Na návrhu a inštalácii solárnych systémov si treba dať ... - iDB Journal

Energetická efektívnosť.
Výhody kondenzačných kotlov.
Energetická účinnosť je miera využitia energie, ktorá vyjadruje pomer medzi energetickým výstupom a energetickým vstupom. Zemný
plyn je palivo s vysokým energetickým obsahom, je ekologicky pomerne čistý a umožňuje veľmi komfortné využitie. Preto je snaha
o najvyššie využitie energie, ktorú odberateľovi prináša, logickým krokom k znižovaniu nákladov. Zvyšovanie energetickej účinnosti
plynových spotrebičov je zároveň príspevkom do plnenia jednotnej politiky EÚ, prijatej v decembri 2008 s cieľom znížiť spotrebu
energie do roku 2020 o 20 %.
Výroba tepla a energetická efektívnosť
Spaľovaním jednotkového množstva paliva sa uvoľňuje teplo. Jeho
energetická hodnota závisí od druhu paliva a podmienok horenia.
Tranzitný zemný plyn obsahuje v priemere 97 % metánu (CH 4
) [1]
a jeho spaľovanie možno definovať stechiometrickým vzťahom [2]:
CH 4
+ 2 O 2
+ (N 2)
= CO 2
+ 2 H 2
O + (N 2
) (1)
Na spálenie 1 m 3 metánu (CH4) sú potrebné 2 m 3 kyslíka (O 2
),
spálením vznikne 1 m 3 oxidu uhličitého (CO 2
) a 2 m 3 vlhkosti
vo forme vodnej pary (H 2
O). Kyslík na spaľovanie sa do kotlov
dodáva ako súčasť vzduchu, do bilancie preto musíme započítať aj
ďalšiu zložku vzduchu, ktorú tvorí dusík (N 2
). Kyslíka je vo vzduchu
približne 21 %, dusíka až 78 % celkového objemu. Na spálenie
1 m 3 CH 4 sú teda potrebné 2 m 3 O 2
, s ktorým je do spaľovacej
komory privedených až takmer 8 m 3 N 2
. Na spálenie 1 m 3 CH 4
je
potrebných 10 m 3 vzduchu (2 m 3 O 2
+ 8 m 3 N 2
). Spálením vznikne
1 m 3 oxidu uhličitého (CO 2
) a 2 m 3 vodnej pary (H 2
O). Objem
suchých spalín je 1 + 8 = 9 m 3 , objem vlhkých spalín je 11 m 3 [3].
Všetko pri tlaku 101 325 Pa a teplote 0 °C.
Podľa vzorca (1) vzniká spaľovaním zemného plynu (metánu) CO 2
a voda, proces horenia je sprevádzaný vznikom tepla. Vplyvom
tohto tepla mení voda svoje skupenstvo na paru a stáva sa súčasťou
spalín. Množstvo energie vo vodnej pare predstavuje približne
1,09 kWh. Ak má spaľovacie teplo zemného plynu hodnotu približne
10,6 kWh/m 3 , vo vodnej pare zostáva takmer 11 % energie
obsiahnutej v zemnom plyne (t. j. výhrevnosť + latentné teplo).
Pri klasických kotloch energia obsiahnutá vo vodnej pare vychádza
nevyužitá spolu so spalinami von komínom. Nízkoteplotné kotly sú
v porovnaní s klasickými účinnejšie približne o 2 – 3 %, no kondenzačné
teplo stále nezužitkovávajú.
Kondenzačné kotly však predstavujú podstatný pokrok vo zvyšovaní
účinnosti využitia paliva (obr. 1). Vylepšením konštrukcie kotlov
vznikla technológia výroby tepla s možnosťou využitia kondenzácie
vodnej pary spalín na teplovýmenných plochách kotlov. Tým
sa využíva latentné teplo vodných pár v spalinách, čo prispieva
k výraznému zlepšeniu využitia energetického obsahu zemného
plynu. Kondenzovanie vodnej pary bolo riešené ochladzovaním
spalín pod teplotu rosného bodu (pri optimálnych spaľovacích
podmienkach je to 57 °C [4]).
Výhrevnosť (Qi) je množstvo tepla uvoľnené úplným spálením 1 m 3
zemného plynu pri tlaku 101 325 Pa a v adiabatických podmienkach
za predpokladu, že sa spaliny ochladia na teplotu východiskových
látok a vodná para obsiahnutá v spalinách zostane v plynnom
stave.
Spaľovacie teplo (Qs) je množstvo tepla uvoľnené úplným spálením
1 m 3 zemného plynu pri tlaku 101 325 Pa a v adiabatických
podmienkach za predpokladu, že sa spaliny ochladia na teplotu
východiskových látok a vodná para obsiahnutá v spalinách je v kvapalnom
stave.
Rozdiel medzi spaľovacím teplom a výhrevnosťou je v prípade
zemného plynu až 11 %.
Rozdiely medzi plynovými kotlami
Plynové kotly sa od seba odlišujú konštrukčnými detailmi a prevádzkovými
špecifikami, na základe ktorých ich delíme na klasické,
nízkoteplotné a kondenzačné (tab. 1).
Typ kotla
Teplota
spalín
Min. teplota
vstupnej
vody do kotla
Využitie
energie
vodných pár
Reálna
účinnosť
odvodená zo
spaľovacieho
tepla
Klasický 120 ÷ 180 °C 60 °C Nie 79 ÷ 81 %
Nízkoteplotný 90 ÷ 140 °C 40 °C Nie 81 ÷ 83 %
Nie je
Kondenzačný 40 ÷ 90 °C
Áno 95 ÷ 97 %
obmedzená
Tab. 1 Parametre jednotlivých druhov plynových kotlov
Klasický kotol
Je navrhnutý na prevádzku so suchými horúcimi spalinami.
Najnižšia dovolená teplota vstupnej vody do kotla je obmedzená
hodnotou 60 °C. Teplota spalín býva v rozsahu 120 až 180 °C.
Pri napojení na vykurovaciu sústavu musí byť za kotlom osadené
zariadenie na zaisťovanie dostatočne vysokej teploty vstupnej vody
(spiatočky), aby nedochádzalo ku kondenzácii vodnej pary obsiahnutej
v spalinách a následne k nízkoteplotnej korózii teplovýmennej
plochy v zaústení vstupu vody do kotla. Priemernú účinnosť kotlov
výrobca často uvádza okolo 90 %. Táto hodnota však vychádza
iba vtedy, ak sa vypočítava z výhrevnosti zemného plynu. Reálna
účinnosť (pri výpočte zo spaľovacieho tepla) predstavujúca skutočné
využitie energie zemného plynu pri týchto kotloch je iba okolo
80 %.
Nízkoteplotný kotol
Obr. 1 Účinnosť kondenzačného kotla [5]
HVAC
Je navrhnutý na prevádzku so suchými spalinami, pričom môže
pracovať i so vstupnou vodou do kotla s teplotou 35 až 40 °C.
Za určitých podmienok môže v kotle dochádzať ku kondenzácii,
preto musí byť teplovýmenná plocha zhotovená z materiálu odolného
korózii. Teplota spalín býva v rozsahu 90 až 140 °C. Napojenie
na vykurovaciu sústavu môže byť priame. Využitie energetického
obsahu spaľovaného zemného plynu sa pohybuje na úrovni 83 %.
2/2013
21