VNV83L Hő- és áramlástechnikai gépek I. Felkészülési kérdések 1. Hőerőgép és hőközvetítő gép A hőerőgép olyan valóságos vagy elméleti erőgép, amely hőenergiát mechanikai munkává alakít át. Más definíció szerint a hőerőgép olyan kalorikus gép, mely hasznos mechanikai munkát szolgáltat. A kalorikus gépek a hőerőgépek és a hőszivattyúk és termodinamikai elven működő hűtőgépek összefoglaló neve. A hőerőgépek termodinamikai körfolyamatot (ciklust) valósítanak meg működésük folyamán. A hőerőgépeket rendszerint az általuk megvalósított körfolyamatról nevezik el, de gyakran alternatív elnevezéseket is használnak: benzinmotor, gőzgép, gázturbina. A belsőégésű gépek (motorok) a gép belsejében fejlesztenek hőenergiát, a külső hőbevezetésű gépek külső hőforrás által fejlesztett hőenergiát abszorbeálják. Egyes hőerőgépek a külső atmoszféra felé nyitott szerkezetűek, mások el vannak szigetelve a környezettől (nyitott vagy zárt rendszerek). A hőerőgép a magas hőmérsékletű hőforrásból hőt vesz fel, egy részét átalakítja hasznos mechanikai munkává, a maradékot pedig leadja az alacsony hőmérsékletű hőnyelő rendszerbe. 2. Minőségi és mennyiségi veszteségek -Mennyiségi veszteség: A bevitt energia (Qbe) egy része a vizsgált rendszerből a környezetbe távozva elvész (Qv), de a megmaradó hasznos energia (Qh) minőségi jellemzői nem változnak, vagy változásukkal nem számolunk (a vizsgálat szempontjából érdektelen). Energiamérleg: Qbe Qh Qv -Minőségi veszteség: Irreverzibilis veszteségek (termikus-mechanikai energiaátalakításnál!): Az energiaátalakítás hővel kapcsolatos folyamataiban többnyire olyan veszteségek lépnek fel, amelyeknél a hő mennyisége ugyan változatlan, de állapotjellemzői (p,t) úgy változnak meg, hogy a hő a munkavégzés szempontjából kisebb értékűvé válik. Irreverzibilis alapfolyamatok: – hőcsere, – fojtás, – keveredés.
3. Minőségi és mennyiségi szabályozás Mennyiségi szabályozás Lényege: a külső hőmérséklet függvényében a keringetett víz mennyiségét változtatjuk. (valójában minden szabályozás a szállított hőmennyiség megváltoztatásán alapszik) - az előremenő víz hőmérséklete nem változik, de a fűtőtest és a visszatérő víz hőmérséklete igen Minél kevesebb vizet cirkuláltatunk, annál nagyobb lesz a lehűlés, annál alacsonyabb lesz a visszatérő víz hőmérséklete.. Minőségi szabályozás olyan hűtési és fűtési rendszerekben, ahol a primer és a szekunder hálózat hőmérséklet lépcsője azonos, tehát a szabályozó szelep teljes nyitásakor tP1 hőmérséklet azonos tS1 hőmérséklettel. A fenti szabályozás a fűtési rendszerek kedvelt „időjárás függő” szabályozása. (Az időjárásfüggő előremenő vízhőmérséklet szabályozás nem tudja figyelembe venni az egyes helyiségek pillanatnyi hőterhelését, a mennyiségi szabályozás viszont állandó, magas előremenő vízhőmérséklettel, és a szükségesnél nagyobb maradó szabályozási eltéréssel üzemel. Célszerű ezért a két szabályozást együttesen alkalmazni. A központi, időjárásfüggő előremenő vízhőmérséklet-szabályozás fűtési görbéjét, meredekségét kb. 5-10 °C-kal kell magasabbra állítani, mint a „tiszta” hőmérsékletszabályozásnál. Ez a szükségesnél magasabb vízhőmérséklet kisebb maradó szabályozási eltérés mellett biztosítja az egyes, időszakosan alacsonyabb hőmérsékletre állított helyiségekben a gyorsabb felfűtési lehetőséget.)
4. Ismertesse a termodinamika főtételeit röviden! Nulladik főtétel: Az egyensúly szükséges és elégséges feltétele, hogy a rendszer valamennyi intenzív mennyisége homogén eloszlású legyen [Guggenheim, Fényes]. A termikus egyensúly feltétele a a hőmérséklet térbeli állandósága. T (r ) const Az egyensúly a rendszerek tranzitív tulajdonsága. • Első főtétel (az energia-megmaradás tétele): az energia nem keletkezhet és nem semmisülhet meg, csak egyik formából a másikba alakulhat át. Gibbs fundamentális egyenlete: n
TdS dU pdV i dNi i 1
n
TdS dH Vdp i dNi i 1
dH dU pdV Vdp du d ( pV )
•
Zárt rendszerben, ahol a tömeg nem változik (dNi=0): dQ TdS dU pdV dH Vdp Második főtétel (a termodinamikai folyamatok tendencia törvénye): a folyamat mindig a kisebb valószínűségű állapotból a nagyobb valószínűségű állapotba tart.
– –
–
A termodinamikai rendszer állapota termodinamikai valószínűséggel (W) jellemezhető. Az egyensúlyában megzavart, majd magára hagyott rendszer a valószínűbb állapotok felé tart (W nő), s annál nagyobb sebességgel minél nagyobb a rendszeren belüli inhomogénitás. Egyensúlyi állapotban W=max.
5. Ismertesse a nevezetes állapotváltozásokat röviden! -Izobár a folyamat, ha a nyomás nem változik. p = áll. p1 = p2 p1 V1 T1
p2 V2 T2
V1 V2 T1 T2
Tehát
V állandó , azaz V ~ T T
Állandó nyomáson a gáz térfogata és hőmérséklete egyenesen arányos. - Izokor a folyamat, ha térfogat állandó. V = állandó V1 = V2 p1 V1 T1
p2 V2 T2
p1 p 2 T1 T2
p állandó p ~ T T
Állandó térfogaton a gáz nyomása és hőmérséklete egyenesen arányos. - Izoterm a folyamat, ha a hőmérséklet állandó. T = állandó T1 = T2 p1 V1 p2 V2 T1 T2
p1 V1 p2 V2 p V állandó p
állandó V
Állandó nyomáson a gáz térfogata és hőmérséklete fordítottan arányos. -Adiabatikus a folyamat, ha nincs hőközlés. (Hőszigetelt a tartály.) Q=0 p1 V1 p 2 V2 T1 T2
Az első főtétel szerint: ΔE = Q + W ΔE = 0 + W ΔE = W Ha nincs hőközlés, akkor a gáz energiája annyit változik, amennyi munkát végzünk rajta. 6. Hőcserélők
A hőcserélő készülékek arra szolgálnak, hogy bennük egy melegebb közeg hőt adjon le egy nála hidegebbnek. Hőcserélőket épületek fűtésére, klimatizálására, a hűtőtechnikában, hőerő-gépekben, erőművekben, a kohászatban, a vegyiparban egyaránt használnak. Hőcserélők például a járműmotorok hűtői, vagy a helyiségek fűtésére szolgáló radiátorok. A hőcserélő készülékek alapvető típusai – a teljesség igénye nélkül – a következők: Keverő hőcserélő. Ezekben a hőcsere a két közeg közvetlen érintkezésével valósul meg. Ilyen például a nedves hűtőtorony; ennek kürtőjében a felmelegedett levegő áramlik felfelé, a hűtendő vizet pedig sűrű eső formájában engedik lehullani. A keverőkondenzátorokban vagy tálcáról tálcára ejtik a hűtővizet cseppek formájában, vagy a vizet úgy juttatják be fúvókákon keresztül, hogy belőle vékony vízhártyák keletkezzenek; a gőz a cseppekkel, ill. a hártyákkal közvetlenül érintkezve kondenzálódik, miközben a víz felmelegszik. A Ruths-féle hőtárolókban a vizet úgy melegítik fel, hogy a fűtőgőzt rajta átbuborékoltatják. A regeneratív hőcserélők periodikusan működő berendezések; bennük egy harmadik (hőtároló) anyagot felmelegítenek, és eközben a meleg közeg lehűl. Ezt követően a hőtároló anyagot a hideg közeggel hozzák termikus kapcsolatba, az lehűl, és a hideg közeget felmelegíti. A regenerátorokat főleg akkor használják, ha a hőcserével vagy nagyon magas, vagy a nagyon alacsony hőmérsékletet kell elérni (pl. a nagyolvasztók lég-előmelegítőjének, vagy a levegő-cseppfolyósító berendezések hőcserélőjeként). Vagy (legalább) két készülékből állnak, amelyekben − egymással ellentétes fázisban − a hőtároló töltet hőt vesz fel, ill. ad le, vagy a hőtároló anyag mozog úgy, hogy felváltva a hidegebb és a melegebb közeg által átáramlott készülék-részen haladjon át (pl. a Ljungström-léghevítőkben a hőtároló töltetet egy szegmensekre osztott forgó hengerben helyezik el úgy, hogy a henger egyik fele a meleg, a másik a hideg közeget vezető csatornán halad át
A rekuperatív hőcserélőkben a két közeget hőátvivő felület választja el egymástól. Főbb fajtái: periodikusan működnek az ún. autoklávok; ezek hőátvivő felülettel ellátott tartályok, amelyeket feltöltenek a melegítendő közeggel, azt felmelegítik, majd a készüléket leürítik; a folyamatos működésű rekuperátorok további csoportosítása a konstrukció és a közegek egymáshoz viszonyított áramlási iránya alapján történik. A paralleláramlású készülékekben a két közeg azonos irányban és/vagy azonos értelemben (egyenáramban), vagy ellentett értelemben (ellenáram) áramlanak. Ilyen pl. az egyjáratú köpenyből és kétjáratú csőkötegből álló csőköteges, köpenyes hőcserélő, vagy a spirállemezes hőcserélő. A műszaki gyakorlatban kiemelt jelentőséggel rendelkező rekuperatív hőcserélők szerkezetének kettős feladata van: egyrészt az áramló közegek megfelelő elválasztása egymástól és a környezettől, másrészt az energia egyik közegből a másikba való terjedéséhez megfelelő körülmények (legfőképp az elegendő hőátadó felület) megteremtése. A hőátvitelnél a hőáram nagyságát döntően befolyásoló három tényező a felület, a hőmérséklet-különbség és
a hőátviteli tényező nagysága. A megfelelő feltételeknek eleget tevő hőcserélő megtervezéséhez e három tényező közötti összefüggés ismeretére van szükségünk. A rekuperatív hőcserélőket a közegek egymáshoz viszonyított áramlási irányai alapján egyenáramúnak, ellenáramúnak vagy keresztáramúnak tekinthetjük. 7. Tüzeléstechnika és égés A tüzeléstechnika a tüzelőanyagok elégetése során lejátszódó folyamatokkal foglalkozó tudományterület. Tüzelőanyag az a nagy mennyiségben rendelkezésre álló természetes vagy mesterséges éghető anyag, amelynek elégetése (oxidációja) közben jó hatásfokkal hőenergia keletkezik. Halmazállapota szerint lehet szilárd, folyékony vagy gáznemű Égés: olyan kémiai reakció, amelynek során az éghető gáz a levegő oxigénjével exoterm (hőtermelő) reakcióba lép. Sebessége szerint megkülönböztetünk: • • •
Lassú: pl.: rozsdásodás Normál: pl.: a köznapi értelemben vett égés Gyors: pl.: gázpalack felrobbanása
8. Tüzelőanyag, gázösszetétel, térfogatarány Tüzelőanyag az a nagy mennyiségben rendelkezésre álló természetes vagy mesterséges éghető anyag, amelynek elégetése (oxidációja) közben jó hatásfokkal hőenergia keletkezik. Halmazállapota szerint lehet szilárd, folyékony vagy gáznemű Állapotjellemzők: • •
Hőmérséklet (T; [°C], [K]) Nyomás (p; [Pa], [mbar], [bar]) • Sűrűség (ρ [kg/m3]) • Fajtérfogat (ν (nű); [m3/kg]) • Folyáspont
Anyagjellemzők: • • • • • •
Fajhő (c [J/kg·K]) Molekula tömeg (M; [kg/mol]) Gázállandó (R; [J/mol·K]) Hővezetési tényező (λ; [W/m·K]) Dinamikai viszkozitás (η; [N·s/m2]) Kinematikai viszkozitás
Tüzelőanyagok tüzeléstechnikai jellemzői: • • • •
összetétel relatív gázsűrűség égéshő és fűtőérték gyulladási hőmérséklet, lobbanáspont, gyulladáspont
• • •
a gyújtási koncentráció határai normál lángterjedési sebesség Wobbe-szám
Gázösszetétel: Az adott, szennyező anyagoktól mentes gázkeverék kémiailag egynemű alkotók térfogataránya vagy térfogatszázaléka. Általában komatográffal határozzák meg. Mértékegysége: [tf%], m3/m3 Térfogatarány: Egy adott komponens térfogata osztva a keverék teljes térfogatával. Jele: ri, mértékegysége [m3/m3] 9. Égéshő Égéshő(Felső fűtőérték) Az egységnyi tüzelőanyag tökéletes elégésekor a kémiailag kötött energiára jellemző átalakulási hő, ha a gáz, az égési levegő és a keletkezett füstgáz hőmérséklete azonos (0 [°C]), akkor az égéstermék víztartalma folyékony halmazállapotú és a levegő nitrogéntartalma nem oxidálódik. Jele: Hf Mértékegysége [kJ/m3], [MJ/m3], [kWh/m3] vagy [kJ/kg] Értéke földgáznál kb. Hf~40 [MJ/m3] n kJ H f H f, gáz (ri H f, i ) 3 m i 1
10. Fűtőérték Fűtőérték (Alsó fűtőérték) • Az egységnyi tüzelőanyag tökéletes elégésekor a kémiailag kötött energiára jellemző átalakulási hő, ha a gáz, az égési levegő és a keletkezett füstgáz hőmérséklete azonos (0 [°C]), akkor az égéstermék víztartalma gőz halmazállapotú és a levegő nitrogéntartalma nem oxidálódik. • Jele: Ha • Mértékegysége [kJ/m3], [MJ/m3], [kWh/m3] vagy [kJ/kg] • Értéke földgáznál kb. Ha~36 [MJ/m3] n kJ H a H a,gáz (ri H a,i ) 3 m i 1 11. Kondenzációs hőmérséklet Az a hőmérséklet, amelyen az égéstermék gőztartalmának parciális nyomása eléri a telítési gőznyomást, az égéstermék kondenzációs hőmérséklete.
Ha az égéstermék tisztán vízgőzt vagy savgőzöket is tartalmaz (víz)harmatpontról illetve savharmatpontról beszélünk. Jelentősége például, hogy az alacsony hőmérsékletű kazánoknál a visszatérő víz hőmérsékletének ennél nagyobbnak kell lennie, kondenzációsnál meg épp alacsonyabbnak. Értékét táblázatból határozzuk meg a füstgázban lévő víz parciális nyomása függvényében. Általános értéke 50-55 [°C] körül alakul. 12. Hűtőgép, hőszivattyú A Carnot-hőerőgép működésének megfordítása az ideális hűtőgép, a gőzkompressziós hűtőkörfolyamat idealizált fizikai alapmodellje. A körfolyamatot ideális gáz hűtőközeggel lehet szemléltetni, mely zárt rendszerben áramlik a nyíl irányában. A hűtendő helyiség jele E, itt hőt ad le a hűtendő objektum, a hűtőközeg felmelegszik. A K kompresszor végzi a gáz áramoltatását, összenyomja a hűtőközeget, mely izentropikus kompressziót szenved. A felmelegedett gáz a C hőcserélőn át hőt ad le, majd az Exp jelű expanziós gépben (gázturbinában) izentropikus expanzió megy végbe, a gázturbina közben hasznos munkát termel. A hűtés munkaszükséglete a kompresszor által felvett és az expanziós gép által leadott munka különbsége. A hőszivattyú olyan berendezés – kalorikus gép –, mely arra szolgál, hogy az alacsonyabb hőmérsékletű környezetből hőt vonjon ki és azt magasabb hőmérsékletű helyre szállítsa. Használatának célja a hőenergiával való gazdálkodás, melynek során hűtési energiát fűtésben (pl. melegvíz-készítésben) fel lehet használni, illetve környezeti hőt lehet hasznosítani. A hőszivattyú elvileg olyan hűtőgép, melynél nem a hideg oldalon elvont, hanem a meleg oldalon leadott hőt hasznosítják. Minden olyan fizikai elv alapján készülnek hőszivattyúk, melyeket a hűtőgépeknél is használnak. Leggyakoribbak a gőzkompressziós elven működő berendezések, de léteznek abszorpciós hőszivattyúk is. A hőszivattyúk fordított üzemmódban is működnek, ekkor a melegebb hely hűtésére is használhatók. A hőszivattyúk energiamérlegüket tekintve fordított üzemmódban működtetetthőerőgépnek, „erő-hő gépeknek” is felfoghatók. A hűtőgép és hőszivattyú olyan hőerőgép, amelynek működése során a hűtőközeggel (munkaközeg) műveletek olyan sorát végezzük el, hogy folyamatosan hőt szállítunk alacsonyabb hőmérsékletű helyről magasabb hőmérsékletű hely felé. A továbbiak vizsgáljuk az igen széles körben elterjedt gőz munkaközegű kompressziós hűtőkörfolyamatot. Az egykomponensű kétfázisú munkaközeg alkalmazása azzal jár, hogy ebben az esetben a hőleadás közel izotermikus, a hőfelvétel pedig izotermikus lesz. 13. Kazán, kondenzációs kazán Kazánnak nevezzük azt a berendezést, amely tüzelőanyag oxidációjával, vagyis elégetésével felszabadítja, a tüzelőanyag kötött kémiai energiáját, és a keletkezett hőt hőhordozó közeg felmelegítésével, vagy halmazállapotának megváltoztatásával hasznosítja. Az előállított fűtőközeg szerinti a kazánok lehetnek –
melegvíz
– – –
forróvíz gőzkazánok (kisnyomású, nagynyomású), termoolaj kazánok
Funkcionális részei: -tüzelőanyag -tűztér-tüzelőtér -tűztéri nyomásviszony-depressziós -tűztéri nyomásviszony-túlnyomásos -égéslevegő ellátás-természetes -égéslevegő ellátás-mesterséges -tisztítás -hőhasznosító -elpiszkolódás -füstgáz kondenzáció -fűtőfelületek elrendezése -tisztítás 14. Gázégő, Füstgáz Az égő a tüzeléstechnikai rendszerek fő alkotóeleme. Feladata, hogy a tüzelőanyag és a levegő keveredéséről, majd elégetéséről gondoskodjon a lehető legnagyobb biztonsággal, környezetkímélő és energiatakarékos üzemet biztosítva. A láng a hőhasznosító tűzterében alakul ki, majd a keletkezett energia egy része átadódik a hőközlő közegnek. A füstgáz távozik az égéstermék-elvezető rendszeren keresztül. A folyamat során felszabaduló energiát a hőhasznosító közvetítőközege továbbítja a felhasználás helyére. Az égő minősége nagyban befolyásolja a tüzeléstechnikai rendszer hatásfokát, a füstgáz károsanyag-tartalmát és az égés biztonságát. A gázégők lehetnek földgáz- vagy PB-üzeműek. Az égő fő részei a gázszerelvények, az égőház és a keverőfej. A gázszerelvény-sor elemei: Füstgáz: • Az egyszerűség kedvéért háromféle keletkező füstgázt különböztetünk meg: 1) Minimális (száraz) égéstermék 2) Száraz égéstermék 3) Nedves égéstermék • Valóságos tüzelésnél mindig keletkezik az elméleti komponenseken kívül egyéb, igen káros anyag is : NOx, SOx, CO, el nem égett szén hidrogén. • Ezek mennyisége jól beállított gázkészüléknél olyan kevés, hogy a számításoknál elhanyagoljuk. Minimális (száraz) égéstermék: • Száraz égéstermék : A keletkező vízgőzt figyelmen kívül hagyjuk Minimális égéstermék: oxigént nem tartalmaz, mert λ=1. • •
Jele: Ve,min, Mértékegysége: [m3/m3] Meghatározása:
Ve ,min 0,7805 Lmin rN 2 CO2 0,0003 Lmin 0,0092 Lmin Nitrogén
szén dioxid
nemesgázok
Ve ,min 0,79 Lmin rN 2 CO2
•
Égéstermék összetevője: N2+CO2+Ar
Száraz égéstermék : A keletkező vízgőzt figyelmen kívül hagyjuk • • •
Oxigént tartalmaz, mert λ>1. Jele: Vens, Mértékegysége: [m3/m3] Meghatározása: Vens Ve ,min 1 Lmin
•
Égéstermék összetevője: N2+CO2+Ar+O2
Nedves égéstermék: •
A valóságos égéstermékhez ez áll a legközelebb, számítások során ezt tekintjük a tényleges égésterméknek.
•
A száraz égéstermékek és a füstgáz nedvességtartalmának összege
•
Jele: Ven, Mértékegysége: [m3/m3]
•
Meghatározása: Ven Vens H 2O
•
Égéstermék összetevője: CO2+N2+O2+H2O
15. Tűztér vagy égéstér, fűtőfelület A tűztérnek a reakcióteret nevezzük,ahol az égés vagyis a kémiai reakció lezajlik.A tűztér funkcionális része a tüzelőberendezésnek.A tüzelőberendezés tűztér nélküli részét égőnek nevezik.Nagyon lényeges az égő és a tűztér kölcsönhatása,a megfelelő tüzelési paraméterek eléréséhez a kettőnek összhangban kell lennie. A tűztér kialakításának segítenie kell a reakció lefolyását,és elegendő helyet kell,hogy biztosítson az égés befejeződéséhez a tűztérben,valamint füstgáz recirkuláció és visszasugárzás segítségével segítenie kell a láng stabilizálását. A tűzteret általában körülveszi a hőátadó rész,így a tűztér része a hőhasznosítónak is.Kivételt képez,amikor a tüzelés hőálló falazattal körülvett,hűtetlen térben történik,ilyenkor ezt tüzelőberendezésnek nevezik. A kazán szükséges fűtőfelületét abból a meggondolásból számítják, hogy a termelt gőz tömegárama egyenesen arányos a fűtőfelülettel:
m g Af
kg τ – fajlagos gőztermelés 2 (m h Af – fűtőfelület (m2)
A fajlagos gőztermelés értéke kazántípusonként változik, és bizonyos határokon belül az üzem terhelésétől is függ. Általában kg 2 m h Fűtőfelületek elrendezése: A fűtőfelületek elrendezése a leggazdaságosabb és energetikailag a legkedvezőbb megoldás az ellenáramú kapcsolás,illetve elrendezés.Bizonyos tényezők korlátozzák ezen elv alkalmazhatóságát: beépített anyagok hőállósága vagy melegszilárdsága. Füstgáz oldalról a legmagasabb hőmérsékletű és legnagyobb hőterhelésű hely a tűztér.Ha tisztán ellenáramú hőcserét akarnánk megvalósítani,akkor a hőhordozó közeg kilépés előtti felületeit kellene ide elrendezni.Azonban a melegszilárdsági korlátok miatt ez nem valósítható meg gazdaságosan. Ezért pl. gőzös esetben a tűzteret általában elgőzölögtető felületek övezik,amely kettős előnnyel jár. Egyrészről az elgőzölögtetési hőmérséklet alacsonyabb általában,mint a kilépő hőmérséklet. Másrészről hőfelvevő oldalról a rendkívül magas forrásos hőátadási tényező révén a hőátadó rész falhőmérséklete még igen nagy hőterhelés esetén sem lépi túl jelentősen a telítési hőmérsékletet,megvédve ezzel az anyagot a túlhevüléstől. Léghevítők esetén,ahol a füstgáz- és a levegőoldali hőátadási tényezők azonos nagyságrendűek,általában csak tisztán egyenáramú kapcsolással kerülhetők el a káros túlhevülések.
20 ...50
16. Füstcsatorna, huzamok, kémény A kémények feladata: A tüzelő berendezésekben keletkezett füstgáz szabadba vezetése Az égéshez szükséges levegő, vagy az odavezetéséhez szükséges nyomás biztosítása Kémények csoportosítása: Az egy kéményre kapcsolt készülékek névleges teljesítménye alapján: - Egyedi kémények: Egymással belső összeköttetésben lévő helyiségek legfeljebb 60kW összteljesítményű tüzelőberendezésinek kéménye. - Központi kémények: Az építmény 60kW-nál nagyobb teljesítményű tüzelőberendezéseink kéménye Az építési mód alapján: -Falazott: A kémények csoportosítása Téglából, könnyűbetonból, jellemzően habarcskötéssel készített kémény -Szerelt: Csőelemekből készült, hőszigetelt, szerelőipari technológiával készített kémény Használati mód alapján: - Egyféle használatú kémény: azonos fajtájú tüzelőanyaggal üzemeltetett kémény - Vegyes használatú kémény: Különböző fajtájú tüzelőanyaggal üzemeltetett kémény. A tüzelőberendezések égési levegő ellátása szerint: -Atmoszférikus tüzelőberendezések kéményei: „GBSZ – B” Ha az égési levegőt a tüzelőberendezés a helyiségből nyeri.
-Zárt égésterű készülékek kéményei: „GBSZ-C” Ha az égési levegőt a tüzelőberendezés külön csőhálózat segítségével a külső térből nyeri. Ez a csőhálózat akár a kéménnyel is integrálható (dupla falú kémények) Zárt égésterű tüzelőberendezések esetén a belső tér és az égőtér A kémények csoportosítása fizikailag (gáztömören) el van választva. Gyüjtőkémények: (Több épületszint egymás feletti helyiségeiben levő tüzelőberendezések kéményei) -Egycsatornás gyüjtőkémény: ha a füstgáz közvetlenül a gyűjtő kürtőbe áramlik. -Mellékcsatornás gyűjtőkémény: ha a tüzelőberendezésből távozó füstgáz először a szintmagasságú mellékcsatornába, majd onnan a gyűjtőkürtőbe áramlik. 17. Kondenzációs kazán A kondenzációs gázkazán olyan, magas hatásfokkal üzemelő gázkazán, amely az égéstermékben lévő rejtett hőt is - a füstgázban lévő vízgőz lecsapatásával - hasznosítja. Ilyen kazánt ott lehet használni, ahol a tüzelőanyag sok hidrogént tartalmaz, mely az égés folyamán vízzé, pontosabban vízgőzzé ég el és a visszatérő fűtővíz hőmérséklete alacsony, 40-50 °C. Ilyen körülmények például földgáztüzelésű kazánoknál állnak fenn padlófűtés esetén. Felesleges energia alig távozik az égéstermékkel együtt a szabadba.
18. Turbinák A turbina forgó erőgép, mely arra szolgál, hogy egy közeg energiáját hasznos mechanikai munkává alakítsa. A legegyszerűbb turbinák állórészből és forgórészből állnak. A forgórész tulajdonképpen egy tengely, melyre turbinalapátokat erősítenek. Az áramló közeg a lapátokra hatva fejt ki forgatónyomatékot. A turbina korai példái a szélmalom és a vízkerék, de ezeket nem szokás még turbinának nevezni.
19. Gőzturbina A gőzturbina általában túlhevített vízgőz hőenergiáját mechanikai energiává alakítja át. Korábban erre a célra dugattyús gőzgépet használtak, melyet Thomas Newcomen talált fel és James Watt jelentősen megújított. A gőzturbina teljesen kiszorította a gőzgépeket elsősorban jobb hatásfoka, másrészt a jobb teljesítmény/súly arány miatt, végül pedig, mivel a gőzturbina forgórészét egyszerű a generátor forgórésszel összekapcsolni. A gőzturbina a gőzgéppel ellentétben nem igényel bonyolult, az alternáló mozgást forgó mozgássá alakító mechanizmust. A gőzturbina a hőerőgépek egy fajtája. Jó termodinamikai hatásfoka annak köszönhető, hogy a hőenergiát több fokozatban alakítja át mechanikai energiává, szemben például Watt gőzgépével, ahol a folyamat egyetlen fokozatban (hengerben) zajlott le. Ezzel az erőmű összhatásfoka is közelebb kerül az ideális, visszafordítható Carnot-körfolyamatéhoz.
20. Gázturbina
A gázturbina egy olyan hőerőgép, amelyben a levegővel kevert üzemanyag égéstermékei egy turbina lapátjain haladnak keresztül. A turbina egy kompresszort működtet, amely a levegőt szolgáltatja az égési folyamathoz. A gázturbinában keletkező égéstermékek hőenergiája hasznosítható további turbinák hajtására, vagy az égéstermékeket egy fúvócsőben felgyorsítva reaktív hajtóműként működhet. A gázturbina termodinamikai alapja a Brayton-, vagy más néven Joule-ciklus. A dugattyús belsőégésű motoroktól eltérően a gázturbinában folyamatos égés valósul meg. Részei:
beömlőnyílás (szívótorok) kompresszor tüzelőtér turbina fúvócső
Működésük: A gázturbina nagy levegőigénnyel működik. A hajtómű indítása után a légsűrítő (turbókompresszor) a levegő nyomását többszörösére növeli, és a bevezető nyíláson keresztül az égéstérbe nyomja. Itt a levegő a beporlasztott tüzelőanyaggal (pl. kerozin) keveredik. A keveréket meggyújtva állandó nyomású folyamatos égés alakul ki. A felhevült és nagymértékben kiterjedt gázok a turbinát forgatják. A turbina a vele közös tengelyen levő kompresszort, generátort, a hajtómű táprendszerét és a segédberendezéseket is működteti. Az égéstermék gázok, inert gázok, további hasznosításra a sugárhajtásos gázturbináknál a gázturbina fúvócsövébe kerülnek, itt nyomásuk mozgási energiává alakul át, a kiterjedő gázok a hőmérséklete csökken. Innen a gázsugár kb. 2000 km/óra sebességgel lép ki a szabadba, a hőmérséklete ekkor 500-600 °C. Erőműveknélgőzkörfolyamat hőforrásaként szolgálhatnak, vagy a szabadba kerülnek.
21. Reakciófok A reakciófok a futókeréken megvalósuló nyomásváltozás és a fokozatra jutó teljes nyomásváltozás hányadosa (rendszerint 0,5) a gép használata A reakciófok szempontjából fontos a gép kialakítása
II. Diagramok 1. A kondenzátor típusú egyáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. A hőcserélőben résztvevő egyik közeg gázból folyadék halmazállapotba kerül. A másik közeg pedig melegszik, ezzel elvezeti a keletkezett hőt.
2. Az elpárologtató típusú egyáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. A hőcserélőben résztvevő egyik közeg folyadékból gázhalmazállapotba jut. A másik közeg hűl, amivel biztosítja a fázisváltozáshoz szükséges energiát.
3. Az egyenáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. Az egyenáramú hőcserélők esetében a résztvevő közegek áramlási iránya megegyezik. Közben az egyik közeg hőmérséklete nő, míg a másiké csökken.
4. Az ellenáramú hőcserélők hőmérsékletdiagramja. Az ellenáramú hőcserélők esetében a résztvevő közegek egymással szemben áramolnak. Közben az egyik közeg hőmérséklete nő, míg a másiké csökken.
5. Rajzolja fel a Joule, a Carnot és a fordított Carnot körfolyamatot Joule:
Carnot:
Fordított Carnot:
6. A teoretikus (összehasonlító) körfolyamat diagramja Megvalósítható elméleti körfolyamat.
7. Ideális és valós zárt gázturbina körfolyamat
8. Ideális és valós nyitott gázturbina folyamat
9. Ismertesse a kondenzvízmennyiség, a füstgázhőmérséklet és a kazánhatásfok kapcsolatát bemutató diagramot.
10. Ismertesse a Sabathé körfolyamat diagramját. A Sabathékörfolyamatot a szakirodalom gyakran Sabatheciklusnak hívják, vagy vegyes körfolyamatnak,
mivel felépítése az Otto- és Diesel-körfolyamatok kombinációjaként értelmezhető. (ilyen körfolyamatot végez lényegében egy gyorsjárású Diesel-motor, de a valóságos Otto-motor körfolyamatát is jól közelíti). A hengerbe juttatott tüzelőanyag egy része még állandó térfogaton, míg a másik része az expanzió közben ég el állandó nyomáson. Ez látható a 2-3 illetve 3-4 állapotok között. A körfolyamat többi része az előzőekhez hasonlóan játszódik le. 11. Ismertesse az Ottó-körfolyamat diagramját. Az 1-2 vonal, mint ahogy a diagramokból kitűnik az Ottokörfolyamatban adiabatikus kompresszió, állandó entrópia értéken megy végbe, térfogatcsökkenés során, nyomásnövekedés mellett. Ez a sűrítés, azaz a kompresszió szakasza. A 2 és 3 állapotok között izochor állapotváltozást látunk (p-V diagram alapján). Itt történik a rendszerbe való hő bevezetés (Az Otto-motor esetén a dugattyú felső holtponti helyzetében az összesűrített keveréket szikra gyújtja meg), vagyis a rendkívül gyors égés (amit izochornak tekintünk és a folyamat során Q1 hőmennyiség szabadul fel), majd közvetlenül utána adiabatikus expanzió (3-4), vagyis térfogat-növekedés és nyomásesés ennek következtében. A munkavégzés ebben a szakaszban történik. Ezt állandó térfogaton végbemenő hőelvonás, vagyis a kipufogás követi, melynek során Q2 hő távozik el (4-1) és Otto-motor esetében a levegő-üzemanyag keverék beszívása. 12. Ismertesse a Diesel körfolyamat diagramját. A Diesel körfolyamat nagyon hasonló ehhez, azzal a különbséggel, hogy az adiabatikus kompressziót (1-2) izochor helyett izobár, tehát állandó nyomáson végbemenő állapotváltozás követi (23). Ez az üzemanyag öngyulladásából adódik, mivel az égés közben a dugattyú már visszafelé
halad (nem állandó a térfogat). A hő bevezetés után adiabatikus expanzió következik (3-4), majd izochor hőelvonás (4-1), azaz kipufogás a friss levegő beszívásával. Munkát itt is a 3-4 állapot közötti szakaszban végez.
III. Alapvető csoportosítások 1. Ismertesse az energia átalakítás lehetőségeit!
Tüzelőanyag (szén, kőolaj, földgáz, nukleáris üzemanyag
Hőenergia
Mechanikai energia
Villamos energia
Tűzelő- és üzemanyag
Hő
Mechanikai munka
Villamos energia
brikett, koksz, széngáz, gázolaj, fűtőolaj, PBgáz, dúsított üzemanyag, üzemanyag elem endoterm reakciók
exoterm reakciók, égés: kazánok, fűtőművek, fűtőerőművek, maghasadás:reakto r, fúzió
belsőégésű motorok: benzinmotorok, dízelmotorok, gázmotorok, gázturbinák
galvánelem, tüzelőanyagcella, izotópos áramtermelés, hőerőművek, atomerőművek
hőerőgépek: gőzturbinák, gázturbinák
hőelem
mechanikai hajtások, pneumatikus gépek, hidraulikus gépek, vízturbina villamos motorok, MHDszivattyú
generátor, vízerőmű
hőcserélők, abszorpciós hűtőgépek és hőszivattyúk mechanokém hűtőgépek, iai hőszivattyúk jelenségek, részecskegyorsítás
elektrolízis, akkumulátor
villamos fűtés. bojler, villanytűzhely, villamos hőszivattyú
transzformátor , egyenirányító, frekvenciavált ó, elektroncső
2. Csoportosítsa a gépeket és azon belül a hőtechnikai vagy kalorikus gépeket! Gépek csoportosítása: • Rendeltetés szerint : -mezőgazdasági gépek -élelmiszeripari gépek
-építőipari gépek -építő-anyagipari gépek -bányászati gépek -faipari gépek -konfekcióipari gépek -háztartási gépek -hírszolgálat gépei: távbeszélő szolgálat gépei,média szolgálat gépei stb. • Feladat szerint : -anyagok és energiák (térbeli és időbeli) helyzetét változtató gépek -anyagok és energiák alakját átalakító gépek Tervszerű tevékenység Skal. fizikai tulajdonság Anyag
szilárd
folyadék gáz Energia
mechanikai
termikus villamos
sugárzó
Alakváltozás
mechanikai megmunkáló gépek képlékeny meleg alakítás, forgácsolás nélküli hidegalakítás, forgácsolás, aprítás, fajtázás stb gépei kémiai reaktorok
Helyzetváltozás Térben
Időben
anyagmozgató gépek
anyagtárolók
szivattyúk folyadék emelők ventilátorok, kompresszorok erőgépek KÖZLŐMŰVEK energia tárolók Hidraulikus és pneumatikus hajtóművek tüzelőberendezések, hőenergia kazánok szállító csövek generátorok, villamos galvánelemek hálózatok, transzformátorok röntgen, távközlő lézerek berendezések
• Szerkezet szerint -kötőelemek -csövek, csőidomok záró szerkezetek -hengerek,dugattyúk
-forgattyús hajtőművek, mechanizmusok, egyenesbe vezető szerkezetek -tengelyek, csapágyak -tengelykapcsolók -fékek, kilincsművek, szabadonfutók -súrlódókerék, fogaskerék és csigahajtás -szíj-,kötél- és lánchajtás -a gép járásának egyenletességét biztosító gépelemek • Erőforrás szerint : -emberi vagy állati izomerő -természeti energiával hatott (erőgépek): vízerőgépek szélerőgépek hőerőgépek villamosgépek • Mechanikai munka szerint: mozgás közben kifejtett erőt jelenti Kalorikus gépek fajtái:
Külső hőbevezetésű gépek: Gőzgép Gőzturbina Stirling-motor
Belső égésű hőerőgépek (belső égésű motor): Otto-motor Diesel-motor
Gázturbina Sugárhajtómű: Lüktető sugárhajtómű Gázturbinás sugárhajtómű Torlósugár-hajtómű Rakétahajtómű
3. Csoportosítsa a hőcserélőket!
4. Csoportosítsa a hőszivattyúkat, hűtőgépeket! Hőszivattyúk csoportosítása -Hőforrás, és hőhasznosító közeg szerint: -Levegő-levegő -Levegő-víz -Víz-víz -Föld-víz -Föld-levegő stb -Üzemeltetési forma szerint: -Monovalens -Bivalens -Hőforrás szerint:
-Üzemeltetési forma szerint: -monovalens -bivalens -Rendszerek szerinti csoportosítás: -talajkollektoros rendszer -Talajszondás rendszer -Split klíma -Hulladékhő hasznosítás
-Hőátadó közeg szerinti csoportosítás: -R22 -R407C -R410A -CO2 stb. Hűtőgépek csoportosítása: -A hűtőgépek szerkezeti kialakítás szerint lehetnek: – kompresszorosak, – abszorpciósak. -A kompresszoros hűtőgépek között megkülönböztetnek: – gőznemű közeggel működő, – gáznemű közeggel működő hűtőgépeket. -Az abszorpciós hűtőgépek csoportosítása: – szivattyúsak, – szivattyú nélküliek.
5. Csoportosítsa a hőszivattyúk hőforrásait!
Talajkollektoros rendszer esetében több száz méter hosszú speciális kemény PVC köpennyel ellátott rézcsöveket, vagy polietilén csöveket fektetnek le 1-2 méter mélyen. Hátránya, hogy nagy felületen (a fűtött alapterület 1,5-3-szorosán) kell megbontani a telket a csövek lefektetésekor, ezért leginkább új építésű házak esetén jöhet szóba.
Segítségével négyzetméterenként 20-30 wattnyi energiát nyerhetünk. Ennek nagysága függ a talaj hővezetésétől, nedvességtartalmától, és az esetleges talajvíztől.
Talajszondás rendszer esetén kb. 15 cm átmérőjű, 50–200 méter hosszú lyukat fúrnak a földbe leginkább függőlegesen. Ebbe helyezik az U alakú szondát, amiben zárt rendszerben cirkulál a hűtőközeg. 200 méteres mélység esetén kb. 17 °C-os a talaj.
Lehet két- vagy háromkörös rendszer, attól függően, hogy a szondában közvetlenül a hűtőközeg áramlik, vagy fagyálló folyadék adja át közvetetten hőjét a hűtőközegnek. A szondák speciális esete az energiakaró: több szondát egymás mellé helyezve nyáron eltárolják a hőenergiát a földben, amit télen hasznosítanak. Különösen nyári hűtési igény esetén, ill. ipari méretekben gazdaságos. Nagyságrendekkel mélyebb szondák esetén (1000-2000 méter) már nem a talajrétegekben eltárolt napenergia kerül közvetetten hasznosításra, hanem elsősorban a geotermikus energia. A Föld középpontjában lejátszódó reakciók hője a felszín felé áramlik, ezért mennél mélyebb a fúrt kút, annál nagyobb a kúttalp körüli réteg hőmérséklete. Ez a hőmérséklet a geotermikus gradienstől függ. (egy kilométerrel mélyebben mennyivel melegebb a földkéreg) Ez hazánkban 60 °C/km körüli érték, szemben a 30°C/km-es európai átlaggal.
Masszív abszorber (beton építmény) föld alatti vagy föld feletti beton- vagy téglafalban betonlemezben műanyag csőkígyót helyeznek el. Külön e célra épített szoborszerű elemek, vagy támfalak, homlokzati betonfelületek is felhasználhatóak.
A működés elve hasonló a talajkollektorokhoz: A beton jól vezeti a hőt, tömege alkalmas a hő tárolására. Segít a levegő, talaj, esővíz hőjének átvételében, a napsugárzást közvetlen is hasznosíthatja.
Talajvíz. A talajvíz-kútból búvárszivattyúval nyert víz hőjének elvonása után a vizet vagy egy másik kútba, vagy felszíni vízbe (patak, tó, folyó) vezetik, vagy elszivárogtatják földbe fektetett dréncsöveken át. Nagyobb, EHPA[4] díjazású példa Újszilvás Község négy intézményének - a polgármesteri hivatal, a helyi közösségi ház, óvoda es általános iskola fűtésének ellátása egy talajvizes rendszerrel.[5]
A talajvíz állandó hőmérséklete (7–12°C) és jó hővezető-képessége révén ideális hőforrás. További speciális alkalmazás, amikor hőforrásként egy tó szolgál. Ebbe helyezik el körkörösen a kollektorként szolgáló csöveket.
Levegő (levegőkazán). A külső levegőt ventilátor(ok) szívják be, és a hőszivattyú hűti le. Előnye, hogy bármilyen talajszerkezet és telekadottság esetén telepíthető, hátránya viszont a külső levegőtől való függés, aminek a hőmérséklete nem állandó. Ezért a rendszer hatékonysága és hőteljesítménye előnytelenül változó. További problémát jelenthet a ventilátor(ok) által keltett zaj.
Felhasználásra kerülhet még a ház pincéjének levegője is. Központi szellőztető rendszerrel ellátott, légmentesen szigetelt ház esetén a kifújásra kerülő elhasznált levegő is használható hőforrásként, vagy a befúvásra kerülő levegőt melegítve, vagy a fűtési rendszerre (melegvízkészítésre) rásegítve. (Ennél egyszerűbb megoldás a hőcserélők alkalmazása, ahol a kifújt meleg és a beszívott hideg levegő egy nagy felületű berendezésen át adja át a hőt, anélkül, hogy keveredne.)
Hulladékhő. Számításba jöhet hőforrásként a szennyvíz, az elhasznált termálvíz, hűtendő elektromos berendezések és ipari eszközök. Szennyvíz hőjének a hasznosítására magyarországi példa a szekszárdi húskombinát, ahol a 22 °C-os szennyvíz a hőforrás; elfolyó termálvíz fölhasználására pedig a harkányi gyógyfürdő, melynek 32-35 °C-os elfolyó vizét használják fel két egyenként 1100 kW-os hőszivattyúval. Például a MOM Park fűtési igényét is szennyvíz hőtartalmát hasznosító hőszivattyúval elégítik ki. Elektromos berendezések hűtésére telefonközpontokat lehet mondani (Budapesten kettő, Győrben egy ilyen telefonközpont üzemel a Telekomnál). Szervertermek hője is hasznosítható ilyen célból, melyre példa az UNITEF irodaház szimultán hűtő-fűtő hőszivattyús rendszere.[6]
Szezonális tároló. A nyári évszakban a hűtésből származó hőt a talajnak adják át, a tárolás magában az erre kialakított jelentős térfogatú rétegben történik, majd télen a fűtési üzemben ebből a rétegből, tárolóból veszik a hőt. Viszonylag low-tech szezonális tároló alacsony talajvízmozgás esetén a talajszonda is. Erre példa Vecsésen a CBA áruház, ahol a 2 db 160 kW-os hőszivattyú számára nem hőforrás, hanem puffertároló a parkoló alá lefúrt 30 db 100 m mély szonda. Hőforrás a hűtőházak, a hűtőládák és a nyári klimatizálás hulladékhője. A nyári meleget "elteszik télire".
Az egyik első nagyméretű kivitelezett kombinált (hűtő-fűtő) hőszivattyú a zürichi városháza számára készült. Itt hőforrásul a Limmat folyó vizét használták.
6. Csoportosítsa a hőszivattyúk hőfelvevő közegeit! -Hőforrás, és hőhasznosító közeg szerint: -Levegő-levegő -Levegő-víz -Víz-víz -Föld-víz -Föld-levegő stb
7. Kazánok csoportosítása a tüzelőanyag égéshőjének hasznosítása szerint -Hagyományos kazánokat: maximum 150°C,de leggyakrabban 90/70°C előremenő/visszatérő vízhőmérséklettel, -Kishőmérsékletű kazánokat: maximum 70°C előremenő vízhőmérséklettel, szokásos tartomány: 55/40°C előremenő/visszatérő vízhőmérséklettel, -Kondenzációs kazánokat: az égéstermékekben lévő vízgőz rejtett hőjének (a felső fűtőértéknek) hasznosításával. 8. Kazánok csoportosítása a névleges teljesítménytartomány szerint -Kisteljesítményű kazánok: kb 50 kW teljesítményhatárig, -Középteljesítményű kazánok: kb 50 kW-tól kb 500 kW teljesítményhatárig -Nagyteljesítményű kazánok: kb 500 kW-tól kb 5000 kW teljesítményhatárig. 9. Kazánok csoportosítása alapanyaguk és csőelrendezésük szerint Anyaguk szerint: -öntöttvas -acél -rozsdamentes acél -aluminium -réz alapanyagot. Csőelrendezés: -nagy vízterű (lángcsöves) és -kis vízterű (vízucsöves) kazánok. 10. Kazánok csoportosítása az energiaforrásuk és az előállított közeg szerint
-szilárd tüzelőanyag: koksz, antracit, szén, fa, lignit, tőzeg -folyékony tüzelőanyag: olajok -gáznemű tüzelőanyagok -villamos fűtés: Magyarországon fűtéstechnikai célra igen ritka -vegyes tüzelőanyag: az égő változtatásával, különböző egők behelyezésével, -különleges tüzelőanyagok: biomassza, szemétégetés. Az előállított hőhordozó közeg szerint: -meleg víz -forró víz,illetve -gőz előállítását szolgáló kazánokat, -esetleg olaj melegítésre alkalmas készülékeket. 11. Gázégők csoportosítása
-
A gázégőket többféleképen csoportosíthatjuk: a láng fajtája szerint (világító láng, Bunsen-láng, injektoros égők);
-
a láng elrendezése szerint (egyes égők, csoportos égők gyűrűformában, síkban, egyéb felületek mentén elhelyezve);
-
a gáz fajtája szerint, (városi gáz, földgáz, többféle gáz elégetésére alkalmas, illetve minden gáz elégetésére alkalmas égők);
-
a gáz nyomása szerint (kisnyomású: 5–50 mbar nyomású, illetve nagynyomású 0,5–3,0 bar nyomású égők);
-
a szabályozás módja szerint (kézi szabályozású, félautomatikus és automatikus égők);
-
a gáz és a levegő találkozási helye szerint (színgázégők, előkeveréses gázégők, utókeveréses égők);
-
a gáz-levegő keverék előállításának módja szerint (természetes és kényszerlevegős égők).
-
A csoportosítási lehetőségek pontosítása érdekében először meg kell fogalmaznunk a gázégők feladatát, ami leegyszerűsítve a következő: a gáz tüzelőanyag és a az égéshez szükséges levegő bejuttatása,
-
a gáz és a levegő összekeverése,
-
a keverék meggyújtása és az égési reakció stabilizálása.
-
A gáz és az égési levegő bejuttatásának módja szerint megkülönböztetünk: természetes levegőellátású, „atmoszférikus” égőket, ahol az égéshez szükséges levegőt a nagy sebességgel beáramló gázsugár szívja be az injektorhatás révén, és
-
-
mesterséges levegőellátású, „kényszerlevegős” égőket, ahol a levegőt ventilátorral létrehozott nyomáskülönbség segítségével juttatjuk az égőbe. A gáz és a levegő összekeveredésének helye szerint megkülönböztetünk: előkeverés nélkül üzemelő égőket, ahol az égés és az égési levegő bejutásának helye megegyezik (ezek az ún. diffúziós égők),
-
részleges előkeveréssel működő égőket, ahol az égési levegő egy része még az égés helye előtt keveredik a gázzal, a többi része pedig az égés helyén, valamint
-
teljes előkeverésű égőket, amelyeknél az égési levegő még az égés helye előtt teljesen összekeveredik a gázzal. -
-
Az előkeverés nélküli – külső keveréses, ún. „színgáz” – égő, vagy más néven diffúziós égő esetében az égési levegő csak a gáz kilépése után, az égés helyén keveredik a gázhoz. A részleges előkeveréses égők jellegzetes típusa a Bunsen-égő, amelyet inkább csak laboratóriumi célokra használnak. Ide sorolható azonban például a gáztűzhelyek, valamint sok háztartási készülékek égője is. A nyugat-európai előírások, valamint ma már az ezeknek megfelelő magyar szabvány is az égőket, illetve a készülékeket a szerint is csoportosítják, hogy hány gázcsaláddal működtethetők. Eszerint:
I. kategória: kizárólag egyetlen gázcsaláddal, és ennek gázcsoportjaival működtethető készülékek. Például: I2H, I2S, I3B/P, I3P, I3B; II. kategória: két gázcsaláddal működtethető készülékek. Például: II2H3B/P, II2H3P; III. kategória: három gázcsaláddal működtethető készülékek. Hazánkban nem használják, az EU egyes tagországaiban előfordul. - A jelölésekben a kategóriát mutató római szám után indexben arab számmal a gázcsalád jele (1, 2, 3) és a családon belüli gázcsoport jelölése látható (H, S, B/P stb.). - Természetes levegőellátású égők - Előkeverés nélküli, diffúziós égők - Az előkeverés nélküli, diffúziós vagy más néven ún. színgázégő mindössze egy fúvókából áll, az ebből kiáramló gázhoz a levegő diffúzió útján keveredik, ezért más szempontból ez az égőfajta a természetes levegőellátású, utókeveréses égők családjába tartozik. Ezt az égőt a korábbi, városi gázzal működtetett, egyszerűbb háztartási fűtőkészülékeknél és vízmelegítőknél alkalmazták, ahol a nagyobb teljesítmény miatt már nem egyetlen fúvókát használtak, hanem a gázáramot több részáramra osztották. Így alakultak ki az ún. fésűs égők -
A földgázra való átállással megszűnt az égő létjogosultsága, mert földgáz alkalmazása esetén a kis hőterheléseknél „leszakad a láng”, hiszen a földgáz égési sebessége kisebb, mint a nagy hidrogéntartalmú városi gázé.
-
Természetes levegőellátású, részleges előkeveréses égők Ezt az égőtípust előnyös tulajdonságai miatt – egyszerű szerkezet, nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, zajszegény működés – széles körben alkalmazzák a háztartási gázkészülékekben.
-
A természetes levegőellátású, részleges előkeveréses égő alkotóelemei a következők: az égőcső az injektor (Venturi-) csővel, valamint a gáz elosztócső a főfúvókával,
-
a szabályozó szerelvények
-
a gyújtószerkezet
-
a lángőr és
-
az égővezérlés Természetes levegőellátású, teljes előkeveréses gázégők A környezetvédelmi követelmények szigorodásával, a károsanyag kibocsátás csökkentése érdekében fejlesztették ki a teljes előkeveréses égőket. E fúvókából kiáramló gáz a hosszú keverőcsőbe a szükséges égési levegő teljes mennyiségét beszívja, és ott a gáz a levegővel teljes mértékben összekeveredik. Az égőfelületen szekunder levegő hozzákeverésére már nincs szükség, az égés nagyon rövid lánggal, vagy láng kialakulása nélkül megy végbe. Mesterséges levegőellátású, ventilátoros gázégők Előkeverés nélküli, diffúziós égők Ezeknél az égőknél az éghető gáz a fúvókából kilépve keveredik a ventilátorral oda szállított égési levegővel. A jobb keveredést torlótárcsa is segíti.. A megoldás előnye az, hogy független a környezeti nyomástól és egyéb körülményektől, a visszagyulladás kizárt, így üzembiztos és teljesen automatizálható. Ezeket az égőket korábban csak nagy teljesítmények és ipari berendezések esetén alkalmazták, ma azonban az energiagazdálkodási verseny miatt kisebb teljesítményű gyártmányokat is találunk a kommunális hőellátás területén (a teljesítmény egészen 3,0 kW értékig csökkenhet). Mesterséges levegőellátású, részleges előkeveréses égők A mesterséges levegőellátású, részleges előkeveréses égőknél az égési levegő egy részét már a gáz kilépése előtt hozzákeverik a gázhoz. Az intenzív keveredés miatt, és a visszagyulladás elkerülése érdekében a keverőtérben nagy sebességű áramlásra van szükség. Bár az előkeverés előnye a stabil láng, a szabályozási feltételek rosszabbak, ezért a diffúziós égők mellett ezek a kialakítások háttérbe szorultak. Mesterséges levegőellátású, teljes előkeveréses égők A természetes levegőellátású égőknél már említett környezetvédelmi szempontok miatt a mesterséges levegőellátású égők esetében is kifejlesztették a teljes előkeveréses szerkezeteket. Ezek az égők nagy szerepet kapnak a kondenzációs kazánok kialakításánál, amelyek értelemszerű igénye a kis légellátási tényező, az ezzel együtt járó kis CO2 tartalom az égéstermékben és a minél nagyobb harmatponti hőmérséklet. Az égéstermékben lévő vízgőz harmatpont ugyanis erőteljesen függ a légellátási tényezőtől. (Kis légellátási tényező esetén a nagyobb fűtővíz hőmérsékleteknél is elérhető a megfelelő kondenzációs mérték, igen kismértékű CO és NOx emissziós érték mellett. Ezeknél, a kondenzációs készülékekben időközben uralkodóvá vált égőknél számos újfajta és javított megoldást találunk az égési felületek kiképzésére kerámiából, szálas kerámiából, perforált fémlemezből, fémlamellákból és fémszövetből. A jövőben a megfelelő teljesítménytartományban ezek a megoldások válhatnak általánosan elterjedtté. Előnyük:
-
a flexibilitás, mely miatt az égő formája és az égési levegő hozzávezetése szinte tetszőlegesen illeszthető a tűztérhez és a hőcserélőhöz,
-
a klasszikus túlnyomásos égőkkel szemben csekély NOx emisszió (általában 20–40 mg/kWh),
-
az alacsony zajszint és
-
a rendkívül kicsi tűztérméret, ami a lakásépítésben alkalmazott kompakt, zárt égésterű, fali készülékeknél igen előnyös,
-
a tűztér és az égéstermék-elvezető rendszer különböző nyomásviszonyainál is nagyon stabil égés,
-
a többnyire elektronikusan szabályozott égéslevegő ventilátorok révén egyszerű a szabályozási beavatkozás lehetősége, ugyanis az égési levegő a ventilátor fordulatszáma révén a mindenkori teljesítményigényhez illeszthető. -
Fentieken túlmenően a fejlesztések további iránya és eredménye a kétlépcsős, vagy az ún. modulációs égők kialakítása. Ezekkel a kapcsolási gyakoriság csökkenthető, és a kazán pillanatnyi teljesítménye jobban illeszthető változó hőigényekhez. Ezeknél a megoldásoknál az éghető gáz és az égési levegő biztos adagolása, illetve állandó aránya rendkívül fontos.
-
Az első, teljesen elektronikus megoldású gáz-levegő arány szabályozók mellett kialakult a pneumatikus gáz-levegő arány szabályozók családja is.
12. Gőzturbinák csoportosítása (4 szempont) A kondenzációs turbinák azok a gépek, melyek az együttműködő villamos rendszer fő terhelését fedezik. A turbinából kiáramló gőzt nagy, vízzel hűtött hőcserélőkben, a kondenzátorokban lecsapatják. A turbina kisnyomású részében vákuum uralkodik. Ellennyomású turbinákból kilépő gőz légkörinél nagyobb nyomáson és hőmérsékleten távozik, ipari folyamatok fűtésére használják. A turbinába beömlő gőz mennyiségét a kilépő gőz nyomása szerint szabályozzák. Teljesítményét nem a villamosenergia igény szabja meg, hanem az ipari fogyasztó hőigénye. Ezért ezek a gépek csak úgy működnek, ha a fordulatszámukat a nagy villamos hálózatra kötött generátor frekvenciája tartja állandó értéken. Elvételes turbinák gőzének egy részét magasabb nyomáson ipari fogyasztókhoz viszik, ezek ugyancsak nem dolgozhatnak önállóan. Fűtőturbinák kiömlő gőzét egy hőcserélőbe vezetik, ez vizet melegít, mely azután lakások és egyéb épületek fűtését szolgálja (ez a távfűtés gazdaságos módja).
IV.
Alapvető összefüggések
1. Ismertesse a kényszeráramú hőcserélőkön áthaladó hőáram nagyságát befolyásoló tényezőket!
𝑄̇ = 𝑈 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 ∗ 𝜀
-
𝑄̇ hőáram nagysága 𝐴 - hőátadó felület 𝑈 - hőátviteli tényező nagysága ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 - logaritmikus hőmérséklet különbség 𝜀 - korrekciós tényező keresztáram viszonyok kifejezésére
2. Ismertesse a logaritmikus hőmérsékletkülönbség meghatározását!
∆t log =
∆t − ∆t 0 ∆t ln ∆t 0
3. Ismertesse a Bosnjakovic féle Φ tényezőt hőmérsékletekkel! Φ=
′ ′′ 𝑡𝑏𝑒 − 𝑡𝑏𝑒 𝐴 ∗ 𝑈 𝑊̇1 = Φ ( , ) ′ ′ 𝑡𝑏𝑒 − 𝑡𝑘𝑖 𝑊̇1 𝑊̇2
4. Ismertesse a Bosnjakovic féle Φ tényező vízértékáramokkal! Tiszta egyenáram esetén:
Φ = (1 −
𝐴∗𝑈 𝑊̇ − ∗(1+ ̇ 1 ) 𝑊2 ) 𝑒 𝑊̇1
−1 𝑊̇1 ∗ (1 + ) 𝑊̇2
Tiszta ellenáram esetén:
Φ = (1
𝐴∗𝑈 𝑊̇ − ̇ ∗(1− ̇ 1 ) 𝑊 𝑊2 ) ∗ −𝑒 1
−1
𝐴∗𝑈 𝑊̇ 𝑊̇1 − ̇ ∗(1− ̇ 1 ) 𝑊 𝑊2 ) (1 − ∗𝑒 1 𝑊̇2
Tiszta keresztáram esetén:
Φ=1−
𝐴∗𝑈 𝑊̇ − ̇ ∗(1+ ̇ 1 ) 𝑊 𝑊2 𝑒 1
∞
𝐴∗𝑈 𝑊̇1 𝐴∗𝑈 𝑊̇1 ∗ ∗ ∑ 𝑛 ∗ √ ∗ 𝐼𝑛 ∗ ( ∗√ ) 𝑊̇2 𝑊̇2 𝑊̇1 𝑊̇2 𝑛=1
5. Ismertesse a bordahatások illetve az egyik oldalt bordázott cső hőátbocsátási tényezőjének meghatározását a bordahatásfok segítségével! U=
1 Aℓ δ Aℓ α1 ∗ A1 + λ + α2 ∗ A2 ∗ fb ∗ ηb
[
W ] m2 K
6. Alsó, felső és bővített Wobbe-szám -
Alsó Wobbe-szám: 𝑊𝑜𝑎𝑙𝑠ó =
-
√𝑑
Felső Wobbe-szám: 𝑊𝑜𝑓𝑒𝑙𝑠ő =
-
𝐻𝑎
𝐻𝑓 √𝑑
Bővített Wobbe-szám: Δ𝑝𝑠𝑡 𝑊𝑜𝑏ő𝑣í𝑡𝑒𝑡𝑡 = 𝐻𝑓 ∗ √ 𝑑
7. Minimális oxigén és levegőigény illetve a füstgáz nedvességtartalmának parciális nyomása Minimális oxigén: n
O2min = ∑ ri ∗ fi i=1
Minimális levegőigény: Lmin =
O2min 0,21
Parciális nyomás: 𝑝𝑖 = 𝑟𝑖 ∗ 𝑝𝑘𝑒𝑣 -
𝑟𝑖 - keverék térfogataránya 𝑝𝑖 - i. alkotó parciális nyomása 𝑝𝑘𝑒𝑣 - gázkeverék nyomás
8. Légfelesleg tényező, tényleges levegőigény és relatív gázsűrűség Légfelesleg tényező: λ=
Ltényleges Lmin
Tényleges levegőigény: Ltényleges = λ ∗ Lmin Relatív gázsűrűség: 𝑑= -
𝜌𝑘𝑒𝑣 𝜌𝑙𝑒𝑣
𝜌𝑘𝑒𝑣 - adott gázkeverék nyomása 𝜌𝑙𝑒𝑣 - a levegő sűrűsége
9. Ismertesse 1 [m3] éghető gázból keletkező nedves és száraz égéstermék mennyiségét Száraz égéstermék esetén: 𝑉𝑒𝑛𝑠 = 𝑟𝑁2 + ∑ 𝐶𝑂2 + 𝐿𝑡é𝑛𝑦𝑙 − O2min Nedves égéstermék esetén: 𝑉𝑒𝑛 = 𝑉𝑒𝑛𝑠 + ∑ 𝐻2 𝑂
10. Ismertesse 1 [m3] éghető gázból keletkező nedves égéstermék összetevőinek mennyiségét! 𝐶𝑂2𝑉𝑒𝑛𝑠 =
Σ𝐶𝑂2 + 0,0003 ∗ 𝐿𝑡é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 𝑉𝑒𝑛𝑠
0,21 ∗ (𝜆 − 1) ∗ 𝐿𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑒𝑛𝑠
𝑂2𝑉𝑒𝑛𝑠 =
𝑁2𝑉𝑒𝑛𝑠 =
𝐴𝑟𝑉𝑒𝑛𝑠 =
𝑟𝑁2 + 0,7805 ∗ 𝐿𝑡é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 𝑉𝑒𝑛𝑠
0,0092 ∗ 𝐿𝑡é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 𝑉𝑒𝑛𝑠
11. Ismertesse 1 [m3] éghető gázból keletkező száraz égéstermék összetevőinek mennyiségét!
𝐶𝑂2𝑉𝑒𝑛 =
Σ𝐶𝑂2 + 0,0003 ∗ 𝐿𝑡é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 𝑉𝑒𝑛
𝑂2𝑉𝑒𝑛 =
0,21 ∗ (𝜆 − 1) ∗ 𝐿𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑒𝑛
𝐴𝑟𝑉𝑒𝑛 =
𝑁2𝑉𝑒𝑛 =
0,0092 ∗ 𝐿𝑡é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 𝑉𝑒𝑛
𝑟𝑁2 + 0,7805 ∗ 𝐿𝑡é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 𝑉𝑒𝑛 𝐻2 𝑂 =
Σ𝐻2 𝑂 𝑉𝑒𝑛
12. Ismertesse a hőszivattyúk és hűtőgépek belső körfolyamatát jellemző számokat! Hűtőgépek: - Valós: 𝜀= -
Elméleti, Carnot:
𝑄̇0 [−] 𝑝
𝜀𝐾𝐶 = -
𝑇0 [– ] 𝑇 − 𝑇0
Jósági fok: 𝜂𝐾𝐶 =
𝜀 𝜀𝐾𝐶
[– ]
Hőszivattyúk: - Valós: 𝜀𝑓 = -
𝑄̇𝑐𝑜𝑛𝑑 [−] 𝑝
Elméleti, Carnot: 𝜀𝑊𝐶 =
𝑇 [– ] 𝑇 − 𝑇0
𝜀𝑊𝐶 = 1 + 𝜀𝐾𝐶 [– ]
-
Jósági fok: 𝜂𝑊𝐶 =
𝜀𝑓 [– ] 𝜀𝐾𝐶
13. Ismertesse a rendszerben működő hőszivattyúk és hűtőgépek éves és pillanatnyi jellemző számait! Energiahatékonysági mutató: 𝐸𝐸𝑅 =
𝑇é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 ℎű𝑡ő𝑘𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡á𝑠 𝐸𝑙őá𝑙𝑙í𝑡á𝑠áℎ𝑜𝑧 𝑠𝑧ü𝑘𝑠é𝑔𝑒𝑠 𝑔é𝑝𝑖 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡í𝑣 𝑡𝑒𝑙𝑗𝑒𝑠í𝑡𝑚é𝑛𝑦 𝑓𝑒𝑙𝑣é𝑡𝑒𝑙
Teljesítménytényező: 𝐶𝑂𝑃 =
𝑇é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 𝑓ű𝑡ő𝑡𝑒𝑙𝑗𝑒𝑠í𝑡𝑚é𝑛𝑦 𝐸𝑙őá𝑙𝑙í𝑡á𝑠áℎ𝑜𝑧 𝑠𝑧ü𝑘𝑠é𝑔𝑒𝑠 𝑔é𝑝𝑖 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡í𝑣 𝑡𝑒𝑙𝑗𝑒𝑠í𝑡𝑚é𝑛𝑦 𝑓𝑒𝑙𝑣é𝑡𝑒𝑙
Éves energiahatékonysági mutató:
𝑆𝐸𝐸𝑅 =
É𝑣𝑒𝑠 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑙őá𝑙𝑙í𝑡á𝑠 𝐸𝑙őá𝑙𝑙í𝑡á𝑠ℎ𝑜𝑧 𝑠𝑧ü𝑘𝑠é𝑔𝑒𝑠 é𝑣𝑒𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑚𝑢𝑛𝑘𝑎
Energia szám vagy éves munkaszám: 𝑆𝑃𝐹 =
𝑄𝑓ű𝑡é𝑠 𝑊𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑚𝑜𝑠
14. Ismertesse a kazánformulát A felületi nyomás alapképletéből levezethető az úgynevezett kazánformula (kazánképlet), amellyel a szükséges falvastagság határozható meg adott üzemi paraméterek mellett. A húzóerő nagysága: 𝐹 = 𝐷∗𝑙∗𝑝 Az ébredő feszültség: 𝜎=
𝐹 𝐷∗𝑙∗𝑝 𝐷∗𝑝 = = 𝐴 2∗𝑠∗𝑙 2∗𝑠
Ebből adott terhelés esetén számítható a falvastagság: 𝑠=
𝐷∗𝑝 2 ∗ 𝜎𝑚
Ezt a képletet nevezzük kazánformulának vagy kazánképletnek.
15. Ismertesse a tüzelőanyaggal bevitt teljesítményt, és a kondenzációs hőnyereséget és a kazán kiterhelési fokot. A kazánba a szilárd tüzelőanyaggal bevitt energiaáram: 𝑄̇𝑏𝑒𝑣𝑒𝑧𝑒𝑡𝑒𝑡𝑡 = -
𝑚𝑠𝑧𝑡 ∗ 𝐻𝑥 [𝑘𝑊] Δ𝜏
𝑚𝑠𝑧𝑡 a kazánba bevitt szilárd tüzelőanyag mennyisége 𝐻𝑥 a tüzelőanyag fűtőértéke Δ𝜏 a tüzelőanyag-mennyiség elégésének időtartama
A kazánba a folyadék halmazállapotú tüzelőanyaggal bevitt energiaáram:
̇ ∗ 𝜌𝑓𝑡 ∗ 𝐻𝑥 [𝑘𝑊] 𝑄̇𝑏𝑒𝑣𝑒𝑧𝑒𝑡𝑒𝑡𝑡 = 𝑉𝑓𝑡 -
̇ a folyékony tüzelőanyag térfogatárama 𝑉𝑓𝑡 𝜌𝑓𝑡 a folyékony tüzelőanyag sűrűsége
Tüzelőanyaggal bevitt teljesítmény meghatározása: ̇ ∗ 𝐻𝑥 [𝑘𝑊] 𝑄̇𝑏𝑒𝑣𝑒𝑧𝑒𝑡𝑒𝑡𝑡 = 𝑉𝑔á𝑧 -
̇ a gáz tüzelőanyag térfogatárama 𝑉𝑔á𝑧 𝐻𝑥 a tüzelőanyag fűtőértéke
Kondenzációs hőnyereség:
𝑞𝐾 = -
(𝐻𝑓 − 𝐻𝑎 ) ∗ 𝛼 [%] 𝐻𝑎
𝛼 kondenzációs szám: Értéke: - Gáztüzelésnél 0,7 [– ] - Olajtüzelésnél 0,3 [– ] Értéke függ a visszatérő vízhőmérséklettől és az égőrendszertől.
Kazán kiterhelési fok: 𝜑𝑖 =
𝜏ü𝑧𝑒𝑚 𝜏𝑡𝑒𝑙𝑗𝑒𝑠 𝑖𝑑ő
=
𝜏ü𝑧𝑒𝑚 𝜏𝑘é𝑠𝑧𝑒𝑛𝑙é𝑡𝑖 + 𝜏ü𝑧𝑒𝑚
16. Ismertesse a füstgáz, sugárzási és készenléti veszteségek meghatározását. Füstgáz veszteség: Q̇füstgáz = cfüstgáz ∗ ṁfüstgáz (t füszgáz − t levegő ) Sugárzási veszteség: n
Q̇sugárzás = ∑ Aj ∗ αj ∗ (t f,j − t i ) j=1
17. Ismertesse a kazán- és tüzelési hatásfok meghatározását. Ismertesse kazánok éves hatásfokának meghatározását az átlaghatásfok módszerével.
Kazánhatásfok:
𝜂𝑘 =
𝑄̇ℎ𝑎𝑠𝑧𝑛𝑜𝑠 𝑄̇𝑏𝑒𝑣𝑖𝑡𝑡 − 𝑄̇𝑣𝑒𝑠𝑧𝑡𝑒𝑠é𝑔 = 𝑄̇𝑏𝑒 𝑄̇𝑏𝑒
Tüzelési hatásfok:
𝜂𝑇Ü =
𝑄̇𝑏𝑒𝑣𝑖𝑡𝑡 − 𝑄̇𝑓ü𝑠𝑡𝑔á𝑧 𝑄̇𝑏𝑒
Éves átlaghatásfok: 𝜂é𝑣𝑒𝑠 =
5 ∑5𝑖=1
1 𝜂𝑘𝑎𝑧á𝑛,𝑖
18. Ismertesse a kazánok éves hatásfokának meghatározását a hagyományos magyar módszerrel és az MSZ EN 15378 szerint. Az éves hatásfok az MSZ EN 15378 szerint: 𝛼𝑃0 𝛽𝑐𝑚𝑏 = (𝜂𝑐𝑚𝑏 − 𝛼𝑔𝑒 ) ∗ 100 − 𝛼𝑃0 100 −
𝜂𝑔𝑒𝑛 -
𝜂𝑐𝑚𝑏 a tüzeléstechnikai hatásfok 𝛼𝑔𝑒 a sugárzási veszteség 𝛼𝑃0 készenléti veszteség 𝛽𝑐𝑚𝑏 a kazán átlagos terhelésének meghatározása
Az éves hatásfok: 𝜂=
𝜂𝑘𝑎𝑧á𝑛 1 1 + (𝜑 − 1) ∗ 𝑞𝑘é𝑠𝑧𝑒𝑛𝑙é𝑡𝑖 1
-
𝜂𝑘𝑎𝑧á𝑛 kazán hatásfok 𝑞𝑘é𝑠𝑧𝑒𝑛𝑙é𝑡𝑖 készenléti veszteség 𝜑1 kihasználás
19. Ismertesse a kollektor hatásfok meghatározását
V.
η0: a kollektor optikai hatásfoka a1: az elsőfokú hőveszteségi együttható a2: a másodfokú hőveszteségi együttható X: a hatásfok független változója X = (tkoll-tlev) / G , [X] = (K · m2 ) / W Tkoll: a kollektor közepes hőfoka: (tki + tbe) / 2 Tki: a kollektorból kilépőhőhordozó közeg hőmérséklete Tbe: a belépő közeg hőfoka Tlev: a környezeti levegőhőmérséklete G: a kollektor felületére merőlegesen eső globális napsugárzás [W/m2 ] Levezetések
1. Ismertesse a hőcserélők logaritmikus hőmérsékletkülönbségének levezetését!
∆t
𝐴
1 ∫ ∗ 𝑑∆𝑡𝑘ö𝑧 = −𝛽 ∗ 𝑈 ∗ ∫ 𝑑𝐴 ∆𝑡𝑘ö𝑧
∆𝑡0
0
𝑙𝑛
∆𝑡 = −𝛽 ∗ 𝑈 ∗ 𝐴 ∆𝑡0
∆𝑡 = ∆𝑡0 ∗ 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴
𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 =
𝛽=
𝑈 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑡𝑘ö𝑧 =
𝑈 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑡𝑘ö𝑧 =
∆𝑡 ∆𝑡0
∆𝑡 −𝑙𝑛 ∆𝑡
0
𝑈∗𝐴 ∆𝑡0 ∆𝑡 ∗ (1 − ) ∆𝑡 ∆𝑡 0 −𝑙𝑛 ∆𝑡 0 𝑈∗𝐴
𝑈 ∗ 𝐴 ∗ ∆𝑡0 ∆𝑡 ∗( − 1) ∆𝑡 ∆𝑡0 𝑙𝑛 ∆𝑡 0
Q̇
A
∫ dQ̇ = U ∗ ∆t 0 ∗ ∫ e−β∗U∗A ∗ dA 0
0
Q̇ = U ∗ ∆t 0 ∗
𝑡𝑘ö𝑧 =
∆𝑡0 ∆𝑡 ∗( − 1) ∆𝑡 ∆𝑡0 𝑙𝑛 ∆𝑡 0
∆𝑡𝑘ö𝑧 = ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 =
∆𝑡 − ∆𝑡0 ∆𝑡 𝑙𝑛 ∆𝑡 0
féle
tényező
2. Ismertesse a Bosnjakovic meghatározásának levezetését!
Φ=
1 ∗ (𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 − 1) −β ∗ U
Φ
hőmérsékletekkel
𝐴 𝑘𝑖𝑠𝑒𝑏𝑏 𝑣í𝑧é𝑟𝑡é𝑘ű 𝑘ö𝑧𝑒𝑔 ℎő𝑚é𝑟𝑠é𝑘𝑙𝑒𝑡𝑘ü𝑙ö𝑛𝑏𝑠é𝑔𝑒 𝐴 𝑏𝑒𝑙é𝑝ő 𝑘ö𝑧𝑒𝑔𝑒𝑘 ℎő𝑚é𝑟𝑠é𝑘𝑙𝑒𝑡𝑘ü𝑙ö𝑛𝑏𝑠é𝑔𝑒
történő
|𝑡1𝑏𝑒 − 𝑡1𝑘𝑖 | |𝑡1𝑏𝑒 − 𝑡2𝑏𝑒 |
Φ=
𝑄̇ = −𝑤𝑚 ∗ ∆𝑡𝑚
0≤Φ≤1
Φ=𝑤
𝑄̇
1 ∗(𝑡𝑚𝑏𝑒 −𝑡ℎ𝑏𝑒 )
=𝑤
−𝑤𝑚 ∗∆𝑡𝑚
1 ∗(𝑡𝑚𝑏𝑒 −𝑡ℎ𝑏𝑒 )
Φ = (t 1
∆t2 mbe −thbe )
Φ
Q̇ = U ∗ ∆t köz ∗ A =
Φ=
tényező
vízértékáramokkal
∆t 0 ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) β
𝑄̇ 𝑤1 ∗ (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 ) 1
1
βegyen = w + w = m
βellen =
1 ∗(𝑡𝑚𝑏𝑒 −𝑡ℎ𝑏𝑒 )
∆t1
w
féle
±𝑤ℎ ∗∆𝑡ℎ
=𝑤
mbe −thbe )
Φ = w2 ∗ (t
3. Ismertesse a Bosnjakovic meghatározásának levezetését!
𝑄̇ = ±𝑤𝑚 ∗ ∆𝑡ℎ
h
𝑤ℎ +𝑤𝑚 𝑤ℎ ∗𝑤𝑚
1 1 𝑤ℎ − 𝑤𝑚 − = wm wh 𝑤ℎ ∗ 𝑤𝑚
Hőátviteli szám 𝑁 =
𝑈∗𝐴 𝑤1
𝑤
Vízértékáramviszony 0 ≤ 𝑅 = 𝑤1 ≤ 1 2
Φ=
𝑄̇
1 ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) 𝑤1 ∗ (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 ) 𝑤1 ∗ 𝛽 ∗
A β illetve a ∆t0 értéke függ attól, hogy az áramlás egyenáram vagy ellenáram
történő
Egyenáram esetén
Φ=
𝑄̇
1 ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) (𝑡 ) 𝑤1 ∗ 𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 𝑤1 ∗ 𝛽
Φ=
∗
𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 1 ∗ ∗ (1 − 𝑒 −𝑁∗(1+𝑅) ) (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 ) 1 + 𝑅
Φ=
1 − 𝑒 −𝑁∗(1+𝑅) 1+𝑅
1 1 1 1 = = = 𝑤1 ∗ 𝛽 𝑤 ∗ ( 1 + 1 ) (1 + 𝑤1 ) 1 + 𝑅 1 𝑤2 𝑤𝑚 𝑤ℎ
𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 = 𝑒
−𝛽∗𝑈∗(
1 1 + ) 𝑤𝑚 𝑤ℎ
𝑈∗𝐴 𝑊2 𝑊1 ( + ) 𝑤𝑚 𝑤ℎ
= 𝑒 𝑊1
= 𝑒 −𝑁∗(1+𝑅)
Ellenáram esetén
βellen =
Φ=
1 1 𝑤ℎ − 𝑤𝑚 − = Wm Wh 𝑤ℎ ∗ 𝑤𝑚
1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 𝑤 𝑤1 ∗ 𝛽 + 𝑤1 ∗ 𝛽 ∗ 𝑤 −𝑚𝑤 ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) ℎ 𝑚
1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 Φ= 𝑤 𝑤1 𝑤ℎ − 𝑤𝑚 𝑤𝑚 2 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) (1 𝑤𝑚 − 𝑤ℎ + 𝑤1 ∗ 𝑤ℎ ∗ 𝑤𝑚 ∗ 𝑤ℎ − 𝑤𝑚 ∗ − 𝑒 1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 Φ= 𝑤 𝑤1 𝑤1 𝑤1 1 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) (1 𝑤𝑚 − 𝑤ℎ + 𝑤ℎ − 𝑤ℎ ∗ − 𝑒
Φ=
1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 𝑊 𝑊 −𝑁∗( 1 − 1 ) 𝑤1 𝑤1 𝑊 𝑚 𝑊ℎ 𝑤𝑚 − 𝑤ℎ ∗ 𝑒
ha 𝑤1 = 𝑤𝑚 1 − 𝑒 −𝑁∗(1−𝑅) Φ= 1 − 𝑅 ∗ 𝑒 −𝑁∗(1−𝑅) ha 𝑤1 = 𝑤ℎ 1 − 𝑒 −𝑁∗(𝑅−1) Φ= 𝑅 − 𝑒 −𝑁∗(𝑅−1) ∆𝑡 ∗𝑤
1
t hbe = 𝑡ℎ𝑘𝑖 − 𝑤 0−𝑤𝑚 ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) ℎ
1
βellen = W − W =
𝑚
m
h
∆𝑡0 = 𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑘𝑖
Φ=
∆𝑡0 1 ∗ ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 ) 𝑤1 ∗ 𝛽
∆𝑡0 ∆𝑡0 = ∆𝑡0 ∗ 𝑤𝑚 𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 𝑡 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) 𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑘𝑖 + 𝑤 − 𝑤 ∗ (1 − 𝑒 ℎ
=
𝑚
1 𝑤 1 + 𝑤 −𝑚𝑤 ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) ℎ 𝑚
1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 Φ= 𝑤 𝑤1 1 −𝛽∗𝑈∗𝐴 𝑤𝑚 − 𝑤ℎ ∗ 𝑒 1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 1 Φ= ∗ ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) (𝑡𝑚𝑏𝑒 − 𝑡ℎ𝑏𝑒 ) 𝑤1 ∗ 𝛽
𝑤ℎ −𝑤𝑚 𝑤ℎ ∗𝑤𝑚
𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 = 𝑒
−𝑈∗𝐴∗(
1 1 + ) 𝑤𝑚 𝑤ℎ
=𝑒
−
𝑈∗𝐴 𝑤1 𝑤1 ∗( + ) 𝑤1 𝑤𝑚 𝑤ℎ
=𝑒
𝑤 𝑤 −𝑁∗( 1 + 1 ) 𝑤𝑚 𝑤ℎ
𝑤 𝑤 −𝑁∗( 1 + 1 )
𝑤𝑚 𝑤ℎ 1−𝑒 Φ= 𝑤 𝑤 −𝑁∗( 1 + 1 ) 𝑤1 𝑤1 𝑤𝑚 𝑤ℎ + ∗ 𝑒 𝑤𝑚 𝑤ℎ
Egyenáram esetén a kilépő felületek hőmérséklete t mki = 𝑡𝑚𝑏𝑒 −
∆𝑡0 ∗ 𝑤ℎ ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) 𝑤ℎ + 𝑤𝑚
t hki = 𝑡ℎ𝑏𝑒 −
∆𝑡0 ∗ 𝑤ℎ ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) 𝑤ℎ + 𝑤𝑚
Ellenáram esetén a kilépő felületek hőmérséklete
t mki = 𝑡𝑚𝑏𝑒 −
∆𝑡0 ∗ 𝑤ℎ ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) 𝑤𝑚 − 𝑤ℎ
t hbe = 𝑡ℎ𝑘𝑖 −
∆𝑡0 ∗ 𝑤ℎ ∗ (1 − 𝑒 −𝛽∗𝑈∗𝐴 ) 𝑤𝑚 − 𝑤ℎ
4. Ismertesse a bordahatásfok levezetését!
Q̇ = 𝛼𝑏 ∗ 𝐴𝐵 ∗ (t b − t1 ) = 𝛼 ∗ 𝐴𝐾 ∗ (t 2 − t k ) =
𝑡1 = 𝑡𝑏 −
Q̇ =
𝑄̇ 𝛼𝑏 ∗𝐴𝐵
α ∗ 𝐴𝐵 ∗ (t1 − t 2 ) δ
𝑡2 = 𝑡𝑘 −
𝑄̇ 𝛼∗𝐴𝐾
λ 𝑄̇ 𝑄̇ ∗ 𝐴𝐵 ∗ (𝑡𝑏 − − 𝑡𝑘 − ) δ 𝛼𝑏 ∗ 𝐴𝐵 𝛼 ∗ 𝐴𝐾
α λ λ ∗ 𝐴𝐵 ∗ 𝐴𝐵 ∗ (𝑡𝑏 − 𝑡𝑘 ) = Q̇ ∗ (1 + + ) δ 𝛼𝑏 ∗ 𝛿 𝛼 ∗ 𝛿 ∗ 𝐴𝐾
Q̇ =
𝟏 1 ∗ (𝑡𝑏 − 𝑡𝑘 ) = ∗ (𝑡𝑏 − 𝑡𝑘 ) 1 α 1 1 𝛿 1 1 ∗ ( + ) + +𝛼 ∗𝐴 +𝛼∗𝐴 𝐴𝐵 δ 𝛼𝑏 𝛼 ∗ 𝐴𝐾 𝐴𝐵 ∗ 𝜆 𝑏 𝐵 𝐾
Q̇ =
𝟏 𝐴𝐾 α 1 1 𝐴𝐵 ∗ (δ + 𝛼𝑏 ) + 𝛼
Q̇ =
Q̇ =
∗ 𝐴𝐾 ∗ (𝑡𝑏 − 𝑡𝑘 ) = Ubordázással ∗ 𝐴𝐾 ∗ ∆𝑡
λ 𝑄̇ 𝑄̇ ∗ 𝐴𝐵 ∗ (𝑡𝑏 − − 𝑡𝑘 − ) δ 𝛼𝑏 ∗ 𝐴𝐵 𝛼 ∗ 𝐴𝐾
λ λ 1 1 ∗ 𝐴𝐵 ∗ (𝑡𝑏 − 𝑡𝑘 ) − ∗ Q̇ ∗ ( + ) δ δ 𝛼𝑏 ∗ 𝐴𝐵 𝛼 ∗ 𝐴𝐾
λ λ λ ∗ 𝐴𝐵 ∗ 𝐴𝐵 ∗ (𝑡𝑏 − 𝑡𝑘 ) = Q̇ ∗ (1 + + ) δ 𝛼𝑏 ∗ 𝛿 𝛼 ∗ 𝛿 ∗ 𝐴𝐾
α = αK ∗ ηborda
Q̇ =
𝟏 𝐴𝐾 α 1 1 ∗ ( + ) + 𝐴𝐵 αK ∗ ηborda δ 𝛼𝑏
∗ 𝐴𝐾 ∗ (𝑡𝑏 − 𝑡𝑘 ) = Ubordázással ∗ 𝐴𝐾 ∗ ∆𝑡
ηborda =
VI.
̅̅̅̅̅̅̅̅ t borda − t k t bordatő − t k
Gép, megoldás működése, részletesebb jellemzések
1. Ismertesse a csőköteges hőcserélőket A nagy felületet igénylő hőcsere és a jó térkihasználás megkövetelte a csőköteges hőcserélők kifejlesztését. E megoldás lehetővé tette, hogy ugyanolyan csőhossz esetén, mint a cső a csőben típusú hőcserélőknél, sokkal nagyobb fajlagos felületet érjünk el. A csőköteges hőcserélő főbb elemei a következők:
- a két csőköteg falba szerelt csövek; - köpenytér; - beömlő kamra; - kiömlő vagy fordulókamra; - beömlő és kiömlő csonkok; - szellőztető csapok - és gyakran használatos terelőlemezek. Kivitelezés szempontjából a csőkötegek lehetnek: - merev; - úszófejes; - U- csöves- hajtűcsöves. Ami az elhelyezésüket illeti, a csőköteges hőcserélők lehetnek vízszintes, függőleges vagy dőlt állásúak. A vízszintes elhelyezés kerülendő a nagyon kis átmérőjű és könnyen behajló csövek esetén (ilyenkor a függőleges állás ajánlott). A
vízszintes elhelyezés mindég kötelező a kondenzációs hőcsere alkalmával, ezzel küszöbölve ki a lecsurgó hártya hőátbocsátási ellenállását, mely kitevő a függőleges cső esetében. Ha a hőcserében mindkét közeg folyadék, akkor, mint az álló, mint a fekvő elhelyezés használatos. Ilyenkor a telepítésükre fennálló hely szabja meg a pozíciójukat. A vízszintes elhelyezésű hőcserélők könnyebben takaríthatók, akkor is, ha helyszűke miatt, a köpenyükre helyezett nyergek segítségével, egymásra vannak helyezve. A csőköteges hőcserélők esetén a sok cső, megszabott elosztásban tömören illeszkedik a csőfalban. Az illesztés lehet hegesztve, sajtolva vagy sajtolva és hegesztve is. Az elosztás lehet háromszögosztás, négyzetosztás vagy hexagonális csőkiosztás. A csőköteges hőcserélők sokrétű kialakítási lehetősége ellenére gyártási célok figyelembe vétele s, nem utolsó sorban, áruk csökkentésére szabványosítást vezettek be. Az USA csőköteges hőcserélők gyártóinak a szabványa a TEMA. E szerint, egy hőcserélő kód megnevezése tartalmaznia kell a köpeny, beömlő és fordulókamra típusait . A csövek elrendezése olyan, hogy minimumra csökkentse a csőköteg kikerülésének lehetőségét. A sajtolt csőköteges hőcserélőt csak 80 atm nyomásig alkalmazzuk, a más megoldással beillesztett csövek esetén a nyomás határt a cső határozza meg. A sajtolási hossz kb. 50 mm. A sajtolt rész nem nyúlhat túl a csőköteg fal köpenyoldali homloklapján. A csövek közötti teret külső köpenylemez zárja, kialakítva a köpenyteret. A köpenytérhez csatlakozik a két kamra, a beömlő és kiömlő. Az ilyen egyjáratúnak nevezett hőcserélőnek a legkisebb a közegellenállása. Mivel a csövek hossza korlátozott, nagyobb hőcserélő felület létrehozására a csőkötegeket több párhuzamos csoportra osztjuk, kialakítva a több járatot (lehet 2-8 járatig el). Ilyenkor a kiömlő és beömlő kamra mellett forduló kamrákat alakítunk ki. A járatok számát nem tanácsos növelni, hisz a kamrákból való ki és beömlés elég nagy helyi ellenállást jelent. A csőköteges hőcserélő esetében a köpenytér áramlási keresztmetszete nagyobb mint a csőtéri keresztmetszet. A jó hőátvitel céljából arra kell törekedni, hogy a két közeg minél nagyobb sebességgel áramoljon, de ez ne eredményezze az energia fogyasztás túlzott növelését. A folyadék-folyadék hőcsere alkalmával arra kell törekedni, hogy a két térben áramló közeg sebessége megegyező legyen és kb. 0,5 – 2,0 m/s között mozogjon. Gázok esetén a tömeg áramsűrűség kb. 6000-80000 kg/(m2s) között mozoghat. A merev csőköteges hőcserélő egyik nagy hátránya, hogy nem képes nagy hőmérséklet különbséggel dolgozni (kb. 50 K ajánlott). Ennek oka a hő-kitágulási tényező. Épp e helyzet kiküszöbölésre szolgálnak a tágulást kompenzáló megoldások. Ilyen megoldás például a lencse alakú kompenzáció, a hajtűcsöves vagy az úszófejes hőcserélő. A lencse alakú kompenzátor (lásd az 5.20. ábrát) a köpenybe beépített tágulást elésegítő rész, mely megóvja a csövek csőfalból való kilazulását, s ezzel a két közeg érintkezését, vagy a csövek elhajlását. Az U - csöves vagy hajtűcsöves hőcserélő esetében a csőfalba beépített U - csövek hőtágulásának nem lehet káros hatása, hisz a köpenytérben elég nagy helyet hagynak, ahol a csőköteg szabadon mozoghat. Az ilyen kivitelezés elősegíti a könnyű szerelést, a köteg külső felének egyszerű tisztítását. A belső tisztítást, a beömlő s kiömlő kamra könnyű leszerelése ellenére, megakadályozza a 180 fokos fordulat.
Az úszófejes hőcserélők esetében a fordulókamra közösen mozoghat a csőköteggel a külső állófejen, megoldva így a hőtágulás kompenzációját. A külső fej leszerelése után a forduló kamra is leszerelhető, sőt a beömlő és kiömlő kamra leszerelésével a csőköteg kiemelhető a köpenytérből, így csövek mind kívül, mint belől tisztíthatók. A terelőlemezek beszerelésével elősegítik a keresztáramlás kialakulását, és az áramlási sebesség növelését. Ahhoz, hogy az áramlási sebesség elősegítse a hőátadást, a legkisebb osztástávolság a köpenytéri átmérő 1/5-e, de nem kisebb mint 50 mm. A terelőlemezek elosztása egyenletes kell legyen, s ügyelni kell arra hogy a ki és beömlő csonkokhoz ne kerüljön ilyen lemez. A terelőkben a hőcserélő csövek részére lyukakat fúrunk, melynek átmérője, 900 mm osztástávolságig és 32 mm csőátmérőn felül 0,8 mm-el haladja túl a csőátmérőt, vagy ha a csőátmérő 32 mm kisebb, akkor a lyuk és csőátmérő közötti különbség 0,4 mm. A terelők távolságtartására, valamint a csőköteg ki és beszerelésének könnyítésére távtartó rudakat vagy csúszó léceket alkalmazunk. A terelőket és a csúszó léceket hegesztéssel kapcsolják össze. Minden hőcserélő köpenyterének legmaga-sabb pontján légtelenítő csonkot vagy menetes dugót/szelepet kell beszerelni, légtelenítés céljából. A legalacso-nyabb ponton vak-karimával lezárt csonkot kell alkalmazni leürítés céljából. A hőcserélő működése megköveteli a rendszeres karbantartást. Ez főleg akkor érvényes, ha az áramló közegekből lerakodások képződnek, melyek egy év után kb. 0,0004 Km2/W hőellenállást okoznak. Ilyenkor a hőcserélő tisztítása kötelezővé válik. Tisztításra ajánlott a meleg víz, mosóolaj, párlat nagy sebességű áramoltatása, nagynyomású vízsugár, vegyszeres vízkő eltávolítás vagy legvégső esetben csőgörények, forgó drótkefék vagy egyéb mechanikus módszerek alkalmazása. Mechanikus tisztításkor vigyázni kell a megrongálódás lehetőségére. Nem tanácsolt a gőz fúvatás alkalmazása, mert a cső túlhevülését okozhatja.
2. Ismertesse a lemezes hőcserélőket! A lemezes hőcserélő biztosítja a leghatékonyabb hőátadóval a rétegvíz és a tiszta víz között. A lemezes hőcserélő egybevágó sík lemezek sorából áll, amelyeket rögzítő rudak tartanak meg egy keretben. Az egyes lemezeket egymástól tömítés választja el. A rezervoárból kitermelt forró víz és a felmelegítendő tiszta víz a lemezek két oldalán ellenáramban halad. Változatos kétdimenziós áramképek valósíthatók meg a lemezek felületének célszerű kialakításával. A nagy Reynolds-számmal jellemezhető turbulens áramlás az ellenáramú elrendezéssel együtt nagyon intenzív hőátvitelt biztosít a primer és a szekunder folyadék között. Így hatásos hőátvitel valósítható meg kisméretű berendezésekkel. A lemezek legtöbbször rozsdamentes acélból készülnek, de különlegesen korrózív rétegvizek esetén általában titánötvözet használatos.
A lemezes hőcserélők hátránya korlátozott hőmérséklet tűrésük, amely legfeljebb 130-150 °C, a tömítések hőmérséklet tűrésének növelésével azonban folyamatosan javul. Nagyobb hőmérsékleteken esetleg az egészségre ártalmas azbeszttömítések lennének használhatók. A hőcserélők méretezésének alapja a tömeg- és a belső energia mérlegegyenlete. Az átvitt hő a:
egyenletből számítható, amelyben U az eredő hőátviteli tényező, A a hőátadó felület területe, F a berendezés geometriai kialakításától függő korrekciós tényező, ΔTln a logaritmikus átlaghőmérséklet-különbség. Ez, mint ismert a:
gyenlettel számítható. Ez az egyenlet ellenáramú hőcserélőkre érvényes. T a primer folyadék hőmérséklete, t a szekunder folyadéké. Az 1. index a beáramló, a 2. a kiáramló folyadékra vonatkozik. Az eredő hőátviteli tényező ismert módon számítható, a csőköteges hőcserélőkre, figyelembe véve a cső belső felületén adódó kényszerkonvekciót,
a vezetést az acélcső palástján és a vízkő-lerakódáson át, valamint a cső külső felületén adódó konvektív hőátadást. Ekkor:
ahol ka az acél, kVK a vízkő hővezetési tényezője. A 0 index a cső belső, az 1. a külső palástfelületének a 2. a vízkőréteg felületének a sugara. A lemezes hőcserélők esetében a:
3. Ismertesse az egyáramú hőcserélőket Általában a legkedvezőbb kis ellenállású hőcserélő az egyjáratú. Egyjáratú a hőcserélő, ha a csövekben áramló közeg az egyik fejen lép be és a másikon távozik. Ugyanúgy a köpenytérben a köpeny egyik végén elhelyezett csonkon lép be a megfelelő közeg és a másik végén levő csonkon lép ki. Mivel azonban a csövek gyártástechnológiai okból korlátozott hosszúságúak, nagyobb hőcserélő-felület létrehozására kénytelenek a csőköteget több párhuzamos csoportra – járatra – osztani. Csőköteges hőcserélő két-, négy-, hat-, nyolc-, valamint többjáratúra is építhető. A járatok számát lehetőleg ne növeljük, mert az egyik járatból a másikba való átfordulás a fordulókamrákban a nyomásveszteséget jelentősen növeli. 4. Ismertesse a valóságos hűtőgépek és hőszivattyúk részegységeinél leggyakrabban alkalmazottakat! Hűtőberendezések elvi kapcsolása:
A hűtőberendezés fő részei: - Kompresszor - Kondenzátor - Expanziós gép - Elpárologtató A kompresszor nedves gőzt szív el az elpárologtatóból, majd azt komprimálja, így a munkaközeg telített gőzzé válik (1-2). A kompresszor működéséhez munkát vesz fel. A kompresszor a nagy nyomású, és sűrítés következtében magas hőmérsékletű munkaközeget „benyomja” a kondenzátorba. A kondenzátor egy olyan egyáramú hőcserélő ahol a munkaközeg fázist vált (telített gőzből telített folyadék). A teljes fázis változásakor felszabaduló hőenergiát a hőfelvevő közeg szállítja el, melyet később fűtésre, melegítésre használhatunk fel egy másik rendszerben. A kondenzátorból kilépő telített folyadék (3) továbbra is magas hőmérsékletű és nyomású. Ez a közeg lép be az expanziós gépbe ahol a közeget munkára fogjuk. A munkavégzés következtében a munkaközeg „kisebb értékű” lesz, azaz nyomása és hőmérséklete lecsökken (4). Mivel a kompresszióhoz hasonlóan az expanzió is adiabatikus állapotváltozás, ezért a munkaközeg telített folyadék állapotából „nedves gőz” állapotba jut (folyadék benne gőzbuborékokkal). Ez a munkaközeg fog belépni az elpárologtatóba, ahol a folyadékrész nagy része (nem teljesen) elpárolog. A munkaközeg nedves gőz állapotába jut (1) és a folyamat kezdődik előröl. 5. Ismertesse a talajt, mint hőforrást, és kiaknázásnak lehetőségeit! A Föld felszíne a Napsugárzás hatására egész évben rengeteg energiát képes eltárolni. A hőenergia egy része direkt napsugárzás formájában elnyelődik, azonban a csapadékkal és a levegővel is nagy mennyiségű hőenergia jut a talajba. Az így ingyen rendelkezésre áll energia költséghatékonyan hasznosítható. Amennyiben a talaj nedvességtartalma magas, rendelkezésre álló talajhő is nagyobb. A hőforrás hasznosítására műanyag csöveket fektetnek le kis mélységben a talajba. A kollektorhálózatot a környezetre ártalmatlan, fagyálló folyadékkal töltik fel. A kollektorok feletti földterületet szabadon kell hagyni, épületet ráépíteni, lebetonozni, aszfaltozni. A talaj, mint hőforrás kiaknázására szolgáló berendezés a talajszonda. A hő kinyeréséhez egy függőleges csövet helyeznek el a talajban, 50m mélyen. Fagyálló víz kering a vezetékben, amelybe beáramlik a hő, mint a nála alacsonyabb hőmérsékletű közegbe. Az ily módon felmelegedett közeget egy szivattyú juttatja fel, ahonnan –a hőjét leadva- visszakering.
Talajszonda előnyei: -
a talaj hője nem függ a külső hőmérséklettől, így állandó hőforrásként használható kisebb, mint az egyéb hőtermelő berendezések szinte bárhol kialakíthatók (pl.: sziklás hegyekben is) nincs szükség kiegészítő hőforrásra megoldható fele a hűtés is
Nagy figyelmet kell fordítani a szondalyuk cement szuszpenzióval való kitöltésére, mert ha nem a lyuk aljáig töltik ki, akkor nagymértékben csökken a hőátadás, így a hőteljesítmény is. Erre az a legjobb módszer, ha a lyukba injektáló csövet is vezetünk, hogy teljesen ki lehessen tölteni a hézagokat. Egy külső osztó- gyűjtő aknában van összefogva a szonda minden eleme, ahonnan eljut a hő a házhoz egy hidraulikusan zárt csővezetéken keresztül. Talajkollektor A megújuló energia felhasználásának egyik viszonylag könnyen elérhető módja a föld hőjének használata. Ezt úgynevezett geotermikus hőszivattyúk segítségével tehetjük meg. A geotermikus hőszivattyú az energiát talajszonda, vagy talajkollektor segítségével éri el. Míg a talajszonda esetén a talajba 30-100 méter mély furatokat kell készíteni, a talajkollektornál a földfelszíntől mintegy másfél méter mélyen elhelyezett csőrendszerrel oldható meg. A talajkollektor nem a föld természetes belső hőjét, hanem a direkt napsugárzás által talajba jutott hőenergiát használja. A rendszer fontos eleme a talajvíz, mivel magasabb nedvességtartalom esetén a rendszer nagyobb hatásfokú, ugyanis a földfelszínre érkező napsugárzás hője a víz segítségével jut a talajba, azzal több hőt képes tárolni. Hátránya a viszonylag nagy helyigény (a fűtendő lakás méretnek mintegy 1,52-szerese), és az, hogy az adott területet nem szabad burkolni, építeni rá, hiszen az építés a területet érő napsugárzást gátolja meg, kiszáradása pedig a rendszer hatásfokát erősen csökkenti. Talajkollektor alkalmazási határai A sekélyen elhelyezett kollektorok a nyári időszakban olykor „kimerülnek”, túlmelegszik a talaj, a hőkivétel (ami az épületben hűtés, az a talajoldalon fűtés lesz) és a napsugárzás együttes hatása miatt. Ezt itt a nyári időszakban is napi rendszerességgel történő hőszivattyús melegvíz-előállítás kompenzálja. A használati meleg víz termeléskor ugyanis mindig hűtjük a talajt, a hűtőenergia pedig ott eltárolódik, mint egy puffertárolóban. Nem alkalmazunk 20 méternél mélyebben elhelyezett talajszondákat, mivel szükségünk van a napenergiából érkező kondicionálásra, így nem kell tartani a
szondák folyamatos elhűlésétől, amely több év után jelentkezne, és a hőszivattyú hatásfoka meredeken csökkenne a talaj túlhűtése miatt. Ez a veszély passzívház specifikus, mivel a fűtési energiaigény több mint egy nagyságrenddel magasabb a hűtésinél, így a talajból kivont hőenergia jelentősen meghaladja a hűtés során visszatáplált mennyiséget. Ezért a talajszondát „napkollektorként” is hasznosítjuk, így nem helyezhető el pl. a ház alatt. Számításba kell tehát így venni, hogy a talajkollektor kihűti a talajt, így érzékenyebb növényzet telepítését, pláne a tőlünk délebbről származó flóráét ezen a területen ne tervezzünk. 6. Ismertesse a hőszivattyúk üzemmódjait! A helyiségek fűtésére szolgáló hőszivattyúk – a peremfeltételektől függően alapvetően különböző módokon üzemeltethetők. A választott üzemmód mindenekelőtt a helyiségben található, ill. tervezett hőleadó rendszertől és a választott hőforrástól függ. Monovalens üzemmódról akkor beszélünk, ha a hőszivattyú a fűtés és a melegvíztermelés teljes hőigényét fedezi. Ehhez a talaj és a talajvíz optimá- lis hőforrás, mivel ezek a hőforrások a külső hő- mérséklettől szinte függetlenek, és alacsony hő- mérsékletek mellett is elegendő hőt szállítanak. Bivalens üzemmód Itt a hőszivattyú mellett mindig használunk második hőtermelőt, gyakran egy meglévő olajkazánt. Egy- és kétlakásos házaknál a múltban nagy jelentősége volt ennek az üzemmódnak, mindenekelőtt levegő/víz hőszivattyúkkal kombinálva. Itt az alapellá- tást a hőszivattyúval valósították meg, meghatározott külső hőmérséklettől, pl. 0 °C alatt pedig bekapcsolódott egy olajkazán. Gazdaságossági okokból – mivel mindig két hőtermelő szükséges – ezek a rendszerek időközben már kikerültek a fókuszból, és már csak elvétve készülnek ilyenek. Monoenergetikus üzemmód A monoenergetikus üzemmód esetében az energiacsúcsokat integrált elektromos kiegészítő fűtéssel fedezik. Ez a rásegítő fűtés ideális esetben a melegvíztermelés és a fűtés támogatására is alkalmas. Ebben az esetben a használati melegvíz hőmérsékletének megemelése is lehetséges legionellakapcsolás formájában.A monoenergetikus üzemmód bizonyult a leggazdaságosabb üzemmódnak, mert a hőszivattyúk valamivel kisebbre méretezhetők, ezáltal gazdaságosabban szerezhetők be, és többet dolgoznak az optimális üzemi tartományban. Ennek során fontos a pontos méretezés, hogy a rásegítő fűtés áramfogyasztása lehetőleg csekély maradjon. 7. Ismertesse a sugárzó égőket! A sugárzó égők kb. 10 éve kezdtek teret hódítani: a lényegük az, hogy nem sok apró gázfúvókákból álló “szőnyeg” van az égéstérben, hanem egy speciális felület, melyen gyakorlatilag lángképződés nélkül egyfajta izzás valósul meg. Előnyük az, hogy a moduláció sokkal nagyobb tartományban tud megvalósulni és az alacsonyabb égési hőmérséklet miatt sokkal kisebb károsanyag-kibocsátással rendelkeznek. Általában a jobb minőségű kondenzációs kazánoknál találunk ilyent. 8. Ismertesse a 813/2013 EU rendelet fontosabb előírásait, hatásait. A BIZOTTSÁG 813/2013/EU RENDELETE (2013. augusztus 2.) a 2009/125/EK európai parlamenti és tanácsi irányelvnek a helyiségfűtő berendezések
és a kombinált fűtőberendezések környezettudatos tervezésére vonatkozó követelmények tekintetében történő végrehajtásáról. Az Európai Unióban közel ötmillió lakóház használ közös, nyitott égéstermékelvezető rendszert. A meglévő helyiségfűtő kazánok és kombinált kazánok a közös, nyitott égéstermék-elvezető rendszerrel felszerelt lakóházakban műszaki okok miatt nem cserélhetők le hatékony kondenzációs kazánokra. Az e rendeletben foglalt követelmények lehetővé teszik, hogy a kifejezetten ilyen összeállításhoz készült, nem kondenzációs kazánok forgalomban maradjanak annak érdekében, hogy a fogyasztókat ne terheljék indokolatlan költségek, hogy a gyártóknak legyen idejük hatékonyabb fűtési technológiát alkalmazó kazánok kifejlesztésére, valamint hogy elég idő álljon a tagállamok rendelkezésére a nemzeti építési szabályzatok kidolgozásához Ez a rendelet a legfeljebb 400 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő berendezések és kombinált fűtőberendezések környezettudatos tervezésére vonatkozó forgalombahozatali, illetve üzembehelyezési követelményeket állapítja meg, ideértve azokat az ilyen típusú berendezéseket is, amelyek a 811/2013/EU felhatalmazáson alapuló rendelet 2. cikke értelmében helyiségfűtő berendezésből, hőmérsékletszabályozóból és napenergiakészülékből álló csomagba vagy kombinált fűtőberendezésből, hőmérséklet-szabályozóból és napenergia- készülékből álló csomagba vannak beépítve. 8.CIKK - ÁTMENETI RENDELKEZÉSEK (1) A tagállamok 2015. szeptember 26-ig engedélyezhetik olyan fűtőberendezések forgalomba hozatalát, illetve üzembe helyezését, amelyek a szezonális helyiségfűtési hatásfok, a vízmelegítési hatásfok és a hangteljesítményszint tekintetében megfelelnek az e rendelet elfogadásakor hatályos nemzeti rendelkezéseknek. (2) A tagállamok 2018. szeptember 26-ig engedélyezhetik olyan fűtőberendezések forgalomba hozatalát és/vagy üzembe helyezését, amelyek a nitrogén-oxidkibocsátás tekintetében megfelelnek az e rendelet elfogadásakor hatályos nemzeti rendelkezéseknek. II. MELLÉKLET A környezettudatos tervezés követelményei 1. SZEZONÁLIS HELYISÉGFŰTÉSI HATÁSFOKRA VONATKOZÓ KÖVETELMÉNYEK a) 2015. szeptember 26-tól a fűtőberendezések hatásfoka és szezonális helyiségfűtési hatásfoka az alábbi értékeknél nem lehet alacsonyabb: A ≤ 70 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő tüzelőkazánok és a ≤ 70 kW mért hőteljesítményű kombinált tüzelőkazánok, kivéve a ≤ 10 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kazánokat és a ≤ 30 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kombinált kazánokat: A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 86 % alá. (Minden típusú készülékre) A ≤ 10 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kazánok és a ≤ 30 kW mért hőteljesítményű B1 típusú kombinált kazánok: A szezonális helyiségfűtési hatásfok nem csökkenhet 75 % alá. (Ez a megfogalmazás maga a kéménybe kötött, hagyományos készülék) A > 70 kW és ≤ 400 kW mért hőteljesítményű helyiségfűtő tüzelőkazánok és a > 70 kW és ≤ 400 kW mért hőteljesítményű kombinált tüzelőkazánok: A 100 %-os mért hőteljesítményen mért hatásfok nem csökkenhet 86 % alá, a 30 %-os mért hőteljesítményen mért hatásfok pedig nem csökkenhet 94 % alá. A NITROGÉN-OXID-KIBOCSÁTÁSRA VONATKOZÓ KÖVETELMÉNYEK: 2018. szeptember 26-tól a fűtőberendezések nitrogén-oxid mennyiségben kifejezett nitrogén-oxid-kibocsátása nem haladhatja meg az alábbi értékeket: — gáznemű tüzelőanyaggal működő helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok: 56 mg/kWh tüzelőanyag-felhasználás GCV-ben kifejezve, — folyékony tüzelőanyaggal működő helyiségfűtő tüzelőkazánok és kombinált tüzelőkazánok: 120 mg/kWh tüzelőanyag-felhasználás GCV-ben kifejezve.
9. Ismertesse a hagyományos (állandó és alacsony hőmérsékletű) kazánokat Az állandó hőmérsékletű kazánok éves hatásfoka 80 százalék körüli, az energetikai tanúsítás szempontjából nem a leghatékonyabbak.
A “hagyományosnak” mondott készülékeknél: a füstgázhőmérséklet magas (200-250°C), így a füstgáz veszteség és a fent leírt rejtett hő a kéményen távozik. A nagyobb kazánok konstrukciós kialakítása ráadásul olyan, hogy a kondenzáció nem hogy segítené, hanem épp károsítja a berendezést! A magasabb égési hőmérséklet miatt keletkező káros savas kondenzátum a kazántestben ragadhat és akár néhány hónap alatt tönkreteheti a berendezést! Ezeknél a készülékeknél a kazán védelmében az a cél, hogy a visszatérő hőfokot (így az előremenőt is) minél magasabban tartsuk! Ezen készülékek hatásfoka katalógus adatok alapján min. 15%-kal kevesebb, az éves hatásfokban pedig még ennél is nagyobb különbség lehet! Ennyivel több gázt fogyasztanak! Az alacsony hőmérsékletű kazánok inkább ipari méretekben léteznek és valahol a kettő közé helyezhetők. Speciális kialakításuk, anyaguk miatt nem károsítja ezeket az esetleges kondenzáció, de alapvetően nem tudnak kondenzációs üzemben működni. Lakossági méretekben nem jellemzőek. 10. Ismertesse a kondenzációs kazánokat A kondenzációs gázkazán olyan, magas hatásfokkal üzemelő gázkazán, amely az égéstermékben lévő rejtett hőt is - a füstgázban lévő vízgőz lecsapatásával hasznosítja. Ilyen kazánt ott lehet használni, ahol a tüzelőanyag sok hidrogént tartalmaz, mely az égés folyamán vízzé, pontosabban vízgőzzé ég el és a visszatérő fűtővíz hőmérséklete alacsony, 40-50 °C. Ilyen körülmények például földgáztüzelésű kazánoknál állnak fenn padlófűtés esetén. Felesleges energia alig távozik az égéstermékkel együtt a szabadba. Kedvező üzemeltetési körülmények esetén – külső hőmérsékletérzékelős termosztát alkalmazásával – a kondenzációs gázkazán 20-35% megtakarításra képes egy régebbi típusú hagyományos gázkészülékkel szemben. Ez azért lehetséges, mert az átmeneti +5 °C – 0 °C hőmérsékletű időszakokban különösen magas a kondenzációs gázkazán hatásfoka a többivel szemben. A teljes fűtési idényt figyelembe véve pedig ez sokkal gyakoribb, mint a -15 °C.
Kondenzációs gázkazán esetén - a csúcsteljesítmény közeli üzemállapot kivételével - savas kémhatású kondenzvíz keletkezik. Szinte folyamatosan csepeg a készülék alatt a kifolyón a kondenzvíz, amit vékony vezetéken el is kell vezetni a csatornahálózatba. Ezért a füstgázokat is a hagyományos gázkazánokétól eltérő módon kell elvezetni. A hagyományos gázkazánok régi bélelt kéménye nem alkalmas kondenzációs gázkazán üzemeltetésére. Olyan égéstermék elvezető rendszert kell alkalmazni, amely vagy úgynevezett koaxiális rendszer (dupla falú) általában műanyag cső, vagy megosztott rendszer, egy levegő bevezető, és egy égéstermék kivezető csőből áll, amely egy szétválasztó idom segítségével a füstgázokat egy kéménykürtőn keresztül juttatja ki a szabadba, míg a friss levegőt oldal irányból szívja sokkal rövidebb távolságról. Végül szokásosak még az épített kémények nyomásálló aknával és belső csővel (külön kondenzációs kazánokhoz alkalmas típusok). A kondenzációs gázkazánok akkor tudnak magas hatásfokkal üzemelni, ha alacsony hőmérsékletű fűtési vizet kell csak előállítani. Magas visszatérő vízhőmérséklet esetén a füstgázoknál már nem tud létrejönni a kondenzáció jelensége. A gázkazán ebben az esetben is egy nagyon jó hatásfokú hagyományos készülék módjára üzemel. A leggazdaságosabb üzem nagy felületű hő leadók – pl. padlófűtés, falfűtés vagy a radiátorok túlméretezése – alkalmazásával érhető el, mert ezek alacsony hőmérsékleten működnek 11. Fatüzelésű kazánok A vegyes tüzelésű kazán egy olyan fűtéshez használt szilárd tüzelésű kazánfajta, amely fával, szénnel és egyéb éghető tüzelőanyagokkal fűthető. Különböző méretben gyártott, így alkalmas az egyes épülettípusok fűtési rendszerébe való beillesztésre. Megújuló energiaforrások használatát is lehetővé teszi, így a fa, pellet és szén mellett növényi hulladék égetésére is alkalmazható.
A manuálisan, vagy automatikusan adagolt tüzelőanyag a tűztér nagyságától függően 2-6 óra alatt ég el. A hagyományos fatüzelésű kazán általában rostélyon éget el szilárd tüzelőanyagot. Általában egy tűztere van, de vannak külön olaj/gázégővel fűthető tüzteres, alatta szilárd tüzelőanyaggal fűthető második tüzteres kazánok is. Az égéshez levegőbevezetés szükséges, ami nyílt égéstérnél a helyiségbe a külső levegő bevezetését teszi szükségessé, Zárt égésterű kazánok saját, külön levegőbevezetéssel rendelkeznek, és rendszerint ehhez megfelelő levegő/égéstermék aknás kéménnyel. A szilárd tüzelésű kazán nyitott égéstér esetén rendszerint két huzatszabályozóval rendelkezik. Ezek szabályozásával a kéményen keresztül kialakuló természetes huzat táplálja az égést. A kazán alsó ajtaján lévő primer huzatajtó egy termosztatikus láncos szabályozó segítségével a kazánvíz hőfoka alapján szabályozható. A tüzelőanyag-pakoló nyílás ajtaján található szekunder huzatajtó pedig az égés során felszabaduló gázok oxigén-ellátottságának szabályozását és adagolását teszi lehetővé, ezzel biztosítva a füstmentes égést. Az égés megfelelő, ha világossárga, fehér lánggal ég, nem füstöl, kormoz. Az égéslevegő nyílásokat teljesen nem szabad lezárni, mert robbanásveszély keletkezhet. Automatikus tüzelésnél a darabos (pellet, apríték) tüzelőanyagot csiga juttatja a tüztérbe, és az égésterméket/égéslevegőt ventilátor nyomja az égéstérbe ill. ki a szabad légtérbe.
Bár a vegyes tüzelésű kazánok működtetése több odafigyelést igényel, mint egy automatikus gázkazáné, de, a kisebb, családi ház méret üzemeltetéséhez a kezelési utasításon és megfelelő gyakorlaton kívül különösebb szakértelem nem szükséges. A vegyes tüzelésű kazán üzemeltetésének legfontosabb feladatai közé tartozik a napi begyújtás, és a folyamatos tüzelőanyag-utánpótlás biztosítása, odafigyelve arra, hogy ne fűtsük túl, illetve a napi salakolást is el kell végezni. Emellett havonta át kell tisztítani a belsejét, különben csökkenhet a hatékonysága. A szilárd tüzelőanyag jelentős helyet foglal el, általában tüzelőanyag tároló indokolt, pl. tüzifa fedett helyen tárolva néhány év alatt szárad ki megfelelően. A forró salak-hamu eltávolításához tűzbiztos (fém) kuka szükséges. Meghibásodási gyakorisága elég alacsony, így hosszú távon képes a megfelelő biztonságos működésre, viszonylag csekély a meghibásodás valószínűsége, így a javítására és működtetésére sem kell sokat költeni. Különféle tüzelőanyag-befogadó képességének köszönhetően költséghatékonyan működik, alacsony fenntartási költségek mellett. Kimondottan környezetbarát technológia ha fa, ill. biomassza tüzelőanyagot alkalmazunk. Amennyiben a tüzelőanyagok tárolása egyszerűen megoldható, továbbá a begyújtás és a tűz megléte sem okoz problémát, akkor optimális választás lehet. 12. Faapríték kazánok A faapríték a fafeldolgozás során keletkező hulladékból, feldolgozásra alkalmatlan fatörzsből, faipari hulladékból, leselejtezett raklapból, hulladékfából is előállítható. Az előállításhoz egy aprítógép szükséges. A faapríték jó fűtőanyag, utánpótlása folyamatos. Tőlünk nyugatabbra, de főleg, Ausztriában az elmúlt 10-
15 évek fejlesztésének köszönhetően, egyre korszerűbb pelletes és aprítékosbio kazánokat fejlesztettek ki. A fejlesztés nagy eredménye, hogy közel olyan komfortfokozatot lehet vele elérni, mint a gázberendezésekkel. A kazánok fa aprítékot, pelletet használnak fel tüzelőanyagként. Ezek a berendezések közül az aprítékos tüzelő mód olcsóbb megoldás. Egyszerű okból, hiszen az energia mérlege kedvezőbb a pelletnél, az apríték előállítási költsége sokkal kevesebb, emiatt az eladási ára is kedvezőbb lehet. -egyszerű,gyors kezelhetőség -egyszerű és automatikus tisztítási opciók -szabályozható fűtőteljesítmények -minimális hamu mennyiség -magas hatásfok (90% felett) -magas emissziós érték -alacsony széndioxid kibocsátás -központi szabályozó egység -fűtőkör szabályozás -melegvíz készítés 13. Pellett kazánok A pellet kazán a szilárd tüzelésű kazánok azon fajtája, amely a többnyire fenyőforgácsból készített pellet elégetésével fűt. Az égéshez használt pellet egy olyan természetes fából készült, biomassza alapanyagokból sajtolt, henger alakú, nagy nyomáson préselt rostos anyag, amelyet önmaga vagy egyéb belekevert anyag tart össze, ennek köszönhetően kiválóan ég. Általában 6 mm átmérőjű és 2,5-5 cm hosszúságú. Leggyakrabban fűrészpor vagy faforgács felhasználásával készül. A fából készített fapellet átlagos hőértéke 5,14 kWh/kg 0,5–1%-os hamutartalom mellett. Energiaértéke magas, tárolása egyszerű. Általában három fő részét különböztetjük meg. Ezek a következők: pellet tárolására és égőhöz szállítására szolgáló rész, pelletégető rész, végezetül pedig a hőcserélő, azaz maga a kazán. A pelletégetőben található csiga folyamatosan és automatikusan adagolja a forgácsot, pelletet szabályozott működés mellett. [4]Az égéshez használt levegőt az é g ő b e n e l h e l y e z
ett ventilátor biztosítja. A magasabb hatásfokkal üzemelő kazánok lambda szondával felszerelve támogatják a hatékonyabb működést. Ezután a hőcserélőben felszabadult hőenergia átadódik a hőszállító közegnek. Rendkívül környezetbarát fűtési módszer, mert újrahasznosított alapanyagokat használ el, valamint károsanyag-kibocsátása is alacsony, köszönhetően szabályozott működésének. Mivel a fűrészporból préselt pellet szemcsemérete homogénebb a fánál, ezért automatizáltabban fűthető vele a kazán, mint a tűzifával. A pellettartályban maximálisan elhelyezhető 1 m3 fapelletet egy 3,5kW-os kazán átlagosan egy hónap alatt használja fel. Az égés következtében keletkező, 1 kg-ot nem meghaladó salakanyag pedig a kazán salaktálcájára jut. Automatizált működésének köszönhetően napokon át képes a megfelelő hőmérsékletet biztosítani felügyelet nélkül. 14. Ismertesse a nagyvízterű kazánokat. Az ipari méretű és teljesítményű kazánok legfontosabb jellemzője a víztérfogat, azaz,hogy a fűtendő víz a láng- és füstcsöveket körülvevő térben, vagy pedig csövekben áramlik. A távfűtési rendszerek hőtermelő telepeiben elterjedten a nagy vízterű kazánokat alkalmazzák. A nagyvíztér azért kedvező,mert így nagyobb tehetetlenségű víztömeg áll rendelkezésre a fogyasztói hálózat esetlegesen ingadozó igényeinek kielégítésére. E többhuzamú lángcsöves kazánokból általában 3-4 egység szolgál egy tömbfűtőművet. Kis gőzteljesítmény 10-12 t/h Mérsékelt gőznyomás ≈20 bar Előnye: a gőzelvétel ingadozását bizonyos határok között képes kompenzálni (nagy rugalmasság)
15. Ismertesse a kazánokkal üzemeltetésével kapcsolatos problémákat és kezelésüket. Zárt égésterű készülékek füstgáz elvezetésének problémája:Az égéstermékelvezetés többféle módon történik. Létezik egy normál kéményes, áramlásbiztosítóval ellátott készülék, amelynél a kémény huzata biztosítja az égéstermék elvezetését. Ha egy normál készülék beszerelésénél a jogszabály szerint akarunk eljárni, akkor két
dolgot kell a megtennünk.Egyrészt egy előzetes terv alapján kérnünk kell a gázművek engedélyét – amihez szükség van egy kéményseprő szakvélemény becsatolására is -, majd az installáció elkészülte után gáznyomáspróbát kell végrehajtani (az illetékes gázszolgáltató jóváhagyása), erről jegyzőkönyvet kell felvenni. Szükség van még a kéményseprő vállalat átvételi igazolására is arról, hogy a kémény és a füstgázelvezetés megfelelő. Mindaddig, amíg csak az áramlásbiztosítóval ellátott készülékek voltak jellemzőek a magyar piacra, a mechanizmus gördülékenyen működött. A zárt égésterű, azaz turbó készülékek megjelenésével azonban a gördülékenység tovatűnt, a kompetenciakörök összemosódtak. Mert a zárt égésterű készülékeknél, ventilátoros füstgázelvezetés esetén a cső elhelyezése lehet vízszintes és függőleges is. Emiatt fellángolt a vita arról, hogy az elvezető cső mikor minősül kéménynek. Az álláspontok nem közeledtek egymáshoz. A zárt égésterű berendezések ventilátoros égéstermékelvezetését a szakma általánosan úgy minősítette, hogy az nem kémény, és nem tartozik a kéményseprők kompetenciájába. A kéményseprők viszont a tevékenységüket a jogszabályi környezet alapján végzik. A ma érvényben lévő jogszabály az 51/1999. számú BM rendelet, amely meghatározza a kéményseprők szolgáltatási kötelezettségét: ebben szerepel, hogy a zárt égésterű készülékekkel is foglalkozniuk kell. A probléma kettős: egyrészt ha vízszintesen megy a füstgáz, az a jelenlegi jogszabályi környezet szerint nem kémény, hiszen a kémény definíciója csak a függőleges füstgázelvezetésre tér ki. Másrészt pedig a rendelet hiába írt elő szolgáltatási kötelezettséget a kéményseprők számára, a feltételrendszert gyakorlatilag nem biztosította, a rendeletnek nincs végrehajtási utasítása. Ráadásul erre a kéményseprő szolgáltató vállalatok fel sem voltak készülve: a zárt égésterű készülékek mérése másfajta elméleti felkészültséget és műszerezettséget is kíván. Mégis a törvényi szabályozás alapján a kéményseprő jogosultságot formál a vizsgálatra és a döntéshozatalra. Ebből az a furcsa helyzet alakult ki, hogy bár rengeteg készülékgyártó jelent meg a piacon zárt égésterű készülékkel, amelyek minden szempontból sokkal előnyösebbek, mint a hagyományos kazánok, mégis ha valaki a készülék üzembe helyezésénél jogszerűen, a hivatalos utakat betartva akart eljárni, az ügy elakadt a kéményseprőknél különböző okokra való hivatkozással: hiányzik a mérőcsonk, mérőnyílás, tisztítónyílás, és ezáltal a kéményseprő szakvélemény. Ennek a problémás és zavaros műszaki és jogi háttérnek a tisztázására alakult meg az Épületgépészeti Koordinációs Szövetség szervezetén belül az Égéstermék Bizottság, mely három célt tűzött ki maga elé. Az egyik feladata az, hogy áttekintse a jelenlegi jogszabályi környezetet. Másrészt véleményeznie kell, hogy a jogszabályi környezettől függetlenül, de azt szem előtt tartva műszakilag milyen eljárások indokoltak a fogyasztó, a beruházó, a tervező, a kivitelező és a forgalmazó szempontjából. Harmadrészt feladata egy olyan útmutatás közreadása, ami mindenki számára egyértelműen megfogalmazza a megfelelő követelményrendszert, beépítve ebbe a jogszabályi hivatkozásokat is, és egyben jelezze a különböző kormányzati szervek felé azt, hogy mely jogszabályok nem állják meg a helyüket, melyek váltak a továbbfejlődés korlátjaivá. A problémát még inkább súlyosbítja az, hogy időközben az európai jogharmonizációs folyamat révén rengeteg új jogszabály, szabvány lett hatályos Magyarországon, aminek jelentős része idegen nyelven, angolul került hatályba, s a magyar mérnöki kör a hiányos nyelvtudás miatt ebben nehezen tud eligazodni. 16. Jellemezze az egy és többfokozatú akciós gőzturbinákat
Akciós fokozatban az r értéke kicsi, szélső esetben 0. Azaz a hő esés nagy részét az álló lapátozás dolgozza fel, a futólapátozáson nagyrészt a gőz mozgási energiájának rovására történik a munkavégzés. A gőz nagyon felgyorsul az álló lapátokon, így a kilépő sebességek nagyok. A nagy sebesség értékek miatt az ilyen fokozat kényes áramlási veszteségekre, hatásfoka erősen változik a fordulatszámmal. Rövidebb lapátok és nagyobb átmérők jellemzik (kis résveszteség).
Curtis turbina: Akciós turbina sebesség-fokozatokkal. Ez 2-3 sebességfokozatban alakítja át a gőz hőenergiáját mozgási energiává, és ezzel sikerült a kerületi sebességet lényegesen csökkenteni. Energiaátalakulás itt nincs a lapátkeréken, csak a házhoz kötött, vagyis álló vezetőcsatornákban. A Curtis-turbina hatásfoka még mindig elég rossz, ezért önálló egységként nemigen alkalmazzák, inkább más, több fokozatú turbina elé kapcsolják. Zoelly-turbina: Lényegében egylépcsős akciós turbinák sorba kapcsolása. A ház belső tere annyi, egymástól elkülönített kamrára osztott, ahány járókerék van a turbinában. A Zoelly-turbina elé rendszerint Curtis-kereket
kapcsolnak. Többfokozatú akciós turbina: A szabályozófokozat szervesen csatlakozik a többi fokozathoz. Különálló szerepét többnyire csak az jelzi, hogy közte és a többi fokozat között hézag van, hogy a kerületnek esetleg csak egy részén beömlő gőz a többi, a teljes kerületen állólapátozással rendelkező fokozatokra eloszoljék. 17. Jellemezze az egy és többfokozatú reakciós gőzturbinákat
A reakciós fokozatcsoport állólapátozata rendszerint közvetlenül a házba, futólapátozata a forgórész dobjára épített. Minthogy a fokozatok nyomásesésének mintegy fele jut az álló-, fele pedig a futólapátozatra, a forgórészre kb. akkora tengelyirányú erő hat, mint amekkora egy, a lapátozat középátmérőjével azonos dugattyúra ugyanekkora nyomásesés következtében hatna. Parsons-turbina:
C. A. Parsons angol mérnök 1884-ben mutatta be az első reakciós (réstúlnyomásos) turbináját, amelynek már csak 17000 1/min volt a fordulatszáma. A veszteségek miatt – amelyek ismét a gőz hőtartalmát növelik – kicsi az egyes lépcsőkön a hőesés, ezért a Parsonsturbina sok fokozatból áll. A sok lapátkoszorút célszerűen egyetlen dobon, az ún. Parsons-dobon helyezik el. Többfokozatú reakciós turbina: Akciós szabályozófokozata a többi fokozattól jobban elkülönül, azoknál rendszerint nagyobb átmérőjű. Futólapátozása külön tárcsán (keréken) van, amely a ház kiöblösödésében (kerékszekrényben) forog. A reakciós gőzturbinák egyik jellegzetes eleme a kiegyenlítődob (a 82b ábrán az 5 elem). Ez a forgórészen levő, reakciós lapátozat középátmérőjével kb. egyenlő átmérőjű, labirintozott henger, amelyre ugyanez a nyomáskülönbség hat (de ellenkező irányban), mint a reakciós lapátozatra. Szerepe az, hogy a reakciós fokozatcsoport(ok)ra ható tengelyirányú erőt kiegyenlítse. 18. Jellemezze a gázturbinák Gázturbinának azt a hőerőgépet nevezik, amely gáz halmazállapotú munkaközeggel, az egész körfolyamatot megvalósítva, legfőbb elemeiben áramlástechnikai elven működik. Ez olyan erőgép, amely csak adott nyomású és hőmérsékletű gázt expandáltat: expanziós turbina; a gázturbina a körfolyamatnak minden elemét tartalmazza. A dugattyús rendszerű gázgépekkel szemben a gázturbinának csak forgó alkatrészei vannak, amely konstrukciós és üzemtani szempontból kedvező.
Nagy előnye még a teljesítményre vonatkoztatott kis fajlagos tömeg, amely alkalmassá teszi járművek hajtására. A gázturbinák hatásfokát elsősorban a turbókompresszor hatásfoka rontja.
A gázturbinák technológiai alkalmazásai: Az energiaipar: mérsékelt teljesítményre; szakaszos üzemre (csúcserőmű), vízben szegény vidék esetére; A gépjárművek hajtása: igen kis fajlagos tömegű; rövid ideig tartó nagy teljesítmény követelménye esetén (repülőgépek, hadihajók, harckocsik, mozdonyok, különleges gépkocsik); Egyéb célokra, ahol az energiaszolgáltatás kis fajlagos tömeg és gyors üzemkészség mellett rövid időre szükséges (tartalék energiaforrás, tűzoltófecskendő). Hátránya a nagy hőmérséklet és a rossz hatásfok (15..45%)
VII. Rövid jellemzések 1. Ismertesse az atmoszférikus égőket A gázkazánokban található atmoszférikus égők funkcionális működésük alapján hasonlóságot mutatnak a konyhai gáztűzhelyek főzőégőivel vagy a laborégőkkel (leginkább Bunsen-égőként ismert). Az atmoszférikus égőket természetes huzatégőkként is megjelölik, melyek ventilátortámogatás nélkül működnek. Az égési folyamat alatt az égéshez szükséges primer levegő önmagától áramlik be. Ezt a légbeszívást a kiáramló gáz okozza, ami az égő számos kisméretű kilépőnyílásán átáramolva meggyullad. Az áramlás nyomáshiányt, szívó hatást is okoz. A lángkép és az égés minősége a szekunder levegő alapján dől el, ami a láng szélén, a gáz kiömlőnyílásainak közvetlen közelébe áramlik. Az atmoszférikus gázégők fali gázkészülékek millióiban megtalálhatók. Az atmoszférikus égők vezérlése csak az igényelt hőmennyiséghez szükséges tüzelőanyag mennyiségét határozza meg. A szükséges oxigént a lángképződés környezetéből vonja el az égés. A nyitott égésterű égők a készülék környezetének levegőjét használják, míg a zárt égésterűek külső táplevegő-hozzávezetéssel
rendelkeznek. Háztartási berendezéseknél elterjedt a cső a csőben elv, mely a füstgázelvezetés mellett juttatja be a levegőt, az előmelegítést is megoldva. Az atmoszférikus égők előnye az alacsony zajkibocsátás, viszont csak néhány száz kW-ig alkalmazhatók és az elvből következően az égés minőségét kevésbé tudják befolyásolni.
2. Ismertesse a túlnyomásos égőket A túlnyomásos vagy kényszerlevegős égők ventilátora és csappantyúi az aktuális teljesítményt biztosító tüzelőanyag-mennyiség elégetéséhez mindig a megfelelő mennyiségű levegőt biztosítja. A ventilátor lehet az égőfejjel egybeépített (monoblokk), vagy külön elhelyezve (duoblokk). Egyetlen hátrányuk a nagyobb zajjal járó üzem, amit megfelelő hangcsillapítással befolyásolhatunk. Előnye viszont, hogy akár alacsony, akár több MW teljesítmény esetén is az ideálishoz közeli keveredést biztosít. A keverőfejek fejlesztésével a normál égők mellett megjelentek a csökkentett nitrogénoxid-kibocsátású - ún. LowNOx – égők 3. Ismertesse a Diffúz égőket Az előkeverés nélküli, diffúziós vagy más néven ún. színgázégő mindössze egy fúvókából áll, az ebből kiáramló gázhoz a levegő diffúzió útján keveredik, ezért más szempontból ez az égőfajta a természetes levegőellátású, utókeveréses égők családjába tartozik. Ezt az égőt a korábbi, városi gázzal működtetett, egyszerűbb háztartási fűtőkészülékeknél és vízmelegítőknél alkalmazták, ahol a nagyobb teljesítmény miatt már nem egyetlen fúvókát használtak, hanem a gázáramot több részáramra osztották. Így alakultak ki az ún. fésűs égők A földgázra való átállással megszűnt az égő létjogosultsága, mert földgáz alkalmazása esetén a kis hőterheléseknél „leszakad a láng”, hiszen a földgáz égési sebessége kisebb, mint a nagy hidrogéntartalmú városi gázé. 4. Ismertesse a blokk égőket Azokat az égőket, melyek a tüzeléshez szükséges összes szerkezeti elemet (beleértve a levegőellátást végző ventilátort is) egyetlen közös egységben egyesítik, blokkégőknek nevezzük. A fúvókán kiáramló gáz az égő szájában keveredik a ventilátor szállította levegővel. A jobb keveredés érdekében a levegő útjába perdítő elemeket építenek be. A nagyobb teljesítményű égők kétpontos vagy folyamatos szabályzásúak. A blokkégőkbe épített biztonsági berendezés levegő-vagy gázkimaradás, illetve, egyéb hibák esetén reteszelt leállást okoz. 5. Ismertesse az öntöttvas kazánokat -1960-ig uralkodó típus volt. Jelenleg ismét reneszánszát éli. A kazán üreges öntvényekből tagokból áll, amelyeket kúpos közhüvelyekkel kapcsolják össze. Ezek a közhüvelyek biztosítják a hidraulikai és erőtani kapcsolatot az egyes tagok között.
Létezik elő utó és változtatható számú köztag. Az elő és utó tagot kivéve minden tag egyforma és tartalmazza a nagy kazán valamennyi elemét: töltőgarat, rostély, füstjárat, (a szilárd tüzelésűnél) víztér, füstcsatorna. -csekély huzatigényű, -korrózióálló kazánanyag, -fűtőfelület a tagok számával változtatható Előnyei: -olcsó,tömeggyártásra alkalmas szerkezet, -a kazánok javítása a hibás tag cseréjével megoldható -a fűtőfelület a tagok számával nagy határok között és kis lépcsőkben változtatható -a huzatigény csekély -a kezelés egyszerű -a tüzelőanyag elégetése megfelelő hatásfokú -a kazán anyaga korrózióálló -a tagok könnyen szállíthatók -a kazán szerkezeti magassága és helyigénye kicsi 6. Ismertesse az alsó és felső égésű kazánokat A faelgázosító kazán a leghatékonyabb berendezés a fa eltüzelésére. Lényege, hogy a fából felszabaduló gázokat égeti el, így tud elérni 90 %-os hatásfokot. Annyira elégeti a fát, hogy abból tiszta fehér por, hamu keletkezik. Az egyszerűbb típus az alsó égésű vegyesütüzelésű kazán, ami képes elgázosításra a természetes kéményhuzatot felhasználva. Ez a típusú kazán tulajdonképpen két féle üzemmódban használható. Úgy, mint egy sima hagyományos vegyestüzelésű kazán (felfelé ég) vagy, mint egy faelgázosító kazán (lefelé ég). Nincs rajta semmilyen elektromos alkatrész. Magasabb hatásfok érhető el vele, mint egy hagyományos vegyestüzelésű kazánnal, valamint a károsanyag kibocsátása is alacsonyabb. A kerámia fúvókákon keresztül forró másodlagos levegőt juttat a lángba, így eredményezve tiszta és füstmentes égést. További előnye még, hogy használható fával vagy szénnel egyaránt. 7. Ismertesse az acéllemez kazánokat Nagyobb hőmérsékletű, mennyiségű és nyomású fűtőközeg előállítására alkalmas. Fajlagos terhelhetőségük nagyobb az öntöttvas kazánokhoz képest. A hagyományos acéllemez kazánok kevésbé korrózióállóak, a tápvíz min őséggel szemben támasztott követelmény nagyobb. A központi fűtéstechnikában alkalmazott acéllemez kazánok a klasszikus kazántechnika felosztás szerint csoportosíthatók nagy vízterű és kis vízterű kazánokra. A nagy vízterű kazánok az ősi mozdonykazán elvén felépülve ma már igen korszerű kivitelben kaphatók. A kis vízterű kazánokat az álló kazánok elvén szerkesztették. A víztér csökkentése és általában a korszerű irányzatokra jellemző méretcsökkentési törekvések vezettek az úgynevezett szivattyús fali kaszánok kialakításához.Ezek ma rendkívül változatos formában,megoldásban,kivitelezésben állnak a fűtéstechnikai ipar
rendelkezésére. A mai lakás- és családi ház fűtési megoldások igen nagy hányada választja ezt a kazántípust a fűtés és a használati melegvízellátás hőtermelőjeként. Ugyanezen megoldásokat blokkosítva, több egységet összeépítve, készreszerelve is gyártják, lemezből készült szekrényben. Ez az igen könnyű, egyszerű, és rugalmas teljesítményhatárok között tervezhető megoldás a tetőtéri kazántelepek kedvelt hőtermelője. 8. Ismertesse a fát és a faaprítékot mint tüzelőanyagot! A fa égésekor a hő hatására keletkező gázok égnek el. Ha a fa nedves, akkor a keletkező energia jelentős része elhasználódik a víz elpárologtatására. Az égés 20 % esetén optimális. A fa CO2 semlegesen ég el, égése alatt csak annyi széndioxidot ad le, amennyit növekedése alatt felvett. Az egyik legrégebbi tüzelőanyagunk. Napjainkban reneszánszát éli, mert jó hatásfokú készülékeket fejlesztettek ki. Hátránya: A mai hazai gyakorlat alapján, egyszerűen „elfogyhatnak” az erdők. A fa nedvesség - energia összefüggése: a. Kivágáskor kb 50-60% a nedvesség tartalma, fűtőértéke kb. 2 kWh/kg b. 1 év száradás után 25-35% a nedvesség tartalma, fűtőértéke kb. 3,4 kWh/kg c. 2 év száradás: nedvesség tartalom kb. 15-25%, fűtőértéke kb. 4 kWh/kg A faapríték erdőgazdaságokban készül, speciális aprítógépek segítségével. A kivágott fatörzseket ill. ágakat darabokra aprítják, majd szállítókocsival viszik a tároló helyre, vagy közvetlenül felhasználóhoz. A faapríték minősége a nedvességtartalomtól, az aprított anyagtól, az aprítás minőségétől és az apríték homogenításától függ. A frissen készült apríték nedvességtartalma 50% körül van, amelyet 10-20 %-ra kell csökkenteni szárítással. Minél nagyobbak a méretbeli eltérések, annál nehezebb az anyagot egyenletesen mozgatni és égetni. Az újabb fejlesztések nyomán alkalmas folyamatos fűtési feladatok ellátására. 9. Ismertesse a brikettet és pelletet mint tüzelőanyagot! Kényszer szárított tüzelő anyagok. A pellet a növényi alapanyagokból, fás- és lágyszárúakból (és a belekevert kötőanyagokból) egyaránt sajtolással, préseléssel nyert 6-12 [mm] átmérőjű és 2-5 [cm] hosszúságú henger alakú granulátum, melynek igen jók a fizikai tulajdonságai (alacsony 10-15 [%]-os nedvességtartalom, 17-19 [MJ/kg] fűtőérték, 1 [%] körüli hamutartalom)
A fapelletek, fabrikettek használata terjedőben van. Ezeknél fűrészport préselik, ami így a fűrészpornál könnyebben ég el, ugyanakkor a fánál jóval homogénebb szemcseméretű és emiatt jobban automatizálható. A briketthez képest csupán annyi a különbség, hogy a brikett átmérője nagyobb, 100155 [mm], egyébként a többi tulajdonsága és az előállítás módja is hasonló. 10. Ismertesse a folyékony tüzelőanyagokat! Benzin A benzin kőolajok és/vagy mesterséges szénhidrogén elegyek atmoszférikus lepárlásakor illetőleg kőolajtermékek hőbontásakor vagy katalitikus átalakításakor nyert olyan cseppfolyós termék, amely 210oC-ig forró szénhidrogénekből áll. A benzin legnagyobb részét Ottomotorok hajtására, kisebb részét pedig ipari célokra használják fel. A motorbenzin 50-210oC között átdesztilláló paraffin, naftán és aromás szénhidrogénekből álló olyan elegy, amelynek a szénhidrogén csoportösszetételétől függő kompressziótűrés (oktánszám) és egyéb tulajdonságok (kéntartalom, gyantatartalom stb.) szempontjából is meg kell felelnie a korszerű motorkonstrukciók által támasztott követelményeknek. Motorok hajtására atmoszférikus lepárlással közvetlenül előállított benzinek, és más forrásponthatárú szénhidrogénekből nyert egyéb frakciók elegyeit használják. A motorbenzinek megfelelő kompressziótűrő tulajdonságainak biztosítására az alapbenzinhez keverőkomponensként jelentős mennyiségű adalékkal ellátott jó oktánszámú benzint kevernek. Az ipari célokra használt benzinek főképpen forrásponthatárok szempontjából különböznek egymástól, így azokat a lepárlással nyert könnyű vagy nehézbenzinek redesztillációjával állítják elő. A gyógybenzin kis forráspontú párlatokban gazdag 130oC-ig átdesztilláló termék, amely aromás szénhidrogéneket nem tartalmazhat. Gázolaj A gázolaj a különböző ásványolajok atmoszférikus desztillációjakor keletkező nehezebb párlat, a Diesel-motorok hajtóanyaga. Olyan szénhidrogének elegye, amelyekből 95 tf% átdesztillál 360oC-ig. A Diesel-motorok üzeménél a hengerbe komprimált nagy hőmérsékletű levegőbe porlasztják be a gázolajat, amelynek a beporlasztás kezdetekor önmagától kell meggyulladnia és a porlasztás ideje alatt folyamatosan égnie. Ezért a jó minőségű gázolajat - a benzinekkel ellentétben - kevés aromás és sok paraffin szénhidrogén alkotja. A gázolajok égési tulajdonságát a cetánszámmal jellemzik, a nálunk használt gázolajok cetánszáma legalább 51. Kerozin Az olajkutakban bányászott kőolaj szénhidrogéneknek nevezett molekulák keveréke. A szénhidrogének olyan molekulák, amelyeket csak szén- és hidrogénatomok építenek fel. A szénhidrogéneket alkotó szénatomok száma meghatározza a szénhidrogén fizikai tulajdonságait, például folyásának könnyűségét (viszkozitása) és párolgásának gyorsaságát (illékonysága). Például az egy-, két-, három- vagy négy szénatomos szénhidrogének (metán, etán, propán, bután) gázok. A benzin, ami illékony folyadék, olyan szénhidrogének keveréke, amelyekben a szénatomok száma hat és tizenkettő között van. A kerozin kevésbé illékony, mint a benzin, kilenctől tizennégyig terjedő számú szénatomot tartalmazó szénhidrogének keveréke. Kisebb illékonysága miatt a kerozin a benzinnél biztonságosabb. A kerozint sugárhajtású repülőgépmotorok üzemanyagaként és tüzelőolajként használják.
Fűtőolaj A modern égőberendezésekben használva különösen alacsony károsanyag tartalmú füstgázkibocsátást lehet fűtőolajjal elérni. A fűtőolaj lepárlási maradékból származik, nem tartalmaz kiülepedett vizet, mentes a szilárd szennyezőktől, a vízben oldható savaktól és lúgoktól. Nem tartalmaz fáradtolajat, vagy annak feldolgozásából származó termékeket. A termék optimálisan összehangolt égést segítő adalékokat tartalmaz. További ilyen jellegű adalékok használata felesleges. Ma már a háztartásokban épületek fűtésére nem vagy csak elvétve használják. Az ipar területén még található olyan terület, ahol alkalmazzák, de költséges fűtési eljárás. 11. Ismertesse a levegőt mint hőforrást! A levegő legnagyobb előnye, hogy mindenütt és gyakorlatilag korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre. Hátrányai: A fizikai paraméterek: A levegő fajhője és sűrűsége kicsi, emiatt a folyadékokhoz képest sokkal nagyobb térfogatáramot kell adott fűtési teljesítmény elérése érdekében megmozgatni ( családi ház fűtése esetén 1900-3500m3/h) ezért a levegő/víz hőszivattyúk nagyobbak, így drágábbak is, mint a többi típus. A nagy térfogatáramból következik, hogy a zajhatásuk is nagyobb. A levegőhőmérséklet kedvezőtlen éves lefutása. A hőszivattyúk jóságfoka az áthidalandó hőmérséklet különbségtől függ. Ettől a hőmérséklet különbségtől függ a hőszivattyú teljesítménye is, mégpedig minél nagyobb az áthidalandó hőmérséklet különbség annál kisebb az adott hőszivattyú teljesítménye. gy télen, amikor a levegő a leghidegebb, a kívánt előremenő hőmérséklet pedig a legmagasabb, kedvezőtlen módon akkor a legkisebb a hőszivattyú teljesítménye. A levegő/víz hőszivattúk általában kültéren vannak felszerelve, de a zaj vagy esztétikai problémák elkerülése érdekében néhány kiegészítő elem felhasználásával elhelyezhetők a belső térben is. 12. Termoelektromos hőszivattyúk A szerkezet semmiféle mozgó alkatrészt nem tartalmaz, hűtőközeg-töltete nincs, látszólag csak egy fémlapokkal határolt "szendvics"-panel. Az egyik lapja mégis erősen lehűl, a másik pedig felmelegszik, ha csatlakozóvezetékein keresztül egyenáramot vezetünk bele. A működés alapjelenségét, a termoelektromos-hatást már 1821 óta ismerjük. Felfedezője, Seebeck tapasztalta először, hogy két, egymással mindkét végénél összeforrasztott vezetőből álló áramkörben (2. ábra) elektromos feszültség keletkezik, illetve áram folyik, ha a forrasztási helyeket különböző hőmérsékleten tartják. Azt a
feszültséget, amely 1 K hőmérsékletkülönbség hatására így létrejön (e Volt/K), "termoerő"-nek nevezik. Néhány évvel később, 1834-ben Peltier (ejtsd: Peltyié) ennek a jelenségnek a fordítottját is megfigyelte: ha a fenti áramkörbe áramot vezetett, az egyik forrasztási hely hűlt, a másik pedig melegedett. Ez a képesség pedig műszaki szemmel nézve azt jelenti, hogy az egyik forrasztási hely hőt tud felvenni, a másik pedig leadni. Peltier ezzel felfedezte a termoelektromos hűtés (illetve hőszivattyúüzem) elvét. Fémekből összeállított elempárokkal azonban csak igen kis hőmérsékletkülönbségeket lehetett produkálni. Az összekapcsolásukból létrejövő "termoerő" ugyanis meglehetősen kicsi, a veszteségek pedig - amelyeket ismertetni fogunk nagyok. A termoelektromos jelenséget nem is lehetett gyakorlati célokra hasznosítani a félvezetők feltalálásáig, illetve azok ipari előállításáig. Egy p- és egy n-típusú félvezető-oszlopból álló, réz-fegyverzettel összeállított Peltier-elem azonban a rákapcsolt egyenfeszültség hatására már használható hűtőteljesítmény kifejtésére is alkalmas. Fajlagos hűtőteljesítmények nagyságrendileg elmaradnak a kompresszoros hűtőberendezésektől azonos üzemviszonyok mellett elvárhatóktól, de még a villamos fűtésű abszorpciós rendszerű hűtőberendezések közismerten kedvezőtlen fajlagos hűtőteljesítményénél is rosszabbak. Magyarán: a fogyasztásuk nagyobb, mint a közismert rendszereké. A termoelektromos hűtés elterjedését azonban más tényezők is akadályozzák. A Peltier-blokk hőfelvevő, illetve hőleadó felületei viszonylag kicsik. Meg kell oldani a hő hozzávezetését és elvezetését úgy, hogy ne alakuljanak ki a hőátadás során nagy hőfoklépcsők, amelyek a hatásosságot még tovább rontanák. Ámde a felületek egyszerű bordázása még ventilátoros levegőmozgatással együtt sem oldja meg teljesen ezt a problémát, mert a blokkok kis felületén nem lehet korlátlanul bordákat elhelyezni. Jobb, de drágább megoldás egy párolgó/kondenzáló közeggel működő közvetett rendszer. Nem feledkezhetünk meg arról sem, hogy a termoelektromos blokkok egyenáramot igényelnek. Ha váltakozó áramról, hálózatról üzemeltetjük őket, az egyenirányított áram "hullámossága" max. 5% lehet, tehát transzformálása és egyenirányítása után még szűrése is szükséges. Így azután a nagy energiafogyasztás elég nagy beruházási költségekkel is társul. A termoelektromos hűtésnek azonban vannak az egyéb rendszerekhez viszonyítva kétségtelen és utolérhetetlen előnyei. Ezek között a legnagyobb az, hogy, semmiféle mozgó alkatrész nincs, kopás nincs, és elmaradnak a hűtőközeggel kapcsolatos összes gondok is. Karbantartást nem igényel, és amennyiben mechanikai sérülés vagy nagyobb áram-túlterhelés nem éri, élettartama korlátlan. Bárhol telepíthető, és abszolút zajmentes. Az előnyöket és hátrányokat összegezve azt mondhatjuk, hogy a termoelektromos hűtési rendszert általában csak ott célszerű alkalmazni, ahol az energia- és a létesítési költség a nyújtott előnyökhöz mérten nem játszik szerepet. Ilyen területek pl. a gyógyászat, a hűtött szállítás bizonyos esetei, az űrhajózás, és néha a klímatechnika is. 13. Jellemezze röviden a gázüzemű és a szorpciós hűtőgépeket, hőszivattyúkat
A hőenergia hűtési célú felhasználását a különböző szorpciós elven működő berendezések teszik lehetővé. Ezek közül talán a legelterjedtebb, és ipari méretekben is használt az abszorpciós hűtőgép. Az abszorpciós hűtésnél a munkaközeg két különböző anyag oldata, melyek közül az egyik hűtőközeg (pl.: ammónia), a másik oldószer (pl.: víz). A kompresszoros kivitelektől lényegesen eltérő az abszorpciós rendszer. Ennél a közvetítő közeg felmelegítését, s ezzel a nyomás növelését nem a kompresszióval, hanem a közvetítő közeg oldatának közvetlen felmelegítésével (pl. termálvizzel) eszközöljük. Közvetítő közeg gyanánt a leggyakrabban ammoniákot használnak. Ma már széles körben használatoasak a lítium-bromid (LiBr) oldószerrel és víz hűtőközeggel működő berendezések, amelyekben a légköri nyomás alatti körfolyamatot valósítanak meg. Így biztosítható, hogy az oldószer meghibásodás esetén sem kerül ki a környezetbe. A folyamatos működésű abszorpciós hűtési folyamat két nyomásszintből és három hőmérsékletszintből áll: A geotermikus hőenergia a kiűzőben hasznosul. A kondenzátorban és az oldóban jelentős mennyiségű hőenergiát kell elvonni lehetőleg minél alacsonyabb hőmérsékleten, gyakorlatilag azonban a környezeti hőmérsékleten. Erre legalkalmasabb egy közelben lévő megfelelő hozamú felszíni vízfolyás, ennek hiányában léghűtőket, leginkább vizes hűtőtornyokat kell alkalmazni. A hűtési körfolyamatokat a fajlagos hűtőteljesítmény (FH) értékével szokás jellemezni, amely a hasznos hűtési teljesítmény és a betáplált energia hányadosa. A fajlagos hűtőteljesítmény annál kisebb, minél alacsonyabb hőmérsékletre kell hűteni. A gázüzemű abszorpciós hőszivattyú elve megegyezik az abszorpciós hűtőével, ami már évtizedek óta létezik, leginkább ipari létesítmények esetén számottevő az alkalmazása. Sajnos az évszázad második felében inkább a kompresszoros, illetve az árammal működő abszorpciós hűtők terjedtek el, hiszen a villamos energia olcsó volt, így nem érte meg a befektetést. Csak sokkal később eszméltek rá, hogy a villamos energiával működtetett hűtőrendszer kétszeresen is környezetszennyező. Először is az elektromos áram előállításakor a hőerőművekben nagyon nagy százalékban jön létre veszteség, másodszor pedig a hűtőfolyadék, vagyis a hőszállító anyagként alkalmazott anyag roppant káros az ózonpajzsra. A földgáztüzeléses abszorpciós hőszivattyúban a körfolyamatot nem mechanikus (kompresszor) energia tartja működésben, hanem bevitt hőenergia, amit gáztüzeléssel biztosítunk. Tehát a földgáztüzeléses hőszivattyú egy kazán és egy abszorpciós hűtőgép kombinációja, amely egyaránt alkalmas fűtésre és hűtésre is, egyes típusai akár egyidejűleg is. A fentiek értelmében a földgázos abszorpciós hőszivattyúkban nincsen kompresszor, és viszonylag kevés mozgó alkatrészt tartalmaz, ezért kevesebb rezgéssel és zajjal jár a működése. A relatív egyszerű felépítése miatt karbantartási igénye szerénynek mondható.
Működésüket tekintve az abszorpciós hőszivattyúk vagy direkt fűtésűek, melyek szinte bármilyen tüzelőanyaggal működtethetők, vagy indirekt fűtésűek, amelyek valamilyen közvetítő közeggel, általában gőzzel fűtenek valamilyen hőtermelő technológiából, általában kazánból. A direkt földgázos tüzelésű abszorpciós hőszivattyú alkalmazásával jelentősen csökkenthető a primer energiafelhasználás és a CO2-kibocsátás. A leggazdaságosabb földgáztüzeléses hőtermelő rendszer energetikai besorolása A+++ . Jól kiegészíthető kazános rendszerekkel, így csökkentve a beruházás költségeit, de nem jelentősen rontva a hatékonyságot. 14. Ismertesse a Ramén és a közvetítőközeges hőcserélőket, valamint a kalorifereket! Közvetítõközeges hõcserélõt olyan esetekben alkalmazunk, ha valamilyen okból a hûtõközeg és a hûtött közeg fizikailag (pl. elhelyezési lehetõségek miatt), vagy gazdaságosan nem vezethetõk be egy közös hõcserélõbe. Ezekben a rendszerekben a közvetítõ közeg alsó és felsõ hõmérsékletét, valamint tömegáramát – bizonyos korlátok között – a tervezõ szabadon választhatja meg. Ugyanakkor ezektõl a paraméterektõl jelentõsen függ a hõcserélõk mérete és a cirkulációs munkához szükséges villamos energia, azaz a szabad paraméterválasztásnak gazdasági kihatásai vannak. Ilyenkor egy zárt térben keringetett ún. közvetítõ közeg vonja el a hõt a meleg (hûtendõ) közegtõl, majd ugyanez a közeg a hideg (melegítendõ) közegnek adja át a hõjét egy másik hõcserélõben, miközben maga visszahûl a meleg közeg hõcserélõje elõtti hõmérsékletre. A továbbiakban a gazdaságossági vizsgálatoknál megengedhetõ egyszerûsítésekkel ill. elhanyagolásokkal élünk:
a rendszer tökéletesen hõszigetelt, a környezet felé leadott hõt elhanyagoljuk a hõcserében résztvevõ közegek fajhõje – a hõmérsékletváltozásuk tartományában – állandó, illetve fázisváltozás esetén az állapotváltozás izoterm. A közvetítõközeges hõcserélõknél a közvetítõközeg hõmérséklet szintje erõsen befolyásolja a beépítendõ hõcserélõk méretét. Mivel a hõmérséklet szint növelése a meleg hõcserélõ felületét növeli, a hidegét csökkenti, a hõmérsékletszint csökkentésnél pedig fordítva, de mindkét irányban valamelyik felület a végtelenhez tart, szügségszerûen kell lenni a két szélsõérték között egy optimális megoldásnak, ami a minimális beruházási költséget eredményezi. Az optimum helyét a keringetett közvetítõközeg áram is befolyásolja. A csőköteges hőcserélőhőz nagyon hasonló kivitelezésű a lemellás, Ramén – hőcserélő. Itt a közegek a páronként összehegesztett, lamellákból kialakított csatornák és ezek kötegének köpenybe való helyezésekor kialakult külső terében áramolnak. A lamellaköteg és köpeny különböző hőtágulását tömszelence alkalmazásával kompenzálják. Az ilyen típusú hőcserélő nagy felületű (kb. 1000 m2 ) és nagy
térkihasználású (170 m2 /m3 ). Ez a hőcserélő is megtartja a csőköteges hőcserélő hátrányát, vagyis jó minőségű fluidumokat igényel, főleg a köpenytérben. 15. Jellemezze röviden a fontosabb hőcserélő típusokat! (rekuperatív és regeneratív, közvetett és közvetlen működésű, kényszer- és szabad áram, nulláramú) A regeneratív hőcserélők periodikusan működő berendezések; bennük egy harmadik (hőtároló) anyagot felmelegítenek, és eközben a meleg közeg lehűl. Ezt követően a hőtároló anyagot a hideg közeggel hozzák termikus kapcsolatba, az lehűl, és a hideg közeget felmelegíti. A regenerátorokat főleg akkor használják, ha a hőcserével vagy nagyon magas, vagy a nagyon alacsony hőmérsékletet kell elérni (pl. a nagyolvasztók lég-előmelegítőjének, vagy a levegő-cseppfolyósító berendezések hőcserélőjeként). Vagy (legalább) két készülékből állnak, amelyekben − egymással ellentétes fázisban − a hőtároló töltet hőt vesz fel, ill. ad le, vagy a hőtároló anyag mozog úgy, hogy felváltva a hidegebb és a melegebb közeg által átáramlott készülék-részen haladjon át (pl. a Ljungströmléghevítőkben a hőtároló töltetet egy szegmensekre osztott forgó hengerben helyezik el úgy, hogy a henger egyik fele a meleg, a másik a hideg közeget vezető csatornán halad át) A rekuperatív hőcserélőkben a két közeget hőátvivő felület választja el egymástól. Főbb fajtái: periodikusan működnek az ún. autoklávok; ezek hőátvivő felülettel ellátott tartályok,amelyeket feltöltenek a melegítendő közeggel, azt felmelegítik, majd a készüléket leürítik; a folyamatos működésű rekuperátorok további csoportosítása a konstrukció és a közegek egymáshoz viszonyított áramlási iránya alapján történik.
VIII. Felsorolások 2. Ismertesse a tüzelőanyagok állapot, anyag és tüzeléstechnikai jellemzőit! Típusai: -
Gáz halmazállapotú Folyékony halmazállapotú Szilárd halmazállapotú
Gáz halmazállapotú: -
Első gázcsalád - Gyártott gázok, legkisebb fűtőértékük - Hidrogén gazdag - Wobbe-szám: 23-33,5 MJ/m3 - A: városi gáz (1900-1920 közötti vezetékekben megy) - B: koksz kemence gáz - C: szénhidrogén-levegő elegy (pl. biogáz)
-
Második gázcsalád - Metánban gazdag gázok - H: 45,7-54,7 MJ/m3 Nagy Wobbe-számú földgáz - L: 39,1-44,8 MJ/m3 Nagy inert tartalmú fáz, fő összetevője a nitrogén. Alacsony Wobbe-számú földgáz - E: 40,9-54,7 MJ/m3 - S: A hazai nagy széndioxid tartalmú inert gázokat tartalmazza - Wobbe-szám: 37,8-56,5 MJ/m3
-
Harmadik gázcsalád: - A legnagyobb fűtőértékű gázok - Cseppfolyósított szénhidrogén gázok - P: Propán - B: Bután - P/B: Propán-Bután keverék, háztartási célokra - Wobbe-szám: 77,4-92,4 MJ/m3
Folyékony halmazállapotú: -
-
Nyersolajból, lepárlással állítják elő, így mesterséges tüzelőanyagok. Két fő csoportja van: - Tüzelőolajok: könnyű olaj, égésjavító adalékokat tartalmazó lepárlási termék. - Fűtőolaj: nehéz olaj, a kőolaj feldolgozás lepárlási maradéka Tüzelésre a TÜ tüzelőolajt, és az F, és FA (kénszegény) fűtőolajt használják Jelölések értelmezése: - TÜ 20/40 Tüzelőolaj, amely 20 °C-on jól szállítható és 40°C-on jól porlasztható - FA 60/130 Kénszegény fűtőolaj, amely 60°C-on jól szállítható és 130°C-on jól porlasztható.
Szilárd halmazállapotú: -
Magyarországi felhasználásuk 1950-es évektől csökken, de napjainkban reneszánszukat élik. Fontosabb szilárd tüzelőanyagok és fűtőértékük: - Frissen vágott fa 6,8 MJ/kg - Szárított fa 15 MJ/kg - Lignit 15 MJ/kg - Barnaszén 17 MJ/kg - Feketeszén 24 MJ/kg
20. Gázégők feladata, követelmények velük szemben Az égő a tüzeléstechnikai rendszerek fő alkotóeleme. Feladata, hogy a tüzelőanyag és a leve-gő keveredéséről, majd elégetéséről gondoskodjon a lehető legnagyobb biztonsággal, környezetkímélő és energiatakarékos üzemet biztosítva. A láng a hőhasznosító tűzterében alakul ki, majd a keletkezett energia egy része átadódik a hőközlő közegnek. A füstgáz távozik az égés-termék-elvezető rendszeren keresztül. A folyamat során felszabaduló energiát a hőhasznosító közvetítőközege továbbítja a felhasználás helyére. Az égő minősége nagyban befolyásolja a tüzeléstechnikai rendszer hatásfokát, a füstgáz károsanyag-tartalmát és az égés biztonságát. A gázégők szabályozását az egyes gyártók eltérő eszközökkel oldják meg, a hagyományos felépítésből azonban jól látszik, hogy az égő teljesítményét három elkülöníthető funkció befo-lyásolja: a hőtermelő rendszer szabályzója, a tüzelésvezérlő automatika, valamint a teljesít-mény- és arányszabályzó. A részletek előtt egy példa: a kazán szabályzója úgy van beállítva, hogy folyamatosan 20 °C-ot biztosítson az épületben . A szobában felszerelt érzékelő jelei alapján a szabályzó úgy dönt, hogy a hőmérsékletesés üteme megkívánja a kazán indítását. Indítójelet küld az égő automatikájának, amely az indítás feltételeinek vizsgálata után beindítja a tűztér előszellőzte-tését. Közben elvégzi a tömörségvizsgálatot, majd az arányszabályzót gyújtási pozícióba ve-zérli. A gyújtást követően kiadja a parancsot a nagyláng beállítására. A teljesítmény- és arányszabályzó motorja a meghatározott sebességgel mozgatja az ívpályákat, melyek a gáz- és levegőcsappantyúkat állítják. A nagylángnak megfelelő helyzethez állított végállás-kapcsoló jelzésére az automatika leállítja a teljesítmény-szabályzó motort. A termelő rendszer szabályzójának bemenetén jelennek meg az érzékelők és határolók je-lei, valamint a kezelő vagy program által megadott parancsolt érték. Ez lehet egy teljes épület-felügyeleti rendszer, egy korszerű kazán szabályzója vagy egy PLC. Vannak fűtéstechnikai szabályozásokra specializált kontrollerek is. Fontos, hogy amennyiben folyamatos szabályzást akarunk megvalósítani, nem elég, ha az égőnk alkalmas rá, a szabályzót is ehhez kell választani! Gyakran előfordul, hogy egy kislángnagyláng beállítására alkalmas kazánszabályzóhoz, vagy technológiához kérnek folyamatosan szabályozható égőt. Ilyenkor egy új szabályzóval kell kiegészíteni a rendszert. Az automatika egy meghatározott program lépéseit követi. Feladata a biztonságos indulás, teljesítmény-változtatás, leállítás illetve újraindítás levezénylése. A gázégőkkel szemben támasztott követelményeket az MSZ-09-74.0009:1979 szabvány írja le.
21. Kazánok kiválasztásának szempontjai -
-
-
-
-
-
Hol szeretnénk alkalmazni: - Helyhez kötött kazánok (hétköznapi kazánok) - Központi fűtési kazánok - Erő művi kazánok - Távfűtési kazánok - Mozgó kazánok: - Hajó kazánok - Mozdony kazánok - Motortok Mekkora nyomáson szeretnénk üzemeltetni: - Kisnyomású kazánok - 1,5 bar nyomásig, illetve 120°C-ig - Középnyomású kazánok - 5 bar nyomásig, illetve 150°C-ig - Nagynyomású kazánok - 5 bar felett Mekkora hőteljesítményre van szükség: - Kis teljesítményű kazánok - 50 kW névleges hő teljesítményig - Középteljesítményű kazánok - 50-500 kW névleges hő teljesítmény között - Nagy teljesítményű kazánok - 500 kW-~5 MW névleges hő teljesítmény között Kis- vagy nagy vízértékű kazánok : - Tűzcsöves vagy lángcsöves kazánok, azaz nagy vízértékű kazánok - A füstgázok haladnak a csőben, melyet a melegítendő közeg vesz körül - Vízcsöves kazánok, azaz kis vízértékű kazánok - A melegítendő közeg áramlik a csövekben és a melegítő füstgázok veszik körbe Milyen tüzelőanyaggal akarjuk használni: - Szilárd: - Szén, fa, biomassza, hulladék - Folyékony: - Tüzelő olaj, termo olaj - Gáz: - Földgáz - Elektromos energia - Atomenergia Mekkora a tüzelőanyag felső fűtőértékének hasznosítása: - Hagyományos vagy állandó hőmérsékletű kazánok - Maximum 150°C, de inkább 90/70°C hőfoklépcsővel üzemel - Alacsony hőmérsékletű kazánok - Maximum 70°C, de inkább 55/45°C - Kondenzációs kazánok - Az égéstermékben lévő vízgőz hőjének hasznosításával
22. Ismertess a fontosabb szénhidrogének égési és bruttó egyenleteit! -
-
Szénhidrogének égési egyenletei: - 1 m3 CH4+2 m3 O2=1 m3 CO2+2 m3 H2O - 1 CH4 + 2 O2=1 CO2 + 2 H2O - 2 C2H6 + 7 O2=4 CO2 + 6 H2O - 1 C3H8 + 5 O2=3 CO2 + 4 H2O - 2 C4H10 + 13 O2=8 CO2 + 10 H2O - 1 C5H12 + 8 O2=5 CO2 + 6 H2O - 2 C6H14 + 19 O2=12 CO2 + 14 H2O Szénhidrogének bruttó egyenletei: - 1 CH4 + 2 O2=1 CO2 + 2 H2O - 1 C2H6 + 3,5 O2=2 CO2 + 3 H2O - 1 C3H8 + 5 O2=3 CO2 + 4 H2O - 1 C4H10 + 6,5 O2=4 CO2 + 5 H2O - 1 C5H12 + 8 O2=5 CO2 + 6 H2O - 1 C6H14 + 9,5 O2=6 CO2 + 7 H2O
23. Ismertesse a termodinamikai elven működő hőszivattyúk és hűtőgépek fontosabb közegeit és részegységeit A hőszivattyúk és hűtőgépek munkaközegei általában megegyeznek. A zárt körfolyamatban a működő hőszivattyúknál a munkaközeg a hűtési iparban használt sokféle hűtőközeg lehet. A hagyományosan használt munkaközegek a következők: - CFC-12: kis é közepes hőmérsékletre - CFC-114: magas hőmérsékletekhez, R-500 közepes hőmérsékletekre - R-502: kis hőmérsékletekre és HCFC-22 reverzibilis és kis hőmérsékletekre A vegyi stabilitása és a környezetvédelmi előnyei miatt gyakran használják a klór- fluorszénhidrogéneket (CFCs). Ismert a régebbi htőközeg sok fajtája (R-1 1, R-12, R-13, R-113, R-114, R-115, R500 és R-13B1). A HCFCa az úgynevezett átmeneti közeg, amit felújításoknál szabad már csak használni és az EU-27 2015-ben kivonta a forgalomból. Végül vannak a természetes hűtőközegek, például az ammónia (NH3), amelyet főleg nagy hőszivattyúknál és nagynyomású kompresszoroknál használnak, a legnagyobb a kondenzációs hőmérséklet megemelhető 58ról 78 fokra. Újabb hűtőközeg a széndioxid, melynek elterjedését a rendkívül magas beruházási költség a rendszerben uralkodó a nagy nyomások még korlátozzák. A hőszivattyú egy hőforrásból hasznos energiát állít elő. Ehhez szükség van egy alacsony forráspontú munkaközegre, amely az elpárologtatóban (elgőzölögtetőben) hőt vesz fel kis hőmérséklet és alacsony nyomás mellett, így gázzá alakul. Ez a gáz a szívóvezetékbe kerül, onnan pedig az elektromos energiával üzemelő kompresszor segítségével egy nyomóvezetékbe, ahol a munkaközeg nyomása és ez által hőmérséklete is megnő. A
kondenzátorban ismét cseppfolyósodik, és így leadja a hasznos hőt. Ez azon a fizikai törvényen alapul, hogy a párolgás hőt von el, a kondenzáció pedig hőkibocsátással jár. A folyadékállapotú munkaközeg ezután egy expanziós (adagoló) szeleppel elválasztott folyadék-, illetve befúvóvezetékbe kerül, ami ismét az elpárologtatóhoz juttatja, megint csökkentve ezzel a munkaközeg nyomását és hőmérsékletét. Így visszajut a ciklus elejére. Az alábbi ábrán bemutatott elemek alkotják a hőszivattyús rendszert. A helyi primer hőnyerési adottságok hatékonysági értékelése szabja meg, hogy melyiket választjuk például a szondás, a vízkutas, a horizontális kollektoros stb. megoldások közül.
A hűtőgép „szíve”: a kompresszor, amely szivattyúként működve nem csupán keringeti a hűtőközeget, hanem a nyomást is fokozza a folyadékkörben, ami szinten felmelegíti a hűtőközeget. Hasonló történik a kerékpárgumi felfújásakor: érezzük, hogy pumpálás közben a pumpa felmelegszik, ahogy a levegőt összenyomjuk benne. A kondenzátor a hőtıgep hátoldalán helyezkedik el, es általában meglehetősen poros. A hűtőközeg ebben hűl le es kondenzálódik, azaz gázból folyékony halmazállapotúvá válik. Éppen úgy, ahogyan a légnedvesség is kicsapódik a hideg felületeken. A párologtató a hűtőgép belső terében helyezkedik el, ez az alkatrész, amely valójában biztosítja a hűtőgépbe helyezett élelmiszerek hűtését. A működési elve ugyanaz, mint amikor a kézfejünkről párolog el alkohol, éter vagy más illékony folyadék, vagy ha nyáron, a strandon kimászunk a medencéből. Ilyenkor érezzük a párolgás hőelvonó hatását (azaz bőrünk egy adott felülete egy kicsit lehűl vagy libabőrösek leszünk). A termosztát a kompresszorral es ezzel a hűtési folyamat ki-be kapcsolásával szabályozza a belső tér hőmérsékletet. Amikor az érzékelő érzékeli, hogy mar elég hideg van, lekapcsolja a kompresszort, míg ha meleget érzékel, bekapcsolja a kompresszort.
24. Ismertesse a hőszivattyús rendszer tervezésének lépéseit! A hőszivattyús rendszerek egzakt tervezéséhez a fűtött illetve hűtött épületekről
az alábbiakat kell tudni: - A fűtési hőigény számítás eredménye - A hűtési igény számítás eredménye - A fűtőfelület hőmérséklet - A maximális előremenő hőmérséklet - A legkedvezőbb vagy a kiválasztott hőforrás - A hőszivattyú hőleadó rendszertől függő üzemmódja - A hőszivattyú méretezése a fűtési - igény és az üzemmód szerint - Elektromos rákötési feltételek, és a hőszivattyú szabályozási igényei - A hőszivattyú rákötése a fűtési hálózatra - Melegvíz készítés módja fűtési hőszivattyúval - Általános előírások és irányelvek
25. Ismertesse a hőszivattyúk hőforrásaival szembeni elvárásokat - Elvárások: - Műszakilag könnyen, tehát olcsón kihasználható legyen - Megfelelő mennyiségben és folyamatosan álljon rendelkezésre - Hőmérséklet szintje minél magasabb legyen Jellemzően a helyszíni, egyedi számítások alapján kell dönteni a hőszivattyú típusáról. -
Talajkollektoros rendszer esetében több száz méter hosszú speciális kemény PVC köpennyel ellátott rézcsöveket, vagy polietilén csöveket fektetnek le 1-2 méter mélyen. Hátránya, hogy nagy felületen (a fűtött alapterület 1,5-3-szorosán) kell megbontani a telket a csövek lefektetésekor, ezért leginkább új építésű házak esetén jöhet szóba.
-
Talajszondás rendszer esetén kb. 15 cm átmérőjű, 50–200 méter hosszú lyukat fúrnak a földbe leginkább függőlegesen. Ebbe helyezik az U alakú szondát, amiben zárt rendszerben cirkulál a hűtőközeg. 200 méteres mélység esetén kb. 17 °C-os a talaj.
-
Masszív abszorber (beton építmény) föld alatti vagy föld feletti betonvagy téglafalban betonlemezben műanyag csőkígyót helyeznek el. Külön e célra épített szoborszerű elemek, vagy támfalak, homlokzati betonfelületek is felhasználhatóak.
-
Talajvíz. A talajvíz-kútból búvárszivattyúval nyert víz hőjének elvonása után a vizet vagy egy másik kútba, vagy felszíni vízbe (patak, tó, folyó) vezetik, vagy elszivárogtatják földbe fektetett dréncsöveken át. Nagyobb, EHPA[4] díjazású példa Újszilvás Község négy intézményének - a polgármesteri hivatal, a helyi közösségi ház, óvoda es általános iskola fűtésének ellátása egy talajvizes rendszerrel
-
Levegő (levegőkazán). A külső levegőt ventilátor(ok) szívják be, és a hőszivattyú hűti le. Előnye, hogy bármilyen talajszerkezet és telekadottság esetén telepíthető, hátránya viszont a külső levegőtől való függés, aminek a hőmérséklete nem állandó. Ezért a rendszer hatékonysága és hőteljesítménye előnytelenül változó. További problémát jelenthet a ventilátor(ok) által keltett zaj.
-
Hulladékhő. Számításba jöhet hőforrásként a szennyvíz, az elhasznált termálvíz, hűtendő elektromos berendezések és ipari eszközök. Szennyvíz hőjének a hasznosítására magyarországi példa a szekszárdi húskombinát, ahol a 22 °C-os szennyvíz a hőforrás; elfolyó termálvíz fölhasználására pedig a harkányi gyógyfürdő, melynek 32-35 °C-os elfolyó vizét használják fel két egyenként 1100 kW-os hőszivattyúval. Például a MOM Park fűtési igényét is szennyvíz hőtartalmát hasznosító hőszivattyúval elégítik ki. Elektromos berendezések hűtésére telefonközpontokat lehet mondani (Budapesten kettő, Győrben egy ilyen telefonközpont üzemel a Telekomnál). Szervertermek hője is hasznosítható ilyen célból, melyre példa az UNITEF irodaház szimultán hűtő-fűtő hőszivattyús rendszere.
-
Szezonális tároló. A nyári évszakban a hűtésből származó hőt a talajnak adják át, a tárolás magában az erre kialakított jelentős térfogatú rétegben történik, majd télen a fűtési üzemben ebből a rétegből, tárolóból veszik a hőt. Viszonylag low-tech szezonális tároló alacsony talajvízmozgás esetén a talajszonda is. Erre példa Vecsésen a CBA áruház, ahol a 2 db 160 kW-os hőszivattyú számára nem hőforrás, hanem puffertároló a parkoló alá lefúrt 30 db 100 m mély szonda. Hőforrás a hűtőházak, a hűtőládák és a nyári klimatizálás hulladékhője. A nyári meleget "elteszik télire".
26. Ismertesse a fordított Carnot és Joule körfolyamatot megvalósító rendszer kapcsolását és a különbségeket köztük. Carnot körfolyamat: 1. A gáz reverzibilis izoterm tágulása (expanziója) a TH[1] nagyobb hőmérsékleten (izoterm hőközlés). Ez alatt az állapotváltozás alatt (Az 1. ábrán A állapotból B állapotba) a táguló gáz munkát végez a dugattyún. A gáz tágulását a nagy hőmérsékletű tartályból beáramló hő okozza.
2. Izentrópikus (reverzibilis adiabatikus) tágulás. Ennél az állapotváltozásnál (B-ből Cbe) feltesszük, hogy a henger és a dugattyú hőszigetelt: nem kap, és nem is veszít hőt a rendszer. A gáz tovább tágul, munkát végezve a környezetén. Ennek eredményeképp a gáz a hidegebb TC[2] hőmérsékletre hűl. 3. Reverzibilis izotermikus összenyomódás (sűrítés, kompresszió) a TC hideg hőmérsékleten (izoterm hőleadás). (C-ből D-be). Ekkor a környezet végez munkát a gázon, miközben hő áramlik a gázból a hideg tartályba. 4. A gáz izentrópikus összenyomódása. (D-ből A-ba) Ismét felételezzük, hogy a dugattyú és a henger hőszigetelt. A környezet végez munkát a gázon miközben összenyomja azt, ezáltal a hőmérsékletét TH-ra emelve. Az állapotváltozás végén a gáz a kiindulási állapotba jut vissza. Hűtőgépek és hőszivattyúk körfolyamata. Hatásfoka:
T2 T1 T1
Az ideális Brayton–Joule-körfolyamat: -
-
-
izentrópikus kompresszió - A környezetből beszívott levegőt a kompresszor összesűríti. izobár folyamat - Az összesűrített levegő az égőkamrába jut, ahol a beporlasztott tüzelőanyagot elégetik. Ez állandó nyomású állapotváltozás, mivel az égéstér mindkét vége nyitott. izentropikus állapotváltozás - a felmelegített és összenyomott levegő leadja energiáját a turbinákon keresztül leexpandálva. A turbina által kinyert munka egy része a kompresszor hajtására fordítódik. izobár állapotváltozás - Hőleadás az atmoszférába.
A valóságos Brayton-körfolyamat: -
adiabatikus állapotváltozás - kompresszió,
-
izobár állapotváltozás - hőközlés,
-
adiabatikus állapotváltozás - expanzió,
-
izobár állapotváltozás - hőleadás
9. Ismertesse a teoretikus és a valóságos körfolyamatok jellemzőit! Amikor állapotváltozások sorozatán keresztül ugyanabba az állapotba jut vissza a gáz, körfolyamat játszódik le. Reverzibilis a körfolyamat akkor, ha a környezet maradandó megváltozása nélkül tér vissza a gáz a kiindulási állapotába. Ennek szükséges és elégséges feltétele, hogy az egyes folyamatok kvázisztatikus (egyensúlyi) folyamatok legyenek. Egy valóságos körfolyamat sohasem reverzibilis, de igen jól megközelítheti azt, ha a körfolyamat egyes állapotváltozásai megfelelően lassan következnek be. A reverzibilis körfolyamatok az elméleti körfolyamatok. Jól tárgyalhatók matematikailag, és felső közelítést adnak a valóságos körfolyamatok hatásfokára vonatkozóan. (Sok esetben a valóságos körfolyamatok igen jól megközelítik az elméleti körfolyamatokat.) Valóságos körfolyamat vizsgálatánál nagyon sok tényezőt kellene figyelembe venni, emiatt a legtöbb tankönyv csak az elméleti körfolyamatokat tárgyalja. A körfolyamatokat megvalósító gépek a hőerőgépek: hő felvételével munkát végeznek (és le is adnak hőt). Ezt a működést szokás direkt (egyenes) körfolyamatnak vagy ciklusnak nevezni. A körfolyamatok egy része visszafelé is működtethető. Az ilyen gépek a hőszivattyúk vagy hűtőgépek: a környezetük végez munkát a gázon, a gáz hőt vesz fel és máshol (több) hőt lead. Ez a működés az indirekt (fordított) körfolyamat vagy ciklus.
10. Gáztüzelés előnyei Előnyei: - azonos minőségű tüzelőanyag hamu gyakorlatilag nincs kis légfelesleg - jól automatizálható - kisebb beruházási költséggel megépíthető.
11. Kazánok általános jellemzői
A kazánok feladata a tüzelőanyag elégetéével, vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő maximális hasznosítása oly módon, hogy a hőhordozó közeg nyomása, hőmérséklete az alkalmazási célnak megfelelő értéket mennyiségi igény változások esetén is, folyamatosan érje el. A legegyszerűbb igény meleg, forró víz, vagy telített gőz előállítása. A berendezés gőzfejlesztő esetén a hőhordozó közeg oldaláról nézve egyetlen fűtőfelületből: elgőzölögtetőből – a kezdetlegesebb berendezéseknél kívülről fűtött kazándobból – áll. Ezzel a füstgázokat csak a telítési hőmérséklet közelébe lehet lehűteni, a telített gőz a fogyasztóig tartó csővezeték hővesztesége következtében nedvessé válik, így még kisebb igények esetén is a füstgázok minél jobban történő lehűtésére megjelent a tápvíz előmelegítő, az egyenletes gőzminőség biztosítására a túlhevítő, mint kiegészítő fűtőfelület. Az elgőzölögtető teljesítményének növelésére a kazándob fűtése helyett célszerűbb elgőzölögtető fűtőfelületek beépítése. E fűtőfelületek egyik oldalon égéstermékkel, másik oldalon forrásban lévő folyadékkal érintkeznek és kezdetben kizárólag a folyadék és gőzfázis közötti sűrűségkülönbséget kihasználó természetes cirkulációval működtek. Erőművek esetén a hatásfok javítására a túlhevítési hőmérséklet növelésére, ennek széles teljesítménytartományban történő szabályozására a túlhevítő több fokozatra osztására, a gőz újrahevítésének alkalmazásával újrahevítő fűtőfelületek beépítésére is szükség van . Miután a tápvíz előmelegítő is csak a füstgázok belépő tápvíz hőmérsékletig történő lehűtését teszi lehetővé, a további lehűtés (kazánhatásfok) érdekében a tüzelőanyag elégetéséhez szükséges, környezeti hőmérsékletű levegővel hűtött léghevítő egészíti ki a fűtőfelületeket. Az előbbi felosztás mellett a füstgázoldali hőátadás jellegének figyelembevételével is szokásos a hőátadó felületek megkülönböztetése. Eszerint azokat a felületeket, amelyeken a domináns hőátadási mód a sugárzásos hőcsere, besugárzott, azokat, amelyeknél a konvektív hőcsere a domináns, konvektív fűtőfelületeknek nevezzük. Az egyes felülettípusokon átadandó hőmennyiség, így a felülettípus nagysága, elhelyezkedése a kazán paramétereitől (egységnyi tömegáramra vetítve elsősorban a n y o m á s t ó l , h ő m é r s é
klettől), alkalmazott tüzelőanyagtól, fűtőközegtől függ (1.2. ábra). Kisebb nyomáson a kazán döntően elgőzölögtető (E) felületből áll, a nyomás növelésével az elgőzölögtető felület hőfelvétele egyre jobban csökken, a jelenlegi erőmű paraméterek mellett a hőfelvételt elsősorban a túlhevítés (TH) jellemzi. Ennek kazánkonstrukcióra gyakorolt hatása a későbbiekben, az egyes kazántípusok ismertetésénél, jól megfigyelhető lesz.
A kazánoknak a felhasználók részére előírt paramétereket (gőzáram, gőznyomás, gőzhőmérséklet, stb.) kell szolgáltatni a megrendeléskor meghatározott peremfeltételek (tüzelőanyag, tápvíz hőmérséklet, felállítási hely, stb.) mellett. A paraméterek közül csak a hőmérséklet és a nyomás eltérő alakulására hívjuk fel a figyelmet. Előbbi a tápszeleptől kezdve növekszik, utóbbi csökken. Ennek lényeges hatása lehet a szerkezeti elemek méretezésére is, mivel a tápvíz előmelegítő, elgőzölögtető rendszer, túlhevítők eltérő méretezési nyomásra, hőmérsékletre is készülhetnek. A nyomás nagyságával összefüggésben hangsúlyozni kell, hogy nagyságát gőzkazánoknál a fűtőanyaggal a kazánba bevezetett teljesítmény és a gőzzel elvezetett teljesítmény egyensúlya határozza meg: az üzemi nyomás a kazán utáni (gőzfelhasználóktól függő) ellenállás mellett kialakult hőbevezetési-elvezetési egyensúlynak felel meg. Az egyensúlyinál nagyobb tüzelési teljesítmény esetén a nyomás növekszik, nagyobb hőelvezetés esetén csökken. Az üzemi nyomás tápvíz utánpótlás nélkül, lezárt tápszelep mellett is kialakulhat. Így, leegyszerűsítve, a tápszivattyú feladata a tápvíz utánpótlás, adott kazánnyomás ellenében történő, biztosítása. Forróvíz kazánoknál a nyomást a nyomástartó rendszer állítja be, az előbbi megfontolások a kilépő hőmérséklet alakulására érvényesek.
A kazán szilárdsági méretezésének, hatósági engedélyezésének névleges értékeként meghatározott, a kazán csőrendszerében maximálisan megengedhető nyomás az engedélyezési nyomás. A tényleges üzemi nyomást az üzemben várható nyomásingadozások figyelembevételével néhány (általában max. 5) százalékkal ez alatt állítják be. A felületek elhelyezését, kialakítását hagyományos kazánoknál alapvetően két szempont határozza meg. Egyrészt a tüzelőanyag elégetéséhez, a füstgázok lerakódásokat, korróziót, kopást minimalizáló lehűtéséhez, elvezetéséhez megfelelő teret, áramlási keresztmetszeteket kell biztosítani, másrészt a berendezés méreteinek, szerkezeti anyag igényének, így tömegének, költségeinek a minimalizálására, a lehető legjobb hőátadást kell megvalósítani. A fűtőfelületeken a hőátadás a közismert összefüggéssel jellemezhető. Javítására a fűtőfelület, a hőátbocsátási tényező, vagy a hőleadó, hőfelvevő közegek közötti hőmérsékletkülönbség nagyságának növelésével van mód. A hőáramsűrűség ( ) növelése ugyanakkor a falhőmérséklet, ezzel a szerkezeti anyagminőség iránti igény, falvastagság közegállapottól (folyadék, gőz melegítése, elgőzölögtetés) függő növekedéséhez vezet, így a belső hőátadási tényező változását is figyelembe kell venni. A részben egymásnak ellentmondó kívánalmak együttes, optimális kielégítésének igénye típus megoldások kialakulására vezetett, amelytől az egyes konstrukciók csak kevéssé lényeges részletekben térnek el. A legnagyobb hőáramsűrűséggel, döntően sugárzásos hőátadással jellemezhető tűzteret általában elgőzölögtető felületek határolják, mivel az elgőzölgésnél kialakuló nagy hőátadási tényezővel még nagy hőáramsűrűség esetén is olcsóbb szerkezeti anyagokkal uralható falhőmérséklet alakul ki. Ezt (a csőfal hőmérséklet↔fűtőfelület nagyság optimumától függően ellen-, vagy egyenáramú elrendezésű) besugárzott, konvektív túlhevítő, újrahevítő felületek,
konvektív elgőzölögtető felületek és a tápvíz előmelegítő, léghevítő követik. Nagyobb nyomások esetén az elgőzölögtető hőfelvétele annyira lecsökken, hogy a teljes elgőzölögtető fűtőfelület elfér a tűztérben, konvektív elgőzölögtető kialakítására nincs szükség, sőt előfordulhat, hogy a tűztérben úgynevezett faltúlhevítőt kell elhelyezni, mivel az elgőzölögtető hőfelvétele önmagában nem biztosítaná a füstgázok kellő lehűtését. A léghevítőnek a füstgázok minél alacsonyabb hőmérsékletre történő lehűtésén (ezzel a kazánhatásfok javításán) túlmenően további szerepe is van. Egyrészt a melegebb égési levegő elősegíti a tüzelőanyag gyorsabb felmelegedését a gyulladási hőmérsékletre, így az égési időt csökkentve hozzájárulhat a tüzelési hatásfok javításához, a tűztér méreteinek csökkentéséhez, másrészt a kazán átlagos, füstgázoldali hőmérséklet szintjének megemelésével növeli a hőmérséklet különbséget, ezáltal elősegíti a hőátadó felületek méretének csökkenését. Szuperkritikus (a vízgőz kritikus pontja – jelenlegi ismeretek alapján p>220,64 bar, ts>373,946 °C – feletti) paraméterekkel üzemelő kazánoknál a folyadék-gőz fázisváltás hiányzik, így a kazán e fázisváltást kihasználó (természetes cirkulációval működő elgőzölögtető rendszer), illetve (pl. fázisszétválasztást) szolgáló részei átalakulnak. A változásokra a későbbiekben térünk ki részletesen. 12. Turbinafokozat Akciós turbinák. Ezek a turbinák a nagy sebességű folyadéksugár vagy gázsugár elterelésével dolgoznak. A sugár elterelése impulzust ad át a turbina lapátjainak, ennek következtében veszít sebességéből. Az akciós turbináknál csak a futólapátokat megelőző fúvókán vagy az állólapát soron van nyomásesés, a járókerék lapátozásán nincs. A közeg teljes helyzeti vagy hőenergiája a futólapátozás előtt az álló lapátsoron, vagy fúvókasoron mozgási energiává alakul át. Ilyen akciós turbina a vízturbinák közül aPelton-kerék, gőzturbináknál pedig például a Laval-turbina, vagy a Curtiss-turbina. Az akciós turbinák nem igényelnek nagy nyomásnak ellenálló házat a járókerék körül, mivel a közeg nyomása lecsökken, mielőtt elérné a turbina lapátozását. Az ilyen turbinák működését Newton második törvényemagyarázza. Léteznek többfokozatú akciós gőzturbinák is, ezeknél a fentiek egy-egy fokozatra érvényesek. A Pelton-turbinát szabadsugaras vízturbinának is nevezik. Reakciós turbinák. Az ilyen turbináknál a fokozat helyzeti, vagy hőenergiája, nyomásesése megoszlik az álló és futólapátozás között. Építésüknél nyomásálló házra (állórészre) van szükség és a forgórésznek (vízturbina és szélturbina esetén is) teljesen bele kell merülnie a közegbe. Vízturbináknál a ház kialakítása olyan, hogy az áramlást megfelelő szögben tereli a futólapátozás irányába. A Francis-turbina és a legtöbb gőzturbina reakciós rendszerű. Összenyomható közeg (túlhevített vagy nedves gőz) esetén többfokozatú turbinát építenek a hatásfok javítása céljából. A turbina elvi működését Newton harmadik törvénye írja le.
13. Ismertesse a kényszeráramú hőcserélők feladatát és a hőátszármaztatás lehetőségeit! A hőcserélő készülékek arra szolgálnak, hogy bennük egy melegebb közeg hőt adjon le egy nála hidegebbnek. Hőcserélőket épületek fűtésére, klimatizálására, a hűtőtechnikában, hőerő-gépekben, erőművekben, a kohászatban, a vegyiparban egyaránt használnak. Hőcserélők például a járműmotorok hűtői, vagy a helyiségek fűtésére szolgáló radiátorok. Hőátszármaztatás: A hővezetés, a hősugárzás és a hőszállítás teljes vagy részleges kombinációjaként kialakuló hőátviteli forma. A hőközlés igen gyakori összetett formája, mikor a hő egy melegebb közegből válaszfalon keresztül kerül hidegebb közegbe. Pl. kazánoknál, a füstgáz – fűtőfelület – víz.
14. Ismertesse egy gázkazán legfontosabb rendszereit, részeit 1. Kazán burkolat 2. Deflektor 3. Alumínium-ötvözetű öntvény hőcserélő 4. Hőcserélő burkolat 5. Tűztér 6. Gázautomatika 7. Gyújtólángégő 8. Gázégő 9. Fűtési visszatérő vezeték 10. Fűtési előremenő vezeték 11. Vezérlő automatika
15. Ismertesse a dízelmotorok előnyeit és hátrányait az Ottó motorokhoz képest. 1. Üzemanyag-hatékonyabbak, mint a benzines járművek, tehát ugyanannyi üzemanyaggal nagyobb távolságot tudunk megtenni. 2. A dízelmotorok élettartama hosszabb, mint benzines társaiké, ráadásul kisebb értékcsökkenéssel lehet számolni az esetükben. 3. Bioüzemanyaggal (biodízellel) is működőképesek. 4. Nagyobb a nyomatékuk, mint a benzines autóké, ezért jobban gyorsulnak és ideálisak vontatásra.
16. Ismertesse a különböző napkollektor típusokat! Vákuumcsöves napkollektorok A vákuumcsővel szerelt napkollektorokat működési elvük alapján két alapvető csoportba sorolhatjuk: -
heatpipe rendszerű napkollektor, U pipe rendszerű napkollektor.
A vákuumcsöves napkollektor, mint ahogy a neve is mutatja a vákuum rendkívül jó hőszigetelési tulajdonságát hasznosítja, így szinte a külső hőmérséklettől függetlené válik a hőtermelés. A működési elve a jól ismert termoszéhoz hasonló. Egy dupla falú üvegcső két fallal határolt részéből kiszivattyúzzák a levegőt, ezzel biztosítva a szinte tökéletes hőszigetelést a cső belsejében. A dupla falú üvegcső anyaga bórszilikát, amely speciálisan ütésálló illetve a felületére érkező napsugárzást szinte tökéletesen átengedi. A dupla falú üvegcső belső felületére különlegesen nagy fényelnyelő képességű abszorpciós bevonatot gőzölnek fel, amely megközelítőleg a beérkező fénysugár 100%-át elnyeli. A vákuumcsövek feladata, hogy a belsejükben elhelyezett hő-termelő egységeket (heatpipe vagy U pipe) a környezeti hőmérséklettől függetlenítsék. Összefoglalva, a vákuumcsöves napkollektorok hatékonysága független a környezeti hőmérséklettől, csak a napsugárzás intenzitásától függ. Azaz téli hideg időszakban is lehetséges a hőtermelés! A heatpipe rendszerű napkollektorok A dupla falú üveg cső belsejébe szerelt hőtermelő egység a „Heatpipe” azaz hő-cső. A heatpipe belsejében egy speciálisan alacsony forráspontú folyadék található. Ez
az
alacsony hőmérsékleten párolgó töltet a hő hatására felforr, gőzzé változik és felszáll heatpipe felsőrészében találhat kondenzátor részbe. Ezt a kondenzátor részt nevezik hő-patronnak. A hőpatronba felszálló gőz felmelegíti a hőpatront kívülről körülvevő munkafolyadékot, majd a gőz ahogy átadta hőjét lecsapódik és visszafolyik a heatpipe alsó részében, ahol a hőhatására ismét gőzzé változik, felszáll és leadja hőjét, miközben ő maga kondenzáció során ismét folyadékká változik. Ezzel a körfolyamattal tudjuk a hőpatront kívülről körülvevő munkafolyadékot felmelegíteni. A felmelegített folyadékot jól szigetelt csővezetéken keresztül egy hőcserélő segítségével juttatjuk a tárolóba (bojler), ahonnan háztartásunk vízvezetékein keresztül tudjuk felhasználni fürdéshez, mosogatáshoz, mosáshoz. A vízmelegítésre felhasznált napenergia költsége nulla. A vákuumcsöves heatpipe-os napkollektor nagy előnye, hogy a tökéletes hőszigetelés miatt nincs környezeti hőelvonás. A téli időszakban is termel, amikor a leginkább van szükségünk hőenergiára. Hőtermelés természetesen csak akkor van, ha napsütéses az idő vagy legalább szórt fény van. Sötétben a napkollektorok nem működnek Az U pipe rendszerű napkollektorok
A dupla falú vákuumcső belsejébe U alakú réz cső és egy azt körülvevő hőátadó lemez adja a hőtermelő egységet. A vákuumcső belsejében az abszorber felületen elnyelődő napsugárzás hőt termel. A keletkezett hő hatására a hőátadó lemez felforrósodik és az U formára hajlított cső teljes felületével érintkezve gyorsan adja át a megtermelt hőt a csőben áramló folyadéknak, mely általában fagyálló folyadék. A munkafolyadék hőjét csővezeték segítségével egy hőcserélőn keresztül juttatjuk el a tárolóba, ahonnan otthonuk vízvezeték rendszerén keresztül tudjuk felhasználni igényeink szerint. Az U pipe-os napkollektorok teljesítményének növelésére fejlesztették ki a parabolikus tükröt a CPC tükröt. A nanotechnológiás bevonattal rendelkező parabolikus tükör kialakítás biztosítja, hogy a napkollektor teljes felületére érkező napsugárzás hasznosuljon.. A fényelnyelő felület mérete nagyobb a geometriai felületnél a parabola görbe felületének köszönhetően.. Ennek gyakorlati haszna, hogy adott tetőfelületről jóval nagyobb teljesítményt lehet nyerni. Síkkollektor A napkollektorok egyik fajtája a síkkollektor, ami egy elöl üvegezett, hátul hőszigetelt lapos doboz szerkezet, amelyben a napsugárzást jó elnyelő képességű fekete vagy kék, az úgynevezett abszorberre erősített csőkígyó található. A síkkollektorok szigetelése nem tökéletes ezért hideg időben a termelt hőenergia egy részét elveszti. Téli időszakban a hőtermelése korlátozott.
Nagy előnye, hogy a szinte teljes geometriai felület részt vesz a hőtermelésben. Nyári felhasználásra a legjobb választás. ( pl. medence fűtés )
