Kotły na paliwa stałe zapracowały sobie na solidną pozycję rynkową stając się jednymi z głównych źródeł ciepła do ogrzewania, a często i przygotowania ciepłej wody w gospodarstwach domowych w Polsce. Przez lata użytkownicy wybierali te urządzenia głównie ze względu na niską cenę i dostępność paliwa, którym najczęściej był węgiel orzech, węgiel groszek lub drewno. Kotły na paliwa stałe kojarzyły się jednak również z niskim komfortem użytkowania poprzez konieczność częstej obsługi i konserwacji kotła oraz z wysoką emisją szkodliwych produktów spalania do atmosfery, przy jednocześnie niskiej sprawności. Wysiłki producentów kotłów na paliwa stałe skupiały się więc na wprowadzaniu takich modyfikacji, które zapewniłyby podwyższony komfort eksploatacji kotła oraz zmniejszoną wysokość emisji szkodliwych związków do atmosfery i podwyższoną sprawność. Ponieważ możliwości modyfikowania konstrukcji samych wymienników kotłów są ograniczone, konstruktorzy kotłów – przystosowując je do spalania paliw takich jak ekogroszek czy pellet – skorzystali z powszechnej dostępności regulatorów elektronicznych wprowadzając je do wyposażenia jako elementy sterujące bądź samym spalaniem w kotle, bądź również pracą instalacji grzewczej połączonej z kotłem.

POCZĄTKI

Pierwsze regulatory kotłów na paliwa stałe były praktycznie zastąpieniem układów mechanicznej regulacji typu temperaturowy regulator ciągu, układami z wentylatorem powietrza pierwotnego do spalania, który w niektórych kotła dostarczał również powietrze wtórne ponad palenisko, dla dopalenia cząstek lotnych w spalinach. Regulatory tego typu pracowały w oparciu o sygnał z termostatu temperatury wody kotłowej na zasadzie włącz/wyłącz wentylator. Dodatkowym zabezpieczeniem był termostat bezpieczeństwa, który w przypadku przegrzania kotła wyłączał wentylator. Bardziej zaawansowane konstrukcje regulatorów zapewniały sterowania pompą obiegową na instalacji połączonej z kotłem poprzez włączanie pompy dopiero po podgrzaniu wody kotłowej do temperatury około 40ºC. Nieco odmienną grupą regulatorów kotłów komorowych na paliwa stałe były regulatory spalania drewna w kotłach na gaz drzewny, których głównym zadaniem było utrzymanie parametrów spalania na takim poziomie, który gwarantował poprawne wytwarzanie gazu drzewnego bez zanieczyszczenia powierzchni wymiennika ciepła kotła. Regulatory te w pierwszych kotłach budowano w oparciu o termostaty elektryczne, a dopiero niedawno zastąpiono je regulatorami elektronicznymi. Pomimo swojej prostoty pierwsze generacje regulatorów kotłów komorowych stanowiły istotny krok naprzód w poprawie komfortu użytkowania kotłów na paliwa stałe, wprowadziły również nowy trend w technice grzewczej, a o niezawodności tych konstrukcji niech świadczy fakt, że pracują one sprawnie do dnia dzisiejszego.

KOTŁY AUTOMATYCZNE i ROZWÓJ REGULATORÓW

Pomimo wprowadzenia sterowania procesem spalania w kotłach komorowych nadal nie udało się uzyskać takiej automatyzacji procesu spalania, która zapewniłaby komfort eksploatacji kotła na paliwa stałe zbliżony do komfortu użytkowania kotłów gazowych czy olejowych. Dlatego konstruktorzy kotłów, wykorzystując dostępność paliwa o odpowiedniej granulacji zwrócili się w stronę znanych już w latach 60-tych kotłów retortowych, które zapewniają automatyczne dozowanie paliwa. Pełne wykorzystanie ich możliwości nie byłoby jednak możliwe bez zastosowania układów sterowania, regulujących proces podawania paliwa i pracę całego paleniska. W kotłach retortowych od razu przyjęto zasadę, że regulator kotła będzie jednocześnie regulatorem pracy instalacji grzewczej. Pierwsze konstrukcje automatycznych kotłów retortowych zapewniały więc możliwość regulacji cyklicznego dozowania odpowiednich dawek paliwa, możliwość regulacji pracy wentylatora powietrza do spalania, regulację pracy pompy obiegu grzewczego i pompy zasilającej podgrzewacz wody użytkowej. oraz co ważne, możliwość współpracy z termostatem pomieszczeniowym. Regulatory te posiadały również funkcję ostrzegania o braku zapasu paliwa w zasobniku i zabezpieczenia temperaturowe w postaci termostatu bezpieczeństwa, który wyłączał palenisko kotła po przekroczeniu dopuszczalnej temperatury wody kotłowej oraz czujnika temperatury podajnika paliwa, który zabezpieczał przed cofnięciem żaru z paleniska do zasobnika paliwa, chroniąc w ten sposób przed pożarem. Taka funkcjonalność zbliżyła wyraźnie komfort korzystania z kotłów na paliwa stałe do komfortu korzystania z kotłów gazowych i stanowiła swoistą rewolucję w podejściu do spalania paliw stałych. Pierwsze kotły automatyczne odstraszały nieco ceną urządzeń, ale wieść o wygodzie ich eksploatacji i niska wówczas cena paliwa eko-groszek wpłynęły znacząco na zwiększenie popytu na kotły retortowe, a co za tym idzie na zwiększenie ilości ich producentów i konkurencję na rynku, która spowodowała obniżenie cen urządzeń. Automatyzacja spalania w kotłach retortowych znacząco wpłynęła również na obniżenie emisji zanieczyszczeń ze spalania do atmosfery przez co kotły te zyskały przydomek ekologicznych. To z kolei zachęciło samorządy, zatroskane o jakość powietrza w gminach do wprowadzenia programów dotacji do wymiany starego kotła na paliwa stałe na nowy kocioł ekologiczny. Spowodowało to wręcz lawinowy wzrost sprzedaży kotłów retortowych, rozwój przedsiębiorstw produkujących kotły i jednocześnie wpłynęło niestety na wzrost ceny węgla oraz na obniżenie jego dostępności na rynku. Kilkuletnia eksploatacja kotłów retortowych pozwoliła zebrać informacje o najczęściej występujących problemach i koniecznych modyfikacjach urządzeń, o oczekiwaniach użytkowników w stosunku do kotłów oraz o konieczności ich dostosowania do węgla o gorszych parametrach energetycznych, który wraz ze wzrostem ceny węgla pierwotnie stosowanego stał się często stosowanym paliwem. Nie bez znaczenia dla rozwoju automatyzacji spalania paliw stałych było pojawienie się nowego paliwa w postaci pelet z trocin oraz takich paliw jak na przykład ziarno owsa. Co więcej, doświadczenia z eksploatacji kotłów automatycznych zostały z powodzeniem wykorzystane do poprawy komfortu użytkowania kotłów komorowych, poprzez rozbudowę sterowników kotłów o nowe użyteczne funkcje.

REGULATORY KOTŁÓW KOMOROWYCH i AUTOMATYCZNYCH NOWEJ GENERACJI

Opisane powyżej regulatory były budowane w oparciu o proste układy elektroniczne, a możliwość ich rozbudowy była ograniczona przez niską moc stosowanych procesorów, wizualizacja pracy urządzeń ograniczona była do wyświetlaczy cyfrowych i kontrolek diodowych, sygnalizujących stany pracy poszczególnych urządzeń, a żywotność samych sterowników była ograniczona przez zastosowane elementy sterujące czyli przekaźniki, które w miarę wzrostu cykli włączeń/wyłączeń traciły swoją sprawność. Rozwój elektroniki, a przede wszystkim powszechna dostępność i obniżenie cen zaawansowanych podzespołów elektronicznych spowodowały dalszy rozwój elementów sterowania kotłami na paliwa stałe. Doświadczenia zebrane z eksploatacji pierwszej generacji regulatorów wskazały na konieczność rozbudowy członów sterujących instalacją grzewczą. Użytkownicy oczekiwali jeszcze wyższej automatyzacji pracy kotłów. Wprowadzono więc przede wszystkim możliwość pracy kotła w oparciu o regulację stałotemperaturową, popularnie zwaną pogodową, w oparciu dane z czujnika temperatury zewnętrznej. Co więcej, dane z tych czujników wykorzystano nie tak jak w kotłach gazowych do włączania/wyłączania palnika urządzenia, ale do sterowania zaworami mieszającymi lub pompami, umieszczonymi za kotłem. Zastosowanie takiego rozwiązania zapewniło po pierwsze możliwość bardzo płynnej i precyzyjnej regulacji temperatury wody dostarczanej do instalacji grzewczej według wybranej krzywej grzania oraz zapewniło stabilne utrzymywanie ważnej dla trwałości kotła temperatury wody powracającej do kotła. Zbyt niska temperatura tej wody powoduje korozję niskotemperaturową wymiennika ciepła kotła i jego szybszą degradację. Ponadto zmieniony został moduł współpracy z termostatami pomieszczeniowymi, z których dane również zostały wykorzystane nie do sterowania samym kotłem, ale zaworami mieszającymi lub pompami zasilającymi instalację. Dodatkowo, dzięki zwiększeniu mocy obliczeniowej procesorów możliwe stało się sterowanie za pomocą jednego regulatora na kotle nie tylko kotłem i instalację grzewczą za kotłem, ale nawet kilkoma obiegami grzewczymi, zróżnicowanymi pod względem konstrukcji jak np. odrębne układy z grzejnikami i ogrzewaniem podłogowym. Dzięki takiemu rozwiązaniu komfort korzystania z kotłów automatycznych wzrósł do poziomu identycznego z komfortem zapewnionym przez kotły gazowe. Najbardziej zaawansowane regulatory zostały wyposażone dodatkowo w moduły komunikacji zewnętrznej, umożliwiające przesłanie informacji o stanach urządzenia czy alarmach do użytkownika na telefon gsm lub przez internet, a niektóre umożliwiają również zdalne sterowanie kotłem za pomocą telefonu lub przez sieć komputerową. Nowe regulatory zostały wyposażone w wyświetlacze ciekłokrystaliczne z tekstowymi opisami parametrów regulatora w kilkunastu językach, a często z graficzną prezentacją stanów kotłów, co znacznie uprościło korzystanie z regulatorów ich użytkownikom. Zaawansowane możliwości procesorów wykorzystano również do poprawy sterowania podgrzewaniem wody użytkowej, zapewniając przede wszystkim możliwość jej podgrzewania z tzw. priorytetem oraz cykliczną dezynfekcję temperaturową zasobnika, tzw. funkcję anty-Legionella. Zwiększone zainteresowanie energią odnawialną spowodowało, że powstały modele regulatorów kotłów na paliwa stałe, które współpracują z instalacjami solarnymi czy pompami ciepła. Możliwość regulacji obrotów wentylatora powietrza do spalania pozwoliła na modulację pracy palnika, a przez to na dalsze obniżenie emisji szkodliwych związków do atmosfery, stabilizację pracy kotła i przez to na obniżenie zużycia paliwa czy możliwość precyzyjnego dostosowania parametrów palnika do węgla o niższej wartości opałowej.

Rozwój regulatorów kotłów automatycznych miał niebagatelny wpływ na rozwój technologii spalania pelet. Nowe paliwo wymagało palników z elektrycznym zapłonem paliwa i sterowaniem procesem spalania w sposób o wiele bardziej precyzyjny niż w przypadku węgla. Powstały kotły na pelety z regulatorami o opisanej powyżej funkcjonalności sterowania pracą instalacji grzewczej i c.w.u. oraz co najważniejsze z palnikami, w których paliwo jest rozpalane automatycznie podmuchem powietrza rozgrzewanego przez grzałkę elektryczną, spalane z modulacją mocy palnika, automatycznie wygaszane, a po wygaszeniu palenisko jest oczyszczane automatycznie z powstającego nagaru czy popiołu. Zaawansowane regulatory kotłów na pelety wykorzystują do sterowania paleniskiem dane z czujnika temperatury spalin lub sondy Lambda umieszczonych w czopuchu kotła, gwarantując bardzo czyste spalanie i ekonomiczną pracę urządzenia. Wykorzystując możliwość pneumatycznego lub mechanicznego transportu pelet konstruktorzy wyposażyli kotły na pelety w regulatory, które nadzorują stan paliwa w zasobniku kotła i po obniżeniu tego stanu do zadanego poziomu automatycznie go uzupełniają z zewnętrznego składu paliwa.

Dzięki rozwojowi technologii regulatorów kotłów na paliwa stałe nowej generacji możliwe stało się również bardziej precyzyjne sterowanie pracą kotłów na gaz drzewny, szczególnie poprzez możliwość sterowania spalaniem na podstawie sygnałów z sondy Lambda. Takie rozwiązanie doprowadziło do powstania kotłów o niespotykanych dotychczas parametrach emisji, spełniających najbardziej surowe normy, a jednocześnie wykorzystujących najtańsze dostępne paliwo. Czystość spalin z kotłów na gaz drzewny i na pelety jest porównywalna z czystością spalin kotłów gazowych.

Regulatory kotłów komorowych i kotłów na gaz drzewny również zyskały możliwość zaawansowanego sterowania obiegiem lub kilkoma obiegami grzewczymi, także w oparciu o temperaturę zewnętrzną i sygnał z termostatu w ogrzewanych pomieszczeniach. Jednak nawet najbardziej zaawansowany układ elektroniczny nie jest w stanie zapewnić uzupełniania paliwa w kotle komorowym i w tym miejscu automatyzacja pracy kotłów komorowych kończy się a zaczyna się niezbędna, fizyczna praca użytkowników tych kotłów.

Konstruktorzy kotłów i regulatorów kotłów na paliwa stałe nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Wciąż powstają nowe urządzenia, które zaskakują zastosowanymi rozwiązaniami. Wyzwaniem dla producentów kotłów są nowe normy granicznej emisji spalin w Unii Europejskiej, które mają wejść w życie w 2013 roku, a które radykalnie zmniejszają dopuszczalne parametry zanieczyszczeń wyrzucanych z kotłów do atmosfery. Rosną również oczekiwania użytkowników kotłów. To co do niedawna było uznawane za rewolucyjne rozwiązanie dziś jest czymś powszechnym i użytkownicy oczekują czegoś więcej. Coraz trudniej dostępny węgiel o wysokiej kaloryczności czy czyste pelety również stawiają nowe wyzwania dla zapewnienia czystego i stabilnego spalania w kotle. Wyścig trwa z pożytkiem dla komfortu i bezpieczeństwa użytkowników oraz co ważne bez drastycznego zwiększania cen samych urządzeń dzięki tak powszechnej dziś dostępności podzespołów zaawansowanej elektroniki.