Jak dobrać moc kotła?

Mając w swojej ofercie różnego typu kotły bardzo często pomagamy klientom w ich doborze. Żeby zrobić to dobrze trzeba wiedzieć od czego zależy moc kotła. Dzisiaj trudno jest dobrać kocioł za mały, ale powszechnie dobiera się kotły zbyt duże. Jak to policzyć, żeby było dobrze? Czy dobór mocy kotła na podstawie tylko powierzchni domu to dobra metoda?

Dom traci ciepło, gdy na dworze jest mniejsza temperatura niż w środku – to logiczne. Traci tego ciepła tym więcej im większa jest różnica temperatur między tą w domu a tą na zewnątrz. Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania liczymy dla tej największej różnicy temperatur. Skąd wiadomo jaka będzie temperatura zimą? Nie wiadomo, ale przyjmuje się ją na podstawie wieloletnich obserwacji. Czy to wystarczy? Duże mrozy zdarzają się oczywiście podczas sezonu grzewczego, ale stanowią niewielki procent czasu w całym sezonie grzewczym. Poza tym zdarzają się już coraz rzadziej. Jasne, że można próbować zabezpieczyć się na wszystkie ewentualności, ale to ma także swoje konsekwencje. Nie tylko koszty inwestycyjne trzeba brać pod uwagę, ale i eksploatacyjne. Spróbujemy wyjaśnić jak rozsądnie podejść do doboru mocy kotła w zależności od zapotrzebowania domu na ciepło oraz wykorzystywanego paliwa.


Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania


Każdy projekt nowego budynku zawiera takie obliczenia, wykonane przez projektanta, na podstawie założeń wziętych z norm i rozporządzeń. Są to obliczenia dokładne. Jeśli Twój dom jest nowy i posiadasz jego projekt, zajrzyj do wyliczeń zapotrzebowania na ciepło.

I tu mała dygresja. Papier wszystko przyjmie, teoria teorią, założenia założeniami, a sami dobrze wiemy, że budowa trwa tyle, że od uzyskania pozwolenia do zamieszkania przychodzą nam do głowy różne pomysły co by tu pozmieniać. Podnieść ściankę kolankową o jeden pustak (i nikomu o tym nie powiedzieć, a kierbud wpisze jako zmianę nieistotną, na przykład 😉). A to już powiększa kubaturę do ogrzania, nieznacznie bo nieznacznie i kotła większego przez to raczej mieć nie trzeba, ale grzejnik fajnie byłoby większy dać. Poza tym jest jeszcze kwestia wykonania takiego domu. Robimy sami i się nie znamy czy dajemy zrobić fachowcowi i patrzymy mu na ręce. Mostki termiczne czają się wszędzie, a potem ciepło ucieka nimi jak woda z dziurawego wiadra.

A co z istniejącymi budynkami bez dokumentacji projektowej? Albo takimi z nadbudówką, dobudówką i przybudówką? Z niewiadomą historią modernizacji?

W poniższej tabeli po lewej stronie znajdź swój typ budynku. Jeśli wiek domu nie zgadza się z grubością ocieplenia kieruj się warstwą ocieplenia – ma większe znaczenie. Z prawej strony podaliśmy przybliżone wartości zapotrzebowania na ciepło w odniesieniu do powierzchni domu przy podanej wysokości pomieszczeń lub w odniesieniu do kubatury – ten przelicznik zastosuj, jeśli pomieszczenia w domu są wyższe niż 2,7m.

UWAGA! Jeśli dom ma poddasze użytkowe ze skosami, a w projekcie podaną powierzchnię użytkową tych pomieszczeń – nie daj się zwieść. Liczy się ją nie po podłodze tylko od pewnej wysokości, w której przeciętny człowiek chodzi wyprostowany. A ogrzać trzeba przecież całe poddasze. Weź więc do obliczeń całą powierzchnię podłogi poddasza. Jeśli jakieś pomieszczenia masz nieogrzewane nie wliczaj ich do powierzchni. Jeśli w jakimś pomieszczeniu temperatura ma być niższa niż 16oC policz połowę powierzchni tego pomieszczenia.


Przykłady obliczeń:


Przykład nr 1

dom z lat ’80, nieocieplony, o powierzchni ogrzewanej 125m2, wysokość pomieszczeń 2,6m

Z tabeli wynika, że taki dom będzie miał zapotrzebowanie na ciepło do celów grzewczych na poziomie 100W/m2, czyli w przeliczeniu 125m2 x 100W/m2 = 12,5kW

Przykład nr 2

dom z lat ’80 o powierzchni ogrzewanej 125m2, ale zmodernizowany, ocieplony styropianem 10cm, wysokość pomieszczeń 2,5m

W tabeli szukamy wartości zapotrzebowania na ciepło dla domów ocieplonych 10cm warstwą styropianu – jest to 60W/m2 przy podanej wysokości pomieszczeń, czyli 125m2 x 60W/m2 = 7,5kW

Przykład nr 3

dom z lat ’80 o powierzchni ogrzewanej 125m2, ocieplony styropianem 10cm, ale wysokość pomieszczeń 3,2m

W tabeli dla podanej grubości ocieplenia szukamy zapotrzebowania na ciepło dla kubatury – jest to 22W/m3

Przeliczamy kubaturę domu – 125m2 x 3,2m = 400m3

Liczymy zapotrzebowanie na ciepło do celów grzewczych w odniesieniu do kubatury – 400m3 x 22W/m3 = 8,8kW

Właśnie obliczyłeś ile ciepła potrzebuje Twój dom do celów grzewczych w najzimniejszej porze roku. Obliczenia wykonałeś metodą wskaźnikową, czyli na szybko. Dane, których potrzebowałeś do tego nie są bardzo precyzyjne i jak pewnie domyślasz się istnieją bardziej szczegółowe metody obliczeń, gdzie podaje się współczynniki przenikania ciepła dla okien i drzwi, ilość i wielkość przeszkleń, rodzaj wentylacji, a także to jak budynek został postawiony względem stron świata i czy stoi na otwartej przestrzeni, czy raczej jest osłonięty przez inne budynki. Jeśli budynek jest nietypowy, ma dużo okien, balkony, kilka łazienek lub w jakiś inny sposób mógłby zużywać więcej energii, a może ma rekuperację, która ogranicza straty ciepła na ogrzewanie, warto zrobić precyzyjniejsze obliczenia zapotrzebowania na ciepło. Im więcej danych tym wyliczenia będą dokładniejsze. Jeśli potrzebujesz takich wyliczeń zachęcamy do kontaktu.


Dlaczego nie należy dobierać mocy kotła tylko na podstawie powierzchni domu?


Instalatorzy często tak robią, a i sprzedawcom, a nawet producentom kotłów ta metoda nie jest obca. To łatwe i szybkie – podajesz powierzchnię domu, człowiek stosuje współczynnik z głowy, najczęściej wynosi on 100W/m2 i masz moc kotła. Ale już wiesz, że zależy ona od zapotrzebowania na ciepło budynku, a to zależy od między innymi grubości ocieplenia. We współczesnych domach zapotrzebowanie to będzie bardzo małe, rzędu kilku kilowatów.

Na szczęście na stronach producentów coraz częściej pojawiają się gwiazdki przy tych orientacyjnych powierzchniach domów pasujących do danej mocy kotła. Małym drukiem jest wyjaśnione jak doszło do oszacowania tej powierzchni, należy wziąć to pod uwagę.

Kupno przewymiarowanego kotła to zły pomysł. Instalator wie, że nie przyjdziesz do niego z pretensjami, że masz w domu za zimno, dlatego prawidłowością doboru zupełnie się nie przejmuje. Ale spójrz – kocioł o większej mocy kosztuje więcej. Przy tej samej temperaturze na zewnątrz większy kocioł będzie musiał wyprodukować dokładnie tyle samo ciepła co mniejszy, ale zrobi to z mniejszą sprawnością. Kocioł stałopalny pracuje z największą sprawnością wtedy, kiedy pracuje ze swoją mocą nominalną – tą z folderu. Gdy przychodzi mu pracować z mniejszą mocą, wtedy i sprawność spada. W przypadku kotłów stałopalnych oznacza to, że paliwo nie spala się całkowicie, więc nie wykorzystasz w pełni mocy paliwa, komin zarośnie sadzą, trzeba go będzie częściej czyścić, sadza i smoła to i brud i specyficzny zapach. Przewymiarowany kocioł ma też krótki żywot. Kotły gazowe i peletowe mają możliwość modulowania swojej mocy do zapotrzebowania na ciepło, ale nie robią tego od zera. Zawsze mają jakąś minimalną moc, z którą pracują i jest ona tym wyższa im wyższa jest moc nominalna kotła. Pamiętaj, że sezon grzewczy zaczyna się we wrześniu a kończy w maju. Oprócz mroźnych tygodni jest bardzo dużo czasu, kiedy kocioł nie będzie pracował z pełną mocą i sprawnością. Jeśli będzie przewymiarowany, w okresach przejściowych, kiedy na dworze temperatura jest dodatnia ale trzeba jeszcze grzać, będziesz tracić najwięcej na eksploatacji.


Zapotrzebowanie ciepła do celów przygotowania ciepłej wody użytkowej


Zależy ono od tego ile wody ma zagrzać kocioł i w jakim czasie. I czy mamy kocioł jednofunkcyjny z zasobnikiem na ciepłą wodę czy dwufunkcyjny.

Kocioł dwufunkcyjny przygotowuje ciepłą wodę użytkową w sposób przepływowy, nigdzie jej nie magazynuje (poza kotłami, które są dwufunkcyjne, ale mają wbudowane małe zasobniki). Ciepła woda pojawia się w dłuższą czy krótszą chwilę po tym jak odkręcisz kran z ciepłą wodą. Moc potrzebna do przygotowania ciepłej wody zależeć będzie w tym wypadku od wielkości przepływu jaki jest Ci potrzebny. Kąpiel w wannie wymaga wody o temp. 40oC, przepływ wody w baterii wannowej wynosi 15-20 l/min. Dla takiego przepływu i temperatury potrzeba aż 31,5 kW mocy kotła (duża moc kotła jest w stanie w krótkim czasie wyprodukować potrzebną ilość ciepłej wody). Inny przykład – kąpiel pod prysznicem wymaga wody o temp. 40oC, przepływ z baterii prysznicowej wynosi 8 l/min. co wymaga 16,8 kW mocy kotła. Sporo prawda? A jeśli przy kotle dwufunkcyjnym mamy możliwość równoczesnego korzystania z dwóch lub więcej przyborów to już wiadomo skąd spadek wydajności produkcji ciepłej wody po odkręceniu drugiego kranu jeśli kocioł ma moc 24kW. Dlatego do domków jednorodzinnych, gdzie zazwyczaj jest dosyć miejsca na normalną kotłownię i dwie lub więcej łazienek polecamy kocioł jednofunkcyjny z zasobnikiem, bo komfort używania ciepłej wody będzie dużo większy. Jeśli mamy obliczone zapotrzebowanie na ciepło do celów grzewczych, to wynosi ono zazwyczaj mniej niż potrzebna ilość ciepła do przygotowania ciepłej wody. Tych mocy nie sumujemy, wybieramy większą i na tę moc dobieramy moc kotła dwufunkcyjnego. Pokryje zapotrzebowanie do celów grzewczych w największe mrozy i będzie miał zapas mocy do produkcji ciepłej wody użytkowej.

Przy kotle jednofunkcyjnym sprawa ma się inaczej – ciepłej wody nie produkujemy na zawołanie, możemy wyprodukować ją wcześniej i zmagazynować, proces ten może być rozciągnięty w czasie, więc nie potrzebujemy do tego aż tak dużej mocy kotła. W zależności od ilości wody w zasobniku i czasu jaki chcemy przeznaczyć na grzanie tej wody obliczamy potrzebną moc kotła do tego celu. Robimy to wg wzoru:

Q = [(tk – tp) x 4,2 x V] : T

Gdzie:

Q – moc potrzebna na przygotowanie ciepłej wody użytkowej

tk – temperatura końcowa w zasobniku (przyjmujemy 50oC)

tp – temperatura początkowa w zasobniku (przyjmujemy 10oC)

V – pojemność zasobnika

T – czas podgrzewania wody w sekundach


Przykład:


Żeby przygotować 100l ciepłej wody o temperaturze 50oC, grzejąc ją od 10oC czyli od temperatury wody z wodociągu, i chcąc ją zagrzać w ciągu 1 godziny, potrzebujemy na ten cel mocy Q = [(50 – 10) x 4,2 x 100] : 60 x 60 = 4,7 kW. Ważniejszym zagadnieniem będzie dobór odpowiedniej pojemności zasobnika. Lepiej zastosować mniejszy kocioł z zasobnikiem, który będzie w stanie zmagazynować nam taką ilość wody, która będzie potrzebna jednorazowo. Bierzemy pod uwagę tylko większe punkty poboru, takie jak wanna czy prysznic.

Standardowy prysznic zużywa 8l/min. ciepłej wody, załóżmy, że kąpiel pod prysznicem trwa 10 min., zużyjemy więc 80l ciepłej wody. Bateria wannowa ma wypływ 15l/min, po 10 minutach w wannie będzie 150l ciepłej wody.

Jeśli te dwa przybory mają być używane jednocześnie potrzebujemy w jednym czasie 200l ciepłej wody.

Na przykładzie pokażemy jak mogą wyglądać obliczenia zapotrzebowania ciepła dla budynku i jaki to ma wpływ na dobór mocy urządzenia w zależności od zastosowanego opału.

Przykład dla domu o powierzchni użytkowej ogrzewanej 140m2, z garażem nieogrzewanym w bryle budynku, z poddaszem nieużytkowym, z rekuperacją, w konstrukcji drewnianej, bardzo dobrze docieplony, ale też z dużą ilością przeszkleń.

Założenia:

Dom stoi pod Koszalinem w I strefie klimatycznej – maksymalną moc grzewczą obliczono dla średniej dobowej temperatury -16oC

Przeciętny sezon grzewczy trwa u nas 175 dni, a średnia temperatura sezonu grzewczego to +2,41oC

Temperatura w domu średniodobowa to +21oC


Wyniki obliczeń:


7,6kW to maksymalna moc grzewcza – tyle będzie potrzebował dom w najmroźniejszy dzień, gdy za oknem -16oC. Czyli żeby temperatura w tym domu nie spadła poniżej +21oC przy zewnętrznej -16oC trzeba dostarczyć w każdej godzinie 7,6kWh energii.

3,8kW przeciętna moc grzewcza – tyle pochłonie ciepła w przeciętny zimowy dzień przy temperaturze +2,4oC na zewnątrz a wewnątrz +21oC

54W/m2 – to wskaźnik zapotrzebowania na moc – zwróć uwagę, że dom ma bardzo dużo przeszkleń, miało to wpływ na zapotrzebowanie na ciepło, można powiedzieć, że budynek nie jest typowy. Przy dużej ilości przeszkleń warto zainwestować w okna z lepszym współczynnikiem przenikania ciepła i zadbać o ich prawidłowy montaż w warstwie ocieplenia, żeby ograniczyć występowanie mostków termicznych.

16.017kWh = 58GJ – tyle ciepła potrzebuje ten dom na cały sezon grzewczy. NETTO. W zależności czym i z jaką sprawnością będziesz grzać tyle ciepła BRUTTO w opale musisz kupić.

114kWh/m2 rok – wskaźnik zużycia energii – taka wartość w nowszych budynkach jest wpisana w projektowanej charakterystyce energetycznej. Można go zaliczyć do klasy energetycznej D wg poniższej klasyfikacji według Stowarzyszenia Zrównoważonego Rozwoju:

Więc tak nawiasem mówiąc żadna rewelacja – mimo porządnego ocieplenia, łagodnego klimatu, energooszczędnych okien i rekuperacji. Co ma wpływ na ocenę energetyczną i jakimi sposobami obniżyć zużycie energii napiszemy wkrótce.

A co z ciepłą wodą użytkową?


W tym domu będą mieszkać 2 osoby a łazienki mają prysznice, bez wanny. Dodatkowa moc do grzania cwu to 3kW. Nie trzeba więcej, jeśli postawimy na grzanie wody do mycia w zasobniku. Po to potrzebujesz zasobnika, żeby móc go grzać powoli i niedużą mocą. Przy przepływowym grzaniu wody do mycia potrzebne byłoby aż 30kW.

Jaka pojemność bojlera?


Na 2 osoby to mniej więcej 90l. W przypadku skrajnym, gdy na dworze -16oC a w zasobniku temperatura wody jest taka jak w kranie z zimną wodą ogrzanie jej do +60oC zajmie 2h.

Jakiej mocy kotła potrzebuje ten budynek?


7,6kW + 3kW = 10,6kW ≈ 11kW to moc grzewcza do ogrzewania (z rozsądnym zapasem) oraz do przygotowania ciepłej wody użytkowej.


A co jeśli instalator mówi 25kW a z wyliczeń wyszło tak malutko?


Instalator, szwagier, brat, sąsiad… Ilu ludzi tyle teorii. Doradcy boją się, żebyś nie zamarzł. Żebyś się ubezpieczył na ten wszelki wypadek, który zdarzy się albo i nie zdarzy raz na sto lat i będą go wspominać najstarsi górale. Kiedy przez tydzień temperatura na dworze spadnie poniżej temperatury wieloletniej. Czyżby nie wiedzieli, że 30 lat temu dom o podobnej powierzchni potrzebował kotła 25kW, ale ściany miał nieocieplone a okna skrzynkowe z pojedynczą szybą bez argonu 😉 Po wyliczeniach widzisz, że nie można tak samo traktować współcześnie budowanych domów. Życzliwi doradcy nie przejmują się też Twoimi przyszłymi rachunkami za ogrzewanie i tym jak bardzo Twój przewymiarowany kocioł marnował będzie paliwo. Nie myślą o tym, że przez 90% sezonu grzewczego temperatura jest powyżej zera.

Zasada jest prosta – sumujemy zapotrzebowanie na ciepło i to do produkcji ciepłej wody i z minimum taką mocą nominalną powinno grzać urządzenie. W rozpatrywanym przypadku to 11kW.

źródło: IMGW

Dla zmarźluchów wykres, na którym widać anomalie temperatur zimowych w Polsce na przestrzeni ponad pół wieku w stosunku średniej z wielolecia. Można się cofnąć w czasie i zobaczyć jakie zimy pamięta nasz hydraulik 😉


I teraz wszystko rozbija się o sprawność urządzenia i kaloryczność opału.


Kotły zasypowe 12 – 15kW – moc takich kotłów obowiązuje dla paliwa podstawowego, więc zwróć uwagę jakie to paliwo i czy będzie również Twoim podstawowym paliwem. Przeważnie jest to ekogroszek. Jeśli zamierzasz w takim kotle palić jednak stale drewnem to jego moc będzie niższa nawet o 30%. Uwzględnij to przy wyborze mocy i weź większy kocioł.

Kotły miałowe 23 – 27kW – ich moc zazwyczaj jest większa. Dobiera się go do mocy średniej a nie nominalnej, ponieważ miał jest dość mało kaloryczny. Żeby nie zamienić się w etatowego palacza dobrze jest, żeby kocioł miał możliwość załadunku takiej ilości paliwa, żeby starczyła na dobę. Gdy kocioł miałowy ma 23kW to jego średnia wypada w okolicach zapotrzebowania na ciepło dla naszego przykładowego budynku. UWAGA! Jeśli kupujesz w ten sposób kocioł na miał, ale zachce Ci się w nim palić jednak węglem, dostaniesz wszystko to o czym mówiliśmy gdy przestrzegaliśmy przed kupnem przewymiarowanego kotła. No nie ma mocnych, żeby ten sam kocioł pracował ekonomicznie na każdym paliwie, jakie do niego włożymy.

Kotły podajnikowe – 10kW – kotły takie miewają (ale nie jest to regułą) o kilka kilowatów większą moc ponad nominalną, więc jeśli wahasz się pomiędzy dwoma kotłami bo zapotrzebowanie na ciepło jest na styk z tą mniejszą mocą, nie trzeba brać większego kotła. Nie jest to regułą, więc przed podjęciem decyzji trzeba sprawdzić w instrukcji! Kotły 5. klasy mają przez producenta podaną moc nominalną – i to jest moc maksymalna z jaką mogą pracować. W tych kotłach nie ma zapasu mocy.

Kotły gazowe >14kW – kotły gazowe dobrze pracują nawet z niską mocą, przy kotłach kondensacyjnych pamiętaj o parametrach pracy instalacji. Ważne jest, żeby temperatura wody w instalacji była niska – do 60oC, bo inaczej nie zajdzie zjawisko kondensacji i nici z oszczędności, bo sprawność kotła będzie mniejsza. Niska temperatura zasilania to większe grzejniki, a największy grzejnik to ogrzewanie podłogowe 😉

Pompy ciepła – 11kW – te urządzenia, które albo pracuje z pełną mocą albo wcale, więc przy niższym zapotrzebowaniu popracuje chwilę i się wyłączy. Duża ilość włączeń i wyłączeń działa niekorzystnie na żywotność sprężarki, dlatego nigdy nie dobiera się jej z rezerwą mocy. Metoda wskaźnikowa też tu nie pomoże, najlepiej zrobić profesjonalne wyliczenia zapotrzebowania na ciepło.

Zastanów się jakim paliwem chcesz palić w kotle. Producenci podają w specyfikacji kotła paliwo podstawowe i dla niego obliczają moc nominalną kotła. Jeśli zamierzasz palić paliwem zastępczym, o mniejszej kaloryczności, nie uzyskasz w danym piecu mocy nominalnej, tylko mniejszą.


Co się stanie, gdy kupimy kocioł przewymiarowany?


Kocioł węglowy – można regulować jego wydajność zmieniając ilość doprowadzanego powietrza do spalania. Mała ilość powietrza to mniejszy ogień i niższa temperatura. Ale także nie do końca spalone paliwo. I nie do końca wykorzystana energia z tego paliwa, więc zużycie paliwa wzrośnie. Produkty niepełnego spalania – sadza i smoła – zalepią i kocioł i komin. Dojdą więc koszty konserwacji.

Kocioł gazowy – instalacja z małym zładem wody po uruchomieniu kotła szybko się nagrzeje, a palnik się wyłączy. Częste włączanie i wyłączanie palnika powoduje większe zużycie gazu, bo część energii przeznaczana jest na ogrzanie elementów kotła i komina wcześniej wychłodzonych. Częste zmiany ich temperatury mają wpływ na trwałość tych elementów.

Przewymiarowany kocioł może pracować prawidłowo jeśli… zastosujemy bufor ciepła. Więcej o buforach ciepła w instalacji pisaliśmy TUTAJ.

as-gips