VGF&HKL szaklap

Kondenzációs gázkazánok II.

2014. július 31. | Chiovini György |  22 443 | |

Az alábbi tartalom archív, 5 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Rezsicsökkentés épületgépészeti eszközökkel. Próbateremben egy kondenzációs gázkazán gazdaságosság tekintetében kiváló eredményt mutathat. A gyakorlatban azonban számos olyan körülmény áll fenn, mely ezt az optimális helyzetet kisebb vagy nagyobb mértékben rontja.

A kondenzációs gázkazánok gyakorlati hasznosságáról készített és meglehetősen kedvezőtlen képet mutató német vizsgálat a lehetséges okok közül hármat emelt ki: túlméretezett kazán; nem megfelelő fűtési rendszer, illetve fűtésszabályozás; a visszatérő hőmérséklet emelkedését okozó hidraulikai megoldások. Ezek természetesen együtt is előfordulhatnak; egy kicsit minden mindennel összefügg. Az ok-okozati összefüggések azonban felismerhetők. Egy kondenzációs kazán hasznosítási foka akkor rossz, ha a veszteségek túl nagyok. Ezt okozhatja a nem megfelelő műszaki állapot, illetve a veszteségek növekedését előidéző üzemeltetés. Optimális feltételek mellett a kondenzációs kazán nagyon jó hatásfokkal, nagyon jó hasznosítási fokkal működik. Fűtőértékre számolva elérhető 108%-os, égéshőre számolva 97%-os hatásfok is. A hasznosítási fok valamivel kisebb: 105, illetve 95%.

A műszaki állapot romlásából származó veszteség megelőzhető, illetve megszüntethető a rendszeres ellenőrzésekkel, karbantartással, szükség szerint javítással. A nem megfelelő üzemeltetés okait a tervezésben, az üzembe helyezésben, esetleg a később történt, szakszerűtlen beavatkozásokban kell keresni. Mind a négy kazánveszteség – elégetlen veszteség, égéstermékkel távozó energia, falveszteség, belső lehűlés – romolhat a kedvezőtlen üzem miatt, de érzékenységük és mértékük különböző.

 

Elégetlen veszteség

Az elégetlen veszteség az égő gyújtásánál jelentkezik. A gázszelep nyit, a gáz egy ponton meggyullad, a láng kiterjed az égő teljes felületére, miközben a gáz egy része elégetlenül kiáramlik a kazánból. Ilyenkor jelentős a szén-monoxid-képződés is, egészen addig, amíg az égéstérben ki nem alakul az üzemi hőmérséklet. Ezért kedvezőtlen az olyan üzemvitel, amikor nagy a ki-bekapcsolások száma.

A hőigény csökkenésére a kazán modulációs égője a teljesítmény csökkenésével reagál. Ha azonban a hőigény a még lehetséges legkisebb teljesítményt sem éri el, a berendezés szakaszos működésre áll át. Egy fűtési időszakon belül hosszú ideig működik így a kazán, ha az épület hőigénye sokkal kisebb, mint a legkisebb modulációs teljesítmény. Másképp fogalmazva, az ilyen kazán túlméretezett. Az sem mindegy, hogy a szakaszos üzemmódon belül milyen gyakorisággal kapcsol ki és be a berendezés. Egy német, fűtésracionalizálással foglalkozó cég az egyik munkájánál tapasztalt ilyen markáns különbséget. Két, gyakorlatilag azonos helyszínen (épület, fűtési rendszer, kazán stb.) az egyik berendezésnél 24 óra alatt százhatvan startot regisztráltak, a másiknál csak hetvenet (1. ábra „a” és „b”).

A készenléti állapotra leállt kazánnál jelentkezik a belső lehűlés vesztesége. Ezért is káros a túlméretezés, és az ezzel járó sok készenlétben töltött idő. A szakaszos működés egyébként a kazán igénybevételét növeli, az elhasználódás gyorsabb.

 

 

Falveszteség

A falveszteség mindig jelen van, ha a kazánban a víz melegebb a környezetnél, azaz a teljes fűtési időszakban fellép. E tekintetben kedvezőtlen, ha a kazán az optimálisnál nagyobb vízhőmérséklettel működik. Kifejezetten rossz, ha a fűtésszabályozás állandó előremenő hőmérsékletre történik. Kisebb mértékben, de növeli a veszteséget a rosszul beállított időjáráskövető szabályozás. A méretcsökkentés és a hőszigetelés javítása mindenképpen előnyös (2. ábra). Míg a nem kondenzációs kazánoknál a fal- és az égéstermék-veszteség között nagyságrendi különbség van, a kondenzációs kazánoknál ezek egy nagyságrendben vannak. Kazánválasztásnál érdemes ezt azt adatot jelentőségének megfelelően értékelni.

 

 

Égéstermék-veszteség

Az égéstermék-veszteség alakulása sok tényezőtől függ. Egy egyszerű és egy kondenzációs gázkazán között az alapvető energiahatékonysági különbség abban van, hogy visszanyerhetjük a kondenzációs hőt, ez földgáznál elméletileg 11 százalékos nyereséget jelent. Fordítva, ekkora romlás következik be, ha a kazánban a kondenzáció nem történik meg. Az ilyen szélsőséges helyzet szerencsére ritka, de a gyakorlatban a kedvezőtlen hasznosítási fok mögött elsősorban a kondenzáció romlása áll. Ezért kell nagy figyelmet fordítani a tervezésnél és az üzembe helyezésnél erre a kérdésre.

 

Hőfoklépcső

Minden kazán egy előremenő/visszatérő hőfoklépcsővel jellemzett fűtési rendszerben működik. Ideális esetben a kazánban a visszatérő vízhőmérséklet olyan értékű, hogy az égéstermékben lévő vízgőz teljesen kondenzálódik. Elvileg nincs akadálya annak, hogy a rendszert úgy tervezzük, hogy ez még a legkisebb külső hőmérsékletnél – a legnagyobb fűtési vízhőmérsékletnél – is megvalósuljon. Mivel az ilyen hideg időjárás csak nagyon rövid naptári időszakra jellemző, célszerűbb ettől kissé eltérni. Mind a beruházási, mind az üzemeltetési költség kedvező, ha van egy rövid időszak, amikor a kazán csak részkondenzációval működik.

Új létesítésnél természetesen kis előremenő/visszatérő hőfoklépcsővel tervezünk, például 40/30 0C-kal. Meglévő fűtési rendszernél azonban egy kondenzációs kazánt beépítve, annak esetleg egy 75/60 0C-os radiátoros fűtést kell kiszolgálnia (5. ábra). Sokat javíthat a helyzeten, ha a helyi lehetőséget kihasználjuk, és az előremenő hőmérsékletet a lehető legkisebb értékre állítjuk be. Ez szinte kötelező, ha időközben a fűtési hőigényt csökkentő munkák is történtek; például a nyílászárók cseréje jobb hőtechnikai tulajdonságúakra.

 

Szabályozás

Egyértelmű, hogy kondenzációs kazánhoz milyen fűtésszabályozás való. Az időjáráskövető fűtésszabályozás azért kedvező, mert elvileg mindig a legkisebb visszatérő hőmérsékletet biztosítja a kazán számára. Beállítása közvetlenül hat a kondenzációra. Ha nem megfelelő fűtési jelleggörbét állítunk be, az sokat ronthat a helyzeten. Az alulfűtést észleljük, és nyilván változtatunk a beállításon. A külső hőmérséklethez képest túl nagy előremenő hőmérséklet kevésbé feltűnő, ennek következménye a gázszámlában jelenik meg, de az előidéző okot nem látjuk. Kétségtelen, hogy a fűtési jelleggörbe beállítása figyelmet és időt igényel, viszont a kondenzációs kazán gazdaságosságát jelentősen befolyásolja. Ettől a feladattól mentesít az olyan fűtésszabályozó, amelyik képes a jelleggörbe optimalizálására, egyidejűleg méri a külső és a belső hőmérsékletet, így azt az előremenő hőmérsékletet állítja be, melynél a belső hőmérséklet a használó által megválasztottal egyezik meg.

A változó térfogatáramú fűtési rendszer része lehet a bypass szelep, amely az előremenő és visszatérő ágak köze szerelve a fűtőtestek által nem igényelt fűtővizet vezeti vissza a kazánhoz. Korábban a kazánok jól elviselték, ha a víz áramlása megszűnt, de amikor megjelentek a kisméretű kazánok, ez megváltozott. Ezekben olyan kevés a víz, hogy a hőcserélő túlhevül és károsodik, ha a víz térfogatárama egy bizonyos érték alá csökken. Gondoskodni kell a gyártó által előírt minimális térfogatáram fenntartásáról minden körülmények mellett, így a kazánba beépített keringtető szivattyú akkor is forgatja a vizet, ha a hőleadóknál minden szelep zár. A víz a megkerülő szelepen (bypass) fordul meg. A kondenzáció szempontjából az az üzemállapot a lényeges, amikor van hőigény, a kazán termel, de a víz megoszlik a hőleadók és a bypass-ág között. Ilyenkor a kazánba visszatérő víz hőmérséklete nagyobb, mint ami a hőleadókból érkezik, és ez adott esetben elég ahhoz, hogy nem teljes, hanem csak részleges kondenzáció történjen – nő az égéstermék-veszteség.

A legkedvezőbb, ha a kazán nem igényel bypass szelepet. Ha szükség van rá, lényeges ennek jó megválasztása és beállítása. A kazán és a hőleadók közé kerülő keverőszelep lehetővé teszi, hogy külön kazán-, illetve hőleadó-köri áramköröket hozzunk létre, egyébként a kazánból kilépő víz hőmérséklete azonos lenne a hőleadókba belépő víz hőmérsékletével – fordítva, a hőleadókból visszatérő víz változatlan értékkel lépne be a kazánba. Ha például csökkentett értékű előremenő hőmérsékletet akarunk, keverőszeleppel visszakeverjük a lehűlt, visszatérő vizet az előremenő ágba. Más esetben az a célunk, hogy a kazánba a hőleadókból jövő víznél melegebb víz lépjen be, ezért kerül keverőszelep a kazán elé. Ez a kapcsolás alkalmas arra, hogy egy szükséges minimális hőmérséklet tartásával a kazánban megakadályozza az égéstermék-kondenzációt.

Nyilvánvaló, hogy egy kondenzációs kazánnál éppen az ellenkezőjét akarjuk. A négyjáratú keverőszelepek úgy működnek, hogy egyidejűleg kevernek visszatérő vizet az előremenő ágba, és kazánból kilépő vizet a kazán felé vissza (3. ábra). Kondenzációs kazánnál ehelyett háromjáratú keverőszelepet kell alkalmazni.

 

szivattyú- szabályozás

A kondenzációra nézve kedvező visszatérő hőmérséklet biztosítható a keringtető szivattyú hőfokfüggő szabályozásával. Annak érdekében, hogy a hőleadókban a fűtővíz minél jobban lehűljön, csökkenteni kell a térfogatáramot. Az állandó nyomáskülönbség-szabályozás egyetlen értéket tart, míg az arányos nyomáskülönbség-szabályozásnál a beálló nyomáskülönbség a térfogatáram függvénye. Ilyen jellegű a hőfokfüggő nyomáskülönbség-szabályozás is, két különbséggel. A szabályozó által tartott nyomáskülönbség nem a víz térfogatáramától, hanem a víz hőmérsékletétől függ. Fordított értelemben szabályoz: növekvő hőmérsékletnél csökkenti a nyomáskülönbséget, ezzel a térfogatáramot (6. ábra).

 

Hidraulikus váltó

A kondenzációs kazánok alkalmazhatók hidraulikus váltóval vagy anélkül. Használatának megítélése nem egységes, találkozhatunk ellenző és megengedő felfogással is. A hidraulikus váltó igen sajátos szerkezeti egység. Úgy köti össze a kazánt (kazánokat) a hőleadókkal, hogy egyben függetleníti is őket egymástól. Az energiaáramlás iránya egyértelmű: a hőtermelőtől a hőleadó felé, azonban a hőt továbbító víz térfogatárama, valamint a melegebb és hidegebb közeg közötti hőmérsékletkülönbség eltérhet a kazánban, illetve a fűtési körökben. Ez a gyakorlatban úgy valósul meg, hogy a hidraulikus váltó két-két csonkja fogadja a két oldalról érkező áramlást, illetve küldi vissza azt ugyanoda (4. ábra). Ha például a kazánkörben nagyobb a térfogatáram, ez a hidraulikus váltóban rövidre záródik. Amit a hőleadói oldal nem fogad, az visszatér a kazánba, és ugyanez lehetséges fordított értelemben is. Abban az esetben, ha a térfogatáramok éppen azonosak, nincsen visszakeveredés, a hőmérséklet nem változik, a kazánvíz változatlan hőmérséklettel lép ki a váltóból. Nem változik a hőleadóktól érkező víz hőmérséklete sem, egyébként a keveredés miatt a kilépő hőmérséklet eltér a belépőtől. Így például, amikor a hőleadók oldalán kisebb a térfogatáram, és a kazánvíz egy része visszakeveredik, az növeli a visszatérő hőmérsékletet. Mivel a kondenzáció szempontjából a nagyobb érték kedvezőtlen, ez egy negatív hatás. Ez az alapja annak, hogy egyes szakemberek helytelenítik a hidraulikus váltó beépítését kondenzációs kazán után.

A kérdés az, hogy milyen megoldással lehet az alkalmazást megfelelővé tenni. Egy egyszerű számpélda szemlélteti ezt. Az első eset arra vonatkozik, amikor nagy a hőigény. A hőleadóknál a szelepek nyitottak, nagy a térfogatáram, 1400 l/h. A kazánkörben ez az érték 1000 l/h. A hidraulikus váltónál a kettő különbségét (400 l/h) a visszatérő víz visszafordítása pótolja. Mivel így az előremenő hőmérséklet némileg csökken, a lehűlés után ez a jelenség megjelenik a visszatérő víz hőmérsékletében is. A kondenzáció kedvezően alakul. A kazán teljesítménye igazodik a hőigényhez, a felfűtés sikeres.

A második esetben a kisebb hőigény miatt a szelepek zárás felé mozdulnak, csökkentik a térfogatáramot 700 l/h értékre. Emiatt az egyensúly helyreállításához a kazánkörben van szükség visszakeringtetésre. A kazánba belépő víz hőmérséklete nagyobb lesz, mint a hőleadóktól visszatérő vízé. Az ilyen változás rontja a kondenzációt. Ez azonban elkerülhető, ha a kazánszabályozás ezt érzékeli, és csökkenti a kazán teljesítményét. Csökken az előremenő hőmérséklet, a kazán igazodik a kisebb hőigényhez.

A kondenzáció alapfeltétele, hogy az égéstermék a harmatpont alá hűljön le. Ha a kazánvíz hőmérséklete a harmatpontnál kisebb, a kondenzáció mértékét az égéstermék hőmérséklete határozza meg. Adott feltételek mellett lehet a kondenzáció teljes vagy részleges. Lehet a kazánvíz-hőmérséklet például 35 0C helyett 40 0C. Azonban leszabályozott égőteljesítménynél a kisebb hőmérsékletű égéstermékből (50 0C) több kondenzvíz keletkezik, mintha az égőteljesítmény és égéstermék-hőmérséklet (60 0C) nem változott volna. A kazánszabályozás ellensúlyozza a vízhőmérséklet kedvezőtlen változását.

Hidraulikus váltó nélkül a fűtési oldal térfogatváltozását a kazánban is követni kell, ez meg is valósítható. Az ilyen kondenzációs kazánok nem károsodnak a vízáram csökkenésétől, a túlhevülést az égő teljesítményének csökkenése megakadályozza. Szükség lehet hidraulikus váltóra akkor is, ha a kazán nem képes akkora térfogatáramra, mint amit a hőleadók (pl. felületfűtés) igényelnek. Ilyenkor elvileg nincs visszatérő hőmérsékletemelés, viszont a két körben úgy kell a térfogatáramokat beszabályozni, hogy a kazán felől érkező víz semmiképpen ne keveredjen vissza. Gyakorlatilag a kazánkörben a térfogatáram legyen mindig valamivel kisebb.

 

 

Kondenzátum

A keletkező kondenzátum mérésével meggyőződhetünk a gazdaságos működésről. Elméletileg egy m3 földgáz elégésekor 1,4 dm3 kondenzátum várható. A lakossági készülékek nagyságrendileg 1-2 m3 földgázt fogyasztanak óránként, tehát ilyen körülmények között, ha a készülék valóban kondenzál, kb. 1-3 dm3 víz távozik óránként a kazánból. Látszik, hogy a közvetlen térfogatárammérés nem járható út. A minősítéshez egy adott időszak gázfogyasztását vetjük össze a közben képződött kondenzátum mennyiségével, természetesen figyelembevéve az egyéb körülményeket, az égéstermék- és a kazánvíz-hőmérsékletet. Mivel az üzemállapotok viszonylag gyorsan változnak, célszerű lenne rövid időszakot megcélozni, viszont kis kondenzátum-mennyiségnél nem biztos, hogy elég pontosan sikerül a térfogatmérés. Olyan kompromisszumos időtartamot kell választani, ahol maga a mérés elfogadható pontosságú, de a vonatkoztatási üzemállapot is kellően meghatározható. Ettől függetlenül hasznos akár a teljes fűtési időszak értékelése is, hiszen az üzem gazdaságossága ezen jól lemérhető.

A feladat tehát egy alkalmas mérési módszer megtervezése és megvalósítása. Egy lehetőség a köbözés. Egy adott térfogatú edényben gyűjtjük a kondenzátumot, és azt számoljuk, hogy az edény hányszor telt meg. A számlálás mellett gondoskodni kell az edény ciklikus ürítéséről. Megoldás lehet a teljes automatizálás, azaz a berendezés a megtelt edényt külön emberi beavatkozás nélkül üríti, illetve kondenzátumgyűjtési üzemállapotba helyezi. Közbenső megoldás az, amikor a szintjelző működése után a helyszínen az ürítést magunk végezzük. Átfolyásmérőt (vízórát) is használhatunk. Gyűjtésre itt is szükség van, hiszen a folyamatos képződés térfogatárama rendkívül kicsi. A gyűjtőedény ciklikus ürítésekor a víz átfolyik a mérőn, és így kapjuk meg az eredményt. Németországban a kereskedelemben beszerezhetők különböző kondenzátummérő eszközök.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem