (jeśli zgadza się to z wymaganiami producenta), a pojemności rzędu 1000 litrów i więcej mają sens przy pracy akumulacyjnej lub gdy wymaga ich producent. Bufor 200 litrów będzie najczęściej za mały.
Bardzo ważnym elementem całego układu jest również bufor, czyli zbiornik akumulacyjny. Jego wielkość powinna być dopasowana nie tylko do mocy kotła, ale także do tego, czy instalacja ma pracować w sposób standardowy, czy akumulacyjny.
To są dwa różne sposoby pracy i właśnie od tego należy zacząć rozmowę o doborze kotła oraz bufora.
Najpierw dobieramy kocioł do budynku
Kocioł dobieramy przede wszystkim pod względem zapotrzebowania obiektu na moc. Nie powinno się wybierać urządzenia wyłącznie na podstawie liczby metrów kwadratowych, ponieważ każdy budynek jest inny.
Znaczenie mają między innymi:
- powierzchnia budynku,
- poziom jego ocieplenia,
- zapotrzebowanie na ciepło,
- rodzaj instalacji grzewczej,
- zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową,
- oczekiwana częstotliwość obsługi kotła,
- sposób pracy całej instalacji,
- oczekiwania inwestora.
Dopiero po określeniu tych parametrów można dobrać odpowiednią moc urządzenia.
W przypadku kotłów na zgazowanie drewna często najmniejszym urządzeniem w danej serii jest kocioł o mocy około 20 kW. Może się więc zdarzyć, że budynek ma rzeczywiste zapotrzebowanie na poziomie 10-12 kW, ale ze względu na dostępność urządzeń i wygodę obsługi montowany jest kocioł o mocy 20 kW.
Przykładowo w budynku o powierzchni około 120-140 m² może zostać zastosowany kocioł 20 kW, mimo że chwilowe lub obliczeniowe zapotrzebowanie budynku jest niższe.
Nie oznacza to jednak, że taki kocioł musi pracować nieprawidłowo. Nadmiar wytwarzanej energii może zostać odebrany przez bufor.
Czy warto przewymiarować kocioł?
Kocioł można w pewnym zakresie przewymiarować, szczególnie wtedy, gdy zależy nam na poprawieniu wygody jego obsługi.
Jeżeli dla danego budynku przewidziany jest kocioł o mocy 20 kW, można rozważyć przejście o jedną pozycję wyżej w szeregu danego producenta, na przykład na urządzenie o mocy 25 lub 27 kW.
Co dzięki temu zyskujemy?
Przede wszystkim większą komorę załadowczą. Pozwala ona jednorazowo umieścić więcej drewna w kotle, a tym samym ograniczyć częstotliwość dokładania opału.
Przy mniejszym kotle może być konieczne dokładanie drewna dwa razy na dobę. Przy zastosowaniu kotła o jeden model większego może się okazać, że wystarczy jeden pełny załadunek na dobę.
Jest to przede wszystkim poprawa wygody obsługi.
Warunkiem takiego rozwiązania jest jednak zastosowanie odpowiedniego bufora, który odbierze nadmiar energii wytwarzanej przez większy kocioł.
Nie oznacza to również, że kocioł można przewymiarowywać bez ograniczeń. Z mojego doświadczenia wynika, że najrozsądniejsze jest przejście o jedną pozycję wyżej w szeregu mocy danego producenta. Zbyt duże przewymiarowanie nie ma uzasadnienia i może utrudnić prawidłową pracę całej instalacji.
Najpierw kocioł, później bufor
Prawidłowa kolejność doboru wygląda następująco:
- określamy zapotrzebowanie budynku na ciepło,
- dobieramy kocioł do obiektu,
- uwzględniamy oczekiwania inwestora,
- określamy sposób pracy instalacji,
- dobieramy odpowiednią pojemność bufora.
Nie powinno się zaczynać od przypadkowego wyboru zbiornika akumulacyjnego. Bufor musi być dopasowany zarówno do kotła, jak i do sposobu, w jaki inwestor chce korzystać z instalacji.
Najważniejsze pytanie brzmi:
Czy instalacja ma pracować standardowo, czy akumulacyjnie?
Od odpowiedzi na to pytanie zależy, jak duży zbiornik należy zastosować.
Standardowa praca kotła z buforem
Przy pracy standardowej kocioł ogrzewa budynek na bieżąco, a bufor odbiera nadmiar energii, którego instalacja w danym momencie nie jest w stanie wykorzystać.
W takim układzie zbiornik akumulacyjny pełni przede wszystkim funkcję stabilizującą. Odbiera nadmiar ciepła i pozwala kotłowi pracować w lepszych warunkach.
Nawet jeżeli inwestor nie planuje typowej pracy akumulacyjnej, kocioł na drewno powinien współpracować z buforem.
Nie oznacza to jednak, że zawsze musi to być bardzo duży zbiornik.
Przy kotle o mocy około 20 kW w wielu przypadkach wystarczający może być bufor o pojemności około 500-600 litrów. Taka pojemność może pozwolić na prawidłową pracę całej instalacji, pod warunkiem że jest zgodna z wymaganiami producenta kotła i prawidłowo dobrana do konkretnego obiektu.
Bufor o pojemności 200 litrów będzie najczęściej zbyt mały. Nie daje odpowiedniej możliwości odebrania nadmiaru ciepła i nie stabilizuje wystarczająco pracy kotła.
Na czym polega praca akumulacyjna?
Praca akumulacyjna wygląda inaczej niż zwykłe, bieżące ogrzewanie budynku.
W tym przypadku rozpalamy kocioł i dokładamy do niego drewno tyle razy, ile jest potrzebne, aby nagrzać bufor lub zestaw buforów do odpowiedniego poziomu.
Może to być na przykład:
- 80 procent pojemności cieplnej,
- 90 procent,
- albo pełne nagrzanie zbiorników.
Po nagrzaniu buforów przestajemy palić w kotle. Budynek zaczyna wtedy korzystać wyłącznie z energii zgromadzonej w zbiornikach akumulacyjnych.
Zakładamy więc, że pracujemy akumulacyjnie, podkładamy do kotła pierwszy raz, później drugi raz, a jeżeli jest taka potrzeba, również kolejny. W tym czasie część energii jest na bieżąco pobierana przez budynek, a nadmiar trafia do bufora.
Po naładowaniu bufora musimy przestać palić w kotle. Jest to bardzo ważne. Zgromadzone ciepło powinno zostać przekazane do budynku.
W zależności od wielkości bufora, temperatury zewnętrznej i zapotrzebowania budynku może się okazać, że przez kolejne kilkanaście lub nawet 24 godziny nie trzeba ponownie rozpalać kotła.
Przykładowo kocioł o mocy 20 kW może współpracować z buforem o pojemności 1000 litrów. Po dwóch pełnych załadunkach drewna może się okazać, że zbiornik zostanie odpowiednio nagrzany, a budynek przez następny dzień będzie korzystał z energii zgromadzonej w buforze.
To właśnie nazywamy pracą buforową lub akumulacyjną.
Jak duży bufor zastosować przy pracy akumulacyjnej?
Jeżeli inwestor chce pracować akumulacyjnie, powinien zastosować większą pojemność buforową.
Może to być:
- jeden duży zbiornik,
- dwa zbiorniki,
- trzy zbiorniki,
- albo większy układ akumulacyjny.
Wszystko zależy od dostępnego miejsca w kotłowni oraz oczekiwań użytkownika.
Im większa pojemność buforowa, tym dłużej budynek może pracować bez ponownego rozpalania kotła. Trzeba jednak pamiętać, że większy bufor wymaga również dostarczenia większej ilości energii, aby go nagrzać.
Nie chodzi więc o to, żeby w każdej kotłowni montować jak największą liczbę zbiorników. Instalacja powinna być dopasowana do potrzeb użytkownika.
Najważniejsze pytanie brzmi:
Ile czasu inwestor chce ogrzewać budynek bez ponownego dokładania drewna do kotła?
Od tego zależy rzeczywista potrzebna pojemność akumulacyjna.
Praca standardowa a praca akumulacyjna
To rozróżnienie jest bardzo ważne.
Przy pracy standardowej bufor odbiera nadmiar energii, ale kocioł nadal pracuje na bieżąco i regularnie ogrzewa budynek.
Przy pracy akumulacyjnej celowo nagrzewamy zbiornik lub zbiorniki do wysokiej temperatury, następnie przestajemy palić i przez określony czas korzystamy wyłącznie z energii zgromadzonej w wodzie.
Przy pracy standardowej wskazane jest, aby w instalacji znajdował się przynajmniej jeden bufor.
Przy pracy akumulacyjnej instalację można rozbudować o większą ilość wody na krótkim układzie. Może to być jeden duży zbiornik, dwa zbiorniki albo trzy zbiorniki, w zależności od potrzeb użytkownika i możliwości kotłowni.
Różne wymagania producentów kotłów
Producenci kotłów mogą określać różne minimalne wymagania dotyczące pojemności bufora.
Przykładowo producent kotłów Blaze może wskazywać około 40 litrów pojemności bufora na każdy kilowat mocy kotła.
W przypadku kotłów Atmos może to być około 50 litrów na każdy kilowat mocy, zależnie od konkretnego modelu i aktualnej dokumentacji producenta.
Przy kotle Atmos o mocy 27 kW i założeniu około 50 litrów na kilowat otrzymujemy pojemność przekraczającą 1000 litrów.
Trzeba jednak wyraźnie zaznaczyć, że dokładne wartości należy zawsze sprawdzić w instrukcji konkretnego kotła. Poszczególne modele i producenci mogą mieć inne wymagania.
Minimalna pojemność bufora wynikająca z instrukcji producenta nie musi być taka sama jak pojemność potrzebna do pełnej pracy akumulacyjnej. To są dwie różne kwestie.
Wymaganie producenta określa minimalne warunki pracy urządzenia. Natomiast wielkość instalacji akumulacyjnej zależy również od oczekiwań użytkownika.
Wymagania programu „Czyste Powietrze”
W praktyce spotykamy się również z wymaganiami dotyczącymi określonej ilości wody w instalacji, które są stosowane przy realizacji inwestycji w ramach programu „Czyste Powietrze”.
Moim zdaniem problem pojawia się wtedy, gdy jeden ogólny parametr zostaje zastosowany do wielu różnych konstrukcji kotłów.
Kotły dostępne na rynku znacznie się od siebie różnią. Niektóre są prostsze konstrukcyjnie, inne są bardziej zaawansowane technologicznie, mają regulację mocy, sterowanie wentylatorem i możliwość dopasowywania pracy do aktualnego zapotrzebowania budynku.
Narzucona ilość wody może więc nie zawsze odpowiadać rzeczywistym potrzebom konkretnej instalacji.
W efekcie klient może zostać zmuszony do montażu bardzo dużego bufora, mimo że nie chce pracować akumulacyjnie i nie potrzebuje tak dużej pojemności.
Moim zdaniem jest to zbyt ogólne podejście. Dobór powinien uwzględniać:
- rodzaj kotła,
- jego możliwości sterowania,
- zakres regulacji mocy,
- zapotrzebowanie budynku,
- sposób użytkowania instalacji,
- oczekiwania inwestora,
- możliwości techniczne kotłowni.
Aktualne wymagania programu oraz dokumentację producenta należy każdorazowo sprawdzić przed wykonaniem instalacji.
Problem dostępnych pojemności buforów
Kolejnym praktycznym problemem jest dostępność zbiorników o określonych pojemnościach.
Z obliczeń może wynikać, że instalacja potrzebuje na przykład:
- 1100 litrów,
- 1200 litrów,
- 1300 litrów.
Tymczasem na rynku najczęściej spotykamy zbiorniki o typowych pojemnościach:
- 800 litrów,
- 1000 litrów,
- 1500 litrów,
- 2000 litrów.
Nie zawsze można więc kupić bufor dokładnie odpowiadający wartości wynikającej z przeliczenia litrów na kilowat mocy.
W praktyce trzeba dobrać najbliższy dostępny zbiornik albo zastosować kilka mniejszych zbiorników. Należy jednak uwzględnić miejsce w kotłowni, sposób ich połączenia oraz prawidłowe przepływy w całym układzie.
Nie każda kotłownia pomieści duży bufor
Nie każda kotłownia pozwala na zamontowanie dużego zbiornika akumulacyjnego.
Ograniczeniem może być:
- powierzchnia pomieszczenia,
- wysokość kotłowni,
- szerokość drzwi,
- układ ścian,
- możliwość wniesienia zbiornika,
- dostęp do kotła,
- dostęp do wyczystek,
- możliwość późniejszego serwisowania instalacji.
Może się okazać, że z obliczeń wychodzi duży bufor, ale fizycznie nie ma możliwości zamontowania go w pomieszczeniu.
Nie powinno się zmuszać inwestora do montowania zbiornika, który utrudni dostęp do kotła albo uniemożliwi prawidłowe wykonanie instalacji.
Dlatego przed doborem bufora trzeba sprawdzić rzeczywiste możliwości kotłowni.
Kotły z regulacją mocy a wielkość bufora
Na rynku dostępne są kotły, które mogą regulować swoją moc w szerokim zakresie, na przykład od około 30 do 100 procent mocy nominalnej.
Przykładem mogą być bardziej zaawansowane kotły Blaze.
Wentylator może pracować z różnym obciążeniem, dzięki czemu kocioł dopasowuje swoją moc do aktualnego zapotrzebowania instalacji.
Jeżeli wentylator pracuje z mniejszą wydajnością, kocioł zmniejsza swoją moc. Jeżeli zapotrzebowanie rośnie, urządzenie może pracować z większą mocą.
W takich urządzeniach duży bufor nie zawsze jest potrzebny w takim samym stopniu jak w przypadku kotłów, które pracują głównie z wysoką mocą.
Bufor nadal powinien znajdować się w instalacji, ale jego pojemność może być mniejsza.
Wymagania ogólne nie zawsze uwzględniają możliwości regulacji nowoczesnych kotłów. Dlatego jeden parametr określający liczbę litrów na kilowat nie zawsze będzie odpowiedni dla każdego urządzenia.
Co dzieje się z nadmiarem energii bez bufora?
Kocioł na zgazowanie drewna najlepiej pracuje przy wysokiej temperaturze spalania i odpowiedniej mocy.
Jeżeli budynek nie jest w stanie odebrać całej wytworzonej energii, nadmiar ciepła musi zostać gdzieś przekazany.
Jeżeli w instalacji znajduje się bufor, energia jest magazynowana w wodzie znajdującej się w zbiorniku.
Jeżeli bufora nie ma, część energii zostaje oddana do instalacji, nawet jeśli budynek nie potrzebuje już takiej ilości ciepła. Część może również zostać utracona przez komin wraz ze spalinami o wyższej temperaturze.
Bufor odbiera więc energię, która w przeciwnym razie mogłaby zostać zmarnowana.
Buforowanie odbywa się przede wszystkim wtedy, kiedy kocioł ma wysoką temperaturę spalania i pracuje z dużą mocą. Jeżeli obiekt nie pobiera całej tej mocy, jej nadmiar powinien zostać odebrany przez zbiornik akumulacyjny.
Przepływy i średnice przewodów
Przy doborze kotła i bufora nie można zapominać o przepływach oraz średnicach przewodów zamontowanych w kotłowni.
Samo ustawienie dużego zbiornika nie gwarantuje jeszcze prawidłowego działania instalacji.
Trzeba zapewnić:
- odpowiedni przepływ wody,
- właściwe średnice przewodów,
- prawidłowe połączenie kotła z buforem,
- możliwie małą liczbę niepotrzebnych oporów,
- odpowiednie rozmieszczenie pomp i zaworów,
- zgodność układu z wymaganiami producenta.
Jeżeli przewody będą zbyt małe albo przepływy nie będą prawidłowe, kocioł może nie być w stanie skutecznie przekazać energii do bufora.
Jest to osobny, szeroki temat, ale trzeba o nim pamiętać już na etapie projektowania kotłowni.
Zabezpieczenie temperatury powrotu
Bardzo ważnym elementem instalacji jest zabezpieczenie kotła przed zbyt niską temperaturą wody powracającej.
Moim zdaniem dobrą temperaturą powrotu dla kotła na zgazowanie drewna jest około 70°C.
Do wykonania takiego zabezpieczenia można zastosować:
- zawór termoregulacyjny,
- tak zwany Laddomat.
Laddomat może być wyposażony w różne wkładki temperaturowe, między innymi:
- 65°C,
- 72°C,
- 77°C,
- 78°C,
- albo wyższe.
W praktyce często spotyka się wkładki o temperaturze około 78°C. Według moich doświadczeń montażowych taka wartość może być zbyt wysoka, ponieważ powoduje pracę kotła przy temperaturach przekraczających 85°C.
Przy bardzo dobrym paliwie i jednoczesnym zaniku prądu mogą wtedy uruchamiać się systemy zabezpieczające kotła.
Moim zdaniem temperatura pracy kotła na poziomie około 70-85°C jest w zupełności wystarczająca, a zawór termoregulacyjny powinien otwierać się przy temperaturze około 70°C.
Jest to jednak opinia wynikająca z praktyki montażowej. Ostateczne rozwiązanie zawsze powinno uwzględniać instrukcję danego producenta.
Bufor powinien być, ale nie zawsze musi być ogromny
Podstawowa zasada jest taka, że kocioł na drewno powinien współpracować z buforem.
Nie oznacza to jednak, że w każdej instalacji trzeba montować zbiornik o pojemności 1000, 1500 czy 2000 litrów.
Dla kotła o mocy około 20 kW bufor o pojemności 500-600 litrów może być wystarczający do standardowej pracy instalacji, jeżeli jest to zgodne z wymaganiami producenta.
Montaż zbiorników o pojemności przekraczającej 800 lub 1000 litrów ma uzasadnienie przede wszystkim wtedy, gdy inwestor rzeczywiście chce korzystać z pracy akumulacyjnej albo gdy takiej pojemności wymaga producent konkretnego urządzenia.
Wymuszanie na każdym kliencie montażu bardzo dużych zbiorników jest moim zdaniem przesadą.
Nie wszyscy chcą pracować akumulacyjnie. Nie wszyscy mają miejsce w kotłowni. Nie każdy budynek i nie każdy kocioł potrzebuje takiej samej ilości wody w instalacji.
Dobór kotła i bufora musi być wspólny
Kotła i bufora nie powinno się dobierać osobno.
Najpierw dobieramy kocioł do budynku i zapotrzebowania na ciepło. Następnie dopasowujemy do niego zbiornik akumulacyjny, biorąc pod uwagę sposób pracy instalacji oraz oczekiwania inwestora.
Można więc powiedzieć, że jest to dobór całego zestawu:
budynek – kocioł – bufor – sposób użytkowania.
Jeżeli inwestorowi zależy na prostej, standardowej pracy, wystarczający może być mniejszy bufor, którego zadaniem będzie odbieranie nadmiaru energii i stabilizowanie pracy kotła.
Jeżeli natomiast użytkownik chce nagrzać zbiorniki, wygasić kocioł i przez kolejny dzień korzystać z nagromadzonego ciepła, potrzebna będzie większa pojemność akumulacyjna.
Jeżeli zależy mu na rzadszym dokładaniu drewna, można również rozważyć kocioł o jeden model większy, z większą komorą załadowczą.
Wszystkie te elementy muszą być dobierane razem.
Podsumowanie
Dobór kotła na zgazowanie drewna powinien zaczynać się od określenia zapotrzebowania budynku na ciepło. Następnie trzeba uwzględnić sposób obsługi kotła, oczekiwania inwestora oraz możliwości techniczne kotłowni.
Kocioł można delikatnie przewymiarować, najczęściej o jedną pozycję w szeregu mocy, aby uzyskać większą komorę załadowczą i ograniczyć częstotliwość dokładania drewna. Warunkiem jest jednak zastosowanie odpowiedniego bufora.
Przy standardowej pracy instalacji bufor powinien odbierać nadmiar energii i stabilizować pracę kotła.
Przy pracy akumulacyjnej jego zadaniem jest zgromadzenie takiej ilości ciepła, aby po wygaszeniu kotła budynek mógł przez określony czas korzystać wyłącznie z energii zgromadzonej w zbiornikach.
Trzeba również uwzględnić wymagania producenta, możliwości regulacji mocy kotła, przepływy, średnice przewodów oraz rzeczywistą dostępność zbiorników o określonych pojemnościach.
Najważniejsze jest więc nie samo zastosowanie bufora, ale jego prawidłowe dopasowanie do kotła, budynku, sposobu pracy instalacji i rzeczywistych potrzeb użytkownika.
