Zabezpieczenia kotłów wiszących. Czujnik na straży

zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Kocioł jest urządzeniem, które ma za zadanie ogrzać wodę grzewczą energią cieplną powstającą w trakcie spalania paliwa (np. gazu ziemnego). Powstające w trakcie spalania paliwa produkty, czyli spaliny, odprowadzane są z kotła przewodem spalinowym (popularnie nazywanym kominem) na zewnątrz. Proces ogrzewania wody grzewczej jest więc stosunkowo prostym zjawiskiem, jednak aby zachodził w sposób kontrolowany i przede wszystkim bezpieczny, kocioł musi być wyposażony w szereg zabezpieczeń i czujników, które w połączeniu z regulatorem kotła umożliwiają monitorowanie procesu ogrzewania.

Poniżej zostaną omówione elementy niezbędne do prawidłowej i bezpiecznej eksploatacji kotła wiszącego. Trudno jednoznacznie wskazać, które z nich są ważniejsze, a które mniej – każdy z wymienionych poniżej elementów ma spełniać określone zadanie.

Naczynie przeponowe
W kotłach wiszących naczynia przeponowe są zazwyczaj zabudowywane fabrycznie. Naczynie przeponowe ma za zadanie przejmować wzrost objętości wody grzewczej. Jak zapewne wszyscy czytelnicy doskonale wiedzą, woda wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza swoją gęstość, a tym samym rośnie jej objętość w instalacji grzewczej. Ponieważ instalacje grzewcze są (powinny być) instalacjami zamkniętymi, wzrost objętości wody grzewczej powodowałby nadmierny wzrost ciśnienia wewnątrz instalacji, co w skrajnym przypadku doprowadziłoby do uszkodzenia, rozerwania przewodów lub elementów armatury. Aby temu przeciwdziałać, stosowane jest naczynie przeponowe, które jak wiemy jest częściowo wypełnione gazem (azot lub powietrze) oddzielonym od części wodnej membraną. Wzrost objętości wody w instalacji powoduje więc wypełnienie większej objętości naczynia wodą, kompresując tym samym gaz. Jeśli woda grzewcza ochłodzi się, a wiec zmniejszy się jej objętość, woda zostanie wypchana z naczynia przez sprężony gaz.

Do prawidłowej pracy naczynia przeponowego konieczne jest utrzymywanie odpowiedniego ciśnienia powietrza (azotu) po stronie gazowej naczynia. Zaleca się, aby ciśnienie gazu w naczyniu wynosiło ok. 0,2-0,3 bara poniżej ciśnienia napełnienia instalacji. Przypomnijmy, że ciśnienie w naczyniu ustala się po odcięciu go od instalacji wodnej i opróżnieniu z wody, w przeciwnym wypadku ciśnienie poduszki gazowej będzie zawsze wypadkową ciśnienia wody grzewczej i ciśnienia powietrza.

Jeśli naczynie przeponowe nie zadziała prawidłowo, bo np. nie jest napełnione powietrzem lub ciśnienie powietrza jest zbyt małe (zbyt duże), kotły posiadają kolejne zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia w instalacji – zawór bezpieczeństwa. W małych kotłach są to najczęściej zawory o ciśnieniu otwarcia 3 barów. Jeśli więc ciśnienie w instalacji wzrośnie powyżej 3 barów, zawór otworzy się i nadmiar wody grzewczej wyleje się, aż ciśnienie nie spadnie poniżej 3 barów. Oczywiście podczas normalnej pracy kotła, przy prawidłowym napełnieniu instalacji i prawidłowym ciśnieniu napełnienia, otwarcie zaworu bezpieczeństwa nie powinno mieć miejsca. Zmiany objętości wody grzewczej powinno kompensować naczynie przeponowe. Każdorazowo, montując instalację grzewczą, powinno się sprawdzać (przeliczać), czy zamontowane w kotle naczynie przeponowe nie ma zbyt małej objętości w stosunku do objętości zładu. Na stronach producentów naczyń przeponowych można znaleźć wzory, tabele doborowe lub programy ułatwiające takie kalkulacje.

Przykładowo zład napełniony ok. 100 litrami wody o temperaturze 8oC po podgrzaniu do 75oC zwiększy swoją objętość o ok. 2,6 litra, czyli ze 100 litrów wody „zrobi się” ok 102,6 litra!

Podobne zadanie spełniają zawór bezpieczeństwa i naczynie przeponowe montowane w instalacji wody użytkowej podgrzewanej w zasobniku. Instrukcje montażowe producentów podgrzewaczy zalecają montaż naczyń przeponowych, grożąc utratą gwarancji na zasobnik przy ich braku. Mimo tego spotyka się instalacje ciepłej wody zabezpieczone tylko zaworem bezpieczeństwa (ciśnienia otwarcia 6, 8 lub 10 barów). Panuje obiegowa opinia, że przy małych zasobnikach c.w.u. naczynie przeponowe jest zbędne… Nic bardziej mylnego! Instalacja bez naczynia przeponowego będzie pracować, ale trzeba liczyć się z wyciekami wody z zaworu bezpieczeństwa i skróceniem trwałości zaworów armatury sanitarnej, która będzie narażona na wysokie ciśnienia wody w instalacji. Naczynie przeponowe będzie również zabezpieczać instalacje przed negatywnymi skutkami uderzeń hydraulicznych, które przy obecnie powszechnie stosowanych bateriach domowych jednouchwytowych z mieszaczem ceramicznym lub kulowym są na porządku dziennym. Każde szybkie otwarcie lub zamknięcie wylewki wywołuje mniej lub bardziej intensywne zjawisko uderzenia hydraulicznego. Przykładowo wystąpi dwukrotny wzrost ciśnienia spowodowany nagłym zamknięciem zaworu na przewodzie stalowym o średnicy wewnętrznej 10 mm, w którym panował przepływ o prędkości 0,3 m/s i ciśnienie 40 m H2O (ok. 4 bary), czyli w warunkach mogących wystąpić w domowej sieci wodociągowej. Ciśnienie gwałtownie wzrośnie prawie dwukrotnie, czyli z 4 do 8 barów. Przyrost ciśnienia do około 80 m H2O (8 barów) na pewno nie spowodowałby zniszczenia przewodu stalowego, ale cyklicznie powtarzany z pewnością może przyczynić się chociażby do rozszczelnienia połączeń rurociągu (szczegółowy artykuł o uderzeniu hydraulicznym publikowany był na łamach „Magazynu Instalatora” w numerze 69 z maja 2004 r.  (str. 1, str. 2)   i w numerze 89 ze stycznia 2006 r.). Również pojemność naczynia przeponowego c.w.u. należy dobrać na podstawie pojemności zasobnika c.w.u. i wytycznych producentów naczyń.

Ważne filtry
Uzupełniając informacje o zabezpieczeniach instalacji hydraulicznych, nie wolno pominąć konieczności montowania filtrów na przewodach „wpływających” do kotła, czyli na przewodzie powrotnym z instalacji grzewczej, przewodzie gazowym i, jeśli występuje (kotły dwufunkcyjne), przewodzie zasilającym wody zimnej. Istotny jest prawidłowy montaż filtra, zgodnie z kierunkiem przepływu czynnika, i oczywiście dostęp serwisowy.

Kocioł grzewczy posiada też kilka zabezpieczeń bezpośrednio związanych z komorą spalania i ogrzewaniem wody grzewczej. W kotle wiszącym stosuje się czujnik temperatury wody grzewczej w wymienniku spaliny-woda: ogranicznik temperatury maksymalnej nazywany też elektronicznym STB. Jest czujnik, który po wykryciu zbyt wysokiej temperatury (np. 82oC) wody grzewczej wyłączy palnik. Odblokowanie palnika możliwe będzie dopiero po wychłodzeniu wody w kotle poniżej ustalonej temperatury (np. 75oC), ale po uprzednim ręcznym „zresetowaniu” czujnika. Wymagane więc będzie podejście osoby obsługującej kocioł. Dzięki temu wymogowi ręcznego resetowania czujnika użytkownik instalacji powinien mieć świadomość, że w kotle z jakiegoś powodu woda grzewcza ogrzała się powyżej dopuszczalnej granicy. Jeśli taki błąd powtarza się, na pewno weryfikacji wymaga instalacja grzewcza i elementy kotła. Istnieje bowiem duże prawdopodobieństwo, że coś funkcjonuje nieprawidłowo. Taki ogranicznik może zadziałać w przypadku zbyt niskiego poziomu napełnienia instalacji grzewczej lub awarii pompy obiegowej kotła lub zapowietrzonego wymiennika spaliny – woda grzewcza.

Czujnik temperatury spalin
Podobnie zadziała, czyli zablokuje palnik, czujnik temperatury spalin umieszczony w króćcu spalinowym kotła. Przy przekroczeniu dopuszczalnej temperatury spalin czujnik temperatury spalin blokuje urządzenie i ponowne odblokowanie kotła możliwe jest dopiero po schłodzeniu instalacji spalinowej i „zresetowaniu” czujnika. Wymagane jest więc podejście użytkownika do kotła. Dwa powyższe czujniki zabezpieczają kocioł przed zbyt wysoką temperaturą w komorze spalania po stronie wodnej i po stronie spalinowej, stanowią więc bardzo ważne elementy, decydujące o bezpieczeństwie kotła, ale też o bezpieczeństwie użytkowników oraz mieszkańców domu, w którym znajduje się kocioł. Niedopuszczalne są więc jakiekolwiek ingerencje w działanie tych czujników czy też „obchodzenie” tych zabezpieczeń.

Czujnik przepływu wody
Kolejne zabezpieczenie spotykane w kotłach wiszących to czujnik przepływu wody kotłowej. Aby kocioł pracował prawidłowo, musi być zapewniony odbiór ciepła, czyli musi przez niego przepływać woda grzewcza, która oddaje ciepło poprzez grzejniki lub podłogówkę do pomieszczeń (lub poprzez wężownicę/wymiennik do ciepłej wody użytkowej). Jeśli przepływ tej wody zostanie zatrzymany lub stłumiony, np. poprzez zamknięcie się zaworów termostatycznych na grzejnikach, czujnik przepływu automatycznie wykrywa spadek natężenia przepływu, a automatyka sterująca kotłem podejmuje decyzje, czy wyłączyć palnik lub zmniejszyć jego moc. Jak podaje instrukcja serwisowa kotła: Jeśli przepływ objętościowy wody grzewczej spadnie poniżej granicy charakterystycznej dla danego urządzenia, urządzenie to przechodzi na eksploatację przerywaną. Jeśli przepływ objętościowy wody grzewczej spadnie poniżej dolnej granicy minimalnego przepływu objętościowego, palnik wyłącza się, aby nie doszło do przegrzania kotła. Palnik zostanie ponownie włączony, jak tylko przepływ objętościowy wody grzewczej przekroczy granicę minimalnego przepływu objętościowego.

Ochrona antyzamrożeniowa
Ostatnim zabezpieczeniem spotykanym w kotłach jest tzw. ochrona antyzamrożeniowa kotła. Jest to szereg działań automatyki sterującej kotłem, mających na celu niedopuszczenie do zamarznięcia wody grzewczej w instalacji. Jak wiemy, lód ma większą objętość niż woda, toteż zamarznięcie instalacji skutkuje uszkodzeniem, rozerwaniem elementów instalacji (przewodów, wymienników lub grzejników). Istnieje kilka algorytmów ochrony antyzamrożeniowej instalacji. Kocioł, jeśli temperatura zładu spadnie poniżej założonej wartości, może załączać pompę obiegową i utrzymywać stałą, minimalną, zdefiniowaną fabrycznie temperaturę wody grzewczej. Jeśli posiadamy kocioł z regulatorem pogodowym, czyli automatyka mierzy temperaturę zewnętrzną, algorytm ochrony antyzamrożeniowej będzie bardziej skomplikowany. Temperatura wody grzewczej będzie zależeć od temperatury otoczenia i będzie rosła wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Szczegółowe działanie ochrony antyzamrożeniowej można znaleźć w dokumentacjach kotłów. Ochrona antyzamrożeniowa aktywuje się automatycznie po wyłączeniu instalacji grzewczej z poziomu regulatora kotła. Kocioł, oczywiście, musi być włączony i podłączony do zasilania.

Podsumowanie
Przedstawione elementy zabezpieczające kocioł i instalacje są powszechnie stosowane w kotłach wielu producentów. Ich prawidłowe działanie gwarantuje sprawną i przede wszystkim bezpieczną eksploatację całego systemu grzewczego. Błędy i usterki sygnalizujące nieprawidłowości wykryte przez czujniki zabezpieczeń nie powinny być lekceważone, a tym bardziej „obchodzone” przez domorosłych pseudoserwisantów. Skutki potencjalnej awarii mogą być groźne nie tylko dla mienia, ale również dla życia użytkowników kotła.

dr inż. Paweł Kowalski

Literatura:
Dokumentacje techniczne firmy Viessmann.

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