Kotły kondensacyjne – jak porównać sprawność i efektywność

Inwestując w nowy dom lub modernizację starego, prędzej czy później staje się przed decyzją dotycząca wyboru właściwego sposobu ogrzewania budynku. Konsekwencje takiej decyzji będą odczuwane przez wiele lat, dlatego kwestia wyboru źródła ciepła jest w gruncie rzeczy kluczowa. Chcąc pozostać w zgodzie z najnowszymi regulacjami prawnymi (krajowymi i unijnymi) oraz pragnąc korzystać z rozwiązań przyjaznych środowisku naturalnemu, należy skierować swoją uwagę ku kondensacyjnym kotłom gazowym.

Jak działają kotły kondensacyjne i jak wygląda ich efektywność

Kondensacyjne kotły to urządzenia znacznie różniące się od kotłów tradycyjnych. Nie wchodząc zbyt głęboko w szczegóły, można tą różnicę opisać w następujący sposób: w kotłach tradycyjnych spaliny posiadające spory potencjał energetyczny – gdyż ich temperatura oscyluje w okolicach 100ºC – usuwane są wprost do otoczenia, a więc ich ciepło zostaje bezpowrotnie utracone. Natomiast w kotłach kondensacyjnych ze spalin odbiera się energię cieplną i wypuszcza je dopiero po tym procesie. Usuwane są wówczas na zewnątrz, do atmosfery, z temperaturą własną oscylująca wokół 35-40ºC. Proces odbierania nadwyżki ciepła ze spalin odbywa się poprzez wykorzystanie zjawiska kondensacji, które nadało nazwę kotłom tego rodzaju. Aby odzyskać ciepło ze spalin należy poddać je kondensacji, co oznacza ich mocne schłodzenie skutkujące wykropleniem wody w nich zawartej. Odebrane podczas schładzania spalin ciepło, można wykorzystać do ogrzewania wody w instalacji grzewczej i/lub wody użytkowej. Efekt? – dodatkowe oszczędności spowodowane nieco mniejszym zapotrzebowaniem na paliwo i wyższa skuteczność grzewcza, co zarazem oznacza szybsze zwracanie się całej inwestycji. Kotły kondensacyjne to zdecydowanie najlepiej rozwinięte dziś urządzenia grzewcze, które najpełniej wykorzystują energię zawartą w paliwie. Kondensacja pozwalająca na odzyskiwanie ciepła ze spalin, wsparta najnowocześniejszymi rozwiązaniami technicznymi, prowadzi do pracy kotła oszczędniejszej (w porównaniu do tradycyjnych i starych kotłów) o co najmniej 10%, a bywa że i o 30%. Wpływ na sukces kotłów kondensacyjnych ma wiele czynników, ale trzy są kluczowe.

Pierwszym z nich jest elektronika i automatyka kontrolująca proces spalania podczas normalnej pracy kotła. Chodzi tu nie tylko o optymalizowanie czasu pracy kotła, utrzymywanie najwyższej sprawności przy zmiennej jakości paliwa, czy też o programowanie dziennych i nocnych temperatur, ale też o właściwe i elastyczne dopasowanie mocy i innych parametrów pracy do warunków panujących na zewnątrz i wewnątrz budynku (sterowanie regulatorem pogodowym, pokojowym lub obydwoma naraz). Nie można też zapomnieć o szerokim zakresie modulacji grzewczej, np. w zakresie 20-100% mocy. Drugim czynnikiem jest odpowiednia jakość i zaawansowanie technologiczne palników (np. promiennikowe bezpłomieniowe), które optymalnie wykorzystują energię paliwa i wręcz bezstratnie przekazują ciepło wodzie poprzez promieniowanie. Trzecim zaś jest sprawność i jakość (trwałość) wymiennika spaliny/woda, która w dużej mierze uzależniona jest od materiałów i powłok zastosowanych w procesach produkcyjnych i która im jest wyższa, tym lepiej dla inwestora i jego komfortu oraz portfela.

Jak porównywać kotły: sprawność, efektywność energetyczna, normy i inne parametry

Porównując ze sobą kotły kondensacyjne dostępne na rynku, każdy inwestor powinien wpierw ustalić jaką moc powinien mieć kocioł w warunkach danej inwestycji. Projektanci instalacji CO oraz zasilania w ciepłą wodę robią to profesjonalnie i zawsze są w stanie określić optymalny przedział mocy. W dalszym postępowaniu pojawiają się znacznie ważniejsze parametry, takie jak sprawność kotłów i ich efektywność energetyczna. Przy wyborze kotła spośród kilku produktów, każdy z tych parametrów trzeba porównać, by finalnie podjąć właściwą decyzję. Jednak często zrozumienie co się kryje za tymi określeniami nastręcza inwestorom sporo kłopotów. Wielu ze zdumieniem czyta specyfikacje techniczne, z których wynika, że kocioł osiąga np. 109% sprawności. Jak to rozumieć i z jakich norm to wynika? – o tym w poniższych podrozdziałach.

• Sprawność kotłów

Ten parametr obrazuje stosunek energii wprowadzonej do kotła – pod postacią paliwa – do energii otrzymanej w procesie spalania. Jest oczywiste, że maksymalny poziom tego wskaźnika może wynosić 100%. Taki najprostszy sposób obliczania sprawności kotłów, nie uwzględniający kolejnego procesu pozyskiwania energii podczas kondensacji pary wodnej zawartej w spalinach, określany jest sprawnością „Hi”. Pozwala on w gruncie rzeczy porównywać wszystkie kotły, ale w przypadku kondensacyjnych dochodzi w sposób oczywisty do niedoszacowania sprawności. Dlatego w USA, a potem Europie Zachodniej pojawił się kolejny wskaźnik – sprawność „Hs” – który uwzględnia nie tylko wartość opałową paliwa dostarczonego do kotła, ale też wartość ciepła odzyskanego podczas kondensacji pary wodnej, którą zawierają spaliny. Stąd ta nadwyżka ponad sto procent. Przy takim sposobie liczenia sprawności, wskaźniki podawane przez producentów na poziomie 109% (skroplone gazy węglowodorowe) czy nawet 111% (gaz ziemny) są już zrozumiałe. Warto pamiętać, że producenci mogą podawać dane dotyczące sprawności kotłów w oparciu o standard „Hi” lub „Hs”, dlatego należy się upewnić z którym z nich mamy do czynienia i porównywać kotły opierając się tylko na jednym z nich – najlepiej na sprawności „Hs”.
Wydaje się to wszystko już proste i jasne, lecz niestety kwestia sprawności kotłów jest bardziej skomplikowana, gdyż w Niemczech zaczęto stosować jeszcze jedną metodę liczenia sprawności kotłów kondensacyjnych, którą określono mianem „normatywnej sprawności kotła”. Została ona zdefiniowana przez niemiecką normę DIN 4702 cz.8 i stworzono ją po to, by sprawność kotłów porównywać nie tylko przy maksymalnej i minimalnej mocy, czyli najprościej jak się da, ale mając na uwadze całoroczną zmienność warunków eksploatacji. Norma co prawda od początku obowiązywała tylko na terenie Niemiec, ale producenci dość szybko zaczęli podawać normatywną sprawność kotłów dla całego europejskiego rynku. W tej metodzie sprawność kotłów obliczało się dla temperatur 75/60ºC (grzejniki) i 40/30ºC (ogrzewanie podłogowe) przy pięciu różnych obciążeniach kotła odpowiadających częstotliwości występowania różnych temperatur zewnętrznych na obszarze dziesięciu najbardziej reprezentatywnych miejscowości w Niemczech (obciążenia 13%, 30%, 39%, 48% i 63%). Paradoksalnie w tym samym czasie, czyli przez ostatnie ponad 20 lat, w całej Europie obowiązywały zasady Dyrektywy 92/42/EWG z późniejszymi zmianami wprowadzonymi w 2008 roku, która nakazywała obliczanie sprawności według prostszej metody. Specyfika obliczania sprawności „po niemiecku” była na tyle inna, że z reguły prowadziła do lekkiego przeszacowania sprawności kotła i dawała wynik o około 2% wyższy, niż miało to miejsce w przypadku sprawności liczonej „po europejsku”. Zdarzały się więc sytuacje takie, że producent wyliczał sprawność wg. niemieckiej normy, ale w specyfikacji sugerował, iż parametr został wyliczony według europejskiej dyrektywy.

Dziś w Unii Europejskiej już od niemal trzech lat sprawność kotłów kondensacyjnych wylicza się według Dyrektywy ErP wspartej Dyrektywą ELD (obie przyjęte w 2013, wprowadzone zaś w 2015 roku). Jest to tak zwana „średnioroczna efektywność energetyczna” stanowiąca obowiązujący obiektywny parametr dla wszystkich produktów wszystkich producentów obecnych na rynku unijnym, który oparto na jednolitych kryteriach.
Sprawność kotłów jest bardzo ważnym parametrem, gdyż pozwala obiektywnie porównać kotły różnych producentów – pod warunkiem, że inwestor ma podane identycznie liczone sprawności. Należy pamiętać co się za tym wszystkim kryje, o tym, że sprawność przekłada się na oszczędności inwestora, a więc i na czas, po jakim inwestycja się zwróci. To oczywiste, że im jest wyższa, tym mniejsze jest zużycie paliwa i zarazem tym tańsze jest ogrzewanie obiektu (domyślnie domu). Jest tu jednak jeszcze jeden aspekt: im mniej spala się paliwa, tym mniej zanieczyszczeń emituje się do atmosfery – warto mieć tą kwestię na uwadze.

Efektywność energetyczna kotłów

Wspomniane wcześniej dyrektywy ErP i ELD obowiązujące od września 2015 roku, wprowadziły szereg nowych wymogów dla wyrobów oferowanych w branży grzewczej, które nie ominęły oczywiście i kotłów kondensacyjnych. Dyrektywa ErP, która ma na celu poprawę wydajności energetycznej produktów na rynku UE – a poprzez to ograniczenie emisji CO2 – pozwala wprowadzać na rynek wyłącznie urządzenia grzewcze spełniające określone normy efektywności energetycznej, natomiast dyrektywa ELD wprowadziła klasy efektywności energetycznej dla urządzeń grzewczych i nałożyła na producentów i importerów obowiązek znakowania urządzeń odpowiednimi etykietami efektywności energetycznej. Obowiązek ten oznacza umieszczanie etykiet (zwanych energetycznymi) nie tylko na samym produkcie, ale też we wszystkich materiałach informacyjnych, które trafiają w ręce klientów, a więc w folderach reklamowych, katalogach, cennikach, na stronach internetowych itp. Większość z nas kojarzy już te etykiety z branżą AGD i produktami takimi, jak choćby lodówki czy kuchenki mikrofalowe.

Wracając jednak do samego pojęcia efektywności energetycznej, warto zauważyć, że wielu inwestorów nie jest pewnych co dokładnie należy rozumieć pod tym terminem. Często utożsamiają ją – na zasadzie uproszczenia – z energooszczędnością, a tymczasem nie tyle jest ona energooszczędnością, co stosunkiem wielkości efektu użytkowego danego urządzenia (przy standardowej eksploatacji), do ilości energii zużywanej przez to urządzenie. Innymi słowy: jeśli przy takiej samej konsumpcji energii udaje się uzyskać większy efekt użytkowy, bądź przy zachowaniu tego samego efektu użytkowego skonsumować wyraźnie mniej energii, wówczas możemy mówić o wyższej efektywności energetycznej.
Etykiety energetyczne nie tylko określają podstawowe funkcje urządzeń i ich wydajność, ale przede wszystkim umożliwiają inwestorom porównywanie kotłów grzewczych nie tylko ze względu na sprawność, ale też koszty eksploatacji. Jednolite etykiety przyporządkowują każde urządzenie do którejś z kilku klas energetycznych w zakresie dziesięciu klas – od najniższej klasy D do najwyższej klasy A, która dzieli się na podklasy A+, A++ i najlepszą A+++. Co więcej, etykiety są osobne dla pracy w trybie ogrzewania wody w instalacji CO i dla pracy w trybie ogrzewania c.w.u. Dzięki temu klienci mają ułatwione zadanie gdy przychodzi do porównywania wyrobów pod kątem ich efektywności, energooszczędności i gdy chcą oszacować przyszłe koszty eksploatacji urządzenia w określonym przedziale czasu.

Oprócz dwóch wyżej opisanych parametrów kotłów kondensacyjnych, inwestor musi przeanalizować jeszcze takie kwestie jak wspomniana wcześniej modulacja mocy grzewczej czy hałas generowany przez urządzenie podczas pracy przy pełnej mocy, jak też mniej techniczne kwestie, czyli okres gwarancji, jaką urządzenie objęto czy szybkość reakcji serwisu w sytuacji awaryjnej. Znaczenie zakresu modulacji mocy zostało wyczerpująco opisane przez naszych Ekspertów, natomiast krótkiego omówienia wymagają jeszcze wymienniki – główny (palnik / woda) i dodatkowy (spaliny / woda), które w praktyce stanowią praktycznie jeden podzespół, gdyż z reguły wymiennik dodatkowy to po prostu wydzielona część wymiennika głównego, oddzielona tylko przegrodą termiczną. Inwestor powinien tu zwrócić uwagę na zastosowane materiały. Najlepiej jeśli wykorzystano połączenie aluminium i krzemu, które jest bardzo odporne na działania kondensatu o kwaśnym odczynie, a zarazem ma świetne właściwości jeśli chodzi o przewodzenie ciepła. Jeśli zaś wymienniki wykonane są ze stali, to musi ona być kwasoodporna – jeśli nie jest, wówczas nie ma gwarancji, że materiał wytrzyma w dłuższym przedziale czasu działanie kondensatu. Wracając do kwestii hałasu – ma to głównie znaczenie w przypadku kompaktowych kotłów, które mogą się znajdować np. w kuchni, a więc pomieszczeniu, w którym ludzie spędzają sporo czasu. Jeśli inwestor planuje takie rozwiązanie, wówczas porównanie poziomu generowanego hałasu jest nieodzowne. I zarazem bardzo łatwe – te dane najczęściej umieszczane są na etykietach energetycznych wraz z wieloma innymi danymi.

Podsumowanie

Każdy kocioł kondensacyjny może ogrzać dom i podgrzać wodę użytkową. Ale nie każdy sprosta wymaganiom danego domu i danej rodziny, gdyż za każdym razem jest to indywidualna kombinacja bardzo wielu czynników. Dlatego warto uważnie wybierać, dopasowując moc, modulację, sprawność i elastyczność działania kotła do specyfiki swoich potrzeb i wymagań, co pozwoli uniknąć kłopotliwych sytuacji związanych z kolejkami do kąpieli czy najogólniej mówiąc grafikami korzystania przez rodzinę z łazienki.

Łukasz Lewczuk
Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez:
Immergas Polska, De Dietrich Technika
Grzewcza Sp. z o.o., Viessmann Sp. z o.o.,
Wolf Technika Grzewcza Sp. z o.o.
oraz Beretta i RUG Riello