Gázkészülékek égéstermékének elvezetése

Átírás

1 Gázkészülékek égéstermékének elvezetése Gázüzemű tüzelőberendezések égéstermék elvezetésének követelményrendszere Az égéstermék elvezető rendszer csak komplexen, mint az égőből, a készülékből, a kéményből és egyéb elemekből álló egység tárgyalható, az egyes elemekben lejátszódó folyamatok csak kölcsönös egymásra hatásukban vizsgálhatók. Így az égéstermék elvezető rendszer méretezésének szerves részét képezi a levegő utánpótlás tervezése is. Az épület ebben a vonatkozásban a rendszer működésének feltételeként vehető figyelembe. A rendszerszemléleti értelmezés segítségével juthatunk el a kéményáramkör modellhez, és ennek alapján határozható meg a kémény működéséből eredő feladatköre. A kéményáramkör: Az égéstermék elvezető rendszerek csoportosítása A gázüzemű berendezések égéstermék elvezetésének céljából és a vele szemben támasztott követelményekből kiindulva a megoldási módokat jelentősen befolyásolja a kiszolgálandó hőtermelő rendszer mérete. Ennek megfelelően beszélhetünk komfort égéstermék elvezetésről, valamint úgynevezett technológiai (kazántelep, erőmű, szemétégető mű stb.) rendszerek égéstermék elvezetéséről. 1

2 Gravitációs égéstermék elvezető rendszerek A biztonságos égéstermék elvezetést a füstgáz és a külső levegő hőmérsékletkülönbségéből (és így sűrűségkülönbségéből) adódó természetes huzat biztosítja. Az égéstermék hőmérséklete a kéményben felfelé haladva a környezettel való hőcsere következtében csökken, az égéstermék hűl. A kialakuló hatásos nyomáskülönbség (huzat) annál nagyobb, minél nagyobb a különbség az égéstermék közepes hőmérséklete és a külső hőmérséklet között, illetőleg minél magasabb a kémény. Az égéstermék elvezetés biztonságát a gravitációs huzat mértékén kívül az befolyásolja, hogy ennek a kialakuló huzatnak milyen ellenállást kell legyőznie. A nyitott égésterű tüzelőberendezések égéstermékének elvezetésére elsősorban a gravitációs üzemű, nyitott rendszerek szolgálnak. Ebbe a csoportba tartozik az egyszerű, széntüzelésű vaskályhától az áramlásbiztosítóval ellátott gázvízmelegítőig terjedően valamennyi atmoszférikus készülék égéstermékének elvezetése. Kivitelük alapján megkülönböztetünk: egyedi és gyűjtő kéményeket. A hazánkban jelenleg működő kémények túlnyomó többsége az egyedi kategóriába esik, sőt ezen belül is a legnépszerűbb a tömör, kisméretű, égetett téglából épített, úgynevezett orosz kémény, amelynek feladata egyetlen szintről legfeljebb 3 berendezés égéstermékének elvitele. 2

3 Egyedi kémény: A gyűjtőkémény többszintes épületek egymás felett lévő helyiségeiben elhelyezett tüzelőberendezések égéstermékeinek elvezetésére hivatott. A nyitott rendszerű gyűjtőkémények két csoportba sorolhatók: egycsatornás gyűjtőkémények és mellékcsatornás gyűjtőkémények. Az egycsatornás gyűjtőkéménynél a tüzelőberendezésből az égéstermék a rövid füstcsőszakaszon keresztül azonnal a főaknába kerül. Valamennyi szintről ez az egyetlen kürtő vezeti el az égésterméket. A kürtő belső átmérője a kéményre kötött készülékek számának és hőteljesítményének függvényében állandó volt, vagy felfelé bővült. A kéménytípus alapvető hibája, hogy a kémény anyagának következtében az égéstermék lehűlése jelentős, a keletkező huzat értéke kicsi, ezért meglehetősen érzékeny a működést befolyásoló külső, zavaró hatásokra. A kis közepes égéstermék hőmérséklet kialakulásához az is hozzájárul, hogy a nem üzemelő berendezéseken keresztül beáramló helyiséglevegő tovább hűti az égésterméket. 3

4 Egycsatornás gyűjtőkémény: Az emeletmagas elemekből készült, úgynevezett mellékcsatornás gyűjtőkémények lényegesen biztonságosabbak, mivel az égéstermék a készülékből először a kisebb keresztmetszetű mellékcsatornába kerül, majd egy szinttel feljebb köt rá a főaknára. A megoldás igen nagy előnye, hogy a mellékcsatorna ellenállása lényegesen nagyobb a főakna ellenállásánál, így nem kell számítani arra, hogy egy alsóbb szinti készülék égésterméke egy felsőbb szinti helyiségbe visszaáramoljon (ezt mutatja az ábra kinagyított részlete). 4

5 Mellékcsatornás gyűjtőkémény: Gravitációs, nyitott berendezések szerkezeti kialakítása Épített kémény 5

6 Szerelt kémény MSZ EN 143 szerinti kémény-fogalmak 6

7 Az égéstermék-áramlásbiztosító kialakítása és feladatai A gravitációs égéstermék-elvezetés jellegzetes eleme a gázkészülékbe, vagy arra közvetlenül ráépített égéstermék-áramlásbiztosító (a huzatmegszakító, deflektor elnevezést is használják). A szerkezet hármas biztonságtechnikai funkciót lát el: a túl nagy huzat megszakítása: a szél hatására keletkező túlzott szívás esetén a láng leszakadását akadályozza meg, mert a kémény a helyiségből szív hígító levegőt (a. eset); hideg kémény esetén, amikor még nem alakul ki a szükséges huzat, a visszatorlódó égéstermék a láng eloltása helyett a helyiségbe áramlik. Ez az állapot csak rövid ideig állhat fenn, ezért a visszaáramlás az egészségre veszélytelen égéstermék-koncentrációt okoz a helyiségben (b. eset); abban az esetben, ha a szél kéménybe irányuló sebességkomponense, vagy a kéményfej körül kialakított túlnyomásos zóna megakadályozza, vagy megnehezíti az égéstermék kiáramlását a kéményen, az égéstermék és a levegő is a helyiségbe áramlik, nem oltja ki a lángot. Ennek a jelenségnek az időtartama csak rendkívül rövid lehet (c. eset). Emellett az áramlásbiztosítónak van egy nagyon fontos hőtechnikai szerepe is: az égésterméket hígítva csökkenti annak harmatponti hőmérsékletét és ennek következtében a kéményben kialakuló kondenzációs veszélyt. 7

8 A harmatponti hőmérséklet a légellátási tényező függvényében: Kitorkollás-módosító szerkezet: Meidinger-tárcsa Kitorkolló idomdarabok Az MSZ EN szerinti nyitott tetejű kitorkolló idomok: 8

9 Szűkített keresztmetszetű kitorkolló idomdarabok: A kitorkollást érő kedvezőtlen környezeti hatások A kitorkollás védelme a kedvezőtlen környezeti hatásoktól az MSZ szerint: kéménykúp 9

10 A kitorkollás védelme az MSZ EN C melléklete szerint: Szomszédos épület esetén Az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásánál akkor kell feltételezni, hogy a szomszédos épületek befolyásolják a működését, ha az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásának vízszintes távolsága (L) a szomszédos épülettől kisebb, mint 15 m és az épület az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásától nézve vízszintesen 30 -nál nagyobb szög alatt látszik (α szög), és az épület legfelső éle az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásától nézve függőlegesen 10 -nál nagyobb szög alatt látszik (β szög) 10

11 A kitorkollás elhelyezése a tetőn (MSZ EN ): 11

12 Az ábra szerinti értékek: Jelölés a A kitorkollás helye Magasság magastető gerince felett, a gerinc közelében A kitorkollás helyének ajánlott mérete Gáz tüzelőanyag esetén a 0,4 m Túlnyomásos berendezés esetén 0,4 m szalmatetős épületek esetében a 0,8 m a 0,8 m b Magasság lapostetők felett b 1,0 m 0,4 m c c1 c2 e h A legkisebb vízszintes távolság a magastetőtől Nem éghető cserepekkel burkolt magastető felületére merőlegesen mért legkisebb távolság Magasság magastető felett, ha L a tetőgerinctől mért távolság Akadályok vagy negatív lejtésű tető legmagasabb pontja feletti magasság A szomszédos és csatlakozó épületek feletti magasság c 2,3 m vagy c1 c 1,4 m vagy c1 1 m 0,4 m 0,4 m ha L < 8 m e > 1,0 m, ha f <1,5g h > 1,0 m, ha i < 1,5j 0,4 m ha L < 8 m e > 0,4 m, ha f <1,5g h > 0,4 m, ha i < 1,5j 12

13 A gravitációs, nyitott égéstermék-elvezető berendezések méretezése A méretezés elve: munkapont számítás Az előzőekben bemutatott alapösszefüggést az egyes szakaszok összegeként értelmezhető rendszerre kell felírni: n i= 1 ahol i a szakaszok száma. Az áramlásbiztosítóval rendelkező gázkészülékek jellegzetessége, hogy a hígított égéstermék (keverék) tömegárama az égéstermék és a hígítólevegő (helyiséglevegő) tömegáramának összegeként határozható meg: kev H i E = n i= 1 m & = m& + m& ét i hlev A keletkező hatásos nyomás (huzat): p = h g ( ρk ρkev,köz ) Az áramlásbiztosítóval ellátott, atmoszférikus égőjű gázkészülék kéményméretezésének feladata annak az úgynevezett munkapontnak a meghatározása, illetőleg helyének megtalálása, amely a teljes rendszer működésére jellemző. A következő diagram függőleges tengelyén a keletkező összes huzat és az összegzett ellenállás olvasható le, míg a vízszintes tengelyen az áramlásbiztosítón keresztül beáramló hígító levegő tömegárama található. 13

14 1. lépés: szakaszokra bontás A méretezés lépései 14

15 2. lépés: sztöchiometriai számítások További lépések: A környezeti feltételek bevitele A tüzelőberendezés adatok bevitele A szakaszadatok bevitele A számítások elvégzése: Áramlástani méretezés Hőtechnikai méretezés: méretezés kondenzációra 15

16 Új, harmonizált magyar szabványok: MSZ EN : Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 1. rész: Égéstermék-elvezető berendezések egy tüzelőberendezéssel MSZ EN : Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 2. rész: Égéstermék-elvezető berendezések több tüzelőberendezéscsatlakozással A méretezés elve: nyomás- és hőmérséklet-feltételek teljesítése A szabványban előírt feltételek huzat vagy szívás alatt működő égéstermék-elvezető berendezéseknél: Nyomásfeltételek A következő feltételeket kell betartani: P Z = P H - P R - P L P W + P FV + P B = P Ze Pa P Z P B Pa P Z P H P R P L P W az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának égéstermék bevezetésénél fellépő huzat, Pa; az égéstermék-elvezető berendezés elméleti huzata, Pa; az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának áramlási ellenállása, Pa; a szélnyomás, Pa, a tüzelőberendezés üzeméhez szükséges legkisebb huzat-igény, Pa; P FV az összekötő elem tényleges áramlási ellenállása, Pa; P B a levegő bevezetés tényleges áramlási ellenállása, Pa; P Ze az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának égéstermék bevezetési pontján szükséges huzat, Pa. Hőmérsékleti feltétel A következő reláció teljesülését kell igazolni: T iob T g K ahol: T iob a belső falfelület állandósult hőmérsékletviszonyok mellett, a kitorkolásnál számított hőmérséklete, K; T g a belső falfelület határhőmérséklete, K. 16