e-gépész szaklap

Tüzeléstechnikai hatásfok: Mennyi az annyi?

Frissítve: 2017. május 22.

Szerző: Dr. Szunyog István, tanszékvezető egyetemi docens

Hasznos volt Eddig 79 látogatónak tetszett

helyiségfűtő berendezések és a kombinált fűtőberendezések

A szerzőnek a XXV. Dunagáz Szakmai Napokon elhangzott előadásának kivonata

813/2013/EU bizottsági rendelet megjelenése óta szinte minden hazai gázipari fórumon újra és újra előkerül a gázkazánok hatásfokának kérdése.
 A legfeljebb 70 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő, valamint kombinált tüzelőkazánok szezonális helyiségfűtési hatásfoka nem csökkenhet 86% alá.
 Tudjuk azt pontosan, hogy mi a különbség a szezonális és a tüzeléstechnikai hatásfok között?
 És ekkor jön a gázszerelő mester, aki előveszi táskájából a füstgázelemzőt, csatlakoztatja a készülék füstgázelvezető rendszeréhez, mér, beállít, újra mér, majd közli a tisztelt fogyasztóval, hogy a készülék kitűnően működik, hiszen a hatásfoka jóval magasabb a rendeletben rögzítettnél…
 Mit is jelent valójában ez az egyetlen leolvasott számérték?
 Tudjuk-e hogyan változik a környezeti feltételek függvényében?
 Egyáltalán hogyan számítja a készülék a mért értékekből?
 Rekonstruálható ez a pillanatnyi mérés egy óra, egy nap múltán, vagy esetleg egy másik füstgázelemző készülékkel?

Jogszabályi háttér

- 813/2013/EU rendelet a 2009/125/EK európai parlamenti és tanácsi irányelvnek a helyiségfűtő berendezések és a kombinált fűtőberendezések környezettudatos tervezésére vonatkozó követelmények tekintetében történő végrehajtásáról
- (8) E rendelet hatályának ki kell terjednie a vízalapú központi fűtési rendszereket helyiségfűtés céljából hővel ellátó helyiségfűtő kazánokra, kapcsolt helyiségfűtő berendezésekre és hőszivattyús helyiségfűtő berendezésekre, valamint a vízalapú központi fűtési rendszereket helyiségfűtés és meleg ivó- és szanitervíz biztosítása céljából hővel ellátó kombinált kazánokra és hőszivattyús kombinált fűtőberendezésekre.
- (17) A termékparaméterek mérését és kiszámítását olyan megbízható, pontos és megismételhető módszerekkel kell elvégezni, amelyek figyelembe veszik az általánosan elismert legkorszerűbb mérési és számítási módszereket…

1. cikk Tárgy és hatály
(1) Ez a rendelet a legfeljebb 400 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő berendezések és kombinált fűtőberendezések környezettudatos tervezésére vonatkozó forgalombahozatali, illetve üzembehelyezési követelményeket állapítja meg, ideértve azokat az ilyen típusú berendezéseket is, amelyek a 811/2013/EU felhatalmazáson alapuló rendelet 2. cikke értelmében helyiségfűtő berendezésből, hőmérséklet-szabályozóból és napenergiakészülékből álló csomagba vagy kombinált fűtőberendezésből, hőmérséklet-szabályozóból és napenergia-készülékből álló csomagba vannak beépítve.

2. cikk Fogalommeghatározások

7. mért hőteljesítmény: a fűtőberendezés kW-ban kifejezett, helyiségfűtés és adott esetben vízmelegítés közben, standard mérési körülmények között mérhető, névleges hőteljesítménye;

8. standard mérési körülmények a fűtőberendezések mért hőteljesítményének, szezonális helyiségfűtési hatásfokának, vízmelegítési hatásfokának, hangteljesítményszintjének és nitrogénoxid-kibocsátásának átlagos éghajlati viszonyok közötti megállapításakor uralkodó üzemi körülmények;

Kis kitérő: 1. melléklet 3. átlagos éghajlati viszonyok: a Strasbourgra jellemző hőmérsékleti viszonyok;
20. szezonális helyiségfűtési hatásfok (ηs): a fűtőberendezés által a meghatározott fűtési idényben kiszolgált helyiségfűtési igény és az ezen igény teljesítéséhez szükséges éves energiafogyasztás százalékban kifejezett aránya;

A német előírások 12,8; 30,3; 38,8; 47,6 és 62,6% terhelések melletti kazánhatásfok (szezonális helyiségfűtési hatásfok) mérését írják elő.
Látható, hogy egy átlagos kazán szinte soha sem üzemel a névleges terhelésen.

I. melléklet

11. szezonális főfunkciós helyiségfűtési hatásfok (ηson ): helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok esetében a mért hőteljesítményen mért hatásfok és a mért hőteljesítmény 30%-án mért hatásfok százalékban kifejezett, súlyozott átlaga;

12. hatásfok (η): a helyiségfűtő kazán, a kombinált kazán vagy a kapcsolt helyiségfűtő berendezés hasznos hőteljesítményének és teljes felvett energiamennyiségének százalékban kifejezett aránya, ahol a teljes energiabevitelt GCV-ben … kell megadni;

13. hasznos hőteljesítmény (P): a helyiségfűtő kazán, a kombinált kazán vagy a kapcsolt helyiségfűtő berendezés hőhordozó közegnek átadott, kW-ban kifejezett hőteljesítménye;

Megj.: GVC (Gross Calorific Value - felső hőérték)

II. melléklet

a) 2015. szeptember 26-tól a fűtőberendezések hatásfoka (HF) és szezonális helyiségfűtési hatásfoka (SZHH) az alábbi értékeknél nem lehet alacsonyabb:

A ≤ 70 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok, kivéve a ≤ 10 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kazánokat és a ≤ 30 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kombinált kazánok esetében min. 86% (SZHH).

A ≤ 10 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kazánok és a ≤ 30 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kombinált kazánok esetében min. 75% (SZHH).

A > 70 kW és ≤ 400 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok esetében min. 86% (HF) (teljes terhelés) és min. 94% (HF) (30%-os részterhelésen).

III. melléklet Mérések és számítások

2. Általános mérési és számítási feltételek

a) A mérések alkalmazásában a beltéri környezeti hőmérséklet rögzített értéke 20 °C ± 1 °C.

e) A mért hőteljesítmény, a szezonális helyiségfűtési hatásfok, a vízmelegítési hatásfok, a hangteljesítményszint és a nitrogén-oxidkibocsátás névleges értékeit a legközelebbi egész számra kell kerekíteni.

3. A helyiségfűtő kazánok, a kombinált kazánok és a kapcsolt helyiségfűtő berendezések szezonális helyiségfűtési hatásfoka Az ηs szezonális helyiségfűtési hatásfokot az ηson szezonális főfunkciós helyiségfűtési hatásfoknak a hőmérséklet-szabályozással, a villamossegédenergia-fogyasztással, a készenléti hőveszteséggel és (adott esetben) a gyújtóégő energiafogyasztásával kapcsolatos hozzájárulással korrigált…értékeként kell kiszámítani.

2013. augusztus 2: 813/2013/EU (megjelenés)

2015. szeptember 26: hatályba lépés (első lépcső: CE jelzés + szezonális hatásfok (ηs) + energia-címke)

2016. július 1: türelmi időszak vége az egyetemes szolgáltatásra jogosult gázfelhasználók esetében

2018. szeptember 26: hatályba lépés (második lépcső: CE jelzés + szezonális hatásfok (ηs) + energia-címke + 56 mg/kWh (felső hőértékre von.) max. károsanyag kibocsátás (NOx)

Hatásfokok…

Tüzeléstechnikai hatásfok: a berendezés égőjének üzeme közben névleges teljesítményen értelmezett hatásfok, amit az égéstermék jellemzőinek mérésével állapítanak meg. Ez a hatásfok nem tartalmazza azokat a veszteségeket, amelyek a távozó égésterméktől függetlenül lépnek fel (nem szerepel benne a kazán sugárzási vesztesége és az égő üzemszüneti vesztesége sem.

Kazánhatásfok: a kazánból elvett névleges hasznos hőenergia és a tüzelőanyaggal bevitt maximális energiatartalom hányadosa. Figyelembe vesszük az égéstermék veszteséget, a tökéletlen égésből származó, és a kazán felületéről sugárzással és konvekcióval távozó energiát is.

Kazánhatásfok részterhelésen: figyelembe vesszük a kazán fajlagos készenléti veszteségét is (kikapcsolt állapotban nincs energia bevitel, de van hőveszteség)

A kazán éves hatásfoka: a teljes fűtési idényben hasznosított és a kazánba ténylegesen bevezetett energia hányadosa.

Szezonális helyiségfűtési hatásfok: lásd. előbb.

Szezonális főfunkciós helyiségfűtési hatásfok: lásd előbb.

Szezonális helyiségfűtési hatásfok
- 813/2013/EU rendelet értelmében min. 86% (≤ 70 kW)
- laboratóriumban mért, reprodukálható, meghatározott terhelési görbe alapján, hosszabb mérési időtartamban kapott eredmény
- a vizsgálógáz (G20) felső hőértékére (GCV) vonatkoztatott
- ebből adódóan a helyszínen nem határozható meg!
- Nem tévesztendő össze a tüzeléstechnikai hatásfokkal!

Tüzeléstechnikai hatásfok
- laboratóriumban állandósult állapotban mért, mérési eredmények sorozatából számított, kontrollált körülmények között reprodukálható, átlagos hatásfok érték! (már felső hőértékre kell vonatkoztatni) (gyártói adat)
- a helyszínen (valószínűleg) nem állandósult állapotban mért, pillanatnyi, a körülményektől (és emberi tényezőktől) erősen függő, nem reprodukálható hatásfok érték! (általában alsó hőértékre vonatkoztatott) (gázszerelő által mért adat)

Német számítási módszer (Siegert összefüggés)

ahol
qA az égéstermék veszteség, %
FT az égéstermék hőmérséklete, 0C
AT az égési levegő hőmérséklete, 0C
O2 a száraz égéstermék oxigén tartalma, %
21 a levegő oxigén tartalma, %
A2 és B tüzelőanyagtól függő konstansok

Angol számítási módszer (csak érdekességként):

ahol
EffG tüzeléstechnikai hatásfok, %
FT az égéstermék hőmérséklete, 0C
AT a környezeti levegő hőmérséklete, 0C
X M + 9 x H
M, H tüzelőanyagtól függő konstans (a tüzelőanyag nedvesség (M), és
hidrogén (H) tartalma)
Kgr, K1
tüzelőanyagtól függő konstans
Qgr tüzelőanyagtól függő konstans

A füstgázelemzők (a hazai forgalomban lévők jellemzően) a német Siegert formulával számolnak.
- A helyszíni mérés az alábbi paraméterek által okozott bizonytalanságokat viheti a mérési eredményekbe:
- az égéstermék hőmérséklete, 0C
- az égéshez szükséges levegő hőmérséklete, 0C
- a felhasznált gáz hőmérséklete, 0C
- a száraz égéstermék oxigén tartalma, % (általában 2 - 8%)
- az égési levegő oxigén tartalma, %
- gáz tüzelőanyag összetétele, mol%
- tüzelőanyagtól függő konstansok
- a beépített konstansok alsó- vagy felső hőértékre vonatkoznak-e
- az égő nyomása (a barometrikus nyomás ingadozásából), mbar

Hőmérsékletek
- Füstgázhőmérséklet (megengedett hibahatáron belül mérhető)
- Égéshez használt levegő hőmérséklete
 Tél, nyár vagy átmeneti évszak van?
 B vagy C típusú a készülék?
 Ha B típusú milyen helyiségben van? (konyha, fürdőszoba, kazánház)
 Ha C típusú milyen az égési levegő-égéstermék vezeték? (koncentrikus, vagy elválasztott)
 Ha C típusú, milyen hosszú a füstgáz és a levegő vezeték?
 A füstgázelemző berendezés rendelkezik-e meghosszabbított levegőhőmérséklet-érzékelővel?
- Milyen a készülékbe érkező földgáz hőmérséklete? (tél vagy nyár, földi vagy szabadon futó vezeték, éri-e napsugárzás)

Levegő- és füstgáz-összetételek
- A német előírások 21,0% maximális oxigéntartalommal számolnak az égési levegőben. Más országokban 20,9%.
- ISO 6976: 2017 szerint a standard összetételű száraz levegő oxigéntartalma: 20,946%.
- A kézi füstgázelemző készülékek bizonyos összetevőket ténylegesen mérnek, más összetevőket a mért értékekből és a tüzelőanyag típus alapján számolnak.
- Beépített mérőcellák általában: O2 érzékelő, CO érzékelő
- CO2 számítás a CO2max értékből (tüzelőanyag függő!)

Tüzelőanyag összetétel
- A földgáz összetétele folyamatosan változik (akár napi szinten is)
- A füstgázelemzők a Siegert formula tüzelőanyag konstansával számolnak (egy átlagos tüzelőanyag fajta átlagos füstgázára érvényesek és nem a konkrét tüzelőanyag összetételre)
- Sokszor az adott gázcsoport gáza sem található meg a választható tüzelőanyag között (egy hozzá közelállót választunk) (Nem ország-specifikusak a készülékek)
- A választott gáz (nem a konkrét mérendő gázunk) alsó hőértéke kerül a számítások során (a beépített konstansokban) felhasználásra (így lehet a hatásfok 100% feletti kondenzációs készülékeknél)

A légnyomás változása
- A külső légnyomás változik, hatással van az égőben mérhető abszolút nyomásra
- magasabb barometrikus nyomás, nagyobb felszabadított energia mennyiséget jelent időegység alatt
- ez is hatással lehet a mérési eredményre
- a barometrikus nyomás hirtelen is változhat (pl. vihar esetén)
- (megj.: a gázmérésnél és elszámolásnál is alkalmazzuk a nyomáskorrekciós tagot)

A paraméterek bizonytalanságából adódó várható szélsőértékek:

Számítási eredmények

B típusú készülék esetén
4,6 - 4,8%-nyi eltérés a min. és max. qA (égéstermék veszteség) értékek között
A füstgáz és levegő hőmérsékletek, a gázminőség és a légfelesleg tényező szélső értékeinél vizsgálva.

C típusú készülék esetén
2,4 - 2,5%-nyi eltérés a min. és max. qA értékek között
A füstgáz és levegő hőmérsékletek, a gázminőség és a légfelesleg tényező szélső értékeinél vizsgálva.

A levegő 0,1%-os O2 tartalmának változása max. 0,07%-nyi eltérést eredményez a qA értékében.

A földgáz hőmérséklet, és a barometrikus nyomás változása közvetve az égéstermék hőmérsékletére gyakorol(hat) hatást a névleges teljesítmény megváltoztatása által.
A hatása viszont ebben a közelítésben nem számszerűsíthető, hiszen a hőhordozó közegnek (víznek) átadott energia is nőni fog. Marad tehát a mérés lehetősége a számítás helyett… és ekkor már ráadásul kazánhatásfokról beszélünk…
A felvázolt szélsőséges üzemállapotokban a nyomás- és a hőmérséklet korrekciós tényezők szorzata 0,92 és 1,13 között változik. (ennyivel nőhet illetve csökkenhet a névl. hőterhelés)

Összegezve
A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem azonos a tüzeléstechnikai hatásfokkal, ami
- laboratóriumban állandósult állapotban mért, mérési eredmények sorozatából számított, kontrollált körülmények között reprodukálható, felső hőértékre vonatkoztatott átlagos hatásfok érték,
- nem azonos a helyszínen (valószínűleg) nem állandósult állapotban mért, pillanatnyi, a körülményektől (és emberi tényezőktől) erősen függő, nem reprodukálható, alsó hőértékre vonatkoztatott hatásfok értékkel!

A füstgázelemző készülékek számítási algoritmusa, valamint a pillanatnyi, helyszíni mérések eredő hibája akár több százaléknyi eltérést is eredményezhet a végső tüzeléstechnikai hatásfok értékben!


Hasznos volt Eddig 79 látogatónak tetszett

Nyomtatható változat

Hozzászólások:

(Még nem érkezett hozzászólás.)

Hozzászólok a cikkhez:

Új hozzáférés:

Regisztrálok

Meglévő hozzáférés: