Fatüzelésű kályhák és tűzhelyek
2007/11. lapszám | Szalai János | 11 271 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A fa az emberiség által legrégebben használt energiaforrás, mellyel évez-redeken át megoldhatónak bizonyult a fűtés és főzés feladata. Jelentősége napjainkban is megmaradt, sőt, az egyéb megújuló „zöld” energiaforrá- sokkal (nap- és szélenergia, vízi energia) együtt folyamatosan növekszik.
Az iparban és a háztartásokban használt fosszilis tüzelőanyagok 50-100 éven belül elfogynak, és felhasználásukkal folyamatosan szennyezzük a légkört, ami környezetváltozáshoz, felmelegedéshez vezet, a CO2 és egyéb üvegházhatású gázok légkörben történő mennyiségi növekedése miatt. Ezt a tendenciát mutatja az 1. ábra.
A fa és faalapú (pellet, brikett, forgács stb.) tüzelőanyagokkal történő energia-előállítás (fűtés, főzés) előnyei: megújuló energiaforrás, CO2-semleges, környezetbarát, kedvező költségek. Megfelelő erdőgazdálkodás mellett a fa folyamatosan termelődik, pótolható a felhasznált mennyiség. Ezért megújuló energiaforrás. Ezt mutatja a 2. ábra.
A fák növekedés közben szén-dioxidot vesznek fel a környezetből, és oxigént adnak le. A fa eltüzelésekor ugyanannyi szén-dioxid keletkezik, mintha a fa elkorhadna, a leadott CO2 nem több, mint a felvett. A folyamat tehát összességében nem eredményez többlet CO2-t. 1 kg fa elégetésekor 4,3 kW energia szabadul fel légszáraz fa esetén. A nedvességtartalom növekedése jelentősen csökkenti a fa fűtőértékét, amit a 3. ábra mutat. A különböző tüzelőanyagokkal történő fűtés gazdaságosságát mutatja az 1. táblázat. Látható, hogy a leggazdaságosabb energiaforrás – az alacsonyabb hatásfok ellenére – a fa.
A jelenleg használatos egyedi fűtőberendezések elődei az ősember által, szabad téren rakott tüzekből alakultak ki. A tüzet először bevitték a barlangokba, ahol tűzrakó helyet alakítottak ki, majd később biztosították ezek szellőzését. Ennek nyomait megtaláljuk a felfedezett őskori leletekben. A történeti fejlődés során a tűz beköltözött a házak falai közé, és kialakultak az első nyílt lángterű fűtőhelyek, melyek télen csak közvetlen közelben biztosítottak meleget, a rossz hatásfok miatt. Az első igazi kályhák (kandallók) a főúri kastélyokban, a középkorban meg-jelenő nyitott, majd zárt tűzterű kandallók és cserépkályhák voltak, melyek különböző módosításokkal a jelen korban is megtalálhatók.
A XV. században megjelenő öntöttvas táblaöntéssel kezdődött a vaskályhák elterjedése. Ezek az öntöttvas lapok falba beépítve sugározták a meleget a lakóhelyiség felé. Az első vaskályhákat, mely típust egészen a XX. század végéig gyártottak, ezekből a vaslapokból állították össze. A vasöntödék fejlődésével különböző formájú, jelenetekkel gazdagított egy- és kétaknás kályhákat készítettek, hengeres, huzam-, külső tüzelésű, főzőfülkés, fürdő- és tűz- helykályha formájában, elsősorban fa-, majd széntüzelésre. A kályhák már rostéllyal, füstjárattal rendelkeztek, kezdetben bélelés nélkül, később agyag-, majd samottfalazattal.
A cserépkályhák és zárt tűzterű kandallók rostélya, tüzelőajtaja és parázsfogója is öntöttvasból készült a későbbiekben. A cserép- és csempés kályhák külső burkolata kályhacsempéből készült, belsejük samott, agyag, sok füstjárattal, jó hőtároló képességgel. Ezek a kályhák a nagy hőtároló képességük miatt sokáig tartották a meleget (bár felfűtésük lassú volt), szemben az öntvénykályhákkal, melyek a befűtés után gyorsan ontották a meleget, de a faadagolás megszűnése után gyorsan kihűltek.
A csempés, illetve öntöttvas kályhákból kialakított főzőhelyekből (sparherd), illetve kemencékből alakult ki a mai tűzhely, a fűtés és főzés funkciójának kombinációjával. Az acélgyártás, a felületkezelés fejlődésével, az iparszerű termelés beindulása után, a XIX. században nagy tűzhely- és kályhagyártó üzemek létesültek, melyek az öntvénykonstrukciók mellett lemezburkolatú, illetve részben lemezalkatrészekből készített tűzhelyek és kályhák gyártását kezdték meg (pl. Salgótarjáni Vasöntöde és Tűzhelygyár, Füleki Vasöntöde, Wamsler, Haas und Sohn stb.). Ezek az álló készülékek felépítésükben már hasonlítanak a napjainkban használtakhoz. Lemez tűztér, öntvénnyel vagy samottal bélelve, lemez sütő, melyet a füstgá- zok melegítenek fel, öntvényrostély és -ajtók, valamint füstcsonk. Egy mai tűzhely- és kályhametszetet mutat a 4. és 5. ábra.
A hatékony fatüzelés feltétele
- Nagy tűztér, hosszú füstgáz tartózkodási idő,
- nagy levegőigény, kb. 8 m³/kg,
- jó turbulencia a tűztérben,
- a fa gyulladási hőmérséklete 200-400 °C,
- minimum 800 °C-os gáz-levegő keverék-gyulladási hőmérséklet,
- primer és szekunder levegő-hozzávezetés, és ezek megfelelő aránya.
A fa fő alkotói: 40-50% C, 4,5% H2O és 35% O2, 0,5-1% hamu. 1 kg fa elégetésénél kb. 9,4 m³ hideg füstgáz keletkezik. Ezt kell megfelelő sebességgel elvezetni. Figyelembe véve a kályha teljesítményéből adódó tüzelőanyag-felhasználást, kb. 1,2 m/sec áramlási sebességgel számolható a tűztér minimális keresztmetszete. A mai fatüzelésű kályháknak és tűzhelyeknek az alábbi feltételeknek kell megfelelniük:
- termékkel szemben támasztott magasabb műszaki követelmények,
- gazdaságosság, versenyképesség,
- szigorúbb környezetvédelmi előírások,
- nagyobb biztonság,
- kényelem,
- esztétikus kivitel (design).
A tűzhely- és kályhaszabványok folyamatosan szigorodnak, elsősorban az emisszió és a hatásfok tekintetében. A kályhákra az EN13280, a tűzhelyekre az EN12815 előírásai vonatkoznak, melyek mellett minden országban érvényes az adott állam saját kibocsátási szabályzata. Így pl. Németországban még külön tartományi, illetve nagyvárosokra vonatkozó szabályzás is van, amelyek szerint van, ahol pl. csak DIN PLUS-os előírást teljesítő (0,12% CO2) készülék értékesíthető. A készülék gazdaságosságát elsősorban a tűztér hatásfokának javításával, az LAS-rendszer alkalmazásával, vagy pl. az átfűtés megoldásával lehet javítani.
Egy magas hatásfokú tűztér konstrukcióját mutatja a 6. ábra. A szabadalmaztatott szisztéma lényege, hogy egy lángterelő lap koncentrálja a láng megvezetését és a szekunder levegő hozzávezetését, ideális égést biztosítva ezzel. Tűzhelyeknél új megoldás egy plusz füstgázcsatlakozás direkt a tűzhely tűzteréhez, és a másik helyiségben egy csatlakozó fűtőegység, például egy cserépkályha fűtése a tűzhely füstgázával. A tűzhely ezáltal jobb hatásfokkal kihasználható. Az átfűtés elvi megoldását a 8. ábra mutatja. Az LAS-rendszer lényege, hogy külső levegőről történő csatlakozás esetén a tűzhely vagy kályha ráköthető a kéményen keresztül bevezetett előmelegített levegőre, növelve ezáltal a fűtés hatékonyságát. Hatásfokot javít az a rend-szer, melynél egy speciális kerámiakötésű hőtároló masszából készült anyag alkalmazásával kialakított elemekből hőtároló egységeket építenek be. Így a kályha háromszor hosszabb ideig melegít, alacsonyabb emissziót biztosít, a fűtési költséget a ⅔-ára csökkenti. Egy ilyen készüléket mutat a 7. ábra.
A levegőtisztaság szempontjából igen fontos a CO-kibocsátás. Az előírások szigorodását mutatja a DIN és DIN PLUS előírások közötti különbség. A DIN 70% hatásfokot és 0,4% CO-kibocsátást, a DIN PLUS 75% hatásfokot és 0,12% maximális CO-kibocsátást enged meg. A jövőben külön figyelmet kell fordítani az úgy nevezett finom porra (PM10), ami a portartalom 10 mikron alatti részét jelenti. Németországi vizsgálatok igazolták, hogy a teljes finompor-kibocsátás mintegy 13%-a a háztartások kis fatüzelésű készülékeiből származik. A finom por mennyisége cserépkályhánál 111, kályháknál 71, míg például olajtüzelés esetén csak 1,7 kg/TJ. A kibocsátott finom por mennyisége megegyezik a városi forgalomban, gépjárművek által kibocsátott finom por menynyiségével. A jövőben ezt jelentősen csökkenteni kell, 2008-tól 100 mg/m3, 2015-től 20 mg/m3 értékre.
A CO-tartalom azért fontos, mert a finom por nagy része karbon, így a CO-csökkentés azt is mérsékli. Megoldást jelenthet a tűztérfejlesztések mellett a keletkező por leválasztása, illetve katalizátor alkalmazása a karbon elégetésére. Új irány a külső levegő-bevezetésű tűztér alkalmazása. Ez azért fontos, mert az épületek szigetelésének javításával a készülékek elfogyaszthatják a fűtött helyiség levegőjét, illetve problémát okozhat az adott térben esetleg még működő gázkészülék is. Szintén a biztonságot szolgálja az úgynevezett toldaléktűzhely, amely olyan szilárd tüzelésű készülék, melyet a gáz- vagy elektromos tűzhely mellé építenek be, azzal a céllal, hogy gáz- vagy áram kimaradás esetén biztosítva legyen a fűtés, illetve főzés lehetősége.
A kényelmet szolgálja a tűzhelyek, illetve kályhák automata teljesítményszabályzása, melynél a szabályzó a füstgáz hőmérsékletének függvényében, előre beállított módon szabályozza a beáramló levegő mennyiségének szabályzásával a kályha, illetve tűzhely teljesítményét. Elterjedtek a központi fűtéses tűz- helyek (tűzhelykazánok), melyek 10 és 25 kW közötti teljesítménytartományban, 70-80%-os vízoldali teljesítménnyel működnek, ráköthetők a lakás melegvíz-ellátására, illetve központi fűtőrendszerére, ugyanakkor sütő/főző funkciót is ellátnak. Teljesítményük egy részét, a tűzhelyekhez hasonlóan, sugárzással adják le. Megjelentek a kombinált készülékek, fa- és pellettüzelés kombinációjára. Egy pelletmodul beépítésével a tűzhely pellet- és fatüzelés kombinációjával működtethető, ami lehetővé teszi az automata, felügyelet nélküli üzemmódot, a távkapcsolós működtetést, pl. abban az esetben, ha a felhasználó nem tartózkodik otthon. Amennyiben a lakó otthon van, a készülék az olcsóbb fa- fűtéssel is üzemeltethető. A pellet- és fatüzelés kombinációja megjelent a kandallóknál és kályháknál is.
A tűzhelyek és kályhák külső kialakítása is jelentősen változott, formatervezett készülékek jelentek meg. Mindenütt jellemző az ablakos tűztér, amely a tűz látványát viszi a lakásba, a tűzhelyek főzőlapjai részben acéllemezből, részben ceránból készülnek az elektromos tűzhelyekhez hasonlóan, a sütő saválló, a gáz- és elektromos tűzhelyekhez hasonlóan szabályozható. Divat a nosztalgiakivitel és az egyedi felszereltség.
