Kotły kondensacyjne - jak działają?

Każdy z nas wie, że jeżeli będziemy dmuchać na zwilżoną skórę, to odczujemy chłód. Dlaczego tak jest? Otóż dmuchając, powodujemy odparowanie wilgoci ze skóry, a jak wiadomo proces odparowania wymaga dostarczenia pewnej ilości energii - tę energię, niestety, bezpowrotnie tracimy. W dzieciństwie nieraz dmuchaliśmy na szybę, aby na powstałej parze móc napisać jakieś znaki. Skąd na szybie brała się para? Proces odwrotny do odparowania - a więc ciepłe i wilgotne powietrze z naszych ust zderza się z zimną taflą szyby, tam następuje wychłodzenie powietrza i skroplenie pary wodnej, a więc kondensacja. Ten proces jest dla nas jak najbardziej korzystny, bo wraz z kondensacją zachodzi wydzielenie energii w postaci ciepła - a o to przecież nam chodzi.

Przenieśmy teraz te przykłady na urządzenie grzewcze. Proces spalania paliwa, załóżmy gazu ziemnego, polega na wymieszaniu go wraz z pewną ilością powietrza w takim stosunku, aby powstała mieszanka palna. W wyniku spalania teoretycznie powinniśmy otrzymać dwutlenek węgla
i parę wodną. W praktyce jednak nieodłącznym efektem ubocznym spalania jest tworzenie się tlenków węgla (np. w wyniku niedokładnego wymieszania paliwa z powietrzem) oraz tlenków azotu (np. w wyniku zbyt wysokich temperatur spalania). Jeżeli w spalinach mamy parę wodną, oznacza to, iż mamy w niej zgromadzoną pewną ilość energii (użytej do procesu odparowania), która lecąc prosto do komina, jest bezzwrotnie tracona.
Powstała mieszanina gazów, zwana ogólnie spalinami, ma temperaturę niekiedy bliską 900°C. Na drodze spalin zawsze znajduje się odbiornik ciepła znany jako wymiennik spaliny/woda, którego zadaniem jest odebranie ciepła od spalin i przekazanie go do przepływającej przez wymiennik wody grzewczej. Wielkość wymiennika, jego budowa, rodzaj użytego materiału - wszystko to ma niebagatelny wpływ na efektywność odbioru ciepła, co z kolei przekłada się na sprawność całego urządzenia.

Kotły kondensacyjne mają tak konstruowane wymienniki spaliny/woda, aby w maksymalnym stopniu odebrać od spalin ciepło, ochładzając je do temperatur tak niskich, że zgromadzona w spalinach para wodna zaczyna się

wykraplać, czyli kondensować - a pamiętamy, że proces skraplania wiąże się z oddawaniem energii.
Dlaczego więc technika kondensacyjna cały czas jest droższa od tradycyjnego kotła niekondensacyjnego, skoro to wszystko wydaje się takie proste? Niestety, powstający kondensat, czyli skroplona para wodna ma odczyn kwaśny - odczyn skroplin powstałych w wyniku kondensacji pary wodnej ze spalin po spaleniu gazu ziemnego jest na poziomie 4-5 pH.  Kwas, jak wiemy, nie jest najlepszym przyjacielem zwykłej stali, miedzi czy żeliwa. Użyty w kotłach kondensacyjnych materiał musi wytrzymać ciągły napór kwaśnych skroplin i to przez nie kilka, a nawet kilkanaście lat pracy.

Teraz nasuwa się pytanie, ile tego kondensatu powstaje, i co w takim razie z nim robić, skoro jego odczyn jest kwaśny? Ilość powstałego kondensatu zależeć będzie przede wszystkim od wielkości kotła kondensacyjnego i warunków jego pracy. Sam proces kondensacji ma szansę zaistnieć, jeżeli tylko uda się nam ochłodzić spaliny do odpowiednio niskiej temperatury, a żeby to zrobić, musimy zapewnić odpowiednio niską temperaturę wody grzewczej, szczególnie tej wracającej do kotła. Dla normalnych warunków skraplanie pary wodnej powinno nastąpić przy temperaturze spalin nieco ponad 50°C. Tak więc wszystkie systemy grzewcze, które pracują na zbliżonych parametrach, mogą przynieść nam spore ilości kondensatu, ale co za tym idzie, spore oszczędności (potrzebujemy dostarczyć o tyle mniej energii, spalając paliwo, ile energii oddała nam skraplająca się para wodna). Dla typowych domków, gdzie zwykle montowane są urządzenia o mocy nie większej niż 24 kW, ilość powstałego kondensatu nie powinna przekroczyć 7-8 l dziennie. Co z taką ilością kondensatu robić? 

Kotły kondensacyjne wyposażone są w syfon i wąż do odprowadzenia kondensatu na zewnątrz urządzenia. Jeżeli mamy dostęp do kanalizacji, możemy go tam spokojnie odprowadzić, pamiętając że mamy do czynienia z odczynem kwaśnym (materiał odporny na odczyn kwaśny). Jeżeli dysponujemy przydomową oczyszczalnią ścieków, powinniśmy skonsultować się najpierw z jej producentem, aby nie doprowadzić do wyniszczenia flory bakteryjnej. Zwykle w takim przypadku potrzebny będzie tzw. neutralizator kondensatu, czyli urządzenie, które dzięki odpowiedniemu wkładowi neutralizuje przepływający kondensat do odczynu obojętnego. Neutralizatory dobiera się w zależności od mocy urządzenia i przewidywanej ilości kondensatu. Jeżeli kocioł mamy zabudowany poniżej poziomu kanalizacji, nie jesteśmy na przegranej pozycji, potrzebujemy wtedy dokupić tzw. pompkę kondensatu - jest to zbiornik przeznaczony do gromadzenia powstającego kondensatu wraz z pompką, która wypompowuje skropliny na zewnątrz. Jest ona odporna na działanie kwaśnego odczynu skroplin.

Reasumując - sam proces kondensacji nie jest niczym nowym, jednak dopiero od niedawna znane są tanie technologie wytwarzania odpowiednio wytrzymałych materiałów (stal kwasoodporna) używanych do produkcji wymienników spaliny/woda, co pozwala na szeroki rozwój techniki kondensacyjnej.