Efektivno izrabljanje toplote v poletnem in zimskem obratovanju kotla

Delovanje kotla v kurilni sezoni

Dinamične toplotne izgube

Naloga kotla v zimskem času je, da z njim ogrevamo prostore in pripravljamo toplo sanitarno vodo. V mesecih, ko ogrevanja ne potrebujemo, se naloga kotla skrči samo na pripravo tople sanitarne vode. V primeru da večje količine vode niso potrebne, se višek toplote izgublja v okolico. Višek toplotnih izgub oziroma poletne dinamične izgube izrazimo z enačbo:
Q_dP= m x c x (t_z– t_g) x n x d_p
V enačbi pomenijo:
c - specifična toplota vode
t_z - zgornja temperatura vode v kotlu
t_s- spodnja temperatura vode v kotla
n - število dni ogrevanja s kotlom
d_p - število letnih dni ogrevanja s kotlom
Dinamične izgube zaradi viška toplote imenujemo dinamične, ker prihaja do njih postopoma. V času ogrevalne sezone prihaja do viška toplote ponoči, ko kotel ne obratuje. Dinamične izgube izrazimo z enačbo:
Q_dZ = m x c x (t_sr – t_s) x d_z
V enačbi pomenijo:
t_sr - srednja temperatura vode v kotlu
d_z – število dni ogrevanja

Statične toplotne izgube

Med obratovanjem kotla pozimi prihaja tudi do statičnih izgub kotla
Q_sZ= k x A x (t_sr– t_P) x D_td x d_z
V enačbi pomenijo:
k - koeficient toplotne prehodnosti izolacije kotla
A - zunanja površina izolacije kotla
D_td – dnevno število ur ogrevanja
d_z – število dni ogrevanja
Konstrukcijske lastnosti kotla so v primeru dinamičnih in statičnih izgub zelo pomembne. Pri statičnih izgubah sta najvažnejša koeficient prehoda toplote izolacije kotla in njegova površina (k . A). Pri dinamičnih izgubah pa sta pomembna količina vode v kotlu in njena specifična toplota (m . c )

Prikaz izračuna dinamičnih in statičnih toplotnih izgub kotla

Obratovanje v kurilni sezoni

Za lažje razumevanje prikaza dinamičnih toplotnih izgub kotla je narejena primerjava med dvema kotloma z različno vsebino vode. Prvi kotel ima maso vode 40 kg, drugi kotel pa 4 kg. Pri obeh kotlih je zmnožek koeficienta toplotne prehodnosti izolacije in njene površine (k . A) enak. Tako znaša:
masa vode v manjšem kotlu: 4 kg
masa vode v večjem kotlu : 40 kg,
(k . A) = 0,1 kW – enako za oba kotla
temperaturni režim 55/40 °C
temperatura zraka v prostoru 20°C
225 – dnevno obratovanje v zimskem času
dnevni režim: 16 ur obratovanja, 8 ur prekinitev obratovanja

Pri 8 urni prekinitvi se kotel ohladi na temperaturo okolice. Toplotne statične izgube kotla znašajo:
Q_sZ = 0,1 kW . 16h/d . 225d/a = 360 kWh/a
Velikost izgub viška toplote kotla oziroma ohlajevanje kotla je odvisno od velikosti kotla (slika 1).
[Slika 1: Diagram ohlajevanja kotla ponoči - v ogrevalni sezoni]

V začetku obratovanja je imel večji kotel zjutraj še temperaturo vode 28,5 °C . To pomeni, da je kotel dejansko še »toplotno aktiven«. Voda v manjšem kotlu pa se je preko noči ohladila na temperaturo 20 °C že po 4 do 5 urah. Zaradi viška toplote preko noči se močno spreminjajo dinamične izgube kotla, kar je prikazano na sliki št. 2. Dinamične izgube za večji kotel znašajo v nočnem času:
Q_dZ = 0,54 kWh/d x 225d/a = 122 kWh/d
In za manjši kotel:
Q_dZ= 0,09 kWh/d x 225d/a = 20 kWh/d
[Slika 2: Diagram izgub kotla zaradi viška toplote preko noči - v ogrevalni sezoni]

Obratovanje v poletnem režimu

Pri obratovanju kotla v poletnem režimu (140 dni za nizkoenergijske hiše in 95 dni za klasične hiše) so bile izvršene meritve ohlajevanja kotla s povprečno temperaturo sanitarne vode 60 °C v času 12 ur. V tem času se je temperatura vode v večjem kotlu znižala za polovico, temperatura vode v manjšem kotlu pa je dosegla temperaturo okolice že po štirih urah (slika 3).
[Slika 3: Diagram ohlajevanja kotla poleti]

Podobno se je dogajajo z dinamičnimi toplotnimi izgubami (slika 4).
[Slika 4: Diagram izgub kotla zaradi viška toplote poleti]
Dinamične toplotne izgube za večji kotel znašajo:
Q_dP= 1,35 kWh/d x 12d-1 x 140d/a = 378 kWh/a
In za manjši kotel:
Q_dP = 0,19 kWh/d x 12d-1 x 140d/a = 53 kWh/a
Na sliki št. 5 je prikazana primerjava izgub manjšega ali večjega kotla zaradi viška toplote.
[Slika 5: Primerjava izgub večjega in manjšega kotla zaradi viška toplote]

Iz primerjave dinamičnih toplotnih izgub lahko sklepamo, da so dinamične izgube zaradi viška toplote pri večjem kotlu večje (slika 5). Pri takšnem sklepanju pa ne smemo poenostavljeno zaključiti, da so zaradi tega kotli z manjšo vsebino vode v vseh primerih ustreznejši zaradi manjših toplotnih izgub. Če imamo vgrajen sistem priprave tople sanitarne vode brez posebnega hranilnika vode, lahko iz primerjave potrebnega časa za segretje sanitarne vode ugotovimo, da večji kotli za segretje vode potrebujejo manj časa. Tako je za segretje sanitarne vode pri manjšem, popolnoma ohlajenem kotlu potrebno 4,5 minute. Večji, že deloma ogreti kotel, pa je za segretje vode potreboval le 36 sekund.

Avtor: Bojan Grobovšek