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?