Otwarta czy zamknięta komora spalania w kotłach C.O.?

Pojęcia "otwarta" i "zamknięta" komora spalania określają skąd kocioł pobiera powietrze do spalania. Otwarta komora spalania: Kocioł pobiera powietrze z pomieszczenia, w którym się znajduje.Dlatego w pomieszczeniu tym wykonuje się wentylację nawiewną, która zapewni napływ powietrza z zewnątrz budynku do kotłowni – najczęściej jest to otwór w ścianie zewnętrznej budynku wyposażony w kratkę wentylacyjną. Zamknięta komora spalania: Kocioł pobiera powietrze do spalania bezpośrednio z zewnątrz budynku. W tym przypadku stosuje się odpowiednie systemy doprowadzające powietrze do kotła i odprowadzające spaliny. Przy tym rozwiązaniu można zrezygnować z wentylacji nawiewnej powietrza do kotłowni.

Na początku lat 90. pojawiły się w Polsce pierwsze kotły z zamkniętą komorą spalania. Ze względu na wysoką cenę tych urządzeń w tamtych czasach, jak i nie do końca zrozumiałe dla użytkowników oraz instalatorów ich zalety, nie podbiły one polskiego rynku. Obecnie są rozwiązaniem pośrednim pomiędzy kotłem standardowym, a kondensacyjnym. W artykule przedstawię różnice pomiędzy poszczególnymi rodzajami urządzeń, podam argumenty, jakie są istotne podczas wyboru konkretnego rozwiązania.

Kotły atmosferyczne a turbo: W kotłach z zamkniętą komorę spalania (turbo) proces spalania odizolowany jest od pomieszczenia, w którym się ono znajduje. Urządzenia te nie pobierają powietrza z pomieszczenia, sam zaś proces jego zasysania, a potem wyrzutu spalin wymuszony jest przez wentylator. Natomiast w kotłach atmosferycznych (z otwartą komorą) powietrze do spalania pobierane jest z pomieszczenia, a przepływ powietrza przez kocioł i wyrzut spalin odbywa się na zasadzie naturalnego ciągu wytwarzanego w kominie. Zgodnie z przepisami „Prawa budowlanego” minimalna kubatura pomieszczenia w którym można zamontować kocioł atmosferyczny wynosi 8 m3, a turbo 6,5 m3.

Wymagana ilość powietrza do spalania: Warto sobie zdawać sprawę, iż w budynkach z nowoczesną stolarką okienną, nie ma możliwości, by przez szczeliny pobrać wystarczającą ilość powietrza do spalania. A nie jest ona wcale taka mała np. kocioł gazowy o mocy 20 kW na godzinę swojej pracy zużywa 2,3 m3 gazu i ponad 30 m3 powietrza. Aby więc doprowadzia je do pomieszczenia w odpowiedniej ilości, należy wykonać nawiewny kanał wentylacyjny, zwany potocznie „zetką”.  Niestety w związku z tym, szczególnie w zimie np. gdy temperatura na zewnątrz spada do -20°C, pojawia się problem bezpośredniego napływu zimnego powietrza do pomieszczenia. Kąpiel w tak wychłodzonej łazience nie będzie na pewno należała do przyjemności. Ponadto dostarczanie do komory spalania powietrza z dużą ilością pary wodnej oraz związków chemicznych z proszków, mydeł, czy dezodorantów niekorzystnie wpływa na elektronikę urządzenia, czujniki i elektrody. Dlatego, jeśli kocioł przewidziany jest do montażu w łazience lub kuchni, należy wybrać wersję z zamkniętą komorą spalania, która nie wymaga naturalnej wentylacji nawiewnej. Nie bez znaczenia jest równie? fakt, że kotły turbo umożliwiają zastosowanie wentylacji mechanicznej w pomieszczeniu np. poprzez zamontowanie okapu kuchennego.

Sposób wyprowadzenia przewodów kominowych: Ważnym atutem kotłów z zamkniętą komorą jest to, że spaliny z kotła o mocy nie przekraczającej 21 kW możemy wyprowadzić przez zewnętrzną ścianę budynku. Dotyczy to jednorodzinnych budynków wolno stojących. W przypadkach, gdy moc kotła przekracza 21 kW lub obiekt nie jest jednorodzinnym budynkiem wolno stojącym spaliny należy wyprowadzić nad dach (wymaganie to nie dotyczy budynków przemysłowych i magazynowych). W kotłach turbo mamy też możliwość montażu współśrodkowych koncentrycznych przewodów powietrzno-spalinowych. W przewodach tych zasysane do kotła powietrze ogrzewa się od ścianki spalinowego przewodu środkowego. Natomiast w kotłach atmosferycznych przepływające przez niego powietrze odbiera ciepło z wymiennika pierwotnego, co prowadzi do jego schłodzenia. W konsekwencji termostat urządzenia spowoduje jego włączenie do pracy, nawet jeśli nie występuje zapotrzebowanie na ciepło ze strony instalacji grzewczej.

Jak widać bilans ciepła jest bardziej niekorzystny dla kotła z otwartą komorą spalania. Moc potrzebna do ogrzania powietrza do spalania i na wentylację pomieszczenia to 0,5 kW, zaś strata ciepła wynikająca z przepływu powietrza przez kocioł to wartość rzędu 0,1 kW. W związku z tym, dla domu o powierzchni 180 m2, którego straty ciepła wynoszą 12 kW suma 0,5 kW + 0,1 kW stanowi aż 5% całego zapotrzebowania na ciepło budynku. Zwróćmy też uwagę, że sprawność kotłów z zamkniętą komorą spalania podawana przez producentów jest większa o 3% od w wersji z otwartą.

Bezpieczeństwo pracy: Jak wiemy kotły turbo nie mają zamontowanego czujnika ciągu kominowego, co wcale nie oznacza, iż urządzenie nie będzie wyłączone z pracy np. w wyniku niewłaściwej konfiguracji przewodów powietrzno-spalinowych. W tym celu wyposażono je w presostat, który mierzy różnice ciśnienia na wlocie powietrza i wypływie spalin (powinna zawierać się w odpowiednim zakresie). Dlatego bezwzględnie należy stosować się do wytycznych producenta kotła, bądź stosowanego systemu powietrzno-spalinowego. Błędne (dowolne) konfigurowanie przewodów powoduje wadliwą pracę urządzenia i jego wyłączenie. Właściwie dobrany system do danego typu kotła to taki, który zapewnia odpowiednie opory na zasysaniu powietrza przez wentylator i odpowiednie opory na tłoczeniu spalin. Spręż wentylatorów w kotłach z zamkniętą komorą wynosi od 80 do 150 Pa.

Systemy przewodów: Najczęściej stosowanym i najbardziej poprawnym technicznie systemem przewodów powietrzno-spalinowych do kotłów turbo jest układ przewodów współśrodkowych koncentrycznych. W rozwiązaniu tym wewnętrzna rura jest rurą spalinową, a przestrzenią między rurą wewnętrzną a zewnętrzną zasysane jest powietrze do kotła. Na rynku dostępne są tego typu systemy w następujących wielkościach: 60/100, 80/125 lub 80/130.

Montaż systemów powietrzno-spalinowych nie należy do skomplikowanych. Rury zewnętrzne łączy się czołowo i uszczelnia opaskę, a spalinowe zazwyczaj zakończone są kielichem i uszczelką. Większość producentów przewiduje inne systemy przewodów do kotłów z zamkniętą komorą spalania, a inne do kotłów kondensacyjnych, gdyż różne są wartości temperatury spalin, jak i pH w obu przypadkach. Przekłada się to oczywiście na odmienne materiały, z których produkowane są rury i uszczelki.

Rozwiązania dla kotłów niekondensacyjnych: Dla poziomego wyprowadzenia przewodów przez ścianę zewnętrzną budynku lub dach należy zachowa spadek od kotła na zewnątrz od 1 do 5%. Długości przewodów w systemach współśrodkowych zależy od mocy kotła oraz oporów przepływu powietrza i spalin. Związane jest to z faktem, że opory te rosną w funkcji kwadratu prędkości (im mniejsza średnica, tym większa prędkość i większe opory). Maksymalna długość przewodów współśrodkowych dla systemu 60/100 wynosi 6 m (dla 80/130 to 15 m) i należy ją zmniejszyć, uwzględniając każdy opór miejscowy, taki jak np. kolano czy trójnik. Właściwe wykonane zakończenie sytemu powinno rozdzielać zasysanie powietrza od wyrzutu spalin. W przypadku wyjścia nad dach zakończonego daszkiem, kierunek wyrzutu spalin jest poziomy, a powietrze zasysane jest od dołu. Z kolei dla wyrzutu poziomego spaliny wypychane są prosto, a bocznymi otworami zasysane jest powietrze. Zastosowanie niewłaściwych zakończeń może spowodować to, iż spaliny zostaną zassane do kotła i zaburzą, a nawet zahamują proces spalania.

System do szachtu: Jeśli mamy do dyspozycji kanał wentylacyjny lub nowy i czysty szacht kominowy, to nie ma konieczności stosowania systemu współśrodkowego. Wystarczy, że prowadzimy tylko rurę spalinową o średnicy np. 80 mm. Powietrze wtedy zasysane jest przestrzenią między rurą spalinową a szachtem (natomiast połączenie między szachtem kominowym, a kotłem wykonujemy rurą współśrodkową). System ten można stosować w szachcie o maksymalnej długości do 9 m. Jeżeli zaś jest dłuższy, korzystamy z tzw. systemu rozdzielnego - połączenie między szachtem a kotłem wykonujemy dwiema rurami 80 mm i specjalną nakładką rozdzielającą. Rurę powietrzną o80 doprowadzamy tak, aby zasysała powietrze z szachtu. Warto pamiętać, iż w przypadku stosowania systemów do szachtu, każda rura musi mieć wspornik centrujący w szachcie. Gdy szacht jest brudny, np. po kotle stałopalnym, nie można z niego pobierać powietrza, systemy współśrodkowe są niewystarczające i zaleca się montować systemy rozdzielne. W systemie rozdzielnym powietrze zasysane jest z zewnątrz rurą o80 i wyrzut spalin pionowo rurą spalinową o takiej samej średnicy. W tym przypadku całkowita długość przewodów dochodzi do ok. 30 m.