Bez prądu nie znaczy staroświecko

fot. Camil Agapie @flickr.com

fot. Camil Agapie @flickr.com

Nawet niezbyt uważny czytel­nik tej strony zauważy, z jaką inten­sy­wnoś­cią i kon­sek­wencją zwal­cza­my dmuchawę, a pro­mu­je­my uży­cie miarkown­i­ka ciągu. Czy­ta­jąc artykuł o insta­lacji graw­ita­cyjnej moż­na odnieść wraże­nie, że czu­je­my jak­iś niezdrowy pociąg wzglę­dem dwucalowych rur, a po tekś­cie na tem­at promi­en­ników pod­cz­er­wieni nieje­den nibyekolog zaostrzy na nas widły, bo takich wrogów zdrowego, eko­log­icznego, czys­tego i nowoczes­nego ogrze­wa­nia ze świecą szukać!

Spróbu­jmy więc nieco wytłu­maczyć się z tych — już ter­az zdradzę — fałszy­wych pode­jrzeń i wyjaśnić skąd takie, a nie inne nastaw­ie­nie do wkrada­jącej się do kotłowni nowoczes­noś­ci.

To nie żaden fanatyzm, a względy czys­to prak­ty­czne (finan­sowe). Co do insta­lacji graw­ita­cyjnej, najczęś­ciej prob­le­mem jest este­ty­ka. Jeśli masz pieniądze i chcesz zapłacić tylko za este­tykę — to w porząd­ku. Ale nie daj sobie wmówić, że nowe cienkie rur­ki to oszczęd­ność opału. Jeśli stan zas­tany to dzi­ała­ją­ca sprawnie insta­lac­ja, nie opła­ca się jej wymieni­ać, chy­ba że dom przeszedł poważne docieple­nie oraz wymi­anę kotła na gazowy. A promi­en­ni­ki pod­cz­er­wieni to nic złego, jeśli stać cię na dro­gie ogrze­wanie prą­dem. Jedynie wmaw­ian­ie, że są tańsze od ogrze­wa­nia gazowego to zwykły chłyt mar­ketingowy god­ny pub­licznej chłosty mrożonym porem.

Nato­mi­ast kwes­t­ia dmuchaw, sterown­ików i miarkown­ików wyma­ga już rozwinię­cia kilku akapitów.

Starosłowiańskie bóstwo Bezprąd

Wielu jest u nas wyz­naw­ców Bezprą­du — takich, którzy cenią sobie fakt, że ich ogrze­wanie nie wyma­ga do dzi­ała­nia energii elek­trycznej. Zwyk­le nie chodzi tu o energię, jaką zuży­wa­ją te wszys­tkie pompy, sterown­i­ki, siłown­i­ki i wia­tra­ki, bo to ilość sto­sunkowo niewiel­ka, ale o sam fakt, że w środ­ku sty­cz­nia przy syberyjs­kich mrozach nie jest człowiek skazanym na łaskę elek­trowni i w razie braku prą­du przy­na­jm­niej nie zamarznie.

W niek­tórych rejonach Pol­s­ki, gdzie prz­er­wy w dostawach prą­du bywa­ją częste, taki pogląd ma uza­sad­nie­nie. Jego sens może też wynikać z oso­bistych upodobań i przyzwycza­jeń, np. u osób tzw. starej daty piec bez elek­try­ki i elek­tron­i­ki kojarzy się z dawny­mi, lep­szy­mi cza­sa­mi, a owe dodat­ki uważa­ją oni za zbędne. Pytanie czy zawsze w opar­ciu o racjon­alne przesłan­ki, czy raczej na zasadzie odrzu­ca­nia nowoczes­noś­ci.

Nasuwa się pytanie: czy czcze­nie Bezprą­da prócz nieza­leżnoś­ci od elek­trowni wpły­wa jakoś na ekonomię i czys­tość spala­nia, zuży­cie pali­wa czy wygodę obsłu­gi kotła? Tak się skła­da, że owszem — węgiel spalany praw­idłowo w sto­sunku do posi­adanego rodza­ju kotła, z uży­ciem nat­u­ral­nego ciągu komi­nowego oraz miarkown­i­ka ciągu, spala się efek­ty­wniej, czyś­ciej i eko­nom­iczniej, niż przy sterowa­niu pro­ce­su za pomocą sterown­i­ka elek­tron­icznego i dmuchawy.

Ale jaki z tego wniosek? Czy staroświeck­ie z pozoru spalanie bez nad­muchu jest tak doskon­ałe, że nic lep­szego nie da się wymyśleć? A może to sterown­i­ki elek­tron­iczne są tak bez­nadziejne, że nie potrafią pokon­ać jakoś­cią sterowa­nia prostego jak cep miarkown­i­ka mechan­icznego?

Węgiel — oczekiwania kontra rzeczywistość

Dziś chcielibyśmy, aby sterowanie kotłem węglowym było jak najwygod­niejsze, podob­ne na ile to możli­we do sterowa­nia kotłem gazowym. Ta chęć wyni­ka nie tylko z lenist­wa, ale też z niskiego zapotrze­bowa­nia na energię we współcześnie budowanych domach. Konkret­nie oczeki­wal­ibyśmy, aby kocioł mógł w dowol­nej chwili zmienić znaczą­co pro­dukowaną moc, a — nawet bardziej pożą­dane — aby moż­na ją było dowol­nie zmniejszać i utrzymy­wać na niskim poziomie przez dłuższy czas.

Cóż, nie oszuku­jmy się. Węgiel to pali­wo stałe i jego spalanie cechu­je się bezwład­noś­cią. Kiedyś była to zale­ta, na której opier­ał się cały sys­tem grzew­czy. Dziś — przek­leńst­wo.
Kiedyś dom potrze­bował stale dużych por­cji ciepła, więc grza­l­iśmy kok­sem grube rury z wodą i żeli­wne grze­jni­ki. Ile ciepła by nie wpakować, dom wszys­tko przyj­mował.

Współcześnie mamy prob­lem. Dom potrze­bu­je tego ciepła mało i kiedy już ma dość, pasowało­by kocioł wyłączyć. A tu nie ma tak dobrze. Roz­pal­ić węgiel jest trud­no. Zatrzy­mać płoną­cy węgiel — jeszcze trud­niej. Chemia spala­nia węgla się bun­tu­je i kosz­tować to będzie olbrzymie straty niepełnego spala­nia, a na poziomie naocznym — dym z kom­i­na i syf w kotle. Impreza na nasz koszt.

Chemia i fizyka w służbie twojego portfela

Wielu może kojarzyć miarkown­ik ciągu ze starym, śmierdzą­cym i brud­nym kotłem w wilgo­t­nej piwni­cy pełnej pająków. Ale to nie miarkown­ik jest winien tego smro­du i brudu, bo urządze­nie samo w sobie to zac­ne. Po pros­tu dawniej palono węglem w naj­gorszy możli­wy sposób, taki że miarkown­ik niewiele mógł tu pomóc, a dziś wiemy, że roz­palanie od góry daje zaskaku­ją­co pozy­ty­wne efek­ty.

Zaletą miarkown­i­ka jest płynne dzi­ałanie. Bo węgiel lubi płynne zmi­any pro­ce­su spala­nia, a przy gwał­townych się bun­tu­je. Miarkown­ik mechan­iczny to prosty mech­a­nizm, który otwiera klapę dolo­tu powi­etrza do kotła odwrot­nie pro­por­cjon­al­nie do tem­per­atu­ry wody na kotle. Im woda zimniejsza, tym więcej powi­etrza, tym bardziej węgiel się roz­pala, tym woda sta­je się cieple­jsza i dopływ powi­etrza male­je; węgiel wyhamowu­je łagod­nie.

Taki układ sta­bi­lizu­je się sam. Zmi­any w pra­cy kotła są niewielkie i łagodne. Jeśli do tego dodamy staroświecką insta­lację graw­ita­cyjną, która rozprowadza i buforu­je ciepło, otrzy­mu­je­my całkiem sprawny, mało awaryjny i wygod­ny sys­tem grzew­czy.

Taka insta­lac­ja grzew­cza dzi­ała znakomi­cie o ile kocioł ma na tyle niską moc wzglę­dem potrzeb budynku, że pracu­je cią­gle, bez przesto­jów. Każdy przestój i przy­gasze­nie węgla to stra­ta. Nie da się węgla wygasić zupełnie, więc będzie się tam tlił pomału, bo budynek aku­rat ciepła ma dość, a takie tle­nie to straty — czy to widocznego dymu, czy niewidocznego tlenku węgla — zawsze to ta sama dro­ga ener­gia.

Co jest nie tak ze sterownikami z nadmuchem

Pod­sta­wowym grzechem więk­szoś­ci sterown­ików elek­tron­icznych w kotłach zasy­powych jest pró­ba wal­ki z naturą pro­ce­su spala­nia węgla lub jej ignorowanie. Stąd bierze się syf, dym, sadza i drenaż kieszeni, zami­ast spodziewanego ataku nowoczes­noś­ci, ekonomii i wygody.

Celem nadrzęd­nym pro­du­cen­ta sterown­i­ka jest byle w piecu nie zgasło. Twór­cy osprzę­tu i algo­ryt­mów sterowa­nia albo mają nikłe poję­cie o pro­ce­sie spala­nia węgla, albo odrzu­ca­ją tę wiedzę i próbu­ją wymusić na węglu zachowanie dla nich wygodne. Bo praw­da o spala­niu jest trud­na i gdy­by się jej trzy­mali, to pewnie więk­szość pod­dała­by się już na star­cie.

Inaczej spala się węgiel na początku — wydziela sporo gazów. Inaczej już jako koks. Mając dużą masę przes­tudzonego węgla w kotle zasy­powym, nie da się jej szy­bko rozpędz­ić uży­wa­jąc li tylko nat­u­ral­nego ciągu. Ogól­nie nat­u­ral­ny ciąg jest trud­ny do sterowa­nia — inny w każdym kominie, inny każdego dnia.
Więc pro­jek­tan­ci sterown­ików zamon­towali sobie do kotła dmuchawę. Nic to, że dmuchawa ma zwyk­le wyda­jność 10 razy więk­szą, niż potrze­ba. Oni prze­cież ole­wa­ją poprawne, eko­nom­iczne spalanie — byle w piecu nie wygasło! Niech dymi jak Titan­ic na pełnym morzu, niech żre węgiel jak smok wawel­s­ki — to nie ich prob­lem. Ter­az mają dmuchawę. Włącza­ją ją i momen­tal­nie na ter­mometrze tem­per­atu­ra jest taka, jak potrze­ba. Użytkown­ik będzie zad­owolony!

Ej, wstrzy­ma­j­cie swe ruma­ki, bo robi się zbyt gorą­co! Ale to nie prob­lem. Wyłącza­my dmuchawę i tem­per­atu­ra spa­da. Nic to, że ter­az gazu­ją­cy węgiel dymi i zaczną sie wybuchy w kotle. Kaza­li hamować, to hamu­je­my. Za pięć min­ut się schłodzi, to znowu puścimy prąd na dmuchawę i pod­grze­je­my. Na przemi­an węgiel jest roz­palany szy­b­ciej niż powinien (dym, straty ciepła) albo hamowany szy­b­ciej niż powinien (dym, straty ciepła).

Oczy­wiś­cie przy zas­tosowa­niu algo­ryt­mu PID i pochod­nych filo­zofia wyglą­da ciut inaczej: sterown­ik dąży do utrzy­ma­nia stałej tem­per­atu­ry wody na kotle, więc spalanie teo­re­ty­cznie jest płynne — tak jak węgiel lubi. Tylko że o ile nie pal­imy miałem, to dodatkowe dmuchanie w palenisko rodzi zbędne straty.

I tak his­to­ria się toczy, odkąd na rynku pojaw­iły się pier­wsze sterown­i­ki elek­tron­iczne. Z początku prostack­ie sterowanie dwus­tanowe, z cza­sem algo­rytm PID i jemu podob­ne. Jedne dzi­ała­ją lep­iej, inne gorzej, jeszcze inne wcale. Nieste­ty z roman­su z dmuchawą ciężko się pro­du­cen­tom wyleczyć, bo jest łatwiejsza w sterowa­niu i pewniejsza niż nat­u­ral­ny ciąg. Choć widać już pier­wsze jaskół­ki zmi­an — np. ten miarkown­ik elek­tron­iczny, którym pros­to moż­na zastąpić dmuchawę w więk­szoś­ci sterown­ików.

Świat cywili­zowany dawno poz­nał już lep­szy sposób dostar­cza­nia powi­etrza do kotła — to wenty­la­tor wycią­gowy, który zgod­nie ze swą nazwą wycią­ga spaliny z kotła jeśli nat­u­ral­ny ciąg nie nastar­cza, zami­ast wpy­chać do niego ogrom­ny nad­mi­ar powi­etrza. Ale na naszym rynku to cią­gle egzo­ty­ka.

Z prądem czy bez — to nie w tym rzecz

Zas­tosowanie w kotłowni urządzeń wyma­ga­ją­cych do pra­cy prą­du bądź ich unikanie, a kwes­t­ia ekonomii i czys­toś­ci spala­nia to dwie odręb­ne sprawy, cza­sem się zazębi­a­jące, ale w dość przy­pad­kowy sposób. Moż­na pal­ić bez­nadziejnie bez uży­cia prą­du, a moż­na pal­ić czys­to z prą­dem (ale raczej nie z dmuchawą, chy­ba że mowa o miale). I na odwrót. Nieste­ty tak się skła­da, że prze­ważnie to sterown­i­ki elek­tron­iczne nie dba­ją zbyt­nio o ekonomię i czys­tość spala­nia.

Podob­nie rzecz ma się w kon­frontacji graw­ita­cyjnej insta­lacji CO z insta­lacją wyposażoną w pom­pę obiegową. Zaletą tej pier­wszej jest oczy­wiś­cie możli­wość pra­cy bez prą­du. Daje to przede wszys­tkim zwięk­szone bez­pieczeńst­wo. Ale konieczne jest stosowanie grubych rur i prowadze­nie ich tak jak trze­ba, a nie tam gdzie nam się podo­ba.
Nato­mi­ast insta­lac­ja pom­powa to cienkie, dowol­nie prowad­zone rur­ki, mało wody, szy­b­ki trans­port ciepła, ale to wszys­tko zależne jest od prą­du. Gdy braknie prą­du — sta­ją pompy i nie tylko nie ma ciepła w domu, ale jeśli jed­nocześnie kocioł nie zostanie automaty­cznie wygas­zony, to robi się niebez­piecznie.
A praw­idłowe zapewnie­nie awaryjnego zasi­la­nia dla pomp obiegowych to kłopot i koszt. Zgod­nie ze sztuką, należało­by zas­tosować spec­jal­ny zasi­lacz awaryjny, droższy od tego stosowanego w kom­put­er­ach i przys­tosowany do współpra­cy z sil­nika­mi pomp, które wyma­ga­ją prą­du o innych para­me­tra­ch niż kom­put­ery.

Czy któryś z tych rodza­jów insta­lacji jest lep­szy albo gorszy? Zależy jak dla kogo. Jak to w życiu — coś za coś. Jedyne przed czym tu przestrzegamy, to pochop­na wymi­ana insta­lacji graw­ita­cyjnej na pom­pową, moty­wowana rzekomą oszczęd­noś­cią opału, co jest po pros­tu nieprawdą, a więc pono­sisz tylko zbęd­ny wydatek.

A może to węgiel jest staroświecki?

Ter­az już znasz odpowiedź na pytanie, dlaczego zwal­cza­my tutaj dmuchawy, a pro­mu­je­my spalanie na nat­u­ral­nym ciągu. Bo to pozornie staroświeck­ie rozwiązanie jest dobre dla naszych kieszeni i bardziej eko­log­iczne, a wcale nie mniej wygodne. Sterown­i­ki elek­tron­icze są zaś zwyk­le budowane z założe­niem “aby nie zgasło”, przez co ekono­mia i czys­tość spala­nia schodzi na dal­szy plan, a liczy się wyciąg­nię­cie z kotła wody o tem­per­aturze zadanej.

Pytanie tylko, czy aby sam węgiel nie robi się staroświec­ki? Mimo że cią­gle powszech­nie stosowany z racji swej tan­ioś­ci, to zaczy­na mu zagrażać właśnie wspom­ni­ane male­jące zapotrze­bowanie ener­gety­czne budynków. Z racji strat na przesto­je i niepełnego spala­nia, pale­nie węglem przes­ta­je się opła­cać. Gdy dom potrze­bu­je maksy­mal­nie 8kW mocy w najtęższy mróz, znaczy to że śred­nio trze­ba mu kotła o mocy 4–5kW, a to grani­ca wykon­al­noś­ci kon­strukcji nie tylko zasy­powych, ale i retor­towe kotły mają tutaj prob­le­my.

Ist­niejące dziś najm­niejsze kotły o mocach ~10kW mogą pra­cow­ać na min. mocy 4–5kW, ale moc min­i­mal­na to zawsze także min­i­mal­na sprawność. Jed­nak nawet te kotły o mocy 10kW to cią­gle świeżyn­ki na rynku, bo pro­du­cen­ci dopiero zaczy­na­ją zauważać, że moce 25kW i więk­sze sprzeda­ją sie coraz sła­biej. Graniczną dla wykon­al­noś­ci mocą nom­i­nal­ną kotła zasy­powego wyda­je się być 5kW. Tak małe kotły to póki co kom­plet­na egzo­ty­ka. Przykła­dem niech będzie dol­nospala­ją­cy KSGW Zgo­da.

Pytanie tylko gdzie jest grani­ca opła­cal­noś­ci ogrze­wa­nia węglem. Nawet gdy pow­stanie kocioł o mocy odpowied­niej do ener­gooszczęd­nego domu, to różni­ca w kosz­tach ogrze­wa­nia między węglem a gazem, pro­cen­towo wciąż na podob­nym poziomie, kwotowo nie będzie już tak prz­er­aża­ją­ca. I komu wtedy będzie się chci­ało z tym węglem baw­ić?