Kazán a háztetőn, avagy a napkollektor, mint hőtermelő berendezés IV.
2000/12. lapszám | VGF&HKL online | 7695 |
Figylem! Ez a cikk 26 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az egyszerű fűtésrendszerektől a házi hőközpontokon át a napkollektoros házi energiatermelő rendszerekig. Hagyományos fűtésrendszerek. Vizsgáljuk meg először egy kétpont szabályzású radiátoros fűtésrendszer működését. A kazán – a kor elvárásainak megfelelően– hosszú élettartamú, ezért öntöttvas hőcserélővel rendelkező gázkazán, jó magyar szokás szerint 20–50%-kal túlméretezve.
Napkollektorok alkalmazása Magyarországon fűtési rendszerekben
Az egyszerű fűtésrendszerektől a házi hőközpontokon át a napkollektoros házi energiatermelő rendszerekig
Hagyományos fűtésrendszerek
Vizsgáljuk meg először egy kétpont szabályzású radiátoros fűtésrendszer működését. A kazán – a kor elvárásainak megfelelően– hosszú élettartamú, ezért öntöttvas hőcserélővel rendelkező gázkazán, jó magyar szokás szerint 20–50%-kal túlméretezve. A fűtés vezérlését szobatermosztát végzi, biztosítva a helyiség állandó hőmérsékletét (típustól függően – 0,5 –0,3 ?C-os pontossággal). Ehhez azonban a termosztát igen sűrűn ad parancsot a kazán ki- és bekapcsolására.
Kövessünk végig egy ilyen periódust: A szoba levegője hűlni kezd, parancs: kazánüzem. A főégő begyullad. (A kazán azonban azonnal nem ad meleget, hiszen a saját automatikája a keringtetőszivattyút csak a kazántest felmelegedése után engedi üzemelni.) A kazán elérte a minimális üzemelési hőmérsékletet, a keringtetőszivattyú bekapcsol. A kazánhőmérséklet tovább emelkedik, eléri az üzemi hőfokot, ahol optimális a kazán hatásfoka. (A gyártó katalógusában az itt mért érték található.) Eközben a szoba hőmérséklete emelkedni kezd, a szobatermosztát leállítja a kazánüzemet. A túlfűtés elkerülése érdekében a keringtetőszivattyú némi utóforgatás után leáll. A következő periódusig a kazán a fűtésre amúgy jól méretezett öntöttvas hőcserélőjén keresztül a kémény felé lehűl, majd megismétlődik a periódus.
Minél sűrűbben követik egymást a kiés bekapcsolások, annál több energiával fűtjük környezetünket. A periódusok számát növeli a túlméretezett kazán, hiszen rövidebb üzemidő alatt pótolja a szoba hőveszteségét. Átmeneti időszakban azonban elkerülhetetlen a sűrű ki- és bekapcsolás hiszen egy jól méretezett kazán is cca. dupla vagy tripla hőteljesítményű, mint az ilyenkor fellépő igény. Méréseink szerint egy átlagos magyar családi házban a periódusok száma óránként 10–30(!) db, A jó hatásfokú (85–92%) kazán eredő hatásfoka nem lesz több
60 – 70%–nál (!). A hatásfokromlás így elsősorban az átmeneti időszakban jelentkezik.
Közérthetőbben a jelenséget az autózásból vett hasonlattal illusztrálhatnám. Az ilyenfajta fűtőberendezések működése hasonlatos a nagyvárosi forgalomban közlekedő járművekéhez. Piros lámpánál várakozó autó alapjáraton járó motorral: gyújtóláng. Sárga: gázfröccs, egyes sebesség; a főégő ég. Zöld: gyorsítás, kettes, hármas fokozat; szivattyúüzem, a kazán üzemi hőfokra melegszik. Ismét piros a lámpa: mielőtt negyedik fokozatba kapcsolhatnánk, fékezni kell, avagy a nehezen megszerzett mozgási energiát számunkra haszontalan hőenergiává kell átalakítanunk; az éppen üzemi hőfokra melegedett kazán a kéményen keresztül kihűl.
Korszerű puffertartályos fűtésrendszer
Hogyan építhetnénk mégis jó összhatásfokú berendezést a fent említett elemekből? Mivel a kazánteljesítmény fix, a hőigény változó, célszerű szabályozni a fűtőteljesítményt. Erre számtalan módszert dolgoztak már ki (folyamatláng-szabályzás, vízhőmérséklet-szabályzás kétpont-gázláng szabályzással stb.), de az igazság az, hogy a gázkazánok a legjobb formájukat 85–90% leterheltségnél, és órákig tartó folyamatos üzemelés közben hozzák. Eme feladat megoldásához mindenképpen egy puffertartályt kell a rendszerbe integrálnunk: a tartályban lévő fűtővíz nagy hőkapacitásánál fogva akkumulálja a kazán nagyobb hőteljesítményét, és átütemezi a változó hőfelhasználáshoz.
A jól ismert szobatermosztát immáron nem a kazánt vezérli, hanem kizárólag a hőelvételezést: a fűtésköri keringtetőszivattyút indítja, illetve leállítja a hőigény függvényében. A fűtőtestek előtt termosztatikus háromjáratú szelep stabilizálja a fűtővíz hőmérsékletét. Opcióként ennek helyére építendő be a külső hőmérséklet érzékeny előremenő víz hőmérséklet-szabályzás motoros keverőszelepe.
A kazán működésére a hőigény csak közvetve hat a puffertartályon keresztül. Amennyiben a tartályban nincs elegendő energia a fűtéshez, az energiatermelés megkezdődik, és a puffer méretétől, illetve a kazán típusától függően annyi ideig tart, hogy a kazán, felmelegedve az üzemi hőmérsékletre, valóban órákon keresztül optimális hatásfokkal üzemelhessen. Helyes méretezéssel elérhető, hogy (átmeneti időben) a periódusok száma lecsökkenhet napi egy-két begyújtásra. Az így felépített rendszer összhatásfoka valóban megközelítheti a kazángyártó által szavatolt értéket (85 – 92%)
Lássuk, milyen plusz beruházásigénye van egy ilyen rendszernek:
- Megfelelő hőszigeteléssel rendelkező puffertartály.
- Megnövelt méretű tágulási tartály.
- Fűtésköri keringtetőszivattyú egység keverőszeleppel.
- Kazánvédő termosztatikus szelep, kazánkondenzáció ellen (alacsony hőmérsékletű kazánoknál elmaradhat).
- Kazánvezérlő elektronika (kazántípustól függő bonyolultságú, egyes típusoknál már beépített).
Összességében azt mondhatjuk, hogy az így felépített berendezés éves szinten 15–20% megtakarítást hozhat gazdájának, vagy maradva az autós hasonlatnál: a kazán végre négyesbe kapcsolhat.
Házi hőközpontok
Eddig felépített rendszerünk – némi plusz beruházással – korszerű házi hőközponttá fejleszthető, ahol megnyugvással bízhatjuk magunkat a puffertartály energiatartalmára.
Azonnal adódik a lehetőség, hogy a használati meleg vizünket is a fent említett stabil hőenergia-forrásra bízzuk.
Lássuk ennek előnyeit:
- Drágább villamos energia kiváltása (villanybojler esetén).
- Fűtés folyamatos marad nagyobb mennyiségű melegvíz-készítés esetén is (gázkazánnál általában a melegvíz-készítés ideje alatt tiltva van a fűtés).
- Amennyiben a pufferünk máshonnan is kap energiát, könnyű rendszerintegráció.
A meleg víz készítésének alapvetően két módja terjedt el: megfelelő kapacitású bojlerbe hőcserélő segítségével töltjük át az energiát, illetve átfolyós rendszerű, szabályozott üzemű bojler nélküli rendszer.
A második módszer mindenképpen korszerűbb:
- mivel a meleg víz csak a felhasználás pillanatában melegszik fel, nincs esélye a baktériumok elszaporodásának: ún. higiénikus melegvíz-készítés;
- szabályozott üzem miatt forrázásvédő szelep nem szükséges;
- vízkőlerakódástól védett;
- puffertartály teljes energiatartalmával megegyező mennyiségű meleg víz nyerhető;
- a berendezés rendkívül kicsi, akár a felhasználás helyén is beépíthető, így nincs szükség keringtetővezetékre.
Ily módon felépített rendszerhez egyéb hőfejlesztő berendezéseket is egyszerűen kapcsolhatunk, mint például:
- vízköpenyes kandalló,
- vízköpenyes cserépkályha,
- kiegészítő vegyes tüzelésű kazán;
- környezetkímélő faelgázosító kazán;
- hőszivattyú;
- napkollektor.
Ezek a berendezések hangulati elemként vagy háztartási hulladék elégetésével, vagy megújuló energiaforrások igénybevételével kettős hasznot hajtanak: védik környezetünket és energiát takarítanak meg. Nem szabad megfeledkeznünk a rendszer járulékos hasznáról sem: a környezetbarát fatüzelés, társítva a puffertartállyal kínált kényelemmel, feleslegessé teheti a fosszilis energiahordozók környezetpusztító eltüzelését.
Napkollektoros kombinált fűtési rendszer
Az így felépített rendszerünk egyik energiatermelő tagja a NAPKOLLEKTOR, természetesen az őt kiszolgáló hidraulikus és elektronikus vezérlőrendszerrel együtt. A NAP által termelt energia automatikusan arra a felhasználási helyre kerül, ahol a külső körülmények figyelembevételével a legjobban tud hasznosulni.
Magyarországon az 1 m²-re eső besugárzott energiamennyiség elérheti az 1300 kWh-t. Ily módón felépített rendszerben a napkollektoraink – teljes kihasználtság mellett – a besugárzott energiamennyiség 35–60%-át, azaz 450–780 kWh-t (!) képesek évente és négyzetméterenként begyűjteni, vagy másképp fogalmazva, egyetlen négyzetméter kollektor évente cca. 50–100 m³ gáz elégetését teszi feleslegessé!
A napenergia részvétele a teljes éves energiaháztartásból mindenképpen arányos a felszerelt kollektorok felületével: nagyobb felület több összegyűjtött energiát ér. Az arány azonban nem lineáris, hiszen nyáron a túl sok kihasználatlan kollektor rontja az eredményt. Ezért álljon itt néhány tapasztalati szám egy optimális rendszer tervezéséhez:
Kollektor felület (m2) = Épület hővesztesége (számított: –15 oC) (kW) x X. Padló vagy falfűtés esetén X=2, alacsonyhőmérsékletű radiátoros fűtés esetén X=3.
Puffertérfogat (l) = Kollektorfelület (m2) x Y. Y=50–100.
Hőleadók méretezése:
- Padlófűtés: 40–80 W/m2 maximális előremenő 38 °C
- Falfűtés: 80–150 W/m2 előremenő 42 °C.
- Radiátoros fűtés: 45/30 ?C előre/ visszatérő, ha nem lehetséges, max. 70/50 ?C + külső hőmérséklet érzékeny szabályzás.
Ezen „ökölszabályok” betartásával biztosak lehetünk abban, hogy az éves energiaigényünk 50–55%-át a nap biztosítja. Átmeneti időben minimális segédenergiával fűthetünk, télen minden napsütéses napon jelentős segítséget kapunk, nyáron pedig annyi energiát termel a rendszer, hogy inkább az okos felhasználáson törhetjük a fejünket (HMW, mosógép, medence, abszorpciós klíma).
Hangay Gábor
