Kotły kondensacyjne uzyskują sprawności pracy powyżej 100% i jest to określane w warunkach znormalizowanych przy kilku obciążeniach cieplnych. W rzeczywistych warunkach pracy kotły kondensacyjne mogą uzyskiwać sprawności pracy deklarowane w ich danych technicznych, o ile warunki pracy będą korzystne. Oznacza to warunki pracy z niskimi temperaturami wody grzewczej, najlepiej w systemie ogrzewania podłogowego. Sprawność rzędu 108% określana jest w stosunku do wartości opałowej gazu ziemnego. W warunkach rzeczywistych pracy, sprawność kotłów jest zależna od wielu czynników, m.in. rodzaju regulatora, udziału ciepłej wody użytkowej w bilansie cieplnym budynku, itd.

1. Badanie sprawności kotłów kondensacyjnych
w warunkach rzeczywistej eksploatacji
 Rzeczywiste sprawności pracy systemów grzewczych z kotłami gazowymi
 Czynniki wpływające na sprawność pracy kotła kondensacyjnego
 Porównanie sprawności kotłów kondensacyjnych i niskotemperaturowych
Wydanie 1/2014
15.02.2014
www.eko-blog.pl
www.vaillant.pl

2. Badanie sprawności systemów grzewczych
w budynkach jednorodzinnych
 W 2004 roku Instytut Ogrzewnictwa i Klimatyzacji Uniwersytetu Technicznego
w Braunschweig (Niemcy) zrealizował przy wsparciu Deutsche Bundesstiftung
Umwelt (DBU) projekt „Badanie efektów pracy systemów grzewczych z gazowymi
kotłami kondensacyjnymi”.
 W ramach projektu opomiarowano systemy grzewcze eksploatowane
w rzeczywistych warunkach – w budynkach jednorodzinnych na terenie Niemiec.
 Dla objętych badaniem budynków, w których zastosowano kotły kondensacyjne,
średnia powierzchnia użytkowa wyniosła 159 m2. Wśród budynków były zarówno
stare obiekty wzniesione przed rokiem 1977 (nieizolowane oraz izolowane
cieplnie), jak też nowe zbudowane w standardzie niskoenergetycznym.
 W sumie w projekcie uwzględniono łącznie 71 budynków jednorodzinnych.
(nie wszystkie ujmowano w wynikach zbiorczych, z uwagi na np. błędy pomiarowe)
Źródło: „Felduntersuchung: Betriebsverhalten von Heizungsanlagen mit Gas-Brennwertkesseln”,
Fachhochschule Braunschweig Wolfenbüttel, 2004
2

3. Rodzaje badanych systemów ogrzewania
 Analizie pracy poddano różnorodne systemy ogrzewania, pod względem rodzaju
zastosowanego kotła grzewczego:
o 60 systemów grzewczych z gazowymi kotłami kondensacyjnymi
o 7 systemów grzewczych z gazowymi kotłami niskotemperaturowymi
 Pod względem zastosowanej automatyki:
o 6 systemów z automatyką „pokojową” (np. termostat pokojowy elektroniczny)
o 42 systemy z automatyką pogodową
o 10 systemów z automatyką „mieszaną”: pogodową i „pokojową”
 Wśród badanych systemów grzewczych:
o 11 było wyposażonych w instalację solarną
o 11 miało kocioł w pomieszczeniu ogrzewanym (47 – nieogrzewanym)
o 35 miało kocioł z zaworem różnicowo-upustowym (23 – nie)
o 8 miało kocioł stojący, a 64 wiszący
o 18 systemów miało kotły dwufunkyjne (kombi)
3

4. Cele stawiane w projekcie badawczym
 Projekt miał na celu uzyskanie odpowiedzi na podstawowe pytanie:
Czy możliwe jest uzyskiwanie sprawności kotła
kondensacyjnego na poziomie 109%
deklarowanym powszechnie przez producentów
 Dodatkowo w ramach projektu określono jaki wpływ na sprawność
pracy kotła odgrywają niektóre czynniki – takie jak:
1) Nastawa temperatury zasilania instalacji grzewczej
2) Zastosowanie zaworu różnicowo-upustowego
(dla zabezpieczenia minimalnego natężenia przepływu
wody grzewczej przez kocioł wiszący)
3) Miejsce zabudowy kotła – w pomieszczeniu
ogrzewanym lub nieogrzewanym
4

5. Sprawność kotła kondensacyjnego
- dlaczego 109%?
 Tradycyjnie przyjmowano jako 100% wartość opałową paliwa. Ciepło zawarte
w parze wodnej powstającej podczas spalania gazu ziemnego, nie było
wykorzystywane przez tradycyjne kotły z uwagi na ryzyko korozji powierzchni
grzewczych. Wobec tego ciepło zawarte w parze wodnej („ponad 100%”) nie było
w ogóle ujmowane w bilansie sprawności kotła.
 Pojawienie się na rynku w latach 90-tych
kotłów kondensacyjnych spowodowało, że przy
niezmienionej normie sprawność wynosić może
nawet 109%, ponieważ do bilansu końcowego
dochodzi ciepło zawarte w parze wodnej
skraplanej (kondensowanej) wewnątrz kotła
kondensacyjnego.
Ciepło
spalania
Wartość
opałowa
5

6. Sprawność kotła – według różnych
poziomów odniesienia
 Sprawność kotła kondensacyjnego
odniesiona do wartości opałowej
będzie wyższa od 100% i w obecnych
kotłach kondensacyjnych może wynosić
108÷109%.
Ciepło spalania
 Sprawność kotła kondensacyjnego
odniesiona do ciepła spalania
(przyjętego jako 100%) będzie zawsze
niższa od 100% i we współczesnych
kotłach kondensacyjnych może
wynosić 98÷99%.
Ciepło spalania
Wartość opałowa
6

7. Porównanie sprawności kotłów biorących
udział w projekcie badawczym (67 kotłów)
 Średnia wartość sprawności średniorocznej dla 60-ciu kotłów kondensacyjnych
wyniosła 86,6%. Najwyższa zarejestrowana sprawność kotła kondensacyjnego
wyniosła 97,6%. Sprawność średnioroczna została określona w odniesieniu do
ciepła spalania, co oznacza że kocioł kondensacyjny może maksymalnie uzyskać
99% sprawności.
Kocioł kondensacyjny
Liczba systemów grzewczych
Sprawność średnioroczna kotła:
- średnia
- minimalna
- maksymalna
Kocioł niskotemperaturowy
60
7
86,6%
77,0%
97,6%
75,3%
67,6%
80,0%
 Sprawność 97,6% można więc już uznać za bliską maksymalnej możliwej
do uzyskania przez gazowy kocioł kondensacyjny. Różnica w sprawności
pomiędzy kotłem kondensacyjnym, a niskotemperaturowym wyniosła średnio
11,3%, a w skrajnym przypadku nawet 30%.
7

8. Różnica w sprawności kotła kondensacyjnego
i niskotemperaturowego
 Niezależnie od tego jaką przyjmie się normę dla określania sprawności kotła,
różnica między kotłem kondensacyjnym, a niskotemperaturowym będzie
jednakowa. Dobrej klasy kocioł niskotemperaturowy będzie miał sprawność
niższą około 14% od kotła kondensacyjnego. Różnica ta może sięgać 30%
i więcej, w przypadku starszej konstrukcji kotłów „niekondensacyjnych”.
Kocioł
kondensacyjny
Kocioł
niskotemperaturowy
Różnica
Sprawność odniesiona
do wartości opałowej
109%
95%
 14%
Sprawność odniesiona
do ciepła spalania
99%
85%
 14%
8

9. Obciążenie cieplne kotła oraz temperatury
pracy w zależności od rodzaju ogrzewania
Zasilanie
Temperatura wody (oC)
Powrót
Ogrzewanie
grzejnikowe
(75/60oC)
Zasilanie
Ogrzewanie
podłogowe
Powrót
(40/30oC)
Sprawność pracy kotła
wg normy DIN 4702 jest
określana jako średnia
uzyskiwana dla 5-ciu
obciążeń cieplnych kotła
(od 13 do 63%).
Średnie obciążenie kotła
w ciągu roku pracy wynosi
według normy 39%.
Podczas badania okazało
się, że średnie obciążenie
kotła w badanych 67-miu
systemach, wyniosło
jedynie 9%.
Obciążenie cieplne kotła
9

10. Sprawność pracy kotła w zależności
od jego obciążenia cieplnego
 Sprawność kotła obniża się poniżej obciążenia 40%, a szczególnie znacznie poniżej obciążenia 10%. Szczególnie poza sezonem grzewczym, w trybie pracy
na podgrzewanie ciepłej wody użytkowej, sprawność kotła obniża się wyraźnie.
0,95
Sprawność*
0,90
0,85
Podczas badania średnie obciążenie
kotła w badanych 67 systemach,
wyniosło jedynie 9%, co wpłynęło
na niższe sprawności pracy.
0,80
0,75
0,70
0
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
Obciążenie cieplne kotła kondensacyjnego
* Sprawność odniesiona do ciepła spalania („górna” wartość opałowa)
10

11. Wpływ rodzaju regulatora kotła
na sprawność średnioroczną
 Rodzaj zastosowanego regulatora odgrywa znaczny wpływ na temperaturę
zasilania instalacji grzewczej i tym samym na sprawność kotła kondensacyjnego.
Zgodnie z przewidywaniami, najwyższą sprawność uzyskiwały kotły, wyposażone
w regulator pogodowy (ponad 3% więcej w porównaniu do regulacji „pokojowej”)
Sprawność średnioroczna kotła (w odniesieniu do ciepła spalania („górnej” wartości opałowej))
Regulacja „pokojowa”
Regulacja pogodowa
Regulacja pogodowa + „pokojowa”
(pomiar temperatury
w pomieszczeniu
referencyjnym)
(wyłącznie z czujnikiem
temperatury zewnętrznej)
(korekta temperatury zasilania zależnie
od temp. w pomieszczeniu referencyjnym)
84,2%
87,3%
86,5%
 Również kocioł kondensacyjny o najwyższej w badaniu sprawności (97,6%)
był wyposażony w regulator pogodowy.
11

12. Wpływ zastosowania zaworu różnicowoupustowego na sprawność średnioroczną
 Nowoczesne wiszące kotły kondensacyjne wyposażane są w zawory różnicowoupustowe zapewniające minimalne natężenie przepływu wody grzewczej przez
kocioł – np. w sytuacji znacznego zdławienia przepływu przez termostatyczne
zawory zabudowane przy grzejnikach. Jednak ich działanie jest ograniczane
do minimum poprzez stosowanie pomp obiegowych o płynnej regulowanej
elektronicznie prędkości obrotowej.
Sprawność średnioroczna kotła (w odniesieniu do ciepła spalania („górnej” wartości opałowej))
Kocioł bez zaworu różnicowo-upustowego
Kocioł z zaworem różnicowo-upustowym
89,0%
85,0%
 W kotłach starszego typu (w badaniu z 2004 r.) stosowano głównie pompy
obiegowe stałoobrotowe, co w połączeniu ze stosowaniem zaworów różnicowoupustowych wpływało na obniżanie sprawności średniorocznej.
12

13. Wpływ miejsca zabudowy kotła
na sprawność średnioroczną
 Znaczny wpływ na sprawność kotła kondensacyjnego odgrywa miejsce jego
zabudowy. W przypadku zabudowy kotła w pomieszczeniu ogrzewanym, obniżają
się straty cieplne, a sprawność średnioroczna wzrasta średnio (dane dla 58-miu
kotłów o blisko 2%.
Sprawność średnioroczna kotła (w odniesieniu do ciepła spalania („górnej” wartości opałowej))
Pomieszczenie nieogrzewane
Pomieszczenie ogrzewane
86,6%
88,5%
13

14. Wpływ trybu podgrzewania ciepłej wody
użytkowej na sprawność pracy kotła
 W trybie podgrzewania ciepłej wody użytkowej, temperatura wody grzewczej
w kotle jest podwyższana co negatywnie wpływa na sprawność jego pracy.
 Im większy jest udział pracy
kotła na potrzeb wody
użytkowej tym niższa może
być jego sprawność.
1,00
Sprawność*
 Trzeba jednak zaznaczyć,
że badane kotły z przełomu
lat 90/2000 nie posiadały
pomp o regulowanych płynnie
obrotach, co wpływało na
obniżanie różnicy temperatury
wody grzewczej między
zasilaniem, a powrotem, co
obniżało efekt kondensacji.
Wyniki pomiarów dla 60 kotłów:
0,90
0,80
0,70
0
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
Udział ciepłej wody użytkowej
14

15. Ciepła wody użytkowa – „problem”
współczesnych budynków i kotłów
 W energooszczędnych budynkach, udział ciepła potrzebnego dla podgrzewania
ciepłej wody użytkowej jest coraz większy. Potrzeby grzewcze obniżają się dzięki
coraz wyższemu standardowi izolacji cieplnej. Powoduje to znaczne dysproporcje
w wymaganej mocy grzewczej kotła dla jego pracy w obydwu trybach (ogrzewania
budynku i podgrzewania wody użytkowej). Obecnie produkowane kotły cechują
się coraz szerszym zakresem modulacji mocy palnika i coraz niższą mocą
minimalną. Pozwala to na lepsze dopasowanie kotła do budynku.
 Współczesne kotły kondensacyjne również
przy podgrzewaniu ciepłej wody użytkowej mogą
pracować w trybie kondensacyjnym, szczególnie
przy zastosowaniu zasobnika warstwowego
z zewnętrznym wymiennikiem ciepła. Wysoka
wydajność podgrzewania wody użytkowej obniża
temperaturę wody grzewczej powracającej do
kotła, co przekłada się wysoką sprawność pracy
(kondensacja pary wodnej ze spalin).
Vaillant
ecoCOMPACT
4,7-15,2 kW
15

16. Zalecenia jako wnioski z projektu
badawczego
Zalecenia mające na celu uzyskiwanie wysokiej sprawności kotła
Nastawa niskich temperatur wody grzewczej na centralnym regulatorze kotła
Unikanie o ile to możliwe stosowania zaworów różnicowo-upustowych (dla minimalnego przepływu)
Zabudowa kotła i ewentualnego podgrzewacza pojemnościowego w pomieszczeniu ogrzewanym
Stosowanie automatyki pogodowej zamiast scentralizowanej automatyki „pokojowej”
Stosowanie niskoparametrowych systemów grzewczych (ogrzewania płaszczyznowego)
Optymalna pod względem regulacji oraz hydrauliki współpraca z podgrzewaczem wody użytkowej
Stosowanie optymalnych pomp obiegowych lub odpowiedniej konstrukcji kotła o wystarczającej
pojemności wodnej i niskich oporach przepływu – bez zintegrowanej pompy obiegowej
Stosowanie palników o dużym zakresie modulacji mocy oraz optymalnej konstrukcji powierzchni
grzewczych kotła, gdzie temperatura spalin będzie nieznacznie tylko przewyższać temperaturę
wody powrotnej do kotła
16

17. Ogrzewanie
Kotły gazowe
Chłodzenie
Energia odnawialna
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
www.eko-blog.pl
www.vaillant.pl