Tüzeléstechnikai hatásfok

Átírás

1 Dr. Szunyog István, tanszékvezető egyetemi docens Tüzeléstechnikai hatásfok Mennyi az annyi? helyiségfűtő berendezések és a kombinált fűtőberendezések MISKOLCI EGYETEM Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék Web XXV. Dunagáz Szakmai Napok Konferencia és Kiállítás Visegrád

2 Öntsünk tiszta vizet a pohárba! 2

3 De miért is? 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? 3

4 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 4

5 Jogszabályi háttér 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. 5

6 Jogszabályi háttér 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 (η s ): a fűtőberendezés által a meghatározott fűtési idényben kiszolgált helyiségfűtési igény és az ezen igény teljesítéséhez szükséges éves energiafogyasztás százalékban kifejezett aránya; 6

7 Jogszabályi háttér 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. Forrás: Baumann,

8 Jogszabályi háttér I. melléklet 11. szezonális főfunkciós helyiségfűtési hatásfok (η son ): 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) 8

9 Jogszabályi háttér II. melléklet a) 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). 9

10 Jogszabályi háttér 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 η s szezonális helyiségfűtési hatásfokot az η son 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. 10

11 Jogszabályi háttér augusztus 2: 813/2013/EU (megjelenés) szeptember 26: hatályba lépés (első lépcső: CE jelzés + szezonális hatásfok (η s ) + energia-címke) július 1: türelmi időszak vége az egyetemes szolgáltatásra jogosult gázfelhasználók esetében szeptember 26: hatályba lépés (második lépcső: CE jelzés + szezonális hatásfok (η s ) + energia-címke + 56 mg/kwh (felső hőértékre von.) max. károsanyag kibocsátás (NO x ) 11

12 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. 12

13 Hatásfokok 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) 13

14 Tüzeléstechnikai hatásfok Német számítási módszer (Siegert összefüggés) Hatásfok = 100 qa, % ahol qa az égéstermék veszteség, % FT az égéstermék hőmérséklete, 0 C AT az égési levegő hőmérséklete, 0 C O 2 a száraz égéstermék oxigén tartalma, % 21 a levegő oxigén tartalma, % A 2 és B tüzelőanyagtól függő konstansok Tüzelőanyag A 2 B CO 2max Földgáz 0,65 0,009 11,9 PB-gáz 0,63 0,008 13,9 Tüzelőolaj 0,68 0,007 15,4 14

15 Tüzeléstechnikai hatásfok Angol számítási módszer (csak érdekességként) ahol EffG tüzeléstechnikai hatásfok, % FT az égéstermék hőmérséklete, 0 C AT a környezeti levegő hőmérséklete, 0 C X M + 9 x H M, H tüzelőanyagtól függő konstans (a tüzelőanyag nedvesség (M), és hidrogén (H) tartalma) K gr, K 1 tüzelőanyagtól függő konstans tüzelőanyagtól függő konstans Q gr Tüzelőanyag K gr K 1 H M Q gr CO 2max Földgáz 0, ,4 0 53,42 11,9 15

16 Tüzeléstechnikai hatásfok 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, 0 C az égéshez szükséges levegő hőmérséklete, 0 C a felhasznált gáz hőmérséklete, 0 C 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 16

17 Tüzeléstechnikai hatásfok 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 levegő hőmérséklet érzékelővel? Milyen a készülékbe érkező földgáz hőmérséklete? (tél vagy nyár, földi vagy szabadon futó vezeték, éri-e napsugárzás) 17

18 Tüzeléstechnikai hatásfok 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: O 2 érzékelő, CO érzékelő CO 2 számítás a CO 2max értékből (tüzelőanyag függő!) 18

19 Tüzeléstechnikai hatásfok 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) 19

20 Tüzeléstechnikai hatásfok 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) 20

21 Tüzeléstechnikai hatásfok A paraméterek bizonytalanságából adódó várható szélsőértékek Minimum érték Maximum érték Távozó füstgáz hőmérséklet, 0 C +40 (C típ. kond.) +160 (B típ.) Égési levegő hőmérséklete, 0 C -15 (tél) +40 (nyár) Levegő O 2 tartalom, % 20,9 21,0 Siegert konstansok földgázra A 2 B 0,63 (városi gáz) 0,0009 (földgáz) 0,66 (földgáz) 0,0011 (városi gáz) Földgáz hőmérséklet, 0 C +5 (tél) +40 (nyár) Barometrikus nyomás (MO), mbar Égőnyomás (kb.), mbar

22 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 O 2 tartalmának változása max. 0,07%- nyi eltérést eredményez a qa értékében. 22

23 Számítási eredmények 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) 23

24 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! 24

25 Felhasznált irodalom A BIZOTTSÁG 813/2013/EU RENDELETE (2013. augusztus 2.) a 2009/125/EK európai parlamenti és tanácsi irányelvnek a helyiségfűtő berendezések és a kombinált fűtőberendezések környezettudatos tervezésére vonatkozó követelmények tekintetében történő végrehajtásáról Baumann Mihály: Épületenergetika, Digitális Tankönyvtár, TESTO: Flue Gas Analysis in Industry - Practical guide for Emission and Process Measurements Versits Tamás: Hova tűnt a kondenzációs kazánok 100% feletti hatásfoka?, Épületgépész, VI. évf., március Készülék katalógusok 25

26 Köszönöm a figyelmet! MISKOLCI EGYETEM Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék Telefon (36) szunyogi@kfgi.uni-miskolc.hu Web 26