Regulator do kotła na paliwo stałe (kocioł spełnia funkcje centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej) spełnia dziś z jednej strony te same funkcje co jeszcze kilka lat temu (ma powodować optymalną pracę urządzenia grzewczego), z drugiej zaś strony posiada liczne dodatkowe funkcje i funkcjonalności usprawniające działanie i komunikowanie się z kotłem.

Współczesny kotły na paliwacentralnego ogrzewania (c.o.) i przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) na paliwa stałe mogą być wyposażone w regulatory o zbliżonej konstrukcji, zasadzie działania i realizacji funkcji użytkowych do regulatorów kotłów gazowych i olejowych.

W ostatnich latach nastąpił dynamiczny rozwój elektronicznej techniki sterowania kotłów stałopalnych i związanych z nimi instalacji grzewczych. Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że urządzenia te są rozwijane i produkowane z sukcesami przez krajowe firmy.

Regulator do kotła na paliwo stałe – dopasowane sterowanie

Sterowanie kotłem stałopalnym musi być dopasowane do jego „wrodzonej natury”. Kocioł na paliwo stałe (węgiel, ekogroszek, miał węglowy, drewno, pelet) charakteryzuje się szczególnym rodzajem pracy w porównaniu do kotłów gazowych i olejowych. Zasadnicza różnica polega na tym, że w kotle stałopalnym nie można elastycznie zmieniać mocy grzewczej, podobnie jak w kotłach gazowych i olejowych.

Kotły stałopalne, niezależnie od typu (nasypowe, z dolnym czy górnym spalaniem, z podajnikiem retortowym czy ślimakowym) charakteryzują się dużą bezwładnością grzewczą – zarówno przy zwiększaniu, jak i zmniejszaniu mocy – i nie wyłączają się natychmiast, nawet gdy zostanie zamknięty całkowicie dopływ powietrza do spalania lub też wyłączony podajnik paliwa stałego.

Te cechy kotłów stałopalnych wpływają na konstrukcje i funkcje urządzeń sterujących. Dlatego zostały zbudowane specjalne sterowniki i regulatory, które uwzględniają szczególne cechy eksploatacyjne kotłów na paliwa stałe i uwzględniają zasady bezpieczeństwa związane z ich wymogami eksploatacyjnymi.

Każdy kocioł na paliwo stałe jest wyposażony w urządzenie sterujące jego mocą grzewczą, zgodnie z wymogami odnośnych norm [1]. Regulacja mocą grzewczą kotłów stałopalnych, niezależnie od rodzaju, polega na odpowiednim dozowaniu powietrza do paleniska. Rozpowszechnione są dwa sposoby: sterowanie klapą powietrza za pomocą tzw. mechanicznego lub elektronicznego miarkownika ciągu w przypadku kotłów zasypowych i dmuchawy sterowanej układem elektronicznym w kotłach z podajnikiem paliwa.

Regulator do kotła na paliwo stałe – miarkownik mechaniczny

Mechaniczny miarkownik ciągu jest tradycyjnym, najprostszym regulatorem dopływu powietrza do komory spalania kotła i, jak dotąd, najbardziej rozpowszechnionym. Znajduje się ciągle jeszcze w kilku milionach kotłów w kraju. Składa się z zaworu termostatycznego montowanego w części wodnej na zasilaniu kotła i dźwigni połączonej łańcuchem z klapą powietrza. Dźwignia zmienia swoje położenie wraz ze zmianą temperatury wody grzewczej i powoduje otwieranie lub przymykanie klapy powietrza. Ilość doprowadzonego powietrza do komory spalania powoduje zmianę mocy kotła i zmianę temperatury wody grzewczej.

To urządzenie wymaga wstępnej regulacji podczas pierwszego uruchomienia w celu ustalenia odpowiedniej, maksymalnej mocy kotła i co za tym idzie – maksymalnej temperatury wody grzewczej. Służą do tego ogniwka łańcucha, śruba dystansowa na klapie powietrznej i w pierwszej kolejności – regulacja mocowania dźwigni łańcucha w korpusie miarkownika ciągu. Położenie dźwigni uzależnione jest od położenia samego miarkownika, który może być zamontowany w kotle pionowo lub poziomo na ścianie czołowej lub bocznej, w zależności od fabrycznego wykonania przyłącza (rys. 1).

Regulator do kotła na paliwo stałe- mechaniczny miarkownik ciągu

Rys. 1. Mechaniczny miarkownik ciągu z uwidocznionymi różnymi położeniami w kotle. (Z archiwum firmy Regulus).

W celu bardziej precyzyjnej regulacji mocy kotła łańcuch regulatora powinien być wyposażony w śrubę rzymską. Fabrycznie najczęściej nie ma jej w łańcuchu. Śruba na klapie powietrza (niewidoczna na rysunku) służy do ustalenia minimalnej mocy grzewczej kotła oraz zapobiegania całkowitemu odcięciu powietrza do komory spalania i przypadkowemu wygaszeniu kotła.

Regulator do kotła na paliwo stałe – miarkownik elektroniczny

Elektroniczny miarkownik ciągu ma podobną funkcję i w podobny sposób się sprawuje (czujnik temperatury – dźwignia – łańcuch – klapa), z ta różnicą, że steruje klapą powietrza typu „on-off”, tzn. otwiera i zamyka klapę całkowicie. Może być podobnie usytuowany w kotle jak miarkownik mechaniczny lub w korzystnych przypadkach – na rurze zasilającej, przymocowany do niej opaską.

Elektroniczny miarkownik ciągu podłączony jest do prądu elektrycznego. Posiada dodatkowe funkcje. Najistotniejszą z nich jest możliwość sterowania pompą centralnego ogrzewanie. W bardziej rozwiniętej formie może też mieć więcej funkcji, jak podtrzymywanie procesu spalania, zamykanie powietrza w czasie uzupełniania paliwa, „sekundowy start pompy” między sezonami grzewczymi chroniący pompę przed zablokowaniem na skutek osadzania się kamienia kotłowego, sygnalizację awarii miarkownika, współpracę ze zdalnym sterowaniem itp.

Regulacja podajnika i dmuchawy

Kotły z podajnikiem paliwa należą do kotłów wyższej kategorii i wyposażone są dodatkowo w dmuchawę powietrza dostarczanego do komory spalania. Oba podzespoły stanowiska grzewczego, podajnik i dmuchawa, podlegają odpowiedniej, automatycznej regulacji w czasie pracy kotła. Obsługa ręczna sprowadza się głównie do uzupełnienia co kilka dni paliwa w zasobniku.

Do sterowania takim kotłem i instalacją grzewczą c.o. i c.w.u. służą odpowiednie regulatory. Ich funkcje muszą odpowiadać zarówno potrzebom sterowania kotłem, jak i wymaganiom sterowania instalacją grzewczą. Na rynku znajduje się duży asortyment regulatorów do kotłów stałopalnych. Każdy producent takich kotłów oferuje odpowiednie regulatory zarówno do prostych (jednoobiegowych), jak i rozbudowanych instalacji grzewczych. Istnieją również niezależni producenci regulatorów, które mogą być stosowane do kotłów różnych firm.

Przeciętnemu użytkownikowi kotłów stałopalnych często trudno jest się zorientować, jaki regulator powinien zastosować w swoim domu, aby być zadowolonym z ogrzewania i dostatku ciepłej wody, cieszyć się prostą obsługą regulatora i mieć poczucie, że oszczędza na paliwie. Dochodzi tu jeszcze składnik kosztów samego regulatora i ewentualnych, dodatkowych modułów w przypadku rozbudowanej instalacji grzewczej. Te kwestie i problemy są ciągle dyskutowane na forach internetowych, niestety z różnym skutkiem. Rozmowy na forach pomiędzy uczestnikami o fragmentarycznej wiedzy nie mają większego sensu.

Prawidłowe podejście do zadania wyboru kotłów stałopalnych i odpowiednich regulatorów powinno opierać się na wyczerpujących rozmowach z doradcami technicznymi producentów i dystrybutorów, oraz z doświadczonymi instalatorami i serwisantami urządzeń grzewczych. Kolejnym niezawodnym (zwykle) źródłem informacji mogą być instrukcje obsługi, tak niechętnie czytane, niestety, przez użytkowników. W praktyce dostępne są one najczęściej dopiero po zakupie urządzeń, kiedy może być już za późno na właściwe decyzje.

Regulator do kotła na paliwo stałe w dwóch obiegach

Regulator do kotła na paliwa stałe zostały rozwinięty technicznie do tego stopnia, że może z powodzeniem obsługiwać bardzo rozbudowane instalacje grzewcze. Do najbardziej powszechnych instalacji grzewczych w domach jednorodzinnych należą instalacje z dwoma obiegami grzewczymi (podłogowym i grzejnikowym) oraz z zasobnikiem ciepłej wody użytkowej.

Na rys. 2 podano przykład takiej instalacji z kotłem stałopalnym i podajnikiem paliwa (niewidoczny na rysunku), z dwoma obiegami i buforem ciepła, w którym znajduje się zasobnik c.w.u. Jest to jedno z nowszych rozwiązań instalacji grzewczych, jakie obecnie weszły do użytku, w tym przypadku bardzo korzystne ze względu na bufor ciepła, który umożliwia ekonomiczną i bezpieczną pracę kotła i komfort cieplny ogrzewania budynku i przygotowania ciepłej wody.

Schemat instalacji grzewczej z kotłem stałopalnym-0

Rys. 2. Schemat instalacji grzewczej z kotłem stałopalnym (1) i podajnikiem rynnowym lub retortowym oraz z regulatorem pogodowym (3), czujnikiem temperatury zewnętrznej (16) i regulatorem pokojowym (14). Z archiwum firmy Plum.

Praca kotła uzależniona jest od temperatury zewnętrznej i odpowiednio wybranej krzywej grzewczej, od wskazań regulatora pokojowego, który kontroluje temperaturę pomieszczenia i od zadanej temperatury wody grzewczej w buforze. Cały proces pracy kotła i instalacji grzewczej odbywa się w cyklu automatycznym, a końcowy efekt zależy od właściwego ustawienia parametrów pracy kotła i instalacji grzewczej i powinien spełniać oczekiwania użytkownika.

Istotny zawór

Na rys. 3 przedstawiony jest schemat hydrauliczny z kotłem stałopalnym i podajnikiem ślimakowym, z dwoma obiegami grzewczymi i zasobnikiem c.w.u.

Schemat instalacji grzewczej z kotłem stałopalnym

Rys. 3. Schemat instalacji grzewczej z kotłem stałopalnym (1) i podajnikiem ślimakowym (7) oraz z regulatorem pogodowym (11), czujnikiem temperatury zewnętrznej (15) i regulatorem pokojowym (RS). Z archiwum firmy SAS.

 

W tym schemacie na uwagę zasługują zawory czterodrogowe na obiegach grzewczych, które umożliwiają szybkie nagrzanie samego kotła podczas każdego rozruchu do temperatury roboczej, przez utworzenie tzw. krótkich obiegów. Dzięki temu wymiennik ciepła w kotle nie ulega intensywnemu roszeniu i nie dochodzi do jego przyspieszonego zużycia korozyjnego. Tę rolę w schemacie na rys. 2 spełnia zawór termostatyczny (15).

Ważny PID

Współczesne regulatory do wszystkich kotłów, w tym i na paliwa stałe, posiadają opcję PID. Pisze się o niej w instrukcjach, ale nie zawsze jest ona opisana zrozumiale dla użytkownika. W kotłach stałopalnych odgrywa szczególną rolę ze względu na ich dużą bezwładność termiczną kotła i w związku z tym możliwe duże wahania temperatury na zasilaniu oraz – co za tym idzie – wahania temperatury pomieszczeń.

Według naukowej definicji regulator PID to „regulator proporcjonalno (P)-całkująco (I)-różniczkujący (D)”. Niewiele to mówi użytkownikowi takiego regulatora. Niewiele wyjaśniają też skomplikowane wzory matematyczne i zobrazowania graficzne jego trzech fizycznie istniejących członów P, I, i D, jakie umieszczane są w niektórych instrukcjach.

Podstawowym zadaniem regulatora PID jest dokładne utrzymywanie regulowanego parametru na poziomie wartości żądanej, niezależnie od wpływu innych parametrów procesu. W przypadku regulatora pogodowego takimi „zakłócającymi” parametrami mogą być np. zmienne warunki pogodowe czy – w przypadku kotła stałopalnego – jego bezwładność termiczna.

Każdy z członów PID ma określone zadania. Człon P (proporcjonalny) ma za zadanie kompensować bieżące różnice (uchyby) żądanej wartości, człon I (całkujący) powinien kompensować akumulacje uchybów z przeszłości, a człon D (różniczkujący) kompensuje przewidywane uchyby w przyszłości.

Efekt takiego działania dla porównania pokazany jest na rys. 4a i 4b w postaci kilkugodzinnego zapisu temperatury zasilania i powrotu oraz temperatury spalin stałopalnego kotła grzewczego. Zmierzone parametry dla kotła sterowanego regulatorem bez PID wykazują dużą niestabilność, rys. 4a.

Regulator do kotła na paliwo stałe - temperatura zasilania, powrotu i spalin (bez PID))

Rys. 4a. Temperatura zasilania, powrotu i spalin kotła stałopalnego bez regulacji PID (z archiwum firmy Tech).

 

Nie są to prawidłowe warunki pracy kotła i taka praca kotła nie zapewnia komfortu cieplnego dla użytkowników. Regulator z PID eliminuje te mankamenty, rys. 4b. Przebieg parametrów kotła jest ustabilizowany.

Regulator PID do kotła na paliwo stałe - temperatura zasilania, powrotu i spalin

Rys. 4b. Temperatura zasilania, powrotu i spalin kotła stałopalnego z regulacją PID (z archiwum firmy Tech).

Nasuwa się tutaj pewna analogia; regulator PID można porównać z tempomatem w samochodzie, który utrzymuje stałą prędkość auta niezależnie od zmieniających się warunków na drodze, np. wzniesień czy wiatru.

dr inż. Jan Siedlaczek

Literatura:

[1] PN EN 303-5:2012 „Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 300 kW. Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie”.

[2] Regulatory pogodowe

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