Jak dobrać kocioł do ogrzewania domu?

Kryteria wyboru rodzaju kotła dla ogrzewania domu

Dobór mocy cieplnej kotła w zależności od standardu budynku

Czynniki zmniejszające i zwiększające wymaganą moc grzewczą kotła.

Wydanie 1/2015

31.03.2015

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2

Dobór kotła i podgrzewacza – odpowiedzialna

decyzja ekonomiczna i użytkowa

Właściwy dobór kotła grzewczego dla domu lub mieszkania to jedna z bardziej

odpowiedzialnych decyzji, jaką musi podjąć przyszły użytkownik systemu

centralnego ogrzewania i podgrzewania ciepłej wody użytkowej.

Sprawność pracy kotła grzewczego wpływa bezpośrednio na koszty ogrzewania

domu czy też mieszkania. Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej musi z kolei

łączyć zarówno wymagania ekonomiczne niskich kosztów eksploatacji, jak

i względy komfortu – zapewnienia odpowiedniej ilości wody.

3

Porównanie – kocioł grzewczy i inne

urządzenia codziennego użytku

Dobór kotła to na tyle odpowiedzialna decyzja, że należy go dokonać świadomie

z uwzględnieniem specyfiki budynku i własnych potrzeb. Kocioł grzewczy jest

urządzeniem, które powinno służyć przez 20÷25 lat.

czas pracy, h/rok

Czas pracy kotła przeciętnie

wynosi 2.000-2.400 godzin

rocznie i jest dłuższy niż dla

większości urządzeń

użytkowanych do celów

prywatnych.

Czas pracy kotła podkreśla

także znaczenie przeglądów

serwisowych, jakie zaleca się

przeprowadzać każdego roku,

analogicznie jak w przypadku

okresowych przeglądów

samochodu.

4

Obciążenie cieplne kotła grzewczego

w realnych warunkach eksploatacji

100

80

60

40

20

0

0 40 80 120 160 200 240 280

Dni sezonu grzewczego

Ob

cią

że

nie

cie

pln

e k

otła

(%

)

63%

48%

39%

30%

13%

Maksymalna moc cieplna kotła jest

wymagana sporadycznie w ciągu roku

Przez większość czasu obciążenie

cieplne kotła jest znacznie niższe od

jego maksymalnej mocy cieplnej

Wg normy DIN 4702 dla obliczania

sprawności znormalizowanej kotła,

podwyższone obciążenie cieplne

(średnio 63%) występuje jedynie przez

ok. 25 dni, a najmniejsze obciążenie

(średnio 13%) przez ok. 120 dni

Średnioroczne obciążenie cieplne

kotła wynosi w praktyce ok. 20% jego

maksymalnej mocy cieplnej

5

Wpływ obciążenia cieplnego kotła

na sprawność pracy

Kotły starego typu pracując z niższym

obciążeniem cieplnym wykazywały

podwyższone straty cieplne, wobec czego

sprawność pracy ulegała znacznemu

obniżeniu

Nowoczesne kotły zachowują wysoką

sprawność pracy także przy niskim

obciążeniu, dzięki szerokiemu zakresowi

regulacji (modulacji) mocy palnika,

pogodowej regulacji temperatury pracy,

niskim stratom ciepła do otoczenia oraz

dzięki zamkniętej komorze spalania

i precyzyjnej regulacji procesu spalania

Sprawność kotła kondensacyjnego przy

niższym obciążeniu cieplnym wzrasta,

wskutek zwiększonego efektu kondensacji

pary wodnej zawartej w spalinach

110

100

90

80

70

60

50

0 10 20 30 40 50

Kocioł

stałotemperaturowy

Obciążenie cieplne kotła (%)

Sp

raw

no

ść p

racy k

otła

(%

)

6

Potrzeba wymiany kotła przy

termomodernizacji budynku

Termomodernizacja budynku polegająca na

poprawie izolacyjności cieplnej przegród czy też

wymianie okien, obniża zapotrzebowanie ciepła

dla ogrzewania. Nie gwarantuje to jednak

obniżenia kosztów eksploatacji, gdy wymianie nie

podlega kocioł grzewczy. Obciążenie cieplne kotła

w budynku po termomodernizacji obniży się, co

może znacznie obniżyć sprawność jego pracy.

Obciążenie cieplne kotła (%)

Sp

raw

no

ść k

otła

(%

)

fot. njuskalo.hr

70

60

50

0 10 20 30 40 50

78%

65%

Przykładowo zmniejszenie

średniego obciążenia

z 20% do 10%, spowoduje

obniżenie średniej

sprawności pracy starego

kotła stałotemperaturowego

z około 78% do 65% (!).

Kocioł

stałotemperaturowy

7

Zakres regulacji mocy cieplnej

nowoczesnego kotła gazowego

Moc 16% = 4,0 kW Moc 100% = 24,5 kW

Nowoczesne kotły cechują się bardzo szerokim zakresem regulacji mocy

cieplnej. Przykładowo palnik kotła kondensacyjnego ecoTEC plus VC PL 206/5-5,

pracuje z płynną regulacją mocy od 16 do 100%

Szeroki zakres modulacji palnika, pozwala w szerokim zakresie obciążenia

cieplnego dopasować moc cieplną kotła do potrzeb. Ograniczenie liczby startów

palnika zmniejsza straty rozruchowe i postojowe kotła, a także zmniejsza emisję

zanieczyszczeń (podwyższoną przy uruchamianiu palnika).

8

Uproszczona zależność dla doboru

wymaganej mocy kotła grzewczego

Wymagana moc grzewcza kotła zależy od zapotrzebowania mocy dla celów

grzewczych i dla podgrzewania wody użytkowej, a także w niektórych obiektach

dla wentylacji mechanicznej, czy też technologii (np. podgrzew wody basenowej).

QK = QCO + QW + QT + QCWU

QCO – zapotrzebowanie ciepła

dla ogrzewania budynku

QW – zapotrzebowanie ciepła

dla wentylacji budynku

QT – zapotrzebowanie ciepła dla celów

technologicznych (np. woda basenowa)

QCWU – zapotrzebowanie ciepła

dla podgrzewania wody użytkowej

9

Bilans dobowego zapotrzebowania ciepła

W przypadku większych obiektów, gdzie występują różne niejednoczesne

potrzeby cieplne, należy wykonać dobowy bilans zapotrzebowania, aby określić

wymaganą moc cieplną kotła grzewczego QK

Godziny

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Za

po

trzeb

ow

an

ie c

iep

ła (

kW

)

140

120

100

80

60

40

20

0

CO

CWU

W

T

PRZYKŁAD:

QCO = maks. 60 kW (ogrzewanie budynku)

QW = maks. 40 kW (wentylacja budynku)

QT = maks. 25 kW (ciepło technologiczne)

QCWU = maks. 30 kW (ciepła wody użytkowa)

Suma maksymalnych potrzeb = 155 kW

UWAGA: z uwzględnieniem niejednoczesnego

zapotrzebowania ciepła wymagana moc

cieplna kotła QK = 120 kW

QK = 120 kW

10

Dobór kotła grzewczego wg projektowanego

obciążenia cieplnego budynku (1/3)

Dobór wymaganej mocy kotła jest ułatwiony w przypadku nowych budynków, dla

których wykonano szczegółowe obliczenia zapotrzebowania ciepła, niezbędnego

do pokrywania strat ciepła przenikającego przez przegrody i ciepła potrzebnego

do podgrzewania powietrza wentylacyjnego. Uwzględnia się również dodatek dla

zwiększenia mocy cieplnej źródła ciepła, dla pracy po obniżeniu temperatury

wewnątrz budynku (np. nocne obniżenie temperatury).

Obliczeń dokonuje projektant lub architekt na podstawie normy PN-EN 12831,

wykorzystując specjalistyczne oprogramowanie komputerowe.

Projektowane obciążenie cieplne

budynku określa moc cieplną jaką

należy dostarczyć do budynku,

aby przy temperaturze zewnętrznej

obliczeniowej (np. -18oC) zapewnić

wymaganą temperaturę wewnątrz

pomieszczeń (np. 20oC).

11

Projektowane obciążenie cieplne budynku można określić w uproszczony

sposób na podstawie wskaźnika maksymalnego zapotrzebowania ciepła:

Dobór kotła grzewczego wg projektowanego

obciążenia cieplnego budynku (2/3)

Okres powstania budynku Przybliżony standard budownictwa Wskaźnik W/m2

Budynek z lat 60 i wcześniej Ściana 1-warstwowa, bez izolacji cieplnej, okna 2-szybowe o małej szczelności 90÷140

Budynek z lat 70÷80 Ściana 2-warstwowa, izolacja cieplna 5 cm, okna 2-szybowe o małej szczelności 60÷100

Budynek z lat 90÷2000 Ściana 2-warstwowa, izolacja cieplna 8÷10 cm, okna 2-szybowe o przeciętnej szczelności 50÷80

Budynek z lat 2000÷2010 Ściana 2-warstwowa, izolacja cieplna 10÷12 cm, okna 2-szybowe szczelne 40÷65

Budynek niskoenergetyczny NF40 Ściana 2- lub 3-warstwowa, izolacja cieplna 20 cm, wentylacja z odzyskiem ciepła, okna 3-szybowe 25÷30

Budynek pasywny NF15

Ściana 2 lub 3--warstwowa, izolacja cieplna 30 cm, wentylacja z odzyskiem ciepła, okna 3-szybowe, rozwiązania budowlane dla budynku pasywnego

15÷20

PRZYKŁAD: Dom niskoenergetyczny 210 m2:

Wskaźnik zapotrzebowania ciepła: 25 W/m2

Projektowane obciążenie cieplne QCO = 5,3 kW

12

Wymagana moc cieplna kotła musi dostarczyć do budynku ciepło, które będzie

pokrywało projektowane obciążenie cieplne QCO. Należy uwzględnić dodatkowo

sprawność całego systemu (wytworzenie ciepła w kotle, przekazywanie ciepła,

wykorzystanie ciepła (sposób regulacji)). Dla nowoczesnych systemów

grzewczych z gazowymi kotłami kondensacyjnymi w budynkach jednorodzinnych,

można przyjąć, że łączna sprawność systemu nie powinna być niższa niż 90%.

Dobór kotła grzewczego wg projektowanego

obciążenia cieplnego budynku (3/3)

QCO = 5,3 kW

Wymagana moc cieplna kotła grzewczego QK:

QCO – Projektowane obciążenie cieplne (kW)

ηS – sprawność systemu grzewczego (90%)

(kW)

PRZYKŁAD:

UWAGA: moc kotła tylko dla celów ogrzewania CO

13

Roczne zużycie ciepła dla celów grzewczych ECO:

F – powierzchnia budynku (m2)

qCO – wskaźnik sezonowego zapotrzebowania ciepła (kWh/m2rok)

Dobór kotła grzewczego wg wskaźnika

sezonowego zapotrzebowania ciepła (1/3)

Dla budynków nowych, jak również istniejących, częściej można zetknąć się

z tzw. sezonowym zapotrzebowaniem ciepła (kWh/m2rok). Określa ono roczne

zużycie ciepła dla celów grzewczych. Znając wartość całkowitego zużycia ciepła

dla celów grzewczych budynku (kWh/rok) można określić zarówno roczne

zużycie paliwa, jak i koszty ogrzewania domu. Możliwe jest także określenie

wymaganej mocy cieplnej kotła grzewczego.

(kWh/rok)

PRZYKŁAD: Budynek z lat 80-tych: F = 180 m2

Wskaźnik sezonowego zap. ciepła: qCO = 140 kWh/m2rok

Sezonowe zapotrzebowanie ciepła: ECO = 25.200 kWh/rok

14

Dobór kotła grzewczego wg wskaźnika

sezonowego zapotrzebowania ciepła (2/3)

Wskaźnik sezonowego zapotrzebowania ciepła można określić na podstawie

szczegółowych obliczeń projektowych (audyt energetyczny budynku) lub też

przyjąć wartość szacunkową z dostępnych tabel, np.:

Okres powstania budynku Przybliżony standard budownictwa Wskaźnik qCO

kWh/m2rok

Budynek z lat 60 i wcześniej Ściana 1-warstwowa, bez izolacji cieplnej, okna 2-szybowe o małej szczelności 150÷200

Budynek z lat 70÷80 Ściana 2-warstwowa, izolacja cieplna 5 cm, okna 2-szybowe o małej szczelności 120÷150

Budynek z lat 90÷2000 Ściana 2-warstwowa, izolacja cieplna 8÷10 cm, okna 2-szybowe o przeciętnej szczelności 70÷100

Budynek z lat 2000÷2010 Ściana 2-warstwowa, izolacja cieplna 10÷12 cm, okna 2-szybowe szczelne 40÷60

Budynek niskoenergetyczny NF40 Ściana 2- lub 3-warstwowa, izolacja cieplna 20 cm,

wentylacja z odzyskiem ciepła, okna 3-szybowe 15÷25

Budynek pasywny NF15

Ściana 2 lub 3--warstwowa, izolacja cieplna 30 cm, wentylacja z odzyskiem ciepła, okna 3-szybowe, rozwiązania budowlane dla budynku pasywnego

10

15

Dobór kotła grzewczego wg wskaźnika

sezonowego zapotrzebowania ciepła (3/3)

Obliczenie wymaganej mocy cieplnej kotła na podstawie zapotrzebowania ciepła

(kWh/rok) wymaga przyjęcia założenia czasu pracy kotła grzewczego.

ECO = 25200 kWh/rok

Wymagana moc cieplna kotła grzewczego QK:

ECO – Projektowane obciążenie cieplne (kW)

t – czas pracy kotła w ciągu roku (h/rok)

ηS – sprawność systemu grzewczego (95%)

(kW)

PRZYKŁAD (zastosowanie gazowego kotła kondensacyjnego):

QK =ECOt × ηS

=25200

2100 × 0,95= 12,6

UWAGA: moc kotła tylko dla celów ogrzewania CO

Czas pracy kotła grzewczego zwykle wynosi:

Ogrzewanie domu: 2000÷2200 h/rok

Ogrzewanie domu + woda użytkowa: 2200÷2400 h/rok

16

Dobór kotła grzewczego z uwzględnieniem

podgrzewania ciepłej wody użytkowej

Dobór mocy cieplnej kotła według

projektowego obciążenia cieplnego budynku

lub sezonowego zapotrzebowanie ciepła

nie uwzględnia pracy kotła dla innych

potrzeb, w szczególności dla podgrzewania

ciepłej wody użytkowej.

Zależnie od zapotrzebowania wody

użytkowej oraz wyboru układu podgrzewania,

należy uwzględnić odpowiedni dodatek mocy

cieplnej kotła.

17

Warianty układu podgrzewania ciepłej wody

użytkowej w domu jednorodzinnym

Kocioł 2-funkcyjny, zapewniający podgrzewanie wody użytkowej

w trybie przepływowym, wymagający podwyższonej mocy

grzewczej i stosowany głównie w mieszkaniach

Kocioł 1-funkcyjny lub kompaktowy, gdzie woda

użytkowa podgrzewana jest w podgrzewaczu

pojemnościowym, zapewniając wysoki komfort

wody użytkowej przy stosunkowo niskiej mocy

cieplnej

Kocioł wiszący 2-funkcyjny

z zasobnikiem warstwowym

wbudowanym w kotle, dla

podwyższonego komfortu

wody użytkowej, głównie

w mieszkaniach oraz

apartamentach

Wariant 1

Wariant 2

Wariant 3

18

Wariant 1: podgrzewanie wody użytkowej

przez kocioł 2-funkcyjny (1/2)

Zastosowanie kotła 2-funkcyjnego jest zwykle podyktowane

ograniczeniem miejsca zabudowy, małą ilością punktów

poboru wody i braku cyrkulacji wody użytkowej. Są to cechy

charakterystyczne dla mieszkań (ogrzewanie etażowe).

Moc cieplna kotła 2-funkcyjnego jest zwykle znacznie

wyższa niż projektowane obciążenie cieplne, gdyż wymaga

tego przepływowy charakter podgrzewania wody użytkowej.

Standardowy kocioł 2-funkcyjny o mocy 24 kW dostarcza

około 11,5 litra ciepłej wody (podgrzanie o 30 stopni),

co wystarcza obsłużyć jednocześnie standardowy natrysk

i umywalkę lub zlew kuchenny

30oC

Umywalka

55oC Zlew

kuchenny

40oC Natrysk

oszczędny

40oC Natrysk

standardowy

40oC Natrysk

komfortowy

40oC

Wanna

l/min. 5 4 5 8 13 15÷20

Typowy czas

poboru (min.) 1,5÷3,0 1,5÷3,0 5,0÷7,0 5,0÷7,0 5,0÷7,0

8,0÷10,0

19

Wariant 1: podgrzewanie wody użytkowej

przez kocioł 2-funkcyjny (2/2)

Kotły dwufunkcyjne mogą posiadać specjalne

rozwiązania podwyższające moc cieplną

w trybie podgrzewania wody użytkowej.

Podwyższenie wydajności cieplnej kotła

przekłada się na wyższą ilość podgrzewanej

wody użytkowej. Przykładowo dla mocy 30 kW,

wydajność wynosi 14,4 l/min (podgrzanie o 30

stopni). Wystarcza to na zapewnienie wyższego

poziomu komfortu dla natrysku o zwiększonej

wydajności lub dla baterii wannowej.

Vaillant VCW PL 296/5-5

tryb CO (50/30oC): 5,7-26,5kW

tryb CWU: 30,0 kW

Dla mieszkań, apartamentów i małych

domów jednorodzinnych (szeregowych),

stosowane są często kotły 2-funkcyjne.

Ważny jest szeroki zakres płynnej regulacji

mocy i niska minimalna moc cieplna kotła.

20

Wariant 2: podgrzewanie wody użytkowej

przez kocioł 1-funkcyjny z podgrzewaczem

Wysoki komfort wody użytkowej i pełniejsze dopasowanie

do wymaganych potrzeb cieplnych budynku, uzyskuje się

przy zastosowaniu kotła 1-funkcyjnego i podgrzewacza

pojemnościowego wody.

Przykładem może być kocioł w wersji kompaktowej o mocy

cieplnej w trybie ogrzewania CO: 4,3÷21,5kW (50/30oC)

oraz 24 kW w trybie wody użytkowej CWU. Kocioł cechuje

się wysoką wydajnością tzw. 10-minutową, która w wersji ze

zbiornikiem 90 litrów wynosi 244 l/10 min., a ze zbiornikiem

150 litrów: 329 l/10 min. Vaillant

ecoCOMPACT/4

Wysoka wydajność 10-minutowa jest ważna dla

zapewnienia komfortu przy kilku punktach poboru

wody użytkowej i przy zwiększonych potrzebach

(wanna, tzw. deszczownica). Do podgrzewacza

można podłączyć także cyrkulację wody użytkowej.

21

Wariant 3: podgrzewanie wody użytkowej

przez kocioł z zasobnikiem warstwowym

Rozwiązaniem pośrednim pomiędzy kotłem 2-funkcyjnym,

a 1-funkcyjnym z podgrzewaczem, jest kocioł wiszący

z wbudowanym zasobnikiem warstwowym wody użytkowej.

Komfort wody użytkowej 20-litrowego zasobnika jest

porównywalny z uzyskiwanym przy podgrzewaczu 70 litrów.

Przykładowo wydajność zasobnika Vaillant actoSTOR

VIH SL 20 S współpracującego z kotłem o mocy cieplnej

35 kW wynosi niemal 200 litrów na 10 minut, co wystarcza do

napełnienia dużej wanny lub skorzystania z komfortowego

natrysku (np. deszczownicy). Vaillant actoSTOR

VIH SL 20 S

Zastosowanie kotła z wbudowanym zasobnikiem wody

użytkowej znajduje zastosowanie w apartamentach lub

małych domach. Pozwala na ograniczonej powierzchni

zabudować wysokowydajne rozwiązanie dla zwiększonych

potrzeb wody użytkowej. Nie pozwala z racji małej

objętości na bezpośrednie podłączenie cyrkulacji wody

użytkowej (stosowanej w większych domach)

22

Dobór kotła – opracowanie projektowe

Należy podkreślić, że prawidłowy dobór

mocy cieplnej kotła, a także jego typu oraz

schematu instalacji grzewczej i osprzętu,

wymaga szczegółowego opracowania

projektowego.

Powszechną praktyką zaobserwowaną

w wielu monitorowanych budynkach, było

zawyżanie mocy cieplnej kotła. Prowadziło to

do zbędnego wzrostu kosztów inwestycji, ale

także kosztów eksploatacji, wskutek obniżenia

sprawności pracy urządzenia grzewczego.

Chłodzenie

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji