W całej instalacji kotłowni kocioł jest tylko małą jej częścią. O kotłach obszerniej pisaliśmy w artykule „Wybór kotła". Teraz przeanalizujemy podstawowe zasady działania kotłowni i urządzeń kotłowych.

Rodzaje kotłowni

Pod względem przeznaczenia kotłownie rozróżniamy na przemysłowe i domowe. Instalując kotłownie koniecznym jest przestrzeganie zasad instalowania urządzeń kotłowych. Często domowe urządzenia kotłowe instalowane dla ogrzania jednego albo kilku domów mało czym różnią się od kotłowni przemysłowych. W przemysłowych kotłowniach, szczególnie poza miastem, bardziej rozpowszechnionym jest stosowanie paliw stałych, obecnie też popularnym staje się stosowanie biopaliw. W gospodarstwach domowych, szczególnie w mieście ze względu na wygodę, używa się ogrzewania kombinowanego czyli paliwem stałym oraz gazem, także kotłów na paliwa ciekłe. Dużą popularnością cieszy się obecnie włączanie do systemu grzewczego odnawialnych i alternatywnych źródeł energii przy użyciu energii słonecznej oraz geotermalnej.

Pod względem lokalizacji i położenia kotłowni można je podzielić na klika grup:

• Osobnostojące;
• Zamontowane przy innych budynkach;
• Wkomponowane w pomieszczeniach innego przeznaczenia, niezależnie od tego, na którym piętrze w budynku są umiejscowione.

Kotłownie kontenerowe (dachowe i inne). Kotłownie dachowe montowane są bezpośrednio na dachach budynków albo na osobno zamontowanej podstawie nad pokryciem dachowym. Kontenerowe kotłownie są to lekkie konstrukcje budowlane, zmontowane często przez producenta, posiadające wszystkie niezbędne urządzeni i części wewnętrzne. Wymiary urządzeń są tak zaprojektowane, by z łatwością można było je przetransportować transportem drogowym, kolejowym czy też wodnym. Są przystosowane do montażu na przygotowanej powierzchni i bezpiecznego działania bez dodatkowego nadzoru.

Projektowanie kotłowni

Nowoczesne kotłownie to już nie jest tylko podłączenie kotła do rur grzewczych, który albo grzeje albo nie. W nowoczesnych kotłowniach jedną z najważniejszych części, która w zasadzie jest punktem centralnym to komputer - sterownik, który kontroluje pracę całego systemu, równomiernie rozprowadza ciepło, daje uczucie komfortu uwzględniając wymagania i zapotrzebowania mieszkańców oraz „myśli" jak oszczędniej wykorzystywać energię. Instalator kotłowni powinien być profesjonalnym specjalistą, który opierając się na swojej wiedzy i zdobytym doświadczeniu może przewidzieć i obliczyć optymalne rozwiązania grzewcze dla konkretnego pomieszczenia. Kompletując urządzenia do kotłowni należy wybierać takie, które ze sobą współgrają i do siebie pasują oraz te, które już są sprawdzone.

Montaż kotłów i urządzeń w kotłowni (odstępy między kotłami i konstrukcjami budowlanymi, szerokość przejść), urządzenie miejsca i schodów, w zależności od parametrów nośników ciepła, dobierane są według Polskich Norm. Urządzenia kotłowe tak samo powinny odpowiadać normom zawartym w PN.

Projektanci otrzymują techniczne zadanie, według którego muszą zaprojektować kotłownię tak, by była zgodna ze wszystkimi przepisami i odpowiadała ustalonym normom. W zleceniu podawane są konkretne wymagania oraz potrzebne dla projektującego dane.

• Grubość ścian budynku i materiały, z jakich są wybudowane
• Powierzchnia domu i wysokości sufitów
• Rodzaj, wielkość i ilość drzwi i okien
• Ilość punktów hydraulicznych
• Ilość mieszkańców
• Powierzchnia ogrzewanej podłogi
• Rodzaj kotła

Decydując się na bardziej zaawansowane rozwiązanie i system, należy też ocenić styl życia mieszkańców, kiedy się z domu wychodzi i wraca, w których pomieszczeniach więcej albo mniej się przebywa. Uwzględniana jest także komfortowa temperatura dla danych członków rodziny.
Dalsze prace projektowe składają się z obliczeń i doboru podstawowych urządzeń, robienia wykresów roboczych kotłowni, opisania całego schematu, koordynacji projektu i jego ostateczne przyjęcie. Standardowy projekt kotłowni składa się z pisma opisowego, części technicznej ogrzewania, instalacji elektrycznej oraz oświetlenia, automatyki bezpieczeństwa, regulujących, mierzących i kontrolujących urządzeń, instalacji wodno kanalizacyjnej kotłowni, ogrzewania i wentylacji kotłowni, oceny wpływu na środowisko (w przemysłowych kotłowniach), systemów przeciwpożarowych oraz bezpieczeństwa.

Dobór rodzaju paliwa do kotłowni

Podstawową rzeczą mającą duży wpływ na wybór kotłowni jest paliwo, którego będzie się używało. To pytanie i z nim związane problemy szerzej opisane są w artykule „Wybór kotła". W przypadku małego pomieszczenia, należy planować małą kotłownię np. gazową, elektryczną albo na paliwa ciekłe, jeżeli jest miejsce na urządzenie zbiorników na paliwo ciekłe. Ten rodzaj paliwa wydziela mało sadzy, poza tym kocioł i komin należy czyścić o wiele rzadziej. Natomiast energia uzyskiwana z tego rodzaju paliwa jest jedną z najdroższych. Najczęściej spotykanym problemem jest doprowadzenie gazu do budynku, wszystkie formalności z tym związane czasami trwają latami, a i same prace kosztują nie mało.

Tańszym rozwiązaniem jest drewno, eko groszek, brykiety, torf, słoma czy inne rodzaje biopaliwa, jak i nieco droższy węgiel. Jeszcze kilka lat temu te rodzaje paliw nie były tak popularne ze względu na niewygodne ich ładowanie, natomiast obecnie jest dużo usprawnień z tym związanych, które pozwalają na automatyczne albo półautomatyczne podawanie paliwa, które może być podawane bezpośrednio z pojemników o dużej pojemności. W każdym bądź razie używając tego rodzaju paliwa pozostaje problem z jego przechowywaniem, dlatego pasuje ono bardziej do ogrzewania obiektów, które mają wokół trochę więcej przestrzeni. Należy docenić też fakt, że biopaliwo jest odnawialnym i miejscowym surowcem.

UWT kotły na paliwo stałe są łatwe w obsłudze, wykonane z metalu o grubości 6 mm, dobrze dopasowane do współpracy z komputerem.

Czujnik dymu i temperatury wychodzącego powietrza, umożliwiający komputerowi regulowanie pracy pompy podającej powietrze; w taki sposób regulując spalanie w kotle.

Dobór mocy kotła

Moc kotła grzewczego dobierana jest pod względem wielkości ogrzewanych pomieszczeń. Standardowo ocenia się, że 1 kW ogrzewa 10 metrów kwadratowych powierzchni przy wysokości pomieszczeń 2,5 metra. Natomiast budynki różnią się współczynnikiem przenikania ciepła, dlatego obliczanie doboru mocy kotła najlepiej zlecić fachowcom. Dla zrównoważenia strat ciepła budynku i innych potrzeb cieplnych najczęściej dodaje się średnio około 20-30 proc. dodatkowej mocy. Ogrzewanie wody wykorzystuje około 25 proc. mocy, natomiast w wielu przypadkach jest tak, że w momencie podgrzewania wody ogrzewanie pomieszczeń jest wyłączane, co w tak krótkim czasie nie ma wpływu na temperaturę w pomieszczeniach. Więcej o tym w artykule „Wybór kotła grzewczego".

Automatyka kotłowni

Trudno jest wyobrazić sobie nowoczesne kotłownie działające bez automatycznej regulacji wielu procesów, gdyż obecnie jest to jedna z najważniejszych części tego urządzania, pomagająca w tworzeniu komfortowego i efektywnego ogrzewania. Najczęściej automatyka w kotłowniach reguluje pracę kotła oraz innych urządzeń, dlatego należy dostosować te części systemu. Obecnie prawie wszystkie kotły posiadają standardową automatykę, która reguluje prace palnika, podając odpowiednią ilość powietrza i regulując proces spalania, monitoruje sygnały z systemu bezpieczeństwa, podtrzymuje wymaganą temperaturę kotła.

Komputer kotłowni reguluje pracę kotła podstawowego, kotła dodatkowego, boilera, pomp, zbiornika akumulacyjnego i trójdrożnych zaworów z siłownikami elektrycznymi według ustawionych parametrów, jednocześnie uwzględniając temperaturę wewnętrzną i zewnętrzną przekazywaną przez czujniki.

Zmieniające się zapotrzebowanie na ogrzewanie, ze względu na temperaturę zewnętrzną, należy zmieniać ustawienia termostatu. Nowe kotły natomiast, albo osobne sterowniki komputerowe, oceniają temperaturę na zewnątrz, wewnątrz pomieszczeń, łączą to z systemem „inteligentnego domu" uwzględniają też jednocześnie zapotrzebowania gospodarzy. Taki system w bardzo dużym stopniu pomaga zmniejszyć zużycie paliwa. Zdaniem fachowców, gospodarz nie posiadający automatycznego systemu w kotłowni w ciągu roku przeznacza około 210 godzin tylko na sterowanie i regulowanie temperatury kotła. Dla funkcjonowania takiego systemu należy też zaopatrzyć się w zbiornik akumulacyjny.

Zbiornik akumulacyjny gromadzi nadmiar ciepła, jest on konieczny aby równomiernie rozprowadzać wytwarzaną energię cieplną, oraz by kocioł mógł pracować w reżimie optymalnym, podczas którego wytwarza się więcej energii cieplnej niż w danej chwili jest potrzeba.

Przy zamontowaniu większej ilości obwodów, automatyka pozwala na podtrzymanie różnej temperatury w różnych miejscach w tym samym czasie. W systemach z zamarzającą cieczą należy używać dodatkowych czujników, po osiągnięciu krytycznych wartości ogrzewanie włącza się automatycznie.

System grzewczy i jego wypełnienie

Ciepło z kotła do systemu grzewczego przekazywane jest poprzez wymienniki ciepła. Wymienniki ciepła mogą być stalowe albo żeliwne. Wymienniki żeliwne są odporne na rdzę, natomiast są ciężkie i mogą popękać przy nagłej zmianie temperatury. Stalowe są lżejsze, szybciej się nagrzewają, natomiast nie są odporne na korozję, którą potęguje skraplająca się na ściankach kotła woda. Dlatego bardzo istotną rzeczą przy wyborze kotła jest ocenienie grubości ścian kotła. Stalowe kotły SAS mają 6 mm grubości ścianek, co zapewnia jego długie użytkowanie. Sam system grzewczy zazwyczaj bywa zamknięty, do jego wypełnienia używane są płyny nieagresywne dla metali, nie posiadające dodatków osiadających, najczęściej niezamarzające, zwane często wodą termofikacyjną. Jeżeli system jest uzupełniany wodą, powinna ona być oczyszczona z wszelkich dodatków, które w momencie nagrzania osiadają na ściankach systemu. W tym celu montowane są różnego rodzaju mechaniczne albo inne filtry. Woda w systemie cyrkuluje przy pomocy pompy, która jest umiejscowiona na rurze wychodzącej z systemu grzewczego.

Obiegi grzewcze i dystrybucja ciepła

W celu większego komfortu i zapotrzebowania na ciepło w domu może być zamontowane kilka obiegów, w których może być podtrzymywana różna temperatura i ciśnienie.

1. W obiegu grzewczym grzejnikowym podtrzymuje się temperaturę 50-85 stopni. Może być zamontowanych kilka takich obiegów na różnych piętrach czy pokojach. Temperatura w nim może być różna.

2. W przypadku braku osobnych grzejników na wodę instalowany jest obieg wysokotemperaturowy (70-85 stopni) do jednoczesnego podgrzewania wody, wówczas temperatura w obiegu powinna być stała.

3. Obieg grzewczy w ogrzewaniu podłogowym ma trochę niższą temperaturę (30-55 stopni).

4. Obieg grzewczy w basenach jest wysokotemperaturowy i o stałej temperaturze (70-85 stopni).

5. Temperatura obiegu systemu grzewczo-wentylacyjnym jest ustalana według zapotrzebowania.

Obiegi grzewcze są łączone przy rozdzielaczu, który jest sterowany automatycznie i pomaga ukierunkować do obiegu płyn termofikacyjny o odpowiedniej temperaturze i ciśnieniu.
Temperaturę wody albo płynów termofikacyjnych w obwodach reguluje siłownik elektromagnetyczny. Otrzymuje on sygnał od czujników temperatury i według zapotrzebowania reguluje przepływ gorącej wody współpracując z kotłem albo zbiornikiem akumulacyjnym.

Czujnik temperatury wody kontroluje przepustowość gorącej wody przez trójdrożny zawór z elektrycznym siłownikiem. Gorąca woda do systemu podawana jest za pomocą pompy.

Zbiornik akumulacyjny

W celu lepszego zarządzania procesem grzewczym montowane są zbiorniki akumulacyjne. Ze zbiornikiem akumulacyjnym kocioł może pracować na nominalnej mocy i w ekonomicznym trybie, nadmiar ciepła gromadzony jest wówczas w zbiorniku akumulacyjnym i w przypadku większego zapotrzebowania na ciepło czy jego niedoboru jest ono przekazywane do systemu grzewczego. Bez zbiornika akumulacyjnego, podłączając bezpośrednio kocioł do systemu grzewczego, trudniej jest kontrolować temperaturę wody, wzrasta też zapotrzebowanie na częstsze doładowywanie kotła. Montując dodatkowe wężownice ze zbiornikiem akumulacyjnym, można użyć też innych źródeł energii, na przykład ciepło zgromadzone przez kolektory słoneczne, energię geotermalną.

Naczynie przeponowe pomaga w regulowaniu ciśnienia w całym systemie. Przy wzroście temperatury woda zwiększa swoją objętość. W celu utrzymania jednolitego ciśnienia nadmiar objętości jest zabierany przez naczynie przeponowe.

Podgrzewanie wody do codziennego użytku

Gorąca woda może być przygotowywana na kilka sposobów, podgrzewając zimną wodę biegnącą bezpośrednio przez grzewcze elementy albo podgrzewając wodę w objętościowych podgrzewaczach wody. Przepływowe podgrzewacze wody często są używane w punktach grzewczych w blokach. W kotłowniach najlepiej jest montować objętościowe podgrzewacze wody. Woda w nich jest podgrzewana wężownicą, przez którą biegnie gorąca woda termofikacyjna.

Za konsultację dziękujemy specjalistom UAB Naujoji šiluma, ENERGIJOSPARKAS.LT i specjalistom z firmy SAS Zakład Metalowo-Kotlarski (producent kotłów na paliwa stałe).