Kotły i perpetuum mobile

Jeden z czytelników zapytał mnie jakiś czas temu:

Jak to możliwe, że sprawność kotłów przekracza 100%? Czy sprzedawcy mają nas za kretynów, którym można wmówić, że istnieje perpetuum mobile? Przecież kotły nie generują ciepła znikąd. Czy zatem możliwe jest, by sprawność kotła przekraczała 100%?

Spieszę uspokoić czytelnika, że nikt tu nas nie oszukuje ani nie naciąga. Rzeczywiście, sprawność kotłów może przekraczać 100%, zaraz wyjaśnię dlaczego.

Ale najpierw odpowiedzmy sobie na pytanie: czym tak naprawdę jest sprawność kotła? Z fizycznego punktu widzenia sprawność kotła to stosunek:

• ilości ciepła dostarczonego przez kocioł do wody krążącej w instalacji centralnego ogrzewaniado

• ilości energii wprowadzonej do kotła pod postacią paliwa (wyrażonej jako wartość opałowa paliwa).

Wartość opałowa paliwa to ilość ciepła, które uwalnia się podczas spalania, przy założeniu, że spaliny ochłodzimy do początkowej temperatury paliwa, ale bez skroplenia pary wodnej w spalinach.

Tymczasem najnowocześniejsze kotły (mam tu na myśli kotły kondensacyjne) potrafią skroplić parę wodną w spalinach, odzyskując energię jej kondensacji. A jest ona naprawdę spora.

Dość powiedzieć, że gdyby kocioł kondensacyjny mógł odzyskać całość energii z gazu ziemnego, jego sprawność sięgnęłaby 111%. W praktyce zawsze mamy do czynienia ze stratami, dlatego sprawność nowoczesnych kotłów kondensacyjnych sięga jedynie 109%.

Czy to oznacza, że takie kotły CO biorą tę dodatkową energię znikąd? Czy jest ona darmowa?

Nie do końca. Kupując gaz ziemny tak naprawdę płacimy zawsze za te 111% energii w nim zawartej. W większości przypadków po prostu nie potrafimy z niej skorzystać, bo np. kuchenka gazowa nigdy nie doprowadzi do skraplania pary wodnej na powierzchni garnka. Aby było to możliwe, temperatura garnka musi być rzędu 40C lub niższa, a garnek na palniku ustawiamy po to, by zagrzać w nim potrawę do wyższych temperatur (najczęściej chodzi o zagotowanie wody).

Kotły kondensacyjne po prostu potrafią odzyskać prawie całość energii z paliwa. Dlaczego zatem umówiono się, że sprawność odnosi się do wartości opałowej? To po prostu efekt przyjętej dawno temu koncepcji. Gdyby już wcześniej ustalono, że 100% sprawności oznacza skroplenie pary wodnej ze spalin (co odnosi się do definicji ciepła spalania), wszystkie kotły miałyby niższą sprawność. Tradycyjne kotły gazowe mają teraz sprawność rzędu 92-94%, gdyby zmienić sposób jej liczenia, wynosiłaby ok. 82% (a sprawność kotłów kondensacyjnych nie przekraczałaby 98%).

Ta różnica w sprawności jest tym większa, im więcej pary wodnej jest w spalinach. Dla węgla kamiennego ta różnica jest niewielka, nieco większa dla oleju opałowego (jako węglowodór, zawiera on sporo wodoru), jeszcze większa dla gazu ziemnego (który wodoru zawiera więcej, niż olej opałowy). Największa różnica byłaby przy spalaniu wodoru, ale póki co nie zapowiada się, byśmy używali go do ogrzewania…

Zobacz także