Walka ze smogiem poprzez wprowadzanie i dofinansowywanie węglowych kotłów CO nowej generacji – V tej klasy. Czy to się opłaca?

Edyta Hanszke

Dla nowej generacji kotłów centralnego ogrzewania V-tej klasy na paliwa stałe, wprowadzanych do sprzedaży od 1 lipca 2018 będzie obowiązywać nowa, bardzo ostra norma dopuszczalnych emisji zanieczyszczeń do atmosfery - napisał do nto Aleksander Udrycki.

Jest to duże wyzwanie i utrudnienie dla producentów kotłów, a również i dla użytkowników, którym dojdą jeszcze niemałe koszty inwestycyjne - pisze czytelnik nto i analizuje, czy korzystanie z tych kotłów będzie opłacalne dla użytkowników.

Wyśrubowana norma jest jednak w pełni uzasadniona zdrowiem mieszkańców. W naszych realiach podstawowym paliwem stałym jest węgiel (pomijam tu dość nagminne spalanie różnych odpadów).

Węgle spalane ostatnio w gospodarstwach domowych charakteryzują się dużą zawartością popiołu (do 10%), niską wartością opałową (23 – 27 MJ/kg) i zawartością substancji lotnych do 35%. Niska wartość opałowa powoduje zwiększone zużycie i większą emisję pyłów. Substancje lotne (smoły) są to w dużej części ciężkie, aromatyczne, wysokowrzące i wolno spalające się węglowodory, które po przejściu gorących spalin przez warstwę węgla oddestylowywują.

W kotłach starszych generacji nie spalają się całkowicie i są emitowane do atmosfery, gdzie następnie kondensują, tworząc toksyczny smog. Część z tych ciężkich węglowodorów (np. benzopiren, benzantracen, fenantren i jego pochodne) jest silnie rakotwórcza.

Niepełne spalanie powoduje również znaczną emisję toksycznego tlenku węgla (tzw. czadu). Z części tlenku węgla w trakcie ochładzania powstaje sadza w postaci nano-cząstek. Tak małe cząstki organizm ludzki nie jest w stanie odfiltrować, dostają się do krwioobiegu i prawdopodobnie również są rakotwórcze. Tu chciałbym zwrócić uwagę na fakt, że nawet gdy nie powstaje tzw. smog, to strumienie złych spalin emitowanych z domowych kominów, często ścielące się tuż nad ziemią, również są uciążliwe i trujące dla sąsiadów.

Z powyższego wynika jak ważną sprawą jest prawidłowe, zupełne spalanie paliw, nawet w domowych piecach lub kotłach CO.
Nowa, zaktualizowana norma PN-EN 303-5 przewiduje następujące graniczne wartości emisji (dla kotła z zasilaniem automatycznym) – mg/m3 (przy 10% O2 w spalinach):

• węglowodory - 20
• tlenek węgla - 500
• pył -40

równocześnie sprawność energetyczna dla mocy nominalnej np. 25 kW nie może być niższa niż 88,4 % .

Aby sprostać powyższym wymaganiom, to;

w zakresie węglowodorów: W komorze spalania lub dopalania musi być uzyskana temperatura spalin 850 – 1000 0C i to w każdym jej punkcie . Ponadto, aby mieć gwarancję dopalenia ciężkich węglowodorów, czas przebywania spalin w tej temperaturze nie powinien być krótszy niż 2 sekundy. Bo może być tak, że będzie uzyskana zgodność z normą emisyjną, ale kocioł będzie emitował węglowodory kancerogenne.

w zakresie tlenku węgla: – 500 mg/Nm3 to ok. 0,04 % - bardzo mało i prawdopodobnie nie do osiągnięcia w zwykłym kotle. Przyczyna; - powyżej 800 0C ustaje proces utleniania CO do CO2 i nawet dochodzi do dysocjacji dwutlenku na tlenek węgla. Największą podatność na utlenianie (spalenie) CO wykazuje w zakresie temperatur 650 – 800 0C (651 0C to temp. zapłonu). Z uwagi na powyższe powinno następować schłodzenie i utrzymanie spalin w temperaturze 700 - 8000C, w czasie ok 1 sek. Zatem następna komora.
Zarówno w przypadku dopalania węglowodorów jak i tlenku węgla niezbędnym jest dokładne dozowanie powietrza pierwotnego i wtórnego), oparte na stałym pomiarze sondą lambda (co w piecach węglowych jest dość kłopotliwe i awaryjne), gdyż ma to niebagatelne znaczenie zarówno na dopalanie, jak i sprawność kotła.

w zakresie pyłu - Spełnienie tego warunku będzie również wymagało szczególnej, różnej od dotychczasowej, konstrukcji kotła, bardziej skomplikowanej, cięższej i bardziej przestrzennej. Ale nawet najlepiej skonstruowany kocioł węglowy nie wyłapie pyłów o wymiarze poniżej 10 mikronów – tych bardzo szkodliwych dla zdrowia.

w zakresie sprawności: Wymagania są wygórowane. Aby je spełnić piec (kocioł) musi mieć mocno rozbudowaną część konwekcyjną (wymiennik), co zdecydowanie powiększa gabaryty i cenę . Będzie istniała potrzeba częstego czyszczenia. Temperatura spalin nie może być wyższa niż 110 0C, co będzie skutkować (przy niepełnej mocy) wykraplaniem się kwasu siarkowego na ściankach wymiennika i w konsekwencji skróceniem żywotności kotła. Kocioł V klasy będzie spełniał wymogi emisyjne w czasie ustabilizowanej pracy, z mocą bliską nominalnej. Każde wygaszanie i rozpalanie, każde znaczne przydławienie i ograniczenie mocy (np. na noc ) będzie skutkować przekroczeniem norm emisyjnych

Pisząc o problemach i wymaganiach technicznych, chciałem pokazać, że w miarę ekologiczny (bo w pełni ekologiczny nie będzie) kocioł węglowy musi być dość skomplikowany konstrukcyjnie, zdecydowanie większy gabarytowo od dotychczasowych i zdecydowanie droższy, a i w eksploatacji bardziej wymagający.

Nisko emisyjny, V klasy kocioł, nie rozwiąże jednak wszystkich, podstawowych problemów emisyjnych. Dochodzi jeszcze emisja tlenków siarki (dwutlenku i trójtlenku), które wcale nie są obojętne dla środowiska i dla zdrowia ludzi i które również przyczyniają się do powstawania smogu. A siarki w węglu jest dosyć dużo – 0,5 do 0,8 % . Zdarza się również węgiel (import z Rosji), który ma ponad 2 % siarki !

Ale to jeszcze nie wszystko;
Spaliny schłodzone, w wyniku wymiany ciepła, do temperatury ok. 100 0C spowodują wykraplanie się kwasu siarkowego w kominie. Wymurowane z cegły kominy, a takie są przede wszystkim w starszych domach, nie wytrzymają długo. Nastąpi szybka korozja i erozja. Na ścianach najpierw pojawią się wykwity, a później pęknięcia grożące zatruciami i nawet pożarami.

Wykwitom towarzyszyć będzie nieprzyjemny zapach. Aby tego uniknąć, do komina trzeba będzie wstawiać wkłady (rury) z blachy kwasoodpornej. Do tego dochodzi kalibrowanie i często rozwiercanie komina. Łączny koszt jest rzędu 5 tys. zł. Przy cenie kotła ok. 15 tys. zł (kocioł 20 – 25 kW) daje to razem ok. 20 tys. zł.

Duży wydatek inwestycyjny. Za połowę tej ceny możemy mieć kocioł gazowy, wraz z podłączeniem gazu (jeśli przy granicy działki jest sieć). Kondensacyjne kotły gazowe nie wymagają kominów. Spaliny można wyprowadzić wprost przez ścianę.

Przypatrzmy się jak wygląda porównanie kosztów wytworzenia 1 kWh ciepła dostarczonego do mieszkania.

Dla porównania przyjąłem cztery nośniki energii i przeciętne, aktualne ceny; * węgiel (ekogroszek) – cena 890 zł/Mg – wart. opałowa ok. 26 MJ/kg
* pellety (masa drzewna) - cena 900 zł/Mg - wart. opałowa ok. 19 MJ/kg
* gaz przewodowy GZ40 - cena 0,17 zł/kWh – ciepło spal. ok. 39,8 MJ/m3 (w przypadku gazu, z uwagi na odzyskiwanie ciepła kondensacji pary wodnej, wygodniej posługiwać się ciepłem spalania)
* energia elektryczna - cena 0,28 zł/kWh (taryfa G12 – Tauron)

Przyjęte sprawności energetyczne kotłów CO:
* kocioł węglowy - 80 % * kocioł na pellety - 85 % * kocioł gazowy kondensacyjny – 90 %
* kocioł lub piec elektryczny - 100 %

Uwaga: Teoretycznie kotły V klasy na paliwo stałe powinny mieć sprawność min 88,4 %, a kocioł gazowy kondensacyjny 96 %, ale dotyczy to urządzeń idealnie czystych. W praktyce nie jest to na bieżąco możliwe i dla tego przyjąłem wartości niższe, bardziej realne.

W oparciu o powyższe wartości łatwo wyliczyć koszt 1 kWh uzyskanego ciepła :
* ogrzewanie na węgiel (ekogroszek) - 0,15 zł
* ogrzewanie na pellety - 0,20 zł
* ogrzewanie gazowe - 0,19 zł
* ogrzewanie elektryczne (nocne) - 0,28 zł

Jak widać, najtańszym jak dotąd, jest ogrzewanie węglem, jeżeli mamy zainstalowany wysokosprawny kocioł V klasy. Trzeba się jednak liczyć z dalszym wzrostem cen węgla, bo zaczyna go na rynku brakować, jak również z pogorszeniem jego kaloryczności. Ponad to, nawet przy zainstalowaniu najnowszych, domowych kotłów V klasy, ogrzewanie węglowe nie będzie w pełni ekologiczne. Nastąpi wprawdzie pewna poprawa, ale nie jest to rozwiązanie , które nas zadowoli. Węgiel to nie jest paliwo dla domowych kotłowni CO !

Najrozsądniejszym i z punktu widzenia ekologii korzystnym, jest ogrzewanie gazem przewodowym. Wprawdzie uzyskane ciepło, jak na razie, jest trochę droższe od uzyskanego z węgla, ale dużo większe możliwości automatycznej regulacji wydajności kotła prowadzą do tego, że w efekcie roczny koszt ogrzania budynku będzie podobny. Niebagatelną też sprawą jest wygoda, czystość (brak popiołu) i możliwość płacenia na bieżąco za zużyty gaz. Dlatego też, wszędzie tam, gdzie istnieje możliwość doprowadzenia gazu przewodowego, inwestycje w takie ogrzewanie powinny mieć pierwszeństwo w dofinansowywaniu.

Tam, gdzie możliwości doprowadzenia gazu naprawdę nie ma, należałoby raczej wspierać inwestycje w kotły na biomasę drzewną , tj. kotły na pellety lub kotły ze zgazowywaniem, oczywiście V klasy.