Kondenzációs kazántechnológia (Forrás: Brötje)
Még nem kell eltemetnünk a kondenzációs kazántechnológiát! Annak ellenére sem, hogy a különböző hőszivattyús rendszerek egyre inkább terjednek, és teret hódítanak. Egy bivalens üzemű hőszivattyús rendszerben a korszerű kazántechnológia csúcsüzemi hőtermelőként minden bizonnyal még hosszú ideig megmarad, ezért érdemes áttekinteni az ezzel kapcsolatos fejlesztési lépéseket. Ennek alátámasztására a szerző a címben jelzett öt fogalomra fűzi fel mondanivalóját.
A kondenzációs kazántechnika alapjai 1978-ig nyúlnak vissza, amikor a ’70-es évek két olajválsága hatására Hollandiában sorozatban kezdték gyártani a hagyományos kazánokkal szemben nagyobb hatékonyságú kondenzációs kazánokat.
A kondenzációs kazántechnológia alapja a különféle tüzelőanyagok égéshője és fűtőértéke közti különbségen alapszik. A nálunk használt földgáz estében ezek hányadosa körülbelül 1,11. Ez azt jelenti, hogy 11%-kal magasabb az égéshő, mint a fűtőérték. A kettő közötti különbség röviden a következő: normál állapotú gáz tökéletes elégetésekor a keletkező füstgázban lévő nedvesség fűtőérték esetében gőz formájában, égéshő esetében pedig víz formájában van jelen. Nyilván kiérződik a mondatból, hogy ha a vízgőz kondenzátumként lecsapódik, akkor több hőenergia szabadul fel. Gyermekkoromból emlékszem, hogy amikor télen kint játszottunk a hidegben, és működtek a környező házak konvektorai, és mi a földszinti lakásoknál közel mentünk a füstgázkivezetőkhöz, hogy kicsit felmelegedjünk, rövid idő alatt párás, vizes lett a ruhánk. Akkor nem tudtuk, hogy miért, de mai fejjel egyértelmű: a füstgázban lévő nedvesség csapódott le a ruhánkon. Ezt a nedvességet használjuk a kondenzációs technikában. Természetesen ezt a hőt nem valamilyen szövet szálai között fogjuk fel és hasznosítjuk tovább, hanem a gázkazán füstgázhőcserélőjén keresztül a központi fűtési rendszerünkbe tápláljuk. Valójában nem túl nagy ez az energiakülönbség, mégis a gyártók nagy jelentőséget tulajdonítanak neki. A kondenzációval elérhető energetikai előnyök nagymértékben függenek a tüzelőanyag fajtájától. Ennek számszerűsítésére mutatjuk be néhány tüzelőanyag releváns jellemzőit (1. táblázat).
| Tüzelőanyag | Égéshő (Hs) MJ/kg, gázoknál MJ/m3 | Fűtőérték (Hi) MJ/kg, gázoknál MJ/m3 | Hs/Hi |
| tüzelőolaj | 44,5 | 41,6 | 1,07 |
| légszáraz fa | 17,03 | 15,8 | 1,08 |
| fapellet | 18,9 | 17,5 | 1,08 |
| bután | 134 | 123,8 | 1,08 |
| propán | 102,5 | 94 | 1,09 |
| földgáz (H típus) | 39,9 | 35,8 | 1,11 |
| hidrogén | 12,75 | 10,78 | 1,18 |
| Az adatok tájékoztató jellegűek. Értékük a származásuk helye és a minőségük alapján eltérő lehet. | |||
A táblázatból látható, hogy a legnagyobb égéshő/fűtőérték aránnyal a földgáz és a hidrogén rendelkezik, így ezeknél a tüzelőanyagoknál a legjobbak a kondenzációs hőhasznosítás lehetőségei.
A hidrogén mint a jövő energiahordozója
Tanulmányok szerint a jelenleg is meglévő, és a közeljövőben használatos gázkazánok esetében jellemzően maximum 23% hidrogént keverhetünk a földgázhoz. Természetesen ez bizonyos készülékeknél egyáltalán nem megoldható, de a meglévő kazánállomány egy jelentős részénél igen, az új készülékeket pedig már általában a 20%-os bekeverésig engedélyezik. A hidrogén előállításának környezetbarát módja a napelemes áramtermelésből származó villamos energia felhasználása vízbontás céljára, amely eljárás végtermékei a hidrogén és az oxigén. Sajnos a világon megtermelt hidrogén gáz csupán ~4%-át állítják elő ezzel az eljárással vízből. A maradék ~96% földgázból, folyékony szénhidrogénekből (kőolaj) vagy szénből készül különböző eljárásokkal. Ezeket a módszereket színkódokkal is jelölik. Beszélhetünk zöldhidrogénről, ami a legkörnyezetkímélőbb eljárással készül, de a kék jelölésű is jónak mondható, hiszen a keletkező szén-dioxid jelentős részét megkötik és felhasználják. A legrosszabb a szürke jelölésű hidrogén, amely jelentős mennyiségű szén-dioxid-kibocsátással is jár, és leginkább földgázból készül, katalitikus gőzreformálással (SMR-eljárással). Belátható, hogy a földgáz továbbra is szükséges kelléke a hidrogén gázra történő fűtési megoldások felé vezető út kiépítésének.
Hatékonyság
A kazán hatásfoka a készülék által szolgáltatott fűtési hőenergia és a felhasznált gázenergia aránya. A hatásfok mellett egy másik fontos energetikai jellemző a kihasználási fok. Ezeket gyakran azonosnak tekintik, és az azonosságuk is előfordulhat, de a hatásfok általában magasabb, mint a kihasználási fok. A kettő közti legnagyobb különbség az, hogy a hatásfokot egy bizonyos munkaponton mérik, míg a kihasználási fok hosszabb időszakra vonatkozik. A kihasználási fokot a már visszavont DIN 4702 szabvány 8. része szerint határozták meg, és 5 tipikus teljesítményszinten mérték. (Jelenleg blokkégős kazánok kihasználási fokának meghatározására a Magyarországon is hatályos MSZ EN 303-1 és MSZ EN 303-2, valamint MSZ EN 304 szabványok alkalmazhatók). A DIN szabvány szerinti vizsgálatnál a kazánhatásfokot 12,8, 30,3, 38,8, 47,6 és 62,6%-os részteljesítményen mérik, és ezek alapján az ún. szabványos kihasználási fokot a következő képlettel határozzák meg:
A részterhelési tartományok úgy vannak felosztva, hogy a mindegyikhez tartozó éves fűtési hőmennyiségek azonos nagyságúak. Ezáltal válik lehetségessé, hogy a szabványos kihasználási fokot egyszerű középértékképzéssel határozzuk meg.
A kazánok egy másik fontos energetikai jellemzője az ún. éves kihasználási fok. Ezt a megtermelt hasznos hőenergia mennyiségének és a felhasznált tüzelőanyag hőtartalom-mennyiségének mérésével, majd a kettő osztása révén határozzák meg, és így az adott esetre érvényes, reális hatékonysági jellemzőt kapunk meg.
A 2. táblázat különböző hőtermelők tipikus éves kihasználási fokát mutatja az égéshőre vonatkoztatva.
| A hőtermelő fajtája | Éves kihasználási fok |
| fatüzelésű kazán | 0,5–0,6 |
| olajkazán | 0,75–0,8 |
| távfűtés | 0,88 |
| elektromos fűtés | 0,9 |
| gáztüzelésű kondenzációs kazán | 0,9–0,96 |
| geotermikus hőszivattyú | 3–3,5 |
Látható, hogy a geotermikus hőszivattyú után még mindig a gázkazános fűtés bizonyul a legjobbnak.
Egy kondenzációs kazánhoz hőleadó szempontjából a felületfűtés, például a padlófűtés a leginkább alkalmas. Gondoljuk át, hogyha az előremenő fűtővizünk a leghidegebb napokon sem magasabb 35 °C-nál, milyen hatékony lehet a rendszer. Ilyenkor a füstgáz hőmérséklete 40–50°C között van, és nem 100–150 °C közé esik, mint a hagyományos kazánok esetében. Természetesen lehetséges magasabb hőmérsékletű rendszert is kondenzációs kazánnal alkalmazni, de ott a hatásfok biztosan csökken. Általában 80–85 °C maximális előremenő vízhőmérsékletet adnak meg a gyártók, de ha a visszatérő víz hőmérséklete nem jóval alacsonyabb ennél, akkor teljes egészében búcsút inthetünk a kondenzációból származó plusz hőmennyiségnek, és a kazánunkat egyszerű turbós kazánként üzemeltetjük. A következő számok jól mutatják a hagyományos és kondenzációs gázkazán közti különbséget. Amíg egy hagyományos kazánnál a kihasználhatatlan kondenzációs hő 11%, a füstgázveszteség 15%, és a sugárzási veszteség 20%, addig egy kondenzációs kazánnál ugyanezek a számok sorrendben 3%, 2%, és 2%. Kivonva ezeket a veszteségeket a 111%-ból, a hagyományos kazán esetében 65%, míg kondenzációs kazán esetében akár 104%-os kihasználási fok is elérhető a fűtőértékre vonatkoztatva.
Kondenzációs kazánok üzemeltetése
Anyaguk szerint kimondható, hogy két hőcserélőtípus létezik: egyik a vas és ötvözetei, a másik pedig az alumínium és annak ötvözetei. Az alumínium hővezető képessége kétszeres vagy háromszoros is lehet a vaséhoz képest, de ha a rozsdamentes acéllal hasonlítjuk össze, ott akár négyszeres is lehet a szorzó.
Láthatjuk, hogy egy alumínium hőcserélő esetében minden arról szól, hogy a füstgázból a lehető legtöbb hőt kivegyük a hőcserélő sűrűn bordázott felületén keresztül, azaz a maximális kondenzációt el tudjuk érni. Néha már talán egy kicsit túlzásba is esnek a gyártók ennek kialakításánál, és ha nem kap a felület egy védőbevonatot, akkor ezek a kis hőleadó folyosók a nagy mennyiségű kondenzátum keletkezése során könnyebben eldugulhatnak. Ez a rozsdamentes, de rosszabb hőátadású technikánál kevésbé jelent gondot. De mit is jelent ez a gyakorlatban? Hol van ennek jelentősége?
Szervizes oldalról különböző visszajelzések érkeznek azzal kapcsolatban, hogy melyik kazántest a jó választás. Két dolog biztos. Az alumínium hőátadó képessége jobb, azonban a rozsdamentes hőcserélő kevésbé érzékeny. Mindkét típust karbantartani kell, és évente legalább egyszer ki kell tisztítani. Ezt a gyártók kötelezően előírják. Talán az alumínium egy kicsit több odafigyelést igényel, mert a fűtővíz minősége (vízkeménység, vezetőképesség, pH-érték) fontosabb, de ezekre a rozsdamentes esetében is oda kell figyelni. Az alumínium hőcserélők esetében régebben gondot jelentett a dugulás veszélye az égéstér oldalán, azonban a mai védőbevonatos technikának köszönhetően ez teljesen megszűnt. Az alumínium hőcserélők előnye, hogy ezekkel tökéletes kondenzáció vihető végbe, és nagyon széles modulációs tartomány érhető el, pl. egy 24 kW-os kazán esetében akár 3 kW is lehet a kazán teljesítményének alsó határa. Véleményem szerint az a legjobb, ha a fűtés mellett a melegvíz-készítést is a kazánunkra bízzuk, és egy csőkígyós tárolót is létesítünk. Ezzel elérhető az, hogy néha magasabb hőmérsékleten is üzemeltessük a készüléket, amely kifejezetten jót tesz az égéstér tisztán tartásának.
A moduláció fontos szempont
A kazántechnika területén egy fontos következő lépés a modulációs égők megjelenése volt. Ehhez nézzük meg egy kicsit a mai lakossági hőszükségleteket. Biztos vagyok benne, hogy a mai új építésű családi házak esetében, amelyek alapterülete 100–150 m2 közé esik, azok hőszükséglete 5 és 10 kW közé tehető -15 °C külső hőmérséklet mellett. Ez azt jelenti, hogy a gyártók által leginkább kitüntetett teljesítmény, azaz a 24 kW lakossági felhasználásra fűtés esetén bizonyosan magasnak mondható, és egyszerűen felesleges. Ez a magas teljesítmény nyilvánvalóan a meleg víz készítése miatt maradt ránk mint leggyakoribb teljesítmény. Ugye a komfortos melegvíz-készítéshez átfolyós üzemben ez a teljesítmény az, ami még elfogadható hőmérséklet mellett megfelelő átfolyást biztosít. Ehhez kapcsolódóan is hallhatunk innen-onnan varázslatosnak tűnő nagy számokat különböző gyártóktól, forgalmazóktól, mégis a valóság talaján maradva ez a szám 24 kW esetében Δt=30 °C-nál 11 liter/perc. Ez a teljesítmény ezt tudja. Térjünk vissza a fűtéshez. Maradjunk a 24 kW-os névleges teljesítménynél. Hogyan érjük el azt, hogy egy termosztáttal a kazánunk állandó ki-be kapcsolás nélkül megfelelően működjön? A gázkazán modulációs tartományával. Ebben az esetben az előzőekben már említett 3-4 kW teljesítményig, vagyis kb. a névleges teljesítmény 12-16%-áig tudunk a legjobb esetben modulálni, mert ez alatt már nem lehet tökéletes égést biztosítani.
Végül, de nem utolsósorban: biztosan önök is találkoztak már azzal a kérdéssel, amelyet a megrendelők tesznek fel a tervezőnek, kivitelezőnek vagy az értékesítőnek: „Milyen fűtési rendszert javasol?”
Még ha mostanában a gázszolgáltatás felett vékony bárányfelhők gyülekeznek is, a magam részéről akkor is azt javaslom, hogy ha csak fűtésről van szó, egy központi fűtésű vizes rendszer kiépítését támogatom, kondenzációs gázkazánnal. Ha pedig hűteni is szeretnének, akkor ugyanez a központi fűtésű vizes rendszer mennyezetbe integrálva, padlófűtéssel, hőszivattyúval, gázkazán rásegítésével. Azt gondolom, ez a legjobb döntés, és még hosszú távon is ez lesz a megfelelő választás.
Amikor valaki jó épületgépészeti rendszert akar készíteni, ott a legelején érdemes felmérni a helyszíni körülményeket, az anyagi lehetőségeket, de fontos az is, hogy a megrendelőt érdekelje a saját fűtési hálózatának a működése.
Szerintem a kondenzációs technikában nagyon fontos, hogy mit mivel kombinálunk, hiszen az energia megfelelő hasznosítása a mai világunkban egyre fontosabb szerepet kap. Biztos vagyok abban, hogy még hosszú ideig tervezhetünk gázos rendszereket, hiszen annak kiváltása áramra a teljes magyar épületállományt tekintve egyelőre nem lehetséges. Tudjuk, hogy évről évre egyre nehezebb lesz jó szakembert találni, mert ezen a területen is egyre kevesebben vagyunk, valamint a beüzemelési és karbantartási költségek is exponenciálisan növekednek. Mégis, egy jól megtervezett rendszer büszkeséggel tölt el minket, épületgépészeket, akik az építőipar egy kiemelkedő területén dolgozunk.
Bathó Zsolt
