ÁTFOLYÓ-RENDSZERŰ GÁZVÍZMELEGÍTŐ TELJESÍTMÉNYÉNEK ÉS HATÁSFOKÁNAK MEGHATÁROZÁSA

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM Gázméröki Taszék Web: Szuyog Istvá PhD hallgató ÁTFOLYÓ-RENDSZERŰ GÁZVÍZMELEGÍTŐ TELJESÍTMÉNYÉNEK ÉS HATÁSFOKÁNAK MEGHATÁROZÁSA GAZDASÁGOSSÁGI SZÁMÍTÁSOKHOZ OTKA T-0464 Egy lépés a fetartható ifrastruktúra felé - apelemekkel kombiált földgázellátó redszer háztartási fogyasztókál project kutatási ayaga Miskolc, 005. március 5.

2 OTKA T-0464.oldal Tartalomjegyzék BEVEZETÉS A MÉRÉS ÉS FELTÉTELRENDSZERE A MÉRÉSHEZ KAPCSOLÓDÓ ELMÉLETI ISMERETEK A MÉRŐKÖR FELÉPÍTÉSE, A MÉRÉS MENETE GÁZMENNYISÉG MÉRÉS NYOMÁSSZABÁLYOZÁSI LEHETŐSÉGEK A MÉRÉSEK IGÉNYELT PONTOSSÁGA A MÉRÉS MENETE A MÉRÉSI-SZÁMÍTÁSI MÓDSZER LÉPÉSEI: MÉRÉSI EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE, HIBASZÁMÍTÁS HIBATERJEDÉS A MÉRÉS ÉRTÉKELÉSE A MÉRÉSI HIBA SZÁMÍTÁSA TOVÁBBI FELADATOK IRODALOMJEGYZÉK MELLÉKLETEK jauár

3 OTKA T-0464.oldal Bevezetés Amikor a Gázméröki Taszék felvállalta, hogy megvizsgálja mikét lehet a korszerű, gáz alapú háztartási földgázellátó redszert, a apeergiával kombiáli akkor már tudi lehetett, hogy ehhez méréseket, és a mérésekre alapuló gazdaságossági számításokat is kell végezie. A legfrissebb felmérések szerit a lakosság körébe a földgázt elsősorba fűtésre haszálják (66 %-ba), és alteratív eergiahordozókkal (mit a apeergia), a háztartásokak csak kevesebb, mit egy százaléka fűti lakását. Ez az egy százalék is tovább csökke, ha figyelembe vesszük, hogy a fűtéshez felhaszáli kívát apeergiát egyrészt tároli kell, másrészt pot a leghidegebb apokba áll a legkevésbé redelkezésre. Ömagába tehát fűtésre csak extrém beruházási költségekkel alkalmazható, ezért általába kombiált megoldásokba (földgáz és apeergia együtt) alkalmazzák. A fűtéstől eltérőe sokkal agyobb megtakarításokat érhetük el, ha háztartási melegvíz előállítására haszáljuk fel ezt a természeti eergiát. Melegvízre az év mide apjá szüksége va a háztartásokak. A yári időszakba a megfelelőe méretezett, és kialakított kollektoros redszer kiegészítő eergiaforrás élkül, ömagába is képes fedezi a háztartás melegvíz igéyét. A téli időszakba az előzőekbe vázolt redszer már csak részbe lesz képes kielégítei az igéyeket, tehát valamilye egyéb eergiahordozóval kell kombiáluk a melegvíz készítő redszerüket. Az átmeeti időszakba (tavasz és ősz), ettől kedvezőbb a helyzet, de még midig szükséges kiegészítő eergiaforrás alkalmazása. Ameyibe a háztartásokba melegvíz előállítására felhaszált eergiahordozókat számszerűsítjük, azt kapjuk, hogy a lakosság 47 %-a földgázból, 40 %-a elektromos áramból, 8 %-a a távhőből, 4 %-a egyéb forrásokból és csak 1 %-a yeri apeergiából a szükséges melegvizet. Ha összeadjuk a földgázból és az elektromos eergiából melegvizet előállítók aráyát, 87 %-ot kapuk. Ez azt jeleti, hogy poteciálisa a lakosság 87 %-a tudá a apeergiát kombiálta felhaszáli melegvíz termelés céljára. Itt em szerepelhetek a távfűtéses lakásba élők, hisze a távfűtés apelemekkel kombiált megvalósításához extrém agyságú kollektor felületekre, és beruházási költségekre lee szükség. A továbbiakba mi a 47 %-os földgáz részaráy csökketéséek lehetőségével és ezzel együtt a apeergia részaráyáak övelésével kíváuk foglalkozi, a melegvíz előállítás szempotjából vizsgálva a kérdéskört. Ahhoz, hogy össze tudjuk hasolítai a fosszilis eergiahordozók apeergiával törtéő kiváltásáak műszaki és gazdaságossági előyeit, méréseket kell végezük. A mérések eredméyeiből lehet majd gazdaságossági számításokat végezi és ezekből következtetéseket levoi. A kutatási project jele részébe egy átfolyó-redszerű gázvízmelegítő teljesítméyét és hatásfokát határozzuk meg a Gázméröki Taszék Gázipari Laboratóriumába felszerelt Vaillat Mag 17/1 XZ C+ típusú készüléke. A készülék egy átlagos háztartás melegvíz igéyéek kielégítésére elegedő. A mérési eredméyek értékelése utá, szükségessé válik egy apelemes, egy háztartás ellátásra alkalmas szolár beredezés mérése, és értékelése is. A két eredméy összehasolításából már gazdaságossági számítások is elvégezhetők leszek jauár

4 OTKA T oldal 1. ábra A Gázméröki Taszék Gázipari Laboratórium mérőköreiek kapcsolási vázlata 005. jauár

5 OTKA T oldal Az 1. ábra mutatja a Gázipari Laboratórium mérőköreiek az elhelyezését. Az 1 mérőállás tartalmazza a yomásszabályozó és gázmeyiség mérő egységeket. Itt lehetőség va a gázyomás 0-0 mbar közötti tartomáyba való szabályozására, és értékéek folyamatos kotrollálására. A két beépített gázmérő (egy hagyomáyos membráos és egy ultrahagos elve működő) többféle kapcsolásba is alkalmazható. Lehetőség va továbbá a gázmérő utái yomás és hőmérséklet meghatározására és gáz mitavételezésre is. Az 5 mérőálláso került sor a fali átfolyó-redszerű gázvízmelegítő teljesítméyéek, és hatásfokáak meghatározására. A készülék vízkörébe egy elektromos jelet adó vízmeyiség mérő, álladó vízyomást biztosító szelep, egy hőmeyiségmérő és egy szabályozó szelep került beépítésre. A készülékél méri kellett a gázyomást (mérő-, csatlakozási, égőyomás), hőmérsékletet, gázáramot; vízoldali yomásokat és hőmérsékleteket; az átfolyt víz meyiségét; a földgáz fűtőértékét, összetételét; a köryezeti yomást és hőmérsékletet. A mérési blokkba egyarát mérhető a hőterhelés évleges, mi. és max. yomáso (5; 18; 0 mbar). Mérhető továbbá a hatásfok, és az égéstermék összetétel. A mérésekhez szükséges mérleget egy agy potosságú (impulzusszámlálós, elektromos jelkimeetű) vízmérővel helyettesítettük. Mide készülékes mérőállásál megtalálható az égéstermék elvezetés. Az égéstermék elevezetés megoldása biztosítja a készülék függetleségét a kéméytől, így a szabváyak megfelelő mérési eljárást is. A készülékből kilépő (az áramlásbiztosítóba már a helyiséglevegővel keveredett) égéstermék az elszívóeryőkbe jut, ahoa mesterséges elszívással távozik a köryezetbe. A készülékből kiáramló égéstermék paramétereit (hőmérséklet, összetétel) az áramlásbiztosító előtt kell méri. Az áramlásbiztosító utá mért paraméterek már a hígított égéstermék jellemzőit adják. Az égéstermék mitavételezéshez a szabváyokba ismertetett kialakítású mitavételi szoda szükséges, mely egy időbe a füstcső több, azoos magasságba lévő potjából vesz mitát. Az égéstermék hőmérsékletéek érzékelése is ebbe a mitavevő szodába törtéik, a. ábra szerit.. ábra Égéstermék mitavevő szoda szabváyos kialakítása 005. jauár

6 OTKA T oldal 1. A mérés és feltételredszere A hőegyesúly vizsgálatához H jelű földgázzal üzemelő beredezést haszáltuk. A mérés sorá elvégeztük a tüzeléstechikai számításokat, meghatároztuk a készülék teljesítméyét, hatásfokát, veszteségeit, valamit kiszámoltuk a mérési hibát A méréshez kapcsolódó elméleti ismeretek A készülék hatásfoká a hőegyesúlyi állapotra voatkozó hatásfokot értjük. A gázfogyasztó készülék felfűtési ideje mely alatt a készülék szerkezetei elemei az egyesúlyi állapotra felmelegszeek- az üzemeltetés idejéhez viszoyítva rövid. Így általába a hatásfok ebbe az állapotba való meghatározásától eltekitük. A készülék direkt hatásfokát a haszos hőleadás (a felmelegített vízmeyiség) és a redszerbe bevezetett eergia (a gázégő hőterhelése) háyadosakét kapjuk. A méréshez tartozó fogalmak: 1. évleges vízmeyiség: az a vízmelegítő keresztül átfolyó víztérfogat, amely évleges gázterhelése 5 C-al melegszik fel.. felfűtési idő: az az idő, amely alatt a készülék vízszelepéek yitása utá a működésbe lépő készülékből kifolyó víz hőmérséklete eléri a hőegyesúlyi állapothoz tartozó hőemelkedés 95 %-át.. hőegyesúlyi állapot: a vízmelegítő olya üzemi állapota, amelybe változatla hőterhelés mellett a készülék teljesítméye (illetve az időegység alatt kifolyó víz meyisége és hőmérséklete) em változik. 4. égéstermék távozási hőmérséklete: az égéstermék közepes hőmérséklete a hőátadó felületek utá, de az áramlásbiztosító előtt. 1.. A mérőkör felépítése, a mérés meete A szabváyos mérési elredezést a. ábra mutatja, a kialakított mérőkört pedig a 4. ábra. A vízmelegítőt a redeltetésszerű haszálatak megfelelőe falra kell szereli. A készülék hideg és meleg víz csatlakozásába 0-4 bar méréshatárú csőrugós maométerek, valamit C méréshatárú higaytöltésű hőmérők kerültek elhelyezésre. Elhelyezésre került továbbá a hidegvíz oldalo egy álladó yomást biztosító vízszelep (a mérés alatt 1,0 bar-t kell tartai), egy impulzusszámlálós szárykerekes vízmérő, és egy hőmeyiségmérő készülék. A melegvíz oldalo egy kézi szabályozószelep található az elvételi vízmeyiség fiom szabályozásához. A mérés csak a felfűtési idő utá kezdhető el (max. 0 sec). Mértük a készüléke átáramló vízáramot és a víz felmelegedését. A haszos hőleadást a mért felmelegedésből számított közepes hőmérsékletkülöbséggel határoztuk meg. A bevezetett hőmeyiség meghatározásához mérük kellett az elégetett gáz térfogatát és fűtőértékét jauár

7 OTKA T oldal 1 gázyomás-mérő; gázhőmérő; kísérleti gázmérő; 4 gázyomás-mérő; 5 hidegvíz hőmérséklet mérés; 6 víz yomásmérés; 7 gáz-vízmelegítő; 8 melegvíz hőmérséklet mérés; 9 felfogótartály; 10 mérleg. ábra Gázvízmelegítő szabváyos mérési elredezése 4. ábra A gázipari laboratórium gázvízmelegítő mérésére szolgáló mérőpadja 005. jauár

8 OTKA T oldal 1.. Gázmeyiség mérés A gázipari laboratórium 1 db FLOGISTON G4 RF1 típusú (V max =4,0 m /h), impulzus jeladóval ellátott membráos, és 1 db IEM Soix 6 TC (G4) típusú (V max =4,0 m /h) elektroikus, ultrahagos elve működő gázmeyiség mérővel redelkezik. A G4-es mérő 1,0 literes potossággal, míg az ultrahagos elvű mérő 0,1 tized literes potossággal képes meghatározi az átáramlott gázmeyiséget. A két mérő az 5. ábrá látható módo került beépítésre. Ezzel az elredezéssel lehetőség va a gázmeyiség bármelyik mérővel törtéő külö mérésére. A gázmérővel mért gázmeyiséget mide esetbe át kell számítai a gáztechikai ormálállapotra a további számításokhoz, azaz korrigáli kell a barometrikus yomás és a köryezeti hőmérséklet igadozása miatt. A- KKS--5A típusú gázyomás szabályozó (p be = mbar, p ki = 0-8 mbar); B- KKS--5A tíusú gázyomás szabályozó (p be = mbar, p ki = 15- mbar); 1- hálózati gázyomás; - csatlakozási gázyomás; - szabályozott gázyomás; 4- gáz hőmérséklet; 5 FLOGISTON G4 RF1 típusú memráos gázmérő; 6- IEM Soix 6 TC (G4) típusú ultrahagos gázmérő 5. ábra Nyomásszabályozási és gázmérési kör kialakítása A mérési összeállításba mérhető a yomásszabályzó előtti, utái és a gázmérő utái gázyomás 0-60 mbar yomástartomáyú csőrugós maométerekkel. A hálózati yomás értéke 0 mbar. Lehetőség va továbbá a gázmérőből kilépő gáz hőmérsékletéek 005. jauár

9 OTKA T oldal meghatározására is egy C méréstartomáyú higayos hőmérővel. Itt végezhető el a földgáz mitavétel is a gázelemzéshez (összetétel, fűtőérték, relatív sűrűség). A gázmérő által szolgáltatott eredméyeket mide esetbe kisebb-agyobb hiba terheli, melyet korrigáli kell mide mérési eredméy eseté, mely a hitelesítéskor megadott hibából a korrekciós faktor segítségével számítható. A gázmeyiség mérésére az előzőekbe már ismertetett yomásszabályozó és gázmeyiség-mérő kört haszáltuk. Az átáramlott gázmeyiséget IEM Soics 6 TC (G4) típusú ultrahagos mérővel határoztuk meg. A gázmérési egységél (1 mérőkör) va lehetőség a gázhőmérséklet és a gázmérőbe lévő yomás mérésére. A gázhőmérséklet mérésére C méréshatárú higayos hőmérőt, a gázyomás mérésére 0-60 mbar yomástartomáyú csőrugós maométert haszáluk. A mért adatok értékelése sorá a literbe (m -be) mért gáztérfogatot át kellett számítai gáztechikai ormálállapotra (Nm ). Az átszámításhoz szükséges a légköri yomás ismerete is, így barométert is alkalmazuk kellett Nyomásszabályozási lehetőségek A gázmérési körbe beépítésre került db yomásszabályozó egység is. Az A jelű KKS-- 5A típusú 15- mbar, míg a B jelű KKS--5A típusú 0-8 mbar yomástartomáyba képes szabályozi. Midkét szabályozó bemeő yomása mbar között változhat. Beépítésre került egy kézi tűszelep is, a szabályozóko kívüli yomástartomáyok beállíthatósága érdekébe is. A szeleppel való yomásszabályozás kevésbé alkalmas a beállított yomásértéket tartására, mit a yomásszabályozók. A yomásszabályozó beállítását és helyes működéséek elleőrzését a szabályozók előtt és utá beépített maométerek szolgálják. Magyarországo a készülékek csatlakozási gázyomása 5 mbar, a készülék évleges teljesítméyéek maghatározásához ezt az értéket kell tartai a készülék előtt. Mivel ez a yomás a szolgáltatás függvéyébe változhat (igadozhat), ezért egy maximális és egy miimális határértékél is meg kell vizsgáli a készülék üzemét. Ez az érték 18 mbar miimálisa és mbar maximálisa. Ez azt jeleti, hogy a készülékek e yomástartomáyba kifogástalaul kell üzemelie. Sajos a gázipari laboratórium feltételei adottak, így em tudjuk vizsgáli a maximális mbar-os csatlakozási yomás értékhez tartozó üzemet (a maximális hálózati yomásuk 0 mbar) jauár

10 OTKA T oldal 1.5. A mérések igéyelt potossága Az egyes mérésekre a szabváyok a 1. táblázat szeriti potossági értékeket írják elő. 1. táblázat A megkövetelt mérési potosságok Mérés típusa Igéyelt potossága 1 Légköri yomás ± 5 mbar Gázyomás ± % (végkitérésre vo.) Gázáram ± 1 % 4 Idő ± 0, sec 1 h-ig ± 0,1 sec 1 h- túl Hőmérséklet 5 köryezeti ± 1 K 6 víz ± K 7 égéstermék ± 5 K 8 gáz ± 0,5 K 9 felületi ± 5 K CO, CO és O a 10 kéméyveszteségek ± 6 % (végkitérésre vo.) számításához 11 Fűtőérték ± 1 % 1 Tömeg ± 0,05 % 005. jauár

11 OTKA T oldal. A mérés meete A mérés a felfűtési idő utá legalább 1 perccel kezdhető. (A felfűtési idő legfeljebb 0 másodperc lehet, amely alatt évleges gázterhelése a készülék a beáramló víz hőmérsékletét 5 C-al emeli.) A mért értékeket meghatározott időegységek eltelte utá (10-60 sec) egyidejűleg kell leolvasi. A mérési sorozatot legalább 5 alkalommal kell megismételi. A készülék teljesítméyét a következő képlettel számítjuk: Q = m víz (t t ) c τ 1 p [W ahol Q- a készülék hőteljesítméye [W; m víz - az átfolyt víz tömege [kg; t - a kiömlő meleg víz átlagos hőmérséklete [ C; t 1 - a beömlő hideg víz átlagos hőmérséklete [ C; c p - a víz hőmérséklettől függő fajhője [J/kg C; τ- a mérés időtartama [sec. A készülék átlagos teljesítméye az öt vizsgálat adataiból kiszámított teljesítméy átlaga lesz. Az átfolyt víz tömegét a mérés alatt átáramlott vízmeyiség és a hőmérséklettől függő sűrűség szorzatakét kaphatjuk meg: m víz = V víz ρ víz (t) [kg A víz sűrűsége 0-50 C tartomáyba a következő -ad fokú poliommal közelíthető a legkisebb égyzetek módszerét felhaszálva: 5 ρ víz (t) =,4 10 t 4, t + 5, t + 999, [kg/m A víz fajhője a 0-50 C hőmérsékleti és 0- bar tartomáyba jó közelítéssel álladóak tekithető, mely értéke c p (víz) 4 18, J/kg C. A készülék direkt hatásfokát a kiszámított teljesítméy és a mérés alatt elfogyasztott gázmeyiség alapjá számíthatjuk: η = V Q τ H 0(15 C) a(15 C) [% ahol η- a készülék direkt hatásfoka [%; Q- a készülék hőteljesítméye [W; τ- a mérés időtartama [sec; V 0 - az elfogyasztott gáz térfogata gáztechikai ormálállapotra számítva [m ; H a - az eltüzelt gáz fűtőértéke gáztechikai ormálállapotra számítva [J/m jauár

12 OTKA T oldal Az elfogyasztott gázmeyiséget az egyesített gáztörvéy alapjá számíthatjuk át gáztechikai ormálállapotra: V (15 C) = V o mért 88,15 7,15 + t gáz p p barom + p barom,orm mérő [m ahol V mért - a gázmérő leolvasott elfogyasztott gázmeyiség [m ; t gáz - a gáz hőmérséklete a gázmérőbe [ C; p barom - a barométere leolvasott barometrikus yomás [mbar; p mérő - a gáz túlyomása a gázmérőbe [mbar; p barom,orm - a ormális légköri yomás, értéke 101,5 mbar. A gáz fűtőértéke a gázösszetétel és a kompoesek fűtőértékeiek ismeretébe meghatározható: H = a i i= 1 r H ai [kj/m ahol r i - az adott alkotó térfogataráya a keverékbe [tf% / 100; H ai - az adott alkotó alsó fűtőértéke [kj/m. A fűtőérték és az égéshő számításaiál a. táblázat értékei vehetők figyelembe. Bizoyos eseteke szükséges lehet, hogy ismerjük a gázkeverék relatív sűrűségét és Wobbeszámát. A relatív sűrűség megkapható: ρ ρ rel = ρ ahol ρ gáz és ρ lev a gáz és a levegő azoos fizikai állapotba mért sűrűsége. A Wobbe-szám összefüggése megkapható, ha a kémiailag kötött eergiaáram összefüggéséből csak a tüzeléstechikai jellemzőek tekitett gáztulajdoságokat hagyjuk meg. A fűtőértékből számított Wobbe-szám: gáz lev Wo a = H ρ a rel [kj/m ha a statikus csatlakozási gázyomást is figyelembe vesszük (mivel ez is változhat), akkor: Wo a = H a p ρ stat rel [kj/m ahol p stat - a statikus csatlakozási gáztúlyomás jauár

13 OTKA T oldal. táblázat A földgáz alkotóiak fűtőértékei * A táblázat értékei gáztechikai ormálállapotra (101,5 mbar és 15 C) voatkozak. A laboratóriumba haszált /H jelű földgáz összetételét, moláris tömegét, relatív sűrűségét, fűtőétékét és Wobbe-számát az 1. melléklet tartalmazza. A készülékre kapott direkt hatásfokra (η) felírható a következő összefüggés is: η = 100 (ε + ε ét té + azaz a 100 %-os hatásfok és a mért, direkt hatásfok közötti külöbség három részből tevődik össze, az égéstermék veszteségből (ε ét ), a tökéletle égésből származó veszteségből (ε té ) és a készülék felületé át a köryezetek átadott hőből (ε sug ). Az távozó égéstermék hőmeyisége miatt adódó veszteség a következőképe számítható, abba az esetbe, ha az égési levegő ics előmelegítve: ε sug ) ε ét = V fstg,edv H c a(15 C) fstg,köz (t fstg t lev ) [% ahol V fstg,edv - a téyleges fajlagos edves égéstermék térfogat [m /m ; c fstg,köz - az égéstermék közepes fajhője [kj/m C; H a - az éghető gáz gáztechikai állapotba vett fűtőértéke [kj/m ; t fstg - az égéstermék hőmérséklete [ C; t lev - az égési levegő hőmérséklete [ C jauár

14 OTKA T oldal A edves füstgáztérfogat meghatározása égéselméleti számításokkal lehetséges. A földgáz elégetéséhez szükséges elméleti oxigészükséglet a következőképpe számítható (az éghető alkotók tf%-ba adott értékeit 100-al osztva helyettesítük be): V O elm = 0,5CO + 0,5H + CH 4 +,5C H ,5H S O [m /m ahol O - jeleti a tüzelőayaggal bevitt oxigét. Az elméletileg szükséges levegőmeyiség: V 100 = V 1 lev, elm Oelm [m /m A fajlagos gyakorlati levegőmeyiség a légfelesleg téyezővel számítható: V lev, gyak = λ V lev,elm [m /m ahol λ a tüzelés légfelesleg téyezője, mely gáztüzelésél általába 1,05 1,40. A fajlagos füstgáztérfogat a földgáz összetételéek ismeretébe sztöchiometriai számítással határozható meg, sorredbe a szédioxid, a vízgőz, a kédioxid, az oxigé és a itrogétartalom alapjá: CO = CO (ta) + CO + 1CH 4 + C H 6 + CH H O = H + CH 4 + C H 6 + 4CH H S [m [m /m /m SO = H S [m /m O = VO elm (λ 1) [m /m N 79 = N (ta) + λ V 1 Oelm [m /m ahol (ta) jeleti a tüzelőayagba lévő összetevőt. A edves és száraz elméleti fajlagos füstgáztérfogat: Vfstg, edv = CO + H O + SO + O + N [m /m Vfstg, szár = Vfstg,edv H O [m /m 005. jauár

15 OTKA T oldal A tökéletle égésből származó veszteséget az elégetleül maradt: szé-mooxid (CO) tartalom, hidrogé (H) tartalom, és az elégetle széhidrogé tartalom adja. ε = ε + ε té CO H + CH ε [% A készülék burkolatá át a köryezetbe átadott hőből származó veszteség (sugárzási, kovektív, vezetési) a kazáfelület összes hőleadásáak és a kazá hőterheléséek háyadosakét előállítható: ε sug Q = Q felület hőőter 100 [% A sugárzással a kazá felületéről átadott hő: Q sug = ε σ A kazá (t 4 kazá t 4 köry ) [W ahol ε- a felület ayagától függő emissziós téyező; σ- a Stefa-Boltzma álladó, mely abszolút fekete testekre 5,7 W/m K 4 ; A kazá - a kazá köryezettel éritkező felülete [m ; t- hőmérséklet [ C. A felületről kovektíva átadott hő: Q kov = α A kazá (t kazá t köry ) [W ahol α- a kovektív hőátadási téyező [W/m K. A direkt hatásfok közvetett mérése tehát visszavezethető a távozó égéstermék összetételéek, hőmérsékletéek, az égési levegő hőmérsékletéek és a kazá felületi hőmérsékletéek mérésére..1. A mérési-számítási módszer lépései: 1. a mérési feltételek megteremtése (t hely = C, v hely =max. 0,5 m/s),. a készülék bemeő paraméteriek biztosítása (p csatl =5 mbar, p víz,be =1,0 bar),. a hőegyesúlyi állapot beállítása (felfűtés max. 0 sec., T víz =5; 50 C) 4. a gázösszetétel meghatározása, a fűtőérték és gázjellemzők (ρ rel, Wo) számítása, 5. a mérési ciklus (leolvasások) elvégzése legalább 5 alkalommal, 6. a készülék teljesítméyéek meghatározása, 7. a direkt hatásfok számítása, 8. a veszteségek számítása, 9. a mérési hibák számítása, 10. mérési jegyzőköyv elkészítése jauár

16 OTKA T oldal. Mérési eredméyek értékelése, hibaszámítás A kapott mért érték sohasem egyezik meg a keresett mérőszámmal, csak bizoyos potossággal közelíti. Tehát mide esetbe meg kell aduk a választ arra, hogy az értékek meyire helyese közelítik a valódi értéket. Ebből következik, hogy az eredméyek midig két részből állak, mért értékekből és a hozzájuk tartozó mérési hibákból. Ezek a hibák lehetek redszeres jellegűek, melyek a mérőszámot valamely iráyba redszerese eltolják, illetve véletle hibák, melyek az adott mérőszámot bizoytalaá teszik (a véletle hibák azoos körülméyek közötti mérések sorá is eltérő mérési eredméyeket produkálhatak). A mérés és hibaszámítás legfotosabb célja, hogy ezeket a hibákat miimálisra csökketse, és a mért érték miél jobba közelítse a valódi értéket. A mérési hibákat csoportosíthatjuk típusuk és eredetük szerit. A mérési hibák típusai: abszolút hiba, mely a mért érték és a méredő meyiség külöbsége, valamit relatív hiba, mely a méredő meyiségek a mért értéktől való százalékos eltérése. Legtöbbször azoba em ismerjük sem a mérés abszolút, sem a relatív hibáját, sőt előjelét sem. Ekkor a mérés hibája helyett a mérés bizoytalaságáról kell beszélük..1. Hibaterjedés A véletle hibákra jellemző szórás tovaterjedésére Bessel határozott meg összefüggést, mely szerit, ha a keresett meyiség a következőképpe függ a változóktól x = f(y, y...y ), akkor az eredő hiba a következőkből határozható meg: 1, x = ± i= 1 f y i y i ahol y jeleti a változó hibáját. i j Speciális esetbe, ha a keresett meyiség x = y y... sorozat formájú, akkor az x relatív hibáját a következő összefüggés adja: 1 x x = ± y i y1 1 y + j y jauár

17 OTKA T oldal.. A mérés értékelése A mért adatok alapjá ki lehetett számítai a készülék teljesítméyét, hatásfokát és a mérési hibát. A hatásfok számítása a korrigált gáztérfogattal törtét. Ki kellett továbbá számítai a gáz fűtőértékét, a gázjellemzőket. Diagramba ábrázoltuk az öt méréssorozat be- és kilépő vízhőmérsékleteit, valamit az időegység alatt átáramlott gázmeyiségeket. A mérések eredméyeit, és a szükséges diagramokat a. és. mellékletek mutatják. A mellékletbe szereplő mérési adatgyűjtő lap Excel táblázatba készült. A mért értékekből képzett átlagokat és a mérési hibákat a program automatikusa számítja a beírt adatok alapjá. Meghatározásra került a készülék teljesítméye és hatásfoka, csökketett és évleges terhelése is, a mért értékekhez tartozó mérési hibákkal együtt. Az égéstermék összetétele em került meghatározásra, mivel a készülék teljesítméye és hatásfoka e élkül is számítható. Az égéstermék összetételéek és paramétereiek a köryezeti terhelés vizsgálatakor lesz szerepe. A mért hőmérséklet és gázmeyiség adatokat diagramo is ábrázoltuk, így egyértelműe követhetővé vált a belépő és kilépő vízhőmérséklete, a változások potos helye és agysága, valamit az elfogyasztott gázmeyiségbe törtét változások. A diagramo jól látható a csökketett terhelésről a évleges terhelésre való áttérés időpotja és a mért meyiségekre gyakorolt hatása is... A mérési hiba számítása Az ide voatkozó szabváyok úgy redelkezek a hatásfokmérés potosságáról, hogy a mérési bizoytalaságot oly módo kell megválasztai, hogy a hatásfok mérésekor a teljes bizoytalaság e legye agyobb, mit ± %. Egy azoos feltételek mellett végzett mérési sorozat eredméyei legyeek x 1, x, x. Akkor a várható értéket legjobba a sorozat számtai középértéke közelíti meg, mely a 1 = x i i= 1 és eek ismeretébe meghatározhatók az egyes mért értékek hibái is: x i = x i a Ez azoba em szolgáltat iformációt a legvalószíűbb érték hibájára, hisze az egyes értékekre jellemző. Ellebe, ha a hibák égyzetátlagáak a gyökét vesszük, akkor az kapcsolatba lesz a szórással (σ), a mérés egyik legfotosabb jellemzőjével. A szóráségyzet a várható érték és a mért értékek külöbségéek égyzetátlaga. Tehát a szórás meghatározható: 005. jauár

18 OTKA T oldal σ = s = 1 1 i= 1 x i ahol - a mérések darabszáma; s- a hibák égyzetátlaga. A legvalószíűbb érték hibája a szóráségyzetből számítható a következő összefüggéssel: a = σ = i= 1 x i ( 1) Tehát a szórással megadható, hogy mi a valószíűsége aak, hogy valamely mért érték az átlag meghatározott köryezetébe esse. A becsült szórást legfeljebb 10 mérési eredméyt tartalmazó sorozatok eseté a sorozat hosszából határozhatjuk meg az alábbi összefüggés alapjá: σ B = A() R ahol A()- a sorozat elemeiek számától függő téyező, mely értékeit a. táblázat tartalmazza; R- a sorozat legagyobb és legkisebb eleméek külöbsége.. táblázat A sorozat elemeiek számától függő téyező Mért értékek száma () A () 0,89 0,59 0,49 0, ,7 0,5 0,4 0, A P segítségével megadhatjuk, hogy mi a valószíűsége aak, hogy valamely érték az átlag meghatározott köryezetébe esse, meghatározva így bármely érték várható bizoytalaságát. A P=99%-os valószíűséghez k=,58 tartozik, így 99%-os bizoyossággal állítható, hogy bármely mért érték az átlag ± k σ = ±,58 σ köryezetébe lesz. 4. További feladatok Következő lépésbe el kell végezük egy családi házra voatkozó becslést az éves melegvíz igéy előállításához szükséges eergia meyiségéről, valamit ki kell alakítai egy szoláros mérőkört, el kell végezi a szükséges méréseket, és az éves apeergia meyiségek becslését. Így a megtakarítható eergia meyiségére is kézzel fogható eredméyt foguk kapi. A két mérési eredméy alapjá lesz levoható a gazdaságosságra voatkozó legfőbb következtetés jauár

19 OTKA T oldal Irodalomjegyzék Erdősi I.: Épületgépészeti laboratóriumi gyakorlatok, Műegyetemi Kiadó, Budapest, Károlyi Gy.: A hibaszámítás alapjai, OKGT Gáztechikai Kutató és Vizsgáló Állomás, Budapest, Meyhárt J.: Az épületgépészet kéziköyve, Műszaki Köyvkiadó, Budapest, Meszléri C.: Gáztechikai példatár, Műszaki Köyvkiadó, Budapest, Ujhelyi J.: Mérés és szabályozás, Műszaki Köyvkiadó, Budapest, Vida M.: Gáztechikai kéziköyv Műszaki Köyvkiadó, Budapest, jauár

20 OTKA T oldal Mellékletek 1. melléklet A mérésekhez haszált /H jelű földgáz összetétele és miőségi jellemzői. melléklet Mérési adatgyűjtő lap a mérések eredméyeivel és a számított értékekkel. melléklet A mérési eredméyekből készített diagram 005. jauár

21 MINŐSÉGI JELLEMZŐK Mitavételi hely: Kistokaj-Vargahegy Időtartam: tól -ig Gáz fajta: /H földgáz Kompoesek mól % Metá 98,17% Etá 0,681% Propá 0,% Butá 0,085% Petá 0,015% Hexá 0,00% Heptá 0,001% Oktá 0,001% Szédioxid 0,045% Nitrogé 0,800% Összese: 100,000% A földgáz jellemző átlagos összetétele Moláris tömeg: 16,596 kg/kmol (15 0 C) Abszolut sűrűség: 0,7704 kg/m (15 0 C) Relatív sűrűség: 0,5648 (15 0 C) Égéshő: 7,8598 MJ/m (15 0 C) Fűtőérték: 4,105 MJ/m (15 0 C) Wobbe szám felső: 50,760 MJ/m (15 0 C) Wobbe szám alsó: 45,419 MJ/m (15 0 C)

22 Miskolci Egyetem Gázméröki Taszék Gázipari laboratórium Átfolyó redszerű gázvízmelegítő hőteljesítméyéek és hatásfokáak meghatározása 5 mérőállás A vizsgálatot végezte: Szuyog Istvá A felhaszált gáz moláris tömege: relatív sűrűsége: fűtőértéke: Wobbe-száma (alsó): 16,596 kg/kmol 0,5648 Dátum: Barometrikus yomás: ,00 mbar 4,11 MJ/m Köryezeti hőmérséklet:,0 0 C 45,414 MJ/m A felhaszált gázmérő: IEM Soix 6 TC (G4) Típus: Kategória: Vaillat MAG 17/1 XZ C+ II HSB/P MÉRT ÉRTÉKEK Mérés Csökketett terhelés Névleges terhelés Sorszám Mért adatok 15 0 C-o Mért adatok Számított adatok Égéstermék Idő τ V gáz V gáz t gáz p barom p mérő p csatl p égő V gáz,orm H a p víz,be t víz,be t víz,ki T víz V víz V víz ρ víz m víz Q Q átlag η η átlag Ο CO CO NO x t mi:sec sec m m 0 C mbar mbar mbar mbar m MJ/m bar 0 C 0 C 0 C m m kg/m kg W kw % % tf% tf% ppm ppm 0 0:00 0,90 0, :0 0 0,00 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 0,9947 0, ,7 1, ,65% 1:00 0 0,140 0,0110,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,011 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 0,9967 0, ,7 1, ,41% 1:0 0 0,40 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 0,9987 0, ,7 1, ,05% 4 :00 0 0,40 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0009 0,00 999,7, ,46% 5 :0 0 0,440 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,006 0, ,7 1, ,45% 6 :00 0 0,550 0,0110,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,011 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0046 0, ,7 1, ,41% 7 :0 0 0,650 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0055 0, ,7 0, ,8% 8 4:00 0 0,750 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0076 0, ,7, ,6% 9 4:0 0 0,850 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0095 0, ,7 1, ,85% 10 5:00 0 0,960 0,0110,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,011 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0115 0, ,7 1, ,41% 9, :0 0 0,4060 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,014 0, ,7 1, ,85% 78,80% 1 6:00 0 0,4160 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0154 0, ,7 1, ,05% 1 6:0 0 0,460 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0174 0, ,7 1, ,05% 14 7:00 0 0,470 0,0110,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,011 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0194 0, ,7 1, ,41% 15 7:0 0 0,4460 0,0090,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,009 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,01 0, ,7 1, ,7% 16 8:00 0 0,4580 0,010,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,01 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,0 0, ,7 1, ,04% 17 8:0 0 0,4680 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,05 0, ,7 1, ,85% 18 9:00 0 0,4770 0,0090,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,009 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,07 0, ,7 1, ,9% 19 9:0 0 0,4880 0,0110,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,011 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,091 0, ,7 1, ,59% 0 10:00 0 0,4980 0,0100,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,010 4,105 1,0 15,0 50,0 5,0 1,01 0, ,7, ,6% 1 11: ,550 0,070,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,076 4,105 1,0 14,0 60,0 46,0 1,050 0, ,79, ,74% 1: ,5550 0,000,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,006 4,105 1,0 14,0 64,0 50,0 1,090 0, ,79, ,06% 1: ,5840 0,090,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,096 4,105 1,0 14,0 65,0 51,0 1,04 0, ,79 4, ,70% 4 14: ,6140 0,000,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,006 4,105 1,0 14,0 66,0 5,0 1,0471 0, ,79, ,18% 5 15: ,6440 0,000,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,006 4,105 1,0 14,0 66,0 5,0 1,051 0, ,79 4, ,08 85,4% 84,0% 6 16: ,670 0,090,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,096 4,105 1,0 14,0 66,0 5,0 1,055 0, ,79 4, ,8% 7 17: ,700 0,000,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,006 4,105 1,0 14,0 66,0 5,0 1,059 0, ,79, ,6% 8 18: ,70 0,000,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,006 4,105 1,0 14,0 66,0 5,0 1,06 0, ,79, ,18% 9 19: ,760 0,090,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,096 4,105 1,0 14,0 66,0 5,0 1,0674 0, ,79 4, ,44% 0 0: ,790 0,0600,0 1 04,00 5,1 5,0,1 0,061 4,105 1,0 14,0 66,0 5,0 1,079 0, ,79 5, ,591 57,4% 57,4% 0 C Átlag szórása csökk terh: Átlag szórása évl terh: Hőteljesítméy csökk: Hőteljesítméy évl: Átlag szórása csökk terh: Átlag szórása évl terh: Hatásfok csökk terh: Hatásfok évl terh: Barometrikus korrekció: 0,66 Átlag: 0,0 Szórás: 9,44 Κ 0,66 kw 14,08 Κ 0,0 kw,64 1,47 78,80 Κ,64 % 84,0 Κ 1,47 % 1,045 m Q = víz η = V (t t ) c τ 1,0 14,7 55,0 40,4 999, ,65 ######## ######## ######## ######## ######## 0,00 0,48 7, 7,79 0,095 ######## ######## ######## ######## ######## 1 Q τ H p 0(15 C) a(15 C) [W [% V (15 C) = V o mért 88,15 7,15 + t p p + p barom,orm [m 5 ρ víz (t) =,4 10 t 4, t + 5, t + 999, gáz barom mérő [kg/m

23 HATÁSFOKMÉRÉS Vaillat 17/1 XZ C+ 70,0 0,90 60,0 0,80 Hőmérséklet [ 0 C 50,0 40,0 0,0 0,0 10,0 0,70 0,60 0,50 0,40 0,0 0,0 0,10 Gázmeyiség [m /h 0,0 0,5,5 4,5 6,5 8,5 10,5 1,5 14,5 Idő [mi Belépő vízhőmérséklet Kilépő vízhőmérséklet Delta T Gázmeyiség 0,00