Hozzászólás a „gondolatokhoz”
2000/7-8. lapszám | Meszlényi Zoltán | 4349 |
Figylem! Ez a cikk 25 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Érdeklődéssel olvastam Stiebel József kollégánk „Gondolatok a hőszükséglet-számításról” címmel a legutóbbi számban megjelent cikkét. Előre kell bocsátanom: a legnagyobb mértékben egyetértek azzal, hogy erről a témáról beszélni kell.
Egyetértek a szerző azon megállapításával is, hogy sajnálatos módon „a fűtési rendszerek túlnyomó része el van tolva”. (Magam nem ilyen finoman szoktam megfogalmazni.)
Ezeknek a lépten-nyomon tapasztalható eltolásoknak az okait hosszasan lehet sorolni; közöttük a hőveszteség számítás nélkül, hasraütéssel történő „méretezését”, és a hasonló mértékben káros hibás hőszükséglet számítást. Szeretném azonban felhívni a figyelmet arra, hogy a cikkben több olyan „laza” megfogalmazás van, ami nem egészen úgy igaz, ahogyan a cikkben leírtak azt sugallják.
Az egyik ilyen kérdés az, hogy eredményez-e jelentősebb üzemanyag-megtakarítást a fűtési üzem időszakos leállítása, illetve csökkentése, avagy nem? A fűtőanyagok árának növekedése egyre inkább takarékosságra szorítja a felhasználókat, és a gyártók is igyekeznek mindent megtenni berendezéseik takarékos működése érdekében. Nem véletlen, hogy a kazánokkal együtt szállított, vagy külön is beszerezhető szabályozóautomatikák szinte kivétel nélkül tartalmazzák az éjszakai időszak, vagy nappali távollét idejére a fűtési üzem automatikus leállásának vagy csökkentésének lehetőséget. Kétségtelen, hogy a szüneteltetett vagy csökkentett üzemű fűtés mellett az épület, illetve az abban lévő tárgyak lehűlnek, és ezt a lehűlést a fűtés újra indításakor, vagy teljes üzemre kapcsolásakor hőenergiával pótolni kell.
Érdemes megvizsgálni, hogy ez a hőenergia, mely az épület „visszamelegítéséhez” szükséges, több-e,vagy kevesebb annál, amit üzemcsökkentés nélkül fogyasztottunk volna? (A cikkben említett gépkocsi-hasonlatot itt nem célszerű alkalmazni, ugyanis az alapvető paraméterek mások! A közlekedésnél az alapvető paraméter a megtett út – viszont a fűtésnél a fő paraméter az üzemidő. Gépkocsinál, ha megállunk és leállítjuk a motort, nem fogy az út és nem fogy az üzemanyag. Fűtésnél, ha a kazánt leállítjuk, nem fogy az üzemanyag – de múlik az idő.)
Az 1. ábrán egy fűtött épület lehető legnagyobb mértékben leegyszerűsített modelljét látjuk: van valamilyen fűtött tömeg (épületszerkezet, belső tárgyak), van egy ezt körülvevő hőszigetelés (ami lehet maga az épületszerkezet) és van a hőleadó.
Kiindulási állapotul válasszunk egy tartós, egyenletes hőmérsékletet és egy állandósult belső hőmérsékletet, azaz egy fűtéstechnikai stacioner állapotot. A 2. ábrán az üzemállapotot követjük nyomon: az idő függvényében a felső diagram folytonos vonala a bevitt QBE hőteljesítményt és szaggatott vonallal a helyiség (vagy épület) QV hőveszteségét követi. Az alsó diagram ezzel párhuzamosan a fűtött helyiség TH hőmérsékletének változását mutatja, és feltüntettük a külső TK hőmérséklet vonalát is, ami vizsgálatunk során állandó. Az első időszakban (példánk szerint 12 órában) a bevitt hőteljesítmény állandó: QBE = const. Mivel a külső hőmérséklet sem változik, a helyiség hőmérséklete állandó marad.
Az időszak alatt bevitt összes hőenergia Q = n * QBE = 12 * QBE (óra * kW = kWóra) és ez megegyezik a helyiség hőveszteségével, esetünkben 12 órás fűtésének hőigényével is. Mi történik, ha a 12 órás időszak végén leállítjuk a fűtést, azaz a helyiségbe bevitt hő a továbbiakban QBE = 0 ? A helyiség hővesztesége nem szűnik meg, hanem hőmérséklete csökkenni kezd; a fűtött tömeg saját hőtartalma rovására fedezi hőveszteségét. Ez a hőmérséklet csökkenés kezdetben gyors, majd ellaposodó – a helyiség-hőmérséklet lassan közelíti a külső hőmérséklet értékét. Ha a hőátbocsátás Q = F * k * ( ) T alapegyenletére gondolunk: az F felület a folyamat során nem változik, a k hőátbocsátási tényező is gyakorlatilag állandó, viszont a TH helyiséghőmérséklet csökkenésével csökken a T és ezzel időben csökkenő tendenciájú a lehűlés folyamata és természetesen az energiaveszteség is. Ha a második 12 óra (üzemszünet időszaka) energiaveszteségére vagyunk kíváncsiak, akkor ezeket az óráról órára csökkenő hőveszteség- értékeket kell összegeznünk. (Főiskolát végzettek számára: a pillanatnyi hőveszteség idő szerinti integrálját képezni.) A két, egymás utáni időszak energiaveszteségét összevetve, szemmel is látható, hogy a második – üzemszüneti – időszak vesztesége lényegesen alacsonyabb. Ha azt nézzük, hogy mi lett volna, ha ebben az időszakban is fűtűnk, akkor az első időszak energiaveszteségével azonos energiát kellet volna a második időszakban is pótolni – ezzel szemben a második időszakban nem vittünk be energiát.
A nyereség természetesen nem ennyi, hanem ennél kevesebb. A második időszak végén, a fűtés újraindulásakor pótolni kell az üzemszünet alatt elveszett hőenergiát is, amit a második időszak szaggatott görbe alatti területe jelképez. Az üzemszüneti időszakban megtakarítható energia: a teljes üzem energiaigényéből levonva az üzemszünet alatti hőveszteséget, azaz a szaggatott görbe feletti sraffozott terület által jelképezett energia- mennyiség.
A jelenség minden esetben hasonlóan játszódik le, tehát az üzemcsökkentés vagy üzemszünet minden esetben energiamegtakarítással jár. Más kérdés, hogy a helyiség üzemszüneti energiaveszteségét, ezzel a lehűlés sebességét, végső soron az üzemszünetet követő újraindulás (ismételt felfűtés) során pótlandó energia mennyiségét a helyiség hőtechnikai tulajdonságai (alapvetően hőszigetelés és beépített tömeg) döntően befolyásolják. Gyors a lehűlés egy kis tömegű, gyengén hőszigetelt épületben. Kevésbé gyors egy ugyancsak kis tömegű, de jobban hőszigetelt épületben, viszont lassú lehűlésre számíthatunk egy jól hőszigetelt, nagy beépített tömegű épület esetében. A fűtés leállítása után várható helyiség-hőmérséklet-csökkenés időbeni lefolyása (3. ábra) mindhárom esetben más.
A helyiség-hőmérséklet csökkenése a hőveszteség függvénye. Ezért az energiaveszteség görbéje és a lehűlés görbéje hasonlóan alakul: kis hőtehetetlenségű, rosszul hőszigetelt épületben a helyiség-hőmérséklet- és a hőveszteség-értéke is időben gyorsan csökken. Azokban az esetekben amikor a lehűlés gyors, tehát kis hőtehetetlenségű, rosszul szigetelt épületben a görbe alatti terület – felfűtéskor visszapótlandó hő – viszonylag kicsi. A lehűlés gyorsan eléri azt az állapotot, amelynél a belső hőmérséklet a külsőt közelíti, ezáltal további számottevő energiaveszteség nincs. Ezekben az esetekben a megtakarított energiát jelképező görbe feletti terület nagyobb, így már rövid üzemszünet esetén is számottevő energiamegtakarítás érhető el. A nagyobb hőtehetetlenségű, jó hőszigetelésű épületeknél a lehűlés lassú, a helyiség energiavesztesége időben csak lassan csökken, a megtakarított energiát jelképező görbe feletti terület csak hosszabb üzemszünetnél válik jelentőssé.
Hangsúlyozni kell, hogy az üzemszünet beiktatásával energiamegtakarítás mindig van, mert a lehűlés miatt az épületszerkezetben tárolt hőenergia elveszített része mindig kisebb, mint azonos időszakban, folyamatos fűtéssel ráfordítandó hőenergia. Mint fent láttuk, a fűtés újra indításánál csak az elveszett energiát kell pótolni. Természetesen ahhoz, hogy a szükséges időben már megfelelő helyiség-hőmérséklet álljon rendelkezésre, a fűtést már előbb el kell indítani. Annál gyorsabb a felfűtés, illetve annál rövidebb előfűtés szükséges, minél nagyobb a rendelkezésre álló hőtermelő kapacitás, és minél kisebb az üzemszünet alatt elveszített energiamennyiség.
Mivel a fűtőberendezések a fűtési szezon legnagyobb részében fél teljesítmény alatti kihasználtsággal működnek, az üzemszünet utáni, gyors felfűtést biztosító többlet kazánkapacitás az év legnagyobb részében rendelkezésre áll! Ezt a hatást erősíti, hogy a fűtési szezon legnagyobb részében a külső hőmérséklet is magasabb a méretezésnél figyelembe vett értéknél, így az üzemszünet alatt veszített hő sem nagy mértékű. A 4. ábra a hőmérséklet alakulását tartalmazza a felfűtés során ideális szabályozás mellett abban az esetben, amikor a külső hőmérséklet a méretezési állapot közelében van, valamint abban az esetben, ha a külső hőmérséklet magasabb a méretezésinél. Az ábra alapján egyértelmű, hogy az üzemszünet utáni újra indulásnál szükséges előfűtési idő függ a mindenkori külső hőmérséklettől is. Egyes gyártók által ajánlott „öntanuló” fűtésszabályozó automatikák a fűtés működését figyelve, az üzemszünet után szükséges előfűtési időt a külső és belső hőmérséklet alakulásának függvényében önmaguk is meghatározzák.
Végezetül: kétségtelen, hogy a méretezésihez közeli külső hőmérsékletnél hosszabb üzemszünet után is gyors felfűtést lehetővé tevő túlméretezett kazán beépítése az energia felhasználás szempontjából káros. Ez a káros hatás azonban nem a felfűtéskor, hanem a kazán éves viszonylatban előálló alacsonyabb kiterheltsége miatt jelentkezik.
