Hő- és áramlástechnikai gépek I. Felkészülési kérdések kidolgozva

Hő- és áramlástechnikai gépek I. Felkészülési kérdések kidolgozva

I.

Definíciók, alapfogalmak (2x5pont) 1. Hőerőgép és hőközvetítő gép Hőerőgép: Azok a hőtechnikai gépek, melyek tüzelőanyag elégetésével hőenergiát vagy mechanikai munkát (vagy villamos energiát) állítanak elő. Hőközvetítő gép: Azok a gépek, melyek hőenergiát nyernek ki hőből vagy mechanikai munkából (vagy villamos energiából). 2. Minőségi és mennyiségi veszteségek Minőségi veszteségek: A hővel kapcsolatos folyamatokban gyakoriak az olyan veszteségek, amelyeknél a hő mennyiség ugyan nem változik, de állapotjelzői úgy változnak, hogy munkavégzés szempontjából kisebb értékűek lesznek. Az irreverzibilis folyamatokban mindig csökken a hő áram átlaghőmérséklete, amelyet irreverzibilis entrópia növekedés jelez. Mennyiségi szabályozás: A bevitt teljesítmény bizonyos mennyisége elvész a folyamat során, miközben minősége változatlan marad. 3. Minőségi és mennyiségi szabályozás Minőségi szabályozás: A munkavégző közeg hőmérsékletét befolyásoljuk úgy, hogy létre jöjjön a kívánt hatás. Mennyiségi szabályozás: A munkavégző közeg pillanatnyi mennyiségét szabályozzuk úgy, hogy létre jöjjön a kívánt hatás. 4. Ismertesse a termodinamika főtételeit röviden! a) 0. főtétel: Ha két termodinamikai rendszer hőegyensúlyban van egy harmadikkal, akkor egymással is hőegyensúlyban vannak. b) 1. főtétel: Egy rendszer belső energiájának változása egyenlő a rendszerrel közölt hő és a rendszeren végzett munka összegével. c) 2. főtétel: A környezetüktől elszigetelt rendszerekben önmaguktól olyan irányú folyamatok játszódhatnak csak le, melyek a rendszert egyensúlyi állapotához közelebb viszik. d) 3. főtétel: A tétel kimondja, hogy kristályos anyag entrópiája abszolút nulla fok hőmérsékleten zérus. AZ egyik legfontosabb következménye, hogy az abszolút hőmérséklet (0 K) véges sok lépésben nem érhető el.

5. Ismertesse a nevezetes állapotváltozásokat röviden! Izobar állapotváltozás: Ez egy állandó nyomáson végbemenő állapotváltozás, mely során melegítés közben a gáz nyomását állandó értéken tarva, a térfogat növekszik. V/t = állandó, ezt az összefüggést szokás Gay – Lussac első törvényének nevezni. oldal 1 / 76

Izochor állapotváltozás: Állandó térfogaton végbemenő állapotváltozás. Állandó térfogaton a gáz melegítésével a gáz nyomása és hőmérséklete is növekszik. P/t = állandó, ez Gay – Lussac második törvénye. Izoterm állapotváltozás: Állandó hőmérsékleten végbemenő állapotváltozás esetén a gáz nyomása és térfogata egymással fordítottan arányos. p*V = állandó, ez a Boyle – Mariotte törvény. 6. Hőcserélők Olyan gépészeti berendezések, melyek megvalósítják a termodinamika második főtételét. 7. Tüzeléstechnika és égés A tüzeléstechnika, mint tudományterület, a tüzelőanyagok elégetése során lejátszódó folyamatokkal foglalkozik. Tüzelőanyag: az a nagy mennyiségben rendelkezésre álló természetes vagy mesterséges éghető anyag, amelynek elégetése (oxidációja) során jó hatásfokkal hőenergia keletkezik. Halmazállapota lehet szilárd, folyékony és gáznemű. Tüzelőanyagok tüzeléstechnikai jellemzői: - összetétel - relatív gázsűrűség - égéshő és fűtőérték - gyulladási hőmérséklet, lobbanáspont, gyulladáspont - a gyulladási koncentráció határai - normál lángterjedési sebesség - Wobble-szám Az égés olyan kémiai reakció, amelynek során az éghető anyag a levegő oxigénjével exoterm reakcióba lép. Az égés feltételei: - éghető anyag - oxigén - égési hőmérséklet - a fenti 3 feltétel egy időben és egy helyen teljesüljön 8. Tüzelőanyag, gázösszetétel, térfogatarány Tüzelőanyag: Az a nagy mennyiségben rendelkezésre álló természetes vagy mesterséges éghető anyag, amelynek elégetése közben jó hatásfokkal hőenergia keletkezik. Halmazállapota szerint lehet szilárd, folyékony vagy gáznemű. Gázösszetétel: Az adott, szennyező anyagoktól mentes gázkeverék kémiailag egynemű alkotók térfogataránya vagy –százaléka. Térfogatarány: Egy adott komponens térfogatának és a keverék teljes térfogatának aránya. 9. Égéshő és fűtőérték Az egységnyi tüzelőanyag tökéletes elégetésekor a kémiailag kötött energiára jellemző átalakulási hő, ha a gáz, az égési levegő és a keletkezett hőmérséklete azonos (0°C), akkor égéshő esetében az égéstermék víztartalma folyékony halmazállapotú és a levegő nitrogéntartalma nem oxidálódik. Fűtőérték esetében pedig az égéstermék víztartalma gőz halmazállapotú és a levegő nitrogéntartalma nem oxidálódik. 10. Kondenzációs hőmérséklet oldal 2 / 76

Az a hőmérséklet, amelyen az égéstermék gőztartalmának parciális nyomás eléri a telítési gőznyomást. 11. Hűtőgép, hőszivattyú Ez a gép egy olyan hőtechnikai gép, amely alkalmas arra, hogy az alacsonyabb energetikai helyről a hőt a magasabb energetikai helyre szivattyúzzuk”. Ha a közeget hűtjük, akkor hűtőgépről; ha melegítjük a közeget, akkor hőszivattyúról beszélünk. 12. Kazán, kondenzációs kazán A biológiai eredetű tüzelőanyagban megkötött kémiai energiát kinyerő, és azt magas hőfokú fűtőközeg előállítására használó hőerőgép. A kondenzációs kazán olyan kazán, amely a füstgáz látens hőjét károsodás nélkül is képes használni. 13. Gázégő, Füstgáz Gázégő: A gázkazánok azon része, mely a tüzelőanyagban tárolt kémiai energiát, annak elégetése folytán kinyeri és hőenergiává alakítani részben vagy egészben. Füstgáz: Az égés során hőenergia szabadul fel és az emberi szervezet számára káros égéstermék keletkezik. 14. Tűztér vagy égéstér, fűtőfelület Tűztér vagy égéstér: A kazánnak az tere, amelyet hőszigetelt felületek és hűtött felületek határolnak. Ez a tér az égőtől a konvektív felületek kezdetéig terjed. Fűtőfelület: A kazánnak az a hőcserét végző része, ahol egyik oldalon a füstgázok, a másik oldalon pedig a fűtővíz található. 15. Füstcsatorna, huzamok, kémény Füstcsatorna: Azok a kazánlemez és falazt által képzett csatornák, melyekben az égéstermékeket elvezetjük olyan célból, hogy hőtartalmukat a kazánnak átadják. Huzamok: A füstcsatorna egyes szakaszai, ahol a füstgázok irányt váltanak. Kémény: Olyan csatornaszakasz az épületben, mely biztosítja a természetes vagy mesterséges léghuzatot és elvezeti a füstgázokat a szabadba, olyan magasságban, ahol az környezetvédelmi szempontból már nem káros. 16. Turbinák Olyan erőgépek, melyek részegységeik döntően áramlástechnikai elven működve nyerik ki a munkaközegben tárolt energiát.

17. Gőzturbina Olyan gőzerőgép, melyben a gőz hőenergiájának egy része sebességi energiává alakul. 18. Gázturbina Egy olyan speciális, komplex belsőégésű hőerőgép, amely halmazállapotát nem változtató közeggel hőenergiát mechanikai munkává alakít át 19. Reakciófok A futólapátozáson eső hő, a teljes fokozaton eső hőhöz viszonyítva. 20. Töltési fok oldal 3 / 76

A motor hengerterébe jutó levegő mennyiségét jellemezzük vele.

II.

Diagramok (1x10 pont) 1. A kondenzátor típusú egyáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. Ebben a hőcserélőben résztvevő egyik közeg (t1) gázból folyadék halmazállapotba kerül. A másik közeg (t2) pedig melegszik, ezzel elvezeti a keletkezett hőt. Az Y-tengelyen a hőmérséklet, míg az Xtengelyen a mind a két közeget érintő felület nagysága van ábrázolva. A ∆t0 a belépő közegek hőmérsékletkülönbségét jelenti, a ∆t pedig a hőcserélőből kilépő közegek hőmérsékletkülönbségét.

2. Az elpárologtató típusú egyáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. Ebben a hőcserélőben résztvevő egyik közeg (t2) folyadékból gáz halmazállapotba jut. A másik közeg (t1) hűl, amivel biztosítja a fázisváltozáshoz szükséges energiát. Az Y-tengelyen a hőmérséklet, míg az X-tengelyen a mind a két közeget érintő felület nagysága van ábrázolva. A ∆t0 a belépő közegek hőmérsékletkülönbségét jelenti, a ∆t pedig a hőcserélőből kilépő közegek hőmérsékletkülönbségét.

3. Az egyenáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. Az egyenáramú hőcserélők esetében a résztvevő közegek áramlási iránya megegyezik. Közben az egyik közeg hőmérséklete nő, míg a másiké csökken. Az Y-tengelyen a hőmérséklet, míg az Xtengelyen a mind a két közeget érintő felület nagysága van ábrázolva. A ∆t0 a belépő közegek hőmérsékletkülönbségét jelenti, a ∆t pedig a hőcserélőből kilépő közegek hőmérsékletkülönbségét.

oldal 4 / 76

4. Az ellenáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. Az ellenáramú hőcserélők esetében a résztvevő közegek egymással szemben áramolnak. Közben az egyik közeg hőmérséklete nő, míg a másiké csökken. Az Y-tengelyen a hőmérséklet, míg az Xtengelyen a mind a két közeget érintő felület nagysága van ábrázolva. A ∆t0 a belépő közegek hőmérsékletkülönbségét jelenti, a ∆t pedig a hőcserélőből kilépő közegek hőmérsékletkülönbségét.

5. Rajzolja fel a Joule, a Carnot és a fordított Carnot körfolyamatot Joule:

oldal 5 / 76

Carnot:

Fordított Carnot:

6. A teoretikus (összehasonlító) körfolyamat diagramja Megvalósítható elméleti körfolyamat.

oldal 6 / 76

7. Ideális és valós zárt gázturbina körfolyamat

8. Ideális és valós nyitott gázturbina folyamat

oldal 7 / 76

9. Ismertesse a kondenzvízmennyiség, a füstgázhőmérséklet és a kazánhatásfok kapcsolatát bemutató diagramot.

A fenti diagramon ábrázolva van a kondenzációs kazánunk hatásfokának és kondenzvíz mennyiségének alakulása a visszatérő vízhőmérséklet és égéstermék hőmérséklet függvényében. Az X-tengelyen a visszatérő vízhőmérséklet van ábrázolva °C-ban, míg az Y-tengelyen a hatásfok %ban, (égéshőre és fűtőértékre vonatkoztatva) valamint a kondenzvíz mennyiség g/m3-ben és az égéstermék hőmérséklet (jobb oldalt) °C-ban. Látható, hogy a kazánhatásfok 20°C környéki visszatérő vízhőmérséklet esetén a legjobb, de ekkor a kondenzvíz mennyiség is a legtöbb. Az oldal 8 / 76

égéstermék hőmérsékletének növekedésével a visszatérő vízhőmérséklet is növekedik, míg csökken a kazánhatásfok és a kondenzvíz mennyiség, egészen a harmatpontig. A harmatpont után már nincs kondenzvíz képződés, és a kazánhatásfok csökkenése is lelassul, és valamivel 85% felett mozog, miközben továbbra is egyenletesen nő az égéstermék- és a visszatérő vízhőmérséklet. 10. Ismertesse a Sabathé körfolyamat diagramját.

A vegyes vagy más néven Sabathe-körfolyamat felépítése az Otto- és Diesel-körfolyamatok kombinációjaként értelmezhető. Ilyen körfolyamatot tulajdonképpen a gyorsjárású dízelmotor valósít meg, de a valóságos Otto-motor körfolyamatát is jobban közelíti. A hengerbe juttatott tüzelőanyag nagyobb része még állandó térfogat mellett ég el (Q’1), de az égés áthúzódik az expanzió löket kezdetére is (Q’’1) mint állandó nyomás melletti hőközlés. 11. Ismertesse az Ottó-körfolyamat diagramját.

Az elméleti Otto-körfolyamatnál feltételezzük, hogy az összesűrített keveréket a dugattyú felső holtponti helyzetében gyújtjuk meg. Ezt követően az égés végtelen gyorsan (állandó térfogaton) megy végbe, miközben Q1 hőmennyiség szabadul fel (2-3 állapotváltozás). A (4-1) szakaszon a dugattyú alsó holtponti helyzetében) izochor állapotváltozás menté játszódik le a kipufogás, miközben az égéstermékkel Q2 hő távozik, azaz Q2 hőmennyiséget vonunk el.

12. Ismertesse a Diesel körfolyamat diagramját.

Az elméleti Diesel-körfolyamat szerint működő motor levegőt szív be és ezt adiabatikusan sűríti, majd az izobar égést adiabatikus terjeszkedés követi. Itt olyan magas hőmérsékletet és nyomást kell előállítani, hogy a kompressziótérbe porlasztott anyag önmagától meggyulladjon. A beporlasztott tüzelőanyag égni kezd, de a nyomás nem lesz magasabb, mert közben a dugattyú már a felső oldal 9 / 76

holtponti helyzetéből visszafelé mozdul el az alsó holtpont felé (2-3). Az expanzió a fennmaradó lökethossz mentén játszódik le. III.

Alapvető csoportosítások (1x5pont) 1. Ismertesse az energia átalakítás lehetőségeit!

2. Csoportosítsa a gépeket és azon belül a hőtechnikai vagy kalorikus gépeket!  Hőtechnikai (kalorikus) gépek  Hőerőgépek  Kazánok  Atomenergia gépek  Napkollektorok  Hőközvetítő gépek  Hőszivattyú, hűtőgép  Hőcserélő 3. Csoportosítsa a hőcserélőket!

4. Csoportosítsa a hőszivattyúkat, hűtőgépeket! oldal 10 / 76

5. Csoportosítsa a hőszivattyúk hőforrásait!

oldal 11 / 76

6. Csoportosítsa a hőszivattyúk hőfelvevő közegeit!

7. Kazánok csoportosítása a tüzelőanyag égéshőjének hasznosítása szerint

oldal 12 / 76

8. Kazánok csoportosítása a névleges teljesítménytartomány szerint

9. Kazánok csoportosítása alapanyaguk és csőelrendezésük szerint

10. Kazánok csoportosítása az energiaforrásuk és az előállított közeg szerint oldal 13 / 76

11. Gázégők csoportosítása

12. Gőzturbinák csoportosítása (4 szempont)

oldal 14 / 76

13. Ismertesse a belsőégésű motorok csoportosítását, több szempont szerint Működési elv szerint:  Négyütemű motor  Kétütemű motor A friss töltet bejutásának módja szerint:  Szívómotor  Feltöltött motor A töltet összetétele szerint:  Levegőtöltésű  Keveréktöltésű A gyújtás jellege szerint:  Kompresszió gyújtású motor  Izzófejes gyújtású motor  Külső gyújtású (szikragyújtású) A keverékképzés módja szerint:  Külső keverékképzésű motor  Belső keverékképzésű motor A felhasznált hajtóanyag (tüzelőanyag) szerint:  Benzinmotor  Dízelmotor  Gázmotor  Egyéb hajtóanyagú motor  Mindenevő motor  Átváltható motor  Kettős hajtóanyag motor A hengerek állása szerint: oldal 15 / 76

   

Állómotor Fekvőmotor Függőmotor Döntött motor

14. Csoportosítsa a belső égésű motorok égéstereit. o Otto – motor esetén:  Kád alakú égéstér  Ék alakú égéstér  Heron égéstér  Félgömb égéstér o Diesel – motor esetén:  Ricardo comet rendszerű égéstér  Omega égéstér  MAN – M módszerű égéstér IV.

Alapvető összefüggések (2x5pont) 1. Ismertesse a kényszeráramú hőcserélőkön áthaladó hőáram nagyságát befolyásoló tényezőket! 

Q  U * A * t

köz

, ahol



Q

- hőáram nagysága,

A – a hőátadó felület, U – hőátviteli tényező nagysága, Δtköz – hőmérséklet különbség 2. Ismertesse a logaritmikus hőmérsékletkülönbség meghatározását!

t köz  t log 

t  t 0 t ln t 0

Minél nagyobb a logaritmikus hőmérsékletkülönbség értéke, annál intenzívebb a hőátvitel. Függetlenül attól, hogy egyen- vagy ellenáramú a hőcserélő.

3. Ismertesse a Bosnjakovic féle Φ tényezőt hőmérsékletekkel!



t1,be  t1,ki t1,be  t 2,be

A számlálóban a kisebb vízértékű közeg hőmérsékletkülönbsége szerepel, míg a nevezőben a belép közegek hőmérsékletkülönbsége. oldal 16 / 76

4. Ismertesse a Bosnjakovic féle Φ tényező vízértékáramokkal! Egyenáram esetén:

1  e  N *(1 R )  1 R

; ahol

R

W1 W2

N

UA W1

Ellenáram esetén:

R

W1 W2

1  e  N *(1 R )  ; ahol UA 1  R * e  N *(1 R ) N W1 5. Ismertesse a bordahatások illetve az egyik oldalt bordázott cső hőátbocsátási tényezőjének meghatározását a bordahatásfok segítségével! 

1

Q

AK 1  1 * (   in1 )  AB  b   k * borda

* Ak * (t b  t k )

6. Alsó, felső és bővített Wobbe-szám Alsó:

Wo alsó 

H a ,kev d

Felső:

Wo felső 

H f ,kev d

Bővített Wobbe-szám:

p st d

Wobőővítet  H f ,kev *

7. Minimális oxigén és levegőigény illetve a füstgáz nedvességtartalmának parciális nyomása Minimális oxigénigény:

O

2

n

 O2,min   ri * f1 i 1

Minimális levegőigény:

Lmin 

O2,min 0,21

8. Légfelesleg tényező, tényleges levegőigény és relatív gázsűrűség Légfelesleg tényező: oldal 17 / 76

Ltényleges



Lmin

Tényleges levegőigény:

Ltényleges   * Lmin Relatív gázsűrűség:

d

 gázkeverék  levegő

9. Ismertesse 1 [m3] éghető gázból keletkező nedves és száraz égéstermék mennyiségét. Nedves égéstermék esetén:

Ven  rN 2  Ltényl   O2   H 2 O   CO 2 Száraz égéstermék esetén:

Vens  rN 2  Ltényl   O2   CO 2 10. Ismertesse 1 [m3] éghető gázból keletkező nedves égéstermék összetevőinek mennyiségét! CO2, S 

 CO

2

 0,0003 *  * Lmin Ven

0,7805 *  * Lmin  rN 2

N 2,S 

Ven

O2, S 

0,21 *   1 * Lmin Ven

Ars 

0,0092 *  * Lmin Ven

11. Ismertesse 1 [m3] éghető gázból keletkező száraz égéstermék összetevőinek mennyiségét!

CO2, S  N 2,S 

 CO

2

 0,0003 *  * Lmin Vens

0,7805 *  * Lmin  rN 2 Vens

O2, S 

0,21 *   1 * Lmin Vens

Ars 

0,0092 *  * Lmin Vens

12. Ismertesse a hőszivattyúk és hűtőgépek belső körfolyamatát jellemző számokat!

oldal 18 / 76

13. Ismertesse a rendszerben működő hőszivattyúk és hűtőgépek éves és pillanatnyi jellemző számait!

14. Ismertesse a kazánformulát.

s

p*D 2 *  meg

15. Ismertesse a tüzelőanyaggal bevitt teljesítményt, és a kondenzációs hőnyereséget és a kazán kiterhelési fokot. Kondenzációs kazán: 



Q bevitt  V gázterhelés * H f Hagyományos kazán: 



Q bevitt  V gázterhelé s * H a 16. Ismertesse a füstgáz, sugárzási és készenléti veszteségek meghatározását. Füstgáz veszteség:

Q füstgáz  c füstgáz * m füstgáz* t füstgáz  t levegő  



oldal 19 / 76

Sugárzási veszteség:

Q sug   A j *  j * t f , j  t i  

n

j 1

17. Ismertesse a kazán- és tüzelési hatásfok meghatározását. Ismertesse kazánok éves hatásfokának meghatározását az átlaghatásfok módszerével. Kazánhatásfok: 



k 

Q hasznos 



Q bevitt  Q veszteség





Q be, 0

Q be, 0

Tüzelési hatásfok: 



Q bevitt  Q füstgáz

 TÜ 



Q be, 0 



 TÜ  100  q K  q füstgáz Éves hatásfok:

 éves 

5 5

 i 1

1 kazán,i

18. Ismertesse a kazánok éves hatásfokának meghatározását a hagyományos magyar módszerrel és az MSZ EN 15378 szerint. 

q 100  készenléti 1

i

 éves   TÜ  q sug  * 





 100  q készenléti



 éves   k *

100  q készenléti*  i 

100  q készenléti

19. Ismertesse a kollektor hatásfok meghatározását.

   0  a1 *

T  T  a2 * G G

2

V. Levezetések (1x20 pont) 1. Ismertesse a hőcserélők logaritmikus hőmérsékletkülönbségének levezetését!

oldal 20 / 76

.

Q  c m  m m  t m  U  t köz  A  c m  m h  t h .

.

Q  c m  m m  (t mbe  t mki )  U  (t m  t h )  A  c m  m h  (t hbe  t hki ) / d ( deriválunk) .

Q  c m  m m  dt m  U  t köz  dA  c m  m h  dt h .

( w  c  m  Vízérték áram) dQ  wm  dt m  U  t köz  dA   wh  dt h 1. wm  dt m  U  t köz  dA 2.  wh  dt h  U  t köz  dA 1. dt m 

1  U  t köz  dA wm

2.  dth 

1  U  t köz  dA wh

1 2  1 1    U  t köz  dA /* ( 1) dt m  dt h  d (t m  t h )    w w h   m  1 1    U  t köz  dA d (t h  t m )     wm wh   t  

dt   B  U  t köz  dA/  t

A

1 t t köz  dt   B  U  A0dA 0 ln

t   B  U  ( A  0)  B  U  A t 0

oldal 21 / 76

  t  B U  A  e t 0   B)   t ln  t 0  B  U  A  C)  t  t 0  e  B U  A  A)

.

d Q  U  t  dA .

d Q  U  t 0  e  B U  A dA/  .

Q

A

.

 d Q  U  t   e

 B U  A

0

0

dA

0

A

 e  BU  A   e  BU  A 1 Q  U  t 0      U  t 0    B U 0   B U  B U . t Q  U  A  t köz  0  (e  BU  A  1) B .

t köz

t köz

t 0  t ln t 0

 t 0    (e  BU  A  1)  B

 t  t 0 t    1    t 0  ln t ln t t 0 t 0

t  t 0  t ln t 0

2; Ismertesse a Bosnjakovic féle Φ tényező hőmérsékletekkel történő meghatározásának levezetését!

oldal 22 / 76

A logaritmikus közepes hőmérséklet-különbség mellett a hőcserélők méretezésének másik módja a hőcserélő hatásosság alapján történő méretezés. A fogalmat BOSNJAKOVIC vezette be, ezért nevezik BOSNJAKOVIC féle Φ tényezőnek is, ami a kisebb hőkapacitás áramú közeg hőmérséklet változásának ( t1′ − t1′′ ) és a közegek belépéskori hőmérséklet különbségének ( t1′ − t2′ ) hányadosa:

A Φ hőcserélő hatásosság a definíciójából adódóan 0 és 1 közötti értéket vehet fel, és azt mutatja, hogy az elvileg lehetséges hőcserének (hőmérséklet változásnak) mekkora hányada valósul meg az adott konstrukció és feltételek ( kF,W1,W2 ) esetében. A Φ hatásosság – hőcserélő típustól és konstrukciótól függően más és más formában – két dimenziótlan változónak, a kF/W1 és a W1/W2 hányadosoknak a függvénye. A Φ függvény alakjának meghatározása történhet a hőcserélőben áramló közegek hőmérséklet változásait leíró összefüggések felhasználásával, vagy az adott hőcserélőn végzett mérés eredményei alapján. 𝑄̇ = −𝑤𝑚 ∙ ∆𝑡𝑚 𝛷=

𝑄̇ 𝑤1 ∙ (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 )

=

−𝑤𝑚 ∙ ∆𝑡𝑚 ±𝑤ℎ ∙ ∆𝑡ℎ = 𝑤1 ∙ (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 ) 𝑤1 ∙ (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 ) 𝛷= 𝛷=

∆𝑡1 (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 )

𝑤2 ∆𝑡2 ∙ 𝑤1 (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 )

oldal 23 / 76

3 Ismertesse a Bosnjakovic féle Φ tényező vízértékáramokkal történő meghatározásának levezetését! Egyenáram esetén:

oldal 24 / 76

1  e  N *(1 R )  1 R

; ahol

R

W1 W2

N

UA W1

Ellenáram esetén:

oldal 25 / 76

4; Ismertesse a bordahatásfok levezetését!

oldal 26 / 76

oldal 27 / 76

VI. Gép, megoldás működése, részletesebb jellemzések (1x 25pont) 1; Ismertesse a csőköteges hőcserélőket Hőcserélő fogalma: Olyan gépészeti berendezés, melyben az áramló melegebb közeg hőt ad át a szintén áramló hidegebb közegnek. A bekövetkező hő átvitel konvekcióból és hővezetésből áll.

o H e n g e r e s köpenyből és annak végeihez csatlakozó csőkötegekből áll o A köpenyek ki és belépő csonkok vannak, a csőköteg falra erősítik a csövet. A cső kötegfalat fedél zárja le, amelyen a csövön belül áramló közeg be illetve kilépő csonkja található. o A köpeny oldali térben terelő lemezek vannak, az áramlás gyorsítására és ezzel a hőátadás intenzitásának növelésére. -

Működése: o A csőköteges hőcserélőben az egyik közeg párhuzamosan kapcsolt csövekben, a másik pedig a csövek között, a készülék köpeny határolta terében áramlik.

-

Jellemzői: o Egyszerű felépítés o Sokoldalú alkalmazhatóság o Viszonylag olcsó o A kis helyigényhez viszonyítva nagy hő átadó felület o A köpenytér 1,5-2,5x-ese a csőtérnek o Javasolt áramlási sebesség: 0,5-0,8 m/s o A cső anyaga acél, vörösréz, sárgaréz o A köpenyé és terelőlemezeké acél o Hőátadási tényező: 400-800 W/m2K oldal 28 / 76

-

Üzemeltetési kérdések: o Ha a hőcserélő két térben áramló közegek között a hőmérséklet különbség nagy, akkor a köpeny és a csőköteg között hő feszültség keletkezik, amelynek hatására a csövek kilazulnak a csőfalból. o Megoldás: 

A hő feszültségek kiegyenlítésére lencse alakú kompenzátor elemeket építenek a köpenybe.

o Gyakori hiba a tömítetlenség

2, Ismertesse a lemezes hőcserélőket!

-

Előnye, hátránya: o Könnyen és jól tisztítható a szétszerelhetősége miatt o Hullámosított vagy recézett lemezek o Alkalmazásuk előnye a kis belső térfogat, a kedvező hő átbocsátási tényező, a csöves hőcserélőknél a kisebb helyszükséglet o A lemez kialakítás, méret és darabszám változással szinte minden méret és hőteljesítmény-igény kielégíthető o A közegekkel teli térfogat az időegység alatt átáramló térfogathoz képest kicsi. Azaz a tartózkodási idő kicsi, tehát hőérzékeny anyagok melegítésére. o Hátránya az, hogy alacsony hőmérséklet és nyomás tartományban alkalmazható.

-

Jellemzői: o Bármilyen fémes szerkezeti anyagból (rozsdamentes acél, réz, nikkel, titán) o 50%-kal nagyobb hatásfok is elérhető o Megengedett nyomás: 60-200 N/mm2 o Maximum 150°C-ig alkalmazhatjuk o A l e m e z e k oldal 29 / 76

A különböző hőcsereformák közül az ellenáram esetében szükséges a legkisebb felület ahhoz, hogy egy adott %-át a belépő hőmérséklet-különbségnek a kisebb hőkapacitás-áramú közeg hőmérsékletének megváltozása elérje (ami tulajdonképpen a Φ. Amennyiben az előírt hőmérsékletviszonyok lehetővé teszik mind az ellenáramú, mind az egyenáramú elrendezést, úgy akár azt a következtetést is levonhatnánk, hogy minden ilyen alkalmazásban az ellenáramú hőcsere a jó megoldás. Azonban egyrészt, ha figyelembe vesszük azt a tényt, hogy a szerkezeti anyagok hőállósága véges, számos esetben az ellenáram során adódó magasabb falhőmérsékletet elviselő anyag beépítése drágább lehet, mint a nagyobb felületű egyenáramú berendezés. 3, Ismertesse az egyáramú hőcserélőket Általában a legkedvezőbb kis ellenállású hőcserélő az egyjáratú. Egyjáratú a hőcserélő, ha a csövekben áramló közeg az egyik fejen lép be és a másikon távozik. Ugyanúgy a köpenytérben a köpeny egyik végén elhelyezett csonkon lép be a megfelelő közeg és a másik végén levő csonkon lép ki. Mivel azonban a csövek gyártástechnológiai okból korlátozott hosszúságúak, nagyobb hőcserélő-felület létrehozására kénytelenek a csőköteget több párhuzamos csoportra – járatra – osztani. Csőköteges hőcserélő két-, négy-, hat-, nyolc-, valamint többjáratúra is építhető. A járatok számát lehetőleg ne növeljük, mert az egyik járatból a másikba való átfordulás a fordulókamrákban a nyomásveszteséget jelentősen növeli.

A felület áramlásirányú hőmérséklet-eloszlása kiegyenlítettebb az egyenáram esetén, ami a szerkezeti anyagokban a hő okozta igénybevétel (hőfeszültség) alacsonyabb szintjét eredményezi, így az egyenáramú hőcsere alkalmazásának is megvannak az indokai. 4; Ismertesse a valóságos hűtőgépek és hőszivattyúk részegységeinél leggyakrabban alkalmazottakat! Hűtőberendezések elvi kapcsolása: oldal 30 / 76

A hűtőberendezés fő részei: - Kompresszor - Kondenzátor - Expanziós gép - Elpárologtató A kompresszor nedves gőzt szív el az elpárologtatóból, majd azt komprimálja, így a munkaközeg telített gőzzé válik (1-2). A kompresszor működéséhez munkát vesz fel. A kompresszor a nagy nyomású, és sűrítés következtében magas hőmérsékletű munkaközeget „benyomja” a kondenzátorba. A kondenzátor egy olyan egyáramú hőcserélő ahol a munkaközeg fázist vált (telített gőzből telített folyadék). A teljes fázis változásakor felszabaduló hőenergiát a hőfelvevő közeg szállítja el, melyet később fűtésre, melegítésre használhatunk fel egy másik rendszerben. A kondenzátorból kilépő telített folyadék (3) továbbra is magas hőmérsékletű és nyomású. Ez a közeg lép be az expanziós gépbe ahol a közeget munkára fogjuk. A munkavégzés következtében a munkaközeg „kisebb értékű” lesz, azaz nyomása és hőmérséklete lecsökken (4). Mivel a kompresszióhoz hasonlóan az expanzió is adiabatikus állapotváltozás, ezért a munkaközeg telített folyadék állapotából „nedves gőz” állapotba jut (folyadék benne gőzbuborékokkal). Ez a munkaközeg fog belépni az elpárologtatóba, ahol a folyadékrész nagy része (nem teljesen) elpárolog. A munkaközeg nedves gőz állapotába jut (1) és a folyamat kezdődik előröl.

5 Ismertesse a talajt, mint hőforrást, és kiaknázásnak lehetőségeit! - A talaj, mint hőforrás o A talaj hője különböző módokon használható. Megkülönböztetünk i olyan hőforrásokat, amelyek felszínhez közeli hőenergiát és olyanokat, amelyek geotermikus hőt hasznosítanak o A felszín közeli hő, napenergia, amely szezonálisa n tárolódik a talajban és úgynevezett talajhő kollektorral hasznosítható, amelyeket 0,8 és 1,5 m közötti mélységben fektetünk vízszintesen. A fektetés mélysége essen túlnyomórészt fagymentes sávba, és ezért erősen függ a helyi adottságoktól. oldal 31 / 76

o A geotermikus hő a Föld mélyéből áramlik a felszín felé, és talajszondákkal hasznosítható. Ezeket függőlegesen helyezzük el 150 m mélységig o Mindkét rendszer magas, és az évszakok során viszonylag egyenletes hőmérséklettel tűnik ki. Ez az üzem során a hőszivattyú magas hatásfokát eredményezi (magas éves teljesítményszám). Emellett ezek a rendszerek zárt körfolyamattal üzemelnek, ami nagyon magas megbízhatóságot és minimális karbantartási igényt jelent. Ebben a zárt körben víz ás fagyálló folyadék (etilén-glikol) keveréke kering. Ez a keverék más néven a „sólé”. -

Talajszondás rendszerek: o A Föld geotermikus energiáját hasznosítjuk vele. Függőlegesen fektetjük 150 m-ig. o Előnyök: 

Megbízható



Kis helyigényű



Magasabb éves teljesítményszámú hőszivattyú

o Hátrányok:

-



Rendszerint magasabb beruházási költség



Nem minden területen lehet

Talaj kollektor: o A talajban tárolt napenergiát hasznosítjuk vele. Vízszintesen fektetjük , a fagymentes zónába, azaz 0,8-1,5 m között. o Előnyök: 

Kedvező költségek



Magas éves teljesítményszámú hőszivattyú

o Hátrányok: 

Fontos a pontos fektetés, szakszerűtlen fektetés esetén „légzsákok” problémája



Nagy felületigény



Nem lehet beépíteni a területet

6 Ismertesse a hőszivattyúk üzemmódjait! Monovalens üzemmód: A hőszivattyú az egyetlen hőtermelő a fűtési rendszer és a melegvíz készítés számára.

oldal 32 / 76

A rendszer tervezése során a hőforrást egész éves üzemre kell kialakítani. Monoenergetikus üzemmód: A hőellátás két hőtermelővel valósul meg, melyek ugyanazzal az energiahordozóval működnek.

A hőszivattyú elektromos kiegészítő fűtéssel van ellátva a csúcsterhelések lefedésére. Az elektromos kiegészítő fűtés a hasznosító rendszer fűtési előremenőjébe van beépítve, működését pedig a hőszivattyú vezérlése szabályozza. Jól méretezett rendszer esetén a teljes hőigény maximum 15%-át fedheti le az elektromos kiegészítő fűtés. Bivalens, alternatív üzemmód: A hőszivattyú mellett egy második hőtermelő, másik energiahordozóval van telepítve a teljes hőigény lefedéséhez. Ilyenkor a hőszivattyú csak az úgynevezett bivalens pontig dolgozik (pl.: 0 [°C] külső léghőmérséklet), hogy alacsonyabb külső léghőmérsékletek mellett a hőellátás a második hőtermelőn biztosítható legyen (pl.: gázkazán).

oldal 33 / 76

Ennek az üzemmódnak a leggyakoribb felhasználási területe a magas előremenő hőmérsékletekkel működő hőhasznosító rendszerek, ahol a hőszivattyú az éves fűtési üzem közel 60-70%-át képes lefedni (Közép-Európa jelenlegi hőmérsékleti viszonyai mellett). Bivalens párhuzamos üzemmód: A hőszivattyú mellett egy második hőtermelő egy másik energiahordozóval van telepítve a teljes hőigény lefedéséhez. Egy meghatározott külső léghőmérséklet alatt a másik hőtermelő is bekapcsolódik a hőigény lefedéséhez.

Az üzemmód feltétele, hogy a hőszivattyú a legalacsonyabb külső hőmérséklet mellett is üzemben tud maradni. Az új építésű házak estén az egyik gyártó a monovalens, illetve a monoenergikus üzemet támogatja, hogy megelőzhető legyen egy másik hőtermelő beépítése kiegészítő hőtermelőként.

7 Ismertesse a sugárzó égőket! A sugárzó fűtés működési elve legjobban a Nap sugárzásához hasonlítható. A Napból érkező sugarak először a talajt, és a rajta lévő tárgyakat melegítik fel, a levegő csak ezután melegszik fel, alulról felfelé. Ezt a hatást egy hideg, de napsütéses téli napon jól érezzük: mikor egy felhő eltakarja a Napot, hirtelen hidegérzet keletkezik, annak ellenére, hogy a levegő hőmérséklete nem változott. Hasonló elven működnek a sugárzó fűtőkészülékek is. Egyedülálló tulajdonságuknak köszönhetően a oldal 34 / 76

sugárzás a hagyományos, meleg levegőn alapuló fűtési megoldásokkal szemben először a testet, és a tárgyakat melegíti fel, ezáltal sokkal magasabb hőérzetet biztosít, sokkal hamarabb érezhető hatással, és sokkal kevesebb költséggel, mint más fűtési megoldások.

A sugárzó fűtés használata a következő előnyökkel jár a hagyományos megoldásokhoz képest: 

Mivel a helyiség levegőjét nem melegítik közvetlenül, magas hatásfokkal rendelkeznek, így akár, akár 40-50 %-os energiamegtakarítás is elérhető más fűtésmegoldásokkal szemben



Ugyanaz a hőérzet alacsonyabb levegőhőmérséklet mellett valósul meg



Rövid felfűtési idő



A készülékek magas felszíni hőmérséklete szintén közrejátszik a nagy hatékonyságban



Nincs felszálló por, mivel a hagyományos fűtésekkel szemben nincs felfelé áramló meleg levegő



Tiszta és csendes működés



Nem alakul ki a mennyezeten egy nagy hőmérsékletű hőpaplan, ami energiamegtakarítást jelent



A sugárzó fűtéssel egy nagyobb területen (pl. üzemcsarnokok) könnyen kialakíthatóak igény szerint különböző mértékben fűtött zónák, így csak a feltétlenül szükséges energia kerülhet felhasználásra, másrészt akár hűtött környezetben is létrehozható lokálisan fűtött terület egy légtéren belül



A mennyezeti elhelyezés miatt helytakarékos megoldás, valamint nem takarhatóak el a készülékek véletlenül



Magas élettartam A sugárzó fűtőtestek kialakítása rendszerint olyan, hogy a hőhordozó közeget több, egymáshoz viszonylag közelfekvő csőbe vezetik, melyek a közvetlen környezetüket (mellyel össze vannak építve) hővezetéssel átmelegítik és ezáltal a csövek és a felmelegített szerkezet sugárzással adja le a hőt. A sugárzásba bevont szerkezet lehet valamilyen épületszerkezet (födém, oldalfal, padló), vagy pedig az épületszerkezettől függetlenített sugárzó ernyő. Az épületszerkezetek nagy hőingadozása mindenképpen káros az épületszerkezet állagára, ezért amennyiben épületszerkezetet használnak fel sugárzó fűtésre, akkor „alacsony hőmérsékletű” sugárzó fűtést alkalmaznak (vagyis a sugárzó felület átlaghőmérséklete 100 °C alatt marad).

A sugárzó felület hőmérsékletét még meghatározza a balesetveszély és a bent tartózkodók jó közérzete is, így például a padlófűtés esetén a hőmérséklet nem emelkedhet 26-28 °C fölé. 8, Ismertesse a 813/2013 EU rendelet fontosabb előírásait, hatásait. A meglévő helyiségfűtő kazánok és kombinált kazánok a közös, nyitott égéstermék-elvezető rendszerrel felszerelt lakóházakban műszaki okok miatt nem cserélhetők le hatékony kondenzációs kazánokra. Az e rendeletben foglalt követelmények lehetővé teszik, hogy a kifejezetten ilyen összeállításhoz készült, nem kondenzációs kazánok forgalomban maradjanak annak érdekében, hogy a fogyasztókat ne terheljék indokolatlan költségek, hogy a gyártóknak legyen idejük hatékonyabb fűtési technológiát alkalmazó kazánok kifejlesztésére, valamint hogy elég idő álljon a tagállamok rendelkezésére a nemzeti építési szabályzatok kidolgozásához. oldal 35 / 76

Ez a rendelet a legfeljebb 400 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő berendezések és kombinált fűtőberendezések környezettudatos tervezésére vonatkozó forgalombahozatali, illetve üzembehelyezési követelményeket állapítja meg, ideértve azokat az ilyen típusú berendezéseket is, amelyek a 811/2013/EU felhatalmazáson alapuló rendelet 2. cikke értelmében helyiségfűtő berendezésből, hőmérséklet-szabályozóból és napenergia-készülékből álló csomagba vagy kombinált fűtőberendezésből, hőmérséklet-szabályozóból és napenergia- készülékből álló csomagba vannak beépítve. 8. CIKK - ÁTMENETI RENDELKEZÉSEK (1) A tagállamok 2015. szeptember 26-ig engedélyezhetik olyan fűtőberendezések forgalomba hozatalát, illetve üzembe helyezését, amelyek a szezonális helyiségfűtési hatásfok, a vízmelegítési hatásfok és a hangteljesítményszint tekintetében megfelelnek az e rendelet elfogadásakor hatályos nemzeti rendelkezéseknek. (2) A tagállamok 2018. szeptember 26-ig engedélyezhetik olyan fűtőberendezések forgalomba hozatalát és/vagy üzembe helyezését, amelyek a nitrogén-oxid-kibocsátás tekintetében megfelelnek az e rendelet elfogadásakor hatályos nemzeti rendelkezéseknek.

A környezettudatos tervezés követelményei 1. SZEZONÁLIS HELYISÉGFŰTÉSI HATÁSFOKRA VONATKOZÓ KÖVETELMÉNYEK a) 2015. szeptember 26-tól a fűtőberendezések hatásfoka és szezonális helyiségfűtési hatásfoka az alábbi értékeknél nem lehet alacsonyabb: A ≤ 70 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő tüzelőkazánok és a ≤ 70 kW mért hőteljesítményű kombinált tüzelőkazánok, kivéve a ≤ 10 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kazánokat és a ≤ 30 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kombinált kazánokat: A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 86 % alá. (Minden típusú készülékre) A ≤ 10 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kazánok és a ≤ 30 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kombinált kazánok: A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 75 % alá. (Ez a megfogalmazás maga a kéménybe kötött, hagyományos készülék) A > 70 kW és ≤ 400 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő tüzelőkazánok és a > 70 kW és ≤ 400 kW mért hőteljesítményű kombinált tüzelőkazánok: A 100 %-os mért hőteljesítményen mért hatásfok nem csökkenhet 86 % alá, a 30 %-os mért hőteljesítményen mért hatásfok pedig nem csökkenhet 94 % alá.

A NITROGÉN-OXID-KIBOCSÁTÁSRA VONATKOZÓ KÖVETELMÉNYEK 2018. szeptember 26-tól a fűtőberendezések nitrogén-oxid mennyiségben kifejezett nitrogén-oxid-kibocsátása nem haladhatja meg az alábbi értékeket: — gáznemű tüzelőanyaggal működő helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok: 56 mg/kWh tüzelőanyag-felhasználás GCV-ben kifejezve, — folyékony tüzelőanyaggal működő helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok: 120 mg/kWh tüzelőanyagfelhasználás GCV-ben kifejezve,

9; Ismertesse a hagyományos (állandó és alacsony hőmérsékletű) kazánokat

Állandó hőmérsékletű kazánok Ezeknél a készülékeknél a kazánvíz-hőmérsékletet a kazánba vagy a kazán csonkjára helyezett termosztáton beállított 80 vagy 90 °C-os értéken tartották, és - a visszatérő víz hozzákeverésével, keverőszelep segítségével - a mindenkori konstans előremenő víz hőmérsékletét csökkentették le a szükséges alacsonyabb hőmérsékletre. oldal 36 / 76

A füstgázhőmérséklet a névleges teljesítménynél nem haladhatja meg a 260 °C-ot és nem süllyedhet 160 °C alá. Így elérték, hogy a füstgázok a hideg kazánfallal érintkezve a tüzelési oldalon nem hűlnek 40-46 °C-os harmatponti hőmérséklet alá. (A kazánok védelme érdekében más műszaki megoldásokat is alkalmaztak, mint pl. visszakeverés). A legmagasabb visszatérő vízhőmérsékletet 65 °C-ra korlátozták, ezáltal ezek időjárás követő szabályozásra nem alkalmasak. A hagyományos kazánoknál - a fentiek következtében - igen magas a veszteségek mértéke (füstgáz, sugárzásból és konvekcióból álló készenléti veszteség), az elérhető kazánhatásfok pedig alacsony, max. 85-87 százalék.

Alacsony hőmérsékletű kazánok. A veszteségek csökkentése és a hatásfok növelése érdekében fejlesztették ki az ún. alacsony hőmérsékletű kazánokat, amelyek csökkentett vagy igény szerinti hőmérsékleten üzemel. A kazán visszatérő hőmérsékletek lényegesen alacsonyabb értékeket, pl. 42 °C-ot vehetnek fel. Ezáltal kisebb füstgázveszteség érhető el, mivel a füstgázhőmérséklet az alacsonyabb kazánvízhőmérséklethez hasonlóan csökken, és az alacsonyabb kazánvíz- és kazánhőmérséklet következtében csökken a készenléti veszteség is, így magasabb lesz az éves kihasználási fok. Az alacsony hőmérsékletű kazánok fejlesztésénél el kellett kerülni, hogy a kondenzátum kiválhasson, ill. megfelelő alapanyagokkal vagy konstrukciós kialakításokkal meg kellett akadályozni a korrózió kialakulásának a lehetőségét. A probléma elkerülése érdekében általában két műszaki megoldást alkalmaznak: a duplafalú füstgázcsöveket vagy a termostream technológiát. A Buderus cég ez utóbbi technológiai megoldást alkalmazza és fejlesztette tovább a kazánjainál. A termostream technológia lényege, hogy a kazán geometriai kialakításának köszönhetően, az előremenő fűtővíz egy bizonyos tömegárama mindig visszakeveredik, a visszatérő vizet pedig először végigvezetik az öntvény külső falán. Az így megemelt magasabb visszatérő vízhőmérséklet csökkenti a káros kondenzációt. Emellett a füstgáz hőcserélőt úgy alakították ki, hogy az áramlás irányában nő a füstgáz áramlási sebessége, ezáltal állandó értéken tartható a hőátbocsátási tényező, amely újabb hatásfoknövekedést eredményez. Az atmoszférikus kazánoknál blokkonként egy motoros elzárószerelvényt (vagy termosztatikus szelep) építettek be, ami túl alacsony előremenő kazánvíz-hőmérsékletnél (ill. üzemen kívül) - a mihamarabbi felmelegedés érdekében - elzárja a víz útját. Az elérhető hatásfok 93-94,5 százalék. Kondenzációs kazánok. A hagyományos hőtermelők hatásfoka folyamatos égőteljesítmény-vezérlés mellett sem növelhető 94-95 százalék fölé. Említésre méltó további hatásfoknövelés csak úgy érhető el, ha a füstgáz vízgőztartalmának párolgáshőjét – amely a hagyományos hőtermelőknél haszontalanul távozik a kéményen - kondenzáció segítségével kihasználjuk, és ha a füstgázhőmérséklet még erősebb csökkentésével, pl. füstgáz hőcserélő utánkapcsolásával, tovább redukáljuk az érzékelhető füstgázveszteséget. Ezen az elven működnek a kondenzációs kazánok. Az így elérhető hatásfok 104-109 százalék.

10; Ismertesse a kondenzációs kazánokat oldal 37 / 76

A gáztárolóból érkező éghető földgáz, a hengeres kialakítású sugárzó (mátrix) gázégőbe jut, ahol az égés bekövetkezik. Az égőt egy nemesacél anyagú, spirális hőcserélő veszi körbe, ez alkotja az úgynevezett tűzteret. Az égés során hőenergia szabadul fel, mely a tűzteret határoló hőcserélő felületen (fűtő felületen) keresztül átadódik a fűtő közegnek, így annak hőmérséklete, a minél hidegebb visszatérő víz hőmérséklet szintjéről az előremenő víz hőmérséklet szintjére jut. Az égés másik „eredménye” az ún. füstgáz. Ez az égéstermék az égési hőmérséklet miatt eléggé magas hőmérsékletű lesz. A spirális hőcserélők rései egymástól minimális távolságra vannak, sugárirányba haladva egyre szélesedik a hőcserélő felület, ezért egyre intenzívebb a hőelvonás. Az utolsó mmeken a füstgáz hőmérséklete annyira lecsökken, hogy elérje a harmatpontot és megkezdődjön a kondenzáció. A füstgáz víztartalmának fázisváltozási energiáját (rejtett, látenshő) vonja el a fűtőközeg, így az gáz állapotból folyékony állapotba jut. A lecsapódás során felszabaduló hő (párolgáshő) további 10-11% energianyereséget jelent. A termodinamika II. főtétele nyomán a hőáramlás annál intenzívebb, minél nagyobb a hőcserében résztvevő 2 közeg közötti hőmérsékletkülönbség, emiatt az alacsonyabb hőmérsékletű visszatérő víz nagyobb mennyiségű hőt tud elvonni a fütgázból, azonos üzemi paraméterek mellett, ezáltal csökken a füstgáz és a készenléti veszteség is, de a kazánhatásfok pont ezért nő részterhelésen. Viszont a lehűlt füstgáz természetes huzattal nem tud távozni, ezért szükséges lesz egy füstgáz ventilátor beépítése is. A felületre lecsapódó kondenzvizet az intenzíven áramló füstgáz kifújja a hőcserélő területéről. A kondenzvíz így a hőcserélő csőjén cseppekbe gyűlik és lassan lecsorog, végül a hőcserélőt körbevevő kondenzvíz gyűjtő alsó pontján elhagyja a kazánteret és egy belső szifonon keresztül a szennyvíz hálózatba távozik.

11; Fatüzelésű kazánok A szilárdtüzelésű kazán különböző tüzelőanyagokkal üzemeltethető, így létezik fa- és széntüzelésre ajánlott berendezés is. A fatüzelésű kazánok alkalmazása napjainkban reneszánszát éli. Fával nemcsak kedvező költséggel fűthetünk, hanem a környezetet is kímélhetjük. A hagyományos vegyestüzelésű (fatüzelésű) kazánon általában két huzatszabályozó van, amelynek beszabályozásával a kéményen keresztül létrejövő huzat táplálja az égést. Az elsődleges (primer) huzatajtó a kazán legalsó ajtaján található. Ennek a szabályozását egy termosztatikus láncos huzatszabályozó állítja a kazán víz hőfokának megfelelően. A másodlagos (szekunder) a tüzelőnyag pakoló nyílás ajtaján található. Az égés során felszabaduló gázokhoz tudunk további levegőt adagolni, így magas hőmérsékleten elégnek azok további hőenergiát termelve, valamint füstmentes égést eredményezve. Ez a levegő lehet előmelegített vagy nem előmelegített. Minél melegebb a másodlagos levegő, annál jobban keveredik és ég el az elégetlen gázokkal. A kazán felállítási helyén egy szilárd, nem éghető anyagból készült vízszintes alapra van szükség. A kazánalapnak nagyobbnak kell lennie a kazán alapterületénél, valamint az oldalfalaktól is védőtávolságot kell tartani. A kazán elhelyezésére a klasszikus értelemben vett kazánházra van szükség. A fatüzelésű kazán elhelyezésekor a gázkazánoknál tapasztalt rugalmas elhelyezés sajnos nem tartható.

oldal 38 / 76

A kazánház kialakításakor fontos figyelni a tüzelőanyag elhelyezésére is. Célszerű, ha a tüzelőanyagból néhány napra vagy esetleg hétre való mennyiség a kazánházban tárolható, természetesen a védőtávolságok betartásával. A fatárolót szintén célszerű a kazán helyiség közelében telepíteni, valamint fontos a salak és a hamu eltávolításának lehetősége is. A szilárdtüzelésű kazánok elhelyezésénél fontos tényező az égési levegő mennyisége. Nem megfelelő mennyiségű égési levegő esetén az égés tökéletlen lesz, ezzel csökken a hatásfok.

A hibátlan égéstermék-elvezetéshez megfelelő huzatú kéményt kell kialakítani. A nem megfelelő huzatú kémény a kazánüzemben fennakadásokat okozhat, fokozott kormolódáshoz, kátrányképződéshez vezethet, ami csökkenti a hatásfokot és a készülék élettartalmát. A szilárdtüzelésű kazánok minimális kazánvíz hőmérsékletének 45°C felett kell lennie, mert alacsonyabb hőmérsékletnél öntvény kazán esetén repedés jelentkezhet, valamint vízgőz csapódik le, aminek negatív hatása van a kazán rendeltetésszerű működésére és élettartalmára. A minimum hőmérséklet tartása segédenergia nélküli termosztatikus szelep vagy kazán termosztát segítségével is beállítható. A modern fatüzelésű kazánok jól alkalmazhatók más hőtermelőkkel (pl. gázkazán, napkollektor) együtt is. A fatüzelésű kazánnal működő rendszer üzembiztonságát és energetikai hatásfokát jelentősen növeli egy fűtési puffer tároló beépítése.

12; Faapríték kazánok A faapríték a fafeldolgozás során keletkező hulladékból, feldolgozásra alkalmatlan fatörzsből, faipari hulladékból, leselejtezett raklapból, hulladékfából is előállítható. Az előállításhoz egy aprítógép szükséges.

A faapríték jó fűtőanyag, utánpótlása folyamatos. Tőlünk nyugatabbra, de főleg, Ausztriában az elmúlt 10-15 évek fejlesztésének köszönhetően, egyre korszerűbb pelletes és aprítékos bio kazánokat fejlesztettek ki. A fejlesztés nagy eredménye, hogy oldal 39 / 76

közel olyan komfortfokozatot lehet vele elérni, mint a gázberendezésekkel. A kazánok fa aprítékot, pelletet használnak fel tüzelőanyagként. Ezek a berendezések közül az aprítékos tüzelő mód olcsóbb megoldás. Egyszerű okból, hiszen az energia mérlege kedvezőbb a pelletnél, az apríték előállítási költsége sokkal kevesebb, emiatt az eladási ára is kedvezőbb lehet. Magas komfort – Egyszerű, gyors kezelhetőség – Egyszerű tisztítás – Környezetbarát Gazdaságos üzemmód – Szabályozott fűtőteljesítmény – Minimális hamu mennyiség – Automata hamuzó és kormoló – Magas hatásfok 94 % Környezetbarát – Magas emissziós érték – Alacsony széndioxid kibocsátás – Füstgázméréssel szabályozott égéstér Központi szabályozó egység – Fűtőkör szabályozás – Melegvízkészítés – Szolárkör szabályozás – Távfelügyelet – Vizualizáció

oldal 40 / 76

13; Pellett kazánok A kazángyártók a fatüzelésű berendezések automatizálását és teljesítményszabályozását a tüzelőanyag mérethatárokon belül tartásával oldották meg. A pellet kazánokban tüzelőanyagként felhasznált pellet egy szabványosított mérethatárok közötti, előírt fűtőértékkel rendelkező alapvetően fából készült fűtőanyag. A tömörítési eljárás előnye, hogy tiszta, jól kezelhető, csomagolható és gazdaságosan szállítható anyagot eredményez. Szinte minden anyagot lehet pelletálni, amely apró méretűre darálható, illetve szemcseszerkezete és nedvességtartalma megfelelő. Az automatikus pelletkazán nem csak környezetkímélő, de roppant kényelmes fűtési rendszer is egyben. A fűtőanyag az épület egy megfelelően kialakított részén, pellet-tartályban vagy erre a célra épített tüzelőanyag tárolóban kell tárolni. A kazán és a tárolót a pelletadagolás miatt célszerű egymáshoz minél közelebb elhelyezni, de nagyobb távolságok és szintkülönbségek áthidalására is vannak megoldások.

A pellettároló méretét az épület méretéhez képest kell kiválasztani. Az optimális méretű tartályt egy fűtési szezonban mindössze egy-két alkalommal kell feltölteni. A pelletkazánok a kazánnal egybeépített kisebb tartállyal is rendelhetők, melyek egy-két napra biztosítják a tüzelőanyag ellátást. A modern berendezések füstgázrendszerébe épített lambdaszondák az égés a tüzelőanyag összetételének megfelelően vezérlik, így folyamatosan magas hatásfokot és alacsony szennyezőanyag kibocsátást biztosítanak. A berendezések teljesítményszabályozása viszonylag magas tartományban (33-100%) megoldott. A pelletkazánokban keletkező hamu a tökéletes égés miatt sokkal kisebb mennyiségű, mint a hagyományos fatüzelésű berendezésekben. Jó minőségű pellet esetén a hamu mennyisége a tüzelőanyag 1%-a. Egyes berendezéseknél az égőtér automatikus tisztítása is biztosított, így azok kézi beavatkozás nélkül is folyamatosan jó hőcserét és így jó hatásfokot biztosítanak.

oldal 41 / 76

Pellet fűtéstechnika előnyei Komfort: A környezetbarát pellet kazánok, a gázkazánokhoz hasonlóan kényelmes fűtési rendszerek. Magas hatásfokon, automatizálható üzemeltetéssel, költségtakarékosan működnek. Karbantartás: A pellet tároló nagyságától függően, 2-4 hetente szükséges a tüzelőanyag (pellet) feltöltés. A pellet égése során kevés a hamuképződés, ezért a tisztításról 2-4 hetente kell gondoskodni. Környezetkímélő és gazdaságos: a pellet kazán magas hatásfokú működése miatt a fűtési költségek csökkenthetők. A hagyományos fűtési rendszerek (gáz, elektromos áram, olaj) költségének 25-30%-ába kerül. A folyamatosan magas hőmérsékletű égés során, alacsonyabb a káros anyag-kibocsátás tapasztalható, mint a fatüzelésű kazánoknál.

14, Ismertesse a nagyvízterű kazánokat. Hőhasznosító konstrukciója szerint csoportosíthatjuk a kazánokat: - Nagy(víz)terű - lángcsöves, füstcsöves - (Víz)csöves - Egyéb: - öntöttvastagos, lemezes, alumínium, stb.

oldal 42 / 76

Kis gőzteljesítmény 10-12 t/h Mérsékelt gőznyomás ≈20 bar Előnye: a ggőzelvétel ingadozását bizonyos határok között képes kompenzálni (nagy rugalmaság) Ha a gőzelvét megnő →a nyomás lecsökken és a sraffozott területen megfelelő hőmenyiség szabadul fel, később a szabályozás visszaállítja az eredeti helyzetet.

oldal 43 / 76

15 Ismertesse a kazánok üzemeltetésével kapcsolatos problémákat és kezelésüket. Zárt égésterű készülékek füstgázelvezetésének problémája. Az égéstermék-elvezetés többféle módon történik. Létezik egy normál kéményes, áramlásbiztosítóval ellátott készülék, amelynél a kémény huzata biztosítja az égéstermék elvezetését. Ha egy normál készülék beszerelésénél a jogszabály szerint akarunk eljárni, akkor két dolgot kell a megtennünk.Egyrészt egy előzetes terv alapján kérnünk kell a gázművek engedélyét – amihez szükség van egy kéményseprő szakvélemény becsatolására is -, majd az installáció elkészülte után gáznyomáspróbát kell végrehajtani (az illetékes gázszolgáltató jóváhagyása), erről jegyzőkönyvet kell felvenni. Szükség van még a kéményseprő vállalat átvételi igazolására is arról, hogy a kémény és a füstgázelvezetés megfelelő. Mindaddig, amíg csak az áramlásbiztosítóval ellátott készülékek voltak jellemzőek a magyar piacra, a mechanizmus gördülékenyen működött. A zárt égésterű, azaz turbó készülékek megjelenésével azonban a gördülékenység tovatűnt, a kompetenciakörök összemosódtak. Mert a zárt égésterű készülékeknél, ventilátoros füstgázelvezetés esetén a cső elhelyezése lehet vízszintes és függőleges is. Emiatt fellángolt a vita arról, hogy az elvezető cső mikor minősül kéménynek. Az álláspontok nem közeledtek egymáshoz. A zárt égésterű berendezések ventilátoros égéstermék-elvezetését a szakma általánosan úgy minősítette, hogy az nem kémény, és nem tartozik a kéményseprők kompetenciájába. A kéményseprők viszont a tevékenységüket a jogszabályi környezet alapján végzik. A ma érvényben lévő jogszabály az 51/1999. számú BM rendelet, amely meghatározza a kéményseprők szolgáltatási kötelezettségét: ebben szerepel, hogy a zárt égésterű készülékekkel is foglalkozniuk kell. A probléma kettős: egyrészt ha vízszintesen megy a füstgáz, az a jelenlegi jogszabályi környezet szerint nem kémény, hiszen a kémény definíciója csak a függőleges füstgázelvezetésre tér ki. Másrészt pedig a rendelet hiába írt elő szolgáltatási kötelezettséget a kéményseprők számára, a feltételrendszert gyakorlatilag nem biztosította, a rendeletnek nincs végrehajtási utasítása. Ráadásul erre a kéményseprő szolgáltató vállalatok fel sem voltak készülve: a zárt égésterű készülékek mérése másfajta elméleti felkészültséget és műszerezettséget is kíván. Mégis a törvényi szabályozás alapján a kéményseprő jogosultságot formál a vizsgálatra és a döntéshozatalra. Ebből az a furcsa helyzet alakult ki, hogy bár rengeteg készülékgyártó jelent meg a piacon zárt égésterű készülékkel, amelyek minden szempontból sokkal előnyösebbek, mint a hagyományos kazánok, mégis ha valaki a készülék üzembe helyezésénél jogszerűen, a hivatalos utakat betartva akart eljárni, az ügy elakadt a kéményseprőknél különböző okokra való hivatkozással: hiányzik a mérőcsonk, mérőnyílás, tisztítónyílás, és ezáltal a kéményseprő szakvélemény. oldal 44 / 76

Ennek a problémás és zavaros műszaki és jogi háttérnek a tisztázására alakult meg az Épületgépészeti Koordinációs Szövetség szervezetén belül az Égéstermék Bizottság, mely három célt tűzött ki maga elé. Az egyik feladata az, hogy áttekintse a jelenlegi jogszabályi környezetet. Másrészt véleményeznie kell, hogy a jogszabályi környezettől függetlenül, de azt szem előtt tartva műszakilag milyen eljárások indokoltak a fogyasztó, a beruházó, a tervező, a kivitelező és a forgalmazó szempontjából. Harmadrészt feladata egy olyan útmutatás közreadása, ami mindenki számára egyértelműen megfogalmazza a megfelelő követelményrendszert, beépítve ebbe a jogszabályi hivatkozásokat is, és egyben jelezze a különböző kormányzati szervek felé azt, hogy mely jogszabályok nem állják meg a helyüket, melyek váltak a továbbfejlődés korlátjaivá. A problémát még inkább súlyosbítja az, hogy időközben az európai jogharmonizációs folyamat révén rengeteg új jogszabály, szabvány lett hatályos Magyarországon, aminek jelentős része idegen nyelven, angolul került hatályba, s a magyar mérnöki kör a hiányos nyelvtudás miatt ebben nehezen tud eligazodni.

Tüzelőanyag, salak és hamu kezelése A kazánház kialakításakor fontos figyelni a tüzelőanyag elhelyezésére is. Célszerű, ha a tüzelőanyagból néhány napra vagy esetleg hétre való mennyiség a kazánházban tárolható, természetesen a védőtávolságok betartásával. A fatárolót szintén célszerű a kazán helyiség közelében telepíteni, valamint fontos a salak és a hamu eltávolításának lehetősége is.

Égési levegő mennyisége A szilárdtüzelésű kazánok elhelyezésénél fontos tényező az égési levegő mennyisége. Nem megfelelő mennyiségű égési levegő esetén az égés tökéletlen lesz, ezzel csökken a hatásfok. A hibátlan égéstermék-elvezetéshez megfelelő huzatú kéményt kell kialakítani. A nem megfelelő huzatú kémény a kazánüzemben fennakadásokat okozhat, fokozott kormolódáshoz, kátrányképződéshez vezethet, ami csökkenti a hatásfokot és a készülék élettartalmát. Korrózió A fűzővíz kikezdheti a rendszer anyagát, belevegősödhet a rendszer, mely csökkenő fűtési hatásfokot eredményez. Megoldás a gondosan megválasztott alapanyag, illetve a rendszert légteleníteni szüksége s a fűtési szezon kezdetén. Kazánrobbanás Az a jelenség, amikor a kazán valamely, túlnyomás alatti része alakváltozást szenved, majd ezt követően a kazánlemez felhasad, így a kazántöltet igen rövid idő alatt kiürül. Oka lehet a helytelen kezelés, vízhiány, túlságosan nagy üzemi nyomás, lerakódások, anyaghiba. Megelőzése céljából rendszeresen szükséges a kazánokat felülvizsgálni, illetve kitisztítani. Megfelelő huzatszabályzó szelepet beépíteni és karbantartani.

16, Jellemezze az egy és többfokozatú akciós gőzturbinákat Egy tipikus gőzturbinában a nagynyomású és nagy hőmérsékletű gőzt fúvókákon átvezetve felgyorsítják (gyakran szuperszonikus sebességre). A gőzáram a forgórészre sugárirányba felerősített hajlított lapátokra (ún. futólapátokra) fúj, ezek között áthaladva megforgatja a forgórészt és közben kicsit veszít hőenergiájából, vagyis nyomásából és hőmérsékletéből. A futólapátozás által eltérített oldal 45 / 76

gőzáramot az álló részbe erősített álló terelő-lapátokkal visszafordítják és rávezetik a következő sor futólapátra, majd ez folytatódik addig, amíg a gőz hőmérséklete csaknem eléri a környezet hőmérsékletét. Ezen a hőmérsékleten a gőz nyomása sokkal kisebb az atmoszferikus nyomásnál, így a turbina utolsó fokozataiban erős vákuum uralkodik. A legegyszerűbb kis turbináknál egyetlen szelep fojtásával lehet a gőz mennyiségét szabályozni. Nagyobb gépeknél azonban mind az akciós, mind a reakciós gőzturbinák első fokozata egy akciós szabályozó fokozat (Curtis-fokozat), amely előtt több fúvókacsoport helyezkedik el. Ezekre a fúvókákra külön-külön vezérelt szelepeken keresztül jut a gőz. Indításnál minden szelep zárva van, majd az első szelep nyitásával vezérlik a gőzmennyiséget. A második szelep csak akkor kezd nyitni, ha az első már teljesen kinyitott, és így tovább. Így a fojtási veszteségeket (melynek során a gőznyomás munkavégzés nélkül csökken) alacsony értéken lehet tartani. A korszerű turbinák 4-6 szabályozószeleppel készülnek.

Egyfokozatú akciós turbina: Akciós fokozatban az r értéke kicsi, szélső esetben 0. Azaz a hő esés nagy részét az álló lapátozás dolgozza fel, a futólapátozáson nagyrészt a gőz mozgási energiájának rovására történik a munkavégzés. A gőz nagyon felgyorsul az álló lapátokon, így a kilépő sebességek nagyok. A nagy sebesség értékek miatt az ilyen fokozat kényes áramlási veszteségekre, hatásfoka erősen változik a fordulatszámmal. Rövidebb lapátok és nagyobb átmérők jellemzik (kis résveszteség). A többfokozatú akciós turbina A szabályozófokozat szervesen csatlakozik a többi fokozathoz. Különálló szerepét többnyire csak az jelzi, hogy közte és a többi fokozat között hézag van, hogy a kerületnek esetleg csak egy részén beömlő gőz a többi, a teljes kerületen állólapátozással rendelkező fokozatokra eloszoljék.

Curtis turbina Akciós turbina sebesség-fokozatokkal. •

Ez 2-3 sebességfokozatban alakítja át a gőz hőenergiáját mozgási energiává, és ezzel sikerült a kerületi sebességet lényegesen csökkenteni.

•

Energiaátalakulás itt nincs a lapátkeréken, csak a házhoz kötött, vagyis álló vezetőcsatornákban.

•

A Curtis-turbina hatásfoka még mindig elég rossz, ezért önálló egységként nemigen alkalmazzák, inkább más, több fokozatú turbina elé kapcsolják. Zoelly turbina •

Lényegében egylépcsős akciós turbinák sorba kapcsolása.

•

A ház belső tere annyi, egymástól elkülönített kamrára osztott, ahány járókerék van a turbinában.

•

A Zoelly-turbina elé rendszerint Curtis-kereket kapcsolnak. Akciós turbina - Newton II. törvénye (a dinamika alaptétele): •

Egy pontszerű test lendületének (impulzusának) a megváltozása egyenesen arányos és azonos irányú a testre ható, 'F' erővel. oldal 46 / 76

•

Az arányossági tényező megegyezik a test 'm' tömegével.

A következő helyettesítéssel élve:

17; Jellemezze az egy és többfokozatú reakciós gőzturbinákat A jó hatásfokú gőzturbina igen sok fokozatból áll, ezeket egy forgórészen nem is lehet elhelyezni, ezért két-három forgórész között osztják el. A fokozat akciós vagy reakciós elven működhet. A reakciós turbinánál az áramló gőz lapátokra ható reakcióereje forgatja meg a forgórészt. Az akciós fokozatban az álló lapátokon történik meg az egész fokozatra eső nyomásesés és hőtartalom (entalpia) változás. A reakciós fokozatnál a hőesés 50%-a futólapátozásra esik, így a futólapátozáson is van nyomásesés. Ez a működésbeli különbség szerkezeti következményekkel is jár. Egyfokozatú reakciós turbina: A reakciófok nagy, rendszerint 0,5. Azaz a futólapátozás is jelentős hő esést dolgoz fel. Mivel az álló lapátozás a hő esésnek csak egy részét dolgozza fel, a sebességek alacsonyak. Emiatt az áramlási veszteségek kicsik, hatásfoka a fordulatszámtól kevésbé függ. Mivel a futólapátozás dolgozza fel a hő esés nagy részét, a nyomásesés számottevő a futólapátozáson, azaz jelentős lesz a résveszteség. Nagyobb résveszteség nagyobb lapáthosszakat és kisebb átmérőket tesz szükségessé, ami kisebb kerületi sebességet eredményez.

A többfokozatú reakciós turbinák •

Akciós szabályozófokozata a többi fokozattól jobban elkülönül, azoknál rendszerint nagyobb átmérőjű.

•

Futólapátozása külön tárcsán (keréken) van, amely a ház kiöblösödésében (kerékszekrényben) forog.

•

A reakciós gőzturbinák egyik jellegzetes eleme a kiegyenlítődob (a 82b ábrán az 5 elem).

•

Ez a forgórészen levő, reakciós lapátozat középátmérőjével kb. egyenlő átmérőjű, labirintozott henger, amelyre ugyanez a nyomáskülönbség hat (de ellenkező irányban), mint a reakciós lapátozatra.

•

Szerepe az, hogy a reakciós fokozatcsoport(ok)ra ható tengelyirányú erőt kiegyenlítse.

Parsons turbina •

C. A. Parsons angol mérnök 1884-ben mutatta be az első reakciós (réstúlnyomásos) turbináját, amelynek már csak 17000 1/min volt a fordulatszáma.

•

A veszteségek miatt – amelyek ismét a gőz hőtartalmát növelik – kicsi az egyes lépcsőkön a hőesés, ezért a Parsons-turbina sok fokozatból áll.

•

A sok lapátkoszorút célszerűen egyetlen dobon, az ún. Parsons-dobon helyezik el. oldal 47 / 76

Reakciós turbina - Newton III. törvénye (a hatás-ellenhatás törvénye): -Két test kölcsönhatása során mindkét testre azonos nagyságú, egymással ellentétes irányú erő hat.

18; Jellemezze a gázturbinák Turbina szerkezeti felépítése A levegő beömlő nyílás hangszigetelt cső, mely belsejében található a levegőszürő. A 1. ábrán látható a gázturbina és a generátor metszete. A generátor 4 pólusú állandó mágneses 3 fázisú generátor, mely nagyfrekvenciás váltóáramot állít elő. A kompresszor kis méretü, centrifugál kialakítású radiális kiömléssel. A gázturbinába, a hatásfoknövelés érdekébe beépítettek egy belső hőcserélőt. A gyürüs fordítókamrás tüzel/térbe nyúlik bele a három kétfunkciós tüzelőanyag fúvóka, a .pilot. fúvókák közvetlenül a tüzelőtérbe juttatják a gázt, míg a .premix. fúvókák a gáz levegővel történő előkeverése után juttatják be a tüzelőanyagot. Tiszta CH4 gáznál 22 kW-os teljesítményhatárig a .pilot. fúvókák működnek az ennél magasabb teljesítményen .premix. fúvókákat alkalmazza a rendszer. Kompresszor és a generátor egy tengelyen helyezkedik el az axiális kiömlésü centripetál turbinával. A tengelymegtámasztása légcsapágyakkal történnek tekintettel a nagy fordulatszámra és az egyszerübb üzemeltetésre.

A gázturbina egy olyan belsőégésű hőerőgép, amelyben hőenergia mechanikai munkává alakul. A levegővel kever üzemanyag égéstermékei egy turbina lapátjain haladnak keresztül. Gázturbina rendszernek azt a magát a hőerőgépet is tartalmazó rendszert nevezzük, amely gáz halmazállapotú munkaközeggel, az egész körfolyamatot megvalósítva, legfőbb elemeiben áramlástani elven működik. A gázturbina részei: - Kompresszor - Égéstér - Turbina Hatásfoka: oldal 48 / 76

VII. Rövid jellemzések (1x10pont) 1 Ismertesse az atmoszférikus égőket Atmoszférikus égők: A szükséges oxigént a lángképződés környezetéből saját energiával vonja el az égés, ezért az égőtér kisebb nyomású mint a környezet. Innen származik az elnevezés. Az atmoszférikus égők vezérlése csak az igényelt hőmennyiséghez szükséges tüzelőanyag mennyiségét határozza meg. A nyitott égésterű égők a készülék környezetének levegőjét használják, míg a zárt égésterűek külső táplevegő hozzávezetéssel rendelkeznek. Az atmoszférikus égők előnye az alacsony zajkibocsátás, viszont csak néhány száz kW-ig alkalmazhatók, és az elvből következően az égés minőségét kevésbé tudják befolyásolni, hatásfokuk alacsony.

2 Ismertesse a túlnyomásos égőket Túlnyomásos égők: A túlnyomásos vagy kényszerlevegős égők vezérlése ventilátor és csappantyúk segítségével az aktuális teljesítményt biztosító tüzelőanyag-mennyiség elégetéséhez mindig a megfelelő mennyiségű levegőt biztosítja. A ventilátor lehet az égőfejjel egybeépített (monoblokk) vagy külön álló (duoblokk). Hátrányuk a nagyobb zajjal járó üzem, amit megfelelő hangcsillapítással befolyásolhatunk. Előnyük viszont a magas hatásfok, a biztonságosabb és környezetkímélőbb üzem.

3 Ismertesse a Diffúz égőket o A gáz és a levegő keveredése a gázokra jellemző diffúziós módon megy végbe o A lángmagban lassan bomlanak szét az éghető elemek, ezért aránylag hosszú a lángmag. oldal 49 / 76

o Ezt az égőtípust nagy teljesítményekhez alkalmazzák, mint utókeverékes égőt, és az égőszáj utáni keveredést kényszer áramoltatással oldják meg.

4 Ismertesse a blokk égőket  Azokat az égőket, melyek a tüzeléshez szükséges összes szerkezeti elemet (beleértve a levegőellátást végző ventilátort is) egyetlen közös egységben egyesítik, blokkégőknek nevezzük 

A fúvókán kiáramló gáz az égő szájában keveredik a ventilátor szállította levegővel



A jobb keveredés érdekében a levegő útjába perdítő elemeket építenek be



A nagyobb teljesítményű égők kétpontos vagy folyamatos szabályzásúak



A blokkégőkbe épített biztonsági berendezés levegő-vagy gázkimaradás, illetve, egyéb hibák esetén reteszelt leállást okoz.

oldal 50 / 76

5 Ismertesse az öntöttvas kazánokat  Olcsó, tömeggyártásra alkalmas szerkezet 

A kazán üreges öntvényekből, tagokból áll, amelyeket kúpos közhüvelyekkel kapcsolják össze. Ezek a közhüvelyek biztosítják a hidraulikai és erőtani kapcsolatot az egyes tagok között.



A kazánok javítása a hibás tag cseréjével egyszerűen megoldható



A tüzelőanyag elégetés jó hatásfokú



Egyszerű kezelés



Csekély huzatigényű



Korrózióálló kazánanyag



Fűtőfelület a tagok számával változtatható



Létezik elő és utó változtatható számú köztag. Az elő és utó tagot kivéve minden tag egyforma és tartalmazza a nagy kazán valamennyi elemét: 

Töltőgarat, rostély, füstjárat, (a szilárd tüzelésűnél) víztér, füstcsatorna

oldal 51 / 76

6 Ismertesse az alsó és felső égésű kazánokat

Alsó égésű kazánok: 

A tüzelőanyagot a garaton felülről töltjük be a kazánba, illetve a rostélyba. A füstgáz a füstjáratokon át a füstcsatornába a hátlapon helyezett nyíláson a kéménybe áramlik. A víztér a tagokon belül van.

o Felső égésű kazánok: 

A kazánban az égéshez szükséges levegő illetve a füstgáz a teljes tüzelőanyag rétegen keresztül halad az egész réteg izzásba jön. Kis huzatigényű, jó hatásfokú, de nagy tehetetlenségű. oldal 52 / 76

7 Ismertesse az acéllemez kazánokat - Acéllemez kazánok felépítése: o Két csoportja van: 

Nagy vízterű kazánok



Kis vízterű kazánok

o (Nagy vízterű kazán felépítése): o A víztér csökkentése a korszerű irányzatok jellemzője o Ez vezetett a szivattyús fali kazánok kifejlesztéséhez o Nagyobb hőmérsékletű, mennyiségű és nyomású fűtőközeg előállítására alkalmas o Fajlagos terhelhetőségük nagyobb az ÖV kazánokhoz képest. o A hagyományos acéllemez kazánok kevésbé korrózióállóak, a tápvíz minőséggel szemben támasztott követelmény nagyobb.

8 Ismertesse a fát és a faaprítékot mint tüzelőanyagot! A fa, mint tüzelőanyag A fa bio tüzelőanyag. A száraz tűzifa átlag fűtőértéke: 14 – 16 MJ/kg (3 400 kcal/kg), ez kb. azonos egy gyengébb minőségű barnaszén fűtőértékével. Fontos, hogy tüzeléskor a tűzifa száraz legyen, mert ha nedves, akkor a tüzelőberendezés bekátrányosodhat, eltömődhet, ennek kijavítása pedig oldal 53 / 76

tetemes összegekbe kerülhet. Tűzifát minőségtől és mennyiségtől függően már 2.000-3.500 Ft/q-ért vásárolhatunk. A száraz tűzifából kevesebbet kell eltüzelnünk, mint egy azonos fajtájú nedvesből. Hátránya, hogy a száraz tűzifa égetése nem automatizálható olyan mértékben, mint a szemcsés anyagok, mint pl. a szén. A tűzifát száraz, szellős helyen kell tárolni, mert minél szárazabb, annál jobb a fűtőértéke. A tüzelőberendezések ajánlott fűtőanyaga a száraz tűzifa, mert így a tüzelőberendezések nagyobb hatásfokkal üzemeltethetőek. Azonban ne feledjük, hogy a különböző fa fajtáknak különböző tulajdonságaik vannak. Fűtésre legtöbbször száraz keményfát használnak. Tüzelési szempontból a faapríték legfontosabb jellemzői: -

Nedvességtartalom, illetve fűtőérték

A faapríték fűtőértéke minimális mértékben (4-5%-on belül) függ a fafajtól és a nedvességtartalomtól

-

hamutartalom és az idegenanyag-tartalom

A tiszta fa hamutartalma 1 % körüli, a kéreggel együtt aprított anyagé már 2-4%. Ezt az arányt csak a faanyaghoz keveredő kő, föld, homok stb. növelheti. Tüzelés szempontjából jól konstruált kazánoknál csak a nagyméretű idegen anyagok (kő, csákány, villa, döglött állat, tuskó, ágdarabok stb.) jelentenek problémát, ezek kiküszöbölése azonban igen nehéz, csak az aprítéktermelés és szállítás kultúrájának fejlődésével lehetséges. Fontos tudni, hogy a festékkel, műanyagbevonattal, impregnálószerekkel stb. kezelt faanyag már nem a biomassza kategóriába tartozik, az ilyen anyagok aprítékának tüzelése a "közönséges" aprítéktüzeléses kazánokban nem megengedett. A faaprítéktüzelésben előljáró országokban a tüzelési célú aprítékféleségeket szabványosították. Erre jó példa az osztrák ÖNORM M7133 szabvány, amely az aprítékokat elsősorban méret és nedvességtartalom szerint csoportosítja, de megadja a halmazsűrűség (térfogatsúly) szerinti osztályozást, valamint a hamutartalommal, idegenanyag-tartalommal és a vizsgálatokkal kapcsolatos előírásokat is. A méretosztályok szerinti besorolást a 2. táblázat ismerteti. Magyarországon ilyen szabvány -bár készítésébe többször belekezdtek -nincs, így nem marad más, mint létesítés előtt gondosan megvizsgálni a lehetséges beszerzési forrásokat, és azoknak megfelelően megválasztani a tüzelőberendezést. Hazánkban még nem elfogadott, de előbb-utóbb azzá válik, hogy a faapríték árát annak fűtőértéke határozza meg. A faaprítékfélék kiválasztásáról és tulajdonságairól néhány megjegyzés:

oldal 54 / 76

* a kéregtüzelés sokak számára vonzó lehet a kéreg kedvező ára miatt, azonban csak nagy berendezéssel (1 MW felett), a tüzelőanyag pontos ismeretében és a létesítésben jártas szakemberek bevonásával szabad belekezdeni. Ugyanez a tanács vonatkozik specális (pl. furnérapríték) esetére is. * számos esetben felmerül a faapríték brikettálásának kérdése. Ez több szempontból értelmetlen, ha van elég apríték, azt aprítékként kell eltüzelni.

9 Ismertesse a brikettet és pelletet mint tüzelőanyagot! A fa brikett, fa pellet, mint tüzelőanyag A fa brikett, fa pellet faipari hulladékból készül, nagy nyomáson összepréselik és mesterségesen szárítják. A fa brikett, fa pellet fűtőanyagának nedvességtartalma kb. 8 – 10 százalék. A fával szemben jobb hatásfokkal ég, kevesebb hamu marad utána és a fa brikett, fa pellet a környezetet sem terheli annyira. Mivel préselik, nincs benne levegő és víz, a fa brikett, fa pellet egy tömör szerkezetű anyag. A fa brikett, fa pellet átlag fűtőértéke 16 – 19 MJ/kg. Egy mázsa fa brikett 4.500 – 5.500 a fa pellet 5.500- 7.000 forintba kerül, ami azt jelenti, hogy kb. 2,5 forintunkba kerül egy MJ fa brikett és 3,2 forintunkba kerül egy MJ fa pellet fűtőértéke. A fa brikett, fa pellet közel kétszer tömörebb, sűrűbb, mint a fa, így kevesebb helyet foglal, mint a hagyományos tűzifa. Minden fa brikett, fa pellet egyforma nagyságú és súlyú, így kiszámítható és adagolható a fa brikett, fa pellet tüzelés. A tüzelőberendezésre jutó hirtelen hő terhelés kisebb, így a kémény kormozódásától sem kell tartanunk. A fa brikett, fa pellet zárt csomagolásban vásárolható meg, súlya könnyű, nem morzsolódik. A tüzelőanyag beszerzés előtt azt érdemes figyelembe vennie, hogy a magasabb kalóriaértékű tüzelőanyag ára arányban van-e a fűtőértékével. A legjobb döntés meghozatalában szeretnénk, segíteni az alábbi fűtőérték és ár összehasonlító táblázattal. Ne feledje tüzelőanyag vásárláskor nem tüzelőanyagot, hanem minden esetben fűtőértéket vásárol! Ezért a tüzelőanyag vásárlásakor mindig győződjön meg a tüzelő fűtőértékéről!

Minden fabrikett egyforma, nincsenek szárazabb és nedvesebb, könnyebb, vagy nehezebb darabok, ezért sokkal jobban kiszámítható és adagolható a fabrikettes tüzelés, így azonos feltételek mellett (kályha és levegő) a tüzed mindig azonos ideig és azonos hővel fog égni. A fabrikett jobban kíméli a kályhádat-kandallódat mint a tüzifa A stabilabb és kiegyensúlyozottab égésnek köszönhetően a kályhára vagy kandallóra jutó hirtelen hőterhelés töredéke a hagyományos tüzifához képest, az extrém alacsony nedvességtartalom miatt a kémény kormolódásától sem kell tartanod.

A fabrikettel sokkal könnyebb bánni, mint a tüzifával A fabrikett zárt zacskós kiszerelésű, ideális méretű, tégla formátumú, nem morzsolódó tüzelőanyag, amit ha elejtesz sem törik el, így a tüzelés előtt nem kell sem fát válogatnod sem hasogatnod, sem takarítanod miatta. A fabrikett égés után nincs hamu A fabrikett leégése után mindössze 1-2 % hamu marad, így szinte nem is kell takarítani a tűzteret, a hamuja ráadásul környezetbarát, természetes növényi tápanyagként hasznosítható. oldal 55 / 76

o A pellet olyan, nagy nyomáson préselt szálas, rostos anyag, amelyet vagy saját anyaga, vagy belekevert kötőanyag tart össze. A néhány milliméteres átmérőtől a több centiméteres átmérőjű anyag rudakat alkot az alapanyag és a használt pellettálási technológia függvényében. o A tüzeléstechnikában egyre inkább elterjed a fa pelletek, fa brikettek használata, ahol fűrészport préselnek pellet formába, ami így a fűrészpornál könnyebben ég el, ugyanakkor a fánál jóval homogénebb szemcseméretű és emiatt automatizált házi tüzelőrendszerekben a tűzifánál jobban hasznosítható. o A fa pellet legelterjedtebb mérete a 6 mm-es átmérőjű és 2-5 cm-es hosszúságú.

10 Ismertesse a folyékony tüzelőanyagokat! folyékony tüzelőanyagok a nyersolaj (kőolaj), barna- vagy feketeszénkátrány lepárlásával és cukortartalmú folyadékok erjesztésével előállított éghető termékek. A folyékony tüzelőanyagok legnagyobbrészt nyersolajból származnak. Fűtőolajok nagy viszkozitású, magas a dermedéspontú folyékony tüzelőanyagok. Környezetvédelmi okok miatt a fűtőolaj tüzelése egyre inkább háttérbe szorul. Tüzelőolajok dermedéspontja és viszkozitása alacsony, ill. kicsi, környezeti hőmérsékleten folyékonyak és porlaszthatók. Az alkoholok (pl. Etilén) tüzelőanyagként történő felhasználása a megújuló energiaforrások alkalmazásának terjedésével egyre jelentősebb. Motorhajtóanyagok Üzemanyagoknak nevezzük a belsőégésű motorok működéséhez szükséges hajtó-, kenő-, és hűtőanyagokat. A benzin az Otto-motorok hajtóanyaga, tulajdonsága a motor által támasztott követelményekhez kell, hogy igazodjon. A motorbenzin alapanyagai a kőolaj lepárlásából nyert alapbenzinen kívül, abból különböző nyert termékek kerülnek ki. A motorbenzin fűtőértéke a kémiai összetételétől függően változó, 42-44 MJ/kg érték közötti. Az egyik legjelentősebb követelmény, hogy a motorbenzin megfelelő kompressziótűréssel rendelkezzen, mert ellenkező esetben az ún. kopogás jelensége lép fel a motorban. A kerozin, vagy más néven petróleum, a speciális követelményekre felkészítve a gázturbinák és a sugárhajtóművek, a gázolaj a dízelmotorok hajtóanyaga. A dízelmotorok jellemző hajtóanyaga a gázolaj. A gázolaj fűtőértéke összetételétől függ: 41,7-43,0 MJ/kg közötti. A gázolajok gyulladási tulajdonságainak értékelésére és ellenőrzésére az ún. cetánszám-skála szolgál. Alternatív hajtóanyagoknak nevezzük a belső égésű motorok üzemeltetésére szolgáló mindazon hajtóanyagokat, amelyek a benzin, ill. a gázolaj helyettesítésére alkalmasak. 11 Ismertesse a levegőt mint hőforrást! oldal 56 / 76

-

A levegő, mint hőforrás: o Előnyei: 

Nagy mennyiségben áll rendelkezésre



Jellemzően meleg víz készítésre használják csak.

o Hátrányai: 

Csupán 1,4-2,2 W/m2h hasznosítható közvetlenül



Hőmérsékletének minimális értéke egybeesik a fűtési igény maximumával



Rossz hőátadás  nagy hőcserélő felületek  drága



0°C alatt dér képződik, melynek eltávolítása költséges és bonyolult megoldásokhoz vezet.

12 Termoelektromos hőszivattyúk A villamosenergia hasznosításnak és termelésnek van egy olyan területe, amely az egyedi és különleges alkalmazásoknál kerül használatba. Ezek az ún. termoelektromos-effektus témakörébe tartozó jelenségek, amelyeknek egyes területeit a kikísérletezői vagy a jelenségről először feljegyezéseket, dokumentációt készített személyek után neveztek el. E gyakorlati jelenségek alkalmazása az elemek jelentős költsége miatt jelenleg még szűk területekre korlátozódik. A termoelektromos-effektus lényegét, alkalmazási területeit Herbert Ferenc, a Budapesti Műszaki Főiskola Kandó Kálmán Villamosmérnöki Főiskolai Kar Megújuló Energiaforrás Kutatóhely vezetője mutatta be lapunknak. A Seebeck-effektus A termoelektromos-effektus lényege abban foglalható össze, hogy két összehegesztett, különböző hőmérsékletű és eltérő anyagú fém között elektromos áram folyik mindaddig, amíg hőmérsékletkülönbség áll fenn. Vagyis termofeszültség lép fel és termoáram folyik. Ez az elrendezés a termoelem. A jelenséget Seebeck-effektusnak nevezik. Thomas Johann Seebeck (1770-1831) német fizikus 1821-ben fedezte fel, amelyet természetesen róla neveztek el és ma is Seebeck-effektusként tartja számon a tudományos világ. Azt a feszültséget, amely 1 Kelvin hőmérséklet-különbség hatására ezen az úton létrejön (V/K), termo-erőnek nevezik.

13 Jellemezze röviden a gázüzemű és a szorpciós hűtőgépeket, hőszivattyúkat A megújuló energiaforrások hasznosításának korszerű eszközei a legújabb generációs hőszivattyús rendszerek, melyekkel a környezetünk hőjét "csapolhatjuk meg". A mára már jól ismert kompresszoros rendszerek mellett létezik alternatív, földgáz üzemű hőszivattyú is. A gázüzemű abszorpciós hőszivattyú elve megegyezik az abszorpciós hűtőével, ami már évtizedek óta létezik, leginkább ipari létesítmények esetén számottevő az alkalmazása. Sajnos az évszázad második felében inkább a kompresszoros, illetve az árammal működő abszorpciós hűtők terjedtek el, hiszen a villamos energia olcsó volt, így nem érte meg a befektetést. oldal 57 / 76

Csak sokkal később eszméltek rá, hogy a villamos energiával működtetett hűtőrendszer kétszeresen is környezetszennyező. Először is az elektromos áram előállításakor a hőerőművekben nagyon nagy százalékban jön létre veszteség, másodszor pedig a hűtőfolyadék, vagyis a hőszállító anyagként alkalmazott anyag roppant káros az ózonpajzsra. A földgáztüzeléses abszorpciós hőszivattyúban a körfolyamatot nem mechanikus (kompresszor) energia tartja működésben, hanem bevitt hőenergia, amit gáztüzeléssel biztosítunk. Tehát a földgáztüzeléses hőszivattyú egy kazán és egy abszorpciós hűtőgép kombinációja, amely egyaránt alkalmas fűtésre és hűtésre is, egyes típusai akár egyidejűleg is. A fentiek értelmében a földgázos abszorpciós hőszivattyúkban nincsen kompresszor, és viszonylag kevés mozgó alkatrészt tartalmaz, ezért kevesebb rezgéssel és zajjal jár a működése. A relatív egyszerű felépítése miatt karbantartási igénye szerénynek mondható. Működésüket tekintve az abszorpciós hőszivattyúk vagy direkt fűtésűek, melyek szinte bármilyen tüzelőanyaggal működtethetők, vagy indirekt fűtésűek, amelyek valamilyen közvetítő közeggel, általában gőzzel fűtenek valamilyen hőtermelő technológiából, általában kazánból. A direkt földgázos tüzelésű abszorpciós hőszivattyú alkalmazásával jelentősen csökkenthető a primer energiafelhasználás és a CO2-kibocsátás. A leggazdaságosabb földgáztüzeléses hőtermelő rendszer energetikai besorolása A+++ . Jól kiegészíthető kazános rendszerekkel, így csökkentve a beruházás költségeit, de nem jelentősen rontva a hatékonyságot. Működés A készülékben lezajló folyamatokat az ammónia (NH3)-víz keverék (elnyelődő és elnyelő anyagok), valamint egy speciális gázégő tartja működésben. Az elnyelődő anyag idegen néven abszorbens erről kapta a technológia az elnevezést. Helyiségfűtés esetén a működési elv a következő. Az elpárologtatóban a hűtőközeg (ammónia) gőz halmazállapotba jut és - a hőcserélő típusától függően - hőt vesz fel a talajból, talajvízből vagy a levegőből. A hűtőközeg gőzt az oldószer (víz) nyeli el, a gőz az oldószerben feloldódik. A hűtőközeg a gőzöket elszívja az elpárologtatóból és megköti azokat. A keletkezett ammónia-víz keverék a fűtőegységbe kerül, ahol a fűtőtest (gázláng) hevíti. A hevítéssel kihajtják az oldatból az ammóniagőzt, ami a kondenzátorba áramlik, és ott a nyomása megnő. A forró ammóniagőz a kondenzátoron keresztül adja le hőjét a környezetnek (helyiség). Az ammónia cseppfolyósodik, az elpárologtatóba jut, és ott ismét elgőzölög. Működés közben a víz alacsony nyomáson van, így képes elnyelni az ammóniát, amely a folyamat közben nagy mennyiségű hőt bocsát ki.

Szorpciós és az ún. gőzsugár kompresszoros hűtőberendezések: A közvetlen hőenergiát igénylő folyamatokat megvalósító berendezések az ún. szorpciós hűtőberendezések (lehetnek abszorpciós és deszorpciós berendezések), valamint a gőzsugár kompresszoros hűtőberendezés. Kivétel nélkül gőznemű közvetítőközeggel dolgoznak. Szorpciós hűtőberendezés: Ezekben a berendezésekben a munkaközeg kétkomponensű oldat, ún. közegpár, a hűtőközeg és egy megfelelő oldószer elegye. A folyamat során az oldat koncentrációja változó. Az egységnyi tömegű (1 kg) közvetítőközeggel létesíthető hűtőteljesítményt (q0). q0=h1-h4. oldal 58 / 76

14 Ismertesse a Ramén és a közvetítőközeges hőcserélőket, valamint a kalorifereket! A csőköteges hőcserélőhőz nagyon hasonló kivitelezésű a lemellás, Ramén – hőcserélő. Itt a közegek a páronként összehegesztett, lamellákból kialakított csatornák és ezek kötegének köpenybe való helyezésekor kialakult külső terében Lamellás hőcserélő: A lamellaköteg és köpeny különböző hőtágulását tömszelence alkalmazásával kompenzálják. Az ilyen típusú hőcserélő nagy felületű (kb. 1000 m2 ) és nagy térkihasználású (170 m2 /m3 ). Ez a hőcserélő is megtartja a csőköteges hőcserélő hátrányát, vagyis jó minőségű fluidumokat igényel, főleg a köpenytérben. Ennek a hátránynak a kiküszöbölésére vezették be még a 19. század végén (az első szabadalom 1878-ból származik) a lemezes hőcserélőket. A hőcserélő rendszerint téglalap alakú, azonos méretű hullámosított lemezek sokaságából áll. A lemezek közti távolság kb. 1,6….6 mm. A lemezek négy sarkán lévő lyukak képezik az átömlő nyílásokat, ezekből alakítván ki a csatornákat.

Közvetítõközeges hõcserélõt olyan esetekben alkalmazunk, ha valamilyen okból a hûtõközeg és a hûtött közeg fizikailag (pl. elhelyezési lehetõségek miatt), vagy gazdaságosan nem vezethetõk be egy közös hõcserélõbe. Ilyenkor egy zárt térben keringetett ún. közvetítõ közeg vonja el a hõt a meleg (hûtendõ) közegtõl, majd ugyanez a közeg a hideg (melegítendõ) közegnek adja át a hõjét egy másik hõcserélõben, miközben maga visszahûl a meleg közeg hõcserélõje elõtti hõmérsékletre. A továbbiakban a gazdaságossági vizsgálatoknál megengedhetõ egyszerûsítésekkel ill. elhanyagolásokkal élünk: 

a rendszer tökéletesen hõszigetelt, a környezet felé leadott hõt elhanyagoljuk



a hõcserében résztvevõ közegek fajhõje – a hõmérsékletváltozásuk tartományában – állandó, illetve fázisváltozás esetén az állapotváltozás izoterm.

A közvetítõ közeg tömegáramának és hõmérsékletének korlátai Az 1. ábra egy közvetítõközeges hõcserélõ kapcsolását és a hõcserében résztvevõ közegek állapotváltozását mutatja. A hõcserélõket tiszta ellenáramúnak tételeztük fel. A két hõcserélõ t-Q diagramját egyetlen ábrába vontuk össze, hiszen az átadott hõteljesítmény azonos, és a közvetítõközeg hõmérséklet-lefutása is megegyezik, csak ellentétes a változás iránya. A hõátvitel fenntartásához szükséges, hogy a melegebb közeg hõmérséklete minden pontban legalább egy minimális Dt különbséggel nagyobb legyen, mint a hidegebb közeg hõmérséklete ugyanabban a pontban. Dt értékét gazdaságossági szempontok határozzák meg, de zérushoz történõ közelítése esetén a szükséges hõátadó felület a végtelenhez tart, azaz a hõátvitel a gyakorlatban nem valósítható meg. Ha a vízértékáramot növeljük, a hõmérséklet görbe egyre laposabb lesz, míg végtelen vízértékáramnál** eléri a vízszintest. Ebben az esetben a közvetítõközeg tömegáramának nincs felsõ korlátja, továbbá megengedhetõ olyan cirkuláció is, amelynél a melegoldali hõcserélõben a közeg elpárolog, a hidegoldaliban pedig oldal 59 / 76

ugyanazon a nyomáson lekondenzál. A feladat megoldható párhuzamosan, és/vagy sorba kapcsolt hõcsövekkel is.

Kalorifer Nagyobb helyiségek, csarnokok, raktárak fűtésére szolgáló nagyobb test, amelyet felmelegítenek és rajta keresztül levegőt áramoltatnak; léghevítő, légfűtéses kályha. A fűtő- vagy hűtőközeg lehet víz, vízgőz vagy más folyékony közeg, amely nem károsítja a kalorifer csöveit. Alkalmazható kényszeráramlású hőcserélőként a légtechnika minden olyan területén, ahol a kaloriferekbe közvetlenül belépő fűtendő vagy hűtendő levegő szilárd szennyeződést nem tartalmaz, illetve csak olyan folyékony vagy gáznemű anyagokat tartalmaz, amelyek a kalorifer alkatrészeit nem támadják meg. AC/AC horganyzott kalorifer A kalorifer anyaga szerint lehet: acéllamellás, acélcsöves Készülhet csősorszám szerint: egysoros, kétsoros, háromsoros kivitelben Az alapkivitel többszörözhető. RE/AL kalorifer A kalorifer anyaga szerint lehet: rézcsöves alumíniumlamellás kalorifer Készülhet csősorszám szerint: Egysorostól-nyolcsoros kivitelig.

15 Jellemezze röviden a fontosabb hőcserélő típusokat! (rekuperatív és regeneratív, közvetett és közvetlen működésű, kényszer- és szabad áram, nulláramú) A rekuperatív hőcserélőkben a két közeget hőátvivő felület választja el egymástól. Főbb fajtái: 

periodikusan működnek az ún. autoklávok; ezek hőátvivő felülettel ellátott tartályok, amelyeket feltöltenek a melegítendő közeggel, azt felmelegítik, majd a készüléket leürítik;



a folyamatos működésű rekuperátorok további csoportosítása a konstrukció és a közegek egymáshoz viszonyított áramlási iránya alapján történik.

A regeneratív hőcserélők periodikusan működő berendezések; bennük egy harmadik (hőtároló) anyagot felmelegítenek, és eközben a meleg közeg lehűl. Ezt követően a hőtároló anyagot a hideg közeggel hozzák termikus kapcsolatba, az lehűl, és a hideg közeget felmelegíti. A regenerátorokat főleg akkor használják, ha a hőcserével vagy nagyon magas, vagy a nagyon alacsony hőmérsékletet kell elérni (pl. a nagyolvasztók lég-előmelegítőjének, vagy a levegőcseppfolyósító berendezések hőcserélőjeként). Vagy (legalább) két készülékből állnak, amelyekben − egymással ellentétes fázisban − a hőtároló töltet hőt vesz fel, ill. ad le, vagy a hőtároló anyag mozog úgy, hogy felváltva a hidegebb és a melegebb közeg által átáramlott készülék-részen haladjon át (pl. a Ljungström-léghevítőkben a hőtároló töltetet egy szegmensekre osztott forgó hengerben helyezik el úgy, hogy a henger egyik fele a meleg, a másik a hideg közeget vezető csatornán halad át oldal 60 / 76

A műszaki gyakorlatban kiemelt jelentőséggel rendelkező rekuperatív hőcserélők szerkezetének kettős feladata van: egyrészt az áramló közegek megfelelő elválasztása egymástól és a környezettől, másrészt az energia egyik közegből a másikba való terjedéséhez megfelelő körülmények (legfőképp az elegendő hőátadó felület) megteremtése. A hőátvitelnél a hőáram nagyságát döntően befolyásoló három tényező a felület, a hőmérséklet-különbség és a hőátviteli tényező nagysága. A megfelelő feltételeknek eleget tevő hőcserélő megtervezéséhez e három tényező közötti összefüggés ismeretére van szükségünk. A rekuperatív hőcserélőket a közegek egymáshoz viszonyított áramlási irányai alapján egyenáramúnak, ellenáramúnak vagy keresztáramúnak tekinthetjük.

Közvetlen működésű hőcserélő A hőcserében résztvevő fluidumok (közegek) közvetlenül érintkeznek egymással intenzív keveredéssel, ezért gyakran keverő hőcserélőknek is nevezzük őket. Csak akkor alkalmazhatók, ha a közegek összekeveredése nem káros, illetve az összekeveredett fluidumok a hőcsere befejeztével könnyen elválaszthatók egymástól.

Közvetett működésű hőcserélő A hőcserében résztvevő közegeket szilárd fal választja el egymástól. A készülékek két nagy csoportba oszthatók: 1. Csöves hőcserélők (a hőátadó felületként alkalmazott gépelem cső), és 2. Lemezes hőcserélők (a hőátadó felület lemez). A hőátadó felület fémből készül (szénacél, ötvözött acél, alumínium, réz, titán stb.). A felületi hőcserélők szerkezete egyszerű, könnyen javítható, tisztítható és szerelhető kell hogy legyen.

Kényszeráramú hőcserélő Ha a hőcserében résztvevő mindkét közeget kényszer áramoltatjuk, akkor kényszeráramú hőcserélőről beszélünk

Szabadáramú hőcserélő Akkor beszélünk szabad áramú hőcserélőről, ha az áramlás csupán az egyik közeg sűrűségkülönbsége nyomán indul be.

Nulláramú hőcserélő Mind a két közeg hőmérséklete állandó a felület mentén. (Pl.:telített gőzök közti hőcserélő)

16 Ismertesse a motorok indítását! oldal 61 / 76

Az aszinkron gép állórészén általában többfázisú tekercselés található, amely forgó mágneses mezőt hoz létre. A forgó mágneses tér erővonalai metszik a forgórész tekercselését, és abban feszültséget indukálnak. Mivel a tekercselés zárt, vagy rövidrezárt áramkört alkot, az abban indukálódott feszültség hatására a körben áram folyik. Lenz-törvénye értelmében az így indukált áram akadályozni igyekszik az őt létrehozó indukáló folyamatot, ezért a forgórész elfordul, így igyekezvén megakadályozni az erővonalmetszést, és vele az indukciót. Természetesen a forgórész soha nem érheti el az állórész forgó mágneses mezőjének értékét, mivel akkor megszűnne az erővonalmetszés. Ezt az elcsúszást nevezik szlipnek. A szlip számítása: ahol: 

s a szlip értéke



n0 a szinkron fordulatszám



n az aktuális fordulatszám A szlipet %-ban is szokás kifejezni, ilyenkor a képlet így módosul:

A szinkron fordulatszám meghatározása: ahol: 

n0 a szinkron fordulatszám (1/s)



f a hálózati frekvencia



p a póluspárok száma

17 Mi az oktánszám és a cetánszám és melyiket melyik motor típusnál alkalmazzuk? Az oktánszám, kompressziótűrés, a benzin nyomástűrésére, illetve öngyulladására vonatkozó mérőszám. Nemzetközileg egységes érték, a benzinkutak töltőoszlopain fel van tüntetve a benzin oktánszáma. Ha az előírtnál kisebb oktánszámú benzint használunk, az a motor kopogását (detonációs égésfolyamat kialakulást) idézi elő, - azaz még mielőtt a gyújtógyertya szikrát adna, már a sűrítési ütemben berobban az üzemanyag-levegő keverék. Ez károsíthatja a motor szerkezeti elemeit. A nagyobb oktánszámú üzemanyag a számítógép vezérlés nélküli autóknál kárt nem, de a tökéletlenebb égés miatt teljesítménycsökkenést okoz. Az injektorral szerelt kocsiknál a nagyobb oktánszámú benzin használata minimális teljesítmény növekedéssel járhat. Az oktánszám adalékanyagokkal (például a – környezetszennyező hatása miatt – már nem használatos ólom-tetraetillel, vagy bio-etanollal) növelhető.

A dízelolajokkal szemben támasztott égési követelmények pontosan ellentétesek azzal, mint ami az Otto-motorok üzemanyagára vonatkozik. Itt ugyanis nincs szikragyújtás, és az a követelmény, hogy a komprimált levegőbe befecskendezett gázolaj minél gyorsabban elégjen, tehát a termikus instabilitás az előnyös tulajdonság. Az öngyulladás empirikus mértéke a cetánszám (a cetán az noldal 62 / 76

hexadekán, azaz a 16 szénatomos normál-paraffin triviális neve). A cetán öngyulladási tulajdonságai a legkedvezőbbek, ez jelenti a skála 100-as értékét, míg a zéruspontnak a csekély öngyulladási hajlamú α-metil-naftalint választották. A cetánszám tehát azt mutatja meg, hogy az adott dízelolaj öngyulladó-képessége hány százalék cetán–alfa-metil-naftalin elegy öngyulladóképességének felel meg, szabványos vizsgálati körülmények mellett. A cetánszám meghatározására próbamotorok szolgálnak. Érdemes utalni arra, hogy a közvetlen lepárlással kapott gázolaj cetánszáma (kb. 50-60) megfelel az elvárásoknak. Ma már kényelmi okokból alsó refereciaként az α-metil-naftalin helyett a 15-ös cetánszámú izocetánt használják.

18 Milyen keverék képzéseket ismer a folyékony tüzelőanyag eltüzelésére? •

Cseppfolyós tüzelőanyagok (leggyakrabban használtak): – Ottó-motorhoz (benzin, benzol, könnyű szénpárlatok, alkohol), – dízelmotorokhoz (dízelolaj, repceolaj).

•

Az Otto-motoroknál a cseppfolyós tüzelőanyagok, illetve ezek keverékei többnyire porlasztott állapotban és lehetőleg előgőzölögtetett alakban – az elégetéshez szükséges levegővel összekeverve – a szívólöket alatt jutnak be a motor hengerébe.

•

Ezt a műveletet a porlasztó (karburátor) végzi, amely a szívócsatornába – a fojtószelep előtt – erős légáramban porlasztja szét a cseppfolyós tüzelőanyagot.

•

Az újonnan kifejlesztett benzinbefecskendező eljárásnál a befecskendezés történhet a kompressziólöket alatt is.

•

A porlasztó elvi elrendezését a következő dia szemlélteti.

•

A dugattyú a levegőt középen szűkített csövön keresztül szívja a hengerbe.

•

A Venturi-cső alakú légvezeték legszűkebb szelvényében elhelyezett fúvókában a cseppfolyós tüzelőanyagot úszóval vezérelt szelep tartja állandó szintmagasságon.

•

A finom cseppekre porlasztott folyadékot a légáram magával ragadja és részben „köd” alakjában, részben pedig elpárologtatott állapotban viszi a motor hengerébe.

VIII. Felsorolások (1x10pont) 1; Ismertesse a tüzelőanyagok állapot, anyag és tüzeléstechnikai jellemzőit! Állapotjellemzők: - Hőmérséklet (T) [°C], [K] - Nyomás (p) [Pa], [mbar] - Sűrűség (δ) [kg/m3] - Fajtérfogat (υ) oldal 63 / 76

- Folyáspont Anyagjellemzők: - Fajhő (c ) [j/kg*K] - molekula tömeg - gázállandó - hővezetési tényező - dinamikai viszkozitás - kinematikai viszkozitás Tüzeléstechnikai jellemzői: - összetétel - relatív gázsűrűség - égéshő és fűtőérték - gyulladási hőmérséklet, lobbanáspont, gyulladáspont - a gyulladási koncentráció határai - normál lángterjedési sebesség - Wobble-szám

2; Gázégők feladata, követelmények velük szemben Gázégő: A gázégő a gázkazánok azon része, melynek feladata, az energia hordozó hőtartalmának kinyerése. A gázégők feladata: - A gáz tökéletes égéséhez szükséges levegőmennyiség bejuttatása az égési térbe, illetve homogén gáz-levegő keverék előállítása - Az égés beindítása és a folyamatosság fenntartása - A gáz-levegő keverék hőtartalmának kinyerése - A legmegfelelőbb lángkialakítás, a láng irányítása a felhasználás technológiája szerint 3 Kazánok kiválasztásának szempontjai -

Technlógiai vagy komfortfűtés, utóbbinál csak fűtés vagy használati melegvíz előállítás is feladat Tervezett szekunder rendszer hőmérsékletek, teljesítmények, hidraulikai blokk igény Az épület adottságai Éves üzemeltetési igények Szabályozási igények (gázégő moduláció, légellátás) Hatékonyság Akusztikai feltételek Üzembiztoság

4 Ismertess a fontosabb szénhidrogének égési és bruttó egyenleteit! -

Szénhidrogének égési egyenletei: o 1 m3 CH4+2 m3 O2=1 m3 CO2+2 m3 H2O oldal 64 / 76

o Adott szénhidrogén oxigénnel való tökéletes egyesülése folytán szén-dioxid és víz keletkezik. o 1 CH4 + 2 O2=1 CO2 + 2 H2O o 2 C2H6 + 7 O2=4 CO2 + 6 H2O o 1 C3H8 + 5 O2=3 CO2 + 4 H2O o 2 C4H10 + 13 O2=8 CO2 + 10 H2O o 1 C5H12 + 8 O2=5 CO2 + 6 H2O o 2 C6H14 + 19 O2=12 CO2 + 14 H2O -

Szénhidrogének bruttó egyenletei: o 1 CH4 + 2 O2=1 CO2 + 2 H2O o 1 C2H6 + 3,5 O2=2 CO2 + 3 H2O o 1 C3H8 + 5 O2=3 CO2 + 4 H2O o 1 C4H10 + 6,5 O2=4 CO2 + 5 H2O o 1 C5H12 + 8 O2=5 CO2 + 6 H2O o 1 C6H14 + 9,5 O2=6 CO2 + 7 H2O o Az O2 együtthatókat f1-el jelöljük o A CO2 együtthatókat f2-vel jelöljük o A H2O együtthatókat f3-mal jelöljük

-

Légellátási (légfelesleg) tényező: o Gáztüzelő berendezésekben mindig több levegőt adnak a gázhoz, mint az elméleti levegő szükséglet. o Ennek fő oka: a tökéletes égés biztosítása o Jele:  , Mértékegysége: o Meghatározása:

 

Ltényleges Lmin

o Értéke:

-



Tökéletes égésnél:  =1



Fúvóka nélküli égőn:  =2-3



Fúvókás égővel:  =1,1-1,3



Előkeveréses levegő:  =1,1-1,4

Kondenzációs hőmérséklet: oldal 65 / 76

o Az a hőmérséklet, ahol a füstgázban lévő víz elkezd kondenzálódni, fontos hőmérséklet értéknek számít az épületgépészetben. o Jelentősége például kazánoknál: Hagyományos és alacsony hőmérsékletű kazánoknál a visszatérő víz hőmérsékletének ennél nagyobbnak kell lennie, kondenzációsnál meg épp alacsonyabbnak. o Értékét táblázatból határozzuk meg a füstgázban lévő víz parciális nyomása függvényében. o Általános értéke 50-55 °C körül alakul.

5 Ismertesse a termodinamikai elven működő hőszivattyúk és hűtőgépek fontosabb közegeit és részegységeit -

Hőszivattyú: egy olyan hőtechnikai gép, amely alkalmas arra, hogy az alacsonyabb energetikai helyről a hőt a magasabb energetikai hőtartalmú helyre szivattyúzzuk, mindehhez valamilyen munkát kell bevinni a gépbe.

-

Hűtőgép: olyan gépészeti berendezés, mely le tudja hűteni a vizsgált közeget a kívánt hőmérsékletre.

Csoportosításuk: HŐSZIVATTYÚ/HŰTŐGÉP: 

TERMODINAMIKAI KÖRFOLYAMATOK o

o



GŐZNEMŰ MUNKAKÖZEGGEL 

SZORPCIÓS



SUGÁRELVŰ



KOMPRESSZOROS

GÁZNEMŰ MUNKAKÖZEGGEL 

KOMPRESSZOROS



EGYÉB ELVŰ

ELEKTROMOS ÉS MÁGNESES FOLYAMATOK o

TERMO ELEKTROMOS

o

TERMO MÁGNESES

A hőszivattyú/hűtőgép közegei: A hőszivattyú vagy hűtőgép hőt von el a hűtendő közegtől, amely így hűtött közeggé válik. Az elvont hőt a munkaközeg vagy másképpen a hűtőközeg szállítja el a hőelvonás helyétől a hőleadás helyéig. A hőleadás helyén az elvont hőt a hűtőközeg átadja a hő felvevő közegnek. Gépészeti berendezései: 

Kompresszor oldal 66 / 76



Kondenzátor



Expanziós gép



Elpárologtató

Az elpárologtatáskor keletkezett gőzöket egy kompresszorba vezetik, ami megfelelő nyomásra sűríti. A gőzök a kompresszorból a kondenzátorba kerülnek, ahol a természetes külső hűtőközeg (levegő vagy víz) hatására lecsapódnak, kondenzálnak.A gőz az expanziós gépben expandálódik. A nyomáscsökkenés következtében csökken a forrpont, a hűtendő térben elhelyezett elpárologtatóban felforr. A párolgáshőt a környezetéből vonja el, ezzel hűti a környezetét. 6 Ismertesse a hőszivattyús rendszer tervezésének lépéseit! - Hőszivattyús rendszerek tervezési lépései: o 1. Az épület adatainak megállapítása 

Pontosan állapítsa meg az épület hő szükségletét az MSZ EN 12831 szerint



Határozza meg a meleg vízszükségletet



Határozza meg a hő átvitel módját (fűtőtest vagy padlófűtés)



Határozza meg a fűtési rendszer hőmérsékleteit (cél: alacsony hőmérsékletek)

o 2. A hőszivattyú méretezése: 

Határozza meg a hőszivattyú üzemmódját (monovalens, monoenergetikus, bivalens)



Vegye figyelembe az áramszolgáltató lehetséges tiltási idejeit



Határozza meg a hőforrást és méretezze.



Méretezze a tároló-vízmelegítőt

o 3. A jogi és anyagi keretfeltételek megállapítása: 

Hőforrás-engedélyezési eljárás (csak talajszonda vagy kút esetén)



Tisztázza az állami és helyi támogatási lehetőségeket



Az áramszolgáltató díjszabása és kedvezményei oldal 67 / 76



A lakók esetleges zajterhelése (különösen levegő hőszivattyúk esetén)

o 4. Hatáskorok és illetékességek megállapítása: 

A hőszivattyú hőforrása (talajhő és talajvíz hőszivattyúk esetén)



A fűtési rendszer hőforrása (hőforrásai)



Elektromos szerelés (hőforrás)



Az építészeti feltételek (lásd az 5. pontos is)

o 5. A fúrást végző cég megbízása (csak talajhő és talajvíz hőszivattyúk esetén) 

A talajszonda méretezése (fúrást végző cég) majd szerződéskötés



Fúrási munkák kivitelezése

o 6. Építészeti feltételek (csak levegő hőszivattyúk esetén) 

Beltéri felállítás esetén: ellenőrizze a fali átvezetések statikáját, készítse el a fali átvezetéseket.



Kültéri felállítás esetén: tervezze meg és készítse el az alapzatot a helyi követelményeknek és az épületgépészeti szabályoknak megfelelően.

o 7. Elektromos munkák 

Kérvényezzen villanyórát és alakítsa ki a villanyórák helyét



Fektesse le a terhelő és vezérlő vezetékeket.

7 Ismertesse a hőszivattyúk hőforrásaival szembeni elvárásokat - Elvárások: o Műszakilag könnyen, tehát olcsón kihasználható legyen o Megfelelő mennyiségben és folyamatosan álljon rendelkezésre o Hőmérséklet szintje minél magasabb legyen Jellemzően a helyszíni, egyedi számítások alapján kell dönteni a hőszivattyú típusáról. -

Hőforrásai: o Jellemzően alacsony hőmérsékletű közegek, amelyeket nem tudnánk közvetlenül fűtésre alkalmazni. o Típusai: 

Hulladék hő (elfolyt meleg víz, technológiai hulladék hő)



Megújuló energiaforrások (talaj hő, talaj és felszíni víz, légköri levegő)

o Közegek áttekintése:

8 Ismertesse a fordított Carnot és Joule körfolyamatot megvalósító rendszer kapcsolását és a különbségeket köztük. oldal 68 / 76

Carnot körfolyamat:Egy speciális termodinamikai körfolyamat, melyet az elméleti (idealizált) Carnothőerőgép hajt végre. A Carnot-körfolyamat a lehető legjobb hatásfokú körfolyamat, mely egy adott mennyiségű hőenergiát mechanikai munkává alakít, illetve egy adott mennyiségű mechanikai munkát hűtési célokra átalakít hőenergiává. A Carnot körfolyamat, ha hőerőgépként működik, négy állapotváltozásból áll:

η=

𝑇𝑓−𝑇𝑎 𝑇𝑎

Fordított Carnott-körfolyamat: Az alsó izoterma mentén (állandó hőmérsékleten) történik a külső környezetből a hőelvonás. Ez akkor valósítható meg, ha a körfolyamat e részeihez egy speciális hőcserélő társul. Ez a speciális hőcserélőben a gép belső munkaközege képes fázist váltani. Így az elvont hő a fázis változás energia szükségletének kielégítésére szolgál. A hőcserélő úgynevezett egyenáramú hőcserélő. Ezután a munkaközeget sűrítjük jellemzően valamilyen nagynyomásviszonyú (π) géppel (kompresszor). Az immár nagynyomású és magas hőmérsékletű közegből a felső izoterma mentén egy újabb szerkezeti elembe hőenergiát vonunk ki. Ez a speciális egység szintén egy hőcserélő (egyáramú). Az állandó hőmérsékleten történő hőleadás után a munkaközeget a negyedik részegységben munkára fogjuk, melynek következtében annak nyomása és hőmérséklete csökken. A körfolyamat bezárul. 𝑇𝑎

η=𝑇𝑓−𝑇𝑎

Joule-körfolyamat: Az 1-4-es izobár állapotváltozás során a munka közeg hőenergiát ad le a környezetének. Az állapot változás végére 1-es állapotba jut a közeg. Ez az állapotváltozás jellemzően kétáramú hőcserélőben megy végbe. Az 1-2 állapotváltozás adiabatikus kompresszió. Az állapotváltozás végére a munkaközeg hőmérséklete és nyomása megemelkedik. 2-3 izobár hőenergia felvétel. 3-4 adiabatikus munkavégzéssel jutunk, mely következtében a munkaközeg nyomása és hőmérséklete csökken. Jellemzően gőzturbinák körfolyamata. oldal 69 / 76

A 2 körfalyamat legnagyobb különbségei, hogy a fordított Carnott-körfolyamat esetén izoterm és izentrópikus (reverzibilis adiabatikus) állapotváltozások váltják egymást, míg a Joule-körfoyamat esetén izobár és adiabatikus állapotváltozások. A fordított Carnot-körfolyamatot hűtőgépek alkalmazzák, míg a Joule-körfolyamatot gőzturbinák. 9 Ismertesse a teoretikus és a valóságos körfolyamatok jellemzőit! Teoretikus -

-

A fordított Carnot körfolyamathoz képest a legegyszerűbb valóságban is megvalósítható körfolyamat Két változás: Fojtás” alkalmazása drága expanziós gép helyett olcsóbb egyszerűbb üzembiztosabbb csak nyomáscsökkentő Izentróp állapotváltozás helyett izentalp „Száraz ciklus” alkalmazása, azaz a kompresszor száraz gőzt szív be a nedves gőz helyett így a folyadékhűtés ellen védve azt A nedves hűtőközeg gáz nedvességtartalmának párolgáshője az elpárologtatóban hasznosul Az elpárologtatóból nedves gőz helyett telített száraz gőz lép ki így a kompresszor nem szenved folyadékhűtést

VALÓSÁGOS -

-

A hőcserélőkben keletkező alaki és főképp súrlódási veszteségek, valamint a szivárgási veszteségek miatt csökken a nyomás Az inert gázok a kondenzátorban növelik a kondenzációs nyomást A fojtással nem tudunk munkát visszanyerni Az alkalmazott kompresszor nem ideális, hanem valós, ezért az állapotváltozás nem adiabatikus, hanem politropikus, azaz a kompresszor fala és a hűtőközeg hőt vesz fel, a kompresszió végén pedig hőt ad le (jobbra majd balra térünk el az adiabától) A kompresszor nem nedves gőzt szív be , hanem telített vagy túlhevített. Ezért el tudjuk kerülni a folyadékhűtést.

10 Gáztüzelés előnyei - Kicsi a légfelesleg tényező (1,03…..1,08) - Azonos tüzelőanyag és láng minőség - Jó égőbeállítás esetén nincs koromképződés, szennyeződés - A gázt nem kell tárolni, tárolás és anyagmozgatás költségek oldal 70 / 76

- Egyszerűbb kazánüzemi berendezések, ezek költsége alacsonyabb - jól automatizálható 11 Kazánok általános jellemzői. - Kazánok fontosabb jellemzői: o Hasznos hő teljesítmény, vagy kimenő teljesítmény 

A hő termelőtől eltávozó csonkon mérhető hő teljesítmény érték.

o Névleges teljesítmény 

A legjobb hatásfokot biztosító üzemállapothoz tartozó teljesítmény.

o Tüzelőanyag oldali teljesítmény 

Az a mérhető teljesítmény, amit a tüzelőanyag alsó fűtőértékével a kazánba juttatunk.

o Teljesítmény tartomány: 

A kazán gyártó által a jellemző tüzelő anyagra megadott tartomány, ahol a kazán teljesítménye beállítható.



Gáztüzelésnél a maximuma a névleges teljesítmény.

o A kazán jellegzetes nyomásértékei 

Engedélyezési nyomás



Gőzkazánoknál: a kilépő gőz nyomása

o A segédberendezések villamos teljesítmény igénye o A kazán jellegzetes hőmérséklet értékei 

A kilépő víz hőmérséklete



A visszatérő víz hőmérséklete



A túlhevített gőzt ellátó gőzkazánnál: a kilépő gőz hőmérséklete

o A tisztítási igények és lehetőségek o Helyigény és csővezetési igények o Víz előkészítési és kezelési lehetőségek o A távozó füstgáz hőmérséklete 

Közvetlenül a kazán után, a füstgáz csonkban mért hőmérséklet

o Füstgázveszteség 

Értelemszerűen azon veszteségek összege, melyet a távozó füstgáz okoz

o Készenléti veszteség 

Az a veszteség, amit a kazán hőn tartása okoz.

o A kazán különféle geometriai méretei oldal 71 / 76



Mint égőtér mélysége, átmérője, a kazán teljes fűtőfelülete, víztöltet, víztérfogata, esetleg gőztere, a gőz térfogata okoz.

o A kazán vízoldali ellenállása -

Kazánok hatásfokai: o Tüzelési hatásfok 

Csak a füstgáz veszteségét vesszük figyelembe

o Teljes hatásfok 

Valamennyi veszteséget veszünk figyelembe

o Időszakra vonatkoztatott hatásfok 

Egy-egy periódus alatt igénybevett részleges teljesítmények melletti hatásfok értékeket veszünk figyelembe

o A teljes és részterhelésekhez tartozó hatásfok o A kazán kihasználási fok -

A hatásfok meghatározásának módjai: .

.

k 

Qhasznos .



.

Qbevitt  Qveszteség .

Qbevitt Qbevitt o A kazánhatásfok az égő bekapcsolt állapotában ad tájékoztatást az energia áramokról = pillanatnyi hatásfok érték! 5

 évesDIN 

. 5

o

 i 1

1 kazán,i

A német előírások 12,8%; 30,3%; 38,8%; 47,6% és 62,6% terhelések melletti kazánhatásfok mérését írják elő.

 évesMSZ  o

 kazán  bk  .   1  q b  1 b   f 

Ahol, .

qb 

hőőleadá_ üzemszünteben teljes _ terhelésű _ kazán_ teljesítmény

bk – készenléti órák száma bf – tényleges fűtési órák száma

12, Turbinafokozat Egyfokozatú akciós turbina:

oldal 72 / 76

Akciós fokozatban az r értéke kicsi, szélső esetben 0. Azaz a hő esés nagy részét az álló lapátozás dolgozza fel, a futólapátozáson nagyrészt a gőz mozgási energiájának rovására történik a munkavégzés. A gőz nagyon felgyorsul az álló lapátokon, így a kilépő sebességek nagyok. A nagy sebesség értékek miatt az ilyen fokozat kényes áramlási veszteségekre, hatásfoka erősen változik a fordulatszámmal. Rövidebb lapátok és nagyobb átmérők jellemzik (kis résveszteség). Egyfokozatú reakciós turbina: A reakciófok nagy, rendszerint 0,5. Azaz a futólapátozás is jelentős hő esést dolgoz fel. Mivel az álló lapátozás a hő esésnek csak egy részét dolgozza fel, a sebességek alacsonyak. Emiatt az áramlási veszteségek kicsik, hatásfoka a fordulatszámtól kevésbé függ. Mivel a futólapátozás dolgozza fel a hő esés nagy részét, a nyomásesés számottevő a futólapátozáson, azaz jelentős lesz a résveszteség. Nagyobb résveszteség nagyobb lapáthosszakat és kisebb átmérőket tesz szükségessé, ami kisebb kerületi sebességet eredményez. 13 Ismertesse a kényszeráramú hőcserélők feladatát és a hőátszármaztatás lehetőségeit! - Anyagáramlás akadályozása (közegek egymástól és környezettől elválasztása) - Energiaáramlás biztosítása (Energia egyik közegből másikba való terjedésének biztosítása) Hőátszármaztatás módjai - hővezetés (kondukció) - hőszállítás (konvekció) - hősugárzás (radiáció) 14 Ismertesse egy gázkazán legfontosabb rendszereit, részeit 1,Gáztechnikai alrendszer - Gázcsatlakozás - Gázégő 2. Égés, Hőátadás alrendszere - Tűztér - Fűtőfelület 3. Csatlakozása a fűtési rendszerhez - Előremenő és visszatérő vezetékek - Kazánvédő kapcsolás szükségessége 4. Füstgáz elvezető alrendszer - Füstcsatorna - Huzamok - Füstgáz ventilláror - Kémény 5. Biztonsági kiegészítő szerelvények 15 Ismertesse a dízelmotorok előnyeit és hátrányait az Ottó motorokhoz képest. 1. Üzemanyag-hatékonyabbak, mint a benzines járművek, tehát ugyanannyi üzemanyaggal nagyobb távolságot tudunk megtenni. 2. A dízelmotorok élettartama hosszabb, mint benzines társaiké, ráadásul kisebb értékcsökkenéssel lehet számolni az esetükben. 3. Bioüzemanyaggal (biodízellel) is működőképesek. 4. Nagyobb a nyomatékuk, mint a benzines autóké, ezért jobban gyorsulnak és ideálisak vontatásra. oldal 73 / 76

Persze nemcsak az előnyöket, a hátrányokat is sorra kell venni, hogy teljes képet kaphassunk róluk. 1. A dízel autók valamivel drágábbak, mint a benzines megfelelőik. Ez ugyan nem minden esetben igaz, a “tiszta dízel” autók eladási árai alacsonyabbak, ugyanis sok országban ösztönzőt építettek az árba a kereslet élénkítése érdekében. 2. Viszonylag kevés típus közül lehet választani. 3. A szennyezőrészecske és a nitrogén-oxid kibocsátásuk magasabb, mint a benzines autóké.

A dízelmotorok (más néven kompresszió-gyújtású motorok) tiszta levegőt szívnak be és azt adiabatikusan olyan végnyomásra sűrítik, hogy a sűrítőlöket végén a levegő hőmérséklete a folyékony tüzelőanyag gyulladási hőmérsékleténél nagyobb legyen. •

Az ekkor a hengerbe befecskendezett folyékony tüzelőanyag külön gyújtószerkezet nélkül is meggyullad és elég.

•

A tüzelőanyag befecskendezésének lefolyása célszerűen olyan, hogy az elégés nem robbanásszerűen, hanem állandó nyomáson történik.

•

Ennek befejeztével az expanzió itt is adiabatikus és a munkalöket végéig tart, amelyet kipufogás követ.

•

A dízelmotor öngyulladással dolgozó négy- vagy kétütemű belső égésű motor, amely: •

szíváskor tiszta levegőt szív be,

•

azt adiabatikusan komprimálja 3…3,5 MPa nyomásra

•

és kb. 500°C (773 K) hőmérsékletre.

•

Az ekkor befújt vagy befecskendezett üzemanyag magától meggyullad és elég.

•

A tüzelőanyag gázolaj-dízelolaj, amelynek az égési sebessége kisebb, mint a benziné. Fontos a gázolaj helyes befecskendezése, mert az égés időtartama a gazdaságos üzem miatt nem lehet több az expanziólöket 10%-ánál

•

A kétütemű dízelmotorokat előszeretettel használják hajókban (pl. kompok) , illetve régebben teherautókban.

•

A működése annyiban tér el a kétütemű benzinmotortól, hogy az elősűrítés nem a forgattyús házban történik, hanem külön egység (Roots-fúvó) végzi.

•

A hőerőgép üzemeltetésinek költségeinek legnagyobb része a tüzelőanyag-költség.

•

Elsősorban a tüzelőanyag-fogyasztás adhat szabatos összehasonlítási alapot, ha azt a motor egységnyi hasznos munkájára vonatkoztatják. Ez a motor fajlagos fogyasztása (lásd 2.2 fejezetet).

•

A fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás gyakorlati egysége a illetve

•

A fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás helyett a motor fajlagos hőfogyasztásával is jellemezhető, amikor a tüzelőanyag-fogyasztást a fűtőérték segítségével hőfogyasztásra számítják át.

•

A hőfogyasztás egysége: oldal 74 / 76

•

A fajlagos fogyasztások elsősorban a motor rendszerétől és felépítésétől függenek.

16;Ismertesse a különböző napkollektor típusokat! Kishőmérsékletű napkollektorok : A kishőmérsékletű napkollektorokat vízmelegítésre (használati melegvíz, uszodavíz, fűtési melegvíz) használják. A napkollektor része egy abszorber, aminek feladata a napsugárzás minél nagyobb részének elnyelése. Az abszorber általában fekete felület, mert a beérkező napsugárzás ~10 %-át (a fehér felület ~70-80 %-át) veri vissza. Anyagát tekintve ez lehet fém, vagy műanyag, de előnyös a jó hővezető-képesség. Az anyag abszorpciós képességét szelektív bevonattal növelik, ami a napsugárzás hullámhossz-tartományán kiváló abszorpciós képességgel rendelkezik, az infravörös tartományban viszont (amely tartományban a kollektor sugározna ki) alacsony az emissziós tényezője, így minimalizálják ezt a visszasugárzási veszteséget. A szelektív bevonatra jelenleg a króm-oxid a legalkalmasabb alapanyag. A lefedés nélküli síkkollektor (a víz felmelegítésének tartománya, v t =0-10 oC) képes a legjobb hatásfokot elérni, de csak kis hőmérsékletkülönbség előállítása mellett. Ennek oka, hogy kis hőmérsékletkülönbségnél az abszorber konvektív vesztesége is kisebb, vagyis a kollektor lefedésével keveset nyernénk. Az üvegezés óhatatlanul visszaveri a napsugárzás egy részét, ezért a fedett kollektorok ebben a tartományban gyengébben teljesítenek. Lefedés nélküli kollektorokat tehát akkor és ott célszerű alkalmazni, ahol kis hőmérsékletkülönbség is elegendő. Meleg, száraz klímájú területeken széles körű alkalmazása lehetséges, Magyarországon viszont csak szezonálisan medencefűtésre, esetleg nyaralókban használati melegvíz előállítására célszerű telepíteni.

A fedett síkkollektorhoz ( v t =0-50 oC) képest a vákuumos kollektor azzal az előnnyel rendelkezik, hogy az abszorber és az üveg között gyakorlatilag megszűnik a konvekció, hiszen ritka a közvetítő közeg, így az abszorber nem melegíti a lefedést a köztük áramló légrétegen keresztül. Létezik vákuumos síkkollektor is, de nem terjedtek el, mivel a konstrukciónak nagy hátránya, hogy ha egyszer megszűnik a vákuum (és megszűnhet), akkor már nem állítható helyre. A vákuumcsöves kollektorok viszont több modulból épülnek fel, és ha az egyik csőben meg is szűnik a vákuum, az egyedileg cserélhető, nem kell megbontani a teljes kollektort.

A vákuumcsöves ( v t =10-150 oC) kollektoroknak (29. ábra) több altípusa létezik. Közös bennük, hogy egy üveghengerben vákuum található, és ebben helyezkedik el az abszorber. Az abszorber alakja, és a hőátadás módja viszont változhat. Van, hogy a folyadék egyszerűen felmelegszik a cső mentén, ahogy a síkkollektoroknál is, de a fenti kialakításnál fázisváltó közeget alkalmaznak, ami lehet például metanol. A közeg a csőben az abszorber által elnyelt hőtől elgőzölög, felforr, majd a gőz feláramlik a gyűjtőcsőhöz, ahol kondenzálódik, miközben a hőhordozót (vizet vagy glikol vizes oldatát) melegíti, majd visszacsorog az abszorberhez.

Nagyhőmérsékletű napkollektorok: A nagyhőmérsékletű napkollektorokat főleg naperőművek hőforrásaként, vízgőz előállítására használják. A lineáris fókuszú kollektorok ( v t =50-150 oC) a napsugarat a vályú fókuszában futó oldal 75 / 76

cső felületére koncentrálják. A vízszintes vagy függőleges vályú a napsugarak követésére fel-le vagy kelet-nyugat irányban forgatható. A vákuumcsöves kollektorok egyik típusa a hőcsöves kollektor ( v t =50-150 oC) szintén az elgőzölgés párolgáshőjét hasznosítja. Az üres csövet olyan nyomású folyadékkal töltik fel, amely a meleg végen elgőzölög, a keletkező gőz a hideg végen kondenzálódik. A hőcső hővezetése elgőzölgés-kondenzáció hatására sokszorosa a szilárdfém hővezetésének, ezért nagymennyiségű hőt képes átadni kis hőmérsékletkülönbség mellett is. A fókuszpontú kollektorok ( v t >100 oC) a napsugarat a parabolatányér fókuszában kialakított hőátadó felületre koncentrálják, amelynek csőterében a belépő vízből gőzt állítanak elő.

oldal 76 / 76