Ogrzewając dom lub mieszkanie za pomocą kotła centralnego ogrzewania, użytkownik jest narażony w mniejszym lub większym stopniu na różnego rodzaju straty. Jedne związane są z małą sprawnością, a tym samym dogrzewaniem „dworu”, inne z nieodpowiednio lub wcale nieosłoniętymi przewodami zasilająco-powrotnymi, łączącymi urządzenie grzewcze z odbiornikami. Z kotłem jest podobnie.

Kocioł możemy nazwać „motorem” dającym energię cieplną, która jest przekazywana dalej, a sam z siebie jako konstrukcja jest narażony na utratę ciepła. Patrząc na zewnętrzną konstrukcję kotła c.o. zarówno zasypowego (tzw. śmieciucha – ale w obecnych realiach lepiej nie używać tego określenia, bo się źle kojarzy), jak i podajnikowego, składa się on z obudowy osłaniającej płaszcz zewnętrzny, a także z drzwiczek/furtek, klap wyczystnych czy innych elementów jak np. płyta czołowa palnika.

Kocioł co z dzieciństwa…

Gdy wracam myślami do lat dzieciństwa, pamiętam, że w przydomowej kotłowni stał niczym nieocieplony kocioł zasypowy. Dawniej nie było zwyczaju ocieplania kotła, a furtki składały się z jednego elementu (jednej blachy) – nikt nie patrzył na budowę, a tym samym na straty ciepła. Było to na rękę moim dziadkom, ponieważ kotłownia znajdowała się w pobliżu pomieszczenia, gdzie przechowywano m.in. zaprawione słoiki czy ziemniaki. Można powiedzieć, że stanowiło to kotłownio-spiżarkę (zapobiegano w ten sposób zamarzaniu składowanych produktów).

Później, gdy zasłużony kocioł po 23 latach odjechał, by dostać „drugie życie”, mieliśmy kolejnego zasypowca, również nieocieplonego, który dobrze ogrzewał kotłownię… Po pewnym czasie spiżarka została zlikwidowana, a tym samym wymiennik został ocieplony. Jeden krok do przodu – idzie nowe. Pamiętam, że drzwiczki tego kotła, podobnie jak w poprzednim, również składały się z jednego elementu (blachy o grubości 5 mm), czyli wiele ciepła uciekało na zewnątrz, czego dobrym zobrazowaniem była spalona farba na furtce na wysokości rusztu i co jakiś czas widoczne jej czerwone zabarwienie…

Fot. 1. Kocioł przeznaczony do badania.

Fot. 1. Kocioł przeznaczony do badania.

Drzwi do pieca co

Budowa drzwiczek w obecnych czasach jest różna. Oczywiście wielokrotnie motywem przewodnim jest cena, ale patrząc na typowe, seryjne konstrukcje, stosuje się następujące rozwiązania: drzwiczki składają się najczęściej z jednego, dwóch lub kilku elementów; samej blachy, ewentualnie z wypełnieniem pojemnika izolacyjnego wełną mineralną, izolacją wysokotemperaturową czy dołożonego ekranu, którego rolą jest ograniczenie nagrzewania się drzwiczek.

Fot. 2. Izolacja wysokotemperaturowa: po lewej - w ramce wyczystki górnej, po prawej – w ramce wyczystki bocznej.

Fot. 2. Izolacja wysokotemperaturowa: po lewej – w ramce wyczystki górnej, po prawej – w ramce wyczystki bocznej.

Podobnie jest z otworami wyczystnymi. Zdarzają się kotły, gdzie płomienie/spaliny są odseparowane od pomieszczenia kotłowni tylko klapą – zaślepką. Z reguły jednak do otworu wyczystnego wkładana jest blacha, która znajdując się w pewnej odległości od klapy wyczystki, ogranicza przedostawanie się ciepła na zewnątrz.

Wymienione elementy zazwyczaj wykonane są z blachy o grubości od 3 ÷ 6 mm. Zastanawiające jest, do jakiej temperatury nagrzewają się drzwiczki i pozostałe elementy kotła.

Kocioł co na badaniach

Przeprowadzono badanie temperatury omawianych detali w różnych konfiguracjach, aby wskazać rozwiązania godne uwagi. Zdecydowano o dokonaniu pomiarów na froncie, w środku zarówno drzwiczek, jak i klap wyczystek. W przypadku podstawy pomiaru dokonano w środku części paleniskowej.

Fot. 3. Elementy izolujące otwory wyczystne; u góry – blachy wyczystne, z dołu - izolacja.

Fot. 3. Elementy izolujące otwory wyczystne; u góry – blachy wyczystne, z dołu – izolacja.

Do pomiaru temperatury poszczególnych elementów zastosowano pirometr. Zgodnie z zaleceniem DTR-ki we wszystkich miejscach pomiarowych naklejono czarną matową taśmę, aby emisyjność była taka sama (w związku z tym, że niektóre malowane powierzchnie są błyszczące). Urządzenie było oddalone od miejsca badania o 300 mm pod kątem prostopadłym do płaszczyzny pomiarowej. Kontrola temperatury podłogi została zweryfikowana czujnikiem dotykowym, który był na wyposażeniu przyrządu.

Warto tutaj wspomnieć (co wydaje się oczywiste), że w każdym miejscu element kontrolowany posiada inną temperaturę – tworzy się siatka temperatur, dlatego można przyjąć, iż pomiary mają charakter orientacyjny a celem badania było ukazanie pewnych zależności pomiędzy konkretnymi konstrukcjami drzwiczek.

Pomiary były przeprowadzone w temperaturze c.o. wynoszącej od 64 ÷ 66ºC, [gdzie: 64ºC – (T1)- moment uruchomienia pracy kotła po spadku temperatury o wartość histerezy, 66ºC – (T2) – moment osiągnięcia temperatury nastawionej, 65ºC – (T3) ­- moment spadku temperatury nastawionej o 1ºC]. Dokonano trzech pomiarów (w każdej z wymienionych temperatur) w różnych odstępach czasu – zgodnie z cyklem pracy kotła, wyniki przedstawiono w poszczególnych tabelach.

Na ich podstawie wyliczono średnie, natomiast w ostatniej kolumnie ukazano ranking, który przedstawia temperatury od najmniejszej do największej, a tym samym wskazuje interesujące rozwiązania. Pod tabelami znajduje się wyjaśnienie.

Fot. 4. Warstwa izolacji przymocowana do frontu.

Fot. 4. Warstwa izolacji przymocowana do frontu.

Fot. 5. Folia aluminiowa założona na furtce – widoczne pokrycie warstwą pyłu.

Podczas testów spalany był eko-groszek o kaloryczności 26 ÷ 28 MJ, spaliny w stanie podtrzymania osiągały ok. 70 ÷ 100ºC, a podczas pracy ok. 200 ÷ 250ºC. Temperatura panująca w kotłowni to 20 ÷ 22ºC.

Wnioski

Badanie każdej z konfiguracji przedstawionych w tabeli 1 trwało co najmniej trzy godziny, przy czym pierwsze pomiary następowały dopiero po dwóch godzinach. Zwłoka pozwoliła na zagrzanie się weryfikowanych powierzchni, tym bardziej, że niektóre konstrukcje, składające się z kilku elementów, wymagały więcej czasu na uzyskanie temperatury pracy.

Tabela. Porównanie różnych konstrukcji wyczystki górnej

Tabela 1. Porównanie różnych konstrukcji wyczystki górnej.

Jaki z tego wniosek? Z racji ukierunkowania spalin w omawianym kotle mają one bliski kontakt z wyczystką górną. Zastosowanie blachy wyczystnej pozwala zmniejszyć temperaturę na klapie wyczystki ponad dwukrotnie. Umieszczenie każdej warstwy izolacji pomiędzy blachę wyczystki a klapę obniża temp. o 10ºC. Ściśnięta wełna mineralna traci w pewnym stopniu własności izolujące (widać zatem, że jej grubości nie wzięły się z znikąd).

Wniosek z danych zestawionych w tabeli 2 jest następujący: zastosowanie blachy wyczystnej i izolacji obniża temp. o około 10ºC. Można zauważyć tutaj stosunkowo niską temperaturę klapy w opcji bez żadnych izolacji/przeszkód, co jest spowodowane ciągiem – ruchem spalin do wyjścia kominowego. Ściśnięta wełna mineralna traci w pewnym stopniu własności izolujące, co jest logiczne.

Tabela 2. Porównanie różnych konstrukcji wyczystki bocznej.

Tabela 2. Porównanie różnych konstrukcji wyczystki bocznej.

Zastosowanie izolacji pod podstawą kotła; pozwoliła ona na obniżenie temperatury o około połowę (tabela 3).

Tabela 3. Porównanie zastosowania izolacji pod podstawą kotła.

Tabela 3. Porównanie zastosowania izolacji pod podstawą kotła.

Wnioski, które można wyciągnąć z tabeli 4, są następujące.

Tabela 4. Drzwiczki górne.

Tabela 4. Drzwiczki górne.

Bardzo dobre wyniki można otrzymać, wkładając na równo z wnętrzem płaszcza wewnętrznego/paleniska izolację 30 mm lub nawet cegły szamotowe. Dzięki temu zapobiega się także intensywnemu podgrzewaniu ramki przez gorące spaliny obmywające (pkt 17 w tabeli). Zastosowanie folii aluminiowej początkowo dało bardzo dobre rezultaty (nagrzanie do około 25ºC), temperatura zaczęła rosnąć stopniowo w momencie, gdy powierzchnia foli pokryła się drobnym pyłem (przestała być powierzchnią odbijającą). Ciekawy wynik dała konstrukcja frontu z pustym pojemnikiem izolacyjnym. Warto zwrócić uwagę, iż w niektórych przypadkach fakt dokładania elementów – rozbudowywania konstrukcji drzwiczek ma bardzo niewielkie znaczenie, jeśli chodzi o rzeczywiste zmniejszenie nagrzewania się frontu.

Fot. 8. Dolne drzwiczki wraz z przymocowaną warstwą izolacji.

Fot. 8. Dolne drzwiczki wraz z przymocowaną warstwą izolacji.

Niektóre z testowanych rozwiązań, np. te, gdzie są dwie warstwy wełny mineralnej po 100 mm każda (ściśnięte wraz z izolacją do łącznej wysokości 100 mm) czy wersja z folią aluminiową umieszczoną pomiędzy dwiema warstwami izolacji, były wersjami doświadczalnymi – nie sprawdzano, w jaki sposób ciepło i inne czynniki wpływają na zmiany własności wymienionych materiałów w długiej perspektywie czasowej. Najlepsze rezultaty osiągnięto, zaślepiając otwór furtkowy izolacją.

W kotle zasypowym byłoby to na pewno uciążliwe ze względu na konieczność częstej ingerencji w proces spalania (dokładanie paliwa, przerusztowanie i opróżnianie popielnika), ale w podajnikowym jest inaczej. Tam zazwyczaj większość drzwiczek jest otwierana, można powiedzieć okazjonalnie, czyli w momencie czyszczenia wymiennika i jest to jak najbardziej godne rozpatrzenia. Osobiście takie rozwiązanie w dwóch górnych furtkach i wyczystkach stosuję od ponad roku.

Jedna ramka jest zaślepiona, dopasowana cegłą szamotową, a druga izolacją wysokotemperaturową. Jak można się domyślić, wyciągnięcie tych dodatkowych elementów podczas czyszczenia nie stanowi żadnego problemu, a efekt w postaci znacznie „wychłodzonych furtek” jest zauważalny w zasadzie od razu.

Fot. 8. Dolne drzwiczki wraz z przymocowaną warstwą izolacji.

Fot. 8. Dolne drzwiczki wraz z przymocowaną warstwą izolacji.

Fot. 9. Górna furtka i miejsce pomiaru temperatury.
Fot. 9. Górna furtka i miejsce pomiaru temperatury.

Z dolnymi drzwiczkami jest natomiast trochę gorzej, ponieważ każdego dnia (w moim przypadku) są one otwierane w celu weryfikacji… Ale ten problem można było obejść inaczej – przeprowadzając pomiar temp. na furtce w poziomie na wysokości żaru znajdującego się na palniku retortowym. Okazało się, że miejsce to nagrzewało się do ok. 110 ÷ 135ºC (drzwiczki z pojemnikiem izolacyjnym, wypełnionym izolacją i ekranem).

Dzięki zastosowaniu bardzo ciasnego dopasowania (styk wnętrza ramki i dodatkowych izolacji) dwóch warstw izolacji (razem 60 mm) i przymocowaniu do ekranu osiągnięto obniżenie temp. w tym miejscu do ok. 40ºC – co było testowane przez rok. Izolacja nie była niczym osłonięta, aby sprawdzić ją także pod względem wytrzymałości i zachowania swoich izolujących własności. Jedyny problem to uszkodzenia mechaniczne powstałe podczas czyszczenia lub przez kontakt z dużą ilością spieków o ostrych krawędziach, które czasem się zdarzały.

Fot. 10. Wyczystka boczna i miejsce pomiaru.

Fot. 10. Wyczystka boczna i miejsce pomiaru.

Może dziwić, skąd taka różnica temperatur pomiędzy drzwiczkami dolnymi i górnymi (omawianymi szerzej w tabeli). Jest to spowodowane tym, że w górne wnęki ramek wlatują gorące spaliny – w dolnych tego nie ma i przy wyeliminowaniu oddziaływania żaru doszło do znacznego ograniczenia temperatury.

W związku z tym, że niektóre konfiguracje i układy – zarówno jeśli chodzi o wyczystki, jak i furtki – dały wyniki zaskakujące, czasem połączone z niedowierzaniem (np. mowa o konstrukcji: furtka + pusty pojemnik izolacyjny), postanowiono o powtórnym zainstalowaniu ich na kotle i powtórzeniu pomiarów, co potwierdziło wcześniejsze wyniki.

Podsumowanie

Kocioł grzewczy jest wyrobem, który z racji swojego przeznaczenia nagrzewa się do wysokich temperatur (a przynajmniej jego wnętrze). Z tego też powodu powstają straty ciepła, które przedostają się na zewnątrz m.in. przez drzwiczki czy klapy wyczystne. Wskazane jest zatem efektywne zaizolowanie – zabezpieczenie miejsc, które mogą prowadzić do istotnych strat, aby w jak największym stopniu zatrzymać je wewnątrz, co z kolei pozytywnie wpłynie na oszczędności, czyli zmniejszenie ilości spalonego paliwa. Przeprowadzone badania dowiodły, że niewielkim kosztem można skutecznie ograniczyć nagrzewanie się poszczególnych elementów kotła.

 

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