A Mullit Kft mintatermében épült biotűzteres csempekályhán végzett mérések ismertetése Bevezetés A kályha tesztelését a Mullit Kft kezdeményezte. A Macsoi (www.macsoi.hu) támogatásával, a Mullit Kft. (www.mullit.hu), és a Durell Kft. (www.koltocsempe.hu) döntő mértékű közreműködésével, valamint Nagy Zoltán (www.kalyha.hu) hathatós segítségével, két alkalommal végeztünk méréseket a kályhán. A mérések célja információgyűjtés volt, jegyzőkönyvet nem készítettünk. A füstgáz hőmérsékletét két helyen mértük, a tűztér kilépéstől körülbelül 2 mm-re, és az összekötő elemben. A kályha felületi hőmérsékletét 12 ponton a felületre rögzített hőelemekkel, 5 ponton tapintó hőmérővel mértük. 1. sz. ábra Kiterített rajz a mérési pontokkal A füstgáz oxigéntartalmát Testo füstgázelemző készülékkel mértük. A szénmonoxid tartalom méréséhez Siemens Ultramat M52 készüléket használtunk. A merülő, és a felületi hőelemek értékeit egy percenként regisztráltuk. A tapintó hőmérőt, a környezeti hőmérséklet hőmérőjét, és a CO mérőt 5 percenként olvastuk le. A Testo üzemszünetekkel megszakítva folyamatosan regisztrált. A felvett adatok feldolgozása lényegében a korábban elvégzett szobakazán tesztnél alkalmazott, az MSZEN 1525 szabványon alapuló metódus szerint történt. Változás, hogy most az egy percenként regisztrált adatokat tekintettük alapnak, ehhez számítottuk ki, extrapolálással és interpolálással a rövidebb időszakon keresztül, nagyobb időközönként leolvasott, manuálisan lejegyzetteket.
1. sz. fénykép Előkészület a mérésekhez 2. sz. fénykép CO mérés műszerei
3. sz. fénykép A Testo füstgázelemző
Az eredmények összesítése: Dátum 213.2.2. 213.2.21. Berakott famennyiség (kg) 14,55 14,5 A fa fűtőértéke (kwh/kg) 4,26 4,26 Nedvességtartalom (%) 14 14 Bevitt hőmennyiség (kwh) 61,2 6,99 Leadott hőmennyiség (kwh) 52,44 49,64 12 óra alatt leadott hőmennyiség (kwh) 39,17 35,82 Maradék hőmennyiség (kwh) 13,27 13,82 Összes veszteség (kwh) 8,76 11,35 Hatásfok (%) 85,68 81,39 Hőtárolási idő * (óra: perc) 7:15 7:36 CO kibocsátás (%),1325,131 * MSZEN 1525 szerint értelmezve A 213.2.2-i mérés összefoglalása: Berakott famennyiség: Tüzelés kezdetekor: 14,55 kg A fa nedvességtartalma: 14 % A fűtőértéke: 4,26 kwh/kg A tüzelés időtartama: 1 óra 45 perc Átlagos tűztér hőmérséklet: 469,22 C Átlagos füstgáz kilépő hőmérséklet: 128,71 C Légfelesleg tényező: 2,86 Füstgáz O 2 tartalma: 12,78 % CO kibocsátás 13 % O 2 -nél,1325 % (1325 ppm; 1656,25 mg/nm 3 ) Bevitt hőmennyiség: 61,2 kwh Hatásfok: 85,68 % Leadott hőmennyiség: 52,44 kwh 12 óra alatt leadott hőmennyiség: 39,17 kwh Maradék hőmennyiség: 13,27 kwh Összes veszteség: 8,76 kwh Termikus veszteség: 7,91 kwh (az összes veszteség 9,3 %-a) Kémiai veszteség:,85 kwh (az összes veszteség 9,7 %-a) Teljesítmény 12 óra átlagában: 3,26 kw Teljesítmény 9 óra 9 perc átlagában: 3,69 kw (felfűtés + hőtárolási idő)
: :15 :3 :45 1: 1:15 1:3 1:45 2: 2:15 2:3 2:45 3: 3:15 3:3 3:45 4: 4:15 4:3 4:45 5: 5:15 5:3 5:45 6: 6:15 6:3 6:45 7: 7:15 7:3 7:45 8: 8:15 8:3 8:45 9: 9:15 9:3 9:45 1: 1:15 1:3 1:45 11: 11:15 11:3 11:45 12: Teljesítmény (W) Legnagyobb teljesítmény: Legkisebb teljesítmény: 5,33 kw 1,58 kw Átlagos kályhafelület és környezet hőmérséklet különbsége: Δt max : 58,9 C 1 óra 54 perc Δt fél : 29,5 C 7 óra 15 perc Δt min : 22,4 C 12 óra 213.2.2-i mérés A bevitt hőmennyiség megoszlása 7,91 kwh 12,9%,85 kwh 1,4% 52,44 kwh 85,7% QVtermikus (kwh) QVkémiai(kWh) QLlevegő (kwh) 1. sz. diagram 213.2.2-i mérés. A bevitt hőmennyiség megoszlása 6 213.2.2-i mérés Leadott teljesítmény 7 5 6 4 5 3 2 1 4 3 2 1 Idő (ó:pp) Leadott teljesítmény (W) BT) Sugárzással (W) (BT) Konvekcióval (W) (BT) Tűztér hőmérséklet ( C) (JT) 2. sz. diagram 213.2.2-i mérés. Leadott teljesítmény
: :15 :3 :45 1: 1:15 1:3 1:45 2: 2:15 2:3 2:45 3: 3:15 3:3 3:45 4: 4:15 4:3 4:45 5: 5:15 5:3 5:45 6: 6:15 6:3 6:45 7: 7:15 7:3 7:45 8: 8:15 8:3 8:45 9: 9:15 9:3 9:45 1: 1:15 1:3 1:45 11: 11:15 11:3 11:45 12: 7 213.2.2-i mérés Kályha és környezet hőmérséklet különbsége 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 Idő (ó:pp) Kályha és környezet hőfokkülönbsége ( C) )BT) Tűztér hőmérséklet ( C) (JT) 3. sz. diagram 213.2.2-i mérés. Kályha és környezet hőmérséklet különbsége A vonaldiagramokon referenciagörbeként tüntettük fel a tűztérhőmérséklet alakulását. A 213.2.21-i mérés összefoglalása: Berakott famennyiség: Tüzelés kezdetekor: 14,5 kg A fa nedvességtartalma: 14 % A fűtőértéke: 4,26 kwh/kg A tüzelés időtartama: 1 óra 53 perc Átlagos tűztér hőmérséklet: 438,99 C Átlagos füstgáz kilépő hőmérséklet: 135,46 C Légfelesleg tényező: 3,77 Füstgáz O 2 tartalma: 14,66 % CO kibocsátás 13 % O 2 -nél,131 % (131 ppm; 1637,5 mg/nm 3 ) Bevitt hőmennyiség: 6,99 kwh Hatásfok: 81,39 % Leadott hőmennyiség: 49,64 kwh 12 óra alatt leadott hőmennyiség: 35,82 kwh Maradék hőmennyiség: 13,82 kwh Összes veszteség: 11,35 kwh Termikus veszteség: 1,51 kwh (az összes veszteség 92,6 %-a) Kémiai veszteség:,84 kwh (az összes veszteség 7,4 %-a)
: :15 :3 :45 1: 1:15 1:3 1:45 2: 2:15 2:3 2:45 3: 3:15 3:3 3:45 4: 4:15 4:3 4:45 5: 5:15 5:3 5:45 6: 6:15 6:3 6:45 7: 7:15 7:3 7:45 8: 8:15 8:3 8:45 9: 9:15 9:3 9:45 1: 1:15 1:3 1:45 11: 11:15 11:3 11:45 12: Teljesítmény (W) Teljesítmény 12 óra átlagában: 2,98 kw Teljesítmény 9 óra 26 perc átlagában: 3,14 kw (felfűtési + hőtárolási idő) Legnagyobb teljesítmény: 4,88 kw Legkisebb teljesítmény: 1,49 kw Átlagos kályhafelület és környezet hőmérséklet különbsége: Δt max : 67 C 1 óra 5 perc Δt fél : 33,5 C 7 óra 36 perc Δt min : 26,6 C 12 óra 213.2.21-i mérés A bevitt hőmennyiség megoszlása 1,51 kwh 17,2%,84 kwh 1,4% 49,64 kwh 81,4% QVtermikus (kwh) QVkémiai(kWh) QLlevegő (kwh) 4. sz. diagram 213.2.21-i mérés. A bevitt hőmennyiség megoszlása 213.2.21-i mérés Leadott teljesítmény 6 7 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 Idő (ó:pp) Leadott teljesítmény (W) (BT) Sugárzással (W) (BT) Konvekcióval (W) (BT) Tűztér hőmérséklet ( C) (JT) 5. sz. diagram 213.2.21-i mérés. Leadott teljesítmény
: :15 :3 :45 1: 1:15 1:3 1:45 2: 2:15 2:3 2:45 3: 3:15 3:3 3:45 4: 4:15 4:3 4:45 5: 5:15 5:3 5:45 6: 6:15 6:3 6:45 7: 7:15 7:3 7:45 8: 8:15 8:3 8:45 9: 9:15 9:3 9:45 1: 1:15 1:3 1:45 11: 11:15 11:3 11:45 12: 8 7 6 5 4 3 2 1 213.2.21-i mérés Kályha és környezet hőmérséklet különbsége 7 6 5 4 3 2 1 Idő (ó:pp) Kályha és környezet hőfok különbsége ( C) (BT) Tűztér hőmérséklet ( C) (JT) 6. sz. diagram 213.2.21-i mérés. Kályha és környezet hőmérséklet különbsége A vonaldiagramokon referenciagörbeként tüntettük fel a tűztérhőmérséklet alakulását. Értékelés, következtetések A berakott famennyiség leégetése mindkét alkalommal felülről lefelé történt. A tűzvezetésnél a füstgáz oxigéntartalmának körülbelül 13 %-os szinten tartását tekintettük célnak. Főként az alsó, égéslevegőt beengedő ajtóval szabályoztunk, de időnként a tüzelőajtón keresztül is engedtünk be égéslevegőt. Miután nem tapasztaltunk egyértelmű összefüggéseket a nagyobb nyílás, több levegő magától értetődő tényen kívül, nem tudtunk érdemi következtetéseket levonni. A fából felszabadult gázok elégése után, a faszén izzása vontatott volt, a parázs lassan hamvadt el. Ezzel kapcsolatban további kísérleteket kellene elvégezni, hogy a szénmonoxid kibocsátást ebben a fázisban is minimális szinten tartsuk. (Költő András végzett ezzel kapcsolatos méréseket, melyek eredményét a szegedi találkozón ismertette, de írásban nem publikálta.) Érdemes lenne a berakott fa leégetését alulról felfelé, és elölről hátrafelé is megvizsgálni. A bevitt hőmennyiség, a hatásfok, a leadott hőmennyiség, a veszteség, és összetevőinek aránya meghatározásához szükséges paramétereket az MSZEN 1525 szabványnak megfelelően mértük, értéküket annak megfelelően számoltuk. A két tüzelés hatásfokának különbségét a légfelesleg tényező eltérése okozza. Ha 2.21-i mérés számításánál a mért helyett 12,78 % füstgáz oxigén tartalommal számolunk, a 2.2-i eredménnyel gyakorlatilag megegyező, 85 % feletti hatásfokot kapunk. Érdekes, hogy a hatásfok csökkenés a szabvány szerinti számítás szerint a termikus veszteségben jelenik meg, 2.2-án 12,929 %, 2.21-én 17,239 %. A kémiai veszteség százalékos értéke gyakorlatilag egyforma, 2.2-án 1,391 %, 2.21-én 1,374 %. Tehát az égéslevegő mennyiségének változása döntő mértékben befolyásolja a hatásfokot.
A kályha sajátos kialakítása, a padka és a hátoldal elzártsága megnehezítette a kályhafelület hőmérsékletének pontos mérését, és számítását. Nem lehetett a kályha felületén egyenletes kiosztásban elhelyezni az ehhez a kályhához éppen csak elegendő darabszámú hőelemet. Az egy hőelemhez tartozó kályha felületet a belső kialakítás figyelembevételével becsültük meg, ezért ezek eltérnek egymástól. Emiatt a levonható következtetések elsősorban erre a kályhára, és erre a méréssorozatra érvényesek. A kályha felületi hőmérsékletéből számolt teljesítmény értékeket a hatásfokkal számított leadott hőmennyiség alapján korrigáltuk. Ennek ellenére valószínűsíthető, hogy a valóságban a teljesítmények valamivel magasabbak, ennek megfelelően a 12 óra alatt leadott hőmennyiség nagyobb, a maradék hőmennyiség pedig kevesebb. További kísérletekkel kellene bizonyítani, de úgy tűnik, hogy a névleges hőtárolási időre a kályha kialakítása is lényeges hatással van. Az Österreichischer Kachelofenverband ajánlására támaszkodva, a beépített anyagok vastagsága alapján a hőtárolási időt 12 órára becsültük. A kályha hátoldalán lévő, csak felül nyitott légtér, és a homlokoldali hőleadás intenzitását fékező padka miatt ez az időtartam meghosszabbodott, a kályhának 24 óra múlva is volt számítható hőleadása. A méréssorozat indulásakor a mérési idő és az óraidő szinkronizálásánál hibát vétettünk, a két egymástól függetlenül végzett időegyeztetés között körülbelül háromperces eltérés van. Ezt csak a felvett értékek feldolgozásánál vettük észre, akkor úgy döntöttünk, hogy a regisztrált adatokhoz tartozó szinkronizálást fogadjuk el. Emiatt a 2.2-i mérésnél sem nulla értékről indulnak a teljesítménygörbék, ez fizikailag nem magyarázható. A 2.21-i mérésnél, a korábban írtak szerint érthető a teljesítménygörbe 145 W-os kezdőértéke, de az említett hiba miatt a kezdeti három perces időtartamra nem lehet pontos következtetéseket levonni. A mérések és a számítás alapján a leadott teljesítmény 55-58 %-a sugárzási, a maradék konvekciós teljesítmény. A sugárzással leadott teljesítmény megállapításánál, a szabványnak megfelelően, a környezeti hőmérséklettel számoltunk. Elméletileg pontosabb eredményt adna, ha a kályha környezetében elhelyezkedő tárgyak felületének hőmérsékletét vennék figyelembe, de gyakorlatilag ez kivitelezhetetlen. Elképzelhető, hogy ezek hőmérséklete kisebb, mint a levegőé, ezért a valóságban a sugárzással leadott teljesítmény százalékos értékét nagyobbnak tételezhetjük fel. Nem állításként, hanem csak továbbgondolásra érdemes feltevésként említjük meg a következőket. A hőleadás döntően sugárzással történik. A kisugárzott teljesítmény a hőátadásban szerepet játszó felületi hőmérsékletek negyedik hatványával arányos, tehát érzékeny a hőmérsékletek alakulására. (Nagy Zoltán, és édesapja Nagy Sándor végzett ezzel kapcsolatban ellenőrző számításokat.) Kérdés, hogy tulajdoníthatunk-e a kályhának valamiféle önszabályozó képességet? A nagyobb környezeti hőmérséklet nagyobb környezeti felülethőmérsékletekkel jár, ez pedig jelentősen csökkentheti a kisugárzott teljesítményt. Levonható az a következtetés, hogy a kályha teljesítménye a sugárzás miatt jobban alkalmazkodik a helyiség hőszükségletéhez, mint egy konvekciós hőleadású fűtőberendezés? Megjegyezzük, hogy az eddigi számításokkal ezt nem sikerült igazolni. Valószínűnek tartjuk, hogy a mérésekből a mi figyelmünket elkerülő további fontos következtetések is levonhatók. Ezért mind a mérési eredményeket, mind a számítást, a Macsoi egyetértése esetén, szívesen átadjuk az érdeklődőknek. Fót, 213.március 22. Libik András