Lämpökattila

Lämpökattila on laite, jolla lämmitetään väliainetta, yleensä vettä, tavallisesti polttoaineen palamisesta vapautuvalla energialla. Lämmintä vettä käytetään rakennusten lämmitykseen, lämpimän käyttöveden lämmitykseen tai erilaisiin teollisuusprosesseihin. Lämpökattila on yleensä osa keskuslämmitysjärjestelmää. Lämpökattiloita käytetään alkaen aivan pienestä muutaman kilowatin lämpötehon tarpeesta aina noin kymmenien megawattien lämpötehoon saakka. 

Mikäli paikallinen lämmön tarve on suuri, yleensä kymmeniä megawatteja, rakennetaan lämmöntuotannon yhteyteen yleensä sähköntuotantolaitteisto, jolloin käytetään höyrykattilaa ja höyryturbiinia. Höyryyn sitoutuneesta energiasta lähinnä lauhdelämpö käytetään lämmitykseen. Muu osa pyritään saamaan sähköksi.

Jaottelu tehon mukaan

 Kiinteistökattilat - Käytetään yksittäisen rakennuksen lämmöntarpeen kattamiseen (tavallisesti alle 1 MW).
 Kaukolämpökattilat - Käytetään alueellisesti keskitettyyn lämmöntuotantoon, joka jaellaan käyttökohteisiin lämmönsiirtoverkoston kautta eli siis kaukolämmön tuotantoon (tavallisesti yli 1 MW).

Omakotitalojen öljy/biokattilat (teho alle 35 kW) jaetaan kahteen ryhmään toimintaperiaatteen mukaan:
 Perinteiset kattilat (poltin lämmittää kattilavettä ja kuuma käyttövesi otetaan kierukalle kattilavedestä)
 Uuden teknologian kattilat (poltin lämmittää suoraan käyttövettä ja epäsuorasti kattilavettä)

Pienkattiloiden lämmön talteenotto
Tulipesän muoto ja lämmön siirtoon käytetty pinta-ala vaikuttavat kattilan hyötysuhteeseen: Mitä suuremmaksi hyötysuhdetta kasvatetaan sitä enemmän tulee käytännön teknisiä ongelmia. Myös eri polttoaineiden polttamisessa on omia rajoitteita. Tyypillinen kattilan hyötysuhde (kattilasta saatu lämpöteho / polttoaineen energiasisältö) on noin 90 %. Häviötä syntyy enimmäkseen savukaasujen mukana ilmaan menevästä lämmöstä, josta huomattavan osan muodostaa vesihöyryn sisältämä latenttilämpö. Savukaasupesureilla voidaan ottaa talteen savukaasujen energiaa, jolloin hyötysuhde voi nousta jopa yli 100 %:n jos polttoaineen lämpöarvona on käytetty alempaa lämpöarvoa (LHV, ).

Konvektio-osat
Kattilan konvektio-osa on tulipesän jatke, jolla lisätään lämmön talteenottoon tarkoitettua pinta-alaa. Konvektio-osan seinämän takana on yleensä vesi, johon lämpöä kerätään. Lämpö siirtyy sitä nopeammin mitä suurempi on lämpötilaero savukaasun ja konvektiopinnan välillä. 

Kuumimmat kaasut kulkevat konvektio-osan keskellä. Näiden vierailua konvektio-osan lämmön talteenottopinnoilla parannetaan turbulenssilevyin. Levyjen on tarkoitus aiheuttaa pyörteilyä. Samalla savukaasut hidastuvat, mikä heikentää vetoa ja hidastaa samalla paloa, jos savukaasujen kulkureitti tulee liian ahtaaksi. Palon hidastuminen johtaa palamisen hyötysuhteen heikkenemiseen. Konvektio-osat eivät siis saa olla liian ahtaat. 

Kattilassa on yleensä pysty- tai vaakatoimiset konvektio-osat. Yhdistelmätkin ovat periaatteessa mahdollisia. Konvektiopintojen materiaalina käytetään usein kestävää Corten-terästä.

Puunpolton palokaasujen kohdatessa konvektio-osan kylmän pinnan muodostuu pinnalle nokea.

Kun konvektion savukaasuja jäähdyttävä vaikutus kasvaa riittävän suureksi syntyy kondenssia. Tämä ei sinällään ole pelkästään huono asia. Myös kondenssiveden lämmönkeräily on menetelmä, jolla päästään polton hyötysuhteessa yli 100 %:n, jos käytetään polttoaineen lämpöarvona alempaa lämpöarvoa. Kondenssivedellä on kuitenkin ruostuttava vaikutus. Öljyn poltosta tulee aina hieman rikkiä, joka yhdistettynä kondenssiveteen muodostaa rikkihappoa. 

Poltosta syntyvät kattilasta poistuvat palokaasut ohjataan yleensä savupiippuun. Pitkä savupiippu lisää vetoa.

Kun poltto ei ole jatkuvaa niin polttojen välinen ilmavirtaus kattilan läpi jäähdyttää kattilaa, mikä ei ole tietenkään hyvä asia. Tätä ehkäistään pitämällä kattilan luukut ilmatiiviinä ja polttimen ilmanotto suljettuna. Osassa kattiloista on konvektio-osan perässä vetopelti, jonka voi sulkea puunpolttojen välillä. Joissakin kattiloissa tämä on automaattisesti sulkeutuva ja avautuva.

Kattilalyhenteet 

Kattiloita nimitetään joskus sen mukaan, mitä aineita niissä on tarkoitettu poltettavan. Suurin osa suomalaisista kotitalouskokoluokan ja lämpökeskusluokan kattiloista on öljykattiloita. Maakaasuverkon laajentuessa myös maakaasun käyttö lisääntyy.

POK = kevyt polttoöljy
POR = raskas polttoöljy
MAKA = maakaasu
KPA = kiinteän polttoaineen kattila

Lähteet 

Energiatekniikka
Polttoaineet
Rakennuksen lämmitysjärjestelmät