Ogrevanje s sodobnimi plinskimi kotli

Delitev plinskih kotlov

Sodobni kotli na plinasta goriva so nizkotemperaturni ali kondenzacijski. Glede na konstrukcijsko izvedbo jih delimo na talne in stenske, glede na dovod zraka do plinskega gorilnika pa na kotle z atmosferskim gorilnikom (pretok zraka naraven) in kotle s tlačnim gorilnikom (prisilni pretok zraka s pomočjo ventilatorja).

1. Nizkotemperaturni kotli

Pri nizkotemperaturnih (NT) kotlih je temperatura ogrevalne vode med 40 in 75 °C, kar zavisi od zunanje temperature. Pri teh kotlih ne izkoriščamo kondenzacijske toplote, vendar so kljub temu zelo učinkoviti in ekonomični, normirani izkoristki znašajo do 95 odstotkov. Sodobni talni plinski NT kotli so večinoma izdelani v kompaktni izvedbi, ki združuje obtočno črpalko za ogrevno vodo, raztezno posodo in digitalno krmiljenje oziroma regulacijo kotla (slika 1).

Slika 1: Talni kompaktni NT kotel

Takšna izvedba je zlasti primerna pri novogradnji, medtem ko pri posodobitvi ogrevalnega sistema vgradimo osnovno izvedbo, ki omogoča uporabo obstoječe opreme v kurilnici. Kotel je modulno zasnovan, kar omogoča enostavno razširitev.

Slika 2: NT kotel s tremi ogrevalnimi krogi

Optimalno prilagoditev ogrevalne moči omogoča samodejno prilagodljiva ogrevalna krivulja (temperaturne nastavitve ogrevanja in temperature vode v hranilniku). Časovno programiranje, poletno/zimski preklop v odvisnosti od zunanje temperature omogoča energijsko varčno obratovanje. Vgrajen je program za nastavitev vseh za regulacijo pomembnih parametrov in delovanje analognih komponent (gorilnik, obtočne črpalke, itd).

Optimalna nastavitev se vrši glede na gradbeno sestavo zunanjega ovoja zgradbe (masivna ali montažna gradnja, toplotna zaščita) in sistema centralnega ogrevalnega sistema.  Na spremembo zunanje temperature se zgradbe odzivajo hitro ali počasi. Pri masivnih zgradbah (opeka, kamen) lahko traja precej časa, preden zaradi spremenjene zunanje temperature pride do spremembe temperature v prostorih. Pri montažnih hišah je ta zakasnitev precej krajša. Regulatorji v sistemih ogrevanja zato upoštevajo t.i. i »termično konstanto zgradbe«. Tako so preprečeni nepotrebni in prepogosti vklopi gorilnika, s čimer dosežemo manjšo porabo goriva ter nižje emisije škodljivih snovi v okolje.

Kotli imajo vgrajene atmosferske ali tlačne gorilnike. Atmosferski gorilnik po injektorskem principu plinu primešava zgorevalni zrak pri čemer se gorenje plamena nadzira elektronsko. Atmosferski predmešalni gorilnik omogoča kvalitetno zgorevanje in nizke temperature plamena, saj se mešanica plina in zraka že pred zgorevanjem optimalno pripravi, kar ima za posledico nizke emisije NO_x. Normirani izkoristki znašajo do 95 odstotkov.

Tlačni gorilniki se uporabljajo za nekoliko večje moči in so glasnejši od atmosferske izvedbe. Gorilnik z moduliranim načinom obratovanja prilagaja obratovanje kotla trenutnim potrebam po toploti. Zaradi samodejnega prilagajanja vleka dimnih plinov je zgorevanje prilagojeno trenutnim obratovalnim pogojem (na primer pri spremenljivem vremenu), nizke so tudi emisije škodljivih snovi. V toplem ali prehodnem obdobju obratuje kotel z manjšo toplotno močjo, kar vodi k manjšemu številu vklopov/izklopov gorilnika. Poleg prihranka goriva takšno obratovanje povzroča tudi manj emisij CO₂ in NO_x. Običajno je manj kot 15 odstotkov celotne ogrevalne sezone v področju pod – 5 °C, zato ni nobenega razloga, da bi plinski kotel obratoval v večini sezone s polno močjo. Pri gorilnikih z moduliranim obratovanjem je prilagajanje v področju moči 30 do 100 odstotkov hitro, tako da pri spremenljivih zunanjih temperaturah ali trenutnem vklopu porabnika toplote ne pride do prenizke temperature vode v kotlu.

Na sliki 3 je prikazan izkoristek sodobnega NT kotla v primerjavi s standardnim plinskim stenskim kotlom. Pri zmanjšanju moči NT kotla se izkoristek povečuje, kar je pomembno, ker kotel pretežno časa obratuje z zmanjšano toplotno močjo.

Slika 3: Izkoristek sodobnega NT kotla v primerjavi s standardnim plinskim stenskim kotlom

2. Kondenzaciski kotli

Pri kondenzacijskih kotlih izkoriščamo še kondenzacijsko toploto, zato so računski izkoristki še boljši in dosegajo teoretično 111 odstotkov pri uporabi zemeljskega plina in 108 do 109 odstotkov pri uporabi utekočinjenega plina (propana - butana). Tako visokih izkoristkov pri obratovanju ne dosegamo, saj zaradi spremenljivega temperaturnega režima, ki ji odvisen od temperature okoliškega zraka in posledičnih toplotnih izgub (izgube z dimnimi plini, sevalne izgube, neizkoriščena kondenzacijska toplota), kotel ne obratuje z maksimalno možno stopnjo kondenzacije. Kondenzacijski kotli na zemeljski plin dosegajo normirane izkoristke do 109 odstotkov pri ogrevalnem režimu 40/30°C.

Normiran izkoristek služi za primerjavo med kotli različnih proizvajalcev. Izračunana vrednost pove, v kolikšnem odstotku se pri obratovanju kotla v ogrevalni sezoni vnesena energija z gorivom pretvori v koristno ogrevalno toploto.

V kondenzacijski tehniki je vloga ogrevalnih površin bistveno drugačna kot pri NT kotlih. Pri NT kotlih morajo ostati površine »suhe«, pri kondenzacijskih kotlih pa vodna para, ki se nahaja v dimnih plinih, na ogrevalnih površinah kondenzira. Kondenzacija vodne pare zahteva posebno izvedbo površin, da se dimni plini čimbolj ohladijo in je s tem omogočena čim bolj intenzivna kondenzacija (temperatura rosišča vodne pare pri zemeljskem plinu je pri približno 57 °C). Gibanje dimnih plinov in kondenzata je v isti smeri, kar omogoča stalno izpiranje ogrevalnih površin z rahlo kislim kondenzatom (samočistilni efekt). Pri režimu ogrevanja 40/30° C in povezavi z nižjimi temperaturami dimnih plinov (nekaj stopinj nad temperaturo povratka), znašajo normirani izkoristki kotlov do 109 odstotkov.

Pri klasičnih gorilnikih je presežek zraka zaradi nepopolnega mešanja z gorivom razmeroma velik. Toplotne izgube in poraba goriva se zaradi tega povečajo. Sodobni kondenzacijski kotli imajo vgrajene sevalne gorilnike (slika 4) in modulirano regulacijo moči. Nadzor nad količino zgorevalnega zraka se izvaja z merjenjem njegove količine. Osnovna elementa regulacije sta sonda za merjenje O₂ in nadzorna krmilna avtomatika. Tako se stalno nadzoruje in vzdržuje konstantna vrednost kisika v dimnih plinih ter po potrebi spreminja količina zgorevalnega zraka.

Slika 4: Sevalni gorilnik

Sevalni gorilniki sodijo v vrsto nadtlačnih gorilnikov. Zaradi posebne izvedbe zgorevalne površine se večji del toplote razvije in prenese na okoliški zrak s sevanjem. Plin do gorilnika priteka prisilno, to je s pomočjo ventilatorja. Presežek zraka za zgorevanje goriva znaša 1,1 do 1,3 (10 do 30 odstotkov) in zagotavlja popolno mešanje zraka in goriva. Nastala zmes se enakomerno porazdeli na površini gorilnika, ki ima obliko polkrogle, izdelane iz fine mrežice iz nerjavečega jekla. Zgorevanje na površini poteka brez intenzivnega plamena (mrežica, ki je odporna na visoke temperature dejansko žari). Dobro zgorevanje zagotavlja zelo nizke emisije CO in NO_x. Uporablja se tudi ravna izvedba, kjer se za izdelavo površine koristi keramika.

Na sliki 5 je prikazana izvedba kotla z vgrajenim sevalnim gorilnikom (poz.1), ki ima ogrevalne površine izdelane iz visoko legiranega in proti koroziji odpornega plemenitenega jekla (zlitina krom - molibden, poz.2). Površine s protismernimi rebri (vtiski) intenzivno zvrtinčijo dimne pline. Nameščene so navpično, da nastali kondenzat lahko neovirano odteka, obenem pa se površine s tem tudi čistijo. Vgrajeni sta dve obtočni črpalki z reguliranim številom vrtljajev za paralelno ogrevanje prostorov in sanitarne vode (poz.3), digitalna regulacija (poz.4) in priključni blok za povratek. K opremi kotla še spada sistem za odvajanje dimnih plinov in dovajanje zraka.



Viri: www.viessmann.si, www.buderus.si, www.weishaupt.si, www.vaillant.si, gradivo firme Baltur, Italija


Avtor: Bojan Grobovšek