A kondenzációs technikáról
2010/10. lapszám | Aranyosi Miklós | 6429 |
Figylem! Ez a cikk 15 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Álmatlan éjszakáim egyikén szakmai kíváncsiságomnak eleget tevén kondenzációs kazánok honlapjait böngésztem az interneten. Mint tudjuk, az internet sok mindent elbír, és sok téves vagy pontatlan információt tartalmaz(hat). Elképzeltem az érdeklődő, jó szándékú laikus fogyasztót és nem laikus kivitelezőt, tervezőt, akik próbálnak eligazodni a különböző gyártók kínálta között. A kép, ami a végére kirajzolódott bennem, leginkább egy labirintushoz volt hasonló, ahol az érdeklődő bolyong a gázfogyasztási adatok, fűtési görbék, hatásfokadatok útvesztőjében, és nem találja a kiutat. Ezért jutottam arra az elhatározásra, hogy témánként vizsgálódva tiszta vizet öntök a pohárba.
Hatásfok, „az örök kérdés”
A hatásfok a hasznos energia és a befektetett (összes) energia hányadosa, és a rendelkezésre álló energia felhasználásának mértékét mutatja meg.
ahol
η = a hatásfok
Eh = a hasznos energia
Eb = a befektetett energia
Aki kicsit is jártas a fizikában,
az tudja, hogy egy egységnyi anyag elégetéséből nem származhat több energia, mint ami a kiindulási anyagban – jelen esetben egy gázkeverékben – benne volt, és a hatásfok sem lehet 100% fölötti. Nincs ez másként a gázkészülékeknél sem, mégis lépten-nyomon 100% feletti hatásfokadatokkal találkozhatunk. A 100% feletti hatásfok megértéséhez egy kis történelmi visszatekintést kell tennünk.
Amikor elődeink gázkészülékeket kezdtek gyártani, tisztában voltak a saját határaikkal, és tudták, hogy a földgáz elégetésekor az akkori készülékekkel a füstgázban lévő energiát veszteségként kell elkönyvelniük, ezért a hatásfok számításakor nem a földgáz égéshőjét (felső fűtőértékét), hanem a veszteségekkel csökkentett alsó fűtőértéket vették alapul. Az így kiszámított adatok kéményes készülékeknél 86-88%, zárt égésterű kazánoknál 92-94% között alakultak. A gázárak emelkedtek, a technika fejlődött, és a hagyományos berendezések mellett megjelentek a kondenzációs kazánok. Szükséges volt tehát egy olyan szám, amely megmutatta, hogy mennyivel jobb az új technológia. Ezért továbbra is az alsó fűtőértékből számolva, a visszanyert veszteségeket bővítve adódtak a 100% feletti hatásfokok.
A további fejtegetés előtt a két előbb említett alapfogalom meghatározást nézzünk meg:
- Alsó fűtőérték: egységnyi földgáz tökéletes elégetésekor felszabaduló hőenergia, feltételezve, hogy az égéstermék víztartalma gőz halmazállapotú.
- Felső fűtőérték: egységnyi földgáz tökéletes elégetésekor felszabaduló hőenergia, feltételezve, hogy az égéstermék víztartalma cseppfolyós halmazállapotú.
Ez a két alaptétel elegendő ahhoz, hogy megértsük a kondenzációs kazánok működését.
A kondenzációs kazánok kialakításuk révén képesek az égéstermékben lévő többletenergiát, mely energia az égéstermékben lévő vízgőz fázisátalakulása során szabadul fel, és a földgáz égéshőjének kb. 11%-a, kinyerni és a fűtőkészülékben hasznosítani. Ez az energiatöbblet az, ami a katalógusokban leírva 109%-os hatásfokként jelenik meg. Az 1. ábra szemlélteti a hagyományos és kondenzációs kazánok különbségét.
Kondenzációs (égéshő), kondenzáló stb. kazánok
A kondenzáció jelenségét a gyakorló háziasszonyok a víz melegítése közben gyakorlatilag ugyanúgy hasznosítják, mint a kondenzációs kazánok. Amikor valaki vizet forral, és a fedőt az edényen hagyja, az tapasztalja, hogy a fedő belső oldalán (kondenzációs kazán hőcserélője) a vízgőz (füstgáz) lecsapódik, és mikor a fedőt felemeljük, meleg víz formájában jelenik meg. Ha a kazán hőcserélőjét a visszatérő hidegebb fűtővízzel hűtjük, a kondenzáció erősebb lesz, több víz csapódik le, jobb lesz a kondenzációs hatásfokunk, alacsonyabb gázszámlát eredményezve.
Az alapelveket tisztázva érdemes egy kis figyelmet szentelnünk a piacon kapható készülékekre is. A kondenzációsnak nevezett kazánok között találunk valódi kondenzációs és maximum kondenzálónak nevezhető, magas, bár az igazi kondenzációsnál alacsonyabb hatásfokú készülékeket is. A két típus között jelentős különbségeket találunk. Szeretném leszögezni, hogy a „kondenzáló” kazánnal önmagában nincs problémám, hiszen egy hagyományos kazánnal összehasonlítva jobb hatásfokot és tisztább üzemet valósít meg. Probléma akkor adódik, amikor akarva vagy akaratlanul összemossák ezeket a típusokat. Ez egy autós hasonlattal olyan, mintha a túraautó-bajnokságban indítanánk egy családi autót. Érezzük, hogy nem egy sorozatba tartoznak. Különösen az egyre erősödő árverseny kapcsán éri hátrány a „drágább” gyártókat, hiszen a kevésbé tájékozott vevőt könnyű meggyőzni arról, hogy ez is kondenzál, csak 100 000 forinttal olcsóbb. Érdemes számolnunk, mert nem mindig az olcsóbb a jobb döntés.
Hőcserélő
A kondenzációs kazánok hőcserélője pontos méretezés és hosszú fejlesztés végeredménye, ahol a „varázslat” a hőcserélő belsejében megvalósul. A gáz elégetésekor keletkező füstgázt e hőcserélőn belül túlhűtik, és a hőcserélőből már a túlhűtött, 55-60 °C körüli égéstermék távozik, a többlet energia a hőcserélőben hasznosul.
Az igazi kondenzációs kazánok azok, ahol 108-110% körüli hatásfokokról beszélhetünk a megfelelően alacsonyan (40/30 °C-on) tartott fűtővíz-hőmérsékletek mellett. A pontos képhez hozzátartozik, hogy a kondenzációs kazánokat a legritkább esetben használják az ideális hőfoklépcső alkalmazása mellett, ezért a valóságos hatásfokok alacsonyabbak lesznek.
A nem igazi kondenzációs kazánoknak kialakításukat tekintve nincs sok közük a valódi kondenzációsokhoz, inkább egy hagyományos zárt égésterű készülékhez hasonlítanak, ahol a füstgázban lévő energia hasznosítása egy a ventilátor után elhelyezett víz-gáz hőcserélővel történik. A hőcserélőre egyrészt a távozó füstgázt, másrészt a visszatérő vizet vezetik. Az így kialakuló hatásfokok ideális esetben (50/30 °C hőfoklépcső esetén) elérhetik a 101%-ot. Ezeknél a típusoknál is igaz, hogy a valóságos hatásfokok – a magasabb előremenő és visszatérő hőmérsékletek miatt – a katalógusbeliekhez képest alacsonyabban alakulnak. Itt szeretnék visszautalni az autós hasonlatomra, mert véleményem szerint ezek a kazánok a hagyományos turbó kazánok leváltó modelljei lehetnének, és nem a kondenzációs kazánok olcsóbb alternatívái.
Égéstermék-elvezetés
Az égéstermék-elvezetés lett a gázkészülékek egyik legfontosabb tartozéka. Erről a területről viszont elmondhatjuk, hogy a részben kondenzáló és a valódi kondenzációs kazánok itt mutatják a legtöbb hasonlóságot, hiszen mindkét típus műanyagrendszereket használ. A kazánok minden esetben zárt égésterűek. A zárt égéstér a lakóhelyiségtől független üzemet tesz lehetővé, a kazán nem használja a lakás légterét, így a kéményes készülékekhez képest jóval biztonságosabban üzemeltethető. A füstgáz-visszaáramlásból származó problémák e típusoknál nem léteznek.
Szabályozás
A szabályozás terén kristályosodott ki a két kazántípus közötti jelentős különbség. A modern kondenzációs kazánok képesek időjáráskövető szabályozókat fogadni, illetve csak ezek használatával tudják a legmagasabb hatásfokot elérni. A félkondenzációs készülékek általában kétpont-szabályozású termosztátot használnak, amivel a gázmegtakarítás területén mérsékeltebb sikereket érhetünk el.
Az időjáráskövető szabályozók elvét a 2. ábra szemlélteti. Ahol a függőleges koordináta az előremenő hőmérsékletet, a vízszintes koordináta a külső hőmérsékletet jelöli. A külső hőmérséklet változásának függvényében nő vagy csökken a rendszerre kijutó fűtési víz hőmérséklete. A külső hőmérséklet változása természetesen az épület hőveszteségére is hatással van, így a gázkazán mindig csak annyi energiát juttat a fűtési rendszerbe, hogy az éppen fedezze az igényeket. A lenti fűtési jelleggörbe dőlésszöge igény szerint változtatható, az aktuális méretezési állapotok szerint beállítható, illetve egy összetett fűtési kör minden egyes hőleadó típusához testre szabható. A modern szabályozók több fűtési rendszerhez tartalmaznak előre beállított jelleggörbe-típusokat, így találhatunk radiátoros, padlófűtéses, valamint fan-coilos, rendszerhez megfelelő beállításokat is.
Az időjáráskövető szabályozók hasznosságát könnyű belátnunk, hiszen a 2. ábrából következik, hogy magasabb külső hőmérséklet esetén alacsonyabb előremenő víz szükséges a rendszerbe. Az alacsonyabb előremenő alacsonyabb visszatérő vízhőmérséklettel jár, ami végső soron magasabb kondenzációs hatásfokot és kisebb gázszámlát eredményez.
