Kotły na paliwa stałe są najbardziej popularnym w naszym kraju źródłem ciepła do ogrzewania domów. Przez wiele lat ich instalacja oraz eksploatacja wymagały zgodnie z obowiązującymi przepisami systemu grzewczego typu otwartego, co z kolei nie odpowiadało wymaganiom, jakie stawiają na przykład producenci popularnych grzejników płytowych i rodziło problemy. Niedawno w tym zakresie zaszły w krajowych przepisach istotne zmiany.
Kotłownia na paliwa stałe jest z pozoru nieskomplikowanym zespołem urządzeń, szczególnie, jeżeli brać pod uwagę typowe palenisko rusztowe, ręczny załadunek paliwa i usuwanie popiołu. Przez dziesiątki lat tysiące tego typu instalacji centralnego ogrzewania zostało zainstalowanych w polskich domach i do dziś stanowi przeważające źródło ciepła. Powszechne występowanie tego typu systemów ogrzewania często wręcz powoduje, że kotłownie gazowe czy olejowe jawią się jako skomplikowane i niebezpieczne, podczas gdy kotłownie na paliwa stałe wydają się nie powodować żadnych zagrożeń. Tymczasem rzeczywistość wygląda zupełnie odwrotnie. Powtarzające się przypadki eksplozji kotłów na paliwa stałe czy kominków z płaszczem wodnym (będących nomen-omen kotłami) również w nowych domach wskazują, że brak elementarnej wiedzy na temat zabezpieczenia oraz eksploatacji kotłowni na paliwa stałem może rodzić tragiczne skutki nie tylko materialne ale również w postaci zagrożenia dla zdrowia i życia domowników.
Wyposażenie domów jednorodzinnych w instalację grzewczą jest regulowane przepisami Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki oraz ich usytuowanie. Do 12 czerwca 2009 roku obowiązywało w/w rozporządzenie z dnia 12 kwietnia 2009 roku, w którym to, w §133 p. 7 znajdował się zapis następującej treści: „Zabrania się zasilania z kotła na paliwo stałe instalacji ogrzewczych wodnych systemu zamkniętego, wyposażonych w przeponowe naczynia wzbiorcze.”. Wyraźnie wskazywało to, że kotły na paliwa stałe, niezależnie od sposobu ich pracy czy automatyki w jaką zostały wyposażone musiały być instalowane w typowych instalacjach typu otwartego z naczyniem wzbiorczym umieszczonym w najwyższym punkcie instalacji. Takie rozwiązanie pociągało jednak za sobą konkretne ograniczenia. Po pierwsze, czynnik grzewczy w instalacji ma stały kontakt z powietrzem, co przyspiesza proces korozji grzejników i w wielu przypadkach powoduje utratę gwarancji producenta na żywotność grzejników. Po drugie, czasem trudno znaleźć miejsce na naczynie przelewowe z odpowietrzeniem i wyprowadzenie rury przelewowej. Po trzecie, utrudniona jest współpraca z wspomagającym kotłem gazowym (większość nowoczesnych wiszących kotłów gazowych jest wyposażona w czujnik ciśnienia i może pracować wyłącznie w instalacjach typu zamkniętego). Instalatorzy wraz z inwestorami na różne sposoby próbowali wybrnąć z istniejącej sytuacji budując instalacje wyposażone w zbiorniki buforowe, wymienniki płytowe, itp. (Rys. 1 z wymiennikiem płytowym). Podnosiło to jednak znacznie koszty samej kotłowni i stawiało pod znakiem zapytania sens ekonomiczny całego przedsięwzięcia nie zapewniając jednocześnie całkowitego bezpieczeństwa pracy i ochrony żywotności urządzeń w kotłowni.
12 czerwca 2009 roku weszło w życie znowelizowane rozporządzenie z dnia 12 marca 2009 roku, w którym zapis w § 133 p. 7 zyskał następujące brzmienie: „Zabrania się stosowania kotła na paliwo stałe do zasilania instalacji ogrzewczej wodnej systemu zamkniętego, wyposażonej w przeponowe naczynie wzbiorcze, z wyjątkiem kotła na paliwo stałe o mocy nominalnej do 300 kW, wyposażonego w urządzenia do odprowadzania nadmiaru ciepła.”
Zapis ten diametralnie zmienia możliwości wykonania kotłowni na paliwa stałe. Według nowych przepisów nie ma już konieczności wykonywania instalacji typu otwartego, prowadzenia rury bezpieczeństwa do naczynia wzbiorczego na najwyższej kondygnacji budynku czy stosowania instalacji hybrydowych z wymiennikiem płytowym lub buforem. Od kocioł na paliwa stałe będzie mógł być na równi z kotłem gazowym czy olejowym zainstalowany w instalacji systemu zamkniętego z przeponowym naczyniem wzbiorczym pod pewnymi jednak warunkami. W Rozporządzeniu jako warunek podano ograniczenie mocy do 300kW oraz wyposażenie kotła w urządzenie do odprowadzenia nadmiaru ciepła. Zanim przejdziemy do analizy tych zabezpieczeń należy również podkreślić, że sam kocioł musi być przystosowany do pracy w układzie ciśnieniowym, czyli powinien posiadać odpowiednie świadectwa badania konstrukcji pod kątem wytrzymałości na ciśnienie. Należy pamiętać, że większość konstrukcji starego typu takich świadectw nie posiada i nie jest przystosowana do pracy w układach zamkniętych.
Dlaczego ustawodawca wprowadził warunek instalacji urządzenia odprowadzającego nadmiar ciepła? Otóż należy pamiętać, że wszystkie podzespoły kotłowni jak membrany w przeponowych naczyniach wzbiorczych, wirniki pomp czy zawory bezpieczeństwa są przystosowane do pracy z temperaturami do 100ºC i ulegają uszkodzeniom powyżej tej temperatury nie spełniając swoich zadań. Sama instalacja grzewcza również nie jest przystosowana do pracy w warunkach kiedy z wody zaczyna wytrącać się para (wyjątkiem są grzejniki żeliwne dostosowane do zasilania parą wodną). Do przekroczenia temperatury wody w kotle może dojść na skutek na przykład awarii pompy obiegowej, nagłego zamknięcia głowic termostatycznych na grzejnikach, zamarznięcia lub blokady części instalacji, itp. Dopóki w instalacjach tych pracują kotły gazowe i olejowe wyposażone w szereg zabezpieczeń temperaturowych nie ma problemu, po zadziałaniu zabezpieczenia kocioł schładzany jest w błyskawicznym tempie poprzez natychmiastowe wygaszenie palnika. Gdy do takiej instalacji włączany jest kocioł z paleniskiem np. na węgiel bezwładność wygasania jest bardzo duża i nie ma możliwości natychmiastowego schłodzenia samego paleniska. Zadanie utrzymania odpowiedniej temperatury czynnika grzewczego w instalacji przejmują więc urządzenia odprowadzające nadmiar ciepła.
Powyższe przepisy obowiązują w pozostałych krajach Unii Europejskiej od wielu lat i dzięki temu zostały wypracowane rozwiązania skuteczne i będące już swego rodzaju standardem instalacyjnym.
Pierwszym z nich jest połączenie kotła o odpowiedniej wytrzymałości ciśnieniowej i wyposażonego w zawór bezpieczeństwa, ale nie wyposażonego w urządzenie schładzające z tzw. wężownicą schładzającą (Rys. 2). Urządzenie to ma postać zbiornika wody z wbudowaną wężownicą o dużej powierzchni wymiany ciepła i wyposażonego w zawór termostatyczny połączony ze źródłem zimnej wody schładzającej (najczęściej instalacja wodociągowa) oraz odprowadzeniem tej wody do kanalizacji na wylocie z wężownicy. Zasada działania jest następująca. Czujnik zaworu termostatycznego znajduje się na wylocie z kotła, zawór jest fabrycznie nastawiony na temperaturę otwarcia 95ºC. Zbiornik wężownicy jest połączony bezpośrednio z kotłem oraz instalacją grzewczą czyli znajduje się w nim ten sam czynnik grzewczy co w kotle i grzejnikach. Po przekroczeniu temperatury wody kotłowej punktu otwarcia zaworu termostatycznego na wężownicy zostanie on otwarty, a zimna woda z wodociągu będzie przepływać przez wężownicę schładzając wodę w instalacji c.o. do momentu obniżenia temperatury w układzie poniżej temperatury otwarcia zaworu termostatycznego. Jak widać ze schematu wężownica jest tak zainstalowana powyżej wylotu wody kotłowej, że tworzy z kotłem krótki obieg grawitacyjny, dzięki czemu dla poprawnej pracy zabezpieczenia nie jest konieczna praca pompy obiegowej c.o. Rozwiązanie takie jest proste, skuteczne i wypróbowane w tysiącach instalacji w całej Europie. Jego jedyną wadą jest konieczność wygospodarowania dodatkowego miejsca powyżej kotła oraz strata czystej wody odpływającej do kanalizacji. Na rynku coraz więcej kotłów posiada wężownicę schładzającą o dużej sprawności wbudowaną w przestrzeń wodną wymiennika ciepła, co likwiduje konieczność instalacji dodatkowych urządzeń poza kotłem (Rysunek z załącznika).
Drugim z wypróbowanych rozwiązań jest instalacja zaworu schładzającego z podmieszaniem bezpośrednio na kotle o odpowiedniej wytrzymałości ciśnieniowej i wyposażonym w zawór bezpieczeństwa (Rys. 2). Zasada działania tego zabezpieczenia jest na pierwszy rzut oka nieco kontrowersyjna. Powoduje ono bowiem w przypadku przekroczenia na kotle temperatury 95ºC wtrysk wody schładzającej bezpośrednio do przestrzeni wodnej wymiennika ciepła w kotle. Każdy z użytkowników kotłów zdaje sobie sprawę, że wstrzyknięcie zimnej wody do rozgrzanego wymiennika ciepła kotła spowoduje jego zniszczenie na skutek powstających naprężeń termicznych. Dlatego też zawór schładzający ma postać zaworu mieszającego wodę kotłową z wylotu kotła z zimną wodą z sieci wodociągowej, dzięki czemu woda wstrzykiwana do kotła ma temperaturę na tyle wysoką by nie spowodować szoku termicznego w materiale wymiennika ciepła kotła. Należy pamiętać, że taki wtrysk wody powoduje przyrost ciśnienia w zamkniętym przecież systemie grzewczym, które musi być wyrównane poprzez upusty z zainstalowanych zaworów bezpieczeństwa. Warto zatem wyloty tych upustów połączyć bezpośrednio z odprowadzeniem do kanalizacji, aby uniknąć zalania kotłowni.
Nowe przepisy pogodziły wymagania gwarancyjne producentów nowoczesnych podzespołów systemów grzewczych jak grzejniki czy pompy z oczekiwaniami inwestorów planujących instalację kotła na paliwa stałe likwidując konieczność tworzenia w kotłowni dodatkowej stacji wymiany ciepła pomiędzy kotłem a instalacją. Pojawiły się nowe możliwości instalacji kotłowni poza budynkiem, wcześniej, aby taką instalację wykonać konieczna była instalacja hybrydowa z wymiennikiem ciepła ponieważ budynki gospodarcze, z reguły niższe od samego domu mieszkalnego nie pozwalały na wyprowadzenie naczynia wzbiorczego na odpowiednią wysokość. Jednak, aby uniknąć uszkodzenia kotła lub niebezpiecznego przegrzania instalacji, należy pamiętać że przepisy te odnoszą się do zastosowaniu kotła o odpowiedniej wytrzymałości oraz do instalacji jednego z wymaganych zabezpieczeń. Inwestorzy, którzy planują instalację kotła na paliwa stałe starszej generacji powinni nadal korzystać ze sprawdzonych rozwiązań jak na przykład przedstawione na Rys. 1 w niniejszym artykule.