Gázkészülékek égéstermékének elvezetése Gázüzemű tüzelőberendezések égéstermék elvezetésének követelményrendszere Az égéstermék elvezető rendszer csak komplexen, mint az égőből, a készülékből, a kéményből és egyéb elemekből álló egység tárgyalható, az egyes elemekben lejátszódó folyamatok csak kölcsönös egymásra hatásukban vizsgálhatók. Így az égéstermék elvezető rendszer méretezésének szerves részét képezi a levegő utánpótlás tervezése is. Az épület ebben a vonatkozásban a rendszer működésének feltételeként vehető figyelembe. A rendszerszemléleti értelmezés segítségével juthatunk el a „kéményáramkör” modellhez, és ennek alapján határozható meg a kémény működéséből eredő feladatköre. A kéményáramkör:
Az égéstermék elvezető rendszerek csoportosítása A gázüzemű berendezések égéstermék elvezetésének céljából és a vele szemben támasztott követelményekből kiindulva a megoldási módokat jelentősen befolyásolja a kiszolgálandó hőtermelő rendszer mérete. Ennek megfelelően beszélhetünk komfort égéstermék elvezetésről, valamint úgynevezett technológiai (kazántelep, erőmű, szemétégető mű stb.) rendszerek égéstermék elvezetéséről. 1
Gravitációs égéstermék elvezető rendszerek A biztonságos égéstermék elvezetést a füstgáz és a külső levegő hőmérsékletkülönbségéből (és így sűrűségkülönbségéből) adódó természetes huzat biztosítja. Az égéstermék hőmérséklete a kéményben felfelé haladva a környezettel való hőcsere következtében csökken, az égéstermék hűl. A kialakuló hatásos nyomáskülönbség (huzat) annál nagyobb, minél nagyobb a különbség az égéstermék közepes hőmérséklete és a külső hőmérséklet között, illetőleg minél magasabb a kémény. Az égéstermék elvezetés biztonságát a gravitációs huzat mértékén kívül az befolyásolja, hogy ennek a kialakuló huzatnak milyen ellenállást kell legyőznie. A nyitott égésterű tüzelőberendezések égéstermékének elvezetésére elsősorban a gravitációs üzemű, nyitott rendszerek szolgálnak. Ebbe a csoportba tartozik az egyszerű, széntüzelésű vaskályhától
az
áramlásbiztosítóval
ellátott
gázvízmelegítőig
terjedően
valamennyi
atmoszférikus készülék égéstermékének elvezetése. Kivitelük alapján megkülönböztetünk: – egyedi és – gyűjtő kéményeket. A hazánkban jelenleg működő kémények túlnyomó többsége az „egyedi” kategóriába esik, sőt ezen belül is a legnépszerűbb a tömör, kisméretű, égetett téglából épített, úgynevezett orosz kémény, amelynek feladata egyetlen szintről legfeljebb 3 berendezés égéstermékének elvitele.
2
Egyedi kémény:
A gyűjtőkémény többszintes épületek egymás felett lévő helyiségeiben elhelyezett tüzelőberendezések
égéstermékeinek
elvezetésére
hivatott.
A
nyitott
rendszerű
gyűjtőkémények két csoportba sorolhatók: – egycsatornás gyűjtőkémények és – mellékcsatornás gyűjtőkémények. Az egycsatornás gyűjtőkéménynél a tüzelőberendezésből az égéstermék a rövid füstcsőszakaszon keresztül azonnal a főaknába kerül. Valamennyi szintről ez az egyetlen kürtő vezeti el az égésterméket. A kürtő belső átmérője a kéményre kötött készülékek számának és hőteljesítményének függvényében állandó volt, vagy felfelé bővült. A kéménytípus alapvető hibája, hogy a kémény anyagának következtében az égéstermék lehűlése jelentős, a keletkező huzat értéke kicsi, ezért meglehetősen érzékeny a működést befolyásoló külső, zavaró hatásokra. A kis közepes égéstermék hőmérséklet kialakulásához az is hozzájárul, hogy a nem üzemelő berendezéseken keresztül beáramló helyiséglevegő tovább hűti az égésterméket. 3
Egycsatornás gyűjtőkémény:
Az emeletmagas elemekből készült, úgynevezett mellékcsatornás gyűjtőkémények lényegesen biztonságosabbak, mivel az égéstermék a készülékből először a kisebb keresztmetszetű mellékcsatornába kerül, majd egy szinttel feljebb köt rá a főaknára. A megoldás igen nagy előnye, hogy a mellékcsatorna ellenállása lényegesen nagyobb a főakna ellenállásánál, így nem kell számítani arra, hogy egy alsóbb szinti készülék égésterméke egy felsőbb szinti helyiségbe visszaáramoljon (ezt mutatja az ábra kinagyított részlete).
4
Mellékcsatornás gyűjtőkémény:
Gravitációs, nyitott berendezések szerkezeti kialakítása Épített kémény
5
Szerelt kémény
MSZ EN 143 szerinti kémény-fogalmak
6
Az égéstermék-áramlásbiztosító kialakítása és feladatai
A gravitációs égéstermék-elvezetés jellegzetes eleme a gázkészülékbe, vagy arra közvetlenül ráépített égéstermék-áramlásbiztosító (a huzatmegszakító, deflektor elnevezést is használják). A szerkezet hármas biztonságtechnikai funkciót lát el: –
a túl nagy huzat megszakítása: a szél hatására keletkező túlzott szívás esetén a láng leszakadását akadályozza meg, mert a kémény a helyiségből szív hígító levegőt (a. eset);
–
hideg kémény esetén, amikor még nem alakul ki a szükséges huzat, a visszatorlódó égéstermék a láng eloltása helyett a helyiségbe áramlik. Ez az állapot csak rövid ideig állhat fenn, ezért a visszaáramlás az egészségre veszélytelen égéstermék-koncentrációt okoz a helyiségben (b. eset);
–
abban az esetben, ha a szél kéménybe irányuló sebességkomponense, vagy a kéményfej körül kialakított túlnyomásos zóna megakadályozza, vagy megnehezíti az égéstermék kiáramlását a kéményen, az égéstermék és a levegő is a helyiségbe áramlik, nem oltja ki a lángot. Ennek a jelenségnek az időtartama csak rendkívül rövid lehet (c. eset).
Emellett az áramlásbiztosítónak van egy nagyon fontos hőtechnikai szerepe is: az égésterméket hígítva csökkenti annak harmatponti hőmérsékletét és ennek következtében a kéményben kialakuló kondenzációs veszélyt.
7
A harmatponti hőmérséklet a légellátási tényező függvényében:
Kitorkollás-módosító szerkezet: Meidinger-tárcsa
Kitorkolló idomdarabok Az MSZ EN 13502 szerinti nyitott tetejű kitorkolló idomok:
8
Szűkített keresztmetszetű kitorkolló idomdarabok:
A kitorkollást érő kedvezőtlen környezeti hatások
A kitorkollás védelme a kedvezőtlen környezeti hatásoktól az MSZ 04-82 szerint: kéménykúp
9
A kitorkollás védelme az MSZ EN 13384-1 „C melléklete” szerint: Szomszédos épület esetén
Az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásánál akkor kell feltételezni, hogy a szomszédos épületek befolyásolják a működését, ha –
az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásának vízszintes távolsága (L) a szomszédos épülettől kisebb, mint 15 m és
–
az épület az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásától nézve vízszintesen 30°-nál nagyobb szög alatt látszik (α szög), és
–
az épület legfelső éle az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásától nézve függőlegesen 10°-nál nagyobb szög alatt látszik (β szög)
10
A kitorkollás elhelyezése a tetőn (MSZ EN 12391-1):
11
Az ábra szerinti értékek: Jelölés
A kitorkollás helye
A kitorkollás helyének ajánlott mérete Gáz tüzelőanyag esetén
Túlnyomásos berendezés esetén
Magasság magastető gerince felett, a gerinc közelében
a ≥ 0,4 m
0,4 m
szalmatetős épületek esetében
a ≥ 0,8 m
a ≥ 0,8 m
b
Magasság lapostetők felett
b ≥ 1,0 m
0,4 m
c
A legkisebb vízszintes távolság a magastetőtől
c ≥ 2,3 m vagy c1
c ≥ 1,4 m vagy c1
c1
Nem éghető cserepekkel burkolt magastető felületére merőlegesen mért legkisebb távolság
1m
0,4 m
c2
Magasság magastető felett, ha
0,4 m
0,4 m
L – a tetőgerinctől mért távolság
ha L < 8 m
ha L < 8 m
Akadályok vagy negatív lejtésű tető legmagasabb pontja feletti magasság
e > 1,0 m,
e > 0,4 m,
ha f <1,5g
ha f <1,5g
h > 1,0 m,
h > 0,4 m,
ha i < 1,5j
ha i < 1,5j
a
e
h
A szomszédos és csatlakozó épületek feletti magasság
12
A gravitációs, nyitott égéstermék-elvezető berendezések méretezése A méretezés elve: munkapont számítás
Az előzőekben bemutatott alapösszefüggést az egyes szakaszok összegeként értelmezhető rendszerre kell felírni: n
n
i =1
i =1
∑ H i = ∑ Ei
ahol i a szakaszok száma. Az áramlásbiztosítóval rendelkező gázkészülékek jellegzetessége, hogy a hígított égéstermék (keverék) tömegárama az égéstermék és a hígítólevegő (helyiséglevegő) tömegáramának összegeként határozható meg:
m& kev = m& ét + m& hlev A keletkező hatásos nyomás (huzat):
∆p = h ⋅ g ⋅ ( ρ k − ρ kev,köz ) Az áramlásbiztosítóval ellátott, atmoszférikus égőjű gázkészülék kéményméretezésének feladata annak az úgynevezett munkapontnak a meghatározása, illetőleg helyének megtalálása, amely a teljes rendszer működésére jellemző. A következő diagram függőleges tengelyén a keletkező összes huzat és az összegzett ellenállás olvasható le, míg a vízszintes tengelyen az áramlásbiztosítón keresztül beáramló hígító levegő tömegárama található.
13
A méretezés lépései 1. lépés: szakaszokra bontás
14
2. lépés: sztöchiometriai számítások
További lépések: – A környezeti feltételek bevitele – A tüzelőberendezés adatok bevitele – A szakaszadatok bevitele – A számítások elvégzése: • Áramlástani méretezés • Hőtechnikai méretezés: méretezés kondenzációra
15
Új, harmonizált magyar szabványok: MSZ EN 13384-1: Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 1. rész: Égéstermék-elvezető berendezések egy tüzelőberendezéssel MSZ EN 13384-2: Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás. 2. rész: Égéstermék-elvezető berendezések több tüzelőberendezéscsatlakozással A méretezés elve: nyomás- és hőmérséklet-feltételek teljesítése A szabványban előírt feltételek huzat vagy szívás alatt működő égéstermék-elvezető berendezéseknél: „Nyomásfeltételek A következő feltételeket kell betartani:
PZ
PZ = PH - PR - PL ≥ PW + PFV + PB = PZe
Pa
PZ ≥ PB
Pa
– az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának égéstermék bevezetésénél fellépő huzat, Pa;
PH
– az égéstermék-elvezető berendezés elméleti huzata, Pa;
PR
– az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának áramlási ellenállása, Pa;
PL
– a szélnyomás, Pa,
PW
– a tüzelőberendezés üzeméhez szükséges legkisebb huzat-igény, Pa;
PFV – az összekötő elem tényleges áramlási ellenállása, Pa; PB
– a levegő bevezetés tényleges áramlási ellenállása, Pa;
PZe – az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának égéstermék bevezetési pontján szükséges huzat, Pa.” „Hőmérsékleti feltétel A következő reláció teljesülését kell igazolni: Tiob ≥ Tg
K
ahol: Tiob – a belső falfelület állandósult hőmérsékletviszonyok mellett, a kitorkolásnál számított hőmérséklete, K; Tg
– a belső falfelület határhőmérséklete, K.”
16
