Kotły c.o. 5 klasy. Wymagania dotyczące emisji i sprawności kotłów c.o. na paliwa stałe

2019-01-15 12:44 Aleksander Krucki, Sławomir Pilarski, Instytut Energetyki
kocioł c.o. na paliwa stałe 5 klasy
Autor: gettyimages Kotły c.o. zaliczane do najwyższej 5. klasy muszą mieć sprawność cieplną nie mniejszą niż ηk = 87 + logQ w zakresie mocy cieplnej do 100 kW i 89% dla kotłów o większej mocy (Q – moc nominalna kotła podana w kW)

Kotły c.o. 5 klasy spełniają obecnie najwyższe wymagania odnośnie sprawności cieplnej. Dla kotłów c.o. 5 klasy określono także maksymalne emisje m.in. tlenku węgla. Jakie to wymagania?

Artykuł jest częścią akcji specjalnej TERMOMODERNIZACJA, w której przekonujemy, jak ważne jest kompleksowe do niej podejście.

Kotły c.o. 5 klasy - wymagania normy PN-EN 303-5:2012

Dokument ma zastosowanie dla kotłów c.o. o mocy cieplnej nieprzekraczającej 500 kW i zawiera m.in. wymagania dotyczące emisji i sprawności urządzeń na paliwo stałe, z wykluczeniem: kotłów grzewczych ogrzewających pomieszczenia, w których zostały zainstalowane, urządzeń do gotowania, urządzeń z zamkniętą komorą spalania oraz kotłów kondensacyjnych.

Kotły podlegające normie mogą spalać: paliwa kopalne, tj. węgiel kamienny, brunatny, koks i antracyt, paliwa biogeniczne – polana i zrębki drewna, pelety i brykiety z drewna, produkowane bez nienaturalnych środków wiążących, trociny oraz biomasę niepochodzącą z drewna, np. słomę, miskant, trzcinę, pestki lub zboża. Ponadto norma obejmuje urządzenia spalające torf lub paliwa wytwarzane przemysłowo ujęte w normie EN 14961-6 (obecnie zastąpionej przez EN ISO 17225-1). Jest też powiązana z dyrektywą maszynową 2006/42/WE w kwestiach bezpieczeństwa budowy oraz pracy urządzeń.

W tym zakresie pełni rolę normy zharmonizowanej, natomiast wymagania dotyczące sprawności i emisji nie są obligatoryjne.

Norma PN-EN 303-5:2012 stanowi podstawę dla innych przepisów w zakresie przyjętych definicji, metodyki obliczeń cieplnych, metod pomiarowych i wartości granicznych poszczególnych parametrów. Poprzednia jej edycja (z 1999 r.) określała trzy klasy sprawności i trzy klasy emisji oznaczone jako 1., 2. i 3., przy czym 1. była najniższa i stawiała najmniejsze wymagania. W znowelizowanym wydaniu dokumentu z 2012 r. zrezygnowano z 1. i 2. klasy, a wprowadzono kotły c.o. klasy 4. i 5., które określają coraz wyższe wymagania.

Kotły c.o. zaliczane do najwyższej 5. klasy muszą mieć sprawność cieplną nie mniejszą niż ηk = 87 + logQ w zakresie mocy cieplnej do 100 kW i 89% dla kotłów o większej mocy (Q – moc nominalna kotła podana w kW). Oznacza to, że sprawność kotła o mocy nominalnej 10 kW nie może być mniejsza niż 88%, a przy 30 kW – 88,5%. Wzrost wymagań ilustruje fakt, że w porównaniu do klasy 1. są to wartości wyższe o co najmniej 30%.

W normie określono także maksymalne emisje tlenku węgla, organicznych związków gazowych węgla i cząstek stałych, niezależnie od wydajności kotłów. Wyższe wartości dopuszczono dla kotłów z ręcznym zasypem. Emisje przy nominalnej i minimalnej mocy cieplnej kotła powinny mieścić się w granicach podanych w tabeli, przy czym dopuszczalne wartości emisji są równe dla kotłów opalanych paliwem kopalnym i biogenicznym.

Graniczne wartości emisji tlenków węgla, organicznych związków gazowych węgla i cząstek stałych dla kotłów c.o. klasy 5. według PN-EN 303-5:2012.

Sposób
zasilania
paliwem
Graniczne wartości emisji
[mg/m³]
CO OGC pył
Ręczny 700 30 60
Automatyczny 500 20 40

Graniczne wartości emisji wyraża się w miligramach substancji na metr sześcienny gazów odlotowych. Odnoszą się one do temperatury 0°C przy ciśnieniu 1013 mbar w przeliczeniu na spaliny zawierające 10% tlenu. Zmierzone rzeczywiste koncentracje poszczególnych składników przelicza się na podane warunki i porównuje z wymaganiami. Wielkości przyjęte dla kotłów c.o. klasy 5. są znacznie niższe niż wartości emisji dopuszczane w klasie 1., wynoszące dla:

  • tlenku węgla – 25 000 mg/m³,
  • organicznych związków gazowych węgla – 2000 mg/m³,
  • pyłu – 200 mg/m³.

Tak znaczne zaostrzenie wymagań, które nastąpiło w ciągu zaledwie kilkunastu lat, świadczy o tym, jak długą drogę przebyli konstruktorzy tych kotłów i ile wysiłku włożono w ich budowę. Oczywiście należy się spodziewać, że dalszy postęp jest możliwy, ale już nie w takim tempie oraz przy znacznie większym nakładzie pracy i kosztów.

W omawianej normie nie podano limitów emisji tlenków azotu (NOX), ponieważ uznano, że brak było dostatecznie zweryfikowanych danych do określenia uzasadnionej wartości granicznej.

Kotły c.o. 5 klasy - wymagania zawarte w Rozporządzeniu Ministra Rozwoju i Finansów

Z dniem 1 października 2017 r. weszło w życie Rozporządzenie Ministra Rozwoju i Finansów określające wymagania emisji kotłów grzewczych, które dopuszcza wprowadzanie do obrotu kotłów niespełniających podanych wymogów (czyli poza 5. klasą) tylko do końca pierwszego półrocza 2018 r., pod warunkiem że zostały wyprodukowane przed dniem wejścia w życie regulacji. W dokumencie nie zawarto jednak żadnych wymagań dotyczących sprawności kotłów, a jedynie nawiązano do sprawności podanej w normie PN-EN 303-5:2012.

Wyłączenia niektórych rodzajów kotłów w omawianych przepisach nieco się różnią. Rozporządzenia nie stosuje się do kotłów:

  • wytwarzających ciepło wyłącznie na potrzeby zapewnienia ciepłej wody użytkowej,
  • przeznaczonych do ogrzewania i rozprowadzania gazowych nośników ciepła, takich jak para wodna lub powietrze,
  • kogeneracyjnych na paliwo stałe o znamionowej mocy elektrycznej 50 kW lub większej,
  • kotłów na biomasę niedrzewną rozumianą jako inną niż drzewna, w tym słomę, miskant, trzcinę, pestki i ziarna, pestki oliwek, wytłoczyny oliwek i łupiny orzechów.

Zgodnie z treścią rozporządzenia wymagania dotyczące emisji mają obowiązywać do 1 stycznia 2020 r., natomiast wprowadzony zakaz stosowania rusztu awaryjnego jest bezterminowy.

Kotły c.o. 5 klasy - wymagania Rozporządzenia Komisji Europejskiej 2015/1189

Kolejnym przepisem, który zacznie obowiązywać od 1 stycznia 2020 r., jest rozporządzenie Komisji Europejskiej 2015/1189, również bazujące na normie EN 303-5:2012. W dokumencie pojęcie sprawności cieplnej zostało zastąpione sprawnością użytkową, którą oblicza się w odniesieniu do ciepła spalania paliwa. Trzeba zdawać sobie sprawę, że w przypadku kotła opalanego węglem kamiennym sprawność użytkowa jest przynajmniej 5% mniejsza od cieplnej.
Ponadto wymagane jest dotrzymanie tzw. sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń, do której obliczenia potrzebne jest wyznaczenie sezonowej efektywności w trybie aktywnym, wyrażanej jako średnia ważona sprawności użytkowej kotła przy wydajności nominalnej i minimalnej (30% wydajności nominalnej dla kotłów automatycznych i 50% dla ręcznych). Waga sprawności wynosi 85% dla wydajności minimalnej i 15% dla nominalnej.

Obliczoną w ten sposób wartość należy pomniejszyć o stratę ze względu na skorygowany udział czynników związanych z regulatorami temperatury (określony na 3%) oraz zużycie energii na potrzeby własne, a następnie zwiększyć o ekwiwalent energii elektrycznej wytwarzanej przez zespół kogeneracyjny (o ile istnieje). Wymaga się, aby określona w ten sposób sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń dla kotłów o mocy większej niż 20 kW nie była mniejsza niż 77%, a dla pozostałych kotłów – niż 75%. Należy stwierdzić, że wprowadzony parametr nie jest wprost porównywalny z dotychczas używaną sprawnością cieplną i ma mniejszą wartość. W zależności od wielu czynników różnica może wynosić od 9 do 13%.
Biorąc pod uwagę fakt, że obecna edycja normy EN 303-5:2012 nie jest przystosowana do przygotowania niezbędnych danych do tych obliczeń, przewidywano, że w 2017 r. zostanie uzupełniona w zakresie związanym ze sprawnością, a w 2018 r. z emisją.

W Rozporządzeniu Komisji Europejskiej określono także maksymalne sezonowe emisje tlenku węgla, organicznych związków gazowych węgla, cząstek stałych i tlenków azotu (NOX). Aby wyznaczyć ich wartości, należy zmierzyć emisje poszczególnych polutantów przy nominalnej i minimalnej wydajności kotła, a następnie obliczyć średnią ważoną emisję sezonową, przyjmując wagi pomiarów równe 15% przy wydajności znamionowej i 85% przy minimalnej.

Warto zauważyć, że podane w tabeli wymagane w omawianym rozporządzeniu sezonowe emisje są równe nakładanym na kotły c.o. 5. klasy według EN 303-5:2012, uzupełnionym o restrykcje dotyczące tlenków azotu.

Sposób zasilania  Paliwo Nominalna
moc
cieplna
[kW]
Graniczne sezonowe emisje w mg/m³
przy 10% O2
Ręczny
biogeniczne ≤500 CO OGC Pył NOX
kopalne 700 30 60 200
Automatyczny biogeniczne 350
500 40 40 200
kopalne 350

Nowa edycja normy ma być zharmonizowana nie tylko z dyrektywą maszynową, lecz także z rozporządzeniami dotyczącymi Ekoprojektu oraz etykietowania kotłów 1189/2015 i 1187/2015. Ostatnie z nich, obowiązujące od 1 kwietnia 2017 r., również posługuje się sezonową efektywnością energetyczną ogrzewania pomieszczeń, niezbędną do określenia współczynnika efektywności energetycznej i jej klasy, które podawane są na etykiecie energetycznej kotła.
Luką w dotychczasowej normalizacji i stanie przepisów prawnych jest brak uregulowań dotyczących badań i wymagań dla kotłów grzewczych w zakresie mocy 500–1000 kW.

Takich przepisów brakuje zarówno w prawodawstwie polskim, jak i unijnym, chociaż w niektórych krajach istnieją normy narodowe. Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) do 2021 r. zamierza opracować normę obejmującą kotły na paliwa stałe o takiej właśnie wydajności, a także sprecyzować regulacje dotyczące metodyki badania kotłów opalanych biomasą, o mocy w podanym zakresie.

Należy mieć nadzieję, że w dalszym, wciąż postępującym procesie działalności legislacyjnej odnoszącej się do emisji i efektywności energetycznej kotłów grzewczych twórcy przepisów będą mieć na względzie rozsądne deklaracje wyrażone w preambule do Rozporządzenia Komisji Europejskiej 2015/1189. Zadeklarowano w niej, że dla kotłów grzewczych istotne jest zużycie energii i emisje cząstek stałych, organicznych związków gazowych, tlenku węgla i tlenków azotu w fazie użytkowania, natomiast nieistotne są emisje dioksyn i furanów.

Prognozuje się, że w 2030 r. roczne zużycie energii związane z kotłami na paliwo stałe osiągnie 530 petadżuli (PJ) (w przybliżeniu 12,7 mln oleju ekwiwalentnego – Mtoe), a roczne emisje wyniosą 25 kt (kiloton) pyłu zawieszonego, 25 kt organicznych związków gazowych i 292 kt tlenku węgla. Przewiduje się jednocześnie, że emisje tlenków azotu wzrosną ze względu na potencjalne wprowadzenie nowych typów kotłów na paliwo stałe, charakteryzujących się wyższą efektywnością energetyczną i niższymi emisjami związków organicznych. Uważa się, że zużycie energii w fazie użytkowania oraz emisje kotłów na paliwo stałe można znacznie zmniejszyć, m.in. poprzez zastosowanie istniejących, niezastrzeżonych technologii, bez zwiększenia całkowitych kosztów zakupu i eksploatacji tych produktów.

Szacuje się, że do 2030 r. łączny efekt stosowania wymogów dotyczących Ekoprojektu, określonych w rozporządzeniach odnoszących się do Ekoprojektu dla kotłów grzewczych i ich etykietowania, doprowadzi do rocznej oszczędności energii na poziomie ok. 18 PJ (w przybliżeniu 0,4 Mtoe), w połączeniu z redukcją emisji dwutlenku węgla (CO2) o ok. 0,2 Mt, emisji cząstek stałych o 10 kt i organicznych związków gazowych o 14 kt, a także tlenku węgla o 130 kt (pkt. 4. i 8. preambuły).
Równocześnie zadeklarowano, że wymogi dotyczące Ekoprojektu powinny doprowadzić do harmonizacji tych związanych ze zużyciem energii i emisją kotłów na paliwo stałe w całej Unii, co przyczyni się do sprawniejszego funkcjonowania i poprawy ekologiczności przedmiotowych
produktów.
Restrykcje dotyczące Ekoprojektu nie powinny mieć wpływu na funkcjonalność lub przystępność ekonomiczną kotłów na paliwo stałe z punktu widzenia użytkowników ani negatywnego oddziaływania na zdrowie, bezpieczeństwo czy środowisko.
Przy wprowadzaniu wymogów dotyczących Ekoprojektu należy zapewnić producentom wystarczająco dużo czasu na zmianę projektu produktów objętych rozporządzeniem. Harmonogram powinien uwzględniać wpływ na ponoszone przez nich koszty (zwłaszcza w przypadku małych i średnich przedsiębiorstw) przy jednoczesnym zapewnieniu terminowego osiągnięcia celów rozporządzenia. Zmiany następujące w produkcji krajowych przedsiębiorców wyraźnie pokazują, że możliwe jest wprowadzenie na rynek kotłów automatycznych i z ręcznym zasypem, spełniających wymagania Ekoprojektu, jakkolwiek wbrew przytoczonej wyżej deklaracji Komisji Europejskiej nie wydaje się możliwe utrzymanie dotychczasowych cen tych urządzeń.

REDAKCJA POLECA
termomodernizacja

Autor: Gettyimages

Artykuł jest częścią akcji specjalnej TERMOMODERNIZACJA, w której przekonujemy, jak ważne jest kompleksowe do niej podejście i jakie są obecnie możliwości finansowania takich przedsięwzięć.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej