Kotły na biopaliwa stałe-specyfika systemu. Spójna gospodarka ciepłem.

Obecnie coraz częściej kojarzenie w ramach jednego systemu grzewczego różnych źródeł ciepła staje się koniecznością. Oprócz energii z tradycyjnych kotłów należy uwzględnić ciepło z systemów zasilanych energią słońca, pompy ciepła, czasami z kominka lub innego źródła ciepła. W instalacjach kotłowych na biopaliwa stałe było to zawsze zagadnienie fundamentalne, dzięki czemu obecnie oferowane systemy posiadają bardzo bogate rozwiązania w tym zakresie. Pomimo iż zakres regulacji płynnej nowoczesnych kotłów na biopaliwa stałe jest bardzo szeroki i może wynosić od 25 do 100%, to optymalna sprawność kotłów jest w górnym zakresie mocy grzewczej. Aby urządzenia powyższe mogły pracować optymalnie, sugeruje się stosowanie buforów ciepła, które pozwalają na eksploatację kotłów przy optymalnym punkcie pracy oraz z gwarancją stabilizacji w czasie, bez względu na zmienność w jego odbiorze.

Stosowanie buforów ciepła pozwala na doskonałe kojarzenie różnych źródeł ciepła oraz różnych odbiorników energii cieplnej (schemat 1) charakteryzujących się różną wydajnością, dynamiką, zakresem temperatur, czasem pracy, takich jak:
* kocioł na biopaliwa stałe (KBS),
* kocioł asekuracyjny, np. olejowy (KAO),
* system zasilany energią słoneczną (SES),
* obieg instalacji grzejnikowej (OIG),
* obieg instalacji ogrzewania podłogowego (OIP),
* obieg przygotowania ciepłej wody użytkowej (CWU),
* bufor ciepła (Bufor),
* przygotowanie c.w.u. w trybie dynamicznym (BWM).

Funkcja szybkiego grzania W ramach nowocześnie zaprojektowanego systemu grzewczego z buforem ciepła (fot. 1) istnieje możliwość optymalizacji ogrzewania, funkcja szybkiego grzania FSG realizowana przez układ z zaworem trójdrożnym (fot. 2). Polega ona na doprowadzeniu do kotła czynnika grzewczego o temperaturze nieco wyższej niż minimalna, co pozwala na szybsze osiągnięcie wyższej temperatury zasilania (np. dla przygotowania ciepłej wody użytkowej). Istnieje możliwość zróżnicowania odbiorów czynnika grzewczego w zależności od rodzaju odbiorcy ciepła. Czynnik o najwyższej temperaturze do obiegu przygotowania ciepłej wody użytkowej, czynnik o niższej temperaturze do obiegów grzewczych. W przypadku rezygnacji z tradycyjnego rozdzielacza, można także zróżnicować wpięcia do buforu ciepła obiegów ogrzewania, np. w górną część wpiąć obieg grzejnikowy, w niższą obieg ogrzewania podłogowego. W przypadku zastosowania w kotle na biomasę sterownika swobodnie programowalnego często każdy z obiegów grzewczych pracuje z niezależną krzywą grzewczą, z niezależnym kalendarzem pracy podstawowej i pracy z osłabieniem (zwanym osłabieniem nocnym), z własnym kalendarzem mogą także pracować źródła ciepła. Zazwyczaj jednak obiegi ogrzewania grzejnikowego i ogrzewania podłogowego (fot. 3) podłączane są do wspólnego rozdzielacza i kolektora.
Rozdzielacz obiegów grzewczych podłączony jest poniżej króćca zasilania z kotła oraz zasilania obiegu przygotowującego ciepłą wodę użytkową. Powrót zaś z obiegów grzewczych podłączony jest zazwyczaj bezpośrednio do powrotu kotła. Miejsce wpięcia jest jednak przed zabezpieczeniem przed zbyt niską temperaturą powrotu. Szczegółowy opis zasady działania zabezpieczenia oraz wariantów jego wykonania został omówiony w poprzednim artykule. Każdy z obiegów grzewczych może być sterowany wg krzywej pogodowej oraz ustalonego kalendarza w trybie grzania i tzw. osłabienia nocnego. Najmniejszy okres programowania trybów pracy to zazwyczaj tydzień.
Dla każdej doby w tygodniu mogą występować po dwa stany wysokie (grzanie) i dwa stany niskie (osłabienie nocne). Sterowniki swobodnie programowalne oraz niektóre przeznaczone do obiegów grzewczych, pozwalają dodatkowo na korektę krzywej grzewczej. Korekta odbywa się przez porównanie temperatury zadanej na zadajniku pomieszczeniowym z wartością zmierzoną w miejscu zabudowy sterownika. W przypadku przekroczenia temperatury zadanej następuje obniżenie krzywej grzewczej lub jej podwyższenie, gdy zmierzona temperatura jest zbyt niska. Nowoczesne zadajniki pozwalają na zdalne sterowanie pracą kotła poprzez ręczne zadawanie trybu grzania, trybu osłabienia, trybu automatycznego (czyli pracą wg kalendarza), wyłączenia i innych.

Dynamiczne przygotowanie c.w.u. Sposób wpięcia obiegu przygotowania ciepłej wody użytkowej jest taki, aby uzyskać czynnik grzewczy znajdujący się w buforze o możliwie wysokiej temperaturze. Dotyczy to zarówno przygotowania ciepłej wody użytkowej w trybie zasobnikowym lub dynamicznym BWM z wykorzystaniem płytowego wymiennika ciepła. Szczególnie dla dynamicznego przygotowania ciepłej wody użytkowej ważne jest, aby do pozyskania ciepłej wody użytkowej czynnik grzewczy miał możliwie wysoką temperaturę.
Wynika to z prostego faktu, iż typowa różnica temperatur pomiędzy czynnikiem grzewczym zasilającym wymiennik płytowy ciepłej wody użytkowej a przygotowaną ciepłą wodą użytkową wynosi pomiędzy 2-3oC. Tak niska różnica temperatur jest możliwa tylko w systemach zasilania przeciwprądowego wymiennika. A więc jeśli chcemy uzyskać ciepłą wodę użytkową o temperaturze 55oC, czynnik grzewczy w miejscu jego poboru z bufora musi mieć temperaturę powyżej 57-58oC. Istotną kwestią jest także, aby była dostateczna ilość czynnika grzewczego o wysokiej temperaturze w buforze dla przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Buforowa ilość czynnika o wysokiej temperaturze musi być systemowo zabezpieczona przed poborem przez obiegi grzewcze, które często i tak zredukują temperaturę czynnika grzewczego do wartości wyznaczonej wg krzywej podłogowej. Zabezpieczeniem systemowym jest poduszka gorącej wody pomiędzy górną dennicą bufora a króćcem, z którego zasilany jest rozdzielacz zasilający obiegi grzewcze. Króciec jest poniżej zasilania pochodzącego z kotła oraz poboru wody przez wymiennik. Taka orientacja w pionie króćców w buforze zabezpiecza systemowo poduszkę gorącej wody do zasilenia instalacji przygotowania ciepłej wody użytkowej. W przypadku zastosowania zasobnikowego przygotowania ciepłej wody użytkowej istnieje także możliwość zaprogramowania czasu gotowości ciepłej wody w zasobniku w trybie tygodniowym, analogicznie jak programowanie obiegów grzewczych. Najmniejszy okres programowania trybów pracy to zazwyczaj tydzień.
Dla każdej doby w tygodniu mogą występować po dwa stany wysokie (grzanie) i dwa stany niskie (osłabienie nocne). W przypadku zasobnikowego przygotowania ciepłej wody użytkowej programuje się temperaturę maksymalną ciepłej wody użytkowej w zasobniku oraz temperaturę minimalną w czasie gotowości. Poza tym okresem temperatura w zasobniku nie jest regulowana oprócz zabezpieczenia przez zamarznięciem wody.
Wartość maksymalna, którą się ustawia, zawsze jest większa od wartości minimalnej, przy zachowaniu różnicy temperatur co najmniej 5oC. Wartości skrajne zależą od ograniczeń programowych narzuconych przez programistów. Zazwyczaj temperatura maksymalna nie przekracza 80oC, minimalna nie jest mniejsza niż 35oC.

Sterowanie i finezja Cała strategia pracy zależy od możliwości sterownika i finezji oraz inwencji piszącego program. Zawsze jednak można coś udoskonalić. Takich możliwości nie posiadają tradycyjne kotły na gaz i olej, których automatyka jest mocno zestandaryzowana, co nie oznacza, iż nie ma możliwości ich rozbudowy. Rozbudowa oznacza dodatkowe koszty, w przypadku nowoczesnych kotłów na biopaliwa jest to standard. Tematem następnego artykułu będą systemy sterowania i zasilanie bufora przez instalację słoneczną (solarną) oraz pozostałe specyficzne rozwiązania, charakterystyczne dla kotłowni na biopaliwa stałe.
Grzegorz Ojczyk
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf


Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

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

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij