Helyszínen épített vegyes-tüzelésű kályhák méretezése Tartalomjegyzék

Helyszínen épített vegyes-tüzelésű kályhák méretezése

Tartalomjegyzék 1. 2. 3. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4. 4.3.5. 4.3.5.1. 4.3.5.2. 4.3.6. 4.4. 4.4.1. 4.4.2. 4.4.3. 4.4.4. 4.4.5. 4.4.6. 4.4.7. 4.5. 4.5.1. 4.5.2. 4.5.3. 4.5.4. 4.5.5. 4.5.6. 4.6. 4.6.1. 4.6.2. 4.6.3. 4.7. 4.8.

Bevezetés Szakkifejezések és meghatározásuk Mértékadó alapadatok Számítások A szükséges tüzelőanyag mennyiség Az óránként elégetett tüzelőanyag mennyiség Az alapvető méretek meghatározása A szükséges rostélyfelület A szabad rostélyfelület A tűztér magassága A tűztér alapterülete A minimális járathosszúság Minimális járathosszúság egyhéjú kályhák esetében Minimális járathosszúság kéthéjú kályhák esetében A biztonsági átégő felülete Az égéslevegő szükséglet meghatározása Az elméleti levegőszükséglet A tényleges levegőszükséglet Az égéslevegő-térfogatáramlás normál értékben A tényleges égéslevegő-térfogatáramlás A hőmérséklet-korrekciós faktor A tengerszint feletti magasság-korrekciós faktor Az égéslevegő tényleges sűrűsége A keletkezett füstgázmennyiség meghatározása Az elméleti füstgázmennyiség A tényleges füstgázmennyiség A füstgáz térfogat-áramlás normál értékben A tényleges füstgáz térfogat-áramlás A füstgáz tömegáram A füstgáz tényleges sűrűsége Az alapvető füstgázhőmérsékletek meghatározása A tűztér közepes hőmérséklet A tűztér kilépő hőmérséklet A kályha kilépő hőmérséklet Füstgázhőmérséklet a járathossz függvényében A hatásfok számítása

2

5. 6. 1.

Áramlástechnikai méretezés A szövegben említett szabvány Bevezetés

A környezetvédelmi előírások egyértelműen szükségessé teszik a fatüzelés minél szélesebb körű elterjedését, és ezzel párhuzamosan a vegyes-tüzelésű tüzelőberendezések számának csökkentését. Ugyanakkor tudomásul kell vennünk a tényt, hogy hazánkban, mind a kályhások, mind a megrendelők körében még sokan ragaszkodnak ezekhez a készülékekhez. A vonatkozó jogszabályok előírják a kémény-áramkör ellenőrzéséhez, méretezéséhez szükséges adatok, az úgynevezett teljesítményadatok meghatározását. Ez a méretezési eljárás a helyszínen épített, hőtárolós, szén- és brikett tüzelésű kályhák teljesítményadatainak meghatározásához nyújt segítséget. Nem tárgya a kémény-áramkör méretezéséhez nem szükséges szerkezeti méretek (például hamutér térfogat, talapzat magasság, stb.) meghatározása. A kályha szerkezeti elemeinek méretezéséhez egymás után adjuk meg az elméleti, és ahol ez lehetséges, az általunk javasolt mértékadó alapadatok behelyettesítésével számolt egyszerűbb összefüggéseket. Az elméleti képletek jelölése E, az egyszerűsített képletek jelölése pedig M betűvel kezdődik. 2.

Szakkifejezések és meghatározásuk

2.1.

Biztonsági átégő (gázslicc)

A tűzteret és az összekötő elem csatlakozást a lehető legrövidebben összekötő, a járatokat rövidre záró nyílás. Szerepe a hideg kályha elindításánál és az esetleges robbanások erejének fékezésénél van. 2.2. Egyhéjú kályha A kályhának egy darab, egy, vagy több rétegből álló héja van. Az MSZ EN 15544 szabvány légrés nélküli kialakításnak nevezi. 2.3. Füstjárat hosszúsága A füstjárat tengelyvonalának hosszúsága a tűztér kilépéstől az összekötő elem csatlakozásig. 2.4. Hatásfok A névleges fűtőteljesítmény és a névleges fűtési idő szorzata osztva a bevitt hőmennyiséggel, százalékos értékben. 2.5. Kályha kilépő hőmérséklet A kályhából kilépő, az összekötő elembe belépő füstgáz hőmérséklete. 2.6.

Kéthéjú kályha

3

A kályhának két darab egymástól független, légréssel, vagy valamilyen szabad mozgást lehetővé tevő anyaggal elválasztott héja van. Mindkét héj lehet egy, vagy többrétegű. Az MSZ EN 15544 szabvány légréses kialakításnak nevezi. 2.7. Névleges fűtési idő Időtartam, amelyen keresztül a kályha képes a névleges fűtési teljesítményt leadni. 2.8. Névleges fűtési teljesítmény A kályha névleges fűtési időn keresztül leadott fűtőteljesítményének átlagértéke. 2.9. Rostély A berakott tüzelőanyag tartásához, az alulról történő égéslevegő bevezetéséhez szükséges szerkezeti elem. 2.10. Tüzelőanyag mennyisége A névleges fűtőteljesítmény névleges fűtési időn keresztül történő leadásához szükséges tüzelőanyag tömege. 2.11. Tűztér alapterülete A tűztér ajtónyílás alsó síkjánál felvett vízszintes metszet területe, amibe nem tartozik bele a homlokfal belső síkja és az ajtó belső oldala közötti terület. 2.12. Tűztér kilépő hőmérséklet A tűztérből kilépő füstgáz hőmérséklete. 2.13. Tűztér közepes hőmérséklet A tűztér nyugalmi nyomás számításánál használt átlagos hőmérséklet. 2.14. Tűztér magassága A rostély és a tűztér lefedés közötti középtávolság. 3.

Mértékadó alapadatok

A kályha hatásfoka η: 78 % Tüzelési idő τT: 1,6 óra A tüzelőanyag fűtőértéke Ha: 5,8 kWh/kg (~21 MJ/kg) Légfelesleg tényező n: 2,25 A levegő sűrűsége ρLN: 1,293 kg/Nm3 A füstgáz fajhője cPG: 1,0465 kJ/kgK A füstgáz sűrűsége a légfelesleg tényező függvényében: Légfelesleg tényező n Sűrűség ρGN (kg/Nm3)

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,25

2,5

1,341

1,332

1,325

1,32

1,316

1,313

1,31

1,306

4

4.

Számítások

4.1.

A szükséges tüzelőanyag mennyiség

ahol: ms PN τN Ha η

a berakott tüzelőanyag mennyiség a névleges teljesítmény a névleges fűtési idő a tüzelőanyag fűtőértéke hatásfok

(kg) (kW) (h) (kWh/kg)

A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

4.2.

Az óránként elégetett tüzelőanyag mennyiség

ahol: m’s az óránként elégetett tüzelőanyag mennyiség τT a tüzelési idő A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

A tényező kiszámítása: 1/τT=1/1,6=0,625

4.3.

Az alapvető méretek meghatározása

4.3.1. A szükséges rostélyfelület

ahol: AR a szükséges rostélyfelület

(cm2)

(kg/h) (h)

5

A tényező meghatározásánál 150 kg/m2h rostélyteljesítményt vettünk figyelembe. 4.3.2. A szabad rostélyfelület

ahol: A’R a szabad rostélyfelület

(cm2)

4.3.3. A tűztér magassága

ahol: hTt a tűztér magassága

(cm)

A tűztér magassággal kapcsolatos egyéb kikötések: Minimális tűztér magasság 50 cm Maximális tűztér magasság 90 cm 4.3.4. A tűztér alapterülete

ahol: ATt aTt bTt

a tűztér alapterülete (cm2) a tűztér szélessége (cm) a tűztér mélysége (cm)

A tűztér szélességgel kapcsolatos egyéb kikötések: Minimális szélesség 23 cm, és teljesüljön a rostélyszélesség + minimum 0,8 cm feltétel Maximális szélesség a rostély szélessége + 20 cm A tűztér mélységgel kapcsolatos egyéb kikötések: Minimális mélység 23 cm, és teljesüljön a rostély hosszabb oldala + minimum 0,8 cm feltétel Maximális mélység a rostély hosszabb oldala + 20 cm 4.3.5. A minimális járathosszúság A minimális járathosszúság szükséges a 78 %-os hatásfok eléréséhez. 4.3.5.1.

ahol:

Minimális járathosszúság egyhéjú kályhák esetében

6

Lmin

a minimális járathossz

(m)


4.3.5.2.

Minimális járathosszúság kéthéjú kályhák esetében


4.3.6 A biztonsági átégő felülete

ahol: ABA a biztonsági átégő felülete 4.4.

(cm2)

Az égéslevegő szükséglet meghatározása

4.4.1 Az elméleti levegőszükséglet

ahol: LEN 1 kg tüzelőanyag elméleti égéslevegő szükséglete normál értékben A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

4.4.2. A tényleges levegőszükséglet

ahol:

(Nm3/kg)

7

LTN n

1 kg tüzelőanyag tényleges égéslevegő szükséglete normál értékben légfelesleg tényező


4.4.3. Az égéslevegő-térfogatáramlás normál értékben

ahol: VLN az égéslevegő-térfogatáramlás normál értékben A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

4.4.4. A tényleges égéslevegő-térfogatáramlás

ahol: VLT tényleges égéslevegő-térfogatáramlás ft hőmérséklet-korrekciós faktor fs magasság-korrekciós faktor

(m3/s)

4.4.5. A hőmérséklet-korrekciós faktor

ahol: t a levegő hőmérséklete

(°C)

4.4.6. A tengerszint feletti magasság-korrekciós faktor

ahol: z a tengerszint feletti magasság

(m)

(Nm3/s)

(Nm3/kg)

8

4.4.7. Az égéslevegő tényleges sűrűsége

ahol: ρLN A levegő sűrűsége normál állapotban ρL A levegő tényleges sűrűsége

(kg/Nm3) (kg/m3)


4.5.

A keletkezett füstgázmennyiség meghatározása

4.5.1. Az elméleti füstgázmennyiség

ahol: GEN 1 kg tüzelőanyagból keletkezett elméleti füstgázmennyiség normál értékben (Nm3/kg) A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

4.5.2. A tényleges füstgázmennyiség

ahol: GTN 1 kg tüzelőanyagból keletkezett tényleges füstgázmennyiség normál értékben (Nm3/kg) A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

9

4.5.3. A füstgáz térfogat-áramlás normál értékben

ahol: VGN füstgáz térfogat-áramlás normál értékben (Nm3/s) A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

4.5.4. A tényleges füstgáz térfogat-áramlás

ahol: VGT tényleges füstgáz-térfogatáramlás (m3/s) A korrekciós faktorok kiszámítása a 4.4.5. és 4.4.6. pontban meghatározott összefüggések alapján történhet. A hőmérséklet korrekciónál értelemszerűen a füstgáz hőmérsékletét kell behelyettesíteni. 4.5.5. A füstgáz tömegáram

ahol: mG füstgáz tömegáram ρG a füstgáz sűrűsége

(kg/s) (kg/Nm3)


4.5.6. A füstgáz tényleges sűrűsége

ahol: ρGN A füstgáz sűrűsége normál állapotban ρG A füstgáz tényleges sűrűsége

(kg/Nm3) (kg/m3)

10


4.6.

Az alapvető füstgázhőmérsékletek meghatározása

A tüzeléskor keletkezett hő egyik része átadódik a kályha szerkezeti elemeinek, másik része felmelegíti a füstgázt. Ez alapján felírhatjuk:

ahol: s cPG tG tK

hőleadási faktor a füstgáz fajhője a füstgáz hőmérséklete a környezet hőmérséklete

(%) (kJ/kgK) (°C) (°C)

Az egyenlet átrendezésével és a megfelelő hőleadási faktorok behelyettesítésével meghatározhatók az alapvető füstgázhőmérsékletek. A hőleadási faktorokat a fatüzelésnél alkalmazott, MSZ EN 15544 szabványban rögzített alapvető füstgázhőmérsékletek felhasználásával határoztuk meg. 4.6.1. A tűztér közepes hőmérséklet

Az s hőleadási faktor értéke 0,213. A 3600 tényező itt és a továbbiakban a kWh/ kg→kJ/kg átváltás miatt szükséges. A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

A környezeti hőmérséklet 15 °C. 4.6.2. A tűztér kilépő hőmérséklet

Az s hőleadási faktor értéke 0,385.

11


A környezeti hőmérséklet 15 °C. 4.6.3. A kályha kilépő hőmérséklet

Az s hőleadási faktor értéke 0,741. A mértékadó alapadatok behelyettesítésével:

A környezeti hőmérséklet 15 °C. 4.7.

Füstgázhőmérséklet a járathossz függvényében

ahol: t a füstgáz hőmérséklete a vizsgált helyen Lj a vizsgált járathossz 4.8.

(°C) (m)

A hatásfok számítása

ahol: tKK a kályhából kilépő, összekötő elembe belépő füstgáz hőmérséklete

(°C)

Ezzel a képlettel 0 °C-nál 100 %, 318 °C-nál 78 % értéket feltételezve lineárisan, tehát csak megközelítőleg számítható a hatásfok.

5.

Áramlástechnikai méretezés

A huzatszükségletet az itt meghatározott adatok felhasználásával az MSZ EN 15544 szabványban megadott módon lehet kiszámítani.

12

6.

A szövegben említett szabvány

MSZ EN 15544

Egyedi kivitelezésű tégla- és cserépkályhák. Méretezés.

Irodalom Czikó Miklós, Simon Ferenc: Fűtés, hűtés, szellőztetés. Tankönyvkiadó, 1963. Dr. Beke János: Műszaki hőtan mérnököknek. Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, 2000.

Libik András: Fatüzelésű épített kályhák. Terc Kereskedelmi és Szolgáltató Kft, 2011.

Fót, 2014. november 26. Libik András

2009

Helyszínen épített vegyes-tüzelésű kályhák méretezése Tartalomjegyzék

Recommend Documents