Helyszínen épített vegyes-tüzelésű kályhák méretezése Tartalomjegyzék 1. Bevezetés 2. Szakkifejezések és meghatározásuk 3. Mértékadó alapadatok 4. Számítások 4.1. A szükséges tüzelőanyag mennyiség 4.2. Az óránként elégetett tüzelőanyag mennyiség 4.3. Az alapvető méretek meghatározása 4.3.1. A szükséges rostélyfelület 4.3.2. A szabad rostélyfelület 4.3.3. A tűztér magassága 4.3.4. A tűztér alapterülete 4.3.5. A minimális járathosszúság 4.3.5.1. Minimális járathosszúság egyhéjú kályhák esetében 4.3.5.2. Minimális járathosszúság kéthéjú kályhák esetében 4.3.6. A biztonsági átégő felülete 4.4. Az égéslevegő szükséglet meghatározása 4.4.1. Az elméleti levegőszükséglet 4.4.2. A tényleges levegőszükséglet 4.4.3. Az égéslevegő-térfogatáramlás normál értékben 4.4.4. A tényleges égéslevegő-térfogatáramlás 4.4.5. A hőmérséklet-korrekciós faktor 4.4.6. A tengerszint feletti magasság-korrekciós faktor 4.4.7. Az égéslevegő tényleges sűrűsége 4.5. A keletkezett füstgázmennyiség meghatározása 4.5.1. Az elméleti füstgázmennyiség 4.5.2. A tényleges füstgázmennyiség 4.5.3. A füstgáz térfogat-áramlás normál értékben 4.5.4. A tényleges füstgáz térfogat-áramlás 4.5.5. A füstgáz tömegáram 4.5.6. A füstgáz tényleges sűrűsége 4.6. Az alapvető füstgázhőmérsékletek meghatározása 4.6.1. A tűztér közepes hőmérséklet 4.6.2. A tűztér kilépő hőmérséklet 4.6.3. A kályha kilépő hőmérséklet 4.7. Füstgázhőmérséklet a járathossz függvényében 4.8. A hatásfok számítása
2 5. Áramlástechnikai méretezés 6. A szövegben említett szabvány 1. Bevezetés A környezetvédelmi előírások egyértelműen szükségessé teszik a fatüzelés minél szélesebb körű elterjedését, és ezzel párhuzamosan a vegyes-tüzelésű tüzelőberendezések számának csökkentését. Ugyanakkor tudomásul kell vennünk a tényt, hogy hazánkban, mind a kályhások, mind a megrendelők körében még sokan ragaszkodnak ezekhez a készülékekhez. A vonatkozó jogszabályok előírják a kémény-áramkör ellenőrzéséhez, méretezéséhez szükséges adatok, az úgynevezett teljesítményadatok meghatározását. Ez a méretezési eljárás a helyszínen épített, hőtárolós, szén- és brikett tüzelésű kályhák teljesítményadatainak meghatározásához nyújt segítséget. Nem tárgya a kémény-áramkör méretezéséhez nem szükséges szerkezeti méretek (például hamutér térfogat, talapzat magasság, stb.) meghatározása. A kályha szerkezeti elemeinek méretezéséhez egymás után adjuk meg az elméleti, és ahol ez lehetséges, az általunk javasolt mértékadó alapadatok behelyettesítésével számolt egyszerűbb összefüggéseket. Az elméleti képletek jelölése E, az egyszerűsített képletek jelölése pedig M betűvel kezdődik. 2. Szakkifejezések és meghatározásuk 2.1. Biztonsági átégő (gázslicc) A tűzteret és az összekötő elem csatlakozást a lehető legrövidebben összekötő, a járatokat rövidre záró nyílás. Szerepe a hideg kályha elindításánál és az esetleges robbanások erejének fékezésénél van. 2.2. Egyhéjú kályha A kályhának egy darab, egy, vagy több rétegből álló héja van. Az MSZ EN 15544 szabvány légrés nélküli kialakításnak nevezi. 2.3. Füstjárat hosszúsága A füstjárat tengelyvonalának hosszúsága a tűztér kilépéstől az összekötő elem csatlakozásig. 2.4. Hatásfok A névleges fűtőteljesítmény és a névleges fűtési idő szorzata osztva a bevitt hőmennyiséggel, százalékos értékben. 2.5. Kályha kilépő hőmérséklet A kályhából kilépő, az összekötő elembe belépő füstgáz hőmérséklete. 2.6. Kéthéjú kályha
3 A kályhának két darab egymástól független, légréssel, vagy valamilyen szabad mozgást lehetővé tevő anyaggal elválasztott héja van. Mindkét héj lehet egy, vagy többrétegű. Az MSZ EN 15544 szabvány légréses kialakításnak nevezi. 2.7. Névleges fűtési idő Időtartam, amelyen keresztül a kályha képes a névleges fűtési teljesítményt leadni. 2.8. Névleges fűtési teljesítmény A kályha névleges fűtési időn keresztül leadott fűtőteljesítményének átlagértéke. 2.9. Rostély A berakott tüzelőanyag tartásához, az alulról történő égéslevegő bevezetéséhez szükséges szerkezeti elem. 2.10. Tüzelőanyag mennyisége A névleges fűtőteljesítmény névleges fűtési időn keresztül történő leadásához szükséges tüzelőanyag tömege. 2.11. Tűztér alapterülete A tűztér ajtónyílás alsó síkjánál felvett vízszintes metszet területe, amibe nem tartozik bele a homlokfal belső síkja és az ajtó belső oldala közötti terület. 2.12. Tűztér kilépő hőmérséklet A tűztérből kilépő füstgáz hőmérséklete. 2.13. Tűztér közepes hőmérséklet A tűztér nyugalmi nyomás számításánál használt átlagos hőmérséklet. 2.14. Tűztér magassága A rostély és a tűztér lefedés közötti középtávolság. 3. Mértékadó alapadatok A kályha hatásfoka η: 78 % Tüzelési idő τ T : 1,6 óra A tüzelőanyag fűtőértéke H a : 5,8 kwh/kg (~21 MJ/kg) Légfelesleg tényező n: 2,25 A levegő sűrűsége ρ LN : 1,293 kg/nm 3 A füstgáz fajhője c PG : 1,0465 kj/kgk A füstgáz sűrűsége a légfelesleg tényező függvényében: Légfelesleg tényező n Sűrűség ρ GN (kg/nm 3 ) 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,25 2,5 1,341 1,332 1,325 1,32 1,316 1,313 1,31 1,306
4 4. Számítások 4.1. A szükséges tüzelőanyag mennyiség m s a berakott tüzelőanyag mennyiség (kg) P N a névleges teljesítmény (kw) τ N a névleges fűtési idő (h) H a a tüzelőanyag fűtőértéke (kwh/kg) η hatásfok 4.2. Az óránként elégetett tüzelőanyag mennyiség m s az óránként elégetett tüzelőanyag mennyiség (kg/h) τ T a tüzelési idő (h) A tényező kiszámítása: 1/τ T =1/1,6=0,625 4.3. Az alapvető méretek meghatározása 4.3.1. A szükséges rostélyfelület A R a szükséges rostélyfelület (cm 2 )
5 A tényező meghatározásánál 150 kg/m 2 h rostélyteljesítményt vettünk figyelembe. 4.3.2. A szabad rostélyfelület A R a szabad rostélyfelület (cm 2 ) 4.3.3. A tűztér magassága h Tt a tűztér magassága (cm) A tűztér magassággal kapcsolatos egyéb kikötések: Minimális tűztér magasság 50 cm Maximális tűztér magasság 90 cm 4.3.4. A tűztér alapterülete A Tt a tűztér alapterülete (cm 2 ) a Tt a tűztér szélessége (cm) b Tt a tűztér mélysége (cm) A tűztér szélességgel kapcsolatos egyéb kikötések: Minimális szélesség 23 cm, és teljesüljön a rostélyszélesség + minimum 0,8 cm feltétel Maximális szélesség a rostély szélessége + 20 cm A tűztér mélységgel kapcsolatos egyéb kikötések: Minimális mélység 23 cm, és teljesüljön a rostély hosszabb oldala + minimum 0,8 cm feltétel Maximális mélység a rostély hosszabb oldala + 20 cm 4.3.5. A minimális járathosszúság A minimális járathosszúság szükséges a 78 %-os hatásfok eléréséhez. 4.3.5.1. Minimális járathosszúság egyhéjú kályhák esetében
6 L min a minimális járathossz (m) 4.3.5.2. Minimális járathosszúság kéthéjú kályhák esetében 4.3.6 A biztonsági átégő felülete A BA a biztonsági átégő felülete (cm 2 ) 4.4. Az égéslevegő szükséglet meghatározása 4.4.1 Az elméleti levegőszükséglet L EN 1 kg tüzelőanyag elméleti égéslevegő szükséglete normál értékben (Nm 3 /kg) 4.4.2. A tényleges levegőszükséglet
7 L TN 1 kg tüzelőanyag tényleges égéslevegő szükséglete normál értékben (Nm 3 /kg) n légfelesleg tényező 4.4.3. Az égéslevegő-térfogatáramlás normál értékben VL N az égéslevegő-térfogatáramlás normál értékben (Nm 3 /s) 4.4.4. A tényleges égéslevegő-térfogatáramlás VL T tényleges égéslevegő-térfogatáramlás (m 3 /s) f t hőmérséklet-korrekciós faktor magasság-korrekciós faktor f s 4.4.5. A hőmérséklet-korrekciós faktor t a levegő hőmérséklete ( C) 4.4.6. A tengerszint feletti magasság-korrekciós faktor z a tengerszint feletti magasság (m)
8 4.4.7. Az égéslevegő tényleges sűrűsége ρ LN A levegő sűrűsége normál állapotban (kg/nm 3 ) ρ L A levegő tényleges sűrűsége (kg/m 3 ) 4.5. A keletkezett füstgázmennyiség meghatározása 4.5.1. Az elméleti füstgázmennyiség G EN 1 kg tüzelőanyagból keletkezett elméleti füstgázmennyiség normál értékben (Nm 3 /kg) 4.5.2. A tényleges füstgázmennyiség G TN 1 kg tüzelőanyagból keletkezett tényleges füstgázmennyiség normál értékben (Nm 3 /kg)
9 4.5.3. A füstgáz térfogat-áramlás normál értékben VG N füstgáz térfogat-áramlás normál értékben (Nm 3 /s) 4.5.4. A tényleges füstgáz térfogat-áramlás VG T tényleges füstgáz-térfogatáramlás (m 3 /s) A korrekciós faktorok kiszámítása a 4.4.5. és 4.4.6. pontban meghatározott összefüggések alapján történhet. A hőmérséklet korrekciónál értelemszerűen a füstgáz hőmérsékletét kell behelyettesíteni. 4.5.5. A füstgáz tömegáram m G füstgáz tömegáram (kg/s) ρ G a füstgáz sűrűsége (kg/nm 3 ) 4.5.6. A füstgáz tényleges sűrűsége ρ GN A füstgáz sűrűsége normál állapotban (kg/nm 3 ) ρ G A füstgáz tényleges sűrűsége (kg/m 3 )
10 4.6. Az alapvető füstgázhőmérsékletek meghatározása A tüzeléskor keletkezett hő egyik része átadódik a kályha szerkezeti elemeinek, másik része felmelegíti a füstgázt. Ez alapján felírhatjuk: s hőleadási faktor (%) c PG a füstgáz fajhője (kj/kgk) t G a füstgáz hőmérséklete ( C) t K a környezet hőmérséklete ( C) Az egyenlet átrendezésével és a megfelelő hőleadási faktorok behelyettesítésével meghatározhatók az alapvető füstgázhőmérsékletek. A hőleadási faktorokat a fatüzelésnél alkalmazott, MSZ EN 15544 szabványban rögzített alapvető füstgázhőmérsékletek felhasználásával határoztuk meg. 4.6.1. A tűztér közepes hőmérséklet Az s hőleadási faktor értéke 0,213. A 3600 tényező itt és a továbbiakban a kwh/ kg kj/kg átváltás miatt szükséges. A környezeti hőmérséklet 15 C. 4.6.2. A tűztér kilépő hőmérséklet Az s hőleadási faktor értéke 0,385.
11 A környezeti hőmérséklet 15 C. 4.6.3. A kályha kilépő hőmérséklet Az s hőleadási faktor értéke 0,741. A környezeti hőmérséklet 15 C. 4.7. Füstgázhőmérséklet a járathossz függvényében t a füstgáz hőmérséklete a vizsgált helyen ( C) L j a vizsgált járathossz (m) 4.8. A hatásfok számítása t KK a kályhából kilépő, összekötő elembe belépő füstgáz hőmérséklete ( C) Ezzel a képlettel 0 C-nál 100 %, 318 C-nál 78 % értéket feltételezve lineárisan, tehát csak megközelítőleg számítható a hatásfok. 5. Áramlástechnikai méretezés A huzatszükségletet az itt meghatározott adatok felhasználásával az MSZ EN 15544 szabványban megadott módon lehet kiszámítani.
12 6. A szövegben említett szabvány MSZ EN 15544 Egyedi kivitelezésű tégla- és cserépkályhák. Méretezés. 2009 Irodalom Czikó Miklós, Simon Ferenc: Fűtés, hűtés, szellőztetés. Tankönyvkiadó, 1963. Dr. Beke János: Műszaki hőtan mérnököknek. Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, 2000. Libik András: Fatüzelésű épített kályhák. Terc Kereskedelmi és Szolgáltató Kft, 2011. Fót, 2014. november 26. Libik András