Kazán hatásfok

Forrás: Baumann Mihály (2012) (kivonat)

Általánosságban kijelenthető, hogy a csak fűtésre szolgáló berendezések esetén a fűtési idény több mint 80 %-ában a méretezési teljesítmény felénél kisebb teljesítményre van szükség. A teljes terheléssel való üzemelés csak nagyon rövid időszakra jellemző.

A kazánnak nem kell teljes fűtési időszakban teljes terheléssel üzemelnie. A kazánterhelés és a használati idő közti kapcsolatot jól szemlélteti a következő ábra:

1

A kazán részterhelésen való üzemeltetése gyakran az égő ki-bekapcsolásával érhető el. Amikor az égő ki van kapcsolva, akkor nincs energia bevitel, de a kazánban levő meleg a fűtővíz miatt változatlanul vesztesége van a környezete felé. Ezt a veszteséget készenléti veszteségnek nevezzük. A készenléti veszteség kétféleképpen, sugárzási veszteségként és kéményveszteségként jelentkezik. A kéményveszteség nagymértékben csökkenthető, ha égéstermék csappantyú van a készülék után beépítve. A ventilátorral működő készülékeknél a ventilátor kikapcsolásával a berendezésen átáramló levegő mennyisége jelentősen csökken. Ha figyelembe vesszük azt is, hogy a készüléken átáramló és a kéményen keresztül távozó levegő utánpótlása a külső térből történik, akkor belátható, hogy ez a tétel egyes készülékeknél nagyon jelentős lehet. A teljes fűtési idényre vetített veszteség atmoszférikus égővel felszerelt készülékeknél elérheti a teljes energiafelhasználás 10 %-át is.

A részterhelésen értelmezett kazánhatásfok és a teljes terhelésen mért kazánhatásfok közt az alábbi kapcsolat van:

keplet1

ahol:

ηN a kazánhatásfok, –

ηN,100 a kazán hatásfoka teljes terhelésen, –

τ1 az égő üzemidejének hossza egy kapcsolási intervallumban, h

τ2 a készenléti időszak hossza egy kapcsolási intervallumban, h

a kazán fajlagos készenléti vesztesége a teljesítményre vetítve, –

A kazán hatásfoka és készenléti vesztesége is függ attól, hogy mekkora a kazánvíz hőmérséklete. A 1. és 2. ábra a BUDERUS G434 kazánsorozathoz megadott gyári adatokat mutatja be.

2

  1. ábra Forrás: Buderus termékkatalógus

Az ábrán látható, hogy a kazánvíz hőmérsékletének csökkenésével az égéstermék jobban lehűl, ezért a kazán hatásfoka növekszik. Az 1. fokozatban kisebb az égéstermék mennyisége, ezért alacsonyabb hőmérsékletre hűl le, de mivel a kazán felülete, és így a sugárzási vesztesége változatlan, ez összességében a hatásfok romlását eredményezi.

3

  1. ábra Forrás: Buderus termékkatalógus

Az égéstermék hőmérséklete a vízhőmérséklet csökkenésével csökken. A készenléti veszteség a közepes kazánvíz-hőmérséklet és a környezeti hőmérséklet különbségével arányos, azért a vízhőmérséklet csökkenésével ez is csökken. Látható az is, hogy égéstermék csappantyú használatával a kikapcsolt égőjű kazánon átáramló levegő mennyisége csökkenthető, ami a készenléti veszteség jelentős csökkenését vonja magával.

A különböző kazántípusoknál a kazánterhelés függvényében eltérően változik a kazánhatásfok. A 3. ábra egy állandó hőmérsékletű kazánt mutat be. A terhelés csökkenésével egyre nagyobb időarányban van az égő kikapcsolva, a kazánnak az állandóan magas vízhőmérséklet miatt jelentős a készenléti vesztesége. Az égéstermék veszteség csökken, mert kevesebb a kazán bekapcsolási ideje. Láthatóan alacsony terheléseknél ennek a kazántípusnak jelentősen csökken a kazánhatásfoka. A terhelés eloszlás függvényből láttuk, hogy az idő jelentős részében alacsony terheléssel kell a kazánnak üzemelnie, ezért a teljes fűtési idényre vetítve ennek a kazánnak lesz a legrosszabb az éves hatásfoka.

4

  1. ábra Forrás: Viessmann Fűtéstechnika Kft.

A 4. ábra egy alacsonyhőmérsékletű kazánt mutat be. Mivel a külső hőmérséklet emelkedésével nem csak terhelés csökken, hanem ennél a kazántípusnál a kazánvíz hőmérséklete is csökkenthető, ezért egy széles tartományban a veszteségek is jelentősen csökkennek, a kazánhatásfok részterhelésnél akár jobb is lehet, mint teljes terhelésnél.

Természetesen 0 kazánterhelésnél ennek a kazánfajtának is 0 lesz a hatásfoka, mert a 0 terhelés azt jelenti, hogy a kazán ugyan be van kapcsolva, de egyáltalán nem használunk belőle fel energiát.

5

  1. ábra Forrás: Viessmann Fűtéstechnika Kft.

A 5. ábra a kondenzációs kazán kazánhatásfokának változását az előzőekben ismertetett két kazántípussal közös diagramon ábrázolja. Ennél a kazántípusnál is csökkenteni lehet a terhelés csökkenésével a fűtővíz hőmérsékletet, ami itt nem csak a készenléti veszteség csökkenését eredményezi, hanem a kondenzáció mértékét is növeli. A kazánhatásfok ezért ennél a kazánnál javul a legjobban részterhelésnél. Akár 100 % fölé is emelkedhet, mert a hatásfokot a tüzelőanyag alsó fűtőértékére vonatkoztatjuk.

6

  1. ábra Forrás: Viessmann Fűtéstechnika Kft.

Az éves hatásfok szempontjából az alacsony terhelések melletti üzem játssza a legfontosabb szerepet. A 6. ábra kinagyítva mutatja be a diagramnak ezt részletét, hogy még nagyobb hangsúlyt kapjon az egyes kazánok közti markáns különbség.

7

  1. ábra Forrás: Viessmann Fűtéstechnika Kft.

A kazán éves hatásfoka

A kazánok tényleges energiafelhasználását legjobban az ηa éves hatásfok jellemzi. Ez a teljes fűtési idényben hasznosított és a kazánba ténylegesen bevezetett energia hányadosa.

A teljes terhelésen mért kazánhatásfok és az éves hatásfok közt az alábbi összefüggés teremti meg a kapcsolatot:

keplet2

ahol:

ηα a kazán éves hatásfoka, –

ηN,100 a kazán hatásfoka teljes terhelésen, –

ZF a fűtési idény hossza, h

ZVH a kazánégő teljes terheléssel való működésének időtartama, h

a kazán fajlagos készenléti vesztesége a teljesítményre vetítve, –

fs az elpiszkolódási tényező a kazán két karbantartási periódusa között, –

A ZVH égő üzemidő egyes kazánoknál esetleg a beépített üzemóra számlálóról leolvasható, vagy ha a kazán fogyasztása külön mért, akkor abból számítható.

Új kazán esetén a különböző terheléseknél mérhető kazánhatásfokokat is fel lehet használni arra, hogy a kazán éves hatásfokát megállapítsuk. A DIN 4702 értelmében a fűtési időszakot 5 részre kell bontani olyan módon, hogy az egy részidőszakok során felhasznált energia egyenlő legyen. Ezeknél a jellemző terheléseknél kell a kazánhatásfokot megállapítani, és azokból az éves hatásfok az alábbi módon számítható:

keplet3

ahol:

ηα a kazán éves hatásfoka, –

ηφ,i a kazánhatásfok adott terhelésen, –

A német előírások 12.8, 30.3, 38.8, 47.6 és 62.6% terhelések melletti kazánhatásfok mérését írják elő. A 7. ábrán szereplő diagram mutatja be a hőfokgyakoriság, a külső hőmérséklet, a fűtési napok és a kazánterhelés kapcsolatát.

8

  1. ábra Forrás: Viessmann Fűtéstechnika Kft.

9

A kazántípusok kazánhatásfok változása a kazánterhelés függvényében.

Két európai uniós rendelet (direktíva) alapján már csak olyan helyiségfűtő és kombinált (fűtés és melegvíz-termelés) készülékek, valamint vízmelegítők hozhatók forgalomba, amelyek a rendeletekben részletezett szigorú energiahatékonysági és a hangteljesítmény-szintre előírt követelményeknek megfelelnek. A nitrogén-oxid-kibocsátási határértékekre vonatkozó szabályozás „csak” 2018. szeptember 26-án lép hatályba.

A 813/2013EU és a 814/2013EU rendeletek a legfeljebb 400 kW mért (névleges) hőteljesítményű helyiségfűtő és kombinált fűtőberendezések (813/2013EU), valamint a vízmelegítők és a 2000 liternél kisebb űrtartalmú melegvíz tároló tartályok (814/2013EU) környezettudatos tervezésére vonatkozó forgalombahozatali, illetve üzembehelyezési követelményeket állapítják meg, de nem vonatkoznak a szilárd tüzelőanyaggal és a főleg biomasszából előállított biogázzal üzemelő készülékekre, valamint a legalább 50 kW maximális elektromos teljesítményű kapcsolt helyiségfűtő berendezésekre.

A rendeletek minden EU-tagállamra vonatkoznak, tehát hazánkra is.

Fontos figyelembe venni, hogy a rendelet hatályba lépése után a készülékek energetikai hatásfokát nem az eddig szokásos alsó fűtőértékkel kell számolni, hanem a kondenzációs hőnyereséget is figyelembe vevő, felső fűtőértékkel (bruttó fűtőérték, GCV), azaz az égéshővel. Megszűnnek tehát a „100% feletti hatásfokú” készülékek. A rendelet emellett a helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok esetében külön követelményt ír elő a névleges terhelésen mérhető hatásfok és a 30%-os részterhelésen mérhető hatásfok százalékban kifejezett, súlyozott átlagára (szezonális hatásfok).

Követelményértékek:

1. Helyiségfűtő és kombinált tüzelő kazánok esetében

a) A legfeljebb 70 kW hőteljesítményű berendezések /kivéve b) pont/ helyiségfűtési szezonális hatásfoka nem csökkenhet 86% alá.

b) A legfeljebb 10 kW hőteljesítményű, B1 típusú fűtőkazánok és a legfeljebb 30 kW hőteljesítményű, B1 típusú kombinált kazánok szezonális hatásfoka nem csökkenhet 75 % alá.

c) A nagyobb, mint 70 kW és legfeljebb 400 kW hőteljesítményű berendezések 100%-on mért hatásfoka nem csökkenhet 86% alá, míg a 30%-on mérhető hatásfokuk nem csökkenhet 94% alá.


2. Elektromos helyiségfűtő kazánok és elektromos kombinált kazánok (CC=2,5):

A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 30% (2017.09.26 után 36%) alá.


3. Kapcsolt helyiségfűtő berendezések:

A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 86% (2017.09.26 után 100%) alá.


4. Hőszivattyús helyiségfűtő berendezések és hőszivattyús kombinált fűtőberendezések, kivéve az alacsony hőmérsékletű hőszivattyúkat:

A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 100% (2017.09.26 után 110%) alá.


5. Alacsony hőmérsékletű hőszivattyúk:

A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 115% (2017.09.26 után 125%) alá.


6. Kombinált fűtőberendezések vízmelegítési hatásfoka:

A vízelvételi teljesítménytől függően nem lehet alacsonyabb, mint 22-32% (2017.09.26 után 32-64%).


7. Hőszivattyús helyiségfűtő berendezések és a hőszivattyús kombinált fűtőberendezések (max. 70 kW) hangteljesítményszintje:

A mért hőteljesítménytől függően nem haladhatja meg a 60-80 dB (beltérben), illetve a 65-88 dB (kültéren) értékeket.

A nitrogén-oxid kibocsátására vonatkozó követelmények 2018. szeptember 26-ától:


1. A gáznemű tüzelőanyaggal működő helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok: 56 mg/kWh (a tüzelőanyag-felhasználás GCV-ben kifejezve).
2. A folyékony tüzelőanyaggal működő helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok: 120 mg/kWh (a tüzelőanyag-felhasználás GCV-ben kifejezve).

A rendelet a fentieken túl szabályozza az egyéb energetikai célú berendezések és felépítésű berendezések tervezési és forgalomba hozatali feltételeit is.

Külön szabályozza a rendelet a gyártónak a forgalomba hozott készülékkel kapcsolatos tájékoztatási és dokumentálási kötelezettségeit, sőt még a készülék életciklusa utáni szétszerelésre és újrahasznosításra vagy ártalmatlanításra vonatkozó tájékoztatást is a gyártó kötelességeként írja elő.
Táblázatosan szerepelnek a rendeletben a tervezéshez szükséges referencia értékek és a terhelési profilok.
A 814/2013EU rendelet külön szabályozza az elsősorban háztartásokban és a kereskedelmi ágazatban használatos vízmelegítők és melegvíztároló tartályokra vonatkozó környezettudatos tervezési követelményeket, beleértve a napenergiával és a hőszivattyúval üzemeltetett berendezéseket is.
A melegvíztárolókra előírt hőtárolási veszteség új határértéke a többi készüléktől eltérően csak 2017. szeptember 26-tól hatályos.

Ebből a csak a legfontosabb szempontokat kiemelő kivonatból is látható, hogy az új szabályozásnak kizárólag a ma ismert legkorszerűbb, kiváló minőségű berendezések felelnek meg. A helyiségfűtő gázkazánok körében – a lehetséges kivételektől eltekintve – pedig csakis a zárt rendszerben üzemelő, kondenzációs kazánok.

(2015. január 27.  Gyárfás Attila ügyvezető elnök, MÉGSZ,
Módosítás dátuma: 2015. május 26. kedd, 14:54 )

http://www.megsz.hu/megsz/hirtar/aktualis-hirek/11-altalanos-hirek/4603-felkeszueles-az-uj-energiahatekonysagi-koevetelmenyek-bevezetesere.html alapján.