Kondenzációs gázkazánok
2005/5. lapszám | VGF&HKL online | 27 301 |
Figylem! Ez a cikk 19 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A kondenzációs gázkazánok elterjedése a 80-as évek elején kezdődött Hollandiában. A fejlődés töretlen volt, a 90-es évek közepén az országban túlsúlyba kerültek a kondenzációs kazánok, és ma már az eladott gázkazánok közel 100%-a kondenzációs kazán. Ez a térhódítás Hollandiából kiindulva terjed Európában. Mára Németországban 50% felett van a kondenzációs kazánok aránya, Ausztriában és Angliában meghaladja a 25%-ot. Nálunk ez az arány jelenleg 1 és 2% között mozog, de a közeljövőben itt is jelentős emelkedéssel számolhatunk.
A kondenzációs gázkazánok ma a fűtéstechnika csúcstermékei. A legjobb hatásfokkal hasznosítják a gáznemű tüzelőanyagban lévő energiát, de ugyanakkor a károsanyag-kibocsátásuk, vagyis a levegőszennyezésük az elérhető minimumot közelíti meg. A kondenzációs kazánokkal a hagyományos jó minőségű kazánokhoz viszonyítva éves szinten legalább 20% energiát lehet megtakarítani, a már régebbi kazánokhoz, illetve konvektorokhoz viszonyítva 30%-ot is.
Az igen jelentős energia-megtakarítás legnagyobb része abból származik, hogy az égésnél keletkező vízgőzt lecsapatjuk, és annak rejtett hőjét visszanyerjük. A rejtett hő az a hőmennyiség, amely a víz elpárologtatásához szükséges. Amikor kondenzálódik a vízgőz, ezt a hőmennyiséget nyerjük vissza. Az égésnél keletkező víz (H2O), és ezen keresztül a lecsapódásnál keletkező hő mennyisége a tüzelőanyagban lévő hidrogén (H) mennyiségétől függ. A tüzelőanyagok közül fajlagosan a legtöbb hidrogén a földgázban található, mivel az döntően metánból (CH4) áll. Jóval kevesebb a tüzelőolajban a hidrogén aránya, és elenyésző a szénben. Ezért elsősorban a földgázüzemű kondenzációs kazánok terjednek. Széntüzelésű kondenzációs kazán nem létezik. Földgáznál a kondenzációs hő +11%.
Ez ad magyarázatot a kondenzációs kazán prospektusokban előforduló 108-109%-os hatásfokra. A hatásfokot még jóval régebben a fűtőértékre vetítve határozták meg, amely a kondenzációs hőt nem tartalmazza. A kondenzációs kazánok megjelenésével egyes országok -látván az anomáliát - áttértek az égéshőre vetített hatásfokra. A legtöbb ország, így Magyarország is megmaradt a régi mellett. Az égéshő fogalma tartalmazza a tüzelőanyagból kinyerhető teljes energiamennyiséget, így az arra való vetítés felelne meg annak az elfogadott elvnek, hogy 100% feletti hatásfok nem létezik. Jelentős energia-megtakarítás származik abból, hogy a kondenzációs kazánnál sokkal alacsonyabb hőmérsékleten (80 °C alatt) távozik a füstgáz, így kisebb a füstgázveszteség és kevesebb energia repül ki a kéményen keresztül a szabadba.
1.ábra
Az 1. ábra a hagyományos és a kondenzációs kazánok hatásfokát szemlélteti a terhelés függvényében. Az ábrából láthatjuk, a kondenzációs kazán nagy előnye, hogy a terhelés csökkenésével nő a hatásfoka. Ezzel szemben a hagyományos kazánoknál a terhelés csökkenésével a hatásfok is csökken. Mivel a kazánok még jó méretezés mellett is az év döntő részében részterheléssel működnek, az éves hatásfoknál jóval nagyobb az eltérés a hagyományoshoz viszonyítva, mint a névleges terhelés melletti hatásfoknál. Tehát az éves hatásfok összehasonlítása ad reális képet, és ez 20% felett van, jóllehet a névleges teljesítménynél való összehasonlítás ennél kisebb különbséget eredményez.
A kondenzációs kazánok annál jobb hatásfokkal működnek, minél alacsonyabb a kazánba visszatérő fűtővíz hőmérséklete és minél magasabb a füstgáz harmatponti hőmérséklete. Harmatponti hőmérséklet alatt indul meg a kondenzáció, a füstgázban lévő vízgőz lecsapódása, a rejtett hő hasznosítása és ezen keresztül a kazán hatásfokának rohamos javulása. A füstgáz harmatponti hőmérséklete a tüzelőanyag összetételétől és a levegőfeleslegtől függően 53-57 °C között mozog. Ha a kazán hőcserélője jó hővezető-képességű alumíniumból készül, 50 °C alatti visszatérő fűtővíz-hőmérsékletnél már megindul a kondenzáció. Annál intenzívebb lesz, minél alacsonyabb ez a vízhőmérséklet. Mivel padló- és falfűtésnél a visszatérő vízhőmérséklet mindig jóval 50 °C alatt van, e fűtési rendszereknél nagyon jó, 108% körüli hatásfokkal számolhatunk.
Téves az a nézet, amely szerint radiátoros fűtésnél nincs kondenzáció, és ezért csak padló-, ill. falfűtésnél érdemes kondenzációs kazánt alkalmazni. Radiátoros fűtésnél is minden esetben van kondenzáció, ha 50 °C alatt van a visszatérő fűtővíz hőmérséklete. Ha a nemzetközi és a magyar előírások szerint is ajánlott 75/65/20 °C-ra méretezik a radiátorokat, csak -5 °C-nál alacsonyabb külső hőmérsékletnél nincs kondenzáció, a többi esetben igenis van.. Ez azt jelenti, hogy a magyar éghajlati viszonyok mellett, a fűtési szezon több mint 90%-ában kondenzációs üzemben működik a kazán. A régebben szokásos 90/70/20 °C-ra méretezett radiátoroknál a fűtési szezon mintegy 60-70%-ában számíthatunk kondenzációs üzemre. Ha figyelembe vesszük a szokásos túlméretezést és az utólagos épület-hőszigeteléseket, ablakcseréket, még ennél is jobb a végeredmény a 90/70/20 °C-ra méretezett radiátoroknál.
Kondenzációs üzem szempontjából a legkedvezőtlenebbek a feltételek a HMV-előállításnál. Itt átlagban 98-100%-os hatásfokkal számolhatunk. Megjegyzem, az utóbbi időben már nagy hőcserélő felülettel rendelkező, ún. kondenzációs indirekt fűtésű tárolókat ajánlanak és forgalmaznak, amelyeknél jelentős kondenzációs hőnyereséget lehet elérni. A kondenzációs kazánok hatásfoka nem kondenzációs üzemben 97-98% körül van. Környezetkímélők, műszaki megoldásukból kiindulva a levegőbe kibocsátott káros komponensek (CO, NOx stb.) mennyisége töredéke a hagyományos gázkazánokénak. A hőcserélőben lecsepegő kondenzátum füstgáz-mosóként funkcionál, kimossa a füstgázban lévő szennyezők java részét, és azok a kondenzvízben feloldva híg savként kerülnek a kazánon és szifonon keresztül a szennyvízhálózatba. A kondenzátum pH-értéke 3,5-5,3 között mozog (2. ábra). Ez megfelel a szódavíznek, híg ecetnek vagy egy savas esőnek. A kondenzátum kis kazánok esetében közvetlenül beengedhető a csatornába. Csak nagyobb kazánok (50 kW teljesítmény felett) írják elő semlegesítő berendezés alkalmazását. A savas kondenzátum tulajdonképpen hasznos. Ugyanis a szennyvíz mindig lúgos, és azt a tisztítóműben semlegesíteni kell. A savas kondenzátum a csatornában elősemlegesítést végez.
2.ábra
A kondenzációs kazán a hagyományoshoz viszonyítva mintegy 20%-kal kevesebb gázt fogyaszt, és ez eleve ennyivel kevesebb levegőszennyező anyagképződéssel jár. A kondenzációs kazánok környezetkímélés szempontjából a legjobb, 5 csillagos fokozatot érik el. Messzemenően eleget tesznek a legszigorúbb európai környezetvédelmi (svájci, hamburgi) előírásoknak. A kondenzációs gázkazánok drágábbak a hagyományosnál az alábbiak miatt.
- Minden füstgázzal érintkező rész drágább saválló anyagból készül.
- Nagyobb felületű hőcserélőre van szükség.
- Általában speciális előkeveréses égőket alkalmaznak, amelyek széles lángszabályozású tartományt (20-100%-ig) adnak állandó levegő tüzelőanyag-arány mellett.
- A keletkező kondenzátumot gyűjteni és elvezetni szükséges.
- Túlnyomással, azaz ventilátorral kell gondoskodni az alacsony hőmérsékletű füstgáz-elvezetésről.
A kondenzációs kazánok legkényesebb pontja a hőcserélő, amelyek az alábbi csoportokra oszthatók:
- mángorolt bordás alumíniumcsöves,
- bordás, illetve tüskés alumínium-szilícium öntvény,
- rozsdamentes acélcső bordázva, illetve tovább alakítva,
- zománcolt acélöntvény.
A legpozitívabb a tapasztalat az öntött alumínium-szilícium hőcserélőkkel kapcsolatban, több mint 20 éve problémamentesen működnek. Égéstermék-elvezetésre a zárt égésterű kazánoknál alkalmazott és bevált megoldásokat alkalmazzák saválló tömítésekkel és saválló, többnyire műanyag csövekkel. A kondenzációs kazánok mindig ventilátoros és úgynevezett zárt égésterű készülékek. Az égéshez szükséges levegőt az épületen kívülről szívják, és zárt rendszerben, tömített csöveken keresztül az épületen kívülre juttatják az égésterméket. A kondenzációs kazánok a helyiség levegőjét nem használják el, és abba égéstermék sem kerülhet, tehát baleseti, egészségügyi szempontból rendszerüknél fogva teljesen biztonságosak.
A kondenzáció kazánok drágábbak, mint a hagyományos kazánok. Ez beruházás szempontjából többlet költséget eredményez. Ez a többletköltség a kondenzációs kazánok jóval kisebb gázfogyasztásából viszonylag rövid idő alatt megtérül. A mai gázárak és az olcsóbb készülékek figyelembe vételével a kondenzációs kazánra fordított többletköltség kéményes kazán esetében 5 év, zárt égésterű kazán esetében pedig 4 éven belül térül meg.
Jeckel János okl. gépész- és villamosmérnök
