Egyszerű fűtési veszteségfeltáró módszer
2009/12. lapszám | VGF&HKL online | 10 379 |
Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A fűtési költség egy átlagos család esetében a lakás energiaköltségeinek kétharmada. Alig van olyan család, ahol ne mutatnának érdeklődést a fűtési költség csökkentése iránt; ez lehetőség a szakma számára. Ahhoz, hogy az érdeklődőkből megrendelők legyenek, meggyőző érvelésre van szükség. Be kell mutatni, hogy egy adott fűtési rendszer elfogadható bekerülési költséggel energiatakarékossá tehető.
Energiaveszteség = többletköltség
A melegvízfűtés költsége több tételből tevődik össze, energetikai szempontból a tüzelőanyag- és a villamos energiaköltség mérséklését érdemes célul kitűzni. A melegvízfűtés, mint minden műszaki berendezés, csak veszteségekkel működtethető. A költségcsökkentés a veszteségcsökkentés útján érhető el.
Bár a veszteségek oka sokféle lehet, lényegében csak két csoportot különböztetünk meg. Veszteség az a hő, ami a fűtött terekből a környezetbe távozik. Veszteség az a villamos energia, amit a fűtés működtetéséhez elengedhetetlenül szükségesen túl elfogyasztunk.
Műszaki állapot
A környezetbe távozó hő a lehűlő határoló felületeken (fal, nyílászáró stb.), az égéstermékkel és a szellőző levegővel távozó hőből adódik össze. Kétségtelen, hogy a szellőzés is összefügg a fűtési rendszerrel. A nagyobb sugárzó aránnyal működő felületfűtés (pl. padlófűtés) elvileg kisebb levegőhőmérséklettel is komfortos. Ezért a szellőzés miatt keletkező veszteség kisebb. Ez a kérdés mégis inkább nem a fűtés-, hanem a szellőzéstechnika témája. A határoló felületeken át távozó hő sok egyéb mellett a belső hőmérséklet függvénye. A szükségtelen belső hőmérséklet, azaz a túlfűtés veszteségforrás. Minél jobban megközelíti a gyakorlatban fűtésünk, fűtésszabályozásunk a „csak ott, csak akkor és csak akkora hőmérséklet” elvet, annál kisebb a túlfűtésből eredő veszteség.
Ide tartozik egy másik veszteségforrás. Számos esetben a fűtési rendszer egyes részei, különösen a kazán nem fűtött helyiségben vannak. A kazán, a csővezetékek természetesen melegebbek a környezetüknél, más szóval fűtik a környezetet. Ezt is veszteségnek tekinthetjük, különösen, ha a rossz hőszigetelés miatt viszonylag nagy hőmennyiségekről van szó. A melegvízfűtés azon alapul, hogy az égéskor keletkező forró égésterméket a kazán hőcserélőjén átáramló fűtési víz lehűti. Ugyan ma már arra törekszünk, hogy a víz hőmérséklete a még gazdaságos, de minél kisebb érték legyen, az égéstermék bizonyos mennyiségű, nem hasznosuló hővel távozik. A nagy különbség abban van, hogy a vízgőz kondenzációs hőjét hasznosítjuk-e vagy sem.
Van a kazánoknál egy további sajátos veszteség. A kéményen távozó hőmennyiség nem csak a közeg hőmérsékletétől, hanem annak mennyiségétől is függ. A kazán „tüzelőanyaggal és levegővel működik”. A légfelesleg szó annyiban helytálló, hogy a kazánon az égéshez szükségesnél nagyobb mennyiségben átáramló, onnan az égéstermékekkel együtt melegen a kéménybe távozó levegő felesleges veszteség. Ha a kazán hőigény hiányában nem működik, az égő kikapcsolt állapotban van, a kéményhuzat miatt a légáramlás nem szűnik meg. Ez a levegő is felmelegszik, a kazánból hőt von el, és ez is veszteség. Ebből a szempontból előnyös a nyílt égésterű készülékekhez alkalmazott füstgáz-csappantyú, illetve a ventilátoros („turbós”) készülék. Ezeknél az átszellőzési veszteség nem számottevő.
A melegvízfűtés tüzelőanyag-költsége mellett kisebb figyelmet kap a villamos energiaköltség, melyet lényegében a keringtető szivattyú okoz. Ez is lehet a megtakarítás forrása. A gondolatmenet hasonlít a fűtésszabályozás alapelvéhez. Takarékos a keringtetés, ha „csak akkor és annyi vizet keringtetünk, amikor és amennyi” szükséges. Az ősztől tavaszig állandó fordulatszámon pörgő szivattyú helyett kevesebb villanyt fogyaszt a változó fordulatszámú szivattyú.
Üzemeltetés
A veszteségeket vizsgálhatjuk nem csak a felmerülési hely szerint, hanem az üzemidő függvényében is. Nyilvánvaló, hogy egy új kivitelezésű, gondosan beszabályozott fűtési rendszer a lehető legjobb műszaki állapotban van és a legkisebb veszteséggel jellemezhető. Viszont elindul egy elhasználódási folyamat. Ez bizonyos vonatkozásban egyszerűen az idő függvénye. Itt van például a korrózió. Más folyamatok a használattal, működéssel arányosak, például a csapágyak kopása, a felületek elszennyeződése.
A másik veszteségbefolyásoló tényező az üzemállapotok, a terhelés, az igényelt és termelt hő változékonysága. Egy fűtési időszakon belül vannak enyhébb és hidegebb napok. A sokévi tapasztalat azt mutatja, hogy a méretezési külső hőmérséklet ritkán fordul elő; egyes években néhány hétig, más években pedig egyáltalán nem. Ezen felül a fogyasztó sem igényel feltétlenül mindig azonos belső komfortot. A lakást használók életmódjától, egy munkahely munkarendjétől, egy sportlétesítmény kihasználtságától függően más és más a hőigény időbeni változása, terhelési görbéje. A sor folytatható lenne más példákkal. A lényeg, hogy a fűtési rendszernél az egyes teljesítmények előfordulási gyakorisága eltérő, de közös jellemző a részteljesítmény meghatározó jellege. A fűtési rendszer jellemző üzemállapota a részteljesítménnyel való működés. Enyhe időjárás mellett, kora ősszel és a fűtési időszak vége felé nem ritka az üzemszünet, a készenléti állapot.
Energiatakarékosság szempontjából meghatározó egyrészt a fűtési rendszer hatásfok-teljesítmény jelleggörbéje, másrészt fontos körülmény, hogy a kevésbé gazdaságos üzemállapotok milyen hosszú ideig fordulnak elő. Minden fűtési rendszer jellemezhető egy mutatószámmal, az éves átlaghatásfokkal. Ez a felhasznált tüzelőanyag hőegyenértéke és a hőelosztó rendszerbe kiadott hőmennyiség hányadosa. Nagyobb rendszereknél ezt mérik, a kapott eredményeket elemzik. Kisebb rendszereknél nincs hőmennyiségmérő beépítve, így ez az érték nem határozható meg. Ennek hiányában érdemes az egy fűtési időszakban felhasznált tüzelőanyagból és a fűtött terek légtérfogatából képzett hányadost, mint üzemgazdasági mutatót figyelemmel kísérni. A reális következtetések érdekében a külső időjárási körülmények hatásától megtisztított, korrigált értékkel kell számolni.
Tervezéssel sokat lehet tenni a kedvező üzemgazdasági mutató érdekében. Lehetséges megoldás többek között a teljesítmény megosztása több kazán között, puffertároló beépítése stb. Ha a feladat egy adott fűtési rendszer minősítése, az energiaveszteségek feltárása, csökkentése, akkor választani kell. Ha megfelelő idő és pénzügyi fedezet áll rendelkezésre, hosszabb időszakon keresztül kell adatgyűjtést folytatni, így komplex képet kapunk. Vizsgálható a rendszer különböző részteljesítményeknél. Feltérképezhető a különböző teljesítmények előfordulásának gyakorisága. Ha korlátozott időn belül kell eredményt felmutatni, akkor csak egyszerűsített vizsgálat végezhető. Az alapvető problémák így is feltárhatók, a legfontosabb teendők meghatározhatók.
Az állapotfelmérés német módszere:
Heizungscheck
A német központi fűtés szakterület szövetsége (Vereinigung der deutschen Zentralheizungwirtschaft e.V. – VdZ) kidolgozott egy egyszerű, gyakorlatias vizsgálati módszert („Heizungscheck”) a melegvízfűtési rendszerek értékelésére. A módszer átfogó jellegű, a hőtermeléstől a hőleadásig terjed. Csak a karbantartó-javító szolgáltatásnál egyébként is használt eszközöket igényli. Lépésről lépésre haladva pontozással értékeli az egyes részegységek energetikai színvonalát. Ahol szükséges, diagramok támogatják az értékelést. A megállapítások dokumentálására formanyomtatványok állnak rendelkezésre.
Növekvő pontszámok növekvő hiányosságokat jeleznek. Összesen 100 „hibapontot” lehet összegyűjteni. Az így szerzett információk megalapozhatják az energiatakarékossági intézkedéseket.
Természetesen egy fűtési rendszer energiahatékonyságát más módszerrel is értékelni lehet. A „Heizungscheck” azért érdemel figyelmet, mert elfogadható időráfordítás mellett viszonylag objektív eredményt szolgáltat.
Hőtermelés
Ezen a részterületen 6 vizsgálatot végzünk: égéstermék-veszteség, átszellőzési veszteség, kazán-hőszigetelés, kondenzációs hő hasznosulása, kazán-túlméretezés, szabályozás.
Égéstermék-veszteség meghatározása
Igazolható, hogy az égéstermék-veszteség meghatározható az égéstermék összetételéből. Földgáztüzelésnél nem kell számítani elégetlen összetevőre, tökéletlen égés azonban előfordul. A metán felbomlásakor keletkező elemi szén nem oxidálódik szén-dioxiddá, hanem - ugyan kis mennyiségben - szén-monoxid is keletkezik. További veszteségforrás, hogy a kazán a szükségesnél több levegővel működik. A légellátási tényező - korábban légfelesleg-tényező - nagyobb egynél. Ennek nyoma az égéstermékben az égésben el nem használódott oxigén.
Ha egy alkalmas mérőeszközzel megmérjük a kazánba belépő égési levegő, illetve az onnan eltávozó égéstermék hőmérsékletét, továbbá az égéstermék oxigéntartalmát, ebből meghatározhatjuk az égéstermék-veszteséget.
A berendezés jellemző üzemállapotában égéstermék-elemző műszerrel megmérjük az égéstermék-veszteséget. A korszerű műszerek ezt az értéket közvetlenül mutatják, közbenső számításra nincsen szükség.
Az értékelési pontszámot diagramból határozzuk meg. 1 százalékos égéstermék-veszteséghez 0 pont, 10 százalékos veszteséghez 12 pont tartozik; az összefüggés lineáris.
8-9 százalékos veszteség már valamilyen intézkedést indokol. Részletesebb vizsgálattal az ok vagy okok meghatározhatók, beszabályozással, javítással megszüntethetők. Ha nem, az egyéb megállapítások figyelembe vételével berendezés csere is szóba jöhet.
Kazán-hőszigetelés ellenőrzése
A cél a komfortterek fűtése, ott helyezzük el a hőleadókat, a csővezetékeket nem szigeteljük. A fűtetlen helyiségekben azonban nem tekintjük hasznosnak, ha a kazán, a fűtési cső, a keringtető szivattyú melegíti a környezetét. Ez indokolja a kazán hőszigetelésének ellenőrzését. Minél melegebb egy test felszíne, egy kazán burkolata, annál nagyobb a hőleadás, az így értelmezett hőveszteség. A kazán hőszigeteltségének értékelése a kazánburkolat hőmérsékletének vizsgálatán alapul. A német „Heizungscheck”-módszer itt meglehetősen bonyolult eljárást ír elő. Végig kell mérni a burkolatot, és a felületek nagyságát is számításba véve kapjuk meg az eredményt. Talán megengedhető e feladatnál az egyszerűsítés.
A felületi hőveszteség annál nagyobb, minél nagyobb a felület és a környező levegő hőmérsékletének különbsége. Nagyot nem tévedünk, ha néhány méréssel megbecsüljük a kazán burkolatának felületek szerint átlagolt hőmérsékletét. Emellett megmérjük a helyiségben a léghőmérsékletet. A német előírás szerint 5 oC hőmérsékletkülönbség már megfelelő. Az értékelési pontszám: megfelelő hőszigeteltség 0 pont, nem megfelelő hőszigeteltség max. 8 pont. Kedvezőtlen helyzetnél célszerű megvizsgálni a kazán hőszigetelésének javítási lehetőségét. Javít a helyzeten az is, ha a helyiség kevésbé hideg. A túlzott hideg oka lehet többek között, hogy túl nagyok a légbevezető felületek.
Átszellőzési veszteség ellenőrzése
A meghatározás az égő üzemen kívüli állapotában, a leállás után 30 másodperccel történik. Megmérjük az égéstermék-elvezetőben a közeghőmérsékletet és áramlási sebességet. A számítás az alábbi képlettel történik:
Qv = ( 96,4 A v (tm - tb)) / Qb tk
Qv - átszellőzési veszteség [%]
A - égéstermék-elvezető keresztmetszete [m2]
v - áramlási sebesség [m/s]
tm - mért közeghőmérséklet [oC]
tb - léghőmérséklet a berendezés környezetében [oC]
tk - külső léghőmérséklet [oC]
Qb - a berendezés névleges teljesítménye [kW]
Az értékelési pontszámot diagramból határozzuk meg. 1 százalékos átszellőzési veszteséghez 0 pont, 4,5 százalékos veszteséghez 5 pont tartozik; az összefüggés lineáris.
Két pont felett megvizsgálandó füstgázcsappantyú beépítése.
Meg kell jegyezni, hogy egy adott berendezés nagyobb naptári időszak során felmerülő átszellőzési vesztesége - a kazán kialakításán túl - nagymértékben függ az üzemeltetéstől, az üzemszünetek gyakoriságától, hosszától. Az ismertetett pontszámos értékelés korlátozott érvényű.
Égéshő-hasznosítás értékelése
Az égéstérben a víz - a hidrogén égésterméke - gőz alakban jelenik meg. A vízgőz lecsapódásakor - idegen szóval kondenzálódáskor - jelentős hő szabadul fel. Ehhez azonban a közegnek harmatpont alá kell hűlnie. Ez földgáztüzelésnél mintegy 57 oC. A fokozott energiatakarékosságra törekvés eredménye, hogy kifejlesztették a kondenzációs kazánokat és rendszerbe illesztésük feltételeit.
A vizsgált kazán típusa
lényegében választ ad arra a kérdésre, hogy kondenzációs vagy nem kondenzációs berendezésről van szó. Ha a kazánról a típustábla vagy egyéb dokumentumok hiánya miatt nem lehet egyértelműen megállapítani a jellegét, esetleg egyéb támpontokra támaszkodva lehet értékelést adni.
Az értékelési pontszám: égéshő-hasznosító berendezés 0 pont, égéshőt nem hasznosító berendezés 5 pont.
Meg kell jegyezni, hogy egy kondenzációs kazán tényleges gazdaságossága függ az üzemeltetés körülményeitől. Kedvezőtlen esetben a kondenzációs üzemmód csak a teljes üzemidő kis hányadában valósul meg. Erre egyébként a képződő kondenzátum mennyisége jó tájékoztatást ad. (Példa: 24 kW-os gázkazán, 1,6 liter/óra.)
Kazán-túlméretezettség
/>Egy épület optimális hőellátásának egyik feltétele, hogy a beépített hőtermelő teljesítmény az épület fűtési hőigényéhez igazodjon. Mivel az elégtelen teljesítmény sokkal nyilvánvalóbb, mint a túlméretezettség, a gyakorlatban a tervező, kivitelező elsősorban az alulméretezettséget igyekszik elkerülni. Ezért nem ritka az olyan épület, ahol a hőtermelő kapacitás lényegesen nagyobb a fűtési hőszükségletnél.
A hagyományos kazánok hatásfoka részterhelésen romlik. A túlméretezett kazán szinte mindig a névlegesnél kisebb, sőt jelentősen kisebb teljesítménytartományban kell, hogy dolgozzon. A fűtési időszak jelentős részében ki-bekapcsolásos üzemmód fordul elő. Mindez oda vezet, hogy az éves hatékonyság (kiadott hő/tüzelőanyag-fogyasztás) igen kedvezőtlen.
Túlméretezetté válik egy kazán akkor is, ha az épület fűtési hőszükségletét például pótlólagos hőszigeteléssel, nyílászárócserével jelentősen csökkentették.
A hőtermelő kapacitás pontos értékeléséhez ismerni kell vagy kellene az épület tényleges fűtési hőszükségletét. Ezzel egyenértékűnek tekinthetjük, ha rendelkezésre áll a kiviteli dokumentáció, benne a hőszükséglet-számítás.
Az épület fűtési hőszükségletét (Q) tartalmazó dokumentum hiányában az értékelést diagram segítségével végezzük. A diagram használatához szükség van a fűtött helyiségek hasznos alapterülete (A) adatra. Egy épület fajlagos fűtési hőszükséglete becsülhető az építés vagy építészeti felújítás időpontjából. Régebben ugyanis jellemzően rosszabb hőszigeteltségű, azaz nagyobb fajlagos fűtési hőszükségletű épületeket építettek.
A német előírás a megfelelés értékeléséhez diagramokat tartalmaz. E nélkül is eredményhez jutunk, a diagramokra alapozott, egyszerű számítással.
Q = A v
Q - fűtési energiaszükséglet [kW]
A - fűtött helyiségek alapterülete [m2]
m - arányossági tényező
Az „m” arányossági tényező
az épület hőszigeteltségének függvényében 0,03 és 0,15 közötti értékre vehető fel. Példák:
Jó hőszigeteltségű épület, fűtött terek alapterülete 100 m2, m = 0,08. A fűtési energiaszükséglet közelítő értéke 8 kW. Viszonylag rossz hőszigeteltségű épület, fűtött terek alapterülete 500 m2, m = 0,12. A fűtési energiaszükséglet közelítő értéke 60 kW. Látható, hogy a módszer csak annyira megbízható, amennyire az „m” értékét jól vesszük fel. Igényesebb esetben energiaszükséglet-számító programokkal kell dolgozni, amihez viszont számos építészeti adat felvétele elengedhetetlen.
Ha a berendezés teljesítménye több mint 50 százalékkal nagyobb az épület fűtési hőszükségleténél, akkor túlméretezettnek tekintjük.
Kombikészülék esetében - tekintettel a HMV-előállításra - 20 kW teljesítmény minden esetben indokolt. Kombikészüléket akkor tekintünk túlméretezettnek, ha teljesítménye nagyobb 30 kW-nál, és 50 százalékkal nagyobb a fűtési hőszükségletnél is.
Az értékelési pontszám: nem túlméretezett 0 pont, túlméretezett 5 pont.
Túlméretezett berendezés esetében fűtési korszerűsítésnél megfelelő méretezéssel optimális teljesítményű kazánt kell kiválasztani és telepíteni.
Szabályozás
Ismeretes, hogy a helyiséghőmérsékletet meghatározó, a helyiségbe bevitt hő a hőleadón áthaladó fűtési víz térfogatáramától és hőmérsékletétől függ, pontosabban a hőmérsékleteséstől, de a beavatkozás a hőleadóba belépő víz hőmérsékletének változtatásával történik. A legegyszerűbb megoldás, ha úgy változtatjuk a hőleadóba belépő hőmérsékletet, hogy a kazánból kilépő víz hőmérsékletét növeljük vagy csökkentjük. Az ilyen kazántermosztátos szabályozás nyilván nem alkalmas, hogy minden helyiségben, mindig optimális legyen a fűtés. Ha sehol és sohasem akarunk alulfűtést, egyes helyeken és bizonyos időpontokban óhatatlanul és nem is csekély túlfűtéssel számolhatunk. Ennél jobb a szobatermosztát alkalmazása, mert az már viszonylag jól tartja a helyiségben a kívánt hőmérsékletet. A kazán teljesítményét a hidegebb vagy melegebb időjáráshoz igazítja az időjáráskövető szabályozás. Az előremenő vízhőmérséklet valamilyen szabályosság - fűtési görbe - szerint követi a külső hőmérséklet ingadozását, természetesen úgy, hogy hidegebb időjárás esetén nagyobb a fűtési vízhőmérséklet.
Az értékelés egyszerűsített módon a fűtésszabályozás jellege szerint történik.
Értékelési pontszámok:
- szabályozás kazántermosztáttal 10 pont,
- szabályozás szobatermosztáttal napszakos csökkentés nélkül 7 pont,
- szabályozás szobatermosztáttal napszakos csökkentéssel 5 pont,
- időjáráskövető szabályozás napszakos csökkentés nélkül 2 pont,
- időjáráskövető szabályozás napszakos csökkentéssel 0 pont.
Az így kapott pontszámot módosítani, 2 ponttal növelni kell, ha a szabályozás rosszul lett beállítva vagy a szabályozás nyújtotta előnyt (pl. napszakos csökkentés) nem használják ki.
A kazántermosztátos fűtésszabályozást, mint a leggazdaságtalanabb módszert mindenképpen indokolt egy takarékosabb megoldással kiváltani.
Összegzés
A hőtermelő berendezés egyes részterületre adott pontszámait összeadjuk. Az elvileg lehetséges maximális érték 48 pont. Azonban már 15 pontnál nagyobb érték gazdaságtalan helyzetre utal. Mérlegelni kell karbantartás, beszabályozás, a külső hőszigetelés javítása, füstgázcsappantyú beépítése, energiatakarékos szabályozó beépítése, végső soron kazáncsere elvégzését.
Következő lapszámunkban a konkrét számítási-osztályozási módszereket ismertetjük.
Chiovini György
