ABC instalacji z kotłami na paliwa stałe. Układ wodny

W dzisiejszym odcinku, tak jak zapowiedziałem poprzednio („Sterowanie spalaniem”, ABC „Magazynu Instalatora” 8/2014 – przyp. red.), zajmę się m.in. kwestią wpływu układu wodnego na sterowanie kotłem. Zarówno proces rozdziału wody na poszczególne układy i obiekty instalacji wodnej, jak i proces wymiany ciepła pomiędzy ciepłą wodą w grzejnikach a powietrzem zachodzą całkowicie poza kotłem. Jest to jakby „inny świat”. A właściwie dziesiątki „innych światów”, bo jest ich tyle, ile rozwiązań zastosowanych w poszczególnych ogrzewanych domach.

Na szczęście te tak liczne „inne światy” nie rzutują w żaden sposób na rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne kotłów – ani na proces spalania, ani na proces wymiany ciepła w wymienniku kotła. Kotła „nie obchodzi”, co dzieje się poza nim (czy i jak pracują tam pompy mieszające, zawory n-drożne, termostaty, sterowniki pokojowe, pogodowe itp.). Zadaniem kotła jest uzupełnianie strat ciepła z ogrzewanych pomieszczeń w sposób jak najbardziej ekonomiczny.

Przeróżne urządzenia technologiczne tworzące układ wodny są całkowicie „niewidzialne” z perspektywy pracy kotła. Mają one wprawdzie wpływ na ekonomikę całości procesu ogrzewania obiektów, ale nie jest to wpływ „zawiniony” przez kocioł czy sterownik spalania, choć często tak się mylnie uznaje. Ciepło wytworzone w kotle może być stracone bezproduktywnie tylko przez kocioł (strata kominowa, strata niedopału stałych czy gazowych części palnych, strata promieniowania ciepła z kotła do kotłowni). Ciepło przekazane wodzie obiegowej jest ciepłem produktywnym – wykonuje swoją pracę, która polega na ogrzewaniu domu (jeśli oczywiście kocioł nie znajduje się w oddaleniu od ogrzewanego domu, ani nikt w głupi sposób tego ciepła nie wypuszcza poza ogrzewany dom).

To, co potocznie nazywamy sterownikiem kotła, w rzeczywistości jest kombajnem zawierającym w sobie kilka sterowników (w tym oczywiście sterownik spalania, bo bez spalania nie ma produkcji ciepła). Można sobie doskonale wyobrazić sytuację, że kocioł od producenta wychodzi tylko ze sterownikiem spalania. Do poprawnej pracy kotła niezbędny jest bowiem tylko sterownik spalania. Wszystkie pozostałe sterowniki są częścią instalacji wodnej c.o. i sterują procesami wykorzystania ciepła wyprodukowanego w kotle i przekazanego do wody.

Czemu spotykają się one ze sterownikiem spalania w czymś, co nazywa się popularnie sterownikiem kotła? Nie wiem. Przecież wcale nie muszą się tam spotykać. Być może producenci kotłów woleli odpowiedzialność za proces spalania (najtrudniejszy z procesów realizowanych w kotle) przerzucić na producentów sterowników? Być może producenci sterowników sami „wzięli sobie” także i ten proces (choć się na nim na ogół słabo znają), żeby zwiększyć jednostkową wartość swoich wyrobów? Być może to klienci „wymusili” na jednych i drugich, żeby całością procesów zachodzących w kotle sterowało jedno urządzenie? Nie wiem.

Choć nie wiem, dlaczego tak się stało – wiem, do czego to doprowadziło. Rynek sterowników został opanowany przez wyroby, których twórcy doskonale znają się na zasadach procesów sterowania, jednakże nieco słabiej na zasadach procesu spalania. Dość długi okres dominacji sterowników dwustanowych (włącz/wyłącz), gdzie cała odpowiedzialność za poprawne nastawy podawania powietrza i paliwa spoczywała po stronie użytkowników, utwierdził tych twórców w przekonaniu, że to nie proces spalania jest istotą całego procesu ogrzewania. Dla nich liczy się tylko temperatura wody, bo „to woda ogrzewa pomieszczenia”.

W dyskusjach o sterownikach kotłów można spotkać bardzo ciekawe interpretacje, np. taką, że do sterowania procesem spalania wystarcza znajomość temperatury wody wylotowej z kotła, a temperatura tej wody powinna być utrzymywana na poziomie wartości zadanej z minimalnymi odchyłkami (rzędu dziesiętnych części stopnia). Spotkałem się nawet z taką opinią, że „proces spalania jest procesem podrzędnym do regulacji temperatury, bo regulator może grzać bez procesu spalania, np. grzałkami elektrycznymi”.

I pod takie założenia tworzone są niektóre algorytmy. Poprawne, nawet doskonałe – pod względem informatyki i automatyki. Doskonale regulujące temperaturę wody. A co z procesem spalania i wymiany ciepła w kotle? Przecież straty ciepła powstają w procesie spalania, a nie w wodzie.

Jaka jest zasada działania sterownika spalania w kotle na paliwo stałe? Sterownik porównuje chwilową wartość zmierzoną temperatury wody wylotowej z wartością zadaną i podejmuje na tej podstawie stosowne działania, zapisane w algorytmie sterownika. We wszystkich znanych sterownikach działania te sprowadzają się do tego samego – do zwiększania lub zmniejszania chwilowej mocy kotła, aby zbilansować wytwarzanie ciepła przez kocioł ze stratami ciepła z ogrzewanych obiektów. Sposób działania także jest taki sam – manipulacja strumieniami paliwa i powietrza (bo tylko tak można zmienić chwilową moc kotła).

Skąd więc tyle dyskusji o tych sterownikach na forach i w publikatorach, skoro wszystkie działają tak samo? Nie różnią się w tym, że wszystkie wykorzystują sygnał z miernika temperatury wody wylotowej jako informację wyjściową do podejmowania stosownych działań regulacyjnych. Różnią się jednak między sobą – i to poważnie – tymi działaniami regulacyjnymi, które podejmują. Nie wystarczy bowiem wiedzieć, co trzeba zrobić (zwiększyć czy zmniejszyć moc kotła) – trzeba to zrobić w sposób „technologiczny i ekonomiczny”.

Warto w tym miejscu zwrócić uwagę, że proces spalania paliwa odbywa się bez udziału wody. Poziom temperatury wody w kotle w żaden sposób nie wpływa na przebieg procesu spalania. O przebiegu procesu spalania decydują wyłącznie wzajemne relacje pomiędzy strumieniem podawanego paliwa a strumieniem podawanego powietrza. Spalanie jest optymalne wtedy, kiedy proporcje tych strumieni są optymalne. W przypadku nadmiaru lub niedomiaru któregoś z nich – spalanie przestaje być optymalne, co niesie za sobą negatywne skutki ekologiczne i ekonomiczne. Jeśli dopuścimy do dysproporcji tych strumieni, to tracimy część ciepła wyprodukowanego w procesie spalania. Tracimy je bezpowrotnie – kominem i popielnikiem. To ciepło już nigdy nie trafi do ogrzewanych pomieszczeń, ani nie wróci do kotła.

W kolejnej części przejdę do omówienia różnic wśród znanych sterowników spalania.

dr inż. Jacek Zawistowski

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