Schoorsteendiameter en nominaal vermogen bepalen met behulp van formules

Vaktechniek

Uittreksel van De Onderneming nr. 900 - Juni 2013

Schoorsteendiameter en nominaal vermogen bepalen met behulp van formules Door Ernest Demol-Ing. - Consultant - Technisch adviseur CIGES

1 – Inleiding De tweede versie van de norm NBN B61-001 (nominaal vermogen ≥ 70 kW) heeft nu het openbaar onderzoek afgesloten. Annex F bevat, ter informatie, grafieken voor een snelle bepaling van de diameter van de schoorsteen* in functie van de effectieve hoogte van het rookgaskanaal en het aangesloten nominale vermogen. We gaan hierna op de selectiecriteria in. Gespecialiseerde verenigingen zoals Ciges, de vereniging van leveranciers van metalen rookgasafvoer, stellen vast dat er veel interesse voor dergelijke hulpmiddelen bestaat. Gezien het een trend wordt om zo weinig mogelijk papieren documenten te gebruiken, lijkt de tijd gekomen om over te schakelen op een versie met programmeerbare formules. Het programma van de formules in dit artikel neemt minder dan 3 kB in beslag op een programmeerbare rekenmachine (Casio, programmeertaal BASIC, een klein basisprogramma en vier subprogramma’s). Ze zijn uitgewerkt als exponentiële regressieformules, die eventueel kunnen worden omgezet in logaritmische versies, als het rekentoestel (laptop, tablet, smartphone) dat mogelijk maakt. * Deze grafieken werden voor de Ciges cursus ontwikkeld, en berekend volgens NBN EN13384

2 – Enkele aspecten van de berekening van de afkoeling en diameter volgens NBN EN 13384/1 & 2 Er wordt rekening gehouden met onder meer de volgende factoren : • de warmtestroom: (Qn – kW): het nominale debiet (Pn - kW) gedeeld door het rendement (h -) • de hydraulische diameter (Dh – m; in onze voorbeelden uitgedrukt in mm) • de massa van de rookgassen (m - g/s kW), een functie van het type brandstof, Qn en het CO2 gehalte. • de gemiddelde rookgastemperatuur over het hele tracé (aansluiting en verticale gedeelte) • het drukverlies over het hele tracé (aansluiting en verticale gedeelte)

factoren

en

naargelang de brandstof - zie NBN EN 13384

We moeten dus eerst de massa van de rookgassen bepalen, op basis van Pn, h , CO2

20

de onderneming 900 juni 2013

Vaktechniek


Tabel 1 hierna geeft voor elke klassieke brandstof in functie van het CO2 gehalte de massa van rookgassen per tijdseenheid (s) en vermogen (kW) met een correctiefactor F. Hiermee kunnen we het Pn omzetten in een fictief vermogen Pncorr. Het basisgehalte aan CO2 aan de hand waarvan de grafieken van annex F werden opgesteld (en wat we dus ook zullen gebruiken) is als volgt. • 10% voor aardgas (type L en H) • 13% voor stookolie • 11% voor vloeibaar petroleumgas (commerciële butaan en propaan) • 18% voor pure houtpellets. De referentiekolom met factor F gelijk aan 1 komt overeen met de waarde waarbij de massa van de rookgassen (per seconde en kW) zo goed als identiek is voor elke brandstof (verschil kleiner dan 1,2%) Opgelet: het drukverlies (eventuele tegendruk van de ketel + drukverlies in de schoorsteen) stijgt ongeveer evenredig met het kwadraat van correctiefactor F.

met : Pdc1 = Drukverlies met rookgasdebiet bij ontwerp Pn et CO2 Pdc2 = Drukverlies met rookgasdebiet vermenigvuldigd met coëfficiënt F. qm1 = Rookgasdebiet bij ontwerp Pn en CO2. qm2 = Rookgasdebiet bij Pncorr. en werkelijke/gemeten CO2.

Your reliable partner!

Flamco, uw specialist voor: • Expansievaten. • Ontluchting. Vuilafscheiding. Veiligheidsventielen. • Buis- en radiatorbevestigingsmateriaal. INFO 425

PS

DUO SOLAR

KPS

FWS

Buffervaten.

Uitgerust met twee warmtewisselaars.

Buffervat voor de combinatie van meerdere verwarmingssystemen in combinatie met warmwaterverwarming.

Gecombineerd buffervat en doorstroom toestel voor tapwater verwarming.

F l a m c o B e L u x • J . Va n E l e w i j c k s t r a a t 5 9 • 1 8 5 3 G r i m b e r g e n Te l : 0 2 / 4 7 6 0 1 0 1 • F a x : 0 2 / 4 7 6 0 1 9 9 • i n f o @ f l a m c o . b e • w w w. f l a m c o . b e


21

Vaktechniek


3 – Correctiefactoren F

ref.

GAS

STOOKOLIE

LPG

PELLETS

Rendement: 100 %

Tabel 1: Correctiefactoren F om Pncorr te berekenen, in functie van het CO2 gehalte op basis van vermogen Pn met referentie CO2 gehalte

Rekenvoorbeelden voor Pncorr. • Voorbeeld 1: CO2 gehalte van de rookgassen van een condenserende gasketel van 320 kW: 8%, tegenover referentiewaarde 10% - identiek rendement. Welke multiplicatiecoëfficiënt F1? –> 1,22 Pncorr. of fictief vermogen om de schoorsteen te berekenen is Pncorr. = Pn * F1 = 320 x 1,22 = 390 kW Het drukverlies in de ketel en rookgascircuit stijgt met ongeveer 1,22^2 = 1,49 of ongeveer 49%.

• Voorbeeld 2: CO2 gehalte van de stookolieketel van 1120 kW: 12% tegenover referentiewaarde van 13% - identiek rendement. Welke multiplicatiecoëfficiënt F2? –> 1,08. Pncorr. of fictief vermogen om de schoorsteen te berekenen is Pncorr. = Pn * F2 = 1120 x 1,08 = 1210 kW Het drukverlies in de ketel en het rookgascircuit stijgt met ongeveer 1,08^2 = 1,17 of ongeveer 17%. Bij een puur grafische bepaling van de schoorsteen moet men ook uitgaan van het begrip Pncorr.

22


Vaktechniek


3.1 – Aandachtspunten De stijging van het drukverlies in de rookgasafvoer (ketel + schoorsteen) kan tot grote problemen leiden bij de opstart of bedrijf van de brander. Het kan zelfs voorkomen dat een schoorsteen of ketel die ontworpen is om in onderdruk te werken, op die manier in overdruk komt te staan. Er is dan gevaar voor terugslag uit een niet rookgasdichte schoorsteen, bijvoorbeeld in baksteen of keramische potten (rookgaslekken), die ontworpen is voor werking in onderdruk (type N1 of N2 volgens NBN EN 1443). Dat is ook dikwijks de oorzaak van terugslag naar de evenwichtsbypass in een C4 rookgasafvoer (collectief type CLV, 3CE of LAS) voor werking in onderdruk. Het fenomeen kan nog verergeren als de rookgastemperaturen lager liggen dan de waarden die men hanteerde voor de berekening van de diameter van de rookgasafvoer. Het effect treedt ook op bij slechte branderafstelling en in streken met L gas (Slochteren) met ketels met een premixbrander van categorie I2E(S)B. Het is bekend dat in die gevallen de CO2 en het vermogen kan dalen (-18,2%). Denk eraan dat een bijstelling van CO2 bij deze toestellen verboden is, zodra ze de fabriek verlaten hebben (instelling voor H gas af fabriek). Toestellen van type I2N of I3N hebben dit probleem niet meer.

3.2 – Ter herinnering: bepaling van de hydraulische diameter Dha van rookgasaansluiting of -kanaal. Voor niet-ronde kanalen neemt men

(m , cm of mm)

– A (m², cm², mm²) : interne doorsnede van het kanaal – P (m, cm, mm) : binnenomtrek van het kanaal – a, b (m, cm, mm) : zijkanten van vierkant of rechthoekig kanaal. De selectiecriteria van een diameter of vermogen op basis van de formules hieronder zijn gebaseerd op de volgende basiscriteria: • De thermische weerstand van de schoorsteenwand R (1/L volgens EN 13384) = 0,4 (m2.K)/W. Dat komt overeen met een geïsoleerde dubbelwandige RVS schoorsteen met een isolatielaag van ongever 30 mm. • De effectieve lengte van de aansluiting (Lv) is kleiner dan 1/4 van de hoogte van het rookgaskanaal (Hc) met een maximum van 2 m. • De lokale drukverliescoëfficiënt V is kleiner dan 1,32 (twee bochten van 45° en een T op 135° • Rookgaskanalen in overdruk (condensatieketels) hebben een vrije uitmonding (geen statische aanzuiging, of gelijkaardig) • De ruwheid van de het kanaal is macimaal 0,001 m (waarde voor glad RVS volgens NBN EN 13384). Andere bronnen geven lagere waarden. • De totale hoogte van de schoorsteen (aansluiting + verticaal kanaal) Ht is minstens 4 m.

24


Vaktechniek


4 – Berekeningsformules van het gecorrigeerd nominaal vermogen per brandstoftype

Brandstof

Pncorr. (kW) in functie van %CO2

AARDGAS

STOOKOLIE

LPG

PELLETS Rendement η wordt decimaal uitgedrukt, bijvoorbeeld 95% = 0,95

Tabel 2: Berekeningsformules voor het gecorrigeerde (fictieve) nominale vermogen (Pncorr) in functie van het CO2 gehalte, op basis van het vermogen Pn en de standaard CO2

4.1 – Andere weergave van de formules De exponentiële regressieformules hebben de vorm:

Waarbij - x : CO2 gehalte (%) - a en B de factoren uit de vergelijkingen in tabel 2 De formule is ook logaritmisch uit te drukken (decimaal logaritme)

Past men deze formule toe op de formule voor aardgas in tabel 2, met een CO2 gehalte van 8%, dan verkrijgt men een correctiefactor F (noemer van het eerste deel van de formule) log F = log 3,31798 + (- 0.88844 * log 8) ; log F = 0,5209 + (-0,88844 * 0,9031) = - 0,2815 F is dus: F = 10^logF / 0,428 , dus –> (10^- 0,2815) / 0,428 F = 0,5230 / 0.428 = 1.222

26


dat geeft :

Vaktechniek


Dit is wel degelijk de correctiefactor F1 in tabel 1 voor een CO2 gehalte van 8%. Het fictieve vermogen Pncorr. stijgt met 22% ten opzichte van het nominale vermogen Pn van de ketel.

5 – Berekeningsformules voor de diameter Dh (mm) of fictief Pn - Pncorr. - (kW) Schoorstenen in onderdruk Drukklasse type N of P volgens NBN EN 1443

Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Onderdruk van 3 tot 10 Pa aan uitgang ketel Rookgastemperatuur

Formules

Ketel met atmosferische brander Formule voor een schoorsteenhoogte

Formule voor een schoorsteenhoogte

Tabel 3: Berekening van kanaaldiameter Dh (mm) op basis van het vermogen Pncorr (kW) en hoogte Ht (m) (*) Voor atmosferische ketels : Pn = Pncorr.

28


Vaktechniek


Berekeningsvoorbeeld Voorbeeld 1 – Stookolieketel, rookgastemperatuur: 160°C, Pn : 285 kW, CO2 :11%, Ht : 12 m –>Tab.3 Pncorr. : 285 * 1.16 = 330 kW

dus

Voorbeeld 2 – Atmosferische ketel, Pncorr. 570 kW – Ht : 8 m. Gebruik tabel 3.

dus

Grafische bepalingsmethode voor atmosferische ketels

Hoogste Ht (m)

30



Vaktechniek

Rookgaskanalen in onderdruk Drukklasse type N of P volgens NBN EN 1443

Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Onderdruk van 3 tot 10 Pa aan uitgang ketel Rookgastemperatuur

Formules

Ketel met atmosferische brander Formule voor een schoorsteenhoogte

Formule voor een schoorsteenhoogte

Tabel 4: Berekening van het toegelaten vermogen Pncorr (kW) op basis van de diameter Dh (mm) en de hoogte Ht (m) (*) Voor atmosferische ketels : Pn = Pncorr.

Voorbeeld 3 – Bestaand kanaal in onderdruk (volgens de criteria voor de formules): gasketel, rookgastemperatuur: 200°C, CO2 : 9%, ø 400 mm, Ht : 22 m. Welk Pncorr en dus Pn? Gebruik tabel 4.

zodat


31

Vaktechniek


Logaritmische berekening (decimaal) :

Schoorstenen in overdruk Drukklasse: (*) type P1 of P2 - (**) type H1 of H2 volgens NBN EN 1443

Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Condensatieketels - rookgastemperatuur 45°C Overdruk van 20 tot 500 Pa aan uitgang van de ketel Overdruk (Pa)

Formules

Tabel 5 : Berekening van kanaaldiameter Dh op basis van het vermogen Pncorr (kW) en hoogte Ht (m)

Voorbeeld 4 – Condensatieketel : 630 kW , h :100%, rookgasafvoer in overdruk,beschikbare overdruk aan keteluitgang: 70 Pa – aardgas, CO2 : 8,5%, rookgastemperatuur 50°C, Ht : 18 m. Pas de formule met 50 Pa beschikbare druk toe van tabel 5

dus

32


Vaktechniek


Schoorstenen in overdruk Drukklasse(*) type P1 of P2 - (**) type H1 of H2 volgens NBN EN 1443

Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Condensatieketels - rookgastemperatuur 45°C Overdruk van 20 tot 500 Pa aan uitgang van de ketel Overdruk (Pa)

Formules

Tabel 6 : Berekening van het toegelaten vermogen Pncorr (kW) op basis van de kanaaldiameter Dh (mm) en de hoogte Ht (m)

Voorbeeld 5 – Condenserende stookolieketel met rookgascondensor, afvoer in overdruk, beschikbare druk aan keteluitgang 100 Pa CO2 : 12,5%, T°rookgassen – 50°C, ø : 300 mm, Ht : 8 m. Welk Pncorr. en dus Pn ? Gebruik de formule voor 100 Pa beschikbare druk van tabel 6

Let op: hier wordt de ‘multiplicator’ als een ‘divisor’ gebruik om van Pncorr tot Pn te komen. –> Vandaar Pn (met 13% CO2) 1302/1,04 = 1252 kW Deze Pn is de waarde die de ketelfabrikant vermeldt.

■

34


Schoorsteendiameter en nominaal vermogen bepalen met behulp van formules

Recommend Documents