Mocy przybywaj — dobór mocy kotła węglowego

Naj­więk­szą krzywdą, jaką obec­nie można sobie zro­bić kupu­jąc kocioł węglowy, jest jego prze­wy­mia­ro­wa­nie. Wielu fachow­ców bez mru­gnię­cia okiem każe kupo­wać kotły 25kW i więk­sze do nowych domów, które w naj­więk­szy mróz potrze­bują góra 5kW mocy grzew­czej. Skutki są opła­kane: jest około zera, a kocioł bie­rze 50kg opału na dobę, zalewa go smoła, zara­sta sadza, a za oknem siwo od dymu. Spró­bu­jemy cię tutaj przed tym losem (oby) zawczasu przestrzec.

Moc kotła węglo­wego musi być dopa­so­wana do potrzeb budynku. Nie do samego metrażu, nie do widzi­mi­się insta­la­tora, sprze­dawcy ani two­jego czy teścia prze­czu­cia. Należy ją wyli­czyć zgod­nie z obo­wią­zu­ją­cymi nor­mami budow­la­nymi. Im dokład­niej się to zrobi, tym mniej potem pro­ble­mów i kosz­tów w codzien­nym ogrzewaniu.

Co za róż­nica 10 czy 25kW? Czemu nie wziąć na zapas?

Tkwiący men­tal­nie w póź­nym Gierku fachowcy zaczy­nają dobór mocy kotła od 25kW. Także zdrowy roz­są­dek pod­po­wiada, że lepiej mieć te 10-20kW mocy w zapa­sie, bo a nuż trafi się sybe­ryj­ska zima i co wtedy?
Taki pomysł może wpaść do głowy tylko komuś, kto nie ma zie­lo­nego poję­cia o dzia­ła­niu kotłów węglo­wych, a pod­stawy fizyki rzu­cił w kąt po opusz­cze­niu pro­gów szkoły.

Moc kotła dobrana zgod­nie z nor­mami uwzględ­nia już w sobie tę ewen­tu­alną sybe­ryj­ską zimę. Gdy zapo­trze­bo­wa­nie budynku na cie­pło wyli­czone zgod­nie z nor­mami wynosi np. 10kW, to jest to liczone na naj­gor­szy przy­pa­dek — sytu­ację, gdy przez bite 24h tem­pe­ra­tura na zewnątrz wynosi od –18st.C do –24st.C (zależ­nie od strefy kli­ma­tycz­nej kraju). Taka sytu­acja prak­tycz­nie nigdy się nie zda­rza.
W naj­mroź­niej­sze dni naj­sroż­szej zimy, nawet gdy tem­pe­ra­tura nocą spada do –25st.C, to za dnia wzra­sta o kilka(naście) stopni, więc śred­nia dobowa wycho­dzi w oko­li­cach –15st.C. To wciąż daleko od naj­gor­szego przy­padku, na który dobrana jest moc kotła. A nawet gdyby został on osią­gnięty, to kocioł o mocy 10kW ma jesz­cze kilka kilo­wa­tów zapasu mocy.
Zobacz jak będzie wyglą­dała sytu­acja, gdy nasta­nie zima tysiąclecia.

Więk­szy kocioł zawsze spala wię­cej, nawet gdy oddaje do domu tyle samo cie­pła. Jeśli posta­wić obok sie­bie kotły 10kW i 25kW, oba pra­cu­jące z mocą 5kW, to kocioł 25kW zje nie­mal dwa razy wię­cej paliwa, a da tyle samo cie­pła.

Kocioł o mocy wła­ści­wej i taki 2,5 raza za duży ogrzeją twój dom tak samo. Tyle że ten pierw­szy zużyje do tego 3 tony węgla, a drugi — 5 ton. O tym, z czego dokład­nie to wynika, dowiesz się z dal­szej czę­ści artykułu.

Niedź­wie­dzia porada

Smutne to, że kupu­jąc kocioł, możesz bar­dziej pole­gać na doświad­czo­nych pala­czach z Inter­netu niż na opi­nii sprze­dawcy, insta­la­tora czy wska­zów­kach wielu pro­du­cen­tów. Nie­stety bar­dzo czę­sto wszy­scy oni albo nie znają się na tym, co sprze­dają, i chcą zaro­bić nawet twoim kosz­tem, lub też tkwią men­tal­nie w cza­sach przed­po­to­po­wych i nijak nie są w sta­nie zauwa­żyć, że od dawna domy są bar­dzo dobrze ocieplane.

Recepta z epoki Gierka

Dawno temu domy były o wiele bar­dziej ener­go­chłonne. Nikogo to spe­cjal­nie nie ruszało. Gór­nik wun­giel wyfe­dro­wał, kolej dowio­zła, oby­wa­tel wziął sobie 10 ton Sta­rem z bocz­nicy dowiózł i miał cie­pło w domu, nawet jeśli chwi­lowo jesz­cze nie było w nim okien, bo w tym roku nie dostał przydziału.

Wtedy domy poże­rały ponad 150kWh/m2 ener­gii rocz­nie do ogrze­wa­nia. Wtedy moc kotła dobie­rało się według prze­licz­nika 100W/m2 i więcej

Ale minęło 40 lat i w mię­dzy­cza­sie ener­go­chłon­ność nowych domów spa­dła dra­stycz­nie. Dziś prze­ciętny budy­nek, nawet bez dodat­ko­wego ocie­ple­nia, nie potrze­buje wię­cej jak 80-100kWh/m2 rocz­nie, a po nawet sym­bo­licz­nym ocie­ple­niu da się zejść do 50-60kWh/m2 rocznie.

Dla­czego więc dziś pro­po­no­wane moce kotłów w sto­sunku do metrażu są nie­mal takie same jak daw­niej, skoro zuży­cie ener­gii przy tym samym metrażu jest kil­ku­krot­nie niż­sze?
Spójrzmy na strony pro­du­cen­tów. Więk­szość pisze, że ich kocioł o mocy np. 13kW ogrzeje powierzch­nię 120-140m2. Przy­kła­dem niech będzie strona Ogniwa, choć podobne dane znaj­dziemy u wielu innych producentów.

Dane techniczne kotła Ogniwo S6WC, strona producenta

Dane tech­niczne kotła Ogniwo S6WC, strona producenta

Moc 13kW dla takich powierzchni daje 90-110W/m2. Takie zuży­cie ener­gii ma kom­plet­nie nie­ocie­plony dom z kil­koma wybi­tymi szy­bami. Pro­du­cent nie zauwa­żył, że ist­nieją choćby licho ocie­plone domy, nie mówiąc o ener­go­osz­częd­nych! Mocą 13kW można ogrzać nawet ponad 200m2 domu ocie­plo­nego zgod­nie z aktu­al­nymi wymaganiami.

Pozy­tyw­nym przy­kła­dem może być strona Zębca. Pro­du­cent wyja­śnił, jaki metraż można ogrzać daną mocą kotła w zależ­no­ści od stop­nia docie­ple­nia budynku, choć infor­ma­cję tę można by prze­ka­zać bez epa­to­wa­nia prze­ni­kal­no­ścią cieplną ścian, czyli poję­ciem nie­zro­zu­mia­łym dla więk­szo­ści ludzi.

Dane techniczne kotła Zębiec Wenus, strona producenta

Dane tech­niczne kotła Zębiec Wenus, strona producenta

Zaufaj mi, jestem sprze­dawcą / insta­la­to­rem / sąsiadem

Czło­wiek total­nie nie­obe­znany w dzie­dzi­nie kotłów węglo­wych pierw­sze kroki skie­ruje zapewne do mar­ketu budow­la­nego albo lokal­nego dys­try­bu­tora kotłów. Tam powie sprze­dawcy, że wła­śnie wykań­cza dom i do ogrza­nia będzie 150m2. Pro­jekt prze­wi­duje moc kotła 8kW. Co na to sprzedawca:

Paanie, te 8kW to jest dla gazu! Jak pan chcesz węgiel, to mini­mum 24kW piec trzeba. Wodę też pan pie­cem chcesz grzać? To ja bym wziął 28kW. O, tu jest ładny piec, od razu z nadmu­chem i ste­row­ni­kiem, to pan tylko sypiesz i jest ciepło.

I tak zaczyna się ludzki dra­mat. Klient po roku męczarni z takim kotłem wpi­sze w inter­net “dla­czego piec żre węgiel jak sza­lony, a w domu jest zimno” i dowie się, że został wyro­lo­wany przez sprze­dawcę. Wszystko jedno czy z chęci zysku, czy z niekompetencji.

Załóżmy jed­nak, że klient nie jest taki zie­lony. Wcze­śniej coś poczy­tał, coś popy­tał po inter­ne­cie i wszy­scy mu potwier­dzili, żeby brał kocioł o mocy góra 8-10kW. Sprze­dawca swoje wie:

Paanie, ja bym tym inter­ne­tom nie ufał. Co oni tam może na pie­cze­niu chleba się, hje hje, znają, a nie na ogrze­wa­niu, to im mało kilo­wa­tów potrzeba. A jak dmuch­nie ze wschodu to co pan zro­bisz? Trzeba mieć zapas mocy, a jak jest cie­pło, to się przy­kręca tem­pe­ra­turę i jest dobrze.

Jeśli klient nie ma dość wie­dzy i pew­no­ści sie­bie (a naj­czę­ściej nie ma), to ule­gnie namo­wom sprze­dawcy i weź­mie min. 24kW.

Skąd takie postę­po­wa­nie nie­któ­rych sprze­daw­ców? Jed­nym wyja­śnie­niem może być chęć zysku. Więk­sza moc kotła to wyż­sza cena, więc i więk­szy zysk.
Druga opcja to igno­ran­cja tech­niczna. Sprze­dawca nie musi się znać na uży­wa­niu tego, co sprze­daje. Jego obcho­dzi tylko sprze­da­nie towaru. Oczy­wi­ście może dora­dzać w dobrej wie­rze, może nawet sam szu­fluje węgiel do kotła o trzy­krot­nie za dużej mocy, ale co jeśli nie zauważa pro­ble­mów z tym zwią­za­nych? Ktoś, kto nigdy nie palił węglem pra­wi­dłowo, nie zauważy tak łatwo, że wielu pro­ble­mów i kosz­tów można łatwo uniknąć.

Z dru­giej strony zda­rzają się też inży­nie­ro­wie pro­jek­tu­jący insta­la­cje grzew­cze, po któ­rych nale­ża­łoby się spo­dzie­wać rze­tel­nej i aktu­al­nej wie­dzy, a któ­rzy bez mru­gnię­cia okiem polecą 24kW do nowego par­te­ro­wego domku.

Może się też zda­rzyć, że osoba chcąca kupić kocioł węglowy nie napo­tka na swej dro­dze choćby cie­nia fachowca, a zaufa reko­men­da­cji teścia czy sąsiada. Tu na pewno do głosu doj­dzie syn­drom sybe­ryj­ski — prze­cież każdy na logikę powie, że lepiej mieć zapas mocy, naj­le­piej trzy­krotny, niż mar­z­nąć. Sąsiad tak ma i jest zado­wo­lony. A że nigdy nie zdał sobie sprawy, że 2/3 opału się mar­nuje… Cóż, tego naprawdę można nie zauważać.

Jak dzia­łają kotły

Spró­bu­jemy wyja­śnić, dla­czego dobór mocy kotła do potrzeb budynku jest tak ważny. Aby do tego dojść, musimy zacząć od spraw­dze­nia, jak dzia­łają kotły węglowe i gazowe, i jakie to ma skutki dla ich efektywności.

Każdy kocioł na dowolne paliwo robi dwie rzeczy:

  • spala paliwo
  • odbiera cie­pło ze spa­la­nia i prze­ka­zuje je do wody

Efek­tyw­ność każ­dego z tych pro­ce­sów jest inna w kotle gazo­wym jak i węglo­wym. Dla­tego inne zasady rzą­dzą dobo­rem ich mocy.

Kotły gazowe

Kocioł gazowy zawsze spala gaz w stu pro­cen­tach, do dwu­tlenku węgla i pary wod­nej. Spa­liny z gazu są czy­ste — nie osiada sadza, która pogar­sza­łaby odbiór cie­pła. Róż­nica w efek­tyw­no­ści odbioru cie­pła wynika tylko z tem­pe­ra­tury wody w insta­la­cji - im woda chłod­niej­sza, tym efek­tyw­niej odbiera cie­pło. Dla­tego kotły gazowe, zwłasz­cza kon­den­sa­cyjne, naj­le­piej pra­cują z tem­pe­ra­turą wody powra­ca­ją­cej do kotła poni­żej ~60st.C. Przy tej tem­pe­ra­tu­rze moż­liwa jest kon­den­sa­cja pary wod­nej ze spa­lin, a więc dodat­kowy odzysk cie­pła — rzędu kil­ku­na­stu procent.

Spraw­ność kotła gazo­wego nie zależy tak bar­dzo od dopa­so­wa­nia jego mocy nomi­nal­nej do potrzeb budynku. Dużo więk­sze zna­cze­nie ma takie skon­stru­owa­nie insta­la­cji grzew­czej, by tem­pe­ra­tura wody nie prze­kra­czała 60 st.C. Wpływa na to głów­nie powierzch­nia grzej­ni­ków — im więk­sza, tym niż­szej tem­pe­ra­tury wody potrzeba, by ogrzać dom.
Moc nomi­nalna jest kwe­stią wtórną. Kotły gazowe potra­fią bez strat zmniej­szać moc, z jaką pra­cują. W prze­ci­wień­stwie do kotłów węglowych.

Kotły węglowe

W kotle węglo­wym róż­nice tem­pe­ra­tur wody są kwe­stią pomi­jalną. Praw­dziwe pro­blemy to efek­tyw­ność samego pro­cesu spa­la­nia węgla (mocno zależna od chwi­lo­wej mocy kotła oraz efek­tyw­ność odbioru cie­pła, która także może zna­cząco spa­dać, gdy spa­la­nie prze­biega nie­pra­wi­dłowo lub kocioł nie jest czysz­czony i zara­sta sadzą oraz pyłem.
Spa­la­nie węgla daje wię­cej ener­gii, kiedy węgiel pali się w wyso­kiej tem­pe­ra­tu­rze i z dużą dawką powie­trza. Gdy ledwo się tli, nie­spa­lone gazy ucie­kają w komin jako dym, nie dając ciepła.

Popa­trzmy, jak zmie­nia się spraw­ność zasy­po­wego kotła węglo­wego o mocy dobra­nej pra­wi­dłowo do zapo­trze­bo­wa­nia budynku.

Moc a sprawnosć kotła węglowego

Wykres opiera się o doświad­cze­nia użyt­kow­ni­ków prze­wy­mia­ro­wa­nych kotłów, a nie pro­fe­sjo­nalne bada­nia, ponie­waż mało kto takie wyko­nuje. A jeśli wyko­nuje, to ich nie publi­kuje, bo klienta nie zachę­ci­łaby infor­ma­cja, że kocioł, który zamie­rza kupić, na co dzień będzie pra­co­wał ze spraw­no­ścią poni­żej 50%.

Wnio­sek z wykresu jest pro­sty: im niż­sza chwi­lowa moc, tym niż­sza spraw­ność kotła. I to dra­stycz­nie. Dopiero w oko­li­cach mocy nomi­nal­nej spraw­ność osiąga obie­cy­wane w fol­de­rach rekla­mo­wych oko­lice 70–80%, a po jej prze­kro­cze­niu zaczyna z wolna maleć, ponie­waż wymien­nik kotła nie radzi już sobie z odbio­rem nad­miaru ciepła.

Nie­stety pra­wi­dłowo dobrany kocioł węglowy pra­cuje w oko­li­cach mocy nomi­nal­nej przez co naj­wy­żej 1/3 sezonu grzew­czego, w cza­sie naj­więk­szych mro­zów. Przez resztę zimy jego spraw­ność nie prze­kra­cza 60%. To zna­czy, że realna śred­nia roczna spraw­ność prze­cięt­nego pra­wi­dłowo dobra­nego mocą zasy­po­wego kotła węglo­wego to oko­lice 50–60%. To przy opty­mi­stycz­nym zało­że­niu, że kocioł jest utrzy­my­wany w czy­sto­ści, a z komina nie widać śladu dymu.

Jak ma się to do spraw­no­ści rzędu 70–85% w ulot­kach rekla­mo­wych? To, czym tak chwalą się pro­du­cenci, to mak­sy­malna moż­liwa spraw­ność chwi­lowa, usta­lana w warun­kach labo­ra­to­ryj­nych, na czy­stym nowym kotle i wzor­co­wym pali­wie. W domo­wych warun­kach nie spo­sób się do niej zbliżyć.

Dla­czego to ważne

Kocioł gazowy pra­cuje naj­efek­tyw­niej, gdy insta­la­cja grzew­cza jest prze­wy­mia­ro­wana (duża powierzch­nia grzej­ni­ków, pod­ło­gówka), czyli do ogrza­nia domu potrzeba zawsze wody o niskiej tem­pe­ra­tu­rze (naj­le­piej grubo poni­żej 60 st.C). Jego efek­tyw­ność zależy od tem­pe­ra­tury wody grzew­czej, a nie wprost od mocy nomi­nal­nej czy chwi­lo­wej (choć więk­sza moc chwi­lowa zwy­kle ozna­cza wyż­szą tem­pe­ra­turę wody).

Kocioł węglowy pra­cuje naj­efek­tyw­niej, gdy jego aktu­alna moc jest jak naj­bliż­sza mocy nomi­nal­nej. Czyli wtedy, gdy moc nomi­nalna została dobrana pra­wi­dłowo do zapo­trze­bo­wa­nia na cie­pło danego budynku, a insta­la­cja grzew­cza jest nie­do­wy­mia­ro­wana (tra­dy­cyjne grzej­niki o mniej­szej powierzchni, a co za tym idzie wyż­sza tem­pe­ra­tura wody w instalacji).

Z tego wynika, że wybór mię­dzy gazem a węglem wymaga decy­zji już na eta­pie pro­jek­to­wa­nia insta­la­cji grzew­czej, a zbyt dużej mocy nomi­nal­nej kotła węglo­wego nie da się przy­pu­dro­wać wkrę­ce­niem zaworu trój­droż­nego. Takie roz­wią­za­nie pod­nie­sie tem­pe­ra­turę wody w kotle, ale nie zmieni jego spraw­no­ści, bo nie zmieni się jego moc chwi­lowa, która o spraw­no­ści decyduje.

Czym grozi zbyt duża moc kotła

Prze­wy­mia­ro­wa­nie kotła to sytu­acja, gdy moc nomi­nalna kotła jest więk­sza od potrzeb budynku i nigdy nie zosta­nie wyko­rzy­stana. Prze­wy­mia­ro­wa­nie nie­sie mnó­stwo pro­ble­mów, które nie­kiedy bie­rzemy za natu­ralne cechy ogrze­wa­nia węglowego:

  • gigan­tyczne zuży­cie opału, np. 5 ton węgla rocz­nie na 100m2 domu
  • duże ilo­ści węgla pozo­sta­łego w popiele
  • nie­ustanne “kisze­nie” opału — sadza, smoła i smród jak przy ukła­da­niu asfaltu

Skąd te pro­blemy? Prze­wy­mia­ro­wany kocioł zawsze pra­cuje na bar­dzo niskiej mocy — czyli z fatalną spraw­no­ścią rzędu 20–30%. To tak, jakby autem jeź­dzić zawsze na 1–2. biegu i dzi­wić się, czemu pali 30l/100.

Im nad­miar mocy jest więk­szy, tym gorzej. Tym­cza­sem ludzie kupują kotły 25kW do nowo­bu­do­wa­nych par­te­ro­wych domów o powierzchni ~150m2. To daje trzy-czterokrotny nad­miar mocy, a efek­tem jest praw­dziwa kata­strofa finan­sowa i gehenna w kotłowni, którą odczu­wają na wła­snej skó­rze już pierw­szej zimy.

Zobaczmy przy­pa­dek współ­cze­śnie zbu­do­wa­nego domku o powierzchni 100m2. Taki dom bez więk­szego docie­ple­nia osią­gnie mak­sy­malne zapo­trze­bo­wa­nie na cie­pło rzędu 60W/m2, co narzuca moc kotła max. 6kW. Do tego domu wsta­wiono kocioł węglowy o mocy 18kW. Jaki będzie efekt?

Sprawność kotła przewymiarowanegoWidzimy, że nawet w naj­więk­szy mróz kocioł nie prze­kro­czy nigdy spraw­no­ści 40%, ponie­waż szczy­towe zapo­trze­bo­wa­nie budynku — czyli 6kWto zale­d­wie 30% mocy nomi­nal­nej kotła.

Przez więk­szość zimy węgiel w tym kotle będzie się tlił, dymił i smo­ło­wał, a 3/4 ener­gii uciek­nie komi­nem. Palacz spę­dzi więk­szość żywota w kotłowni lub na czysz­cze­niu komina, z któ­rego dodat­kowo zaczną wypły­wać dziwne cie­cze. A w domu będzie +16 stopni, bo do utrzy­ma­nia kom­for­to­wej tem­pe­ra­tury trzeba by zaku­pić dwa razy wię­cej opału.

Co można zro­bić w takim przy­padku? Naj­le­piej zapo­bie­gać — kupu­jąc kocioł według rze­czy­wi­stego zapo­trze­bo­wa­nia na cie­pło, czyli o mocy nomi­nal­nej w oko­li­cach 6kW.
Nie­stety zna­leźć kocioł węglowy o takiej mocy jest trudno. Pro­du­cenci dopiero zaczęli zauwa­żać, że ist­nieją ocie­plone domy i pomału wpro­wa­dzają modele o mocy poni­żej 10kW.

Czym grozi zbyt mała moc kotła

Dobór zbyt dużej mocy kotła to tra­ge­dia. Rów­nież zbyt słaby kocioł to pro­blemy, choć dziś kupić kocioł zbyt słaby dla współ­cze­snego budow­nic­twa staje się powoli niemożliwością.

W przy­padku opi­sa­nego powy­żej budynku, który w naj­gor­szym razie potrze­buje 6kW mocy, naj­mniej­szy dostępny kocioł węglowy o mocy 5kW zdo­łałby ogrzać taki dom korzy­sta­jąc przez naj­zim­niej­sze 2 tygo­dnie z posia­da­nej nad­wyżki ponad moc nomi­nalną. Oczy­wi­ście zakła­da­jąc, że wystąpi naj­gor­szy sce­na­riusz brany pod uwagę przy dobo­rze mocy, czyli śred­nia dobowa tem­pe­ra­tura poni­żej –20st.C, co w prak­tyce jest bar­dzo rzadkie.

Kocioł o zbyt małej mocy nie zdoła ogrzać pomiesz­czeń do wyma­ga­nej tem­pe­ra­tury w cza­sie naj­więk­szych mro­zów, nawet jeśli będzie pra­co­wał powy­żej mocy nomi­nal­nej. W domu będzie więc przez ten czas o kilka stopni chłod­niej. Nikomu z domow­ni­ków nie zagrozi raczej śmierć przez zamar­z­nię­cie, ale nie każdy musi lubić cha­dza­nie po domu w kufajce.
Jeśli chcesz wie­dzieć, jakie mogą być skutki zbyt małej mocy kotła w razie sro­giej zimy, to sprawdź ten wpis na blogu, gdzie zba­da­li­śmy przy­pa­dek naj­su­row­szej z zim, jaką dotąd odno­to­wano na zie­miach polskich.

Zbyt mała moc kotła (w roz­sąd­nych gra­ni­cach) jest mniej szko­dliwa dla kie­szeni niż prze­wy­mia­ro­wa­nie. Skut­kuje bowiem wyż­szą spraw­no­ścią pracy kotła, czyli niż­szym kosz­tem ogrze­wa­nia, a przy tym może być dokucz­liwa przez 2–3 naj­zim­niej­sze tygo­dnie, pod­czas gdy prze­wy­mia­ro­wa­nie jest odczu­walne o wiele bole­śniej i przez całą resztę sezonu.

Jak wła­ści­wie dobrać moc kotła węglowego

Odpo­wiedź jest pro­sta: moc nomi­nalna kotła węglo­wego powinna być zbli­żona do ilo­ści ener­gii, jakiej będzie potrze­bo­wał budy­nek do utrzy­ma­nia sta­łej wybra­nej tem­pe­ra­tury w pomiesz­cze­niach w hipo­te­tyczny naj­mroź­niej­szy dzień sezonu grzew­czego (wyjąt­kiem są kotły mia­łowe — opi­sane poni­żej).

Jako hipo­te­tyczny naj­mroź­niej­szy dzień przyj­muje się — zależ­nie od regionu kraju — dzień ze śred­nią dobową tem­pe­ra­turą na pozio­mie –18st.C do –24st.C. Dla­tego jest on hipo­te­tyczny, ponie­waż takie dni się raczej nie zda­rzają. Zwy­kle nawet gdy nocą jest –25st.C, to za dnia tem­pe­ra­tura pod­nosi się do np. –10st.C, więc śred­nia to ok. –15st.C.

Punk­tem wyj­ścia w sytu­acji doboru mocy kotła — w tro­sce o wła­sne zdro­wie psy­chiczne, kom­fort i pie­nią­dze — powinno być sza­co­wane zapo­trze­bo­wa­nie na ener­gię do ogrze­wa­nia, a nie “widzi­mi­się” sprze­dawcy czy instalatora. 

Skąd uzy­skać taką informację?

Pro­jekt domu

Pierw­sze moż­liwe źró­dło to pro­jekt domu. W przy­padku domów z ostat­nich 20 lat, czę­sto podane bywa w pro­jek­cie zapo­trze­bo­wa­nie na ciepło.

Audyt ener­ge­tyczny

Jeśli nie ma takiej infor­ma­cji w pro­jek­cie domu lub nie ma pro­jektu, możemy wyko­nać audyt ener­ge­tyczny budynku (tzw. OZC). Pro­ce­dura polega na obli­cze­niu zapo­trze­bo­wa­nia ciepl­nego według dość skom­pli­ko­wa­nych pro­ce­dur, na pod­sta­wie zna­jo­mo­ści kon­struk­cji budynku. Osoba bez wie­dzy z zakresu budow­nic­twa ma małe szanse pora­dzić sobie samo­dziel­nie z takim zada­niem, a wyko­na­nie audytu przez fachowca kosz­tuje kil­ka­set do tysiąca złotych.

Warto wydać te pie­nią­dze. Koszt źle dobra­nej mocy kotła jest wyż­szy już po pierw­szej zimie.

Osza­co­wa­nie z grubsza

Zuży­cie ener­gii można osza­co­wać na pod­sta­wie wieku budynku i stop­nia jego docie­ple­nia. Normy obo­wią­zu­jące w cza­sach jego budowy i dostępne mate­riały dają przy­bli­żone poję­cie o jego energochłonności.

  • 60-80W mocy kotła na 1m2 powierzchni ogrze­wa­nej (licząc po pod­ło­gach) dla dobrze ocie­plo­nego współ­cze­snego domu. Np. dla domu o powierzchni ogrze­wa­nej 150m2, potrzeba kotła o mocy nomi­nal­nej od 150 x 60 = 9kW do 150 x 80 = 12kW.
  • 80-100W/m2 w przy­padku domu 30-letniego i star­szego, ale po choćby czę­ścio­wym ocie­ple­niu. Tym razem daje to 12-15kW.
  • 100-120W/m2 w przy­padku star­szego budynku, zupeł­nie nie­ocie­plo­nego, co dla domu 150m2 daje 15-18kW mocy kotła.

Natu­ral­nie jest to osza­co­wa­nie bar­dzo przy­bli­żone, ale pozwala zmie­ścić się z mocą kotła w roz­sąd­nych granicach.

Zuży­cie gazu

Innym, bar­dzo dokład­nym przy­bli­że­niem, może być zuży­cie gazu do ogrze­wa­nia w naj­mroź­niej­sze dni, o ile oczy­wi­ście ogrze­wa­nie gazowe się posiada. Przy­kła­dowo, gdy przy śred­niej dobo­wej tem­pe­ra­tu­rze zewnętrz­nej –10st.C kocioł spa­lił 25m3 gazu, zna­czy to że jego moc mak­sy­malna wynio­sła 25m3/24h = ok. 1m3/h = ok. 10kWh/h = 10kW. Dzię­ląc tę moc przez róż­nicę tem­pe­ra­tur (np. 30 stopni), otrzy­mamy war­tość 333W/st.C.

Aby dowie­dzieć się, jakiej mocy będzie potrzeba przy śred­niej –20st.C, wystar­czy pomno­żyć wyli­czoną wiel­kość przez róż­nicę tem­pe­ra­tur (40 stopni) i już wiemy, że 13,4kW to potrzebna nam moc nomi­nalna kotła.

Przy­bli­żony audyt ener­ge­tyczny — CiepłoWłaściwie.pl

Powyż­sze spo­soby bywają kosz­towne, kło­po­tliwe lub nie­do­kładne. Dla­tego powstało roz­wią­za­nie dar­mowe, pro­ste (siłą rze­czy nie tak dokładne jak pro­fe­sjo­nalny audyt ener­ge­tyczny),  dające dobre przy­bli­że­nie potrzeb grzew­czych budynku. Mowa o stro­nie CiepłoWłaściwie.pl.

Poda­jąc pod­sta­wowe para­me­try kon­struk­cyjne two­jego domu, otrzy­masz tam nie tylko infor­ma­cję o potrzeb­nej mocy grzew­czej, ale także (jeśli podasz aktu­alne zuży­cie opału) o efek­tyw­no­ści two­jego ogrze­wa­nia i pro­po­zy­cjach inwe­sty­cji, które naj­niż­szym kosz­tem obniżą twój rachu­nek za ogrzewanie.

Wyją­tek dla kotłów miałowych

O ile kocioł węglowy, gazowy, na drewno czy pel­let powi­nien mieć moc nomi­nalną zbli­żoną do mak­sy­mal­nego zapo­trze­bo­wa­nia na cie­pło budynku, to nie doty­czy ta zasada kotłów miałowych.

Kocioł mia­łowy dobiera się według mocy śred­niej, a nie nomi­nal­nej. Dla­czego tak? Ponie­waż miał jest pod­łym pali­wem — nisko­ka­lo­rycz­nym, zapo­pie­lo­nym, które nie pozwala na ostre grza­nie. Dla­tego aby obsługa kotła mia­ło­wego nie urą­gała czło­wie­czeń­stwu pala­cza, taki kocioł powi­nien mieć sta­ło­pal­ność ok. 24 godzin. Aby to osią­gnąć, trzeba go “przewymiarować”.

Przy­kła­dowo jeśli dom potrze­buje max. 15kW mocy grzew­czej, to kocioł węglowy do tego domu powi­nien mieć moc nomi­nalną 14-16kW, ale kocioł mia­łowy do tego samego domu musi mieć ok. 30kW, ponie­waż gdy ma on zakres mocy 5-30kW, to śred­nia wypada ok. 16kW, co odpo­wiada zapo­trze­bo­wa­niu domu.

Ta zasada ma poważne kon­se­kwen­cje. Ozna­cza ona, że kocioł mia­łowy nie może być opa­lany węglem. To musi zabo­leć rze­sze rado­snych pala­czy kupu­ją­cych sobie kocioł ‘na wszystko’, z nadzieją że popalą sobie w nim mia­łem, a jak im się znu­dzi, to prze­sko­czą na węgiel. Nic z tego. Nie ist­nieje samo­chód, który rów­nie wygod­nie i eko­no­micz­nie prze­wie­zie dwie osoby, 20 osób albo 10 ton ładunku. Podob­nie nie ist­nieje kocioł na wszystko, który zawsze będzie pra­co­wał ekonomicznie.

Jeśli zaczniesz palić węglem w kotle mia­ło­wym, to dosta­niesz wszyst­kie pro­blemy zwią­zane z prze­wy­mia­ro­wa­niem. Bo kocioł mia­łowy napchany węglem jest prze­wy­mia­ro­wany. Opa­lany mia­łem ma słab­sze osiągi, dosto­so­wane do potrzeb domu i dla­tego działa prawidłowo.

Jeśli zechcesz palić mia­łem w kotle węglo­wym, to będziesz miesz­kać w kotłowni i zamar­z­niesz w więk­sze mrozy. Przede wszyst­kim kocioł, który jest dobrany mocą nomi­nalną, w sytu­acji opa­la­nia mia­łem będzie za słaby, by ogrzać dom. Poza tym jego pojem­ność zasy­powa pozwoli na sta­ło­pal­ność rzędu kilku-kilkunastu godzin, co wymusi roz­pa­la­nie po 2–3 razy na dobę.

Co zro­bić z prze­wy­mia­ro­wa­nym kotłem

Prze­wy­mia­ro­wa­nie kotła nie bie­rze się tylko ze złego zakupu. Czę­sto to wynik ocie­ple­nia budynku. Wystar­czy obło­że­nie domu sty­ro­pia­nem, by zapo­trze­bo­wa­nie domu na cie­pło spa­dło nawet o połowę — i już kocioł staje się prze­wy­mia­ro­wany. Oszczęd­no­ści z ocie­ple­nia zostaną pożarte przez straty opału z tytułu przewymiarowania.

Ale na szczę­ście nie trzeba od razu łożyć pie­nię­dzy na nowy kocioł. Da się dość pro­sto i sku­tecz­nie ogra­ni­czyć jego moc z uży­ciem cegieł sza­mo­to­wych i spe­cjal­nej zaprawy. Koszt to w pory­wach 50zł.

W kotle gór­nego spalania

Ograniczenie mocy kotła górnego spalaniaTaki zabieg pozwala dopro­wa­dzić prze­wy­mia­ro­wany kocioł do stanu uży­wal­no­ści. Dobór ilo­ści cegieł będzie zale­żał od nad­wyżki mocy, jakiej chcemy się pozbyć. Można przy­jąć, że zamu­ro­wu­jąc 1/3 rusztu, redu­kuje się moc kotła także o 1/3.

Oto kolejne kroki tej operacji:

  • Zaopatrz się w kilka cegieł sza­mo­to­wych peł­no­wy­mia­ro­wych i kilka pła­skich, szli­fierkę kątową z tar­czą do cię­cia cera­miki oraz min. 5kg zaprawy sza­mo­to­wej. Znaj­dziesz to wszystko w pierw­szym lep­szym mar­ke­cie budowlanym.
  • Zacznij od uło­że­nia bez zaprawy stosu z cegieł na sze­ro­kość całego rusztu, dłu­gość 15cm (sze­ro­kosć jed­nej cegły) i do wyso­ko­ści mak­sy­mal­nego zasypu (w prak­tyce pra­wie pod drzwiczki zasy­powe). Jeśli cegły nie miesz­czą się tak, by szczel­nie blo­ko­wać ruszt lub wystę­pują szcze­liny ponad 1cm, przy­tnij bra­ku­jące kawałki lub nad­miary uży­wa­jąc szli­fierki (z zacho­wa­niem środ­ków bez­pie­czeń­stwa typu oku­lary ochronne — sza­mot tnie się nie­ła­two). Blok sza­motu powi­nien się­gać nie­mal na wyso­kość dol­nej kra­wę­dzi drzwi­czek zasy­po­wych.
    Cegły powinny być spa­so­wane moż­li­wie ści­śle. Zaprawa będzie peł­nić tylko rolę uszczel­nia­cza. Cały blok sza­motu ma przy­le­gać do ścian kotła. Bez obaw — roz­sze­rzal­ność cieplna sza­motu jest mniej­sza niż stali czy żeliwa i po nagrza­niu nie uszko­dzi on kotła roz­sze­rza­jąc się.
  • Wstęp­nie możesz zamo­co­wać cegły bez zaprawy, uszczel­nia­jąc prze­strze­nie mię­dzy nimi gliną lub choćby popio­łem. Taka kon­struk­cja wytrzyma kilka prze­pa­leń, a pozwoli spraw­dzić, czy zain­sta­lo­wana ilość sza­motu jest pra­wi­dłowa. Jeśli tak — będziesz mógł spo­koj­nie wkleić cegły na zaprawę. Jeśli nie — łatwo wyj­miesz / dodasz nowe cegły.
  • Prze­pal kilka razy i sprawdź, jak działa kocioł, naj­le­piej przy umiar­ko­wa­nych mro­zach. Powi­nien wol­niej nagrze­wać wodę, mniej dymić i smo­ło­wać, a sza­mot będzie się roz­grze­wał do czer­wo­no­ści. Jeśli zasyp wystar­czy na min. 12h, a poprawa jako­ści spa­la­nia jest widoczna, to możesz pozo­stać przy tej ilo­ści sza­motu. Jeśli zbyt­nio nie widać róż­nicy, a nad­miar mocy jest jesz­cze spory — dołóż wię­cej cegieł. Jeśli zasyp star­cza na mniej niż 12h — sza­motu jest zbyt dużo.
  • Gdy już usta­lisz pra­wi­dłową pro­por­cję rusztu, którą musisz zablo­ko­wać sza­mo­tem, wklej cegły na zaprawę. For­mal­nie potrzeba ok. 24h na jej zwią­za­nie, ale prze­pa­lić ostroż­nie możesz już po kilku godzi­nach, gdy zaprawa prze­staje być ela­styczna. Zaprawa nie musi zwią­zać na kamień. Wystar­czy, że wyschnie i nie będzie się wykru­szać. W każ­dym razie do muro­wa­nia lepiej wybrać dzień, w któ­rym przez ten czas będziesz mógł prze­żyć bez ogrzewania.

Po takiej ope­ra­cji odczu­jesz zna­czącą poprawę w kul­tu­rze pracy kotła oraz zmniej­szone zuży­cie opału. Oczy­wi­ście jest to tylko pro­teza mniej­szego kotła, ale tania i dość skuteczna.

W kotle dol­nego spalania

Idea jest podobna jak w wyżej opi­sa­nym przy­padku, tylko wyko­na­nie ciut odmienne. Nadal cho­dzi o ogra­ni­cze­nie ilo­ści palą­cego się węgla i powierzchni odbioru cie­pła, ale w kotle dol­nego spa­la­nia robi się to nieco inaczej:

  • zmniej­sza­jąc prze­lot pod pierw­szym wymien­ni­kiem, czyli sze­ro­kość i/lub wyso­kość tzw. pal­nika przez zamu­ro­wa­nie go czę­sciowo szamotem
  • przez wyło­że­nie sza­mo­tem dol­nej czę­ści ścian komory zasy­po­wej — aby ogra­ni­czyć tam odbiór cie­pła z roz­pa­lo­nego czę­ściowo zasypu

Ograniczenie mocy kotła dolnego spalania

Tak jak w przy­padku kotła gór­nego spa­la­nia, ilość, gru­bość oraz miej­sce insta­la­cji sza­motu należy dobrać eks­pe­ry­men­tal­nie. Pamię­tać należy jedy­nie, by sza­mot był roz­miesz­czony syme­trycz­nie wzglę­dem podłuż­nej osi kotła, tj. gdy okle­jamy ścianę z pra­wej strony, to tyle samo sza­motu idzie na lewą ścianę. To wszystko w celu zapew­nie­nia rów­no­mier­nego nagrze­wa­nia kotła.
Jeśli kocioł ma ruszt ruchomy, to usta­wia­jąc cegły sza­mo­towe na rusz­cie, trzeba roz­mie­ścić je tak, aby nie blo­ko­wały rusztu ruchomego.

Scho­wać cie­pło na później

Na pro­blem nad­miaru mocy kotła można spoj­rzeć z góry, z poziomu całego domu. A gdyby tak ener­gię odbie­raną stale z kotła pra­cu­ją­cego na pozio­mie 30% mocy nomi­nal­nej, zastą­pić ener­gią wypro­du­ko­waną co jakiś czas, ale z mocą 90% nomi­nal­nej? Ilość ener­gii ta sama, ale spraw­ność jej odbioru — o wiele większa.

To prze­cież kla­syczne prze­pa­la­nie. Nie­eko­no­miczne, a do tego kto lub takie huś­tawki zimno-ciepło? Kom­bi­nujmy więc dalej. Przy­dałby się jakiś aku­mu­la­tor dla tej nad­wyżki ener­gii. Współ­cze­sny dom w tej roli spraw­dza sie słabo. Dołóżmy więc dobrze zaizo­lo­waną beczkę z wodą i grzejmy ją z dużą mocą przez kilka godzin, by następ­nie przez kil­ka­na­ście godzin odbie­rać zgro­ma­dzone w niej ciepło.

I tak docho­dzimy do kolej­nego spo­sobu na prze­wy­mia­ro­wany kocioł: to bufora cie­pła. Po pro­stu beczka z wodą grzana z insta­la­cji cen­tral­nego ogrze­wa­nia, maga­zy­nu­jąca nad­miar ener­gii. Gene­ral­nie sto­suje się go w celu pod­nie­sie­nia śred­niej mocy kotła, a więc pod­nie­sie­nia spraw­no­ści jego pracy. Do niwe­lo­wa­nia skut­ków prze­wy­mia­ro­wa­nia jak znalazł.

Jest tylko sze­reg pro­ble­mów. Przede wszyst­kim taki bufor musi być naprawdę duży. Setki, nawet parę tysięcy litrów, zależ­nie od ilo­ści ener­gii, jaką chcemy zma­ga­zy­no­wać. Za tym idą trud­no­ści wyko­naw­cze i koszty. A co za to zysku­jemy? Tań­sze ogrze­wa­nie, pale­nie w kotle raz na parę dni.
Tema­tyka bufo­rów cie­pła została dogłęb­nie roz­pra­co­wana np. w tym wątku na forum Mura­tora.

Fał­szywa nadzieja w automatyce

Pew­nie znajdą się i tacy, co na pro­blem nad­miaru mocy kotła par­skną śmie­chem, a gdy już zła­pią oddech, powie­dzą, że prze­cież wystar­czy zamon­to­wać ste­row­nik jeden, drugi i piąty, do tego zawór mie­sza­jący, wie­lo­dro­gowy, pompkę, wodo­trysk i neony oraz kom­pu­ter nad­zo­ru­jący całość — i kocioł zacznie pra­co­wać eko­no­micz­nie, a do tego jak nowocześnie!

Nie trzeba wcho­dzić w szcze­góły tech­niczne, by oba­lić takie myśle­nie u samych pod­staw. Takie twier­dze­nia mogą wysu­wać jedy­nie osoby nie­ma­jące poję­cia o isto­cie dzia­ła­nia kotłów węglo­wych, trak­tu­jące je jak czarną skrzynkę wyplu­wa­jącą cie­pło w zamian za opał, zdolną do natych­mia­sto­wej i bez­strat­nej regu­la­cji mocy w zakre­sie 0–100% mocy nominalnej.

Opi­sana wcze­śniej zależ­ność spraw­no­ści pracy kotła od jego aktu­al­nej mocy wynika z samej istoty jego kon­struk­cji. Spo­sób ste­ro­wa­nia — nie­ważne czy pro­sty miar­kow­nik mecha­niczny, czy kil­kur­dze­niowy ste­row­nik z fuzzy PID disco laz­zers — jak i sama insta­la­cja grzew­cza (zawory mie­sza­jące i inne cuda hydrau­liki) nie mają tu nic do powie­dze­nia, bo odpo­wia­dają jedy­nie za nad­zór nad warun­kami pracy kotła i dys­try­bu­cję ener­gii.
Nato­miast nad­rzęd­nym ogra­ni­cze­niem pozo­staje zapo­trze­bo­wa­nie cieplne budynku. Gdy zostaje ono zaspo­ko­jone, to moc kotła musi zostać obni­żona, a za tym idzie spa­dek spraw­no­ści. Nie da się zatrzy­mać w miej­scu spa­la­nia węgla, a potem w dowol­nym momen­cie go wznowić.

Co zro­bić ze zbyt sła­bym kotłem

Oprócz zakupu nowego kotła o wła­ści­wej mocy, cie­kawą opcją może być zasto­so­wa­nie dodat­ko­wego źró­dła cie­pła do wspo­ma­ga­nia kotła węglo­wego w naj­zim­niej­szym okre­sie. Nie musi to być tylko roz­wią­za­nie pro­te­tyczne. Po odpo­wied­nim prze­kal­ku­lo­wa­niu może się oka­zać, że taki manewr pozwoli na zakup kotła węglo­wego o niż­szej mocy, który będzie pra­co­wał z wyż­szą spraw­no­ścią śred­nio­roczną, co wyge­ne­ruje kon­kretne oszczędności.

Weźmy przy­kła­dowy dom o powierzchni ogrze­wa­nej 200m2 i mak­sy­mal­nym zapo­trze­bo­wa­niu na ener­gię rzędu 80W/m2 (czyli np. 30-letni dom z prze­cięt­nie docie­plo­nymi ścia­nami i nowymi oknami). W kotłowni stoi kocioł 10kW. Mak­sy­mal­nie wycią­gnie on 11kW, ale dom potrze­buje 16kW. Bra­kuje 5kW w naj­zim­niej­szym 3-tygodniowym okresie.

Sprawność kotła niedowymiarowanego

Dobrym wyj­ściem może być dogrze­wa­nie domu w tym cza­sie np. kotłem gazo­wym. Kocioł ten mógłby być nawet zabyt­kiem tech­niki, nie­uży­wa­nym przez resztę sezonu, nie­ko­niecz­nie nowo­cze­snym kotłem kon­den­sa­cyj­nym. Potrzebne max. 5kW i tak by z sie­bie wydu­sił. Tym­cza­sem kocioł węglowy dzia­łałby w tym cza­sie w oko­li­cach mocy nomi­nal­nej, a więc na mak­sy­mal­nej sprawności.

Ale czy to się opłaci? Policzmy. Kocioł gazowy pra­co­wałby z mocą 1-6kW przez 3 tygo­dnie, co daje 21 dni * 24 godziny * 6kW = 3000kWh, a z tego bie­rzemy połowę: 1500kWh, zakła­da­jąc liniowy wzrost wyko­rzy­sta­nia mocy kotła gazo­wego. 1m3 gazu GZ-50 to ok. 10kWh ener­gii, więc spa­lamy 150m3 gazu po 2,5zł/m3. Koszt imprezy wynosi w naj­gor­szym razie 375zł.
Odej­mu­jemy cenę wytwo­rze­nia tej ener­gii z węgla, gdy­by­śmy mieli kocioł o dosta­tecz­nej mocy. Rado­śnie zakła­damy spraw­ność 80%, więc musie­li­by­śmy spa­lić 240kg dobrego węgla (28MJ/kg). To daje koszt ok. 200zł. Na razie jeste­śmy 175zł do tyłu.

Ale sprawdźmy korzy­ści z niskiej mocy kotła. Gdyby był dobrany pra­wi­dłowo, śred­nio­roczna spraw­ność wyno­si­łaby ok. 45%. Dzięki niskiej mocy kotła, pra­cuje on na wyż­szym pro­cen­cie mocy nomi­nal­nej, a tym samym osiąga wyż­szą śred­nią spraw­ność: ok. 60%. To daje ok. 10–15% oszczęd­no­ści na kosz­tach opału. Zamiast 7,5t spa­lamy 6t. Odej­mu­jąc dodat­kow 175zł za gaz, jeste­śmy wciąż 1000zł do przodu. Jeśli nadal czy­tasz i coś z tego rozu­miesz, to widzisz: opła­ciło się, i to konkretnie.

Jak żyć

Jak zwy­kle nie­świa­domy niczego klient nie ma lekko. Nie­któ­rzy pro­du­cenci i sprze­dawcy bez waha­nia wci­sną mu kocioł o zbyt dużej mocy, z któ­rym będzie się męczył i słono pła­cił za stra­cony opał, a jego los nikogo nie będzie obcho­dził. Ba, nawet on sam czę­sto nie będzie świa­dom, że się męczy i prze­płaca, myśląc że z węglem tak po pro­stu być musi.

Naj­lep­sze wyj­ście to porzu­ce­nie syn­dromu sybe­ryj­skiego i zakup kotła o mocy odpo­wia­da­ją­cej zapo­trze­bo­wa­niu budynku. Ale współ­cze­sne ener­go­osz­czędne budow­nic­two spra­wia, że coraz trud­niej kupić kocioł węglowy, któ­rego moc nie będzie za wysoka.

Wtedy należy poże­gnać się z dogma­tem o tanim węglu i na poważ­nie roz­wa­żyć też inne spo­soby ogrze­wa­nia, które wyma­gają inwe­sty­cji na wstę­pie, ale w dłuż­szym okre­sie są dużo tań­sze — począw­szy od naj­prost­szego roz­wią­za­nia: buforu cie­pła.