Divatos termék-e a kondenzációs kazán? Mai valóságunkat egyre inkább áthatja az internet. Nem csak a hírvilág, a politika, az általános mőveltség szerzésének része, hanem szakmai-tudományos területeken találunk korábban elképzelhetetlen lehetıségeket. Az információszerzés, a vásárlás mellett fórumot is szolgáltat az arra vállalkozók és a kíváncsiskodók számára. Mint egyetemi oktatónak számos elınye ellenére rossz véleményem is van az internetrıl: a sekélyes ismeretszerzést szolgálja és eltéríti az embert az elméleti, elvont gondolkodástól. Ez rossz hatással van az egyetemi képzésre. De nézzük inkább a gyakorlatot. Például beütöttem a keresıprogramba a kondenzációs kazán kifejezést, mellyel 4160 találatot értem el. Elsısorban kereskedı, kivitelezı cégek reklámozzák termékeiket igen részletes szakmai ismeretek kíséretében. Ezeket általában a szakszerőség jellemzi. Látványos fotók, metszetrajzok mutatják be a különféle szerkezeteket. Számos esetben tankönyvbe illı fogalom meghatározásokat adnak. Mit lehet ehhez hozzátenni egy szakmai cikk keretében? A több ezer találatból rögtön az elsık között egy Fórumra bukkantam, mely az épületgépészet és az építés témakörével foglalkozik. A kondenzációs kazán területén jónéhány hozzászólással találkoztam. Nézzünk meg pár levélbıl részleteket: 1. levél: Üdv mindenkinek! Én kazánválasztásban szeretnék tanácsot kérni, ahány gázszerelı, kazánáruház stb., mindenki mást mond, de végül sikerült kiszőrnöm, hogy melyik lehetne valóban hatékony a mi házunkban, és szeretnék megerısítést (vagy más véleményt). Zárt égésterő kondenzációs kombi (átfolyós) kazánra gondoltunk, 24 kw-osra, a következı okok miatt. Bár a lakószobákban radiátoros főtést tervezünk, de van a lakásban egy nagy cserépkályha, amiben ha főtünk, akkor a gázkazán folyamatosan félgızzel fog menni (a radiátorokra termosztátot akarunk szereltetni). Úgy tudom, hogy a hagyományos kazánok az ideális teljesítmény alatti mőködésnél jelentıs veszteséggel dolgoznak, a kondenzációsnál viszont ez inkább elınyt jelent, tehát sokkal gazdaságosabban mőködtethetı. A konyhában és a fürdıben padlófőtés is lesz, de csak az ott elhelyezett egy db radiátor ill. törülközıszárító visszafolyó vizének levezetésével a padló alá, így ez akkor is melegít, ha a szobai radiátorok lezárnak a cserépkályha miatt. 2. levél: Sziasztok! Valakitıl segítséget szeretnék kérni kazán teljesítmény tervezésben, mert több verziót hallottam már a következı szitura:építkezem és turbós gázkazánom lesz radiátoros főtéssel(nem kondenzációs), de nem tudom, hogy milyen teljesítményő legyen. 3. levél: Helló! Remélem még nem késtem el a segítséggel. Véleményem szerint, mivel kereskedelemben dolgozom ezen a szakterületen, az a meglátásom hogy a külsı szigetelést valóban nem ártana legalább 7 cm-re növelni és ebben a z esetben kis ráhagyással 18kW lenne a hıigénye az épületnek. Viszont a melegvíz felfőtésére kell a 21-23kW, ezért javasolok egy 24Kw-os kazánt. Elsı észrevételem az volt, hogy milyen szakszerő kifejezéseket, fogalmakat használnak a minden bizonnyal laikus építkezni szándékozók. De kik lehetnek a válaszadók? Milyen szándék vezérli ıket: emberbarátság, kereskedelmi érdek, szereplési vágy? Nem tudom. A kondenzációs kazánok rohamos terjedése mellett az internet jelenség is motivált abban, hogy egy tervezıknek szóló szakmai cikket megírjak, elsısorban egyetemi tanításaim alapján.
A kondenzációs jelenség A füstgázoldali kondenzáció a gáz- és olajtüzelés elterjedésekor okozott elıször problémát. Szilárd tüzelésnél az égéstermékben igen alacsony volt a vízgıztartalom, illetve nagyon magas volt az égéstermék hımérséklete (akár 200-300 C). A kondenzáció még a kéményben sem következett be, még akkor sem, ha a tüzelıanyag nedvességtartalma magas vagy a kémény szigetelése rossz volt. A kazánok többnyire a viszonylag korrózióálló öntöttvasból készültek. Az olaj és különösen a gáz tüzelıanyag elterjedése mellett a hatásfok javítása miatt az égésterméket egyre jobban lehőtötték. A hegesztett kazánoknál megjelenı kondenzáció már jelentıs korróziós veszélyt jelentett. A megoldást abban találták, hogy ezeknél a kazánoknál elıírták a lehetı legalacsonyabb visszatérı víz hımérsékletet. Vagyis a kazánok tervezési segédletében azt találtuk, hogy a kazánba belépı víz hımérséklete legalább 50 C-os legyen. Ezt az esetek többségében az elıremenı víz szivattyús bekeverésével érték el. A környezetvédelem igen jelentıs hatást gyakorolt a kazán konstruktırökre. Az energiafelhasználás csökkentésének racionális lehetısége a hatásfok javítása. A környezeti levegı károsanyag terhelésének, vagyis a kazánok emissziójának csökkentése ugyancsak jövınk egyik alapkérdése. A földgáz rohamos elterjesztése igen nagy lehetıséget és feladatot adott a központi főtés kazánfejlesztıinek. Ezeket a törekvéseket számos nyugati országban az állam és a helyi önkormányzat jelentıs anyagi segítséggel támogatta. Napjainkban néhány országban bizonyos területeken kötelezıvé tették a kondenzációs kazánok alkalmazását. Magyarországon is hallani ilyen törekvésekrıl, bár az anyagi támogatás várat magára. Szerencsére a gyártóknak köszönhetıen ezen kazánok felára egyre csökken és hazánkban is rohamosan terjed alkalmazása, fıleg a kedvezı megtérülés reményének köszönhetıen. A kazánok hatásfoka Mint ismeretes a kondenzációs kazánok hatásfoka igen magas. Célszerő ezt a kérdést részletesen megvizsgálni. A kazánok hatásfokát számos tényezı befolyásolja. Korábban az épületgépészetben csak a tüzeléstechnikai hatásfoknak volt jelentısége a kazánok kiválasztásnál, méretezésénél. Ezen adott névleges, vagy méretezési állapotban, valamint folyamatos üzemben mért hatásfokot értjük. Ezt akár idealizált, vagy névleges hatásfoknak is tekinthetjük. A kazánok minısítésének egyik legfontosabb mérıszáma a névleges hatásfok volt. Az energiafelhasználás szerepének elıtérbe kerülésével a méretezési hatásfoknál fontosabb lett az üzemelési idıszakra esı hatásfok, mely általánosságban az éves hatásfokot jelenti. Mint ismeretes a főtési hıteljesítmény a főtési idıszakban jelentısen változik. Leegyszerősítve 100 0% között változik a főtési hıveszteség, de az épületbeli hınyereség és a tárolt hınek köszönhetıen a főtési határhımérséklet nem egyezik meg a főtött épület belsı hımérsékletével. Az ezzel kapcsolatos számítások a tervezık számára már megismert és a napi feladatot jelentı 7/2006 TNM rendeletben megtalálhatók. A gyakorlatban a minimális kazánteljesítmény, vagy a legkisebb részterhelés mintegy 30%-ra tehetı. Ennek részletesebb vizsgálata érdekes kutatás-fejlesztési téma lehet. Az elızıekben tehát a főtési hıigény 100-30% között változik. Sajnos, a szakmai gyakorlatban a méretezési hıszükségletet és a névleges kazánteljesítmény nem egyezik meg. Ennek két fı oka van. Egyik a tervezésnél gyakori indokolatlan túlméretezés. A hıszükséglet számításban van akkora biztonság, amelyet felesleges fokozni a kazán kiválasztásánál. Üzembiztonság szempontjából egy darab kazánnál a túlméretezés nem segít, míg több
kazánnál a külsı hımérséklet gyakorisága nem teszi indokolttá a túlméretezést. A tervezésnél gondot okoz még a használati melegvíztemelés. Ezt a gyakorlatban az elınykapcsolás témakörébe sorolhatjuk, mellyel egy korábbi számunkban már részletesebben foglalkoztunk. Átfolyós használati melegvíztermelésnél rossz szolgáltatás mellett, rendkívüli teljesítmények szükségesek. Ilyenre látunk példát az utóbbi idıben megjelenı lakáshıközpontoknál. Mint ismeretes átfolyós rendszernél egy vizes csapoló (fürdıkád, vagy mosogató) teljesítményszükséglete 25-30 kw. Egy mai épületenergetikai követelményeknek megfelelı 90 m 2 -es lakásnál a transzmissziós veszteség 0,35*90*2,7*33=2800 W, míg a szellızési kb. 0,35*0,5*90*2,7*33=1400 W, azaz összesen 4,2 kw. Egy garzon lakásnál a fele, vagyis kb. 2 kw. Egy 150m 2 -es családi háznál 0,58*150*2,7*33=10 kw hıszükséglettel kalkulálhatunk. A rövid ideig, esetleg néhány percig tartó 25-30 kw teljesítményt kell szinkronban mőködtetni az 1-2-5 kw átlagos idıszakbeli és egyben leggyakoribb főtési teljesítményigénnyel. Ez nem egyszerő feladat és jó hatásfokkal meg sem oldható. És ekkor csak egy csapolót szabad a lakásban kinyitni. Az utóbbi idıben emiatt a konstruktırök kifejlesztették a tárolós megoldásokat. Kis tárolókat a kazánszekrényben is találhatunk, míg nagyobb (80-150 l-es) méretőeket külön. A kazánok teljesíményét viszont csak néhány gyártó csökkentette. Egy 120 l-es tároló vizének fél óráig tartó felfőtéséhez 120*4,186*(50-10)/0,5=11,2 kw szükséges. Ez az elınykapcsolás lényege, mellyel többnyire sem a gyártók, sem a tervezık nem igazán élnek, esetleg inkább visszaélnek. Visszatérve a hatásfok kérdésére, egy csúcsminıségő, de rosszul választott kondenzációs kazán többnyire ki-be kapcsolásos üzemben mőködik az év nagy részében. Gondoljunk arra, hogy ha a kombi kazán névleges teljesítménye 25 kw, a főtési átlagteljesítmény 1-2-5 kw, akkor a minimális 0,3*25=7,5 kw kazánteljesítmény milyen hatásfokot eredményez. Érdekes módon erre nem kapunk választ a gyártóktól. A szakirodalomból ismert az alábbi általánosan értelmezett diagram.
1.ábra: kazántípusok kazánhatásfok változása a kazánterhelés függvényében Ez könnyen félreértelmezhetı. A kazánteljesítmény az elızıekben részletezett okok miatt nem azonos a hıszükséglettel. Az ábrán látható részterhelést tehát osztanunk kell a kazánteljesítmény hıszükséglet hányadossal. Ebbıl következik, hogy a külsı hımérsékletnél a tengelyosztást is zsugorítani kell. A diagram használatánál vigyázni kell arra is, hogy a kazánok teljesítményének folyamatos szabályozása csak 25-30%-ig lehetséges. Ennél kisebb igénynél tehát a hatásfokra nincs megbízható adat, de biztosan rosszabb lesz az ábrán láthatónál. Talán a hagyományos kazán jelleggörbe elfogadható. Az 1.ábra tehát nagyon óvatosan használható és a pillanatnyi hatásfokot mutatja. Az energetikában viszont az éves hatásfok a meghatározó. Az éves hatásfokot méréssel és számítással lehet meghatározni. A mérés csak korlátozottan, utólagosan végezhetı el, de pontosnak tekinthetı. Ekkor egy hımennyiségmérıvel mérjük a hıfelhasználást, míg egy fogyasztásmérıvel mérjük a felhasznált tüzelıanyag mennyiséget. A főtıérték ismeretében könnyen kiszámolható az átlagos, vagy éves hatásfok. Ha az égésterméknél hasznosítjuk a benne lévı víz folyadékhıjét, vagyis hasznosítva kondenzáltatunk, akkor akár 100% felett hatásfokot kapunk. Ez azért lehetséges, mert a főtıérték nem tartalmazza azt az energiahányadot, melyet a kondenzáció rejt. Ha a tüzelıanyagunk vizes akkor is keletkezhet kondenzáció, de ennek enegiatartalmát nem kinyerjük, hanem visszanyerjük. Vagyis itt is elınyös a kondenzáció, de ekkor alacsonyabb főtıértékkel kell számolnunk. Ez különösen biomassza tüzelésnél érdekes.
Az éves hatásfokot egyszerőbben, illetve elızetesen számítással is meghatározhatjuk. Ehhez ismerni kell az üzemi menetrendet. Közös főtés és HMV termelésnél külön kell számítani a várható üzemidıket, és a hatásfokot idıtartam és teljesítmény szerint súlyozva kell átlagolni. Ez egyáltalán nem könnyő feladat. Ha csak a főtést nézzük, akkor a teljesítmény gyakorisági diagramot kell felhasználni. Erre magyar módszer nincs. Nálunk is a német szabvány szerint dolgozunk, vagyis a DIN 4702 szerint. A 2.ábrán látjuk a Berlin körzetére meghatározott gyakorisági diagramot. A főtési teljesítmény változását látjuk az éves napi elıfordulás függvényében. Tehát például legalább fél teljesítménnyel kell mőködtetnünk a kazánt legfeljebb 40 napon keresztül egy évben. Itt megint nem szabad elfeledkezni arról, hogy a diagram feltételezi a méretezési hıszükségletet és a névleges kazánteljesítmény azonosságát. Helyesebb lenne a függıleges tengelyre a főtési hıszükségletet írni. 2.ábra: a hıfokgyakoriság, a külsı hımérséklet, főtési napok és a kazánterhelés kapcsolata A diagramban öt azonos nagyságú területet látunk, mely megadja azokat a részteljesítményeket melyek kb. azonos energiafelhasználással jellemezhetık. Ezeknél a teljesítményeknél, a számtani átlagos hatásfok adja a számított éves hatásfokot, melyet névlegesnek tekinthetünk. Az 1. és 2. ábra segítségével a névleges éves hatásfokot meghatározhatjuk akkor is, ha a kazánunk túlméretezett, de csak 30% részterhelésig. Ez alatt csak becslésekre szorítkozhatunk. Fentiek alapján ne fogadjuk el biztosan azt a gyártói adatot, hogy az éves hatásfok 105%. Szimpatikusabb, ha 95%-ot emlegetnek. És nem szabad arról sem elfeledkezni, hogy a kondenzáció csak 50 o C alatti visszatérı hımérséklet alatt kezdıdik és nem 100%-os.Gondoljunk a klimatechnikából jól ismert levegı-vízgız (h-x) diagramra. Jelentıs kondenzáció csak 10-20 o C vízhımérsékletnél érhetı el. A főtési módok közül az alacsony hımérséklető felületi főtésnél számolhatunk átlagosan 25 o C-os visszatérıvel. Radiátoros főtésnél a helyzet sokkal bonyolultabb, mivel a visszatérı erısen változik és sok mindentıl függ. Kétcsöves főtésnél a termosztatikus szelep helyes használata mellett feltételezhetünk jelentısebb kondenzációt. Egycsöves főtésnél a
termosztatikus szelepek emelik a visszatérıt, ezért ilyen kapcsolást ne alkalmazzunk, vagy felejtsük el a kondenzációs kazánt. Egy biztos: a kazánok túlméretezése és a magas visszatérı hımérséklet jelentıs hatásfok csökkenést eredményez kondenzációs kazánoknál is, de mértékére a szakirodalomban nem találunk utalást, különösen nem az internet világában. A kazánválasztásnál, a túlméretezésnél, az elınykapcsolásnál az internet egyelıre nem ad tartalmas segítséget. A tervezıi elmélyült ismeretekre, alaposságra változatlanul szükség van. A nagy kérdés az, hogy ezt honnan szerzi meg. Talán elfogulatlan szakcikkek, amíg vannak, segítenek ebben.