BoilEFF Raising the efficiency of Boiler Installations www.rae.gr/boileff Αυξάνοντας την Απόδοση του Συστήματος Θέρμανσης κατά την Εγκατάσταση Λεβήτων Project No. EIE/06/134/sI2.448721 Π 4.1 Εγγυημένη Ποιότητα στη Λειτουργία (GPQU) Καταληκτική Ημερομηνία: 31 η Μαΐου 2008 Ημερομηνία Υποβολής: 31 η Μαΐου 2008 Ημερομηνία Αρχής Προγράμματος: 01.02.2007 Διάρκεια: 32 μήνες Υπεύθυνος Σύνταξης Παρόν Κειμένου: Innoterm Δημοσιότητα PU Δημοσιεύσιμο X CO Εμπιστευτικό 0
Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή...2 1. Εισαγωγή...2 2. Συνθήκες και βασικά στοιχεία της μετρητικής διαδικασίας... 3 2.1 Σύνοψη του προτύπου ΕΝ 15378... 3 2.2 Βασικά στοιχεία της διαδικασίας μέτρησης...4 3. Η μετρητική διαδικασία αναλυτικά... 5 3.1 Εξάρτηση από τον τύπο του συστήματος... 5 3.2 Μέτρηση κατανάλωσης καυσίμου... 6 3.2.1 Φυσικό αέριο... 6 3.2.2 Υγραέριο... 6 3.2.3 Πετρέλαιο... 6 3.2.4 Στερεά καύσιμα... 6 3.3 Μέτρηση ωφέλιμης θερμότητας... 7 3.4 Μέτρηση κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας... 9 3.5 Προδιαγραφές του εξοπλισμού... 10 3.5.1 Μετρητές καυσίμου... 10 3.5.2 Θερμοροόμετρα... 10 3.5.3 Μετρητής Ηλεκτρικής Ενέργειας... 11 4. Όροι εγκατάστασης μετρητικών οργάνων, οδηγίες προς του εγκαταστάτες... 12 4.1 Εγκατάσταση θερμοροόμετρων... 12 4.2 Εγκατάσταση μετρητών καυσίμου... 12 4.3 Εγκατάσταση μετρητών ηλεκτρικού ρεύματος... 12 5 Βιβλιογραφία... 13 1
1. Εισαγωγή Στόχος του προγράμματος BOILEFF είναι η βελτίωση της ποιότητας της εγκατάστασης ενός λέβητα με τη χρήση δύο εργαλείων-πιστοποιητικών. Κάθε εργαλείο είναι προσαρμοσμένο για τις συνθήκες της εκάστοτε χώρας που συμμετέχουν στο πρόγραμμα. Το 2ο εργαλείο του προγράμματος αναλύει την έννοια της «Εγγυημένης Ποιότητας στη Λειτουργία»- Guaranteed Performance Quality (GPQU). Προσαρμόζοντας τα πρότυπα «Πιστοποιήσεων Ενεργειακών Αποδόσεων» (από τη Γερμανία), για τις εγκαταστάσεις λεβήτων, το 2ο εργαλείο του BOILEFF ασχολείται με τα ακόλουθα ζητήματα: Ανάπτυξη των κατάλληλων τεχνικών προσδιορισμού της απόδοσης ενός συστήματος κεντρικής θέρμανσης. Κατά το στάδιο αυτό αναπτύσσεται η διαδικασία των μετρήσεων που πρέπει να γίνουν για τη διαπίστευση της αποδοτικότητας του συστήματος. Κατάλληλο μέγεθος του λέβητα: δεν είναι δυνατό να εφαρμόζεται κοινή μεθοδολογία μέτρησης για όλα τα μεγέθη λεβήτων. Ύστερα από συμφωνία των συμμετεχόντων, αποφασίστηκε η μέτρηση λεβήτων από 10kW έως 70kW. Κατάλληλη μονάδα μέτρησης-αξιολόγησης: είναι αναγκαίο να αποσαφηνιστεί εάν η ετήσια απόδοση του λέβητα είναι αναγκαίο και ικανό μέγεθος για την αξιολόγηση του συστήματος ποσοτικά. Στο σημείο αυτό ερευνάται εκτενώς η δυνατή χρήση μετρητικών διατάξεων που παρέχουν έμμεσα πληροφορίες για την ποιότητα του λέβητα. Τέτοιου είδους στοιχεία είναι ο αριθμός και η διάρκεια των κύκλων θέρμανσης, τα οποία μπορούν να παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες για την απόδοση του λέβητα και οι οποίες μπορεί να χρησιμοποιηθούν και στο Πιστοποιητικό «Εγγυημένης Ποιότητας στη Λειτουργία». Περιγραφή ειδικών απαιτήσεων για την εγκατάσταση των μετρητικών οργάνων: υπάρχει πληθώρα τρόπων τοποθέτησης των μετρητικών με αντίστοιχες επιπτώσεις στην ποιότητα των μετρήσεων. Μέτρηση της παρεχόμενης ενέργειας στο λέβητα: Προς το παρόν οι λέβητες στο εμπόριο δεν παρέχουν τη δυνατότητα μέτρησης της παρεχόμενης σε αυτούς ενέργεια, συνεπώς πρέπει να προβλέπεται ένα σύστημα μέτρησής της. Ύστερα από συμφωνία, αποφασίστηκε η έρευνα εγκαταστάσεων πετρελαίου και αερίου, συνεπώς συστήματα στερεών καυσίμων (κυρίως ξύλου και pellets) δεν αποτελούν αντικείμενο του προγράμματος. 2
2. Συνθήκες και βασικά στοιχεία της μετρητικής διαδικασίας 2.1 Σύνοψη του προτύπου ΕΝ 15378 Το πρότυπο ΕΝ 15378 Επιθεώρηση λεβήτων και εγκαταστάσεων θέρμανσης (ισχύει στη Γερμανία) περιγράφει τη μέθοδο υπολογισμού του βαθμού απόδοσης του λέβητα καθώς και της ετήσιας απόδοσής του. Στα παραρτήματα D και Ε του προτύπου περιγράφεται λεπτομερώς η διαδικασία. Η μέθοδος που περιγράφεται στο ΕΝ 15378 βασίζεται στην αρχή του καθορισμού του έμμεσου βαθμού απόδοσης του λέβητα. Αυτό σημαίνει ότι όλες οι πιθανές απώλειες μπορούν να μετρηθούν ή να εκτιμηθούν. Ο βαθμός απόδοσης και ο ετήσιος βαθμός απόδοσης εξαρτάται από τις παραπάνω απώλειες. Οι κυριότερες απώλειες είναι: απώλειες θερμότητας καυσαερίων παραπροϊόντα καύσης (CO, HC, αιθάλη) επιφανειακές θερμικές απώλειες λέβητα απώλειες όταν δεν λειτουργεί ο λέβητας (standby loss) απώλειες από την καπνοδόχο με τον καυστήρα κλειστό Για την αποσαφήνιση των ανωτέρω απωλειών πρέπει να μετρηθούν τα ακόλουθα μεγέθη, κατά προτίμηση με όργανο διαπιστευμένο βάσει του ΕΝ 50379 Θερμοκρασία καυσαερίων θfl ( C) Ποσοστό οξυγόνου σε ξηρό όγκο O2 fl,dry (%) Ποσοστό CO (ppm) Δείκτης Bacharach Θερμοκρασία προσαγόμενου αέρα στην είσοδο του καυστήρα θair ( C). Σχετική υγρασία προσαγόμενου αέρα Φair. Εάν δεν μετράται λαμβάνεται 50%. Σχετική υγρασία Φfl καυσαερίων. Εάν δεν μετράται λαμβάνεται 100% Θερμοκρασία επιφάνειας καυστήρα ( C) Η εφαρμοζόμενη μέθοδος αφορά μόνο το λέβητα, χωρίς να δίνει βάρος στην υπόλοιπη εγκατάσταση και τον τρόπο χειρισμού. Αυτά ναι μεν επηρεάζουν ελαφρώς το βαθμό απόδοσης αλλά μεταβάλλουν σημαντικά δε, τον ετήσιο βαθμό απόδοσης και την κατανάλωση καυσίμου. 3
2.2 Βασικά στοιχεία της διαδικασίας μέτρησης Η εφαρμοζόμενη μεθοδολογία στο BOILEFF βασίζεται στον άμεσο καθορισμό του βαθμού απόδοσης και του ετήσιου βαθμού απόδοσης. Ο άμεσος υπολογισμός συνίσταται μέσω μέτρησης και σύγκρισης της ωφέλιμης ενέργειας, με το ενεργειακό περιεχόμενο του καταναλισκόμενου καυσίμου και τη βοηθητική ισχύ. Για αυτό το λόγο απαιτείται η μέτρηση των ακόλουθων μεγεθών για τη χειμερινή περίοδο που θα γίνουν οι μετρήσεις: Κατανάλωση καυσίμου Κατανάλωση ηλεκτρικής (βοηθητικής) ενέργειας. Ωφέλιμη θερμότητα από θέρμανση και ζεστό νερό Ο ετήσιος βαθμός απόδοσης υπολογίζεται από τον τύπο: seasonal Q Q Heating Firing Q Q HotWater Electricity Η χρησιμοποιούμενη διαδικασία πλεονεκτεί στο γεγονός ότι λαμβάνει υπόψη όλα τα κύρια και δευτερεύοντα φαινόμενα. Από την οπτική του Πιστοποιητικού της «Εγγυημένης Ποιότητας στη Λειτουργία» είναι η καλύτερη μέθοδος που μπορεί να εφαρμοστεί. Μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι δεν παρέχονται πληροφορίες για την κατανομή των απωλειών στο σύστημα και δεν παρέχονται τρόποι βελτίωσης της απόδοσης μέσω μείωσης των απωλειών. Όταν ο βαθμός απόδοσης δεν είναι ικανοποιητικός πρέπει να γίνονται επιμέρους μετρήσεις των απωλειών για τη βελτίωση της αποδοτικότητας. 4
3. Η μετρητική διαδικασία αναλυτικά 3.1 Εξάρτηση από τον τύπο του συστήματος Στους λέβητες και τα συστήματα παραγωγής θερμότητας γενικά, υπάρχει ποικιλομορφία στα χρησιμοποιούμενα καύσιμα, την απομάκρυνση των καυσαερίων και την προσαγωγή του αέρα στον καυστήρα. Τρεις βασικοί τύποι για αέρια καύσιμα είναι: Συστήματα ανοιχτού τύπου, τα οποία παίρνουν τον αέρα από το χώρο που βρίσκεται ο λέβητας και οδηγούν τα καυσαέρια εκτός συστήματος μέσω καπνοδόχου Συστήματα κλειστού τύπου, στα οποία ο χώρος που βρίσκεται ο λέβητας είναι απομονωμένος και παίρνουν και αποβάλουν τον αέρα έξω από το σύστημα, κατά προτίμηση από την ίδια διαδρομή Λέβητες συμπύκνωσης, παρόμοιοι με τα κλειστά συστήματα με τη διαφορά ότι τα καυσαέρια συμπυκνώνονται. Παρόμοια κατηγοριοποίηση γίνεται επίσης σε καυστήρες για άλλα είδη καυσίμων. Το παρακάτω σχήμα παρουσιάζει τα προαναφερθέντα συστήματα, με επιτοίχιους λέβητες. σχήμα 1. Ανοιχτό σύστημα Κλειστό σύστημα Λέβητας συμπύκνωσης Η εφαρμοζόμενη μέθοδος του άμεσου υπολογισμού του βαθμού απόδοσης δεν εξαρτάται από τον τύπο του συστήματος και εφαρμόζεται σε όλα. 5
3.2 Μέτρηση κατανάλωσης καυσίμου 3.2.1 Φυσικό αέριο Το φυσικό αέριο τροφοδοτείται μέσω του δικτύου διανομής. Η χρέωση γίνεται βάσει της καταναλισκόμενης ποσότητας και για αυτό το λόγο τοποθετούνται μετρητές παροχής καυσίμου για κάθε καταναλωτή. Οι μετρητές αυτοί είναι κατάλληλοι για τους σκοπούς του προγράμματος, όμως δεν είναι εφοδιασμένοι με καταγραφικό σύστημα. Εν τούτοις πρόβλημα προκύπτει εάν το φυσικό αέριο χρησιμοποιείται και για άλλες οικιακές χρήσεις (μαγείρεμα), καθώς οι μετρητές αυτοί αφορούν στη συνολική κατανάλωση. Σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να γίνει μία εκτίμηση βάσει του πίνακα 1, του οποίου τα δεδομένα χρησιμοποιούνται επίσης στο πρότυπο ΕΝ 15378. πίνακας 1. Συνήθεις τιμές για μαγειρική χρήση 3.2.2 Υγραέριο Το υγραέριο χρησιμοποιείται σε αρκετές περιοχές που δεν έχουν συνδεθεί με το δίκτυο φυσικού αερίου. Το υγραέριο, το οποίο είναι προπάνιο ή μείγμα προπανίου και βουτανίου, αποθηκεύεται σε φιάλες με υγρή μορφή και τροφοδοτείται στο σύστημα κατόπιν φυσικής ή εξαναγκασμένης εξάτμισης. Η χρέωση γίνεται με την παραγγελία συνεπώς προτείνεται η εγκατάσταση μετρητή όπως και με το φυσικό αέριο. 3.2.3 Πετρέλαιο Το πετρέλαιο αποθηκεύεται σε δεξαμενή και τροφοδοτείται μέσω αντλίας. Η χρέωση γίνεται με την παράδοση από το βυτιοφόρο όχημα εφοδιασμού, για αυτό το λόγω συνίσταται η εγκατάσταση μετρητικής διάταξης. 3.2.4 Στερεά καύσιμα Τα στερεά καύσιμα αφενός δεν αποτελούν αντικείμενο του προγράμματος και αφετέρου παρουσιάζουν δυσκολία στην εφαρμογή της μεθόδου, δεδομένης της αβεβαιότητας του ποσοστού της περιεχόμενης υγρασίας σε αυτά. 6
3.3 Μέτρηση ωφέλιμης θερμότητας Η ωφέλιμη θερμότητα μετράται με κατάλληλα μετρητικά όργανα. Με τον όρο μετρητής θερμότητας εννοείται μία διάταξη ροομέτρου εφοδιασμένη με δύο αισθητήρες θερμοκρασίας. Τα διαθέσιμα στο εμπόριο θερμοροόμετρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε όλες τις εγκαταστάσεις και εμπεριέχουν ένα πρόγραμμα υπολογισμού καθώς επίσης παρέχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης των δεδομένων για μια χρονική περίοδο. Γενικά είναι απαραίτητα δύο θερμοροόμετρα ανά εγκατάσταση, ένα για το σύστημα θέρμανσης και ένα για την παροχή ζεστού νερού. Σε αρκετές περιπτώσεις ο λέβητας και το σύστημα παροχής θερμού νερού δεν αποτελούν ξεχωριστά κομμάτια τις εγκατάστασης με αποτέλεσμα την εγκατάσταση ενός θερμιδόμετρου, όπως φαίνεται στο σχήμα 1 που παρουσιάζει σύστημα επιτοίχιου λέβητα με ενιαίο σύστημα παροχής θερμού νερού εν αντιθέσει με το σχήμα 2, στο οποίο παρουσιάζει σύστημα με ξεχωριστό δοχείο αποθήκευσης ζεστού νερού. σχήμα 2. Λέβητας με ξεχωριστό δοχείο αποθήκευσης θερμού νερού [1] Στον κύκλο θέρμανσης, ένα ροόμετρο και ένας θερμοκρασιακός αισθητήρας τοποθετούνται στη γραμμή επιστροφής ζεστού νερού στον λέβητα (το ροόμετρο δίνει ακριβέστερες μετρήσεις σε αυτό το σημείο) και ένας θερμοκρασιακός αισθητήρας στη γραμμή παροχής ζεστού νερού. Στο σύστημα παροχής ζεστού νερού το ροόμετρο και ο ένας 7
θερμοκρασιακός αισθητήρας τοποθετούνται στη γραμμή ψυχρού νερού και ο δεύτερος αισθητήρας θερμοκρασίας στη γραμμή παροχής ζεστού νερού. Η κατανάλωση νερού μετράται μόνο με των ανωτέρω τρόπο στην περίπτωση που η εγκατάσταση έχει κυκλοφορητή (σχήμα 3). στην περίπτωση εγκατάστασης με υδραυλικό διαχωριστή ή ενδιάμεσου συστήματος αποθήκευσης το θερμοροόμετρο τοποθετείται μετά από αυτές τις εγκαταστάσεις (σχήμα 4). σχήμα.3. Εγκατάσταση θερμοροόμετρων 8
Fig.4. Τοποθέτηση θερμο-ροομέτρων εγκατάστασης με υδραυλικό διαχωριστή ή ενδιάμεσου συστήματος αποθήκευσης Σε ορισμένες περιπτώσεις η παροχή ζεστού νερού του λέβητα δεν είναι συνδεδεμένη με το δοχείο θερμού νερού αλλά με το σύστημα θέρμανσης μόνο. Σε αυτές τις περιπτώσεις η μετρήσεις γίνονται στην είσοδο και την έξοδο του λέβητα με ένα μόνο θερμοροόμετρο (σχήμα 5) σχήμα.5. Τοποθέτηση θερμοροομέτρων για εγκατάσταση με ξεχωριστή σύνδεση θερμού νερού 3.4 Μέτρηση κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας Η ηλεκτρική ενέργεια είναι αναγκαίο να μετρηθεί καθώς παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για την υδραυλική ισορροπία του συστήματος και τη λειτουργία των κυκλοφορητών. Επίσης μερικά από τα βοηθητικά όργανα όπως οι εξαεριστήρες και το σύστημα ελέγχου καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια, η οποία πρέπει να μετρηθεί. Οι 9
μετρήσεις αυτές γίνονται με απλούς μετρητές οι οποίοι μπορούν να εγκατασταθούν στο ρευματοδότη ηλεκτρικής παροχής. 3.5 Προδιαγραφές του εξοπλισμού Ο σκοπός του προγράμματος είναι η έρευνα των λεβήτων από 10kW έως 70kW, αλλά στις περισσότερες των περιπτώσεων οι λέβητες είναι μικρότεροι από 28kW. Γι αυτό το λόγο τα μετρητικά όργανα μπορούν κατά περίπτωση μα κατηγοριοποιηθούν σε μικρότερα (<28kW) και μεγαλύτερα (<70kW). 3.5.1 Μετρητές καυσίμου Φυσικό αέριο: Υγραέριο: Χρησιμοποιείται το ήδη εγκατεστημένο Χρησιμοποιείται μετρητής στη γραμμή χαμηλής πίεσης Πίεση λειτουργίας: 25mbar Παροχή: max. 3 m 3 /h Πετρέλαιο: Χρησιμοποιείται μετρητής παροχής καυσίμου Μέγιστη παροχή: 3 l/h για μικρή ισχύ 7 l/h για μεγάλη ισχύ Θερμοκρασιακό Εύρος : 5 30 C 3.5.2 Θερμοροόμετρα Η λειτουργία των θερμοροομέτρων εξαρτάται αφενός από την παροχή και αφετέρου από τη θερμοκρασιακή διαφορά εισόδου εξόδου. Τα θερμοροόμετρα πρέπει να πληρούν τις παρακάτω προδιαγραφές: Μέγιστη ροή θερμού νερού κατά περίπτωση: Δt Μέγιστη ισχύς: 28kW 70kW Παροχή 10 C 2.5 m 3 /h 6.3 m 3 /h 15 C 1.6 m 3 /h 4.0 m 3 /h 20 C 1.3 m 3 /h 3.1 m 3 /h Μέγιστη ικανότητα ροομέτρων ζεστού νερού: 1.5 m 3 /h Ενδεικτική θερμοκρασία λειτουργίας: 90 C ή μεγαλύτερη 10
3.5.3 Μετρητής Ηλεκτρικής Ενέργειας Οι μετρητές μπορούν να εγκατασταθούν στην ηλεκτρική παροχής. Τάση: 220 240 V / AC Ελάχιστη ροή ρεύματος: 6 Α 11
4. Όροι εγκατάστασης μετρητικών οργάνων, οδηγίες προς του εγκαταστάτες 4.1 Εγκατάσταση θερμοροόμετρων Η εγκατάσταση θερμοροομέτρων αποσκοπεί στη μέτρηση της ωφέλιμης ενέργειας. Κάθε παράγοντας στρέβλωσης των μετρήσεων πρέπει να αποφευχθεί. Η εγκατάσταση θερμοροομέτρων πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή και να ελέγχονται η θέση και η κατεύθυνση της ροής. Πρέπει να εγκαθίστανται φίλτρα αντιρύπανσης διότι τα αισθητήρια είναι ευαίσθητα στη μόλυνση του νερού. Τα αισθητήρια είναι ευαίσθητα στην παρουσία φυσαλίδων στο νερό, πράγμα που μπορεί να διαταράξει τη μέτρηση, για αυτό το σύστημα πρέπει να είναι εφοδιασμένο με βαλβίδες απαγωγής αέρα. Η μέτρηση του θερμοροομέτρου μπορεί να επηρεαστεί από την αλλαγή της διεύθυνσης της ροής (back flow). Ο καλύτερος τρόπος για την αποφυγή του φαινομένου αυτού είναι οι βαλβίδες αντεπιστροφής. 4.2 Εγκατάσταση μετρητών καυσίμου Η εγκατάσταση μετρητών καυσίμου αποσκοπούν στη μέτρηση της κατανάλωσης καυσίμου. Κάθε παράγοντας στρέβλωσης των μετρήσεων πρέπει να αποφευχθεί. Η εγκατάσταση μετρητών καυσίμου πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή και να ελέγχονται η θέση και η κατεύθυνση της ροής. Ο μετρητής καυσίμου πρέπει βαθμονομηθεί σε συνθήκες σταθερής πίεσης και θερμοκρασίας. Στην περίπτωση έντονων διακυμάνσεων πίεσης και θερμοκρασίας, τα μεγέθη αυτά πρέπει να μετρώνται και ο υπολογισμός της ροής πρέπει να τα λαμβάνει υπόψιν. 4.3 Εγκατάσταση μετρητών ηλεκτρικού ρεύματος Η εγκατάσταση μετρητών ηλεκτρικού ρεύματος αποσκοπούν στη μέτρηση της κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος. Κάθε παράγοντας στρέβλωσης των μετρήσεων πρέπει να αποφευχθεί. Η εγκατάσταση μετρητών ηλεκτρικού ρεύματος πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. 12
5 Βιβλιογραφία [1] Εικόνες από VAILLANT. [2] EN 15378 - Inspection of boilers and heating systems 13
Συνεργάτες: Η μόνη ευθύνη για το περιεχόμενο αυτής της αναφοράς αποδίδεται στους συγγραφείς. Οι απόψεις που εκφράζονται δεν απηχούν κατ ανάγκη τις απόψεις της Ευρωπαϊκής Κοινότητας. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή δεν αναλαμβάνει οποιαδήποτε ευθύνη όσον αφορά τη χρήση των πληροφοριών που εμπεριέχονται. 14