HÁZTARTÁSI FOGYASZTÓK FÖLDGÁZELLÁTÓ RENDSZEREI - újdonságok és problémák a szakirodalom tükrében
SZUNYOG István PhD hallgató
2004. november 4.
OTKA T-046224
1
OTKA T-046224 „Egy lépés a fenntartható infrastruktúra felé - napelemekkel kombinált földgázellátó rendszer háztartási fogyasztóknál” project kutatási anyaga
2004. november 4.
OTKA T-046224
2
1
Háztartási fogyasztó energiaellátó rendszere GÁZKÉSZÜLÉK Készülék szerkezet Üzem Hatásfok Égéstermék elvezetés Szennyezőanyag Környezetvédelem EU követelmények Alternatív energiahordozók 2004. november 4.
OTKA T-046224
3
Források, feldolgozás elve Szakirodalmi források 1990. 01. 01-től 2004. 09. 30-ig • Info Prod Rt. kiadványai – Gázberendezések, gázfelhasználás – Fűtéstechnika, megújuló energiaforrások
• • • •
Energiagazdálkodás Magyar Épületgépészet Dunagáz Szakmai Napok Nemzetközi Gázkonferenciák
2004. november 4.
OTKA T-046224
4
2
A rendszerezés témái • • • • • • •
Hazai energiapolitika változásai Gázkészülékek technikai (szerkezeit) újdonságai Megfelelőség értékelés Égéstermék elvezetés – égési levegő ellátás Emisszió, légszennyezés Égéselmélet Megújuló energiaforrások és a földgáztüzelés kapcsolata 2004. november 4.
OTKA T-046224
5
1 Hazai energiapolitika • 1960 - hajdúszoboszlói földgázkészlet feltárása • 1975 - növekvő importigény • 2004 – földgáz részaránya az energiamérlegünkben: kb. 40% • 2010 – előrejelzések: 100% IMPORT! (14-15 milliárd m3) • Gázigény 1/3 részét a háztartási és kommunális szektor használja (4 millió magyar háztartásból már 3 millió földgázfogyasztó) 2004. november 4.
OTKA T-046224
6
3
2 Gázkészülékek technikai újdonságai • 1990- es évek elején felmérés a hazai gázkészülék park állapotáról, mely szerint: – A fogyasztók 95%-a főzésre és sütésre – 72%-a fűtésre – 50%-a vízmelegítésre használja
• Fűtőkészülékek 75%-a zárt égésterű • Vízmelegítők 52-57%-a 20 évnél idősebb • Világszínvonaltól való elmaradás 8-15 év VOLT.
2004. november 4.
OTKA T-046224
7
Kazánok energiahatékonysága Kazánok energiahatékonysági lépcsője: • Kazánkonstrukció (hőátadási folyamatok optimalizálása a kazánban) • Tényleges, valós fűtési hőigény meghatározása • Időjárás függő, követő szabályozás Sorrend a fűtési energiaköltségek szerint: • Fűtési idény átlagos hőigénye • Túlméretezés • Tüzeléstechnikai hatásfok • Kazánkonstrukció 2004. november 4.
OTKA T-046224
8
4
Fűtési napokhoz rendelt külső hőmérséklet gyakorisági görbéje A fűtési napok 15-20%-a
2004. november 4.
OTKA T-046224
9
Falikazánok fejlesztési vonala
• Újdonságok a: – Tüzeléstechnika– Szabályozástechnika– Üzemeltetés területein
• Fogyasztói igények kielégítése: – – – – –
Kis helyigény Gazdaságosság Halk üzem Könnyű kezelhetőség Hosszú élettartam
2004. november 4.
OTKA T-046224
10
5
Gázkazánok veszteségei • • • •
Égéstermék veszteség Tökéletlen égés vesztesége Felületi veszteség (konvektív és sugárzási) Készenléti veszteség (állásidő → kéményhuzat) Megoldás: égéstermék csappantyú modulációs üzem (16-100%) Legjelentősebb: égéstermék veszteség – Mértékét befolyásolja (térfogatárama és hőmérséklete) Eltüzelt gáz minősége Térfogatárama Többlet levegőmennyiség 2004. november 4.
OTKA T-046224
11
Kondenzációs kazánok
• Legtöbb eredmény: tüzeléstechnikai hatásfok javításával • Legfontosabb része: égéstermék veszteség csökkentése → kondenzációs technika (110%) • Földgáz: 100% bevitt energia → 11% kondenzációs hő • Propán-bután: 100% → 9% • Fűtőolaj: 100% → 6% (szinte már nem is alkalmas) • 90/70°C fűtési rendszer → 30% évi átl. kond. üzem • 70/50°C fűtési rendszer → 90% évi átl. Kond. üzem 2004. november 4.
OTKA T-046224
12
6
Hagyományos kazán veszteségei
2004. november 4.
OTKA T-046224
13
Kondenzációs kazán veszteségei
2004. november 4.
OTKA T-046224
14
7
Keletkező károsanyagok
• Szén-dioxid, mint szükségszerű alkotó • Szén-monoxid, mint a tökéletlen égés eredménye • Nitrogénoxidok, mint az égés nem kívánatos mellékreakciói • CO2 csökkentés: csak az eltüzelt gáz csökkentésével! • CO; NOx csökkentés: tűztér konstrukció (lánghőmérséklet, gáz-levegő keverés minősége, égéstéri tartózkodási idő függvényei) 2004. november 4.
OTKA T-046224
15
Károsanyag kibocsátás csökkentési lehetőségei
2004. november 4.
OTKA T-046224
16
8
Házi gáznyomás-szabályozók problémái
• •
Feladata: a fogyasztói berendezés megóvása a káros túlnyomásoktól Működése: 1. Üzemszerű legnagyobb nyomás felett lezár a gyorszár 2. E fölött nyit a lefúvató
Probléma: régi gyújtólángos készülékek → új gyújtóláng nélküli készülékek (nincs állandó elvétel, a vezeték zárt tartályként viselkedik) Megoldás: lefúvató és gyorszár működési sorrend felcserélése 2004. november 4.
OTKA T-046224
17
A gáznyomás változása a hőmérséklet függvényében
1 - 1°C hőmérsékletnövekedés kb. 3,5 mbar nyomásnövekedést okoz 2004. november 4.
OTKA T-046224
18
9
A nyomásnövekedés miatt leeresztett gáz mennyisége
Lefúvatott gáz mennyisége: 10°C átlag hőmérséklet növekedés mellet is csak 3 – 5 dm3 2004. november 4.
OTKA T-046224
19
3 Megfelelőség értékelés EU Direktíva • Alapvető műszaki, biztonsági követelmények • Egységes alapvető követelmények • Kötelező a Tagországok számára • Megfelelőség-értékelés a Vizsgáló és Tanúsító Szervezetek által • Részletes szabályozást harmonizált szabványokra bízza • Direktívának megfelelés CE jelölés 2004. november 4.
OTKA T-046224
20
10
Európai Unió
Magyarország
90/396/EEC
22/1998.(IV.17.) IKIM
• Modulrendszer • Alapvető biztonsági követelmények • Megfelelőség tanúsítása • Tanúsító szervezetek • CE Egységes megfelelőségi jelölés 2004. november 4.
• Jogi felépítés • AZONOS • AZONOS (MSZ) • MBVTI KFT (PECA) • CE AZONOS, de (H is érvényben van)
OTKA T-046224
Európai Unió • • • • •
Magyarország
92/42/EEC Hatásfok követelmények Hatásfok megkülönböztető jelzés Megfelelőség tanúsítása modulrendszerben CE jelölés Megkülönböztető csillagok (***)
2004. november 4.
21
20/1998.(IV.17.) IKIM • AZONOS
• AZONOS • Megfelelőség tanúsítása AZONOS (MSZ) • AZONOS • AZONOS
OTKA T-046224
22
11
A megfelelőség tanúsítása
Egyedi termék vizsgálat Típusminta megfelelőségének vizsgálata Gyártás minőségbiztosítása MSZ EN ISO 9002
Gyártás fajtája
Gyártó
Termék minőségbiztosítása MSZ EN ISO 9003 Termékellenőrzésen alapuló tanúsítás
Sorozat TípusTípus2004. novembervizsgálat 4. gyártás
Gyártó választása OTKA T-046224 szerint
CE jelölés
Tanúsító
Egyedi gyártás
23
Egységes megfelelőségi jelölés
2004. november 4.
OTKA T-046224
24
12
Kazán hatásfok követelmények
Hatásfok névl. teljesítményen
Névleges Átlagos teljesítm ény vízhőm érséklet [kW] [0C]
Kazán típus
Szabványos kazán Alacsony hőm érsékletű kazán (*) Kondenzációs kazán
Hatásfok részterhelésen
Hatásfok [%]
Átlagos vízhőm érséklet [0C]
Hatásfok [%]
4 - 400
70
≥ 84 + 2logP n
50
≥ 80 + 3logPn
4 - 400
70
≥ 87,5 + 1,5logP n
40
≥ 87,5 + 1,5logP n
4 - 400
70
≥ 91 + 1logP n
30 (**)
≥ 97 + 1logPn
(*) A folyékony tüzelőanyagú kondenzációs kazánokat is beleértve (**) Kazántápvíz hőmérséklet
2004. november 4.
OTKA T-046224
25
Hatásfok megkülönböztető jelzés
Jelölés
Pn névl. teljesítményen 700C átlagos 0,3 Pn teljesítményen ≥ 500C átlagos vízhőmérséklet mellett mért kazánhatásfok vízhőmérséklet mellett mért kazánhatásfok [%] [%]
* ** *** ****
2004. november 4.
≥84 + 2logPn
≥80 + 3logPn
≥87 + 2logPn
≥83 + 3logPn
≥90 + 2logPn
≥86 + 3logPn
≥93 + 2logPn
≥89 + 3logPn
OTKA T-046224
26
13
A megfelelőség értékelése és igazolása
• Sorozatban gyártott készülékek esetén két lépcsőben történik: – A termék tervezési ciklusában a gyártó által választható kijelölt intézmény elvégzi a termék típusdarabjának vizsgálatát. Kiadja a Típusvizsgálati tanúsítványt. – A termék gyártási életciklusában a választott tanúsító rendszeres és váratlan időben meggyőződik arról, hogy biztosított e a termék típusvizsgálati tanúsítvánnyal való egyezése. 2004. november 4.
OTKA T-046224
27
Készülékkategóriák
• I. kategória: a készülék kizárólag egyetlen gázcsaláddal vagy gázcsoporttal működtethető • II. kategória: a készülék két gázcsaláddal működtethető • III. kategória: a készülék három gázcsaláddal működtethető (nem használatos) • Pl.: IIHS3B/P
2004. november 4.
OTKA T-046224
28
14
A helyiséglevegőtől függő
B12 B13 B14 B B21 B22 B23 B32 B33
2
3
C12
1
1
nincs
AS
2
égő/hőcs mögött
AS AS BS
mazó helyiség légterén át
3
az égő mögött
Égéstermék csatl. az égéstermék
1
nincs
elvezető berendezésre,többszörös
2
hőcser. mögött
burkolat (depresszió),égési
3
az égő előtt
levegő ellátás a helyiség légteréből
4
áraml.bizt.mögött
Égéstermék csatl. az elvezető beren-
1
nincs
dezésre többszörös burkolat (depr/
2
hőcs mögött
3
az égő előtt
2
hőcser.mögött
átöblített
3
az égő előtt
átöblített
Levegő belépés illetve égéstermék
1
nincs hőcser.mögött
3
az égő előtt
C21
Csatlakozás LAS-rendszerre
1
nincs
(egyjáratú), többszörös burkolat
2
hőcser.mögött
3
az égő előtt
C33 C41 C C43 C51 C52 C53 C61
nincs
C32
A helyiséglevegőtől független
C31
Levegő belépés illetve égéstermék
1
nincs
3
kilépés a tetőn keresztül
2
hőcser.mögött
azonos nyomásviszonyok
3
Csatlakozás LAS-rendszerre
1
nincs
4
(kétjáratú), többszörös burkolat
2
hőcser.mögött
3
az égő előtt
Levegő belépés illetve égéstermék
1
nincs
kilépés a külső térből/térbe,
5
C62
6
2
hőcser.mögött
eltérő nyomásviszonyok
3
az égő előtt
Levegő/égéstermék csatlakozás
1
nincs
elválasztott, bevizsgált és
2
hőcser.mögött
előregyártott járatokon
3
az égő előtt
1
nincs
égési levegő hozzávezetés a tetőtérből
2
hőcser.mögött
3
az égő előtt
Csatl. égéstermék elvezetésre (depr.)
2
hőcser.mögött
C83 égési levegő ellátás külön vezetéken Megjegyzés: AÜE*: égéstermék visszaáramlás ellenőrző készülék
3
az égő előtt
C73
COTKA 82
van (a tetőtérben)
C72
T-046224
nincs
C71
7
X X
X X
az égő előtt
Égéstermék kivezetés a tetőn át,
C63
BS
/túlny), lev. ellátás a helyiségből
2
2
BS
burk. (depr.) lev.ellátás a helyiségből
azonos nyomásviszonyok
C23
BS
Csatl.égésterm. elvezetésre, többsz.
kilépés a külső falon keresztül
C22
Égési levegő átöblítés vagy fokozott tömörség (ha igen: X)
Égéstermék elvezetés és égési levegő ellátás a készüléket tartal-
C13
C42
2004. november 4.
A ventilátor helye
Az égési levegőellátás és az égéstermék elvezetés módja
Áramlásbiztosító 1
C11
van
Gázkészülékek európai osztályozása a CEN szerint
Égési levegő ellátás
Égéstermék elvezetés
B11
van
A3
nincs
Gázkészülék fajta A1 A A2
CO2stop =AS AÜE* =BS
X X
X X
X X
X X
29 X X
4 Égéstermék elvezetés - égési levegő ellátás •
GOMBSZ – Fajlagos légtérterhelés – Elv: a helyiség levegője egy ideig fedezni tudja a gázkészülék levegőigényét – Korszerű nyílászárók: nulla légáteresztés
•
Számítási mód: 1. Szellőzőlevegő térfogatáram (égéstermék és keletkező károsanyagok koncentrációi alapján) 2. Égési levegő és az áramlásbiztosítón kiáramló levegő meghatározása 3. Levegő bevezető elemek kiválasztása 2004. november 4.
OTKA T-046224
30
15
Gázkészülék és környezetének kapcsolata
2004. november 4.
OTKA T-046224
31
„A” típusú készülékek levegő ellátása Szennyezőanyag: • Szénmonoxid • El nem égett szénhidrogének • Nitrogénoxidok
& V szell =
1 & ⋅ (1 − e − nτ ) ⋅K k helyis −k külső
& = CO & K gáz 2 max ⋅ Vét , elm ⋅ Vgáz & & K ember = n ⋅ K E K k Vét,elm Vgáz
- a fejlődő szennyezőanyag áram, mely két részből tevődik össze; - a szennyezőanyag koncentráció; - elméleti égéstermék térfogat; - a készülék gázterhelése.
2004. november 4.
OTKA T-046224
32
16
A helyiséglevegő CO tartalma a CO2 tartalom függvényében
2004. november 4.
OTKA T-046224
33
„B” típusú készülékek levegő ellátása Szükséges levegő: • Égéshez • Áramlásbiztosítón távozó
& Q h & V = λ ⋅ V ⋅ ⋅ 3600 égésilev levelm Ha
[m 3 /h]
& Q h & = ⋅ + − ⋅ ⋅ ⋅ 3600 V 0,3 [V (λ 1) V ] hígítólev ételm levelm Ha λ Vlevelm Qh Ha
[m 3 /h]
- 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].
2004. november 4.
OTKA T-046224
34
17
A szükséges szellőzőlevegő mennyisége 1
• 1 m3 földgáz elégetéséhez legalább 9,5 m3 égési levegő szükséges; • A valóságban a légfelesleg miatt ennek 1,4 – 1,5 -szöröse is szükséges lehet; • Az áramlásbiztosítón a helyiségből a füstgázáram kb. 30 %-ának megfelelő levegő keveredik az égéstermékhez; • Így összesen akár 18 – 20 m3 levegő is szükséges lehet 1 m3 eltüzelt földgázhoz.
2004. november 4.
OTKA T-046224
35
A szükséges szellőzőlevegő mennyisége 2
• A gázkészülékek nem folyamatos üzeműek, ezért a fenti levegőmennyiségnek csak a töredéke jelentkezik, mely így is elérheti az órai 3 – 10 m3 értéket; • Kis légzárású ablakok még lehet, hogy ezt a mennyiséget biztosítani tudják, de • A nagy légzárású nyílászárókon beáramló levegő mennyisége messze elmarad a szükségestől!
2004. november 4.
OTKA T-046224
36
18
Az égéstermék-eloszlást befolyásoló tényezők
A készülék
A készülék
típusa
üzemmódja
Égéstermék eloszlás szélcsend esetén
Az égéstermék kilépés helyzete
Szélviszonyok az épület körül
Az épület körüli áramlás
Koncentráció eloszlás a külső fal mentén
2004. november 4.
OTKA T-046224
Az épület formája
Nyomáseloszlás az épületben
A légáram tapadása az épülethez
A szellőzőnyílás helyzete
Légcsere
A belső levegő szennyezőanyag koncentrációja
37
Kéményméretezés
• Alapelv: a legszélsőségesebb viszonyok mellett is biztonságosan üzemeljen • Legkritikusabb: A legmagasabb külső hőmérséklet amikor a legkisebb a külső huzat • Deflektoros készülék: min. 30% hígító levegő mellett induláskor nem lesz tartós égéstermék visszaáramlás • Helyes kéménykeresztmetszet: megtakarítás akár a teljes fűtési költség 3 – 5%-a! • Régi empirikus méretezés helyett számítógépes! 2004. november 4.
OTKA T-046224
38
19
A kéménykúp szabvány szerinti értelmezése
2004. november 4.
OTKA T-046224
39
5 Emisszió, légszennyezés Emissziós értékek csökkentése lehetséges: • Szekunder levegő áramának szabályozásával (a szekunder levegő közvetlen lángba jutásának megakadályozása – magas hőmérsékleti csúcsok csak a lángfelületen jelentkeznek) • A lángba kerámia vagy hőálló rudat téve annak hőmérséklete csökkenthető • Előkeveréses égő primer levegőhányadának emelése 30-50%-ról 1,05-1,3 levegőtényezőig (égés felgyorsul, láng lerövidül és felfekszik a kilépő nyílásra)
2004. november 4.
OTKA T-046224
40
20
6 Égéselmélet, tüzeléstechnika Légellátási tényező hatása a hatásfokra • Kezdeti hatásfok 88% (5,5% O2 a füstgázban és 1,35-ös légfelesleg tényező) • Légfelesleg tényező csökkentése 1,05-1,1-re, a hatásfok 90,2%-ra emelkedett • n= 1,05-1,15 földgáztüzelésnél • Fontos a kazánok helyes beszabályozása!
2004. november 4.
OTKA T-046224
41
Éghető gázok osztályozása
MSZ EN 437: 2003 szerint 0
G ázcsa lád o k é s g ázc so p o rto k
F első W o b b e-szám 1 5 C -o n é s 1 01 3,25 m b a r nyo m á so n M J/m 3 leg kise b b
leg na g yo b b
E lső g ázcsa lád a cso po rt
22 .4
2 4.8
2 2.4
24 .8
M ás o d ik g á zcs alád H csop ort L csop ort E cso po rt S cso po rt
36 .3
5 4.7
4 5,7 3 9.1 4 0.9 3 6,3
54 ,7 44 .8 54 .7 41 ,5
H a rm a d ik g ázcslá d B /P csop ort (p ro pá n és b után ) P cso po rt (prop án ) B csop ort (bu tá n)
72 .9
8 7.3
7 2.9
2004. november 4.
Je lö lés
M O -n
V á ro s i g ázo k
1a 2H 2L 2E 2S
M O -n
87 .3
3P /B
M O -n
7 2.9
76 .8
3P
8 1.8
87 .3
3B
OTKA T-046224
N év
M O -n
F ö ld g ázo k
P éb é g ázo k
42
21
7 Megújuló energiaforrások és a földgáztüzelés • 2030 – az ország energiafüggősége várhatóan 60-70%-ra emelkedik • Megújuló energiák aránya valószínűleg nem fogja elérni a 12%-ot • Hazai viszonyokban legkönnyebben napenergia hasznosításával lehetne teljesíteni a kyoto-i vállalásokat • NEP (Nemzeti Energiatakarékossági Program) „A 20 000 napkollektoros tető 2010” program 2004. november 4.
OTKA T-046224
43
NEP-2004-5 pályázat
Önkormányzatok és magánszemélyek részére • Megújuló energiaforrásokkal előállított hőenergia • Energetikai növénytermesztés • Geotermikus energiafelhasználás • Szélenergia felhasználása • Napkollektorok, napelemek létesítése • Megújuló energiával üzemelő alternatív, földgázt kiváltó berendezések létesítése • Hőszivattyú létesítése 2004. november 4.
OTKA T-046224
44
22
Összefoglaló megállapítások • Hátralevő feladatok – Készülékpark cseréje – Műszaki-, jogi szabályozások – Biztonságos üzemvitel tudatosítása
• Gázkészülékek jövőbeni irányvonalai – – – –
Energia megtakarítás (hatásfok növelése) Környezetszennyezés csökkentése Gazdaságos üzemvitel Megújuló energiaforrásokkal való kombináció (napenergia, geotermikus energia, biogáz…)
2004. november 4.
OTKA T-046224
45
2004. november 4.
OTKA T-046224
46
23
