Kondenzációs technológia

A kondenzációs technológia elmélete-fizikai alapok

A kondenzációs technika az energia-megtakarítás egyik legkorszerűbb, a hollandok által 1978-ban szabadalmaztatott módszere, mely a fejlett országokban tűzvészszerűen terjedt el. A fűtéstechnikában 1985 óta hasznosítják.

Nemcsak a tüzelőanyag megtakarítás szempontjából jelentős, hanem éppen ebből eredően a káros anyag kibocsátáscsökkentése miatt került ma hazánkban is előtérbe. A legkorszerűbb kondenzációs kazánok nemcsak magas hatásfokukkal tűnnek ki – ez akár a 109%-ot iselérheti –, hanem megbízhatóságukkal, magas élettartalmukkal és különösen alacsonykárosanyag-kibocsátásukkal. Ezek a készülékek speciális anyagú elemeket, nagy pontosságú szabályozást, költségesebb technikai megoldásokat kívánnak. Egy ilyentechnikával rendelkező fűtési rendszer többletköltsége azonban a magasabbhatásfoknak köszönhetően már az üzemeltetés 3. évétől megtérül a hagyományos zártégésterű kazánokéval szemben!Amikor vizet forralunk, és a fedőt az edényen hagyjuk, az tapasztaljuk, hogy a fedő belsőoldalán (kondenzációs készülék hőcserélője) a vízgőz (füstgáz) lecsapódik, és mikor afedőt felemeljük, a melegvíz cseppeket alkot. A földgáz elégetésekor nagy mennyiségűszéndioxid és vízgőz keletkezik, eközben hőenergia szabadul fel. Ha a kazán hőcserélőjéta visszatérő hidegebb fűtővízzel lehűtjük, a kondenzáció1 magasabb lesz, több vízcsapódik ki, jobb lesz a kondenzációs hatásfok, mely gázmegtakarítást von maga után. Akondenzátum a füstgázból, mint telített vízgőzből képződik, amikor a füstgáz (130-150°C), relatív hideg felületen lecsapódik. A kondenzációs kazán az alacsonyhőmérsékletű fűtések (pl. falfűtés, mennyezetfűtés, padlófűtés) megvalósításához ideáliseszköze megtakarítás céljából. A hagyományos gáz-fűtőkészülékek esetében a távozóégéstermék hőmérséklete olyan magas, hogy a keletkezett víz, gőzhalmazállapotbantávozik a szabadba, így védve a korróziótól a gázkészüléket. Ezekben a készülékekben akondenzáció jelenléte kerülendő, hisz az égőre és a hőcserélőre visszafolyó savas folyadék tönkreteszi azokat, ezért a kazánokat magasabb előre, illetve visszatérőhőmérséklettel használják.

A kondenzációs kazánok működése

A hagyományos készülékekhez képest a ventilátor szerepe megnőtt, a kondenzációskazánok csak turbó ventilátoros változatban készülnek, mivel az alacsony hőmérsékletűégéstermék nem biztosít megfelelő huzatot. Az égési folyamat pontos szabályozását aventilátor fordulatszám változtatásával végzi a készülék. A ventilátor működése közbenváltoztatja a sebességét, míg a hagyományos készülékek ventilátora nem. Akondenzációs gázkészülékeknél 1 m3 földgáz elégetéséhez 10 m3 levegő szükséges. Azalacsony füstgázhőmérséklet miatt a kondenzációs kazánok ventilátoros égéstermékelvezetéssel rendelkeznek.

A kondenzációs kazánok megnövelt felületű kompakt, intenzív, hőmérséklet stabilhőcserélővel rendelkeznek, abból a célból, hogy az égéstermék, illetve a képződőhőenergia nagy részét visszanyerjük a fűtési rendszer javára. Így plusz 11% úgynevezettkondenzációs hőt nyerhetünk, melyről a későbbikben még szó esik.Egy fűtőanyag energiatermelési képességét az égési folyamatban a fűtőértéke2 adja meg.A fűtőértéket felső és alsó fűtőértékre3 vonatkoztathatjuk. Az előbbi az 1 m3 gáz tökéleteselégésekor felszabaduló hőmennyiséget jelenti, feltételezve, hogy a füstgázban jelenlévővízgőz rejtett hőjét is visszanyertük. Az utóbbi az 1 m3 gáz elégésekor felszabadulóhőmennyiséget jelenti, feltételezve, hogy a füstgázban jelenlévő összes víz megmarad gőzhalmazállapotban. A két fűtőérték különbsége tehát a füstgázban lévő vízgőzkondenzációs hő értékéből adódik. Tekintve, hogy a hagyományos kazánokkal nem lehetezt a hőt visszanyerni, így mindig az alsó fűtőértékkel számoljuk a kazánok hatásfokánakkiszámításakor. Ebben az esetben nem ismerjük el veszteségként, hogy az elsődlegeségési folyamatban bevitt energia földgáz esetén kb. 11%-a kizárólag vízgőz keletkezésére fordítódik, mégis 100%-nak vesszük a bevitt energiát. Tüzelőolaj esetében 6% körül,propángáz esetében 9% körüli a keletkező plusz hő nyereség. Ezt az elméletetvonatkoztatva a kondenzációs kazánokra 100%-nál magasabb hatásfokot4eredményeznek a kondenzációs hő visszanyerése miatt. Ez tehát nem az energia megmaradástörvényének megsértése, hanem a viszonyítási alap megválasztásábólkövetkezik. A kazángyártók információs kiadványaikban ezt a gyakorlatot követik. Ahagyományos gázkészülékek ma 91-94% névleges hatásfokkal kerülnek forgalomba; akondenzációs készülékek ezzel szemben akár 108-109% hatásfokkal isbüszkélkedhetnek. A magas hatásfok azonban nem kizárólag a kondenzáció soránvisszanyert energiának a következménye, hanem a rendkívül alacsony füstgáz-,sugárzási-, és készenléti veszteségnek is köszönhető.A legjobb kazánok sem tudnak teljesítményt szabályozni, ha a szabályozás módja nemideális, vagy nem használunk időjárás-követőszabályozót. Az időjárás-követő szabályozót tanácsos az északi oldalra tenni. Így elkerülhetjük, hogy a kazán magasabb hőmérsékletet érzékelve visszaszabályozzon a kívánt hőmérséklet elérése előtt. A dinamikus (automatikus) szabályozás nagyban hozzájárul a jobb kazánhatásfokhoz.Szabályozott égővel egzakt módon igazítja a teljesítményt a mindenkori hőigényhez -automatikusan és fokozatmentesen. A hagyományos kazánokhoz képest a kondenzációskészülékek jobban modulálnak5. Ezzel szemben a hagyományos égő állandó teljesterhelés mellett (ki-be kapcsolva) dolgozik, ezáltal sok, energiaigényes égőindításra vanszükség. A folyamatos szabályozású üzemmódon keresztül az égő kevesebb ideig vannyugalmi állapotban. Ennek előnyei: kevesebb készenléti hő veszteség, kevesebbenergiafelhasználás, kevesebb környezeti terhelés, kevesebb költség. Akkor fogyasztja alegkevesebb gázt, ha a rendszert hőntartással tudjuk üzemeltetni. A hőntartást a külsőhő érzékelő jelei alapján a szabályozó automatika elvégzi, így elkerüli a gyakori ki bekapcsolást,mely jelentősen rontja a kazán hatásfokát.

A megfelelően kiválasztott szabályozóelektronika nemcsak a gázkazán, hanem acsatlakoztatott melegvíz-tároló és/vagy szolárrendszer felügyeletét is képes ellátni. Akazánteljesítménnyel arányosan nagyobb víztartalom termikus réteget képez, és ez afűtésrendszer tökéletesebb szabályozhatóságát, és a kazán magasabb hatásfokáteredményezi. A kazán fenekén egy „hideg tó” képződik, mely garantálja tökéleteskondenzációt.A kazánok felszereltsége és korszerűsége függvényében további megtakarítás érhető elmodulációs szivattyú és jó minőségű szabályozó berendezés használatával. Akondenzációs hő hasznosítás mellett jelentős előny a tökéletes égés és a kisszennyezőanyag-tartalmú égéstermék is. Egy központi fűtőberendezésnél alkalmazott tüzelőberendezés csak a fűtési szezon kis részében - néhány napig - üzemel teljesterheléssel, és a meteorológiai-statisztikai adatok szerint a fűtési szezon több mint 80%-ban a tüzelő berendezés kiterheltsége még az 50%-ot sem éri el. Éves energiafelhasználás szempontjából fontos, hogy a tüzelőberendezés nem teljes kiterheltségmellett hogyan üzemel. Kutatások szerint a hagyományos tüzelőberendezéseknél akiterheltség csökkenésével nem csökkennek a veszteségek, de csökken a hasznosuló energia, tehát a kiterheltség csökkenésével csökken a berendezés hatásfoka. Kondenzációs készülékek esetén a terhelés csökkenésével nő a hatásfok. Az energia felhasználás szerepének előtérbe kerülésével a méretezési hatásfoknálfontosabb lett az üzemelési időszakra eső hatásfok, mely általánosságban az éveshatásfokot jelenti. A szakmai gyakorlatban a méretezési hősszükséglet és a névleges kazánteljesítmény nem egyezik meg. Ennek két fő oka van. Egyik a tervezésnél gyakori,indokolatlan túlméretezés. A hőszükséglet-számításban van olyan mértékű biztonság,amelyet felesleges fokozni a kazán kiválasztásánál. Üzembiztonság szempontjából egykazánnál a túlméretezés nem segít, míg több kazánnál a külső hőmérséklet gyakoriságanem teszi indokolttá a túlméretezést. A tervezésnél gondot okoz még a használati melegvíz-termelés. Radiátoros fűtésnél a helyzet sokkal bonyolultabb, mivel a visszatérő erősen változik, és sok mindentől függ. Kétcsöves fűtésnél a termosztatikus szelephelyes használata mellett feltételezhetünk jelentősebb kondenzációt.

A kondenzációs kazánok optimális alkalmazási feltétele az alacsony visszatérőhőmérséklet, melyet meg tudunk valósítani alacsony hőmérsékletű felületi fűtésekalkalmazásával (fal, padló és mennyezetfűtés), nagy radiátorok kis térfogat áram mellettihasználatával vagy kényszerlevegős hő leadók (fan-coil) beépítésével. A felületfűtésekjobb komfortérzetet biztosítanak alacsonyabb hőmérséklet mellett is.

Gyakran alkalmazunk egyszerű szoba termosztátot ki-bekapcsolásos üzemmódban,ahelyett, hogy egy programozható helység termosztátot vásárolnánk, mely a komfortmegtartása mellett, jelentős megtakarítást biztosít. Programozható termosztátokkallehetőségünk nyílik éjszakai fűtéscsökkentésre, illetve nappal is alacsonyabb hőfokratudjuk temperálni6 a lakást, míg nem tartózkodunk otthon. A lakás túlfűtése ellen olyantermosztátot érdemes használni, melynek nagyon kicsi (0,5 fok) a hiszterézise7. Azállásos veszteség csökkenthető, ha a termosztátunk rendelkezik programozott-arányosfűtés üzemmóddal (chrono proportional-lal). Tapasztalataink szerint a vevők többsége aszoba termosztátot általában a nappaliba kérik, mert ott tartózkodnak többet, mely fűtésiegyenetlenséget okoz. Mivel itt tartózkodunk többet, itt a legtöbb a hő a tv, világítás és azemberi hő miatt, így a termosztát kikapcsolja a kazánt érzékelve, hogy a kívánt hőmérsékletet elértük. A többi nem használt helyiség meg fokozatosan lehűl, nagyhőmérséklet eltérést okozva az egyes helyiségek között. Így célszerű a termosztátotfolyamatosan a legnagyobb hő veszteséget elszenvedő helyiségben elhelyezni. Ha nemtudunk ilyen helyiséget kijelölni érdemes több termosztát felszereltetni, és a lakástzónákra bontani, vagy hordozható termosztátot alkalmazni. A helyiségek egyénihőfokszabályzását igény szerint termosztatikus radiátorszelepekkel oldhatjuk meg. Árbanés műszaki tudásban ez biztosítja a leghatékonyabb egyedi helységhőmérsékletszabályozást. Ezzel is javítva a kazán hatásfokát. A veszteségek csökkentése céljábólalakították ki az alacsonyhőmérsékletű kazánokat is és a több fokozatú, valamint aláng modulációs vezérléseket (a láng kis intenzitással ég, takarékoskodik a földgázzal). Akondenzációs kazánok ideális működési tartománya a hagyományos készülékekhezképest tágabb határok között tartható.

A gázkészülék a földgázt elégetve égésterméket bocsát ki magából. Ez az égéstermék sokösszetevő mellett vízgőzt is tartalmaz. A vízgőz, olyan rejtett energiát8 foglal magában,amit a hagyományos készülékek nem tudnak hasznosítani és felhasználatlanul akéményen, ill. égéstermék-elvezető rendszeren keresztül a szabadba távozik. Minélalacsonyabb a fűtési rendszer visszatérő vízhőmérséklete, annál jobban tudjavisszahűteni az égésterméket. A kondenzációs hőmérséklet értéke több fizikaiparamétertől függ, de átlagosan mondhatjuk, hogy 53-55˚C közelében következik be.Tehát, ha magas visszatérő vízhőmérsékletünk van, például 65-70 ˚C (hagyományos,magas hőmérsékletű radiátoros rendszer), akkor könnyű belátni, hogy nem igazán tudjaelvégezni a feladatát. Viszont, ha ez az érték 35-40 ˚C (alacsonyhőmérsékletű sugárzófűtés, padlófűtés vagy radiátoros (55/40 ˚C) fűtés), akkor a bekövetkezik a kondenzáció.50°C-nál alacsonyabb visszatérő hőmérséklet esetén tartós kondenzáció lép fel.

Képek a cikkhez