ZMIANY W REGULACJACH PRAWNYCH DOTYCZĄCYCH ZASILANIA W CIEPŁO GOSPODARSTW DOMOWYCH

Transkrypt

1 ZMIANY W REGULACJACH PRAWNYCH DOTYCZĄCYCH ZASILANIA W CIEPŁO GOSPODARSTW DOMOWYCH Autorzy: Agata Orłowska, Krzysztof Sroka ( Rynek Energii 1/2019) Słowa kluczowe: kotły na paliwa stałe, kotły 5 klasy, ekoprojekt, emisja zanieczyszczeń Streszczenie. Dokonano przeglądu wymagań prawnych stawianych kotłom na paliwa stale małej mocy w zakresie sprawności wytwarzania energii i emisji zanieczyszczeń. Przedstawiono wyniki badań certyfikujących przykładowego kotła. Wyniki badań sprawdzono pod kątem docelowych standardów unijnych. Dokonano oceny możliwości redukcji emisji zanieczyszczeń przy zastosowaniu nowoczesnych kotłów na paliwa stałe na przykładzie małego miasta. 1. WPROWADZENIE W warunkach polskich do podstawowych źródeł emisji zanieczyszczeń do atmosfery należy sektor komunalno-bytowy, w szczególności indywidualne urządzenia grzewcze zasilane paliwami stałymi [3]. Problem ten dotyczy zarówno terenów miejskich jak i wiejskich. Zanieczyszczenia odprowadzane są do otoczenia na niewielkich wysokościach ponad ziemią, co w połączeniu ze znacznymi wartościami emisji decyduje o ich uciążliwości. Zjawisko to nazywane jest niską emisją. Rosnąca w ostatnich latach świadomość wpływu złej jakości powietrza na zdrowie ludzkie i środowisko zainicjowała chęć zmiany tego stanu. Jednym z elementów walki z zanieczyszczeniem powietrza są działania legislacyjne odnoszące się do urządzeń grzewczych małej mocy na paliwa stałe. Nowo wprowadzone akty prawa krajowego i unijnego zapoczątkowały zmiany w sposobie zasilenia w ciepło gospodarstw domowych. Ze względu na wysokie wymagania wobec kotłów wprowadzanych do obrotu i sprzedaży w zakresie dopuszczalnego stopnia oddziaływania na środowisko, stanowią one duże wyzwanie dla producentów działających w branży kotlarskiej. 2. OBECNY STAN OGRZEWNICTWA INDYWIDUALNEGO W POLSCE Zapotrzebowanie na ciepło wynika z podstawowych potrzeb życiowych człowieka. W polskich warunkach klimatycznych, w celu zapewnienia komfortu cieplnego, konieczne jest ogrzewanie pomieszczeń. Największa część energii w polskim gospodarstwie domowym konsumowana jest właśnie na ogrzewanie [9].

2 W 2015 r. najwięcej gospodarstw domowych (49%) użytkowało urządzenia grzewcze na paliwa stałe. Z ciepła sieciowego korzystało 41,7% wszystkich gospodarstw domowych. Kotły na gaz ziemny stosowało 9,9%, natomiast urządzenia grzewcze zasilane energią elektryczną 4,3% gospodarstw domowych. Najmniej gospodarstw wykorzystywało w celach grzewczych kotły zasilane paliwami ciekłymi 0,4%. Sporadycznie stosowano urządzenia solarne oraz pompy ciepła [9]. Rozwiązania technologiczne, pozwalające na poprawę jakości powietrza, nie były do tej pory powszechnie stosowane w ogrzewnictwie indywidualnym głównie z przyczyn ekonomicznych. Wysokie koszty inwestycyjne (zaawansowane technologie spalania paliw stałych) oraz eksploatacyjne (ogrzewanie gazowe lub elektryczne), skutecznie hamowały zmiany w sposobie zasilania gospodarstw domowych w ciepło. Przez lata najczęściej wybierano tanie kotły grzewcze na paliwa stałe o przestarzałej technologii z ręcznym załadunkiem paliwa (kotły zasypowe, tzw. uniwersalne). Nierzadko w wyniku ubóstwa energetycznego, w gospodarstwach domowych spalane są odpady komunalne o nieustalonym składzie, zawierające tworzywa sztuczne. Aktualnie w Polsce, wzorem europejskich krajów wysokorozwiniętych, wystąpiło duże zapotrzebowanie na urządzenia grzewcze wysokiej jakości, zwłaszcza pod względem efektywności energetycznej i ekologicznej. Zapotrzebowanie to wynika przede wszystkim z nowo wprowadzanych regulacji prawnych. Intencją działań legislacyjnych jest prowadzenie zrównoważonego rozwoju w obliczu ciągłego wzrostu zapotrzebowania na energię oraz wyczerpywania się zasobów paliw kopalnych. Wzrost zapotrzebowania na urządzenia grzewcze wysokiej jakości wynika także z rosnącej wiedzy i świadomości konsumentów prowadzących gospodarstwa domowe tworzące sektor komunalno-bytowy. Naturalne jest poszukiwanie oszczędności finansowych związanych z wydatkami ponoszonymi na ogrzewanie oraz dążenie do wysokiego komfortu obsługi urządzeń grzewczych. 3. PRZEGLĄD WYMAGAŃ STAWIANYCH KOTŁOM GRZEWCZYM NA PALIWA STAŁE Źródła standardów emisyjnych i efektywnościowych dla kotłów grzewczych małej mocy zasilanych paliwami stałymi stanowią: norma PN-EN 303-5:2012 [2], Rozporządzenie Ministra Rozwoju i Finansów z dnia 1 sierpnia 2017 r. w sprawie wymagań dla kotłów na paliwo stałe [6],

3 Załadunek automatyczny Załadunek ręczny Dyrektywa 2009/125/WE, tzw. Dyrektywa ErP (z ang. Energy related Products produkty związane z energią) [1] wraz z rozporządzeniem wykonawczym Komisji Europejskiej 2015/1189 [7] Norma PN-EN 303-5:2012 Norma PN-EN 303-5:2012 do 2017 r. stanowiła jedyne źródło standardów ograniczających oddziaływanie na środowisko kotłów grzewczych małej mocy na paliwa stałe w Polsce, jednak nie miała ona charakteru obligatoryjnego. Norma dotyczy kotłów grzewczych na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym załadunkiem paliwa o mocy nominalnej do 500 kw. Zgodnie z normą omawiane kotły można podzielić na klasy od 3 do 5 w zależności od sprawności i poziomów emisji zanieczyszczeń: tlenku węgla (CO), pyłów, gazowych zanieczyszczeń organicznych (OGC). Kryterium emisyjności jest spełnione, jeżeli emisja zanieczyszczeń z badanych kotłów nie przekracza wartości podanych w tabeli 1. zarówno podczas pracy kotła z nominalną, jak i minimalną mocą cieplną. Przy pracy z minimalną mocą cieplną nie jest wymagany pomiar zapylenia spalin. Tabela 1. Wymagania emisyjne według PN-EN 303-5:2012 [2] Paliwa Kopalne Biopaliwa Biopaliwa Kopalne Nominalna moc cieplna kw Graniczne wartości emisji CO OGC PYŁ mg/m 3 przy 10% O 2* klasa klasa klasa do do do do do do do do 500 * odniesione do spalin suchych, 0, 1013 mbar

4 Minimalna moc cieplna kotłów grzewczych automatycznie zasilanych paliwem nie powinna przekraczać 30% nominalnej mocy cieplnej. W przypadku kotłów grzewczych z ręcznym załadunkiem paliwa dopuszcza się, by minimalna moc cieplna przy pracy ciągłej była większa niż 30% nominalnej mocy cieplnej. W tej sytuacji wymaga się jednak od producenta kotła poinformowania o możliwości odprowadzenia wytworzonego ciepła. Badania kotła grzewczego zasilanego ręcznie przy obniżonej mocy cieplnej można także pominąć, pod warunkiem, że kocioł grzewczy jest przeznaczony do pracy z zasobnikiem ciepła. Czas trwania badania kotła z automatycznym załadunkiem paliwa, zarówno przy nominalnej, jak i minimalnej mocy cieplnej, powinien wynosić co najmniej 6 godzin. Wymagany czas trwania badania kotła z ręcznym załadunkiem paliwa przy nominalnej mocy cieplnej jest równoznaczny z dwoma kolejnymi okresami wypalania się paliwa, natomiast przy mocy minimalnej pojedynczym okresem wypalania. Pomiar rozpoczyna się w chwili zasypania paliwa i kończy wraz z dokonaniem kolejnego zasypu. Czas trwania pomiaru obejmuje zasyp i odżużlanie. Wyznaczanie wielkości emisji CO oraz OGC polega na określeniu średniej arytmetycznej z pomiarów dokonywanych w sposób ciągły na podstawie całego czasu trwania pomiaru. Zawartość pyłu uśrednia się na podstawie co najmniej 4 pomiarów, z których każdy powinien trwać co najmniej 30 minut. Należy korzystać z metody filtracyjnej lub elektrostatycznej [2]. Wymagania według PN-EN 303-5:2012 dotyczące sprawności przedstawiono w tabeli 2. Sprawność określana jest dla nominalnej mocy cieplnej QN i nie powinna być niższa niż podana w tabeli 2., by kocioł został zakwalifikowany do danej klasy. Tabela 2. Wymagania dotyczące sprawności według PN-EN 303-5:2012 [2] Klasa Nominalna moc cieplna Q N, kw Sprawność cieplna η K, % < log Q N < log Q N < log Q N Sprawność cieplna kotła definiowana jest jako stosunek użytkowej mocy cieplnej do mocy cieplnej paleniska. Moc cieplna paleniska ustalana jest na podstawie wartości opałowej paliwa i strumienia paliwa.

5 3.2. Rozporządzenie w sprawie wymagań dla kotłów na paliwo stałe Rozporządzenie Ministra Rozwoju i Finansów z dnia 1 sierpnia 2017 r. w sprawie wymagań dla kotłów na paliwo stałe [6] dotyczy wprowadzanych do obrotu i użytkowania kotłów na paliwa stałe o znamionowej mocy cieplnej do 500 kw. Rozporządzenie zakazuje stosowania rusztu awaryjnego. Jest to dodatkowy ruszt, który w kotłach z podajnikiem automatycznym umożliwia spalanie odpadów palnych powstających w gospodarstwach domowych. Ponadto zostały określone wartości graniczne emisji pyłu, CO i gazowych zanieczyszczeń organicznych (OGC). Wymagania emisyjne wprowadzone w Rozporządzeniu przedstawia tabela 3. Tabela 3. Graniczne wartości emisji wg Rozporządzenia MRiF z dn r. [6] Graniczne wartości emisji Sposób zasilania paliwem mg/m 3 przy 10% O 2 * CO OGC pył Ręczny automatyczny * odniesione do spalin suchych, 0, 1013 mbar Odnosząc standardy emisyjne zawarte w Rozporządzeniu (tabela 3.) do zapisów normy PN- EN 303-5:2012 (tabela 1.), okazuje się, że tylko kotły należące do klasy 5 są w stanie sprostać obecnym wymaganiom. Wymagania dotyczą jednak wyłącznie emisyjności Rozporządzenie nie określa minimalnych sprawności dla kotłów. Rozporządzenie weszło w życie 1 października 2017 roku. Odtąd nie ma możliwości produkowania w Polsce kotłów niespełniających wymagań emisyjnych klasy 5. Kotły wyprodukowane lecz niewprowadzone do obrotu lub użytkowania przed dniem 1 października 2017 r. mogły zostać sprzedane do 1 lipca 2018 r. Kotły 5 klasy to głównie kotły z automatycznym załadunkiem paliwa, ponieważ najłatwiej im dotrzymać standardy emisyjne. Graniczne wartości emisji (tabela 3.) uznaje się za spełnione, jeżeli są potwierdzone badaniami certyfikującymi przeprowadzonymi zgodnie z procedurą zawartą w normie PN-EN 303-5:2012 przez jednostkę posiadającą akredytację Polskiego Centrum Akredytacji. Rozporządzenie jest pewnego rodzaju etapem przygotowawczym dla polskiego rynku kotłów małej mocy w procesie zaostrzania wymagań dotyczących urządzeń grzewczych na paliwa stałe. Rozporządzenie traci moc wraz z rozpoczęciem 2020 roku. Wtedy to zaczną obowiązywać unijne regulacje prawne, które powielą wymagania Rozporządzenia oraz dodają kolejne.

6 3.3. Dyrektywa ErP i Rozporządzenie wykonawcze Komisji Europejskiej 2015/1189 Dyrektywa ErP [1] ustanawia ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią. Ekoprojekt (z ang. ecodesign) oznacza uwzględnienie aspektów środowiskowych przy projektowaniu produktu. Ma na celu poprawę wpływu tego produktu na środowisko we wszystkich etapach jego istnienia od pozyskania surowców do ostatecznego unieszkodliwienia. W podejściu tym zakłada się, że to właśnie faza projektowania produktu ma decydujący wpływ na powstawanie zanieczyszczeń oraz generację kosztów w całym jego cyklu życia. Produkt związany z energią to każdy wprowadzany do obrotu lub użytkowania towar, który podczas użytkowania wywiera wpływ na zużycie energii. Zgodnie z postanowieniami dyrektywy ErP, wprowadzenie do obrotu produktu związanego z energią wymaga zapewnienia zgodności z wymaganiami odpowiedniego dla danego produktu środka wykonawczego. W odniesieniu do kotłów grzewczych na paliwa stałe środkiem wykonawczym jest Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1189 [7]. Ekoprojekt w odniesieniu do kotłów na paliwa stałe wprowadza: graniczne wartości emisji jak w RMRiF z dn. 1 sierpnia 2017 r., próg emisji dla tlenków azotu, wymóg minimalnej sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń. Graniczne wartości emisji, podawane przez Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1189, zebrano w tabeli 4. Wartości te reprezentują emisje dotyczące sezonowego ogrzewania pomieszczeń. Tabela 4. Graniczne wartości emisji wg Rozporządzenia Komisji (UE) 2015/1189 [7] sposób zasilania paliwem rodzaj paliwa graniczne wartości emisji a) mg/m 3 przy 10% O 2 b) CO OGC pył NO X ręczny biogeniczne kopalne 350 automatyczny biogeniczne kopalne 350 a) emisje dotyczące sezonowego ogrzewania pomieszczeń b) graniczne wartości wyraża się w miligramach na metr sześcienny gazów odlotowych odniesionych do temperatury 0, ciśnienie 1013 mbar oraz gazu suchego Emisje poszczególnych zanieczyszczeń dotyczące sezonowego ogrzewania pomieszczeń obliczane są według wzoru

7 E s = 0,85 E s,p + 0,15 E s,n, (1) gdzie: E s emisja dotycząca sezonowego ogrzewania pomieszczeń, mg/m 3, E s,p emisja przy obciążeniu częściowym mocą cieplną, mg/m 3, E s,n emisja przy znamionowej mocy cieplnej, mg/m 3 [7]. Obciążenie częściowe oznacza w przypadku kotłów na paliwo stałe z automatycznym podawaniem paliwa pracę przy 30% znamionowej mocy cieplnej, a w przypadku kotłów na paliwo stałe z ręcznym podawaniem pracę przy 50% znamionowej mocy cieplnej. W przypadku kotłów na paliwo stałe z ręcznym podawaniem paliwa, które można eksploatować w trybie pracy ciągłej jedynie z mocą wyższą niż 50% mocy nominalnej oraz w przypadku kogeneracyjnych kotłów na paliwo stałe, emisja dotycząca sezonowego ogrzewania pomieszczeń jest równa emisji przy znamionowej mocy cieplnej: E s = E s,n [7]. Praca z obniżoną mocą cieplną wynika ze zmniejszonego zapotrzebowania na moc cieplną w danych okresach roku. Podczas pracy z minimalną mocą wzrasta emisja zanieczyszczeń. Graniczne wartości sprawności cieplnej zebrano w tabeli 5. Przedstawione wartości reprezentują sezonową efektywność ogrzewania pomieszczeń. Tabela 5. Graniczne wartości sprawności cieplnej kotłów wg Rozporządzenia Komisji (UE) 2015/1189 [7] Nominalna moc cieplna, kw Sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń, % > Sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń η s definiowana jest jako sezonowa efektywność ogrzewania pomieszczeń w trybie aktywnym η son skorygowana o udziały czynników związanych z regulacją temperatury i zużycie energii elektrycznej na potrzeby własne. W przypadku kotłów kogeneracyjnych na paliwo stałe wielkość η son koryguje się dodatkowo poprzez dodanie sprawności elektrycznej koła pomnożonej przez współczynnik konwersji (CC = 2,5). Sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń dla trybu aktywnego η son obliczana jest analogicznie do emisji dotyczącej sezonowego ogrzewania pomieszczeń, tzn. uwzględnia ona pracę kotła przy obciążeniu znamionowym oraz przy obciążeniu częściowym zgodnie ze wzorem η son = 0,85 η p + 0,15 η n, (2)

8 gdzie: η son sezonowa efektywność energetyczna w trybie aktywnym, %, η p sprawność użytkowa przy obciążeniu częściowym mocą cieplną, %, η n sprawność użytkowa przy znamionowej mocy cieplnej, % [7]. Sezonową efektywność energetyczną ogrzewania pomieszczeń definiuje wzór η s = η son F(1) F(2) + F(3), (3) gdzie: η son sezonowa efektywność energetyczna w trybie aktywnym, %, F(1) strata sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń ze względu na skorygowany udział czynników związanych z regulatorami temperatury (F(1) = 3%), F(2) procentowy udział energii elektrycznej na potrzeby własne, %, F(3) procentowy pozytywny udział sprawności elektrycznej kotłów kogeneracyjnych (sprawność elektryczna koła η el,n pomnożona przez współczynnik konwersji CC = 2,5, F(3) = 2,5 η el,n ) [7]. Może dziwić fakt, że wartości minimalnej sprawności cieplnej wymagane przez Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1189 (tabela 5.) są mniejsze w porównaniu z wartościami zawartymi w normie PN-EN 303-5:2012 (tabela 2.). Wynika to z faktu, że norma PN-EN 303-5:2012 [2] definiuje sprawność w odniesieniu do wartości opałowej paliwa, natomiast w rozumieniu Rozporządzenia Komisji (UE) [7] sprawność to stosunek wytworzonego ciepła użytkowego do całkowitego poboru energii przez kocioł na paliwo stałe, przy czym całkowita ilość pobranej energii jest wyrażana w odniesieniu do ciepła spalania paliwa Obowiązek etykietowania kotłów Od 1 kwietnia 2017 r. kotły na paliwo stałe o znamionowej mocy cieplnej do 70 kw należy opatrzyć etykietą efektywności energetycznej [5]. Przykładową etykietę przedstawiono na rys. 1.

9 Rys. 1. Etykieta efektywności energetycznej kotła na paliwo stałe: I dostawca, II model, III funkcja ogrzewania pomieszczeń, IV klasa efektywności energetycznej, V znamionowa moc cieplna [kw], VI dodatkowa funkcja podgrzewania wody (kotły wielofunkcyjne), VII dodatkowa funkcja wytwarzania energii elektrycznej (kotły kogeneracyjne) [5] Klasy energetyczne przypisywane są na podstawie współczynnika efektywności energetycznej EEI (z ang. Energy Efficiency Index). EEI obliczany jest na podstawie efektywności energetycznej, zgodnie ze wzorem EEI = η son 100 BLF F(1) F(2) F(3) 100, (4) gdzie: η son sezonowa efektywność energetyczna w trybie aktywnym, %, BLF współczynnik dla biomasy na potrzeby etykietowania efektywności energetycznej, wynoszący 1,45 dla kotłów na biomasę, 1 dla kotłów na paliwo kopalne, F(1) strata sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń ze względu na skorygowany udział czynników związanych z regulatorami temperatury (F(1) = 3%), F(2) procentowy udział energii elektrycznej na potrzeby własne, %, F(3) procentowy pozytywny udział sprawności elektrycznej kotłów kogeneracyjnych (sprawność elektryczna koła η el,n pomnożona przez współczynnik konwersji CC = 2,5, F(3) = 2,5 η el,n ) [5].

10 Zestawienie klas energetycznych w zależności od współczynnika EEI zawarto w tabeli 6. Tabela 6. Klasy efektywności energetycznej kotłów na paliwo stałe [5] Klasa efektywności energetycznej Współczynnik efektywności energetycznej (EEI) A+++ EEI 150 A EEI < 150 A+ 98 EEI < 125 A 90 EEI < 98 B 82 EEI < 90 C 75 EEI < 82 D 36 EEI < 75 E 34 EEI < 36 F 30 EEI < 34 G EEI < ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ CERTYFIKUJĄCYCH KOTŁA NA PALIWO STAŁE Analiza wyników badań certyfikujących kotła na paliwo stałe została przeprowadzona na podstawie danych udostępnionych przez krajowego producenta kotłów. Badanie zostało przeprowadzone przez akredytowaną jednostkę badawczą w odniesieniu do wymagań normy PN- EN 303-5:2012. Dodatkowo dokonano niewymaganych przez normę pomiarów emisji NOX oraz emisji pyłów dla mocy minimalnej. Dodatkowe pomiary pozwoliły na odniesienie wyników badań do wymagań dotyczących ekoprojektu. Badano kocioł automatyczny o nominalnej mocy cieplnej 21 kw, przystosowany do spalania biomasy w postaci pelletu 6 8 mm. Podstawowe dane identyfikujące oraz parametry kotła przedstawiono w tabeli 7. W tabeli 8. przedstawiono wybrane wyniki badań cieplnych kotła wraz z ich oceną pod kątem wymagań normy PN-EN 303-5:2012. Tabela 7. Parametry analizowanego kotła Parametr Jednostka Dane techniczne rodzaj kotła - kocioł grzewczy na paliwo stałe z automatycznym zasypem paliwa nominalna moc cieplna kw 21 pojemność wodna dm 3 95 maksymalne ciśnienie robocze bar 1,5 maksymalna temperatura robocza 95 maksymalna temperatura wody 85 minimalna temperatura powrotu 45 paliwo - pellet drzewny 6 8 mm przyłącze elektryczne v, 1~, N, PE, 50 Hz

11 Tabela 8. Wybrane wyniki badań cieplnych analizowanego kotła Wymagania normy PN-EN 303-5:2012 moc nominalna Wyznaczanie sprawności Pomiar emisji spalin moc minimalna Wyznaczanie sprawności Pomiar emisji spalin Parametr Jednostka Wyniki badań Wymagania dla kotła klasy 5 wg PN-EN 303-5:2012 zużycie paliwa kg/h 4,69 - moc paleniska kw 23,64 - średnia temp. wody na zasilaniu 79,79 - średnia temp. wody na powrocie 64,09 - przepływ wody przez kocioł m 3 /h 1,199 - moc cieplna kw 21,84 - sprawność % 92,4 88,4 spełnione CO (10% O 2) mg/m spełnione pył (10% O 2) mg/m spełnione OGC (10% O 2) mg/m 3 6,6 20 spełnione NO X (10% O 2) mg/m zużycie paliwa kg/h 1,2 - moc paleniska kw 6,03 - średnia temp. wody na zasilaniu 75,85 - średnia temp. wody na powrocie 69,16 - przepływ wody przez kocioł m 3 /h 0,675 - moc cieplna kw 5,25 - sprawność % 87,4 - CO (10% O 2) mg/m spełnione pył (10% O 2) mg/m 3 37,8 - OGC (10% O 2) mg/m 3 14,9 20 spełnione NO X (10% O 2) mg/m Badania certyfikujące rozpatrywanego kotła zostały zakończone wynikiem pozytywnym. Spełnia on wymagania klasy 5 w zakresie sprawności cieplnej i emisji zanieczyszczeń w odniesieniu do normy PN-EN 303-5:2012. Jak wspomniano powyżej, dodatkowe pomiary wykonane podczas badania certyfikującego pozwoliły na ich ocenę pod kątem wymagań dotyczących ekoprojektu stawianych przez nowe regulacje Unii Europejskiej dyrektywę 2009/125/WE wraz z rozporządzeniem wykonawczym. Wyniki przeprowadzonej analizy zawarto w tabeli 9. Wszystkie dane zawarte w tabeli pochodzą ze sprawozdania z badań certyfikujących. Wartości obliczeniowe wyznaczono na podstawie wzorów zawartych w punkcie 3.3. oraz 3.4.

12 Dane wejściowe Tabela 9. Analiza wyników badań kotła w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu Wielkości obliczeniowe wyznaczanie sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń Parametr Jednostka Wartość znamionowa moc cieplna P N kw 21 ciepło spalania MJ/kg 19,420 zużycie paliwa dla mocy nominalnej kg/h 4,690 zużycie paliwa dla mocy minimalnej kg/h 1,200 QN 30% QN CO mg/m 3 O 2=10% 80 OGC mg/m 3 O 2=10% 6,6 pył mg/m 3 O 2=10% 32 NO X mg/m 3 O 2=10% 307 CO mg/m 3 O 2=10% 268 OGC mg/m 3 O 2=10% 14,9 pył mg/m 3 O 2=10% 37,8 NO X mg/m 3 O 2=10% 263 współczynnik konwersji CC - 2,5 zapotrzebowanie na energię elektryczną przy mocy maksymalnej kotła zapotrzebowanie na energię elektryczną przy mocy minimalnej kotła kw 0,0683 kw 0,0466 pobór mocy w trybie czuwania kw 0,005 wytworzone ciepło użytkowe przy znamionowej mocy cieplnej wytworzone ciepło użytkowe przy częściowej mocy cieplnej sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń dla trybu aktywnego ƞ son kw 21,84 kw 5,25 % 81,9 F(1) % 3,0 F(2) % 1,8 F(3) % 0 sprawność użytkowa dla Q N - ƞ n % 86 wymagania sprawność użytkowa dla 30% Q N - ƞ p % 81 ekoprojektu sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania pomieszczeń ƞ s % spełnione współczynnik efektywności energetycznej EEI odpowiada klasie A+ CO mg/m 3 O 2=10% spełnione OGC mg/m 3 O 2=10% spełnione pył mg/m 3 O 2=10% spełnione NO X mg/m 3 O 2=10% sezonowa emisja nie spełnione Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że rozpatrywany kocioł spełnia wymagania dotyczące ekoprojektu pod kątem sezonowej efektywności energetycznej ogrzewania pomieszczeń.

13 Wyznaczony współczynnik efektywności energetycznej EEI, pozwala na przypisanie mu klasy energetycznej A+ [5]. Graniczne wartości emisji dotyczące sezonowego ogrzewania pomieszczeń zostały dotrzymane w przypadku następujących zanieczyszczeń: CO, OGC oraz pył. Graniczna wartość emisji dotycząca sezonowego ogrzewania pomieszczeń dla NOX została przekroczona. Kwestia spełnienia standardów emisji NOX jest problemem o szerszej skali i dotyczy wielu urządzeń grzewczych na paliwa stałe. Rozwiązaniem w przypadku tego typu urządzeń może być zastosowanie niskoemisyjnego palnika w połączeniu z innymi pierwotnymi metodami ograniczania emisji NOX. Stosowanie metod wtórnych ograniczania emisji NOX w indywidualnym ogrzewnictwie jest technicznie i ekonomicznie nieuzasadnione. 5. PORÓWNANIE EMISJI Z KOTŁÓW O RÓŻNYM STANDARDZIE Analiza porównawcza kotłów wykonanych w różnym standardzie polegała na oszacowaniu masowej emisji zanieczyszczeń dla trzech hipotetycznych wariantów zasilania w ciepło gospodarstw domowych na przykładzie małego miasta. Jej celem było wyznaczenie spodziewanej redukcji emisji zanieczyszczeń po zastąpieniu urządzeń grzewczych na węgiel kamienny o starej technologii, urządzeniami spełniającymi wymagania emisyjne najnowszych regulacji prawnych. Jako obiekt analizy wybrano miasto położone w południowej Wielkopolsce. Według danych z 1 stycznia 2017 roku miasto liczyło 2100 mieszkańców. W mieście dominuje zabudowa jednorodzinna wolnostojąca z towarzyszącą jej zabudową gospodarczą. Nie funkcjonuje scentralizowany system ciepłowniczy. Zasilanie w ciepło opiera się przede wszystkim na indywidualnym sposobie ogrzewania. Źródłami ciepła w budynkach mieszkalnych są kotłownie wbudowane, gdzie właściciel budynku jest jednocześnie właścicielem kotłowni. Na terenie miasta potrzeby cieplne pokrywane są niemal w całości ze źródeł opartych na paliwie węglowym. Zapotrzebowanie na ciepło w przeliczeniu na jednego mieszkańca kształtuje się na poziomie 30,95 GJ/osobę/rok [4]. Oszacowano i porównano roczną emisję zanieczyszczeń w ujęciu masowym dla trzech hipotetycznych wariantów zasilania budynków na terenie miasta w ciepło. Wariant I referencyjny (porównawczy) zakłada całkowite pokrywanie potrzeb cieplnych miasta w oparciu o paliwo węglowe za pomocą urządzeń grzewczych o przestarzałej technologii, zasilanych ręcznie, o ciągu naturalnym. Biorąc pod uwagę przedstawiony powyżej kontekst infrastrukturalny, jest to wariant najbardziej zbliżony do stanu rzeczywistego.

14 Wariant II zakłada korzystanie z kotłów automatycznych zasilanych węglem typu groszek (retortowych) o przeciętnym czasie użytkowania wynoszącym 5 lat, nominalnie należących do grupy kotłów 3 lub 4 klasy. Uzyskane dla tego wariantu wielkości emisji są większe niż wynikałoby to z przynależności kotłów do ww. klas. W obliczeniach wykorzystano bowiem wskaźniki emisji uzyskane pomiarowo dla kotłów często eksploatowanych w sposób odbiegający od zalecanego. Wariant III polega na zastosowaniu do ogrzewania nowoczesnych kotłów spełniających najnowsze wymagania UE, projektowanych w standardzie ekoprojektu. Roczną masową emisję zanieczyszczeń obliczono ze wzoru E = Q w η 10 6, (5) gdzie: E roczna masowa emisja zanieczyszczeń, t/rok, Q roczne zapotrzebowanie na ciepło dla miasta GJ/rok, w wskaźnik emisji (masa substancji wprowadzanej do otoczenia przypadająca na jednostkową ilość energii pierwotnej paliwa)g/gj, η sprawność urządzenia grzewczego -. Zastosowane do obliczeń wskaźniki emisji pochodzą z Raportu opracowanego przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla [8]. Podstawowym źródłem danych dla autorów Raportu były badania o charakterze energetyczno emisyjnym prowadzone na rzeczywistych obiektach położonych na terenie Polski południowej, pracujących w rzeczywistych warunkach roboczych. Zostały podparte dogłębną analizą danych pomiarowych zawartych w literaturze, wieloletnimi pomiarami oraz pracami badawczymi Instytutu. Wskaźniki emisji odpowiadające Dyrektywie ErP wyznaczono wykorzystując przeciętne dla warunków polskich wartości opałowe poszczególnych paliw. Wyniki analizy zaprezentowano na rys. 2. Porównano emisje następujących zanieczyszczeń: pył zawieszony (PM, z ang. Particular Matter): - TSP (z ang. Total Suspended Particles) całkowity pył zawieszony, - PM10 cząstki o średnicy zastępczej poniżej 10 μm, - PM2,5 cząstki o średnicy zastępczej poniżej 2,5 μm. tlenek węgla (CO), tlenki azotu (NOX).

15 Roczna emisja zanieczyszczeń [t/rok] 1,5 1,3 1,0 7,7 6,9 5,3 4,5 1,8 12,9 17,8 24,4 34,7 44,8 50,3 52, TSP PM10 PM2,5 10*CO NOx Wariant I Wariant II Wariant III Rys. 2. Porównanie rocznej emisji zanieczyszczeń z kotłów wykonanych w różnym standardzie na przykładzie małego miasta Z analizy porównawczej wynika, że kotły spełniające wymogi dotyczące ekoprojektu, pozwalają na znaczne ograniczenie emisji zanieczyszczeń z sektora komunalno-bytowego. Należy przy tym zaznaczyć, że korzystny efekt byłby także odczuwalny po zastosowaniu kotłów spełniających wymagania np. klasy 3 wg normy PN-EN 303-5:2012, przy jednoczesnych mniejszych kosztach inwestycyjnych. Jednym z kluczowych elementów wpływających na sprawność i emisyjność kotła jest technika i organizacja procesu spalania. Poziom emisji z współcześnie stosowanych kotłów mógłby być znacznie niższy pod warunkiem ich właściwej eksploatacji. Przewaga kotłów z automatyzacją procesu spalania nad kotłami tradycyjnymi wynika m.in. z automatyzacji procesu spalania, pozwalającej na wyeliminowanie błędów popełnianych przez użytkowników kotłów. Automatyzacja procesu spalania zapewnia precyzyjny dobór dawki paliwa oraz ilości powietrza do spalania. Dodatkowo, w celu spełnienia restrykcyjnych wymagań, producenci kotłów stosują szereg innych rozwiązań, np.: podział powietrza do spalania na pierwotne i wtórne, deflektory w celu uzyskania lepszej homogenizacji mieszanki paliwowo-powietrznej, elementy w ciągach spalinowych, intensyfikujące stopień wymiany ciepła. Najmniejsza redukcja emisji zanieczyszczeń jest możliwa dla tlenków azotu.

16 6. PODSUMOWANIE Działania legislacyjne w zakresie ograniczania emisji zanieczyszczeń pochodzących z sektora komunalno-bytowego stymulują w Polce zapotrzebowanie na urządzenia grzewcze wysokiej jakości, spełniające określone standardy. Obecni użytkownicy kotłów grzewczych na paliwa stałe, w przyszłości będą zmuszeni rozważyć alternatywne sposoby zasilenia w ciepło budynków, takie jak: paliwa ciekłe i gazowe, odnawialne źródła energii, podłączenie do systemu ciepłowniczego. Chcąc nadal korzystać z najtańszego w eksploatacji sposobu ogrzewania, użytkownik będzie musiał ponieść wyższe niż do tej pory koszty inwestycyjne, związane z zakupem kotła grzewczego wykonanego według najnowszych technologii oraz dostosowaniem do niego instalacji kominowej. Nowe regulacje prawne wymuszają na producentach działających w branży kotlarskiej ciągłe ulepszanie technologii i wprowadzanie zmian w konstrukcji kotłów. Obowiązek przeprowadzania badań certyfikujących kotła przed wprowadzeniem go do obrotu i sprzedaży stanowi dodatkowe obciążenie finansowe przedsiębiorstwa. Analiza weryfikująca możliwość spełniania przez kocioł zakwalifikowany do klasy 5 wymagań dotyczących ekoprojektu wykazała, że najbardziej problematyczną kwestią jest dotrzymanie standardów emisyjnych NOX. Problem ten wymaga od producentów dalszego udoskonalania technologii, przede wszystkim stosowania w swoich urządzeniach grzewczych palników niskoemisyjnych oraz optymalnego prowadzenia procesu spalania. Analiza porównawcza różnych sposobów zasilenia w ciepło na przykładzie małego miasta wykazała, że nowe urządzenia grzewcze na paliwa stałe, spełniające wymagania ekoprojektu, pozwalają na znaczną redukcję emisji zanieczyszczeń. Należy jednak podkreślić, że znaczący korzystny efekt ekologiczny, w porównaniu do kotłów o przestarzałej technologii, dają kotły spełniające wymagania klasy 3 wg normy PN-EN 303-5:2013, przy czym są one tańsze niż wymagane przez prawo kotły klasy 5 lub kotły w standardzie ekoprojektu. Dbanie o dobrą jakość powietrza i walka z niską emisją, jest zagadnieniem bardzo istotnym, jednak oprócz działań prawnych ważna jest także edukacja użytkowników urządzeń grzewczych na paliwa stałe. Podstawowe i proste sposoby, takie jak zastosowanie techniki górnego spalania, czy dbałość o odpowiednią jakość paliwa, na pewno przyniosłoby zauważalne efekty w walce z niską emisją w Polsce.

17 LITERATURA [1] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią [2] PN-EN 303-5:2012 polska norma wprowadzająca normę europejską pt. Kotły grzewcze -- Część 5: Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 300 kw -- Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie [3] Poradnik Czyste ciepło w moim domu z paliw stałych, Ministerstwo Środowiska, Warszawa 2017 [4] Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe Gminy i Miasta Raszków na lata , DASTORE Marcin Domagała Doradztwo energetyczne & Architektura krajobrazu, Ostrów Wielkopolski 2015 [5] Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2015/1187 uzupełniające dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej dla kotłów na paliwo stałe i zestawów zawierających kocioł na paliwo stałe, ogrzewacze dodatkowe, regulatory temperatury i urządzenia słoneczne [6] Rozporządzenie Ministra Rozwoju i Finansów z dnia 1 sierpnia 2017 r. w sprawie wymagań dla kotłów na paliwo stałe [7] Rozporządzenie wykonawcze Komisji Europejskiej 2015/1189 w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla kotłów na paliwa stałe [8] Wskaźniki emisji zanieczyszczeń powietrza emitowanych z indywidualnych źródeł ciepła, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze 2017 [9] Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2015 r., GUS, Warszawa 2017

18 CHANGES IN LEGAL REGULATIONS CONCERNING SUPPLYING HOUSEHOLDS WITH HEAT Key words: solid fuel boilers, class 5 boilers, ecodesign, pollutant emission Summary. In this paper legal requirements for small solid fuel boilers in terms of energy efficiency and pollutant emissions have been reviewed. The results of the certification tests of an exemplary boiler have been presented. The results of the tests have been checked with regard to the EU target standards. The possibilities of pollutant emissions reduction by using modern solid fuel boilers have been evaluated by an example of small town. Agata Orłowska, mgr inż., absolwentka kierunku Energetyka na Wydziale Elektrycznym Politechniki Poznańskiej, od roku akademickiego 2018/2019 asystent w Instytucie Elektroenergetyki macierzystej uczelni. Jednocześnie studentka studiów doktoranckich. Jej naukowe zainteresowania koncentrują się wokół sektora wytwórczego energii elektrycznej i ciepła, w tym energetyki rozproszonej, regulacji prawnych w energetyce oraz aspektów ochrony środowiska. Kontakt: agata.orlowska@put.poznan.pl Krzysztof Sroka, dr inż. Ukończył studia na Wydziale Elektrycznym Politechniki Poznańskiej (1976). Stopień naukowy doktora nauk technicznych uzyskał na swoim macierzystym wydziale (1986). Obecnie pracuje w Instytucie Elektroenergetyki Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej na stanowisku adiunkta. Jego zainteresowania naukowe obejmują: zagadnienia związane z pracą elektrowni w systemie elektroenergetycznym, problematyką obrony i odbudowy zdolności wytwórczych elektrowni oraz elektrociepłowni w stanach awarii katastrofalnych, skojarzonym wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła. Kontakt: krzysztof.sroka@put.poznan.pl