Leksykon techniki grzewczej - terminy techniczne jasno i prosto

Energia uwolniona podczas spalania oleju lub gazu w kotle nie może być dostarczona do systemu grzewczego bez elementu strat. Gorące spaliny, które wydostają się do atmosfery przez komin, zawierają stosunkowo dużą ilość ciepła, zwaną "stratą spalin".

Podczas corocznego badania emisji inspektorzy spalin określają, czy jakość spalania i straty spalin powstające podczas pracy palnika odpowiadają przepisom ustawowym. Sprawdzają, czy palnik działa prawidłowo i czy instalacja jest bezpieczna. Nawet jeśli przyznają mu doskonały wynik, niewiele mówi to o faktycznym zużyciu energii przez kocioł (jego standardowej sprawności sezonowej), ponieważ na to wpływa również w znacznym stopniu poziom strat powierzchniowych.

Absorbery są integralną częścią każdego kolektora słonecznego. Znajdują się pod przezroczystą, niskorefleksyjną szybą kolektora, dzięki czemu promieniowanie słoneczne dociera bezpośrednio do nich.

Absorber niemal całkowicie pochłania nasłonecznienie, a energia słoneczna zamieniana jest na ciepło. Pod względem wysokiej sprawności na szczególną uwagę zasługują absorbery z powłoką wysokoselektywną - do których należą wszystkie kolektory słoneczne firmy Viessmann.

Agregat kogeneracyjny składa się zasadniczo z silnika, generatora synchronicznego i wymiennika ciepła. Generator synchroniczny, napędzany przez silnik spalinowy (jednostka napędowa), wytwarza trójfazowy prąd zmienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 400 V, który z reguły wykorzystywany jest na miejscu.

Do podłączenia elektrycznego wykorzystywana jest sieć niskiego napięcia (poziom 0,4 kV). Z reguły agregaty kogeneracyjne są eksploatowane równolegle do sieci. Zasadniczo jednak mogą być one wykorzystywane również w trybie zastępczym poprzez zastosowanie generatorów synchronicznych.

Nadwyżka mocy może być eksportowana do sieci zakładu energetycznego. Silnik wytwarza ciepło, które w "wewnętrznym obiegu chłodzącym" może być odbierane kolejno od oleju smarowego, płynu chłodzącego silnik i spalin i przekazywane do instalacji grzewczej przez płytowy wymiennik ciepła.

Ten system wytwarzania i wykorzystania energii nazywany jest kogeneracją, ponieważ energia mechaniczna (moc) wytwarzana przez silnik oraz energia cieplna (ciepło) oddawana przez silnik podczas napędzania generatora są wykorzystywane jednocześnie.

Schemat

Gazowy silnik spalinowy napędza generator w celu wytworzenia energii elektrycznej. Wytworzone w ten sposób ciepło jest odprowadzane z płynu chłodzącego i spalin przez wymiennik ciepła i może być następnie wykorzystane.

W przypadku podwójnego podgrzewu c.w.u. ciepła woda użytkowa jest podgrzewana przez dwa różne generatory ciepła - na przykład kocioł i kolektory słoneczne. Ciepło z kolektorów słonecznych jest przekazywane do c.w.u. przez wężownicę pośrednią w zasobniku c.w.u. W razie potrzeby woda może zostać podgrzana przez kocioł za pomocą drugiej wężownicy pośredniej.

Wodór i tlen to wszystko, co jest potrzebne do wytworzenia ciepła i energii. Reakcja chemiczna między tymi dwiema substancjami stanowi podstawę tego, co czasami określa się mianem "zimnego spalania". Zachodzi ona pomiędzy dwiema elektrodami: Wodór jest przenoszony do anody, gdzie katalizator rozdziela go na jony dodatnie i elektrony ujemne. Elektrony wędrują do katody przez przewodnik elektryczny, powodując przepływ prądu elektrycznego. W tym samym czasie dodatnio naładowane jony wodoru docierają do katody przez elektrolit (membranę jonowymienną), gdzie ostatecznie reagują z tlenem, tworząc wodę. Uwalniane jest ciepło. Cały proces jest całkowicie wolny od zanieczyszczeń i jest przyjazny dla środowiska.

Wartość opałowa (Hs) określa ilość ciepła wydzielonego w wyniku całkowitego spalania, łącznie z ciepłem parowania utajonym w parze wodnej gorących gazów.

Do niedawna nie można było wykorzystać ciepła parowania, ponieważ nie było ku temu możliwości technicznych. Dlatego za podstawę wszystkich obliczeń sprawności przyjęto wartość opałową (Hi). Odniesienie do Hi i wykorzystanie dodatkowego ciepła parowania może zatem prowadzić do uzyskania sprawności powyżej 100 %.

Technika kondensacyjna wykorzystuje nie tylko ciepło powstałe w wyniku spalania w postaci mierzalnej temperatury gorących gazów (wartość opałowa), ale również zawartość pary wodnej (wartość opałowa brutto). Kotły kondensacyjne są w stanie pobrać prawie całe ciepło zawarte w spalinach i przetworzyć je na energię grzewczą.

W kotłach kondensacyjnych zastosowano wysokowydajne wymienniki ciepła. Schładzają one spaliny przed wydostaniem się przez komin do tego stopnia, że zawarta w nich para wodna ulega celowemu skropleniu. W ten sposób uwalniane jest dodatkowe ciepło, które przekazywane jest do instalacji grzewczej.

Dzięki tej technice kocioł kondensacyjny osiąga standardową sprawność sezonową [wg DIN] do 98 % (w odniesieniu do Hs). Kotły kondensacyjne są więc szczególnie energooszczędne, dbają o Państwa portfel i środowisko.

Zasada konstrukcyjna kotła trzyciągowego przyczynia się do zmniejszenia emisji szkodliwych substancji. Gorące gazy przepływają najpierw przez komorę spalania, następnie wracają do przodu przez strefę rewersyjną i wchodzą do trzeciego przejścia. Skraca to czas, jaki spaliny spędzają w najgorętszej części kotła, ograniczając powstawanie tlenków azotu (NOx).

Innowacyjne źródło energii dla pomp ciepła solanka/woda

W nowym budownictwie dziś co trzeci generator ciepła to pompa ciepła, a tendencja jest wzrostowa. Do ogrzewania pobierane jest ciepło z powietrza atmosferycznego, gruntu lub wód gruntowych.

Dzięki systemowi zasobnika lodu firmy Viessmann pompy ciepła solanka/woda mogą teraz korzystać z dodatkowego atrakcyjnego źródła ciepła. Magazyn lodu składa się ze zbiornika z wbudowanymi wymiennikami ciepła, który jest zakopany w ogrodzie i napełniony zwykłą wodą wodociągową. Na dachu domu instaluje się specjalne solarne absorbery powietrza. Pobierają one ciepło z otaczającego powietrza oraz z promieniowania słonecznego i doprowadzają je do zasobnika. Magazyn lodu czerpie również energię bezpośrednio z ziemi.

Ogrzewanie lodem - dodatkowa energia

W razie potrzeby pompa ciepła pobiera z zasobnika energię potrzebną do ogrzewania i podgrzewania c.w.u., schładzając lub ewentualnie zamrażając przy tym wodę. Nawet po oblodzeniu zasobnika z absorberów solarnych/powietrznych i gruntu dopływa wystarczająco dużo ciepła, aby pompa ciepła mogła bezpiecznie i ekonomicznie ogrzewać budynek. Do ponownego rozmrożenia zbiornika wykorzystywana jest energia słoneczna i z powietrza atmosferycznego, a także ciepło geotermalne.

W każdym procesie spalania paliw kopalnych obok nieuniknionego dwutlenku węgla (CO₂) powstają szkodliwe gazy: tlenek węgla (CO) i tlenek azotu (NOx). Szczególnie istotne są tu tlenki azotu. Wzrost ilości tych gazów prowadzi nie tylko do zwiększenia ilości trującego ozonu, ale jest również jednym z czynników odpowiedzialnych za kwaśne deszcze.

W systemach heat pipe czynnik solarny nie przepływa bezpośrednio przez rury. Zamiast tego w rurce cieplnej pod absorberem odparowuje czynnik procesowy, który przekazuje ciepło do czynnika solarnego. Suche połączenie rurek heat pipe w kolektorze, niewielka zawartość płynu w kolektorze i automatyczne, zależne od temperatury wyłączenie w przypadku Vitosol 300-T, zapewniają szczególnie wysokie bezpieczeństwo pracy.

Kocioł systemowy jest urządzeniem ściennym przeznaczonym wyłącznie do ogrzewania. Urządzenia takie mogą być również połączone z zasobnikiem CWU w celu zapewnienia ogrzewania CWU.

Regulator ogrzewania z kompensacją pogodową zapewnia dopasowanie temperatury zasilania do rzeczywistego zapotrzebowania na ciepło (temperatura zasilania to temperatura wody doprowadzanej do grzejnika lub instalacji ogrzewania podłogowego).

W tym celu mierzy się temperaturę zewnętrzną i oblicza temperaturę zasilania w odniesieniu do wymaganej temperatury w pomieszczeniu oraz warunków panujących na obrzeżach budynku.

Zależność między temperaturą zewnętrzną a temperaturą zasilania opisują krzywe grzewcze. W uproszczeniu: Im niższa temperatura zewnętrzna, tym wyższa temperatura wody w kotle lub temperatura zasilania.

Wartość opałowa (Hi) odnosi się do ilości ciepła uwolnionego w wyniku całkowitego spalania, jeśli powstała woda zostanie odprowadzona w postaci pary. Ciepło parowania utajone w parze wodnej gorących gazów nie jest wykorzystywane.

Urządzenie hybrydowe to urządzenie zasilane z kilku źródeł energii. Do takich systemów należą na przykład systemy pomp ciepła pracujące w trybie dualnym. Są to systemy grzewcze z elektrycznie sterowaną pompą ciepła w połączeniu z co najmniej jednym kotłem na paliwo kopalne i wyższej rangi urządzeniem sterującym.

Podczas pracy pompa ciepła pokrywa obciążenie podstawowe wykorzystując w dużym stopniu darmową energię środowiska. W tym celu urządzenie zewnętrzne pobiera ciepło utajone z powietrza zewnętrznego i za pośrednictwem sprężarki podgrzewa je do temperatury zasilania wynoszącej do 55 °C.

Gazowy kocioł kondensacyjny włącza się tylko wtedy, gdy jest to korzystne z punktu widzenia ustawionego trybu pracy, tzn. gdy powoduje to obniżenie kosztów eksploatacji dla użytkownika instalacji, obniżenie emisji CO₂ lub wyższy komfort ciepłej wody użytkowej.

Wszystkie ścienne i kompaktowe urządzenia kondensacyjne firmy Viessmann są teraz wyposażone w wymiennik ciepła Inox-Radial ze stali szlachetnej. Technologia ta zapewnia wyjątkowo wysoki współczynnik efektywności do 98 procent [wg DIN] oraz wyjątkowo niezawodną i wydajną pracę w długim okresie eksploatacji.

Wymiennik ciepła Inox-Radial schładza spaliny przed skierowaniem ich do komina, do tego stopnia, że zawarta w nich para wodna ulega celowemu skropleniu. Uwolnione dodatkowe ciepło przekazywane jest do instalacji grzewczej. Funkcja ta nie tylko oszczędza cenną energię, ale także chroni środowisko poprzez znacznie niższą emisję CO₂.

W pompach ciepła współczynnik wydajności (COP) to stosunek ilości przekazywanego ciepła do poboru mocy. Sezonowy współczynnik efektywności to średnia wszystkich COP występujących w ciągu roku. COP służy do porównywania pomp ciepła pod względem efektywności, jednak wynika z konkretnego punktu pracy w określonych warunkach temperaturowych.

Przy planowaniu systemu należy uwzględnić jego pracę w ciągu całego roku. W tym celu ilość ciepła przekazywanego w ciągu roku jest podawana w odniesieniu do całkowitej mocy elektrycznej pobieranej przez system pompy ciepła (w tym mocy dla pomp, jednostek sterujących itp.) w tym samym okresie. Wynik jest podawany jako współczynnik wydajności sezonowej. Przykład: SPF równy 4,5 oznacza, że uśredniając w ciągu całego roku, pompa ciepła potrzebowała jednej kilowatogodziny energii elektrycznej do wytworzenia 4,5 kilowatogodzin ciepła.

Kocioł konwekcyjny jest urządzeniem ściennym, które służy zarówno do centralnego ogrzewania, jak i do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej odbywa się na zasadzie podgrzewania przepływowego.

Regulator spalania Lambda Pro Control w gazowych, wiszących kotłach kondensacyjnych Vitodens zapewnia stale stabilne i przyjazne dla środowiska spalanie, niezmiennie wysoką sprawność i wysokie bezpieczeństwo pracy, także przy zmiennej jakości gazu.

Regulator spalania Lambda Pro Control rozpoznaje automatycznie każdy zastosowany rodzaj gazu. Dzięki temu zbędne są ręczne regulacje i pomiary podczas uruchamiania. Ponadto Lambda Pro Control stale zarządza mieszanką gazowo-powietrzną, aby zapewnić stałe, czyste i wydajne spalanie, nawet przy zmiennej jakości gazu. Elektroda jonizacyjna dostarcza niezbędnych do tego celu surowych danych bezpośrednio z płomienia.

Zdecentralizowane zaopatrzenie w ciepło i energię elektryczną ma coraz większe znaczenie. Firma Viessmann oferuje rozwiązania, które mogą przyczynić się do wyrównania wahań w dostawach energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii. W miejsce elektrowni atomowych i konwencjonalnych elektrowni wielkoprzemysłowych masowo powstają farmy wiatrowe i instalacje fotowoltaiczne.

Ponieważ jednak dostępność tych odnawialnych źródeł energii ulega wahaniom i w związku z tym nie można jej zaplanować, sterowane elektrociepłownie stały się ważnym elementem w dążeniu do udanej transformacji energetycznej. Politycznym celem tego rozwoju jest zwiększenie udziału energii wytwarzanej przez elektrociepłownie do 25 procent do roku 2020.

Zdecentralizowane wytwarzanie energii elektrycznej

Tam, gdzie występują niedobory w energetyce niestabilnej, mikroelektrociepłownie mogą wnieść istotny wkład w pokrycie zapotrzebowania. Ponieważ odbywa się to lokalnie, a prąd wytwarzany jest na miejscu, zmniejsza to również presję na sieci energetyczne. Wytwarzanie własnego prądu za pomocą agregatów kogeneracyjnych stanowi obecnie realną alternatywę dla pobierania prądu z sieci. W połączeniu z magazynem energii można uzyskać samodzielne zasilanie, szczególnie w przypadku mikrosystemów kogeneracyjnych.

[1] Kocioł obciążenia szczytowego

[2] Moduł ogniwa paliwowego

[3] Wieżowy zasobnik z 220 l zasobnikiem c.w.u. ze stali nierdzewnej oraz hydrauliką i czujnikami

[4] Zrównoważona instalacja spalinowa

[5] Zintegrowany licznik eksportu CHP

[6] Interfejs komunikacyjny WiFi

[7] Licznik krajowy (dwukierunkowy licznik energii elektrycznej)

[8] Domowy obwód zasilania

[9] Sieć publiczna

[10] Internet/ViCare app

Podstawowym zadaniem pomp ciepła jest zapewnienie komfortowego i wygodnego centralnego ogrzewania oraz niezawodnego podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Mogą one jednak służyć również do chłodzenia budynku. Podczas gdy zimą grunt lub wody gruntowe są wykorzystywane do dostarczania energii do ogrzewania, latem można je wykorzystać do naturalnego chłodzenia.

Przy funkcji chłodzenia naturalnego regulator pompy ciepła uruchamia tylko pompę główną i pompę obiegu grzewczego. Dzięki temu stosunkowo ciepła woda z instalacji ogrzewania podłogowego może przekazać swoje ciepło przez wymiennik ciepła do solanki w obiegu pierwotnym. W ten sposób odbierane jest ciepło ze wszystkich podłączonych pomieszczeń. Dzięki temu natural cooling jest szczególnie energooszczędnym i niedrogim sposobem chłodzenia wnętrza budynku.

Standardowa sprawność sezonowa [wg DIN] została wprowadzona, aby umożliwić porównanie zużycia energii przez różne rodzaje generatorów ciepła. Jako miernik wykorzystania energii przez kocioł pokazuje ona w ciągu całego roku, do jakiego procentu zużytej energii zostaje przekształcona w użytkową energię cieplną.

Na poziom sprawności normatywnej [wg DIN] istotny wpływ ma poziom strat spalinowych i strat powierzchniowych powstających podczas eksploatacji.

Straty powierzchniowe to część mocy spalania uwalniana do otaczającego powietrza przez powierzchnię generatora ciepła, a więc tracona jako użytkowa energia grzewcza.

Występują one jako straty promieniowania podczas pracy palnika lub jako straty w trybie czuwania, gdy palnik jest wyłączony, szczególnie w okresie wiosenno-jesiennym, ale także w miesiącach letnich, gdy kocioł jest potrzebny wyłącznie do podgrzewania ciepłej wody użytkowej.

Z reguły straty powierzchniowe starego kotła będą znacznie wyższe niż straty spalinowe sprawdzane przez inspektora spalin. Poziom strat powierzchniowych jest więc decydującym czynnikiem dla opłacalności (standardowej sprawności sezonowej) generatora ciepła.

Pojęcia "przewód kominowy otwarty" i "zamknięty w pomieszczeniu" opisują sposób zaopatrywania kotła w powietrze potrzebne do spalania.

W trybie otwartego przewodu kominowego kocioł pobiera powietrze do spalania z pomieszczenia, w którym jest zainstalowany. Pomieszczenie to musi być oczywiście wyposażone w odpowiednie otwory wentylacyjne. Istnieje tu wiele możliwości. Najczęściej doprowadzenie powietrza do spalania zapewnia się poprzez otwory lub szczeliny (otwory wentylacyjne) w ścianie zewnętrznej. Jeżeli urządzenie jest umieszczone w pomieszczeniu mieszkalnym, to istnieje również możliwość zastosowania "połączonego nawiewu powietrza do pomieszczeń", w którym odpowiednia wentylacja jest zapewniona poprzez przyłącza powietrza (szczeliny w drzwiach) do kilku innych pomieszczeń.

W przypadku pracy z uszczelnieniem pomieszczenia wymagane powietrze do spalania dostarczane jest z zewnątrz poprzez przewody wentylacyjne. W zasadzie można wskazać trzy rozwiązania:

1. Doprowadzenie powietrza przez pionowy wylot dachowy
2. Doprowadzenie powietrza przez zewnętrzne przyłącze ścienne
3. Doprowadzenie powietrza przez zrównoważony komin

Zaletą pracy z zamkniętym pomieszczeniem jest to, że zapewnia ona jeszcze większą elastyczność niż praca z otwartym paleniskiem, jeśli chodzi o umiejscowienie naściennych kotłów gazowych. Urządzenie można zainstalować wszędzie - zarówno w pomieszczeniach mieszkalnych, jak i we wnękach, szafach lub przestrzeniach dachowych.

Niezależność od powietrza w pomieszczeniu zmniejsza również straty, ponieważ ogrzane powietrze w pomieszczeniu nie jest wykorzystywane do spalania. Urządzenia z uszczelnieniem pomieszczenia mogą być zatem umieszczane w obrębie termicznej przegrody budowlanej.

Centralnym elementem tego typu instalacji jest dwufunkcyjny podgrzewacz ciepłej wody użytkowej. Przy wystarczającym nasłonecznieniu czynnik solarny w instalacji solarnej podgrzewa wodę w podgrzewaczu c.w.u. poprzez dolną wężownicę pośrednią. W przypadku spadku temperatury w wyniku poboru ciepłej wody, np. podczas kąpieli lub prysznica, w razie potrzeby uruchamia się kocioł, aby zapewnić dodatkowe ogrzewanie przez drugi obieg.

Oprócz podgrzewania ciepłej wody użytkowej można wykorzystać podgrzewany w kolektorach słonecznych czynnik grzewczy do podniesienia temperatury wody grzewczej. W tym celu obieg grzewczy, poprzez wymiennik ciepła, wykorzystuje wodę w zasobniku solarnym, która jest stale podgrzewana przez kolektory słoneczne. Regulator sprawdza, czy można osiągnąć wymaganą temperaturę pomieszczenia. Jeżeli temperatura jest niższa od wartości zadanej, to uruchamia się również kocioł.

Kolektor słoneczny wytwarza ciepło zawsze wtedy, gdy promienie słoneczne padają na absorber - nawet wtedy, gdy nie ma zapotrzebowania na ciepło. Może to mieć miejsce np. latem, gdy mieszkańcy przebywają na wakacjach. Jeżeli nie jest możliwe przekazywanie ciepła przez zasobnik c.w.u. lub zasobnik buforowy wody grzewczej, ponieważ oba są już całkowicie nagrzane, pompa obiegowa wyłącza się i instalacja solarna przechodzi w stan stagnacji.

W przypadku dalszego nasłonecznienia kolektora, jego temperatura będzie rosła aż do wyparowania nośnika ciepła, co spowoduje duże obciążenia termiczne elementów instalacji, takich jak uszczelki, pompy, zawory i sam nośnik ciepła. W systemach z wyłączaniem zależnym od temperatury ThermProtect niezawodnie zapobiega się powstawaniu pary.

Kolektor płaski z przełączaną warstwą absorpcyjną

Po raz pierwszy opracowano i opatentowano kolektor płaski, który po osiągnięciu określonej temperatury uniemożliwia dalsze pobieranie energii. Powłoka absorbera w Vitosol 200-FM opiera się na zasadzie "przełączanych warstw". Struktura krystaliczna, a tym samym moc kolektora, zmieniają się w zależności od temperatury kolektora, redukując tym samym temperaturę stagnacji. Przy temperaturze absorbera 75 °C i wyższej zmienia się struktura krystaliczna powłoki, co wielokrotnie zwiększa szybkość promieniowania cieplnego. Zmniejsza to wydajność kolektora Wraz ze wzrostem temperatury kolektora, temperatura stagnacji znacznie spada i zapobiega powstawaniu pary.

Gdy temperatura w kolektorze spadnie, struktura krystaliczna wraca do stanu pierwotnego. Ponad 95 procent napływającej energii słonecznej może być teraz pochłonięte i przetworzone na ciepło, tylko niewielka część (mniej niż 5 procent) jest wypromieniowywana z powrotem. Oznacza to, że wydajność nowego kolektora jest wyższa niż konwencjonalnych kolektorów płaskich, ponieważ kolektor nigdy nie wchodzi w fazę stagnacji i w każdej chwili może ponownie dostarczyć ciepło. Nie ma ograniczenia co do liczby aktywacji zmiany struktury krystalicznej, co oznacza, że funkcja ta jest zawsze dostępna.

W trybie standardowym nowa powłoka absorbera kolektora płaskiego Vitosol 200-FM zachowuje się jak każda standardowa powłoka absorbera w kolektorach płaskich firmy Viessmann. Przy temperaturach kolektora od 75°C wielokrotnie zwiększa się wymiana ciepła, co niezawodnie zapobiega przegrzaniu i powstawaniu pary w przypadku stagnacji.