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 200 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 15250 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
2. sz. fénykép
Előkészület a mérésekhez
CO mérés műszerei
3. sz. fénykép
A Testo füstgázelemző
Az eredmények összesítése: Dátum
2013.02.20.
2013.02.21.
Berakott famennyiség (kg)
14,55
14,5
A fa fűtőértéke (kWh/kg)
4,206
4,206
14
14
Bevitt hőmennyiség (kWh)
61,2
60,99
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
0,1325
0,131
Nedvességtartalom (%)
CO kibocsátás (%)
* MSZEN 15250 szerint értelmezve A 2013.02.20-i mérés összefoglalása: Berakott famennyiség: Tüzelés kezdetekor: A fa nedvességtartalma: A fűtőértéke: A tüzelés időtartama: Átlagos tűztér hőmérséklet: Átlagos füstgáz kilépő hőmérséklet:
14,55 kg 14 % 4,206 kWh/kg 1 óra 45 perc 469,22 °C 128,71 °C
Légfelesleg tényező: Füstgáz O2 tartalma: CO kibocsátás 13 % O2-nél
2,86 12,78 % 0,1325 %
Bevitt hőmennyiség: Hatásfok: Leadott hőmennyiség: 12 óra alatt leadott hőmennyiség: Maradék hőmennyiség:
61,2 kWh 85,68 % 52,44 kWh 39,17 kWh 13,27 kWh
(1325 ppm; 1656,25 mg/Nm3)
Összes veszteség: Termikus veszteség: Kémiai veszteség:
8,76 kWh 7,91 kWh 0,85 kWh
(az összes veszteség 90,3 %-a) (az összes veszteség 9,7 %-a)
Teljesítmény 12 óra átlagában: Teljesítmény 9 óra 9 perc átlagában:
3,26 kW 3,69 kW
(felfűtés + hőtárolási idő)
Legnagyobb teljesítmény: Legkisebb teljesítmény:
5,33 kW 1,58 kW
Átlagos kályhafelület és környezet hőmérséklet különbsége: Δtmax: 58,9 °C Eltelt idő: 1 óra 54 perc Δtfél: 29,5 °C Eltelt idő: 7 óra 15 perc Δtmin: 22,4 °C Eltelt idő: 12 óra 2013.02.20-i mérés A bevitt hőmennyiség megoszlása 7,91 kWh 12,9%
0,85 kWh 1,4%
QVtermikus (kWh)
52,44 kWh 85,7%
QVkémiai(kWh)
QLlevegő (kWh)
1. sz. diagram
2013.02.20-i mérés. A bevitt hőmennyiség megoszlása 2013.02.20-i mérés Leadott teljesítmény
6000
700
400 3000 300 2000
200 1000
100
0
0
0:00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30 2:45 3:00 3:15 3:30 3:45 4:00 4:15 4:30 4:45 5:00 5:15 5:30 5:45 6:00 6:15 6:30 6:45 7:00 7:15 7:30 7:45 8:00 8:15 8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00
Teljesítmény (W)
500 4000
Idő (ó:pp) Leadott teljesítmény (W) BT) Sugárzással (W) (BT)
Konvekcióval (W) (BT)
2. sz. diagram
Tűztér hőmérséklet (°C) (JT)
2013.02.20-i mérés. Leadott teljesítmény
Hőmérséklet (°C)
600
5000
70
700
60
600
50
500
40
400
30
300
20
200
10
100 0 0:00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30 2:45 3:00 3:15 3:30 3:45 4:00 4:15 4:30 4:45 5:00 5:15 5:30 5:45 6:00 6:15 6:30 6:45 7:00 7:15 7:30 7:45 8:00 8:15 8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00
0
Hőmérséklet (°C)
Hőmérséklet (°C)
2013.02.20-i mérés Kályha és környezet hőmérséklet különbsége
Idő (ó:pp) Kályha és környezet hőfokkülönbsége (°C) )BT)
Tűztér hőmérséklet (°C) (JT)
3. sz. diagram 2013.02.20-i mérés. Kályha és környezet hőmérséklet különbsége A vonaldiagramokon referenciagörbeként tüntettük fel a tűztérhőmérséklet alakulását. A 2013.02.21-i mérés összefoglalása: Berakott famennyiség: Tüzelés kezdetekor: A fa nedvességtartalma: A fűtőértéke: A tüzelés időtartama: Átlagos tűztér hőmérséklet: Átlagos füstgáz kilépő hőmérséklet:
14,5 kg 14 % 4,206 kWh/kg 1 óra 53 perc 438,99 °C 135,46 °C
Légfelesleg tényező: Füstgáz O2 tartalma: CO kibocsátás 13 % O2-nél
3,77 14,66 % 0,131 %
Bevitt hőmennyiség: Hatásfok: Leadott hőmennyiség: 12 óra alatt leadott hőmennyiség: Maradék hőmennyiség:
60,99 kWh 81,39 % 49,64 kWh 35,82 kWh 13,82 kWh
Összes veszteség: Termikus veszteség: Kémiai veszteség:
11,35 kWh 10,51 kWh 0,84 kWh
(1310 ppm; 1637,5 mg/Nm3)
(az összes veszteség 92,6 %-a) (az összes veszteség 7,4 %-a)
Teljesítmény 12 óra átlagában: Teljesítmény 9 óra 26 perc átlagában: Legnagyobb teljesítmény: Legkisebb teljesítmény:
2,98 kW 3,14 kW 4,88 kW 1,49 kW
(felfűtési + hőtárolási idő)
Átlagos kályhafelület és környezet hőmérséklet különbsége: Δtmax: 67 °C Eltelt idő: 1 óra 50 perc Δtfél: 33,5 °C Eltelt idő: 7 óra 36 perc Δtmin: 26,6 °C Eltelt idő: 12 óra 2013.02.21-i mérés A bevitt hőmennyiség megoszlása
10,51 kWh 17,2%
0,84 kWh 1,4%
QVtermikus (kWh) QVkémiai(kWh)
49,64 kWh 81,4%
4. sz. diagram
QLlevegő (kWh)
2013.02.21-i mérés. A bevitt hőmennyiség megoszlása
6000
700
5000
600
400 3000 300 2000
200
1000
100
0
0
Idő (ó:pp) Leadott teljesítmény (W) (BT)
Sugárzással (W) (BT)
Konvekcióval (W) (BT)
Tűztér hőmérséklet (°C) (JT)
5. sz. diagram
2013.02.21-i mérés. Leadott teljesítmény
Hőmérséklet (°C)
500
4000
0:00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30 2:45 3:00 3:15 3:30 3:45 4:00 4:15 4:30 4:45 5:00 5:15 5:30 5:45 6:00 6:15 6:30 6:45 7:00 7:15 7:30 7:45 8:00 8:15 8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00
Teljesítmény (W)
2013.02.21-i mérés Leadott teljesítmény
80
700
70
600
Hőmérséklet (°C)
60
500
50 400 40 300 30 200
20
Hőmérséklet (°C)
2013.02.21-i mérés Kályha és környezet hőmérséklet különbsége
100
10
0 0:00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30 2:45 3:00 3:15 3:30 3:45 4:00 4:15 4:30 4:45 5:00 5:15 5:30 5:45 6:00 6:15 6:30 6:45 7:00 7:15 7:30 7:45 8:00 8:15 8:30 8:45 9:00 9:15 9:30 9:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00
0
Idő (ó:pp) Kályha és környezet hőfok különbsége (°C) (BT) Tűztér hőmérséklet (°C) (JT)
6. sz. diagram
2013.02.21-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 15250 szabványnak megfelelően mértük, értéküket annak megfelelően számoltuk. A két tüzelés hatásfokának különbségét a légfelesleg tényező eltérése okozza. Ha 02.21-i mérés számításánál a mért helyett 12,78 % füstgáz oxigén tartalommal számolunk, a 02.20-i eredménnyel gyakorlatilag megegyező, 85 % feletti hatásfokot kapunk. Érdekes, hogy a hatásfok csökkenés a szabvány szerinti számítás szerint a termikus veszteségben jelenik meg, 02.20-án 12,929 %, 02.21-én 17,239 %. A kémiai veszteség százalékos értéke gyakorlatilag egyforma, 02.20-án 1,391 %, 02.21-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 02.20-i mérésnél sem nulla értékről indulnak a teljesítménygörbék, ez fizikailag nem magyarázható. A 02.21-i mérésnél, a korábban írtak szerint érthető a teljesítménygörbe 1450 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, 2013.március 22. Libik András
