Podstawowe problemy ogrzewania węglowego

Ogrze­wanie węglowe jest lep­iej zakon­ser­wowane niż mumia Leni­na. Jeśli prze­bi­ja się tu współczes­ność, to efekt wyglą­da jak owiewka z Jel­cza i spo­jler z tek­tu­ry zamon­towane do Kamaza — może ład­niej, ale kom­fort jazdy i spalanie nadal jak w Kamazie. Pewnych “dog­matów” węgla się nie rusza, bo było­by trud­no je zmienić, musi­ało­by to sporo kosz­tować albo zwycza­jnie nie warto, bo ludzie i tak kupu­ją to, co jest.

Tym bardziej warto odno­tować wszelkie pomysły na realne ulep­sze­nie ogrze­wa­nia węglowego — oszczędze­nie ludziom brudu, wysiłku i pieniędzy. Nawet jeśli aktu­al­nie ist­nieją tylko na papierze. Nie ma tego za wiele, ale się zdarza. Właś­ci­wie to Urząd Paten­towy ma w swoich zasobach sporo takich pomysłów np. na kotły dol­nego spala­nia, nier­az sprzed pon­ad pół wieku, które nawet odgrzane dziś były­by nowoś­cią. Nie tyle świad­czy to o doskon­ałoś­ci owych pomysłów, co raczej o nikłym postępie w budowie domowych kotłów.

Niepełnosprawny kocioł wymaga sprawnego palacza

Brud, smród i cięż­ka pra­ca to wciąż nieodłączne cechy węgla. Nawet paląc w kotle poda­jnikowym za 10 000zł (niesłusznie zwanym w uproszcze­niu automaty­cznym) nadal trze­ba sobie choć trochę brudz­ić ręce i płu­ca, biegle rozez­nawać się w proce­sach spala­nia zachodzą­cych w danej chwili w kotle oraz umieć wyciskać min. 20-kilo­we wor­ki na wysokość pon­ad metra. Niedo­god­noś­ci te dziel­nie znosimy w myśl zasady, że trochę brudu i ciężkiej pra­cy jeszcze niko­go (od razu) nie zabiło, ale za to będzie taniej. Nie mamy odwa­gi nawet pomyśleć, że mogło­by być lep­iej.

Ile ciepła a ile smrodu?

Wciąż niewielu wie, że kocioł węglowy posi­a­da określoną sprawność chwilową — i prze­ważnie jest ona fatal­na. Dlat­ego niko­mu nie zależy, by szary człowiek o tym wiedzi­ał. Jeden z niewielu odta­jnionych wykresów obrazu­ją­cych zależność sprawnoś­ci od mocy chwilowej kotła zamieszcza w swo­jej prezen­tacji “Szkodli­wość niskiej emisji w porów­na­niu z ciepłem sys­te­mowym” prof. Andrzej Szlęk z Politech­ni­ki Śląskiej.

sprawnosc_moc_andrzej_szlek

Zależność sprawnoś­ci od mocy chwilowej kotła w warunk­ach badań ates­ta­cyjnych

Co istotne: wykres opisu­je pracę kotła fab­rycznie czys­tego, z kominem szczel­nym, o odpowied­niej wysokoś­ci i przekro­ju. Nikt, jak dotąd, nie odważył się zro­bić pomi­arów w warunk­ach rzeczy­wistych (np. po dwóch sezonach pra­cy, spala­jąc węgiel naby­ty w najbliższym składzie opału, z kominem o zbyt małym przekro­ju i nie całkiem szczel­nym). Moż­na jedynie opier­ać się na relac­jach zwykłych palaczy, zgod­nie z który­mi sumu­jąc błędy w doborze, mon­tażu i obsłudze kotła da się spoko­jnie spaść ze sprawnoś­cią poniżej 30%.
Na tym pole­ga prob­lem prowad­zonych dziel­nie bojów z niską emisją. Bada­nia ates­ta­cyjne pokazu­ją jed­no, a użytkowanie w prze­cięt­nej kotłowni — co innego. Dlat­ego za naszy­mi okna­mi nic się nie zmienia.

To jeśli chodzi o sprawność chwilową. Jeszcze mniej optymisty­cznie wyglą­da sprawność sezonowa. Nawet praw­idłowo dobrany kocioł buja się przez więk­szość sezonu grzew­czego poniżej 50% mocy nom­i­nal­nej. Gdy w takich warunk­ach uda się dojść do 50–60% sprawnoś­ci sezonowej dla kotła zasy­powego i 70% dla kotła poda­jnikowego, moż­na to już uznać za sukces. Tego nieste­ty także nikt nie bada, ale do takich wniosków prowadzi porów­nanie zuży­cia opału do zapotrze­bowa­nia na ciepło w rzeczy­wistych domach np. na pod­staw­ie infor­ma­cji podawanych przez ludzi na CiepłoWłasciwie.pl.

Z podwórka szuflą do piwnicy

Sys­tem dys­try­bucji węgla jest anachron­iczny i par­tyzanc­ki. Pod­jeżdża wywrot­ka, wywala na pod­jazd kil­ka ton czarnego kamienia, które musisz sobie przeszu­flować do piwni­cy, a potem czyś­cić całe pod­wórko z pyłu węglowego, co i tak do koń­ca się nie uda­je. Również komór­ka na węgiel jest cała pokry­ta czarnym pyłem, który roznosi się na sąsied­nie pomieszczenia.

Na każdym etapie trze­ba się nawdy­chać pyłu. Najpierw prze­wala­jąc węgiel do piwni­cy, potem ładu­jąc go do kotła, wybier­a­jąc popiół i wyrzu­ca­jąc go. Jak już jesteśmy przy popiele z węgla: nie jest to odpad korzyst­ny dla środowiska (w prze­ci­wieńst­wie do popi­ołu z drew­na, który jest świet­nym nawozem), a nikt nawet nie pomyśli nad zor­ga­ni­zowanym zagospo­darowaniem go w odpowied­ni sposób. W najlep­szym razie wylą­du­je w koszu na śmieci, w naj­gorszym — na pob­liskiej nieut­ward­zonej drodze, gdzie będzie wzbi­jany w powi­etrze i fil­trowany przez płu­ca prze­chod­niów.

Węgiel jest dla młodych i wys­portowanych. Z komór­ki trze­ba go wtar­gać do kotłowni — codzi­en­nie po kilka­dziesiąt kilo. Kocioł poda­jnikowy wyma­ga umiejęt­noś­ci wyciska­nia kilku­nas­tu kilo­gramów na wysokość min. 1 metra. Każde prz­erzu­canie węgla to mnóst­wo kurzu, podob­nie jak wybieranie i wyrzu­canie popi­ołu, więc dobrze też mieć zdrowe płu­ca. Warto także zarez­er­wować czas i chę­ci na ustaw­ian­ie sterown­i­ka kotła, który po poważniejszej zmi­an­ie jakoś­ci opału może się pogu­bić.

Sprawny kocioł nawet dla niesprawnego palacza

Aktu­al­ność wyżej wymienionych spraw świad­czy o tym, że pro­du­cen­ci kotłów węglowych najpewniej nie uważa­ją ich za prob­le­my, a ludzie kupu­ją to, co zas­ta­ją w sklepie. Pyli­ca płuc i prob­le­my z krę­gosłu­pem są widocznie wlic­zone w ryzyko zawodowe palacza domowego, a jak się komuś nie podo­ba lub nie nastar­cza już ze zdrowiem, to może ogrze­wać innym sposobem.

W zasobach Urzę­du Paten­towego moż­na jed­nak znaleźć nowa­torskie pomysły na rozwiązanie tych prob­lemów.

Cywilizowany system dystrybucji opału

Pozwólmy wyobraźni pohasać. Jest tak: zamaw­iasz węgiel na zimę. Pod dom pod­jeżdża ciężarówka z worka­mi typu big-bag na pace. Wjeżdża na pod­wórko i wyład­owu­je wor­ki z węglem na spec­jal­nie przy­got­wane zadas­zone sto­ja­ki. Kulawy pies sąsi­a­da nie wie, że właśnie przy­wieźli ci węgiel. Pod­wórko czyste, a ty nawet brył­ki węgla w ręku nie miałeś.

Przy­chodzi zima, czas odpal­ić kocioł. Wycią­gasz z szopy spec­jal­ny wózek na opał (a nawet wózko-san­ki). Pod­jeżdżasz nim pod sto­jak z worka­mi z węglem (jeśli śnieg zawal­ił pod­wórze, to do wóz­ka instalu­jesz spec­jalne płozy).

Wózko-sanki do transportu węgla

Wózko-san­ki do trans­portu węgla

Wajcha w dół i opał z big-baga syp­ie się do wóz­ka. Aku­rat tyle, by napełnić zasob­nik kotła. Prze­tacza­sz załad­owany wózek pod ścianę domu, gdzie podłącza­sz go pod wys­ta­jącą z piwni­cy rurę i zawartość wóz­ka zsy­pu­je się ową rurą do poda­jni­ka kotła. W kotłowni zero pyłu węglowego, bo rura i zasob­nik są szczelne.

Rura zsypowa do zasobnika kotła

Rura zsy­powa do zasob­ni­ka kotła

Każdy worek z opałem jest zaplom­bowany przez dys­try­b­u­to­ra i wisi na nim met­ka z kodem i para­me­tra­mi jakoś­ciowy­mi: typ, kalo­ryczność, gran­u­lac­ja, spiekalność, zawartość popi­ołu itd. Bierzesz metkę i wprowadza­sz zna­j­du­ją­cy się na niej kod w sterown­iku kotła. Ter­az sterown­ik dokład­nie wie, jakie są para­me­try opału i może dobrać najlep­szy sposób pra­cy. Jest dzię­ki temu znacznie prost­szy, tańszy oraz niewyma­ga­ją­cy ręcznego dos­tra­ja­nia, bo nie musi zgady­wać, z jakim opałem ma do czynienia ani ty nie musisz wal­czyć godz­i­na­mi, by dobrać para­me­try pra­cy, przy których kocioł nie gaśnie ani nie pali jak smok.

Odpalasz kocioł i masz spokój do następ­nego napełnienia. Gdy przyjdzie na to czas, schodzisz do piwni­cy, wyj­mu­jesz szczel­ną skrzynkę z popi­ołem i niesiesz pod zadasze­nie z opałem, gdzie wisi osob­ny big-bag — na popiół. Przesy­pu­jesz zawartość skrzyn­ki do wor­ka — znowuż bezpyłowo. Przy następ­nej dostaw­ie opału worek z popi­ołem jest odbier­any i przekazy­wany do miejs­ca utyl­iza­cji. Nie musisz już wdy­chać popi­ołu przy jego prz­erzu­ca­niu, wysypy­wać na pol­ną drogę lub dodatkowo płacić za wywóz.

Jak­by tego było mało: dostaw­ca opału przysyła fachow­ca, który obe­jrzy twój dom i sporządzi jego bilans cieplny. Dzię­ki tym danym dostaw­ca będzie wiedzi­ał, ilu ma klien­tów i ile opału dla każdego z nich musi zabez­pieczyć na nad­chodzącą zimę, a ty dosta­niesz raport, w którym zuży­cie ciepła będzie rozbite na poszczególne skład­ni­ki (straty przez ściany, przez dach, podłogę, wenty­lację itp.) wraz z sug­es­ti­a­mi, jak naj­tańszym sposobem obniżyć zuży­cie ciepła, a więc i opału.

Praw­da, że brz­mi jak sci­ence-fic­tion? Bez brudu, bez więk­szego wysiłku, bez szkód na zdrow­iu, z intere­sem klien­ta na pier­wszym planie. Nawet starsza oso­ba, która samodziel­nie się porusza, poradz­iła­by sobie z obsługą włas­nego kotła, gdy­by tak to dzi­ałało.

Wdroże­nie takiego sys­te­mu nie jest tak odległe jak się wyda­je ani nie musi­ało­by pod­nieść drasty­cznie kosztów opału. Są prze­cież cywili­zowane sklepy inter­ne­towe z opałem, gdzie moż­na kupić zarówno paletę małych worków jak i big-baga z węglem. Wyma­gało­by to jed­nak, aby dwo­je (lub więcej stron) chci­ało naraz. Trze­ba by współpra­cy pro­du­cen­ta kotłów, twór­cy sterown­ików i dys­try­b­u­to­ra opału. Cóż bowiem z tego, że sprzedaw­ca opału zag­waran­tu­je para­me­try, jeśli sterown­ik kotła z tej wiedzy nie sko­rzys­ta. Albo co jeśli sterown­ik dostanie określone para­me­try opału, których wsy­pa­ny opał nie będzie speł­ni­ał? Kluc­zowe jest zgranie całoś­ci, o co nieste­ty dziś jakże trud­no.

Pełny opis idei tego sys­te­mu wraz z pozy­ty­wną opinią pro­fe­so­ra Wydzi­ału Gór­nict­wa AGH zna­j­du­je się w tym oto doku­men­cie.

Dwa paliwa — większa sprawność sezonowa

Jed­nym ze sposobów pod­niesienia sprawnoś­ci śred­niorocznej kotła znanym bardziej wytrawnym palac­zom jest stosowanie dwóch paliw:

  • niskokalo­rycznego — np. słabego czeskiego węgla, pel­letu, zbóż w cieple­jsze dni
  • wysokokalo­rycznego — np. dobrych pol­s­kich węgli w dni bardziej mroźne

Spalanie niskokalo­rycznego pali­wa w okre­sie cieple­jszym obniża moc nom­i­nal­ną kotła i daje efek­ty­wniejsze, czyst­sze spalanie. Nato­mi­ast wysokokalo­ryczny opał stosowany jest w dni mroźniejsze, gdy jego potenc­jał jest w pełni wyko­rzys­tany — daje wyższą moc kotła i rzad­sze wiz­y­ty w kotłowni.

Adap­tacją tego pomysłu do kotłów poda­jnikowych jest kocioł dwuza­sob­nikowy. Różnicą w sto­sunku do typowych kotłów jest dodanie do klasy­cznego poda­jni­ka drugiego iden­ty­cznego zasob­ni­ka na pali­wo mniej kalo­ryczne — może to być np. sła­by czes­ki ekogroszek, miał lub owies.

Kocioł jest sterowany w taki sposób, że na nis­kich mocach zuży­wa tylko pali­wo mniej kalo­ryczne, a przy pra­cy z wysoką mocą — pali­wo lep­sze. Słowem: wybiera to pali­wo, na którym w danej chwili uzys­ka wyższą sprawność. Nie ma niko­go w domu i jest słonecznie — kocioł pyka na słabym pali­wie. Domown­i­cy wrócą za godz­inę, ściem­nia się, a noc ma być mroź­na — w ruch idzie pali­wo bardziej kalo­ryczne.

Jaki zysk jest do ugra­nia? Wróćmy do wykre­su z prezen­tacji prof. Szlę­ka. Zmieni­amy pali­wo na mniej kalo­ryczne, więc zmniejsza się moc nom­i­nal­na kotła, ale resz­ta para­metrów zosta­je bez zmi­an. Uza­sad­nione jest więc prze­sunię­cie charak­terysty­ki sprawnoś­ci nieco w lewo.

Zależność sprawności od mocy chwilowej dla dwóch paliw o znacząco różnej kaloryczności

Zależność sprawnoś­ci od mocy chwilowej dla dwóch paliw o znaczą­co różnej kalo­rycznoś­ci

Widać, że dla tej samej mocy, sprawność na pali­wie mniej kalo­rycznym jest wyższa o 5–20 punk­tów pro­cen­towych (np. dla mocy 4kW różni­ca to 48% a 65%, więc o 17p.p. więcej).

Taki manewr pozwala więc znaczą­co pod­nieść sprawność śred­nioroczną — o około kilka­naś­cie do dwudzi­es­tu punk­tów pro­cen­towych przy typowej zimie, w cieple­jszą nawet więcej — a dodatkowo oszczędz­ić przy zakupie opału, bo przez ok. połowę sezonu grzew­czego kocioł pracu­je na tańszym, mniej kalo­rycznym pali­wie. Ostrożnie moż­na więc sza­cow­ać całkow­itą obniżkę kosztów ogrze­wa­nia na poziomie ~30%, pamię­ta­jąc jed­nak, że bazu­je­my na danych z bada­nia w warunk­ach “ide­al­nych”. W domowej kotłowni zysk powinien być podob­ny, jeśli nie więk­szy, choć­by z tego powodu, że lep­sze pali­wo spalane na małych mocach bardziej brudzi wymi­en­nik.

Dobier­a­jąc stosown­ie do miejs­ca pra­cy kotła gorsze pali­wo (co kto ma pod ręką: łus­ki słonecznikowe, pest­ki, pel­let, kiep­skiej jakoś­ci zboże) moż­na też istot­nie obniżyć emisję szkodli­wych sub­stancji w spali­nach, co ma znacze­nie nie tylko dla odd­y­cha­ją­cych powi­etrzem, ale i dla pro­du­cen­tów kotłów, którzy będą musieli zmierzyć się z tym prob­le­mem przy okazji kole­jnych, wprowadzanych niechyb­nie uni­jnych reg­u­lacji. Dla zain­tere­sowanych tutaj opis paten­towy w nieco nie­ludzkim języku.

Prototyp podajnika z dwoma zasobnikami w warunkach warsztatowych

Pro­to­typ poda­jni­ka z dwoma zasob­nika­mi w warunk­ach warsz­ta­towych

Czy my tego dożyjemy?

Piękne to pomysły, ale jakie są szanse na ich wdroże­nie? To zależy głównie od pro­du­cen­tów kotłów, a cza­sem co gorsza od ich współpra­cy z resztą rynku. Zmi­any zawsze wyma­ga­ją najpierw wysiłku i inwest­y­cji, by potem zbier­ać plony. A przede wszys­tkim: chę­ci. Na chwilę obec­ną nikt najwyrażniej nie odczuwa potrze­by ucy­wili­zowa­nia obsłu­gi i efek­ty­wnoś­ci kotłów do stan­dard­ów XXI wieku, bo to, co mamy obec­nie, wciąż się sprzeda­je.

Nadzieją na zmi­any ku lep­sze­mu są chy­ba tylko uni­jne reg­u­lac­je. Na hory­zon­cie majaczy już bowiem dyrek­ty­wa ecode­sign. Wprowadzi ona dla urządzeń grzew­czych zasady podob­ne jak w przy­pad­ku sprzę­tu AGD: podzi­ał na klasy efek­ty­wnoś­ci ener­gety­cznej i stop­niowe wyco­fy­wanie z rynku naj­gorszego badziewia. W Polsce jej wdroże­nie przewidziane jest na 2020 rok.
Zaletą tej dyrek­ty­wy jest fakt, że w odróżnie­niu od choć­by niedawno wprowad­zonej normy PN-EN 303–5:2012, wymusza­ła­by badanie i pub­likowanie sprawnoś­ci śred­niorocznej, a nie tylko tej osią­ganej na mocy nom­i­nal­nej i min­i­mal­nej w lab­o­ra­to­ri­um.

Wdroże­nie wyżej opisanego sys­te­mu dys­try­bucji opału wyma­gało­by współpra­cy i per­spek­ty­wicznego myśle­nia zarówno od pro­du­cen­tów kotłów jak i dys­try­b­u­torów opału. Do tego zwyk­le potrzeb­ne jest wid­mo bezrobo­cia lub prze­branżowienia, a póki udzi­ał węgla w rynku ostro nie spa­da, to nic niko­go nie rusza.
W obec­nej sytu­acji ta nieucz­ci­wa część pośred­ników w węglowym biz­ne­sie nie była­by szczęśli­wa, gdy­by zaplom­bowany na kopal­ni wór z opałem trafi­ał z niezmienioną zawartoś­cią do koń­cowego odbior­cy — bez wałków na wadze i kalo­rycznoś­ci. Pro­du­cen­ci kotłów zda­ją się nato­mi­ast nie prze­j­mować śred­nioroczną sprawnoś­cią ich wyrobów, bo przepisy od nich tego nie wyma­ga­ją na tę chwilę, a klient prze­ważnie jest zielony i z ucałowaniem rącz­ki bierze kocioł o mocy 25kW do nowego domu.

Ale w końcu przyjdzie taki moment, że przed węglem będą dwie alter­naty­wy: śmiet­nik his­torii albo wygod­na dys­try­buc­ja i czyste oraz efek­ty­wne spalanie. Ogrze­wanie węglowe po zas­tosowa­niu opisanych tutaj pomysłów zdołało­by nie tylko utrzy­mać przy węglu biedaków, których na nic lep­szego nie stać, ale wręcz zmienić stereo­typ węgla i przekon­ać do niego także tych, których stać na droższe pali­wa, ale wybral­i­by tańszy węgiel, gdy­by był czysty i prosty w obsłudze. Obyśmy tego doczekali.

Rok później

Od momen­tu napisa­nia pier­wot­nej wer­sji tego artykułu minął praw­ie rok. W tym cza­sie pow­stał w pełni funkcjon­al­ny pro­to­typ kotła dwupo­da­jnikowego.

_DSC5744

 

Zmi­an­ie uległa kon­strukc­ja mech­a­niz­mu poda­jni­ka._DSC5750

Zdję­cie tytułowe: dostawa węgla w jakimś cywili­zowanym kra­ju. Charak­terysty­czne jest prze­woże­nie węgla w zamknię­tym pojem­niku oraz stosowanie przez obsługę masek prze­ci­w­pyłowych.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *