HÁZTARTÁSI FOGYASZTÓK FÖLDGÁZELLÁTÓ RENDSZEREI. - újdonságok és problémák a szakirodalom tükrében OTKA T project kutatási anyaga

MISKOLCI EGYETEM Gázmérnöki Tanszék

HÁZTARTÁSI FOGYASZTÓK FÖLDGÁZELLÁTÓ RENDSZEREI - újdonságok és problémák a szakirodalom tükrében

OTKA T-046224 „Egy lépés a fenntartható infrastruktúra felé - napelemekkel kombinált földgázellátó rendszer háztartási fogyasztóknál”

project kutatási anyaga

SZUNYOG István PhD hallgató

Miskolc, 2004. november 4.

2.

TARTALOM

BEVEZETÉS ............................................................................................................................ 3 1.

CÉL, FELDOLGOZOTT FORRÁSOK, RENDSZEREZÉS ELVE ......................... 4

2.

SZAKCIKKEK FELDOLGOZÁSA, ISMERTETÉSE............................................... 6 2.1

A HAZAI ENERGIAPOLITIKA VÁLTOZÁSAI .................................................................... 6

2.2 GÁZKÉSZÜLÉKEKKEL KAPCSOLATOS CIKKEK .............................................................. 6 2.2.1 Gázkészülékek technikai (szerkezei) újdonságai .................................................... 6 2.2.2 Megfelelőség értékelés ......................................................................................... 16 2.2.3 Égéstermék elvezetés - égési levegő ellátás ......................................................... 21 2.2.4 Emisszió, légszennyezés ....................................................................................... 37 2.2.5 Égéselmélet, tüzeléstechnika ................................................................................ 39 2.3 3.

MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK ÉS A FÖLDGÁZTÜZELÉS KAPCSOLATA ...................... 41

ÖSSZEFOGLALÓ, MEGÁLLAPÍTÁSOK ................................................................ 43

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

3.

Bevezetés A háztartási gázfogyasztók a hazai szakirodalomban témakörhöz egyaránt kapcsolódik a készülékek szerkezete, üzeme, hatásfoka, égéstermék elvezetése ugyanúgy, mint a környezetet terhelő szennyezőanyag kibocsátása, a környezetvédelem, valamint az energia hatékony felhasználása. Mindezeket figyelembe véve kell elemezni az utóbbi évek szakirodalmi anyagait, különös tekintettel a megjelent újdonságokra és a szakmában előforduló újra és újra felvetődő problémákra. A fenti témák komplex, átfogó vizsgálatot igényelnek, melyet egyaránt alá kell támasztani úgy elméleti oldalról, mint gyakorlati oldalról. Mindezeknek legelső lépése az eddigi kutatások, eredmények feldolgozása, a témával foglalkozó szakirodalom elemzése, a fejlődés irányvonalának bemutatása. A témával együtt természetesen meg kell vizsgálni az Európai Unió követelményrendszerét is, hiszen most már teljes jogú taggá válásunk után nekünk is az Unió követelményrendszeréhez kell igazítanunk a hazai gyakorlatot. Az Unióban nagy hangsúlyt helyeznek a környezetvédelemre, a károsanyag kibocsátás csökkentésére, az energia igények mérséklésére, és ehhez kapcsolódva az energia hatékony és takarékos felhasználására. Mindezeknek természetesen a gázkészülékek területén is meg kell jelenniük, melyeket a kor technikai színvonalának megfelelően alkalmazni is tudni kell. A fejlődés alapkövetelménye a folyamatos kutatás, fejlesztés, valamint ezek a gyakorlati megvalósíthatósága. Nem feltétlenül csak a készülékek konstrukcióit, hanem a környezeti feltételekkel való együttműködését is vizsgálni kell; és nem csak a készülékben, hanem a hozzá kapcsolódó rendszer egészében is gondolkodni kell. Természetesen mérlegelni kell, hogy a gázalapú rendszerek hogyan kapcsolhatók alternatív energiahordozó rendszerekkel, hogyan kapható meg az így kialakított rendszer munkapontja, legkedvezőbb hatásfoka.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

4.

1.

Cél, feldolgozott források, rendszerezés elve

A cikk megírását az elmúlt évek politikai, gazdasági eseményei alapján generált műszaki területen végbement változások, ezen a területen belül is a gázkészülékek műszaki fejlesztésével, jogi szabályozásával kapcsolatos események ihlették. A cikk alapjának az 1990-es politikai rendszerváltástól meginduló műszaki - gazdasági változások tekinthetők. Az 1990-es évek elejéig úgy, mint egyéb más területeken is, a gáziparban is minden lépésnek, folyamatnak megvolt a maga hierarchikus menete, szabályozása; mindenkire kötelezően ezeket az előírásokat kellett alkalmazni. Tekintsük ezt egy minden szintre leszabályozott piaci struktúrának. A rendszerváltozás után a gázipar, és ezzel a gázkészülék piac is fokozatosan a liberalizáció útjára lépett, új kereskedők, cégek, készülékek jelentek meg a piacon. Lehetővé vált a nyugati országok technikájának korlátlan beáramlása az országba, a kínálat rohamosan megnőtt. Mindezek mellett nem voltak meg azok a szabályozási követelmények, melyek a készülékek biztonságos üzemének vizsgálatán alapultak, melyek a beépítési követelmények meglétét vizsgálták volna. Az 1990-es évek végén elkezdett egyre erősödni az ország igénye, az Európai Unióhoz való csatlakozás irányában. Mindez újabb problémákat is felvetett, hiszen a csatlakozással számos jogi, műszaki harmonizációs követelményt is ki kell elégítenünk. Elkezdődött tehát az Unió jogrendszerére alapozva a hazai jog- és műszaki követelményrendszer átalakítása, megjelentek a készülékek területén is az új uniós fogalmak, mint a minősítés és a tanúsítás. Az 2004-es májusi csatlakozásunk után néhány hónappal elmondható, hogy bár a hazai gázipar szabályozási kérdéseiben néhány téren még nem értük el a kívánt szintet, de a gázkészülék piac területén már maradéktanul teljesülnek hazánkban az Európai Unió előírt követelményei. Jelen cikk célja annak bemutatása, hogy az elmúlt 14 év gázkészülékekkel kapcsolatos (a szerkezeti elemektől kezdve a készülék és környezetének kapcsolatán át a megújuló energiaforrásokig) fejlesztési eredményei, műszaki- jogi szabályozási kérdései hogyan jelentek meg a szakirodalomban. A téma kibontásához az 1990-es év január 01-től a 2004-es év szeptember 30-ig megjelent szakirodalmat használom. A szakirodalom a következő folyóiratokból, előadásokból tevődik össze: Info Prod Kiadói és Marketing Rt.: - Gázberendezések, gázfelhasználás kiadványai [1]; - Fűtéstechnika, megújuló energiaforrások kiadványai [2]; -

Energiagazdálkodás folyóirat cikkei [3]; Magyar Épületgépészet folyóirat cikkei [4]; Dunagáz Szakmai Napok előadássorozatainak anyagai [5]; Nemzetközi Gázkonferenciák előadássorozatainak anyagai [6].

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

5. A rendszerezésnél elsősorban a gázkészülékekre vonatkozó jogi és műszaki kérdésekre helyezem a hangsúlyt, bemutatva az elmúlt évtizedben milyen témák kaptak a szakmai közönség részéről kiemelt figyelmet. A cikkeket elsősorban a következő témák szerinti csoportosításban dolgozom fel, ezeken belül is időrendi sorrendet alkalmazva: -

hazai energiapolitika változásai; gázkészülékek technikai (szerkezei) újdonságai; megfelelőség értékelés; égéstermék elvezetés - égési levegő-ellátás; emisszió, légszennyezés; égéselmélet; megújuló energiaforrások és a földgáztüzelés kapcsolata.

A cikkek ismertetésénél nem térek ki részletesen az adott folyamat fizikai-kémiai elemeinek ismertetésére, matematikai összefüggéseire, csak a kapott eredményeket, következtetéseket ismertetem a szükséges ábrákkal. A forrást a következő egyszerűsített jelölés mutatja: Pl.: [3-2002-8/25-28: Barna L.] Értelmezése: Magyar Épületgépészet; 2002; 8. szám; 25-28. oldal; szerző: Dr. Barna Lajos.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

6.

2.

Szakcikkek feldolgozása, ismertetése

2.1 A hazai energiapolitika változásai 1960-ban, alig negyven éve történt a hajdúszoboszlói földgázkészlet feltárása, mely elindította az országos gázrendszer kiépítését. Mind az ipar, mind a lakosság körében egyre erősödött az igény a földgáz felhasználására. 1975-től már jelentősen növekvő import tette lehetővé a hazai ellátásbővítést. A nemzetgazdaság energiamérlegében a földgáz részaránya 40% körüli, de a prognózisok 2010-re 42-45%-ot valószínűsítenek. A 2010-re prognosztizált 14-15 milliárd m3 országos földgázigénynek valószínű, hogy közel 100%-át már csak importból tudjuk majd fedezni. A fenti gázigény több mint 1/3 részét a háztartási és kommunális szektor használja, ami annyit jelent, hogy ma négy millió magyar háztartásból már három millió földgáz-fogyasztó, de a települések intézményei, kommunális létesítményei is gázt használnak. Talán az bizonyítja legjobban országunk tenni akarását a környezetvédelem, energiagazdálkodás, uniós csatlakozás kérdéseiben, ha bemutatjuk, hogy hazánk már most is szerepet vállal a gázkészülékek európai szabványosítási folyamatában. Magyarországnak, mint társult tagországnak, még nincs szavazati joga, de részt vehet a munkacsoportokban, véleményezhet, és javaslatokat terjeszthet elő. A magyar készülékszabványok terén a legnagyobb eltérést az európaihoz képest talán a sajátos S gázunk és az európaitól eltérő készülék csatlakozási nyomásunk jelenti (25 mbar, míg Európában 20 mbar). A 14% CO2-t tartalmazó S gázunk bevezetése az európai szabványba nem ütközött komoly akadályba, azonban a 25 mbar nyomású földgáz-szolgáltatásunk visszatérő téma. Magyarországon a 25ről 20 mbar-ra való átállás szinte lehetetlen az aránytalanul nagy felmerülő költségek miatt. [5-2000-VIII/241-243: Fazakas M.] [1-2001/2002-73/8-10: Lakila T.]

2.2 Gázkészülékekkel kapcsolatos cikkek 2.2.1 Gázkészülékek technikai (szerkezei) újdonságai Az 1990-es évek elején nem sokkal a rendszerváltás után készült egy tanulmány a hazai gázkészülék-park állapotáról és fejlesztésének kérdéseiről. „Bár a fogyasztói telítettség fejlett európai mércével mérve is tiszteletet érdemlő színvonalat ért el, nem mondható el ugyanez a hazai gázkészülék-park állapotáról.” A fogyasztók 95%-a főzésre és sütésre, 72%-a fűtésre, és 50%-a vízmelegítésre is használta a földgázt. A fűtőkészülékeknek kb. 75%-a zárt égésterű, parapetes kivitelű. A készülék-park felmérésénél a kép elég sötétnek adódott, hiszen a OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

7. tűzhelyek és vízmelegítők 52-57%-a 20 évesnél idősebbnek adódott. Vidéken kedvezőbb volt a helyzet, a tűzhelyek átlagosan 9,2 a vízmelegítők 7,3 és a fűtőkészülékek 6,5-7,8 évesnek adódtak. A következtetés szerint az akkori készülékpark a fejlett gázipari országokhoz viszonyítva jelentősen elavult és korszerűtlen, a világszínvonaltól való elmaradást 8-15 évre becsülték. Fejlesztési tendenciaként a tűzhelyeknél a hőmérsékletszabályozás javítását és a takarékterhelés csökkentését ajánlották. Fűtőkészülékek esetén a magasabb színvonalú hőmérséklet-szabályozás, a megfelelő levegőellátás és az égéstermék hőtartalmának jobb kihasználása került előtérbe. Vízmelegítők terén az állandóan égő gyújtóégő elhagyása és az 1-2 liter percenkénti legkisebb vízmennyiség elérése volt a cél. A Fővárosi Gázművek újabb vizsgálatot kezdeményezett 1994-ben, melyben már a környezetvédelemre, a gázkészülékek emissziós értékeire helyezték a hangsúlyt. Sok információt lehetett a vizsgálatokból levonni az országra nézve is, hiszen a fővárosra esett az ország energia felhasználásának közel 20%-a. A korábbi készülékpark nem sokat változott, lényegében az előző felmérések eredményeit adta. A számításokkal sikerült megbecsülni a főváros 2010-re várható emissziós értékeit, melyet a gázkészülékek okoznak. Megvizsgálva, hogy a budapesti energiaszolgáltatás keretében a háztartásokban mennyi a részaránya a földgáznak az energia megtakarításban és az emisszió csökkentésben, azt kapjuk, hogy a földgáz az energia-megtakarítás terén az akkori készüléktechnikával is uralkodó szerepet játszhatott volna. [3-1993-12/530-532: Szűcs M.] [4-1995-8-9/4-7: Szűcs M, Joós L, Zákányi Gy.] Előtérbe került az energiahatékonyság, mint a fűtőkazánok üzemének legfontosabb kérdése, méghozzá olyan kérdéscsoportok tekintetében, melyekben vizsgálni kell, hogyan lehet optimalizálni a kazánban lejátszódó hőátadási folyamatokat a kazánkonstrukció helyes megválasztásával, hogyan lehet a tényleges, valós fűtési hőigényt az időjárás változásait legjobban követő szabályozással megvalósítani. Szintén lényeges, hogy a kazánteljesítményt ne méretezzük túl a számított fűtési hőigényhez képest. Ha a fűtési energiaköltségek szerint akarjuk az előbbi tényezőket sorrendbe állítani, úgy tapasztaljuk, hogy legfőbb helyen a maximális és a fűtési idény átlagos hőigényének aránya, a túlméretezés kérdése, a tüzeléstechnikai hatásfok és a kazánkonstrukció kialakítása követik egymást. Erre megoldást a külső hőmérséklet követése alapján vezérelt, változó előremenő hőmérsékletű, kis vízterű kazánok adhatják, melyeket kétfokozatú szabályozással alkalmazva kapjuk a legoptimálisabb megoldást. A fűtési napoknak kb. 18-20%-ában van csak folyamatosan szükség a tervezés során meghatározott maximális kazánteljesítményre, amint az 1. ábra mutatja. Mindebből egyértelműen következik, hogy ténylegesen csak igen kevés napon van szükség a kazán névleges terhelésen való üzemére.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

8.

1. ábra A fűtési napokhoz rendelt külső hőmérséklet gyakorisággörbéje Egyfokozatú kazán esetén ez csak a gyakori ki-be kapcsolással oldható meg, mely a hatásfok terén kedvezőtlen értékeket mutat (indulási-, üresjárási veszteség, stb.). Kétfokozatú működés esetén a folyamatos üzem mellett nő az éves hatásfok, csökkennek a kapcsolási számok, és lényegesen kevesebb veszteség jellemzi a kazán üzemét. E mellett részterhelésen a kazán vízoldali hatásfoka magasabb, mint névleges állapotban (kisebb a sugárzási hőveszteség). Kétfokozatú üzem esetén akár 70%-al is csökkenhet a kazánégő ki/be kapcsolásainak száma egyfokozatú üzemhez képest. Ezzel nem csak maga az égő, hanem a működtetett főegységek (szivattyú, mágnesszelep, gyújtótrafó) élettartama is növekedik. A cikk továbbá felhívja a figyelmet, hogy jelentősen befolyásolja a kapcsolási számok megnövekedését a kazán túlméretezése (a pontatlan fűtési hőigény számítás és a nem illeszkedő kazán kiválasztás). [1-1999-43/17-19: Molnár G.] A gáztüzelésű falikazánok közel négy évtizedes történelmük alatt sok fejlesztési irányvonalon mentek keresztül. Jelentős újdonságok születtek a tüzeléstechnika, a szabályozástechnika, üzemeltetés területein. A fogyasztók számára legfontosabb igények kerületek az előtérbe, mint a kis helyigény, gazdaságosság, halk üzem, könnyű kezelhetőség, hosszú élettartam. A hidraulika, gázarmatúra, automatika, kezelés és a szabályozás fejlődési irányvonalait a Vaillant cég készülékeinek segítségével mutathatjuk be a kombi készülékekre vonatkozóan. Eleinte a fűtés és a HMV üzemmódok átváltásához a fűtési visszatérő ágba épített keringtető szivattyú által létrehozott nyomáskülönbséget használták fel. Az információt vékony réz impulzuscsövek továbbították. Egyedi ötlet volt a gázteljesítmény hőigénytől függő, fokozatmentes szabályozásához egy kisméretű levegőszivattyú beépítése, mely a fúvókanyomás folyamatos beállításához volt szükséges (ezt később elektromágneses elven oldották meg). Megjelent a hidraulikus működésű terhelésváltó szelep, mely segítségével két egymástól független hőteljesítmény állítható be (külön a fűtésnek és a HMV-nek). A 2000-es OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

9. évtől újabb technikai elemek kerülnek kidolgozásra, mint: az Aqua Sensor, mely a vízkapcsoló feladatát látja el. Egy állandó mágnes réteggel bevont műanyag lapátkerék, mely az átáramló hidegvíz mennyiségét érzékeli. Frekvencia jelet ad, mely alkalmas nem csak a HMV igény megjelenésének detektálására, hanem nagyságának meghatározására is. A hidraulikus vezérlésű váltószelepet impulzusvezérlésű léptetőmotoros szelep váltja fel. Az impulzussűrűség fokozatosan változik, mely biztosítja a pontos szelepzárást. A vezérlést ma már mikroprocesszoros vezérlőautomatika végzi (Sensor Technik), az előremenő és visszatérő vezetékekbe épített precíz hőmérséklet mérőelemek segítségével. Ezek értékeinek egymással történő összehasonlítása, vagy az időbeni változás mértékének követése adja a szükséges vezérlési jelet. További előnyök, hogy már a lakossági kategóriákban is megjelenik az ismételt gyújtás lehetősége a nélkül, hogy a kezelőnek be kellene avatkoznia a készülék üzemébe. Természetesen ezeken túl számos, a fogyasztói igényeket kielégítő kényelmi és biztonsági funkció megtalálható, mint a fagyvédelem, levegő hőmérséklettől függő lángmoduláció, időjárásfüggő szabályozás, stb.) [1-2000/2001-63/12-16: Molnár G.] A fűtéstechnikában hosszú évek óta alkalmazzák a hagyományos építésű kazánokat, melyeket nagy energia felhasználásuk mellett, pozitív tulajdonságként hosszú élettartamuk is jellemez. A fejlett országokban eleinte (a 60-as években) a túlméretezésre, üzembiztonságra törekedtek, a füstgázhőmérsékletet magasan tartották a kondenzáció elkerülése érdekében. Az 1973-as olajválság után egyre erősödő igény mutatkozott a fejlettebb és energiatakarékosabb kazántechnika iránt. Az energiaárakat drasztikusan emelték, előtérbe került a takarékosság. Megindult a kazánok területén is a gyors fejlődés, megjelentek az alacsonyhőmérsékletű kazánok, csökkentve a füstgáz, sugárzási és készenléti veszteségek arányait. A modern kishőmérsékletű kazánok előnye, hogy esetleges túlméretezésük esetén sem idézik elő az éves kihasználtsági fok jelentős csökkenését. Ennek oka az igen kis hűlési és felületi veszteség, valamint az égéstermék-veszteség csökkenése minimális terhelés esetén. A kihasználtsági fok csökkenése csak akkor kezdődik, ha a kazánterhelés 10% alá esik. A hőmérséklet csökkentésével egyidejűleg a készenléti veszteség is harmadára csökkenthető. Fontos momentum viszont, hogy az égéstermék hőmérsékletének csökkenése a CO2 koncentrációjának növekedésével jár, mely a harmatponti hőmérséklet közelében meghatározott keretek között tartható. A kishőmérsékletű kazánoknál az égéstermékkel közvetlenül érintkező felületeket úgy alakítják ki és méretezik, hogy ezeken a felületeken kondenzátum képződés ne jöhessen létre. Az égéstermékkel érintkező oldalon a felületi hőmérsékletet nem az égéstermék nagy hőmérséklete, hanem mértékadóan a sokkal kisebb kazánvíz hőmérséklet határozza meg. E miatt fontos, hogy a megfelelő méretű fűtőfelületet nagyobb hőmérsékletre emeljük.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

10. Erre több műszaki megoldás is kínálkozik: - termolitikus fűtőfelület, amelynél az utánkapcsolt fűtőfelületi huzamban kialakított, megfelelő bordázat révén a hőcserélő felület vízoldalán nagyobb terhelés érhető el és ez eltolja a harmatpontot; - kettős vagy duplex cső, mely egy kétrétegű fűtőfelület szabályozott hőátbocsátással; - további lehetőség az öntvénykonstrukció megfelelő kialakítása lehet. Ezek a kazánok megfelelő kialakítással képesek arra, hogy a kazánon belül kezeljék a kis visszatérő vízhőmérsékletet, ami hagyományos kazánok esetében kondenzációt és e miatt füstgáz oldali korróziót okozna. A készülékfejlesztés terén a 80-as évek közepe tekinthető a harmadik szakasznak. Továbbra is az energia megtakarítás a legfőbb cél, de még ennél is fontosabbá vált a károsanyag kibocsátás csökkentése. A nitrogénoxidok káros hatásait megismerve a tüzeléstechnika, az égő és a kazánfejlesztés területén is ennek csökkentése került előtérbe. [4-1994-12/4-5: Stajnovits J.] [4-2002-8/29-31: Heeb A.] Az utóbbi évek jelentős fejlődést hoztak a gázkészülékek területén is. A fejlesztések elsődleges célja az energiatakarékosság és a belső, illetve a külső környezet védelme. Ennek eredményeképpen olyan készülékek jelentek meg a hazai piacon, melyek hatásfoka lényegesen meghaladja a korábban elterjedten alkalmazott készülékekét, és károsanyag kibocsátásuk is sokkal kisebb. Ha megvizsgáljuk egy készülék energiamérlegét, láthatjuk, hogy a bevitt energia nagy részét a készülék hasznosítja, azonban kisebb része veszteségként távozik. Ezek a jellemző veszteségek az égéstermék veszteség, a tökéletlen égésből származó veszteség és a kazán felületéről konvekcióval és sugárzással leadott hő. A veszteség zömét az égéstermékkel távozó hő adja. Nagyságát két tényező határozza meg, az égéstermék térfogatárama és hőmérséklete. A térfogatáramot az eltüzelt gáz minősége, térfogatárama, valamint az égéshez hozzávezetett többlet levegőmennyiség határozza meg. Meg kell említeni még a készenléti veszteséget is, mely a készülék állásideje alatt a kémény huzatának következtében a készüléken átáramló helyiséglevegőt jelenti, mely a készüléket lehűti. Ez csökkenthető atmoszférikus égőjű kazánoknál, ha égéstermék csappantyút alkalmazunk az „üresjárati állapotban”, illetve ha modulált üzemmódú készüléket használunk. Modulációs teljesítményszabályozású kazánok működési tartománya általában a névleges teljesítmény 16% és 100%-a közé tehető. Ilyen kazánokkal az elérhető megtakarítás akár a 30%-ot is elérheti. Ilyen készülékek alkalmazáskor az égéstermék a legszigorúbb környezetvédelmi előírásoknak is várhatóan megfelel. A korszerű gázégők terheléstől függő füstgázveszteségét megvizsgálva azt tapasztaljuk, hogy bizonyos tartományban a füstgázveszteség gyakorlatilag állandó. Ebben a sávban jelölik ki a gázmodulációs kazánok működési tartományát, mint a 2. ábra mutatja. Ha ebből a tartományból kilépünk (általában 40 – 100%) rohamosan nőnek a veszteségek. A 100% feletti tartomány erős szénmonoxid és koromképződéssel is jár. A OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

11. modulációs határ alatti hőigények a kazán ki/be kapcsolási gyakoriságát növelik. Ez esetben pedig az alábbi többletveszteségek jelentkeznek: - a bekapcsolásnál rossz az égés minősége és jelentősen megnő a tökéletlen égésből származó füstgáz veszteség (sok CO keletkezik); - kikapcsolt állapotban, főleg kéményes készülékeknél a kazántesten átáramló levegő jelentős hőmennyiséget juttat a kéményen keresztül a szabadba; - kikapcsolt állapotban is van sugárzási és konvekciós veszteség a kazán lehűlése következtében.

2. ábra Korszerű gázégők terheléstő függő füstgázvesztesége Mindezekre már 1992-ben is felhívta egy cikk a figyelmet, miszerint a mért hatásfok és az éves hatásfok jelentősen különbözhet egymástól. Mindezek okát az égő folyamatos ki/be kapcsolásának folyamata és az ebből származó veszteségek adják. Tehát a mért hatásfok akkor lenne egyenlő az éves hatásfokkal, ha az üzemkészültségi idő megegyezne az üzemelési idővel. A készülékre jellemző hatásfokok közül (éves-, tüzeléstechnikai- és készülék hatásfok) a tüzeléstechnikai hatásfok javításával tudjuk a legtöbb pozitív eredményt elérni. Ennek részeként is legfontosabb tényező az égéstermék veszteség csökkentése. Földgáz esetében a fűtőértékre vonatkoztatva 100% bevitt energia mellett mintegy 11%-nyi kondenzációs hő jelentkezik, mely az égéstermékben lévő víz párolgáshőjéből ered. Ez hagyományos kazánok esetében veszteségként a környezetbe távozik, amint a 3. ábra mutatja. Ha az égéstermékből ki szeretnénk nyerni ezt a hőmennyiséget, akkor az égéstermék hőmérsékletét 54-44 0C közötti harmatpontra kell hűtenünk (kondenzációs technika). A technika csak akkor alkalmazható, ha a kazánhoz kapcsolódó rendszer is támogatja az alacsony hőmérsékletű üzemet. A kondenzációs kazánok első prototípusát 1979-ben helyezték üzembe Hollandiában. Ezek égője még előkeveréses volt. Nem üzemeltek kimagasló hatásfokkal és a kazán csak akkor tudta hasznosítani a kondenzációs energiát, ha az égéstermék harmatpontja alacsonyabb volt, mint a fűtővíz hőmérséklete. A harmatponti hőmérséklet a légfelesleg tényező függvénye. A légfelesleg növekedése a harmatponti OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

12. hőmérséklet csökkenését és a kondenzációs energia hasznosításának megszűnését okozza. A második generációt már a ventilációs égők jelentették.

3. ábra Hagyományos és kondenzációs készülék veszteségei Ezek képesek voltak, hogy a mindenkori optimális légfelesleget jutassák be, a relatíve magas harmatponti hőmérséklet biztosítására. A kisebb teljesítményű kazánok 103%, a nagyobbak 106% körüli hatásfokkal üzemelhetnek a fűtőértékre vonatkoztatva. Ha hozzávesszük, hogy az elméleti maximum kb. 110%, látható, hogy az értékek már alig növelhetők. A kondenzációs üzemvitel jóságát minősíti a kondenzációs szám (α), mely az égéstermékben lévő elméleti kondenzátum mennyiség és az égéstermék tényleges kondenzátum mennyiségének hányadosa. A kondenzációs kazánok kihasználása a földgáz esetén a legkedvezőbb. Ebben az esetben van a legnagyobb különbség az égéshő és a fűtőérték között (hányadosuk kb. 1,11). Mindez propán-bután esetén csak 1,09 és fűtőolaj esetén csak 1,06. Látható, hogy a fűtőolaj már szinte nem is alkalmas a kondenzációs hő hasznosítására. Egy 90/70°C-os hőfoklépcsőjű fűtési rendszerben évi átlagban a kondenzációs üzemmód hőhasznosítása 31%, míg 70/50°C hőfoklépcsőjű üzemnél 90% körüli a hazai éghajlati viszonyok mellett. A következő generációs égők fejlesztésénél már az égéstermékben lévő légszennyezők csökkentésére helyeződött a hangsúly. Ekkor fejlesztették ki a sugárzó égőket (1992.). Legfontosabb részük a félgömb alakú hőálló acélból készült fémszita. Ezen keresztül áramlik a tökéletesen elegyített gázkeverék, melyben a földgáz-levegő aránya állandóan optimális. A levegőt ventilátor szállítja. A keverék a keverőkamrán, az adagoló és elosztó félgömb felületén keresztül a finom szita felületére jut, ott meggyullad és láng nélkül elég. Így a keverék áramlási sebessége rendkívül alacsony. A fejlődő energia legnagyobb része sugárzási hő. Visszaégés a fimon fémszita miatt nem következhet be. OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

13. További felvetődő probléma az égéstermék elvezető rendszerek biztonsága, hiszen alacsony hőmérsékletű üzemeknél a kéményben is előfordulhat kondenzáció, melyhez más technológia szükséges, mint a hagyományos rendszerekhez. A készülékekben keletkező károsanyagok a következők lehetnek: - széndioxid, mint az égéstermék szükségszerű alkotója; - szénmonoxid a tökéletlen égés eredményeként és - nitrogénoxidok, mint az égés nem kívánatos mellékreakciói. A széndioxid, mint a tökéletes égés velejárója, csak az eltüzelt gázmennyiség csökkentésével mérsékelhető. Itt visszautalhatunk a fenti hatásfok kérdés szükségességére. A másik két alkotó a tűztérben lezajló folyamatok függvénye (lánghőmérséklet, gáz-levegő keveredési minősége, és az égéstérben való tartózkodási idő). A 4. ábra egyértelmű választ ad a károsanyag kibocsátás csökkentés lehetőségeire és mértékére.

4. ábra A károsanyag kibocsátás csökkentés lehetőségei A belső környezet védelmére a kéménybe kötött készüléket égéstermék visszaáramlásgátlóval kell ellátni, mely leállítja, amennyiben a környezetnél nagyobb hőmérsékletet érzékel a deflektor környezetében. A legbiztonságosabb megoldásnak a zárt égésterű készülékek tekinthetők, mely teljesen függetleníti a helyiség üzemét a készüléktől. A gravitációs áramlás bizonytalanságának kiküszöbölésére ventilátoros készülékeket is alkalmazhatunk. Az elmúlt években sok készülékkoncepciót teljesen átdolgoztak. Ilyen a javított korrózióállóságú hőcserélő, a teljes előkeverésű, károsanyag-szegény síkégő modulált gázlevegő szabályozással, a mikroprocesszoros készülékszabályozás beépítet diagnosztikai rendszerrel. A gázégők területén is hatalmas fejlődés tapasztalható. Olyan elektronikus égőszabályozás került kifejlesztésre, mely a lángőrzés ionizációs áramának intelligens feldolgozásán alapul (ennek alapján történik a mindenkori igényeknek megfelelő keverék összetétel előállítása). A teljes előkeverésű síkégők a pneumatikus vagy elektronikus gázlevegő szabályozás következtében már névleges terhelésük 20%-áig probléma nélkül OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

14. szabályozhatók. A nitrogénoxid és széndioxid koncentráció még további csökkentését teszik lehetővé a katalitikus vagy katalízissel segített égés elvén működő berendezések. Amennyiben ezeket az égőket a kondenzációs technikában alkalmazzák az energiakihasználás és a károsanyag csökkentés lassan eléri fizikai határait. Hasonló fejlődés tapasztalható a kondenzációs állókazánok területén is. A gyártók felbuzdulva a falikazánok területén elért sikereiken (az előkeveréses égőt és a hőcserélőt már szinte tökéletesre fejlesztették), egyre nagyobb teljesítménytartományban kezdték gyártani a kondenzációs készülékeket. Ám ezeknél a készülékeknél egészen más feltételeket kell alapul venni, mint kisebb teljesítményű társaik esetén. A jobb hatásfok elérése szempontjából döntő lehet a kedvező méret, a magas teljesítmény-modulációs tartomány és a jó hőátvitel. Az állókazánok nagyobb víztöltete önmagában is olyan működést tesz lehetővé, ahol nincs szükség minimális vízátfolyási mennyiségre. A nagy víztér miatt a kazán hidraulikus ellenállása kicsi, a fűtő- és melegvíz szivattyút kicsire lehet méretezni. Mindezek mellett a nagyobb víztérfogat magában hordozza a könnyebb eliszaposodás veszélyét is. Külön figyelmet érdemel a kazántest helyes anyagmegválasztása, hiszen már ezekben a rendszerekben inhibitorokat / fagyállót is kell a fűtővízhez keverni. Az égő esetében garantálni kell, hogy a füstgázoldali bekötés megoldható legyen. Az elegendő szállítómagasságot tartalmazó túlnyomásos égőrendszer előnyös lehet ilyen esetekben. Bár nem közvetlenül a gázkészülékek szerkezei elemeinek témaköréhez tartozik, de fontos megemlíteni a házi-nyomásszabályozók által, a készülékek üzemében okozott problémákat is. Mint ismeretes a házi-gáznyomásszabályozók feladata a készülékek üzeméhez szükséges gáznyomás előállítása, illetve a fogyasztói rendszer káros túlnyomástól való megóvása (gyorszárral és lefúvatással). Működése általában a következő sorrendben történik hiba esetén: az üzemszerű működés során fellépő legnagyobb nyomásérték felett le kell zárnia a gyorszárnak, se nyomásérték fölött kell nyitnia a lefúvató berendezésnek. A probléma akkor kezdődött, amikor a régi gyújtólángos készülékek után megjelentek a piacon a gyújtóláng nélküli készülékek. A gyújtólángok által biztosított állandó elvétel mellett a gázáramlás is állandó volt a vezetékben. A gyújtóláng nélküli készülékek esetében a fogyasztói vezetékrendszer zárt tartályként működik. A gáz a nyomását a gáztörvénynek megfelelően változtatja, azaz az abszolút hőmérsékletnövekedéssel arányosan változik az abszolút nyomás. A gáz átlaghőmérsékletének növekedése nem csak a levegő hőmérsékletétől, hanem a cső elhelyezésétől is függ. A gáztörvényből következőleg a bezárt csőben 1 – 1 °C hőmérsékletnövekedés, mintegy 3,5 mbar nyomásnövekedést okoz. A gáznyomás hőmérséklettől függő változását az 5. ábra mutatja. A szerző egy egyszerű megoldást ajánl. A gyorszár, lefúvató működési sorrendű berendezések reteszelt leállása elkerülhető a működési sorrend cseréjével. A gyorszár működése előtt beavatkozó lefúvató a hőmérséklet-növekedés miatt bekövetkező káros túlnyomás kialakulását gáz lefúvatásával akadályozza meg, így üzemképes marad a szabályozó és a fogyasztói berendezés.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

15.

5. ábra A gáznyomás változása a hőmérséklet függvényében A lefúvatandó gáz mennyisége nem mondható jelentősnek, mivel 10°C átlaghőmérsékletnövekedés mellet is maximum 3 – 5 dm3 gáz lefúvatása várható, melyet a 6. ábra szemléltet.

6 .ábra A nyomásnövekedés miatt leeresztett gáz mennyisége [3-1992-3/123-124: B.I.] [4-1992-7-8/3-7: Joos L.] [4-1993-5/14-15: Nagy J.] [3-1993-7/282-285: Molnár L.] [4-1999-9/3-6: Jannemann T.B.] [5-1999-VII/77-84: Homonnai Gyné- Szilágyi S.] [6-1999-NGK/25-36: Csanád B.] OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

16. [2-2001-64/23-25: Barna L.] [1-2002/2003-89/23-26: Csanád B.] [4-2002-9/23-25: Jeckel J.] [1-2003/2004-107/19-20: Müller S.] [4-2004-5/8-10: Juhász L.]

2.2.2 Megfelelőség értékelés Az Európai unión belül az áruk és szolgáltatások szabad mozgásának elősegítésére bevezették az ún. új megközelítésű direktívákat, melyek egy-egy termékcsoportra vonatkozó kötelező műszaki jogszabályok. Megszületett a Gázkészülék Direktíva (GAD; 1992. január 1.) (90/396 EEC), mely hazai közelítése a 22/1998.(IV.17.) IKIM rendelet. A jogszabály hazai bevezetése megkönnyítette az „uniós gázkészülékek” hazai piacra juttatását, de segíti a magyar készülékek uniós piacra történő bejutását is. Ezek az irányelvek az Unióban a tagországok számára kötelező érvényűek. Adott termékcsoportra alapvető biztonsági követelményeket rögzítenek, a részletes szabályozást a harmonizált vagy nem harmonizált szabványokra bízzák. Az irányelvek megadják azokat az alapvető követelményeket, melyeket a terméknek teljesítenie kell az élet, egészség, környezetvédelem területein, valamint megadják azokat a vizsgálatokat, melyen a terméknek át kell esnie ahhoz, hogy az Unión belül forgalmazni lehessen. A direktívának való megfelelést a készüléken lehelyezett CE jelölés bizonyítja. Ha a gyártó EN szabványokat alkalmaz, biztosra veheti a megfelelést az Európai Tagállamok piacainak követelményeihez. Hozzá kell tenni, hogy a szabványok alkalmazása nem kötelező, de mégis ez a legbiztosabb módja a termék Uniós piacra kerülésének. Amennyiben a vizsgált készülék az összes rá vonatkozó irányelv alapvető követelményeit kielégíti, elhelyezhető rajta az egységes megfelelőségi jelölés (CE). El kell helyezni továbbá a tanúsító szervezet 4 jegyű azonosító számát is. Tanácsos továbbá még elhelyezni egy PIN kódot is, mely tartalmazza a tanúsító szervezet azonosítási számát, az engedélyezés kódolt évszámát, valamint a tanúsítvány sorszámát, mely a későbbi gyorsabb azonosítást szolgálja. A gázkészülékek gyártásának, behozatalának, kereskedelmi forgalmazásának, valamint átalakításának engedélyezését a gázenergiáról szóló 1969. évi VII. törvény alapján a 11/1982.(VIII:18.) IpM rendelettel módosított 1/1977.(IV.16.) NIM sz. rendelet szabályozta. A törvényt 1994-ben hatálytalanította a XLI. törvény, de a korábbi végrehajtási utasítás érvényben maradt, azzal a módosítással, hogy a gazdasági miniszter a 3/1999.(II.5.) számú rendeletével kiemelte az 1/1977.(IV.6.) NIM sz. rendeletből azon gázkészülékek körét, melyek a gázkészülék irányelv hatálya alá tartoznak. Így az MBF hatósági felügyelete alatt maradtak az olajfogyasztó berendezések, és az egyedi 140 kW-nál nagyobb hőterhelésű gázfogyasztó készülékek. A gázkészülékek tanúsításának jogát az Unióban kialakult gyakorlat OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

17. alapján a kijelölt tanúsító (hazánkban a Műszaki Biztonsági Vizsgáló és Tanúsító Intézet Kft.) kapta. Az 1998-as hazai rendelet szerint az engedélyezést a tanúsítás váltotta fel. A tanúsítókkal szemben támasztott követelményeket a 90/396 EEC Direktíva melléklete tartalmazza. A tanúsítók notified body-k, azaz bejelentett szervezetek, akiket az egyes tagországok kormányai delegáltak az Európai Bizottságba. Az ilyen szervezetek, mint tanúsító által kiadott tanúsítványok az unió minden országában érvényesek, de csak akkor, ha a termék vizsgálata kapcsán az adott országban figyelembe veendő egyéb követelmények teljesülését is ellenőrizték. Más szóval a Tanúsító és Vizsgáló Szervezetek az Unió országaiban a direktívák betartását ellenőrző, az Európai bizottság által felügyelt, nyilvántartott szervezetek. Ezeket a területileg illetékes hatóság jelöli ki, és munkájukat a vonatkozó direktívák és szakmai szabványok szigorú betartásával végzik. 2001. június 1-vel hatályba lépett a Magyar Köztársaság és az Európai unió közötti ún. PECA egyezmény, mely lehetőséget biztosít arra, hogy a magyar (Brüsszelben és az EU tagállamokban bejegyzett) vizsgáló és tanúsító szervezetek eredményeit az Unió tagállamainak hatóságai is elismerjék, az „Új megközelítésű Direktívák” megfelelőség értékelési eljárásai során. Ezt a 84/2001.(V.30.) Kormány rendelet tartalmazza. A rendelet alapján a gázkészülékek és a melegvízkazánok hatásfok követelményei terén a Műszaki Biztonsági Vizsgáló és Tanúsító Intézet Kft jogosult a megfelelőség értékelési eljárások lefolytatására. A készülékek tanúsításának, vizsgálatának feltételeit, folyamatát találhatjuk a 7. ábrán. A gyártó döntheti el, hogy a vizsgálatok melyik altípusát választja, melyik illeszkedik legjobban a gyártott termék volumenéhez. A típusminta ellenőrzése után a vázolt lehetőségek közül választhat. Sorozatgyártású kazánok esetén a megfelelőség értékelés két lépésben történik. Egyrészt a sorozatgyártás előtti fázisban (tervezési ciklus) a gyártó által választott tanúsító elvégzi a típusvizsgálatot, és amennyiben a készülék megfelel a követelményeknek, kiadható a típusvizsgálati tanúsítvány. Ez alapján a gyártó megkezdheti a sorozatgyártást. A tanúsító a gyártónál rendszeres és váratlan időközű látogatások alkalmával győződik meg a termék típusvizsgálatának megfelelően történő gyártásról, azaz a gyártó folyamatosan biztosítja-e a gyártott termék típusvizsgált darabbal történő egyezését. A terméktanúsítványok érvényessége általában addig tart, míg a vonatkozó Direktíva biztonsági követelményei nem változnak meg, illetve a terméken vagy a gyártási rendszerben biztonsági előírást érintő változást nem hajtanak végre. A „csak” hazai szabványoknak megfelelő készülékek 2000. december 31-ig voltak még piacra vihetők, azóta csak az uniós követelményeknek megfelelő készülékek hozhatók forgalomba. Gázfogyasztó készülékek esetében a megfelelőség értékelési tanúsítványok „országspecifikusak”, azaz a készüléket az adott országban szolgáltatott gázfajtára kell tervezni és tanúsítani. A tanúsítványon fel kell tüntetni azon országok kódjait, ahol ezek a készülékek forgalomba hozhatók.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

18. Egyedi termék vizsgálat

Egyedi gyártás

Típusminta megfelelőségének vizsgálata

CE Megfelelőségi tanúsítvány

(évente egy alkalommal)

Gyártás minőségbiztosítása MSZ EN ISO 9002

Gyártó (forgalmazó, importáló)

Gyártás fajtája

Magyarországon H is lehet

Tanúsító

Termék minőségbiztosítása MSZ EN ISO 9003

Tanúsító vizsgálata

Termékellenőrzésen alapuló tanúsítás (minden egyes darab vagy statisztikus mintavétel)

Sorozatgyártás

Típusvizsgálat

Gyártó választása szerint

7. ábra A megfelelőség tanúsítása Hasonlóan a gázkészülék direktívához, a gáznemű vagy folyékony tüzelőanyaggal üzemelő melegvízkazánok hatásfok követelményei is megjelentek a hazai jogban. Ezt a 20/1998.(IV.17.) IKIM rendelet szabályozza, mely a 92/42 EEC Direktíva hazai megfelelője.

Kazán típus

Szabványos kazán Alacsony hőmérsék-letű kazán (*) Kondenzációs kazán

Névleges teljesítmény [kW]

Hatásfok névl. teljesítményen Átlagos vízhőmérséklet 0 [ C]

4 - 400

70

4 - 400

70

4 - 400

70

Hatásfok [%]

] ] ]

Hatásfok részterhelésen Átlagos vízhőmérséklet 0 [ C]

84 + 2logPn

] 50

87,5 + 1,5logPn

40

91 + 1logPn

30 (**)

(*) A folyékony tüzelőanyagú kondenzációs kazánokat is beleértve (**) Kazántápvíz hőmérséklet

8. ábra Melegvíz kazánok hatásfok követelményei

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

Hatásfok [%]

]

80 + 3logPn 87,5 + 1,5logPn

] ]

97 + 1logPn

19. Látható, hogy ez az irányelv már 1992-ben érvénybe lépett az Unió tagállamaiban, de ezt csak 1998-ban sikerült bevezetnünk a nemzeti jogrendbe. A kazánokat három fő csoportba osztja (szabványos kazán, kishőmérsékletű kazán és kondenzációs kazán), mely csoportokhoz minimális hatásfok követelményeket határoz meg névleges- és részterhelésen való üzemkor, ezt szemlélteti a 8. ábra. Csak azokat a kazánokat lehet forgalomba hozni, melyek teljesítik ezeket a minimális követelményeket. A rendelet lehetőséget biztosít, hogy a minimálisnál jobb hatásfokú készülékek megkülönbözető jelzést (ötágú fekete csillag) kaphassanak, melyet a gyártók feltüntethetnek a készüléken a 9. ábra szerint.

Jelölés

0

0

Pn névl. teljesítményen 70 C átlagos vízhőmérséklet 0,3 Pn teljesítményen ] 50 C átlagos vízhőmérséklet mellett mért kazánhatásfok [%] mellett mért kazánhatásfok [%]

* ** *** ****

] 84 + 2logPn

] 80 + 3logPn

] 87 + 2logPn

] 83 + 3logPn

] 90 + 2logPn

] 86 + 3logPn

] 93 + 2logPn

] 89 + 3logPn

9. ábra Hatásfok megkülönböztető jelzések Megismerve a jelenleg hazánkban érvényes előírásokat a kazánok hatásfokát illetően, be kell mutatnunk az előzményeket is. 1993-ban a szakmai élet figyelmébe került az előkeveréses égőkkel üzemelő gázkazánok hatásfokának kérdése. Akkoriban még az MSZ 11428/1 és az MSZ 11423/4 szabványok foglalkoztak ezzel a kérdéssel. Sok előírásban hasonlított a német DIN 4702 előírásokhoz, de sok kérdésben elmaradást is tükrözött. Ilyen különbség volt, hogy a magyar szabvány az előírt minimális hatásfok függvényében, különösen nagyobb teljesítmények esetében lényegesen enyhébbnek bizonyult. Hazai szabványunk nem rendelkezett a készenléti veszteségről (a hőterhelésnek az a része, amely ahhoz szükséges, hogy a kazánt egy meghatározott hőmérsékleten tartsa, miközben a kazán fűtési hőt nem szolgáltat). A leglényegesebb különbség az egészségügyi előírásokban volt érzékelhető. A magyar szabvány az égéstermékben 0,1 tf% CO-ot engedélyezett, addig a német csak 0,094 tf%-ot. A német szabvány meghatározta az NOx megengedhető értékét, melyről a magyar szabvány még említést sem tett! A fenti 1976-ban készült szabvány már 1993-ban elavulnak volt tekinthető, így jogosan cseréltük le a sokkal korszerűbb Európai Uniós követelményeket figyelembe vevő EN szabványokra. A kormány 2001 decemberében jóváhagyta a földgázellátásról szóló törvény tervezetét, de a törvény a kormányváltás miatt csak 2003-ban jelent meg (2003. évi XLII. tv (GET)). A kormány a 110/2003.(VII.24.) rendelete a Műszaki Biztonsági Főfelügyelet utódjaként OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

20. megalakította a Magyar Műszaki Biztonsági Hivatalt (MMBH). Minderre az Európai Unióhoz történő jogharmonizációs lépések miatt volt szükség. A hatósági felügyelet jogköréből kivonták a gázfogyasztó berendezések gyártási, illetve behozatali, és átalakítási engedélyezését. Ennek helyére a piacfelügyeleti ellenőrzés lépett. Az MMBH számára a gázszolgáltatással kapcsolatos feladatokat két rendelet határozza meg: - a 11/2004.(II.13.) GKM rendelet a gáz csatlakozó vezetékek és fogyasztói berendezések műszaki, biztonsági előírásairól; és - a 13/2004.(II.13.) GKM rendelet az ipari és mezőgazdasági gázfogyasztó készülékek megfelelőségének tanúsítási és jóváhagyási rendjéről. Az EU gázkészülék irányelve szerint –melyet a 22/1998.(IV.17.) IKIM rendelet vezetett be hazánkban- a hatálya alá tartozó termékek csak akkor hozhatók forgalomba, ha egy tagország által bejelentett és az Európai Bizottság által bejegyzett szervezet közreműködésével kiadott megfelelőség tanúsítással rendelkezik. Ipari (mezőgazdasági) felhasználásra gyártott, általában nagyobb teljesítményű berendezésekre nem vonatkozik a gázkészülék irányelv. A háztartási készülékek (melyek fogyasztási cikknek minősülnek) piacfelügyeletét a Fogyasztóvédelmi Főfelügyelőség látja el. A készülékek telepítése, használata nem tartozik hatósági felügyelet alá, a műszaki-biztonsági követelmények teljesülését az elosztói engedélyes a gázellátási terv jóváhagyása és az üzembe helyezés előtti ellenőrzés során vizsgálja. Ipari készülékek esetén csak a gyártó megfelelőségi nyilatkozatát lehetett előírni, ellenben a berendezések időszakos műszaki-biztonsági ellenőrzését a GET is előírja. Jelenleg még hátra van a csatlakozó vezetékre és a fogyasztói berendezésre vonatkozó műszaki-biztonsági szabályzat kiadása. Eddig a részletes műszaki-biztonsági követelményeket a gázenergiáról szóló 1969. évi VII. tv. végrehajtásáról kiadott 1/1977.(IV.17.) NIM rendelt, illetve a mellékletét képező GOMBSZ tartalmazta. Az új szabályzat kialakítása során már sikerült megállapodni, hogy az új jogszabály ne minősüljön jogszabálynak, így megváltoztatása mellőzhetné a hosszas jogi egyeztetési eljárásokat. A szabályzatot egy Szakbizottság fogja elkészíteni és felügyelni, melyet a következő szervezetek delegálnak: − Gázszolgáltatók Egyesülése; − Magyar Épületgépészek Szövetsége; − Magyar Épületgépészeti Koordinációs Szövetség; − Magyar Gázipari Vállalkozók Egyesülete, − Magyar Mérnöki Kamara, Gáz- és Olajipari Tagozat; − Magyar Műszaki Biztonsági Hivatal; − Magyar PB Gázipari Egyesület. A szabályzat jogállása szerint a harmonizált szabványoknak fog megfelelni, így a benne foglalt jogi normák alkalmazása nem kötelező, azonban eltérő megoldás esetén az ügyfélnek

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

21. bizonyítania kell a hatóság előtt megoldása helyességét. Mindezekkel együtt a GOMBSZ a GET rendelkezése következtében 2004. január 1-jével hatályát vesztette. [4-1993-3-4/16-17: Nagy J.] [4-1994-1-2/14-15: Nagy J.] [1-1999/2000-48/58-61: Zentai K.] [4-1999-10/15-16: Zentai K.] [5-2000-VIII/233-238: Zentai K.] [5-2003-XI/31-39: Rajner J.- Szunyog I.] [1-2004/2005-127/4-5: Olajos D.]

2.2.3 Égéstermék elvezetés - égési levegő ellátás Az 1990-es évek első felében egyre inkább előtérbe kerültek a környezetvédelem, a légszennyezés kérdései. Mindezt mi sem bizonyítja jobban, mint az hogy vizsgálat alá vonták a zárt égésterű készülékek égéstermék kibocsátását, környezetével való kölcsönhatását. Ezekben az években még csak vízszintes tengellyel, az épület határoló falán történhetett az égéstermék eltávolítása zárt égésterű készülékek esetén. Az OÉSZ 1992. januári módosításában nagymértékben korlátozta ezeknek a készülékeknek a beépíthetőségét, ösztönözve a szakmát a kéményes égéstermék elvezetés megoldásaira. A külsőfali készülékeket alapvetően csak akkor szabad felszerelni, ha az égéstermék-elvezetés a tetőn keresztül nem, vagy csak aránytalanul nagy befektetéssel alakítható ki. Sajnos ez a rendelet úgy lépett érvénybe, hogy közben nem vizsgálták a kémények állapotát, és nem mérlegelték a baleseti statisztikákat ezekkel a készülékekkel kapcsolatban. Nem vették figyelembe azt sem, hogy a ventilátoros égéstermék eltávolítással rendelkező készülék áramlási viszonyai nem hasonlíthatók össze a természetes égéstermék eltávolítású készülék esetén létrejövő áramlási viszonyokkal. Külföldön e készülékek beépítését nem korlátozták, ellenben védőtávolságokat állapítottak meg az égéstermék kivezetés és az épület falának különböző elemeitől (nyílászárók, párkányok, erkélyek, stb.). Figyelembe kell venni, hogy a kiáramló égéstermék felhígulásának mértéke sok paramétertől függ. Függ a külsőfali készülék kialakítási módjától, az égéstermék környezetében lévő építészeti adottságoktól és az épület körüli áramlási feltételektől. A külső fal mentén és a helyiségben fellépő koncentráció eloszlás tényezőit az alábbi 10. ábra tartalmazza. Zárt égésterű készüléket első ízben az 1970-ben vizsgált a Gáztechnikai Kutató- és Vizsgáló Állomás. Az eredményekből nem volt eldönthető, hogy a vizsgált helyiségek légterének szennyeződése a készülék miatt következett-e be. Az 1980-as években újabb vizsgálatokat végeztek a belső környezet levegőminőségének vizsgálatára, de e mérésekből nem volt egyértelműen kimutatható, hogy a mért szennyeződéseket csak a gázkészülékek okozzák.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

22.

10. ábra Az égéstermék-eloszlást befolyásoló tényezők Az egyértelmű következtetések levonásához további tényezők ismerete lett volna szükséges, mint a készülék működési jellemzői, a környező levegő szennyezettségi szintje, illetve a meteorológiai feltételek egyidejű vizsgálata. 1989-ben összefoglaló elemzés készült a témában, de az ezek alátámasztásához szükséges vizsgálatok és kutatások költségességük miatt elmaradtak. Egy 1992-es MÁFKI méréssorozat eredményeként megállapították, hogy a készülékeket eltérő terhelésen üzemeltetve, kisebb fokozaton a metán és a szénmonoxid koncentráció a keletkező égéstermékben a tökéletlen égés miatt nagyobb. A külföldi szakma is erőteljesen vizsgálta ezt a kérdést. 1976-ban a karlsruhei egyetemen végzett mérések a következő eredményeket hozták. A kiáramlásnál a vékony égéstermék sugár a kedvező, mivel így a környezettel gyors keveredés jöhet létre. Az égéstermék elvezető csőnek ki kell állnia a külső fal felületéből, hogy az égéstermék-sugár teljes egészében érintkezésbe kerülhessen a környezetével. A német GWI Intézet által végzett mérések a következő következtetéseket adták. Az égéstermék kilépés közvetlen környezete kihat az égéstermék eloszlásra, ezért a szélvédett helyeket el kell kerülni. A füstgáz-ventilátoros készülékeknél akár húszszor kisebb koncentráció értéket is el lehet érni a külső fal síkjában. A felhígulás alig érezhető mértékben függött a fő széliránytól. A holland VEG Intézet 1984-ben végzett mérései azt a megállapítást tették, hogy ventilátor nélküli készülékek esetén védőtávolság előírások szükségesek az égéstermék kivezetés és a környező nyílászárók, szellőzők között. A ventilátoros készülékek esetén ilyen előírások nem szükségesek. A témában még a következő eredmények születtek. A természetes égéstermék eltávolítású készülék esetén az égéstermék olyan kis sebességgel lép ki a fali szerelvényből (0,2-0,5 m/s), mely esetén a termikus felhajtóerő hatására (szélcsendben) az épület falához tapad és ott egy égéstermék filmet képez. Mindezekkel együtt a kiáramlásnál maximálisan 15 cm-rel távolodik el az épület falsíkjától. Ha a nyílászárók nem zárnak tömören, az égéstermék bejuthat a lakásba. Ettől sokkal jobb paraméterekkel rendelkezik a ventilátoros égéstermék OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

23. eltávolítású készülék. Az égéstermék a falon nagy sebességgel jut ki. Az 1990-es évek elején mérések is készültek vizsgálatukkal kapcsolatban. A mérések eredménye, hogy ezekből a készülékekből viszonylag nagy sebességgel kilépő égéstermék (kb. 5-9 m/s) a faltól minimum 40-50 cm távolságban áramlik felfelé, miközben felhígul. A fal mellett égéstermék film nem alakul ki, így az égéstermék még tömörtelen nyílászárókon sem tud a helyiségbe visszaáramlani. Mindezek alapján a szerző felhívta a figyelmet, hogy a készülék által igényelt védőtávolságok nem csak a készülék fajtáitól, hanem a készülék hőterhelésétől és a kiáramlott égéstermék hőmérsékletétől is függnek. A lakóhelyiségek égéstermék szennyezésénél nem csak a készüléket, hanem a rendszer többi tagját is vizsgálni kell (nyílászáró, szellőzés, légtér, készülék állapota, beszabályozottsága, stb.). [6-1993-NGK/419-436: Rajner J.] [3-1994-8/345-349: Rajner J.] [4-1999-8/21-24: Pataki E.] [4-1999-3/35-37: Pataki E.] [6-1999-NGK/139-147: Pataki E.] Az 1990-es évek elején tömegével jelentek meg hazánkban a korszerű, energiatakarékos gáztüzelő berendezések. Nagy hányaduknál azonban jelentősen eltértek az égési-levegő ellátás és az égéstermék elvezetés követelményei a hagyományos gravitációs égéstermék elvezetéssel rendelkező készülékekétől. Jelentős eltérés volt tapasztalható az igen kis égéstermék hőmérséklet esetén is (40-50°C). Sajnos úgy kezdtek elterjedni ezek a készülékek az országban, hogy a hozzájuk biztonságosan alkalmazható égéstermék-elvezető rendszerek még a piacon sem voltak. Az égéstermék elvezető rendszerek üzembe helyezés alatti eljárását, valamint tisztítását és ellenőrzését a 27/1996.(X.30.) BM rendelet szabályozza. A rendelet az ellenőrzést, szakvéleményezést, majd üzem közbeni ellenőrzését és tisztítását a kéményseprő szolgáltatók hatáskörébe rendeli. Sajnos a 2000-ben életbe lépett harmonizált EN szabvány (MSZ EN 1443: 2000 Égéstermék elvezető berendezések. Általános követelmények.) sem hozta meg a várva várt áttörést, csak általános előírásokat tartalmazott, a részletes szabályozás igényével szemben. [4-2001-5/5-6: Dési A.] Látható, hogy az égéstermék elvezetés kérdései, még nem teljesen kiforrottak a hazai szakmában. Mindezt alátámasztja a következő cikk, mely a kéménykeresztmetszet helyes megválasztásának energiatakarékossági kérdéseit vizsgálja. A kérdés úgy merül fel, hogy okoz-e problémát a kémény túlméretezése azon kívül, hogy létesítési költsége nagyobb? A vizsgálat a szükségesnél nagyobb kéménykeresztmetszet hatásait mutatja be atmoszférikus égőjű berendezések áramlásbiztosítóján beáramló levegőre. Akkor, ha a készüléket fűtött térben helyezik el, a kéményen távozó többlet levegőmennyiség energiaveszteséget okoz. A kérdés, hogy mennyire jelentős ez a veszteség? A kémény keresztmetszetét úgy kell OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

24. megválasztani, hogy az üzeme közben előforduló legszélsőségesebb viszonyok mellett is biztonságosan üzemeljen. A legkritikusabb tényező a legmagasabb külső hőmérséklet, amikor is a legkisebb a huzat. A számítások során a szerző azt a legkisebb átmérőt kereste meg, mely mellett még legalább 30% levegő képes a deflektoron beáramlani. A tapasztalat szerint ekkora mennyiségű hígító levegő biztosítja, hogy induláskor nem lesz tartós égéstermék visszaáramlás. Az eredményekből levonható volt az a következtetés, hogy a kéménykeresztmetszet helyes megválasztásával a megtakarítások akár a teljes téli fűtési költség 3-5%-át is elérhetik. A megtakarítás a nagyobb magasságoknál érhető el, hiszen ott arányosan nagyobb a kialakuló huzat értéke. Különösen ezekben az esetekben fontos a kémény keresztmetszetének a méretezés alapján biztonságtechnikailag megengedhető alsó határához közeli választás. Az eredmények tekintetében megvizsgálható a kémény keresztmetszetének szűkítési lehetősége. A szakmában elfogadott szabály, hogy a kémény keresztmetszetét nem szabad szűkíteni. Azonban az OÉSZ már nincs érvényben, azt 1997-ben az OTÉK váltotta fel. Ennek 74.§-a viszont a tervező felelősségévé teszi az égéstermék elvezető rendszer méretezését. Az MSZ-04-82/1-82 szabvány is az égéstermék elvezető rendszerekkel foglalkozik, de ez az előírás sem tiltja a szűkítést, csupán a hirtelen keresztmetszet csökkentést nem engedi meg. Összefoglalva kiderül, hogy az egyedi kéményekre nincs jelenleg olyan hazai előírás, mely a keresztmetszet szűkítését megtiltaná. Az alkalmazható minimális keresztmetszetre az MSZ-04-82/2-85 szabvány egy a szakmában ismert, empirikus közelítő összefüggést ajánl (a tényezőket nem részletezem):

A =a⋅

c ⋅ (b − h k ) + τ ⋅ Q N b⋅c + hk

[cm 2 ]

(2.2.3-1)

Mivel ez a közelítő összefüggés nem fizikai összefüggéseken alapul, a kémény keresztmetszetét befolyásoló paraméterek közül többet figyelmen kívül hagy. Nem veszi figyelembe az égési levegő kazánházba való belépési ellenállását, a füstcső bekötés kialakítását és ellenállását. 2002-ben és 2003-ban a hazai szabványosítási folyamat eredményeképpen bevezetésre kerültek az MSZ EN 13384-1: 2002 és az MSZ EN 13384-2: 2003 harmonizált szabványok immár magyar nyelven is. A szabványok az égéstermékelvezető berendezések hő- és áramlástechnikai méretezését tárgyalják egy, illetve több tüzelőberendezés esetén. Mindezek a magyar szakirodalomban már évtizedek óta publikált iterációs méretezési eljárásokat tartalmazzák, a múltba kényszerítve ezzel a kevésbé megbízható empirikus számítási eljárásokat. Az iterációs körök miatt a kézi számítás elvégezhető ugyan, de nagyon időigényes. Mindezen problémára kínál megoldást a már évek óta alkalmazott CHM-BAU néven ismert magyar fejlesztésű kéményméretező program, mely fizikai alapja áll talán a legközelebb a szabványok szellemiségéhez. A szabvány kiemelt figyelmet fordít az égéstermék elevezető berendezések kitorkollásának helyzetére. Az ismert hazai műszaki szabályozások (MSZ-04-82/1-85) a kitorkollás OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

25. helyzetére és magasságára vonatkozó feltételekben többnyire elégségesek voltak a kétpont szabályozású, viszonylag magas égéstermék hőmérséklettel és tömegárammal rendelkező tüzelőberendezések esetén. A szabvány a következőképpen értelmezi a kitorkollást: 11. ábra.

11. ábra A kéménykúp értelmezése A harmonizált szabványban mintegy fő mértezési kritériumként lépett be a SZÉLNYOMÁS. Mivel a szél minden esetben negatívan befolyásolja az égéstermék elvezetést, ez elsősorban a kitorkollásnál nyilvánul meg. A szélnyomás egyaránt hat mind a huzat vagy szívás hatása alatt álló, mind pedig a túlnyomásos égéstermék elvezető berendezésre. Magyarországon a 25 Pa szélnyomás jellemzően városi övezetekben, illetve függőlegesen tagolt helyeken jelentkezik. A szabvány szerinti 40 Pa-t csak sík területeken, és erős szélnek kitett (80 km/ó) hegyes, völgyes részeken kell alkalmazni. A méretezéskor a szélnyomás szempontjából kedvezőtlen kialakításúnak kell tekinteni az égéstermék elvezető berendezést, ha a tetőgerinc feletti kiemelkedése kevesebb, mint 0,4 m. Az égéstermék elvezető berendezés kitorkollásánál akkor kell feltételezni, hogy a szomszédos épületek befolyásolják a működését, ha a kitorkollás vízszintes távolsága a szomszédos épülettől kisebb, mint 15 m, illetve, ha a kitorkollástól nézve vízszintesen 30°-nál nagyobb szög alatt látszik. [4-2001-2/23-26: Baumann M.] [4-2004-4/28: Meszléry C.] [4-2004-7/31: Meszléry C.] [1-2004/2005-127/39-41: Kocsis A.] Hasonló problémákat mutat a C típusú zárt égésterű készülékek égéstermék elvezetésének szabályozása is. Az utóbbi két évtizedben számos rendelet, szabályzat született e témakörben. A rendelet semelyike sem engedélyezte közvetlenül az ilyen készülékek beépítését (itt OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

26. elsősorban a külső fali készülékeket kell érteni, hiszen ezek voltak elérhetők). A beépítésükre csak akkor volt lehetőség, amennyiben egyéb okok lehetetlenné tették a kéményes égéstermék elvezetést. Jelenleg a 45/1997. és 46/1997. számú KTM rendeletek szabályozzák a homlokzati égéstermék elvezetés kérdéseit. Az égéstermék kivezetésre vonatkozó engedélyt az önkormányzat építési osztálya állítja ki. Egyes meghatározott esetekben ezen túlmenően az ÁNTSZ véleményét is ki kell kérni. A 253/1997.(XII.20.) Kormány rendelet előírja, hogy csak akkor létesíthető homlokzati égéstermék kivezetés, ha a helyiséghez egy kémény tartozik és azt tartalékfűtés céljára kell fenntartani. [4-1998-12/23-25: Pataki E.] Az energiatakarékosság és a levegőtisztaság-védelem kérdése a gáztüzelő-berendezések vonatkoztatásában is szorosan összefügg egymással. A jó hatásfokkal üzemeltethető készülékek mind szélesebb alkalmazása mondhatni látványosan oldja meg ezeket a kérdéseket. Vegyük figyelembe, hogy valóban csökkennek a kibocsátott légszennyezők, kevesebb energiát fogyasztunk, de ez még mindig nem elegendő, ha globálisan vizsgáljuk a helyzetet. Ekkor, ugyanis figyelembe kell vennünk a meglévő készülékállomány állapotát is, beleértve az égéstermék elvezető rendszereket is. A kép sajnos nem felhőtlen. A mesterséges égéstermék elvezetéssel rendelkező gázkészülékek elterjedésével egyetemben többször hangoztatták, hogy ezekben a készülékekben tökéletes az égés, szennyező anyag nem keletkezik, és az égéstermék elvezető berendezést nem károsítja az égéstermék. Mindezek ellenére a gyakorlat azt bizonyítja, hogy a legkorszerűbb gázkészülékek esetében sem nélkülözhető az égéstermék útvonalának teljes körű, rendszeres ellenőrzése és tisztítása. Az optimális égés és a biztonságos működés akkor biztosítható, ha megfelelő mennyiségű az égési levegő bevezetése, biztosított a készüléken belüli áramlási ellenállás legyőzése, valamint biztosított az égéstermék biztonságos, maradéktalan kivezetése a szabadba. Az ezekhez szükséges energiát vagy a termikus felhajtóerő, vagy ventilátor szolgálhatja. Amennyiben a ventilátort a hőcserélő előtt helyezzük el, akkor a ventilátor biztosítja az égési levegő egy részének vagy teljes egészének a tűztérbe vezetését. Amennyiben a keletkezett égésterméket a termikus felhajtóerő szállítja el, akkor a rendszer depresszió hatása alatt áll. Ekkor a készülék égéstermék-csonkjánál a huzat legalább olyan mértékű kell, hogy legyen, mint amekkora a készülék huzatigénye (ellenállása). Ezt meghaladó mértékű depresszió szükséges akkor, ha az égési levegő bevezetése is a termikus felhajtóerő feladatára van bízva. Fokozottan ügyelni kell a nyomásviszonyok helyességére, hiszen egy depressziós üzemre tervezett elemben üzemzavar esetén túlnyomás is keletkezhet, mely esetén az elemnek nem szabad az égésterméket az ekkor már kisebb légnyomású helyiségbe engednie. Amennyiben a hőcserélő mögött helyezkedik el a ventilátor, beszélhetünk nyitott, vagy zárt tűzterű készülékről. A beépített ventilátor biztosítja minden esetben az égési levegő bejuttatását, a készülék- és az égéstermék elvezető berendezés ellenállásának legyőzését is. OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

27. Zárt égésterű készülékek esetén (külsőfali kivezetéssel), a ventilátor nélküli kivitel is elegendő biztonsággal elvezeti a keletkezett égésterméket, hiszen a füstgáz kb. 1800C-os hőmérséklete biztosítja az elegendő termikus felhajtóerőt a csekély mértékű áramlási ellenállások legyőzéséhez. Az égéstermék útvonal ellenőrzése az alábbi munkafolyamatokban történik: - A készülék üzemképességének és az összekötőelemek állapotának a vizsgálata; - Üzemeltetés a helyiség zárt állapotú nyílászárói mellett; - Ventilátorok bekapcsolása és a reteszfeltételek ellenőrzése; - Szellőztető-berendezések ellenőrzése (szellőzőnyílások, légcsatornák, stb.) - Készülék és az égéstermék elvezető függőleges szakasza közötti szakasz ellenőrzése; - Tűztér és égéstermék járatok vizsgálata, ellenőrzése; - Készülék üzembe helyezési nehézségei; - Égéstermék elzáró szerkezet vizsgálata; - Égéstermék elvezetés vizsgálata a tüzelőberendezésen, a telepítés helyiségében: (páralemez, vagy égéstermék-jelző műszer alkalmazásával, O2 tartalom mérésével); - Az égési folyamat ellenőrzése: a lángkép szemrevételezésével (a normális lángképtől való eltérés oka lehet az égő elszennyeződése, égéstermék visszaáramlás a tűztérbe, hőcserélő elszennyeződése, tökéletlen gáz-levegő keveredés, stb.), valamint a hígítatlan égéstermék CO- tartalmának mérésével (maximum 1000 ppm lehet); - A biztonsági berendezések ellenőrzése; - A helyiségben lévő összes gázkészülék egyidejű üzeme mellett kialakuló üzemviszonyok ellenőrzése; - Egyéb jellemzők figyelemmel kísérése (égési levegő hőmérséklete, égéstermék hőmérséklete, korom, lerakódás, stb.); - Eredeti üzemállapot helyreállítása és jegyzőkönyv készítése. 2003 augusztusában a tervezők és kivitelezők számára mindössze az 1985-ben korszerűsített MSZ 04-82/85 szabvány, a 2002-től hatályba lépett MSZ EN 1443 (főként osztályozást taglaló) szabvány, ajánlott szabványok és a MÉgKSz által készített Műszaki Szabályozás állt rendelkezésre. Ha összehasonlítjuk a szilárd tüzelés égéstermékét a földgáztüzelés égéstermékével, jelentős különbséget tapasztalunk: - a földgáz égésterméke a széndioxid mellett rendkívül sok vízgőzt is tartalmaz; - kevesebb égéstermék keletkezik (kisebb kéménykeresztmetszet kell); - a kisebb mennyiséget nagy keresztmetszet hűti (kondenzálódás); - a kondenzátum savas kémhatású; - a kátrány- és koromlerakódást a kondenzátum bemossa a kémény falazatába. Jelenleg a gáztüzelést választó lakosság több, mint 95%-a ún. atmoszférikus, nyitott égésterű (jellemzően huzatmegszakítós) készüléket üzemeltet, mely közvetlen kapcsolatban áll a felállítás helyiségével. A berendezések kötelező biztonságtechnikai felülvizsgálata már nem OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

28. kötelező, így gyakran adódnak elhanyagolt készülékek. Sok esetben a problémát a készülék hőcserélőjének elszennyeződése okozza (ilyenkor a huzatmegszakítónál nem is érzékelhető az égéstermék visszaáramlása!). További probléma a túlzottan alulterhelt tüzelőberendezés is. Az égéstermék hőmérséklete olyan kicsi is lehet, hogy nem keletkezik elegendő felhajtóerő az égéstermék elszállításához. Gyakran lehet találkozni a füstcső elemek túlzott mértékű szűkítésével is. A legnagyobb problémát azonban az égéshez szükséges levegő utánpótlása okozza. További problémák adódnak akkor, ha megvizsgáljuk a több készülék bekötésére is alkalmas gyűjtőkéményeket. Ezek az un. Termofor kényének eredetileg szilárd tüzelésre lettek kifejlesztve. A gáztüzelésre való átálláskor sajnos nem vették figyelembe a szakemberek, hogy másként alakulnak a huzatviszonyok eltérő sűrűségű- és hőmérsékletű füstgázok esetében. A kérdés megoldására a BME Épületgépészeti Tanszéke elméleti és gyakorlati vizsgálatokat végzett. Végeredményként megállapítható volt, hogy a termofor-gázkészülék rendszerek működése a szerint stabil vagy instabil, hogy a KTK jelenség (keresztmetszettömegáram- környezeti hatások) arányai miképp alakulnak. A vizsgálatok során, ha a környezet huzatnövelő hatása működött, akkor a rosszul épített kémény is üzemelt. Nem volt közömbös a készülék szakaszos/folyamatos üzemének és teljesítményének kérdése sem. Három-négy szintig működőképes rendszereket is találtak, e felett már a környezeti hatástól függetlenül is problémásak voltak. Mivel a lakosság általában nem foglalkozik saját életbiztonságával (nem ellenőrizteti a készülékeket, kéményeket), az egyetlen járható út csak a mesterséges áramlás megvalósítása lehet ezeknél a kéményeknél. Ilyen megoldás a Proschorn eljárás, melynél a termofor kémény adottságai alapján (keresztmetszet, hossz, készülékek) kell kiválasztani a megfelelő elszívóegységet (ventilátor). Ekkor a szintszám nem korlátozott. A megoldásnál az áramköröket (az eltérő ellenállás miatt) be kell szabályozni (csappantyú), illetőleg a ventilátor leállásakor valamilyen biztonsági feltételt kell közbeiktatni (pl. reteszfeltétel a gázberendezésnél). Ha ez elmarad, akkor még mindig ott kínálkozik biztonsági megoldásnak a korszerű gázkészülékekbe már gyárilag beépített visszaáramlás elleni védelem. A Chappon módszer csak annyiban tér el az előzőtől, hogy nem ventilátor, hanem injektoros levegősugár hozza létre a mesterséges áramlást. Ez legfeljebb 4-5 szintig és 10 becsatlakozásig ajánlott. A kéménykürtő utólagos javításához a műanyag-kompozit bélelés alapú Furán-flex módszer is kínálkozik. [4-1992-4/5-7: Kocsis A.] [1-2001/2002-73/63-66: Kocsis A.] [4-2003-8/6-10: Kocsis A.] [4-2004-2/12-14: Meszléry C.]

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

29. Hazánkban évtizedek óta a GOMBSZ, azaz (1/1977.(IV.16.) NIM sz. rendelet 2. melléklete a Gáz- és Olajipari Műszaki Biztonsági Szabályzat, előírásait veszik alapul a szakemberek a gázüzemű készülékek elhelyezését illetően. Bár az 1994-es gázszolgáltatási törvény és 1997-es módosítása is elkészült, de ennek mellékleteként a GOMBSZ nem újult meg, tehát maradtak a jól bevált, de régen elavult előírások. A számítási módszer a fajlagos légtérterhelés értékéhez kötötte a légpótlás meglétének ellenőrzését és a készülékek beépíthetőségét. Értéke az azonos osztályba tartozó készülékek (A és B) hőterhelésének egyidejűségi tényezővel való súlyozásából és a helyiség térfogatának hányadosából volt meghatározható. A szabályozás feltehetően azon elv alapján született, hogy az előírt helyiségtérfogatban lévő levegő egy ideig fedezni tudja a gázkészülék levegőigényét. A levegő utánpótlást a nyílászárók tömítetlenségein beáramló levegőre bízta (1,3 m2 ablakfelület követelmény). A fajlagos légtérterhelés módszerével ma már nem tervezhető meg biztonságosan a helyiségek légellátása, helyette új módszer kidolgozása vált szükségessé, hiszen a korszerű nyílászárók légáteresztése gyakorlatilag zérusnak tekinthető. Ennek a lényege, hogy először meg kell határozni a szellőzőlevegő-térfogatáramát a gázkészülékből a helyiségbe jutó égéstermék alkotók és károsanyagok egészségre veszélyes koncentrációjából, illetve az égési levegő szükséglet és az áramlásbiztosítón át a szabadba távozó levegő térfogatáram alapján. Második lépéskén, a már ismert szükséges szellőzőlevegő-térfogatáram alapján meg kell tervezni a levegő bevezető és elvezető elemeket. Tehát a helyiség levegő utánpótlása, az égési levegő ellátása, maga a készülék, majd az égéstermék elvezetése csak együttesen a rendszer egyes elemeinek összefüggésében, kölcsönös egymásra hatásában vizsgálható. Nagy hangsúlyt kell fektetnünk a kérdésre, mivel viszonylag nagy levegőáramokról van szó, a tökéletlen égési folyamat súlyos balesetek okozója lehet, a gázüzemű készülékek használata széleskörű és a lakásállomány szerkezete (kis alapterületek – készülék elhelyezhetősége) is egyaránt a kérdés fontosságát támasztja alá. A GOMBSZ 75.§-a rendelkezett a levegőellátásról. E szerint gondoskodni kellett az égési levegő bejuttatásáról, valamint a huzatmegszakítón távozó helyiséglevegő pótlásáról kéménybe kötött gázfogyasztó készülékek esetén. Kéménybe kötött készülékek esetén ügyelni kell a készülék helyiségének nyomásviszonyaira is. E szerint kéményes és égéstermék elvezetés nélküli készülékek együttes alkalmazásánál csak kiegyenlített vagy túlnyomásos szellőzés alkalmazható. Csak kéménybe kötött gázfogyasztó készülékek esetén (illetve, ha a létesítményben túlnyomásos üzemű készülék is van) csak túlnyomásos szellőzés alkalmazható. Kéménybe nem kötött gázkészülékek esetén olyan légcseréről kell gondoskodni, mely a használat során keletkező szennyező anyagok koncentrációit az egészségügyi követelményeknek megfelelően korlátozza. 58 kW egység és 116 kW összteljesítményt meg nem haladó készülékeknél a légcsere meghatározása helyett a fajlagos légtérterhelés módszerét írta elő a GOMBSZ a levegőellátás ellenőrzésére. Lényege, hogy a helyiségben a fajlagos légtérterhelés egy előírt értéket nem haladhat meg. A módszer feltételezi, hogy a helyiség térfogata és a nyílászárók résein bejutó levegőmennyiség fedezi az OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

30. égési levegőt és a helyiségből az áramlásbiztosítón távozó levegő mennyiségét. Sajnos ez a ami korszerű nyílászárók esetén már nem helytálló! Ha megvizsgáljuk, hogy a GOMBSZ előírás szerinti módszer esetén mekkora levegőmennyiség jut be a helyiségbe a nyílászárók résein keresztül, valamint kiszámítjuk a készülék szellőző-levegő igényét, láthatjuk a módszer hiányosságát. A gázkészülék égéselméleti számításaiból kiindulva azt tapasztaljuk, hogy mintegy 18-20 (m3 szellőző levegő)/(m3 eltüzelt földgáz) levegőmennyiségre van szükség. Mivel a készülékek nem folyamatos üzeműek, ezért ennek a levegőmennyiségnek ténylegesen csak a töredéke jelentkezik. Ennek ellenére még így is jelentős értéknek mondható a nyílászáró résein bejutó levegőáramhoz képest. Általánosságban elmondható, hogy a kis légzárású ablakok 10 Pa nyomáskülönbség esetén még biztosítani tudják a szükséges szellőzőlevegő mennyiség bejuttatását, de a közepes és nagy légzárású ablakokon a belépő szellőző levegőáram messze elmarad a szükséges értéktől! A megoldás csak az lehet, ha minden egyes helyiségnél külön-külön megtervezzük a szellőző levegő térfogatáramát, és ezt biztosítjuk is. -

Az „A” típusú, nyílt égésterű készülékek esetén biztosítani kell, hogy az égéstermék egyes alkotóinak koncentrációja (nitrogén, széndioxid, oxigén, vízgőz, nemesgázok) ne nőjön az egészségre káros érték felé. Az égéstermékben lehet szénmonoxid és el nem égett szénhidrogének is, mint a nem tökéletes égés eredménye; valamint nitrogénoxidok is az égési levegő nitrogéntartalmának káros reakcióiból. A káros anyagok közül a szénmonoxid tekinthető a legveszélyesebbnek. Mindezt az a mérés is alátámasztja mely szerint, ha a gázkészülék üzeme során az égéstermék nem távozik el a helyiségből, és emiatt a helyiséglevegő széndioxid koncentrációja megnő, akkor a gázkészülék szénmonoxid termelése ugrásszerűen megemelkedik (12. ábra).

12. ábra A gázkészülék CO termelése a helyiséglevegő CO2 koncentrációjának növekedésekor OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

31. A GOMBSZ az égéstermék CO tartalmát (száraz elméleti égéstermékre vonatkoztatva) a következőkben határozta meg: - égéstermék elvezetés nélküli készüléknél névleges terhelésen legfeljebb 0,05 tf%, csökkentett és határterhelésen legfeljebb 0,1 tf%. - égéstermék elvezetéssel rendelkező készüléknél minden üzemállapotban (csökkentett-, névleges- és határterhelésen, valamint torlódás és visszaáramlás esetén is) maximum 0,1 tf% lehet. Nyílt égésterű készülékeknél a szellőzőlevegő térfogatáram meghatározható a koncentráció változások modelljéből (jelen esetben a CO2 koncentrációra felírva): & V szell =

1 & ⋅ (1 − e − nτ ) ⋅K k helyis −k külső

(2.2.3-2)

& & K gáz = CO 2 max ⋅ Vét , elm ⋅ Vgáz

(2.2.3-3)

& & K ember = n ⋅ K E

(2.2.3-4)

ahol: K - a fejlődő szennyezőanyag áram, mely két részből tevődik össze; k - a szennyezőanyag koncentráció; Vét,elm - elméleti égéstermék térfogat; Vgáz - a készülék gázterhelése. A helyiségben kialakuló koncentrációváltozást befolyásolja a létrejött károsanyag kibocsátás (készülékből és a helyiségben tartózkodóktól származik), a szellőzőlevegő térfogatárama és a külső tér szennyezőanyag koncentrációja. A modell a mai számítástechnikai eszközökkel egyszerűen alkalmazható a gázkészülékek elhelyezési feltételeinek ellenőrzésére. A módszer lényege, hogy ismerve a készülék várható károsanyag kibocsátását, szakaszos üzemének időtartalmát, a helyiségben megengedett károsanyag koncentrációt és ezek függvényében meghatározzuk a szükséges szellőzőlevegő térfogatáramot. A kapott eredmény ismeretében a nyílászáró légáteresztése számítható, illetve a szükséges légbevezetők méretezhetők. A fentiek alátámasztására a Kamleitner Kft. végzett méréseket egy panellakás konyhájában. A legfőbb gondot az egyoldalú energia-megtakarítási programok jelentik, miszerint a nyílászárókat és falakat megpróbáljuk tökéletesen tömörré tenni, de közben nem foglalkozunk a belső flóra, fauna és emberek szellőztetési igényeivel. További probléma, hogy a piacon megvásárolgató elszívóernyők felszereléséről a lakosságnak hiányosak az információi, hiszen a ventilátor csak akkor szellőztet, ha van légutánpótlás. Visszatérve a méréssorozathoz elmondhatjuk, hogy a gáztűzhelyek egyrészt elhasználják a belső tér oxigéntartalmát, -miközben a nem távozó égéstermék szén-dioxid tartalma szénmonoxid mérgezéshez vezethet-, másrészt az égés során keletkező hő, pára, nitrogénoxidok és egyéb szennyezők rontják a komfortot és az épület állagát. A méréseknél a OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

32. következő eredmények adódtak: egy 3 kW-os közepes méretű lángnál kb. 5 m3/h hígítatlan égéstermék keletkezik kb. 1000°C hőmérsékleten, és az égőnél kb. 1,5 m/s-os sebessége van. Az égéstermék CO2 tartalma kb. 7 tf%. Az edény szélénél a következő paraméterek mérhetők: 160°C, 0,5 m/s, 6 m3/h. Fejmagasságban a paraméterek: 45°C, 0,8 m/s, 30 m3/h. A mennyezet alatt a hőmérséklet nem, az áramlási sebesség és az égéstermék mennyisége kb. 40%-al emelkedik az előző állapothoz képest. Az égőteljesítmény növekedésével nem arányos a paraméterek változása. A sebességek és a hőmérséklet szinte nem változnak. A mennyiségek valamennyi láng együttes használatakor sem haladják meg az 50 – 60 m3/h értéket a mennyezet alatt. Érdekes, hogy az égéstermék már 5 perc elteltével megjelenik fejmagasságban, de a tűzhely égősíkjában csak 30 perc múlva érezhető. Mindezekből következik, hogy legalább 30 – 50 m3/h hígított égéstermék elszállításáról, és ezzel megegyező mennyiségű friss levegő utánpótlásáról kell gondoskodni. Gravitációs szellőztető rendszerek esetén 400 – 600 cm2 szabad felület létrehozása lenne szükséges. Ezt általában nem megoldható. Ha kürtőt építünk (kb. 6-8 Pa nyomáskülönbség), két-három fali légbevezető elemmel elegendő a friss levegő utánpótlást kaphatunk. Az elszívó ventilátoroknak a gázégő üzemére nézve nincs semmilyen káros hatásuk, hiszen ezek legfeljebb 200-300 Pa nyomáskülönbséget képesek létrehozni, ami a gázégő üzemét nem befolyásolja (az égő csatlakozási nyomása 2500 Pa). A „B” típusú készülékek esetén nem csak az égéshez szükséges levegőt kell a készülékbe vezetni, hanem az áramlásbiztosítón távozó helyiséglevegőt is pótolni kell. Tehát a bejuttatandó levegőmennyiség a kettő összegéből áll elő. A számításhoz az égési egyenletek segítségével, a gázösszetétel ismeretében meghatározható az elméleti égéstermék mennyiség, valamint a légellátási tényező és a névleges gázterhelés segítségével számítható az égéstermék tömegáram. Az égési levegő térfogatárama a mai korszerű kéményméterezési eljárások részeredményeinek segítségével könnyen meghatározható. & Q h & V ⋅ 3600 égésilev = λ ⋅ Vlevelm ⋅ Ha

[m 3 /h]

(2.2.3-5)

ahol λ Vlevelm Qh Ha

- a légfelesleg tényező (1,4 – 1,5 atmoszférikus üzemű gázkészülékeknél); - elméleti levegőmennyiség (H földgáznál kb. 9,5 m3/m3); - a gázkészülék hőterhelése [kW]; - a gáz fűtőértéke (kb. 34000 kJ/m3) [kJ/m3].

Az áramlásbiztosítón keresztül távozó helyiséglevegő térfogatárama csak a kéményméretezéssel együtt határozható meg, mivel a kémény munkapontjából adódik. A

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

33. gyakorlat szerint az áramlásbiztosítóba belépő helyiség levegőáram legalább a hígítatlan égéstermék-térfogatáram 30%-a legyen, azaz & Q h & V = 0,3 ⋅ [V + (λ − 1) ⋅ V ] ⋅ ⋅ 3600 hígítólev ételm levelm Ha

[m 3 /h]

(2.2.3-6)

ahol Vét,elm

- az elméleti (λ=1-hez tartozó) égéstermék mennyiség (H fg. kb. 8,5 m3) [m3/m3]

A készülék üzemének és környezetének kapcsolatát szemlélteti a 13. ábra.

13. ábra Készülék és környezetének kapcsolata Természetes szellőzés esetén a szükséges nyomáskülönbség az áramkörben megjelenő áramlási ellenállások összegével egyenlő, mint a szellőzőlevegő bevezető elem-, az áramlásbiztosító-, a füstcső-, és a függőleges kéményjárat ellenállása:

∆p = g ⋅ H ⋅ (ρ lev − ρ ét ,híg ) = E bev + E árbizt + E füstcső + E kémény [Pa]

(2.2.3-7)

A füstcső és a járat áramlási ellenállása az ismert összefüggéssel számítható:

E = (λ ⋅

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

ρ kev ,köz 2 l + Σζ ) ⋅ ⋅ v kev ,köz d 2

[Pa]

(2.2.3-8)

34. Az áramlásbiztosító miatt a készülék ellenállásával nem kell számolni. A kialakuló munkapont meghatározása csak iterációval oldható meg, mivel az áramlásbiztosítóba lépő hígító levegő mennyiségének növekedésével a keverék hőmérséklete csökken, a sűrűsége pedig nő, ezért a huzat kisebb lesz. A nagyobb hígított égéstermék tömegáram miatt az áramlási ellenállás is nagyobb lesz. A tervezés során tehát a feladat az, hogy az égéstermék elvezető berendezés hatásos magasságát úgy határozzuk meg, hogy a szellőző levegő és a hígított égéstermék az útjában lévő ellenállásokat legyőzze, és megfelelő biztonsággal a szükséges levegő és keverék tömegáramok alakuljanak ki. Az MSZ EN 13384-1 szabvány a következő nyomásfeltétel teljesülését írja elő: PZ = PH − PR − PL ≥ PW + PFV + PB = PZE és PZ ≥ PB [Pa] ahol PZ PH PR PL PW PFV PB PZE

[Pa]

(2.2.3-9) (2.2.3-10)

- a kémény függőleges szakaszának égéstermék belépési pontján fellépő huzat [Pa]; - a külső levegő és az égéstermék sűrűség különbségéből fellépő huzat [Pa]; - az égéstermék elvezető rendszer függőleges szakaszának áramlási ellenállása [Pa]; - a szélnyomás [Pa]; - a tüzelőberendezés üzeméhez szükséges legkisebb nyomáskülönbség [Pa]; - az összekötő elem (füstcső) áramlási ellenállása [Pa]; - a szellőző levegő helyiségbe való bevezetéséhez szükséges nyomáskülönbség [Pa]; - a kémény függőleges szakaszának bevezetési pontján szükséges huzat [Pa].

A kémény huzata révén a helyiségben létrehozott szívás az időjárás, a külső hőmérséklet és a szélnyomás függvényében változik. A méretezéskor a feltételeket mindig a legkedvezőtlenebbre kell választani. Elvégezve a bejutó levegő térfogatáram számításokat egy 1,44 m2 felületű nyílászáróra, és a helyiségben elhelyezett 27 kW teljesítményű készülékre azt kapjuk, hogy a legalább közepes légzárású ekkora felületű ablakon a készülék üzeméhez szükséges levegő térfogatáram reálisan nem juthat be. A korszerű nagy légzárású nyílászárókon pedig, csak ennek töredéke juthat be. A helyes megoldásnak csak a szellőzőlevegő bevezető elem beépítése tűnhet. A legtöbb esetben sok tényező együttesen befolyásolja a készülék pillanatnyi hőterhelésének megfelelő felhajtóerőt, ami biztosítja az égéstermék elvezetését és a szükséges égési levegő helyiségbe juttatását. Általában a következő problémák adódhatnak: - A kémény huzata kisebb annál, ami a gázkészülék rendeltetésszerű üzemeltetéséhez szükséges, mert nincs a kémény méretezve (keresztmetszet, magasság), a kéményfejnél kedvezőtlen szél- és nyomásviszonyok alakulnak ki, belső tényezők (ventilációs elszívás az üzemelés helyiségéből) zavarják a kémény üzemét, stb.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

35. -

Nagy teljesítményű ventilátoros elszívás esetén olyan gyorsan fordul meg az áramlás iránya a kéményben, hogy a gázkazán égéstermék-visszaáramlás elleni védelme „meg sem szólal”, hiszen a kezdeti hirtelen, rövid ideig tartó hőmérséklet-emelkedés után folyamatos hűtést kap a külső levegő által. - A gázkészülék és a kémény nem illesztett, mert nem a tervezett készüléket építették be, szakszerűtlenül helyezték üzembe, a készülék hőcserélője elpiszkolódott, stb. - Amennyiben a szükségesnél nagyobb készülék kerül beépítésre, az gyakran kapcsol ki és be, és nincs idő ekkor a kémény időben állandósult üzemének megvalósulására. A szükséges szellőző levegő bevitele légbevezető elemekkel oldható meg. Általában ezek lehetnek a helyiséglevegő páratartamától és a külső levegő hőmérsékletétől függő légszállítású elemek. A kiválasztás során abból kell kiindulni, hogy a légbeveztő elemnek olyan legyen a minimális léghozam értéke, mely a legkedvezőtlenebb esetben is, egy meghatározott nyomáskülönbség hatására minimális levegőmennyiséget szolgáltat. [1-2002/2003-89/4-7: Barna L.] [4-2002-3/27-30: Barna L.] [4-2002-8/25-28: Barna L.] [5-2002-X/133-141: Barna L.] [1-2003/2004-107/57-58: Chappon M.] [4-2004-5/25-27: Keszthelyi I.] [1-2004/2005-127/6-8: Barna L.] A készülékek üzemét nem elegendő csupán önmagukban vizsgálni, hanem figyelembe kell venni a környezetével és a készülékhez kapcsolódó fűtési rendszerrel való együttműködést. Valójában az így elemzett üzemi viszonyok adják meg a gázkészülék tényeleges gazdaságosságát, és ezzel együtt vizsgálható a biztonságos üzemvitel is. A gyakorlat sokszor azt igazolta, hogy a fűtőkészülékek általában túlméretezettek, az égéstermék elvezető rendszerekben nem a tervezett munkapont alakul ki, valamint nem minden esetben kielégítő a helyiség szellőzőlevegő-ellátása. Ezért a BME Épületgépészeti Tanszéke egy olyan matematikai modell kidolgozását tűzte ki célul, mely vizsgálja a gázkészülék és a fűtött tér illeszkedését, leírja a készülék és az épület instacioner viszonyait, sőt alkalmas a helyiség szellőzőlevegő-ellátás – készülék - égéstermék elvezetés együttes instacioner állapotának vizsgálatára is. A modell kidolgozásánál egy egyedi gázkazánnal fűtött lakást vettek alapul, B típusú, nyitott égésterű készülékkel, mely melegvizes fűtési rendszert lát el. A fűtött tér a környezetével részben a külső térbe irányuló hőáramok, részben a kémény huzata következtében kialakuló légcsere révén van kapcsolatban. A fizikai modell alapján szükségessé vált kialakítani a gázkazánnal fűtött lakás energetikai blokkvázlatát a matematikai modellalkotás miatt. Így a fűtött lakás két fő energetikai elemre bontható, mint a kazán – fűtőtest – helyiség - határoló szerkezetek (fűtési modell), valamint az égésilevegőellátás – kazán – égéstermék-elvezetés modelljeire (kémény modell) (14. ábra). A két modell OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

36. matematikai levezetését és megoldását nem részletezem, megtalálható a jelzett szakirodalomban. A modell kidolgozásának következő lépését a szimulációhoz szükséges számítógépi program képezi a szerzők szerint.

14. ábra Gázkazánnal fűtött lakás energetikai blokkvázlata

A hazai vizsgálatokon és törekvéseken kívül Németországban is fokozott figyelmet fordítanak az épület-szellőzés miatt létrejött hőveszteségére. Az áramlásbiztosítóval rendelkező gázberendezés ugyanis lényeges veszteségforrást jelenthet. Készenléti állapotban a hideg levegő a kazánon és az égéstermék elvezető berendezésen keresztüláramolva felmelegszik, és az épületből távozik. Az így átáramló levegő térfogatáramát a külső hőmérséklet, a szélnyomás és az épületbe be-, illetve abból kilépő levegő hőmérsékletkülönbsége határozza meg. Nedvességre érzéketlen égéstermék-elvezető esetén az áramlásbiztosító mögött elhelyezett égéstermék-csappantyú használatával ez a veszteség megszüntethető. Más a helyzet a nedvességre érzékeny rendszerek esetén. Ekkor csak olyan csappantyú használható, amely ne zárja el a teljes keresztmetszetet. Így az éves energiaveszteség csak 80-90%-al csökkenthető. A külső térből a készülék helyiségébe áramló levegő a helyiség hőmérsékletére melegszik fel. Ehhez az energia a helyiség, illetve a fűtési rendszer elemeinek (a kazán sugárzási vesztesége, a csövek és a szivattyú hőleadása, stb.) hőveszteségéből származik. Az így felmelegedett levegő egy része a kazánon keresztül áramlik és tovább melegszik (belső készenléti veszteség). Az áramlásbiztosítóban összekeveredik az ott közvetlenül belépő helyiséglevegővel. Az összekötő elem és a kémény regeneratív hőcserélőként működik. Az égő működése során felmelegedett rendszerelemek lehűlnek, miközben a levegő tovább melegszik, majd a kilépési hőmérsékleten távozik a környezetbe. Egyfokozatú hőtermelőknél az adott külső hőmérséklethez tartozó terhelés az égő működési tartományának változtatásával valósítható meg. A külső hőmérséklet növekedésével nő az égő készenléti OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

37. ideje. Az épületen így átáramló levegőmennyiség akkora lesz, hogy a hajtóerők és az ellenállások egyensúlyba kerüljenek, azaz ∆p T + ∆p SZ = ∆p ÉL + ∆p ELL + ∆p BV + ∆p KÉ

[Pa]

(2.2.3-11)

ahol ∆pT – a termikus felhajtóerő következtében létrejött huzat; ∆pSZ – a szél miatt létrejött nyomáskülönbség; ∆pÉL - az égési levegő bevezetés ellenállása; ∆pELL- a tüzelőberendezés ellenállása; ∆pBV - a bekötővezeték ellenállása; ∆pKÉ - a kémény ellenállása. Az energiaveszteség meghatározására végezett számítások alapján megállapítható, hogy a szélsebesség növekedésével a veszteség akár 20%-al is nőhet a szélcsendes időhöz viszonyítva. Szélcsendes időben a levegő-bevezetés helyének a hatása nem játszik jelentős szerepet a vesztség mértékében. A kéménymagasság növelésével nő a gravitációs felhajtóerő, de növekszik a kémény áramlási ellenállása is. Azt várnánk, hogy növekvő kéménymagasságnál növekszik a veszteség is. Szélcsendes időben ez így igaz, de erősen szeles környezetben a térfogatáramot elsősorban a szélnyomás befolyásolja, nem a termikus felhajtóerő. [4-2002-11/3-6: Garbai L, Barna L, Vígh G.] [4-2004-6/3-6: R. Rawe, H. Kuhrmann] [4-2004-7/25-29: R. Rawe, H. Kuhrmann]

2.2.4 Emisszió, légszennyezés

A háztartási gázkészülékek NOx emissziója már az 1990-es évek legelején a figyelem középpontjába került. A tudomány lassan bizonyítékokkal támasztotta alá, hogy a nitrogénoxidok felelősek többek között a savas eső és a szmog kialakulásáért is. Mivel akkoriban még a legelterjedtebbek az előkeveréses (atmoszférikus) égővel szerelt gázkészülékek voltak, ezért elsősorban ezek égőinek korszerűsítésére terjedtek ki a vizsgálatok. Három módszer alkalmazása tűnt a legjobbnak az emissziós értékek csökkentésére. - Az első szerint a szekunder levegő áramlásának szabályozását lemezek végzik, melyek megakadályozzák a szekunder levegő közvetlen lángba jutását. A láng megnyúlik és a magas hőmérsékleti csúcsok a lángfelületen csökkennek. Ez jelentős NOx csökkenést eredményez. OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

38. -

A lángba kerámiából vagy hőálló acélból készített rudakat beépítve, szintén csökkenthető a lánghőmérséklet. Ez a megoldás nem alkalmazható rövid, szakaszos üzemű készülékeknél (pl. átfolyós rendszerű gázvízmelegítő), mert a felhevített rudak hőárama veszteségként jelentkezik és ez jelentős hatásfok csökkenést eredményez. Ha a lánghőmérsékletet túlzottan csökkentjük, akkor a reakció befagyhat és jelentős CO mennyiség keletkezhet, ugyanakkor a füstgáz hőmérsékletének csökkenésével nő a kéménykondenzáció veszélye is. - Ha az előkeveréses égő primer levegőáramát a korábbi 30-50 %-ról növeljük 1,05-1,3 levegőtényező értékig (az összes szükséges levegőmennyiség primer oldalról jut be), akkor az égés felgyorsul, a láng lerövidül és felfekszik a kilépő nyílásra. Így az NOx emisszió lényegesen csökken. Ennek gyakorlati alkalmazása a vízhűtéses égő. Az NOx képződés csökkentéséhez kerülni kell az indokolatlanul magas hőmérsékletű lángfrontok kialakulását, a lánghossz csökkentését, egyben a tűztéri hőterhelés emelését. A megvalósítás érdekében kívánatos a láng megfelelő visszahűtése (pl. égéstermék visszavezetéssel) még akkor is, ha a tüzelési hatásfok kissé romlik is. A gázkonvektorok, mint minden tüzelőberendezés, hozzájárulnak környezetünk légszennyezéséhez, ezért a károsanyag kibocsátásokat előírások szabályozzák. A cikkben a konvektorok károsanyag kibocsátásának mennyiségét és minőségét vizsgálták Budapest vonatkozásában. Hazánkban a legfontosabb légszennyező anyagok a kéndioxid, nitrogénoxidok, szénmonoxid, széndioxid és a szilárd légszennyező anyagok. A szennyezőanyag kibocsátás a konvektorokat is magába foglaló lakossági csoportban 5 - 45% között változik. Nagyobb értékek a szilárd szennyezők, SO2, és CO2 esetén találhatóak. A lakosság által a havi bontásban felhasznált gázmennyiségekből, valamint a konvektorok és kazánok arányának becsléséből, és az égési egyenletek alapján számszerűsíthető az éves szennyezőanyag kibocsátás. A konvektorok elsősorban a NOx és a CO2 kibocsátásában jelentősek. Ha összevetjük a konvektorok által termelt NOx-okat Budapest összes NOx szennyezettségével, azt tapasztaljuk, hogy értéke mindössze 2%-ot tesz ki, CO vonatkozásában pedig még az 0,1%-ot sem éri el. Megállapítható, hogy a konvektorok a lakossági nitrogénoxid kibocsátás kb. 25%-át teszik ki csupán. Tovább vizsgálva a kérdést azt a meghatározást kapjuk, hogy a konvektorok emissziójának csökkentésével a legtöbb nyereséget a közlekedéstől és más ágazatoktól távol eső településeken lehet elérni. [4-1992-10/10-11: Nagy J.] [5-1995-III/63-80: Nagy L.] [6-1995-NGK/161-184: Becker L.- Slenker E.] [3-1996-8/339-342: Meggyes A.]

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

39. 2.2.5 Égéselmélet, tüzeléstechnika

A Wobbe-index csekély mértékű változásakor a gázkészülékek változatlanul működnek. A feltételezés helytálló, ha a készülékek terhelés beállítása helyes. Ha azonban közel azonos Wobbe-indexű, de eltérő sűrűségű földgázokat szolgáltatnak, úgy a hőterhelés beállításakor a felhasználás helyén problémák adódhatnak. A legtöbb európai országban (beleértve hazánkat is), eltérő minőségű földgáz áll rendelkezésre. Egyes gázcsoportokat tekintve is létezik bizonyos ingadozás. A készülék üzemeltetés során a legjobb eset, ha az eltüzelt gázok Wobbe-száma a legkisebb tartományban ingadozik. Közel azonos Wobbe-indexű földgázok egymástól nagymértékben eltérő fűtőértékkel rendelkezhetnek. Az előkeveréses atmoszférikus égőjű kazánok ezt a legtöbb esetben észre sem veszik, ellenben a teljes előkeverésű gázégőjű készülékekkel. Mivel a jövő az utóbbi készülékek irányába mutat, lépéseket kell tenni ez irányban. Hasonlóan a helyes gázmennyiség beállításához, blokkgázégőknél a helyes légfelesleget is be kell állítani. A légellátási tényező beállítása a füstgázban lévő oxigéntartalom útján történhet. Szintén a légellátási tényező által okozott hatásfok csökkenést mutatja be egy 2003-as cikk, mérésekre támaszkodva. A vizsgált kazán égéstermékének hőmérséklete és oxigén tartalma alapján megvizsgálták a levegőtényező hatását a készülék tüzeléstechnikai hatásfokára vonatkozóan. A készülék hatásfoka kezdetben 88%-nak adódott. Ekkor a füstgázban 5,5%-os O2 tartalom volt mérhető. Ez 1,35-ös légfelesleg tényezőt jelent. Amennyiben lecsökkentették a tényező értékét 1,1-re (földgáztüzelésnél n=1,05-1,15), a kazán hatásfoka 90,2%-ra nőtt. Nem elhanyagolható tehát a kazánok helyes beszabályozása. Az utóbbi években hazánkban nagyszámú tartályos pébé-gáz rendszer épült, melyek szakszerű üzemeltetéséhez szükséges a pébé-gáz tüzeléstechnikai jellemzőinek az ismerete. A pébé-gázkeverékben propán, propén, n-bután, i-bután, n-butén, i-butén, etán, etén, pentán és pentén lehetnek jelen. A pébé-gáz gázfázisban a levegőnél nehezebb, folyadékfázisban pedig a víznél könnyebb. A hőmérséklet növekedésével kitágul. Ez a térfogat-növekedés különösen jelentős a folyadékfázisból gázfázisba való átmenetnél. A folyadékfázis térfogat-növekedése 1°C hőmérséklet emelkedés hatására a teljesen feltöltött tartályban akár 7 bar nyomásnövekedést is okoz. Az elgőzölögtetési entalpia 15°C vonatkoztatási hőmérsékletnél propánra 352,5 kJ/kg, butánra pedig 371,5 kJ/kg. Égési sebessége sokkal kisebb, mint sok más gázfajtáé. Magas harmatponti hőmérséklete kedvező feltételeket teremt a kondenzációs hőhasznosításban való felhasználásra. A 15. ábra és a 16. ábra a propán-bután gázok legfontosabb tüzeléstechnikai paramétereit mutatja.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

40.

15. ábra A propán és az n-bután tüzeléstechnikai jellemzői

[6-1997-NGK/91-99: Joos L.] [4-1998-10/3-6: Vajda J.] [3-2003-3/29: Zsebik A.]

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

16. ábra A propántüzelés levegőigény és égéstermék adatai

41.

2.3 Megújuló energiaforrások és a földgáztüzelés kapcsolata Előrejelzések szerint 2030-ra várhatóan 60-70%-ra nő az ország energiafüggősége és a megújuló energiák aránya sem fogja elérni a 12%-ot, és ezzel valószínűleg az 1997-es kyotói vállalások sem teljesülnek. Hazánk 6%-os üvegházi gáz kibocsátás csökkentést vállalt a 20082012 közötti időszakra az 1985-87-es bázisidőszakhoz viszonyítva. E gázok közé tartozik a CO2, N2O és CH4 is. 1990 óta a Föld légköre több tized 0C-kal melegedett. A szakértők többsége elsősorban a CO2 koncentráció növekedését tartja a probléma alapjának. A világ CO2 emissziójából az EU 14%-al részesedik. Az EU Kyotóban azt vállalta, hogy 2008-2012ig az üvegházhatást okozó gázok emisszióját az 1990 évi szinthez képest 8%-al csökkenti (hazánk 6%-ot vállalt). A probléma súlyos, mert a CO2 emisszió a helyett, hogy a csökkenés jeleit mutatná, tovább növekszik (nincs kellő mértékű támogatása a megújuló energiáknak), és 2030-ra akár a 22%-os növekedést is elérheti az 1990-es év szintjéhez viszonyítva. Az energiaigények növekedési ütemének visszafogását nagyobb szerephez kell juttatni az energiakínálat bővítésével szemben. Ha csökken az energiafüggőség, mérséklődik a károsanyagok kibocsátása is. A hazai viszonyok mellett talán legkönnyebben a napenergia hasznosításával lehetne a vállalt köztelezettségünket teljesíteni. A napsütéses órák átlaga hazánkban havi 165,7 óra, mely Budapesten ~1900 óra/év. Ez az északi országokban jelenősen kevesebb, ott mégis a Magyarországinál többszörös mértékben kihasználják a lehetőségeket – például Németországban 1625 óra/év, Dániában ~975 óra/év. Ezekben az országokban – beleértve hazánkat is – csak az összes sugárzást (direkt és szórt) érdemes kihasználni. Technikai újdonságok is folyamatosan jelennek meg a háztartási szektornak szánt piacokon is, a paraboloid alakú naptükrök és az egyszerű sík napkollektorok szélső esetei között kifejlesztettek részben parabolavályús, részben tükrös-vákuumcsöves koncentráló naphőhasznosítókat is. Magyarországon 2004-ben számos energia megtakarítási program kínálkozott – NEP-2004-1: Lakossági-energia megtakarítás támogatása; NEP-2004-5: A megújuló energiaforrások felhasználásának bővítése önkormányzatok és magánszemélyek számára; GVOP-2004-1.1.1:Technológiai korszerűsítés támogatása. Ezek mellett a hazai napenergia felhasználására több rendelkezés és program is készült, mint a 1107/1999.(X.8.) Kormányhatározat melléklete az Energiatakarékossági és Energiahatékonyság-növelési Cselekvési Program. A „20 000 napkollektoros tető 2010” program. A fent említett 1107/1999.(X.8.) Kormányhatározat 2010-ig határozza meg az energiahatékonyság érdekében követendő politikát. E határozat szellemében készítette a kormány a Nemzeti Energiatakarékossági Programot (NEP), melyben 8 pályázat útján összesen 2,55 milliárd Ft támogatás odaítélését tette lehetőveé 2004-ben. Ezek általában a teljes beruházási összeg 30%-át fedezhetik vissza nem térítendő támogatás formájában, de a OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

42. pályázónak 25% saját önerővel kell rendelkeznie. A NEP-2004-1, a lakások energetikai korszerűsítésére használható a lakosság körében (lakóépületek utólagos hőszigetelése; nyílászárók cseréje; fűtési és melegvíz berendezések korszerűsítése, cseréje). Egy lakásnál a beruházási költség max. 30%-a igényelhető, de ez nem haladhatja meg az 500 ezer Ft-ot. Mindezek a célok jelennek meg a NEP-2004-2 pályázatban is az önkormányzatok és költségvetési intézmények rendszereinek korszerűsítése révén. Érdekesebb számunkra a NEP2004-5 pályázat, mely önkormányzatok és magánszemélyek számára biztosítja a hagyományos energiahordozók megújuló energiaforrásokkal való helyettesítését. A pályázatok köre kiterjed: − Megújuló energiaforrásokkal előállított hőneregiára; − Energetikai növénytermesztésre; − Geotermikus energiafelhasználásra; − Szélenergia felhasználásra; − Napkollektorok, napelemek létesítésére; − Megújuló energiával üzemelő alternatív, földgázt kiváltó berendezések létesítésére; − Hősszivattyú létesítésére. Magánszemélyeknél a beruházási költség maximum 30%-a fedezhető, mely nem haladhatja meg az 500 ezer Ft-ot, kizárólag napkollektoros rendszer esetében a 250 ezer Ft-ot. Hazai adatokkal becsülve az átlag 25-30 év élettartamú napenergia-hasznosító berendezéssel a vezérelt (éjszakai) árammal fűtött használati melegvíz-termelő berendezés gazdaságosan kiváltható, de földgáz tüzelésű készülék esetén a megtérülési idő közel azonos is lehet az említett élettartammal. További érdemleges adat, hogy a hazai éves energiafogyasztás egyharmadát épületeink üzemeltetésére használjuk fel, melyből a lakossági energiafelhasználás közel háromnegyede összefüggésbe hozható épületeink használatával (fűtésre 50%, melegvíz-ellátásra 11%, főzésre 8%, világításra 1%, energia fordítódik). [3-2001-6/11-16: Szergényi I.] [3-2001-5/10-15: Szergényi I.] [4-1998-1/8-10: Bohoczky F.] [4-2004-6/8-11: Quirin A.] [3-2004-2/19-24: Medgyes M.]

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.

43.

3. Összefoglaló, megállapítások A 14 év szakmai cikkeit áttanulmányozva megállapítható, hogy a gázkészülékek területén egyre erősebbek a piaci kihívások, egyre erősödik az igény a korszerű, energiahatékony berendezések iránt. A gyártók újabb és újabb fejlesztéseikkel elégítik ki a fokozódó követelményeket. Mindezek mellet természetesen nem szabad elfeledkeznünk a még hátralevő feladatokról (az elavult készülékpark cseréje, műszaki-, jogi szabályozások megoldása, a biztonságos üzemvitel tudatosítása az emberekben, stb.). Az európai műszaki gondolkodás három E elve, azaz „Energy, Environment, Economy”; Energia, Környezet, Gazdaságosság talán a legjobban jellemzi a vizsgált hazai szakirodalmat. Látható, hogy ezek az irányvonalak egyre erőteljesebben kirajzolódnak a szakmai életben, a jövő technikái ezeket az utakat jelölik meg. Lebontva ezt a gázkészülékekre a jövő irányvonalait a következőkben fogalmazhatjuk meg: Energia megtakarítás (hatásfok növelése); Környezet szennyezés csökkentése; Gazdaságos üzemvitel. Mindezek alapján a jövő irányvonalai a megújuló energiaforrások felé haladnak (az EU-ban a megújuló energia arányát folyamatosan növelik), mint a napenergia, geotermikus energia, biogáz, stb., melyek után a gázenergia bizonyult a leggazdaságosabb és a legkevésbé környezetszennyező energiaforrásnak. A jövő mindenképpen e két energia összekapcsolása, és minél hatékonyabb felhasználásuk lesz. Nekünk gázipari szakembereknek is szorgalmaznunk kell minden megoldást, mely az ember kényelmére, a környezet védelmére, valamint az energiával való takarékoskodásra irányul.

OTKA T-046224 Miskolc, 2004. 11. 04.