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.