VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING ENERGY INSTITUTE KRBOVÁ VLOŽKA FIREPLACE INLAY DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. MARTIN PTÁČEK DOC.ING.JAN FIEDLER, DR. BRNO 011

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav Akademický rok: 010/011 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Martin Ptáček který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Energetické inženýrství (01T05) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: v anglickém jazyce: Fireplace Inserts Stručná charakteristika problematiky úkolu: Návrh krbové vložky pro spalování dřeva a experimentální ověření parametrů na zkušebně STEKO Blansko Cíle diplomové práce: -základní tepelný výpočet krbové vložky dle podkladů STEKO Blansko -návrh způsobu elekronické regulace výkonu vložky -experimntální měření parametrů na zkušebně -vyhodnocení výsledků měření a doporučení výrobci

3 Seznam odborné literatury: Rybín,: Spalitelné odpady, SNTL Praha 1980 Firemní podklady STEKO Blansko Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 010/011. V Brně, dne L.S. doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 Abstrakt: Tato práce si klade za cíl prověřit použití automatické regulace v několika provozních režimech na krbové vložce Venus 1.1.W. Ve své práci porovnávám několik měření, vždy s měřením bez automatické regulace. Při těchto měřeních jsou vyhodnocovány emise CO, CO, obsah kyslíku ve spalinách, teplota ve spalinovodu a také je vypočítána účinnost pro různé režimy. Závěr obsahuje shrnutí celkové práce Na konci práce je rešerše dalších výrobců nejen v České republice Klíčová slova:, regulace, vzduch, Steko, spalování, stechiometrie, dřevo. Abstract: The goal of this thesis is examination of automatic controller in various operating modes on fireplace inlay Venus 1.1.W. The work compares few measurement, always with measurment without automatic controller In this measurements are evaluated the emissions of CO, CO, oxygen content in the flue duct gasses and the temperature in the flue duct are listed here and the efficiency is calculated for different operating modes. Conclusion contains overall summary of this thesis. At the end there is a search of manufacturers not only in Czech Republic Key worlds: Fireplace inlay, controller, air, combustion, stoichiometry, wood. ( 1 )

5 ( )

6 Bibliografická citace vlastní práce: PTÁČEK, M.. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.. ( )

7 ( 4 )

8 Čestné prohlášení: Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně. Vycházel jsem přitom z vlastních znalostí, odborných konzultací a zdrojů informací uvedených v seznamu. V Brně dne 6. května 010 Martin Ptáček ( 5 )

9 ( 6 )

10 Poděkování: Rád bych poděkoval Všem, kteří mi radili při tvorbě diplomové práce. Zejména Ing. Martinovi Lisému Ph.D, který se mnou absolvoval všechna měření, Ing. Otakaru Štelclovi, za plno praktických rad a názorů na téma krbových vložek, v neposlední řadě bych chtěl poděkovat vedoucímu práce doc. Ing. Janu Fiedlerovi, Dr. za odborné vedení a vstřícnost, kterou mi věnoval po dobu psaní mojí diplomové práce. Chtěl bych také poděkovat Všem vyučujícím, které jsem za dobu studia potkal za to,že byli dostatečně vstřícní a ochotní se o svoje znalosti podělit se mnou a mými spolužáky. ( 7 )

11 ( 8 )

12 1. Obsah 1. OBSAH POPIS KRBOVÉ VLOŽKY Základní rozdělení typů a druhů krbových vložek TUHÁ PALIVA Základní vlastnosti a složení tuhých paliv DŘEVO JAKO PALIVO Ekologie Vliv vlhkosti dřeva na spalování Spalování dřeva NÁVRH KRBOVÉ VLOŽKY Základní chemické rovnice dokonalého spalování Základní chemické rovnice skutečného spalování Zkušební palivo Výpočet minimálního množství vzduchu Minimální množství kyslíku pro spálení 1 kg paliva: Minimální množství suchého vzduchu: Součinitel vlhkosti: Minimální množství vlhkého vzduchu pro spálení 1 kg paliva Výpočet minimálního množství spalin Objem oxidu uhličitého CO ve spalinách: Objem dusíku N ve spalinách: Objem argonu Ar ve spalinách: Minimální objem suchých spalin: Minimální objem vodní páry vzniklé spálením 1 kg paliva: Minimální množství páry vzniklé z vlhkého vzduchu: Minimální objem vodní páry Minimální množství vlhkých spalin: Maximální množství CO ve spalinách Výpočet součinitele α POPIS KRBOVÉ VLOŽKY Základní informace REGULACE VÝKONU KRBOVÉ VLOŽKY Elektronická regulace přívodu vzduchu QR ZKOUŠENÍ KRBOVÉ VLOŽKY Měřící úsek Výpočet účinnosti krbové vložky... 6 ( 9 )

13 8..1. Třídy účinnosti Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin Střední měrná tepelná kapacita vodní páry Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu Cr Poměrná ztráta citelným teplem spalin Poměrná ztráta citelným teplem spalin (vtaženo k výhřevnosti zkušebního paliva): Poměrná ztráta plynným nedopalem Poměrná ztráta plynným nedopalem (vtaženo k výhřevnosti zkušebního paliva): Poměrná ztráta mechanickým nedopalem Poměrná ztráta mechanickým nedopalem (vztaženo k výhřevnosti zkušebního paliva): Tepelný příkon krbové vložky Tepelný výkon krbové vložky Výpočet koncentrace CO ve spalinách EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ Měření bez klapky Měření s nastavením 50% Měření s nastavením 0% Měření s nastavením ručního ovládání Měření bez oznámení přiložení Výpočet účinnosti krbové vložky Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin : Střední měrná tepelná kapacita vodní páry: Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu : Poměrná ztráta citelným teplem spalin q a : Poměrná ztráta plynným nedopalem q b Poměrná ztráta mechanickým nedopalem q r : Účinnost krbové vložky : Tepelný příkon krbové vložky: Tepelný výkon krbové vložky : Koncentrace CO ve spalinách Součinitel přebytku vzduchu α ve spalinách ZÁVĚR PŘEHLED VÝROBCŮ AUTOMATICKÝCH REGULACÍ QR Timpex s.r.o MSK glass SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ: SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK A SYMBOLŮ SEZNAM PŘÍLOH ( 10 )

14 . Popis krbové vložky Základní pojmy: 1. Krb spotřebič s otevřenou, nebo uzavřenou spalovací komorou, určený k lokálnímu vytápění sdílející teplo převážně sáláním, konvekcí, částečně vedením.. Spalovací komora vnitřní prostor krbu, v němž probíhá spalování paliva.. Kouřová komora (topeniště) část vnitřního prostoru krbu, v němž dochází k míšení spalin se vzduchem a k usměrnění do odtahového hrdla. 4. Hrdlo pro odvod spalin část spotřebiče určená k připojení kouřovodu umožňujícího volné odvádění spalin do komína. 5. Odtahová klapka zařízení ke změně tlakové ztráty protékajících spalin. V uzavřené poloze smí omezovat max. 75 % průřezu odtahového hrdla. 6. Rošt část vnitřního prostoru spotřebiče, na které leží vrstva paliva, ze které propadávají pevné zbytky spalování do popelníku a kterou protéká spalovací vzduch. 7. Popelník uzavřený prostor pro shromažďování pevných zbytků spalování propadlých roštem. 8. Regulace jedná se o regulaci přívodu primárního vzduchu Obr. 1. Schéma krbové vložky ( 11 )

15 .1. Základní rozdělení typů a druhů krbových vložek Krbové vložky jde dělit podle několika kriterii. Typy krbové vložky podle materialu: Ocelové Vyrobeny z kotlového plechu s vyzdívkou ze šamotu Kombinované Ocelový plech s litinou s vyzdívkou ze šamotu, litiny nebo vermikulitu Celolitinové Jednoplášťové bez vyzdívky, dvouplášťové s vyzdívkou ze šamotu, litiny, vermikulitu Rozdělení dle pláště: Jednoplášťové Pomaleji se rozehřívá, ale má větší akumulační schopnost, takže vydává teplo pomocí obezdívky a skla i po vyhasnutí plamene. Proto musí být mezi obezdívkou a krbovou vložkou dostatečná mezera pro odvod tepla pláštěm Dvoupláštové Teplo se předává přes sklo a výměnnou vzduchu mezi dvěma plášti. Ten je ventilátorem vháněn do místnosti, takže ji dokáže rychle vytopit. Bez ventilátoru hrozí přetopení krbové vložky a tak je tento typ náročnější na stálou dodávku elektrického proudu Vložka může být vybavena teplovodním výměníkem pro ohřev vody, kterou je možno napojit na rozvod topení a vytápět místnosti mimo dosah krbové vložky. Měřená krbová vložka neměla teplovodní výměník a proto se nebudu věnovat problematice teplovodních výměníků detailněji. ( 1 )

16 . Tuhá paliva.1. Základní vlastnosti a složení tuhých paliv Základní složky paliva: hořlavina i. Hořlavina vázaná v palivu ii. Prchavá hořlavina popelovina voda Základem pro volbu paliva pro spalovací zařízení jsou jeho vlastnosti a složení. Základní vlastnosti a složení tuhých paliv: spalné teplo H S (J/kg) a výhřevnost H U (J/kg) obsah vody W (%) obsah popeloviny A (%) obsah síry S (%) obsah prchavé hořlaviny Vdaf (%) charakteristické teploty popela ta,tb,tc ( C) sypné vlastnosti sypná hmotnost (t/m ) Spálené teplo HS vzniká dokonalým spálením hořlavé složky a kondenzací všech vodních par, Tím je větší o skupenské teplo, které se nebere v potaz u výhřevnosti. Výhřevnost je teplo, které vzniklo dokonalým spálením hořlaviny a uvolněná voda je ponechána v plynném stavu, tudíž je výhřevnost vždy menší než spálené teplo, právě o skupenské teplo vody. Hořlavinu tvoří uhlík C, vodík H, síra S, kyslík O a dusík N, který se nepodílí na spalovací reakci. Voda a popelovina tvoří nehořlavou část paliva, která negativně ovlivňuje spalování. Obsah vody je velmi různý, záleží na typu paliva a na způsobu jeho skladování. Prchavá hořlavina je součástí celkové hořlaviny. Tvoří ji plynné hořlavé látky. Tyto hořlaviny se uvolňují při zahřátí paliva nad určitou teplotu. Obecně zle za tuto teplotu považovat 00 C. Čím je palivo geologicky starší, tím méně prchavé hořlaviny obsahuje. ( 1 )

17 4. Dřevo jako palivo 4.1. Ekologie Při spalování suchého dřeva se uvolňuje stejné množství oxidu uhličitého jako rostlina vstřebala během svého růstu. Oxid uhličitý, který se při spalování dřeva dostane do atmosféry se v procesu fotosyntézy přemění opět na kyslík. Tudíž se dá říci, že spalování dřeva je zvlášť ekologické, neboť jeho uhlíková bilance je rovna nule. Obr.. Koloběh CO v přírodě Vliv vlhkosti dřeva na spalování Při pokácení stromu je ve dřevě zhruba 50 % vlhkosti váhy dřevní hmoty. Proto se musí před využitím vysušit. Při skladování v běžných podmínkách ukrytých před deštěm dřevo vyschne na 10-0 procent. Tato vlhkost se považuje za dostatečně nízkou ke spalování Obr.. Závislost výhřevnosti na obsahu vody ( 14 )

18 Z grafu je jasně patrné, že topit vlhkým dřevem je náročné jak na spotřebu dřeva, tak jistě i na celkovou finanční nákladnost, protože se nám uvolní jen velmi málo tepla. 4.. Spalování dřeva Spalování dřeva výstižně popsal Karel Muninger : Při zahřívání nejprve nastane odpařování vody, která je ve dřevě přítomná. Protože dřevo má poměrně špatnou tepelnou vodivost a voda má vysoké výparné teplo, dochází u větších kusů dřeva k tomuto procesu ještě dlouho potom, kdy dřevo již na povrchu hoří. Odpařování vody spotřebuje mnoho tepla a velmi efektivně dřevo chladí. Teprve po odpaření vody proto ve vysušené zóně vzroste teplota a začne docházet k uvolňování dalších prchavých látek (např. pryskyřice) a k tepelnému rozkladu (pyrolýza) jednotlivých látek ze kterých se dřevo skládá. Vzniká směs hořlavých plynů a na roštu zbývá dřevěné uhlí. Udává se, že uvolněná prchavá hořlavina (plyny) v sobě nese přes polovinu energie ve dřevě obsažené. Hořlavé plyny se vzduchem přiváděným pod rošt (primární vzduch) hoří ve formě dlouhého plamene (primární spalování). Při tom ale nedojde ke spálení všech spalitelných složek, protože k tomu zpravidla není dostatek kyslíku nebo dostatečně vysoká teplota. Pokud je pod rošt přiváděn nadbytek vzduchu, tak se plamen příliš ochladí a část hořlaviny se vyloučí ve formě sazí (uhlík). Když je kyslíku málo, tak zase nemůže dojít k úplnému spálení (oxidaci až na oxid uhličitý). V každém případě to znamená, že ztratíme část energie v palivu obsažené. Z tohoto důvodu je třeba zajistit aby spalovací komora v níž hoření probíhá měla dostatečně vysokou teplotu t.j. aby byla rozumně tepelně izolována a do plamene se v určité vzdálenosti nad roštem přimíchává takzvaný sekundární vzduch, který umožní dohoření zbylých, dosud nespálených, plynů. Tím se uvolní i zbylá energie v palivu obsažená a do komína pak odchází jen oxid uhličitý, vodní pára a dusík. Vzdušný dusík se spalování prakticky neúčastní; pokud je ovšem teplota plamene dostatečně vysoká dochází v určité míře k reakci dusíku a kyslíku za vzniku směsi oxidů dusíku; tato reakce je z hlediska energetického nevýznamná, nicméně velmi zásadní je z hlediska emisí (oxidy dusíku jsou považovány za škodlivé emise). Podstatu spalování můžeme shrnout do následujících bodů ohřev a sušení uvolnění plynných látek hoření prchavých složek hoření pevných složek Porovnání druhů paliv a jejich prchavé hořlaviny. Palivo výhřevnost [MJ/kg] prchavá [%] Koks 8,5 1,5 Černé uhlí 8 0 Hnědé uhlí Dřevo Sláma hořlavina ( 15 )

19 Tab. 1. Přehled výhřevností a prchavé hořlaviny Při zahřátí dřeva nad 00 C dochází k rozkladu a uvolnění hořlavých plynů. Tyto plyny hoří dlouhým plamenem. Do plamene se musí přivést dostatečné množství vzduchu a musí se dostatečně promísit, aby mohly všechny plynné složky vyhořet. K tomu je nutné dostatečné teplo ve spalovací komoře. Analytické složení dřevní hmoty se příliš nemění a průměrné složení hořlaviny je v tabulce. Složka hořlaviny v % Jehličnaté Druh dřeva Uhlík Vodík 6, 6, Dusík 0,6 0,6 Listnaté Kyslík 4, 4, Tab.. Složení hořlaviny ve dřevě Přehled výhod a nevýhod použití dřeva jako paliva 4 Výhody: Dřevo má jako zdroj energie obnovitelný charakter. Likvidace odpadů, zbytek po zpracování lze využít jako hnojiva. Je tuzemským zdrojem energie, který není vázán jen na určitou lokalitu, což znamená úsporu finančních prostředků a energie za dopravu. Pěstováním energetických plodin je možné využívat přebytečnou zemědělskou půdu. Půdy, které se nehodí nebo nejsou potřebné k potravinářské výrobě. Její využití pomáhá ke zlepšení životního prostředí Nevýhody: Větší obsah vody a tudíž nižší výhřevnost (dřevní hmoty). Větší objem paliva, vyšší nároky na skladovací prostory. Nutnost úpravy paliva (sušení, tvarování, atd.) vyžadují investice do nových zařízení. Poměrně složitá manipulace s palivem ve srovnání s plynem, elektřinou, LTO. Nutnost likvidace popela. ( 16 )

20 5. Návrh krbové vložky 5.1. Základní chemické rovnice dokonalého spalování Rovnice popisující dokonalé spalování uhlíku s α=1 na oxid uhličitý Výpočty provedeny dle 5 C + O CO 1molC + 1molO 1,01kgC + kgo 1,01kgC +,9m 1kgC + 1,865m n + Q = 1molCO n = 44,01kgCO = 1,854m n + Q Spalování vodíku na vodní páru H mol H 4,0 kg H 4,0 kg H 1kg H + O H O + Q + 1mol O + kg O +,9 m + 5,55 m n = mol H n = 11,11 m = 44,80 m + Q kj kg O + Q = 6,0 kg H O kj n n kj/kg; Dusík v palivu se spalování neúčastní, ale slučuje se při hoření s kyslíkem na oxidy dusíku NO x. 5.. Základní chemické rovnice skutečného spalování Ve skutečných kamnech probíhá spalování s přebytkem vzduchu, tudíž α>1. Je nutná větší pravděpodobnost setkání kyslíku s hořlavinou, jinak by došlo k nedokonalému spalování a tím i k produkci oxidu uhelnatého. Nedokonalé spalování popisuje následující rovnice: 1 C + O CO + Q 1 1mol C + mol O 1,01kg C + 16 kg O 1,01kg C + 11,195 m 1kg C + 0,9 m n = 1mol CO + Q = 8,01kg CO kj n = 1,87 m =,50 m n n kj/kg Při nedokonalém spalování část uhlíku shoří na CO, část na CO a část uhlíku neshoří vůbec. ( 17 )

21 5.. Zkušební palivo Palivo bylo ve formě polen. Každé přiložení bylo co nejblíže kg ze dvou kusů. Chemickým rozborem SZÚ bylo zjištěno toto prvkové složení Výhřevnost H U [kj/kg] Uhlík C [% hmot.] 45,01 Vodík H [% hmot.] 5,75 Síra S [% hmot.] 0 Dusík N [% hmot.] 0,09 Kyslík O [% hmot.] 9, Voda veškerá W [% hmot.] 8,1 Obsah popela A [% hmot.] 1,1 Uhlík ve zbytku spalov. b [% hmot.] 17, Výpočet minimálního množství vzduchu Minimální množství kyslíku pro spálení 1 kg paliva:,9 C H S O V Omin = m n /kg 100 1,01 4,0,0,9 45,01 5,75 9, V Omin = + - =0,884 m n /kg 100 1,01 4,0 ( 1 ) Minimální množství suchého vzduchu: S 100 V VZmin = V Omin m n /kg 1 S 100 V VZmin = 0,884=4,10 m n /kg 1 ( ) Součinitel vlhkosti: '' p f=1+f ( ) p -f p C '' kde uvažujeme: relativní vlhkost ϕ = 0,7 absolutní tlak vodní páry na mezi sytosti pro teplotu 0 C p =,4 kpa celkový absolutní tlak vlhkého vzduchu p c = 101, kpa ( 18 )

22 ,4 f=1+0,7 =1, ,-0,7,4 VZmin Minimální množství vlhkého vzduchu pro spálení 1 kg paliva S V VZmin =f V VZmin m n /kg V =1,0 4,10=4,78 m /kg n ( 4 ) 5.5. Výpočet minimálního množství spalin Při stechiometrickém spalování bude minimální množství vzduchu α=1 CO Objem oxidu uhličitého CO ve spalinách:,6 C S V CO = +0,000 V VZmin m n /kg 100 1,01,6 45,01 V = +0,000 4,10=0,86 m /kg 100 1,01 n ( 5 ) N Objem dusíku N ve spalinách:,4 N S V N = +0,7805 V VZmin m n /kg 100 8,016,4 0,09 V = +0,7805 4,45=,87 m /kg 100 8,016 n ( 6 ) Ar Objem argonu Ar ve spalinách: S V Ar =0,009 V VZmin m n /kg V =0,009 4,10=0,09 m /kg n ( 7 ) Minimální objem suchých spalin: S V SPmin =V CO +V N +V Ar m n /kg V =0,86+,87+0,09=4,161 m /kg S SPmin n ( 8 ) Minimální objem vodní páry vzniklé spálením 1 kg paliva: P 44,8 H,4 W V HěOmin = + m n /kg 100 4, ,016 P 44,8 5,75,4 8,1 V HěOmin = + =0,740 m n /kg 100 4, ,016 ( 9 ) ( 19 )

23 Minimální množství páry vzniklé z vlhkého vzduchu: ( ) = ( 1,016-1 ) 4,45=0,067 m /kg V = f-1 V m /kg V VZ S HOmin VZmin n VZ HOmin n ( 10 ) HO Minimální objem vodní páry VZ P V HO =V HOmin +V HO m n /kg V =0,067+0,740=0,807 m /kg n ( 11 ) SPmin Minimální množství vlhkých spalin: S P VZ V SPmin =V SPmin +V HOmin +V HOmin m n /kg V =4,161+0,740+0,067=4,97 m /kg n ( 1 ) 5.6. Maximální množství CO ve spalinách CO ( CO ) = 100 [%] ( ) V max S VSPmin ; 0,86 CO = 100=0,08 % max 4,161 ( 1 ) 5.7. Výpočet součinitele α Součinitel α vyjadřuje míru přebytku vzduchu při spalování. Vypočítává se z naměřených koncentrací spalin: S ( CO ) V α=1+ -1 CO max SPmin S VVZmin ( 14 ) ( 0 )

24 6. Popis krbové vložky 6.1. Základní informace Obchodní název krbové vložky je VENUS 1.1W s bezrámovým zasklením. Jedná se o malou krbovou vložku kompaktních rozměrů (910 mm x 450 mm x 467 mm). Váze pouhých 100 kg. V základním provedení je dno vyloženo šamotem a vermiculitem jsou vyloženy boky a zadní stěna. Topeniště uzavírají dvířka s keramickým sklem. Tato vložka nemá rošt, ani popelník. To zaručuje dobré čištění a navazuje dojem otevřeného ohně. Na přívodu primárního vzduchu je osazena elektronická regulace, která dle zadaného programu uzavírá primární vzduch. Použití: vytápění rodinných domů, chat, chalup Účinnost udávaná výrobcem: 9 % Jmenovitý výkon: -9 kw Spotřeba paliva: cca kg/hod Hmotnost: 100 kg Materiál: ocel Obr. 4. venus s bezrámovým zasklením. ( 1 )

25 7. Regulace výkonu krbové vložky Nejjednodušší cesta k nižšímu výkonu je snížit hmotnost dřeva, které do kamen přikládáme. Tento způsob je účinný, ale nedosáhneme tak delší dobu mezi jednotlivými přikládacími cykly. Menší přiložení také znamená menší množství žhavých uhlíku, potřebných k opětovnému zapálení při dalším přiložení. Další možností je omezení přívodu vzduchu během spalování. Vyšší teplota negativně ovlivňuje účinnost z důvodu větší komínové ztráty. Z toho vyplívá, že je nutné k dosažení maximální účinnosti a dlouhé doby mezi přiložením několikrát měnit nastavení přívodu vzduchu. Tato aktivita je velmi náročná na obsluhu, a proto je nejlepší volbou regulace výkonu krbové vložky elektronická regulace Elektronická regulace přívodu vzduchu QR8 Automatická regulační klapka má za cíl optimalizaci průběhu hoření a tím zajistit větší účinnost. Omezování vysokému nárůstu teploty po přiložení a tím zmenšení komínové ztráty. Dalším cílem bylo snížení výkonu krbové vložky a tím prodloužení dobu mezi přikládáním. Obr. 5. Hoření s klapkou dle výrobce 6 Regulace v době měření byla ve fázi vývoje a z výsledků měření se její konstruktér p. Jaroš jistě inspiroval k dalším úpravám softwaru a vylepšení. Dnes se tato klapka prodává pod obchodním názvem QR8, firma kamnakrby.cz. Klapka je řízena elektronikou, která na základě teploty spalin v kouřovodu, vyhodnotí v závislosti na svém nastavení množství přívodního vzduchu. Tím jde docílit snížení komínové ztráty. Konstruktér krbové vložky Venus 1.1W Jelínek navrhl pro řízení klapky následující režimy. Režim provozu Otevření klapky v [%] Zatápění 70 Přikládání 50 Začátek hoření 0 ( )

26 Topení 8 Tab.. Režimy nastavení klapky Inicializace: Před prvním zatopením se musí klapka inicializovat. Jde o režim, kdy se klapka nastaví na daný typ a velikost ohniště. V krbové vložce se zatopí odpovídajícím množstvím paliva. Po rozhoření paliva, se do ohniště přidá další palivo, aby se dosáhlo maximální teploty ve spalinách. Následně se nechá dřevo dohořet bez jakéhokoli zásahu. Program regulace po celou dobu inicializace kontroluje průběh teplot spalin a při poklesu teploty pod hodnotu přikládací (50 C) je režim učení ukončen. Program vyhodnotí změřené údaje a nastaví optimální regulační teplotu. Provoz: Obr. 6. Proces inicializace klapky 6 Pokud je teplota spalin pod teplotou přikládací (50 C) je klapka nastavena do zatápěcí polohy. Při přiložení a překročení 50 C teploty přejde klapka do regulačního režimu. Při poklesu teploty pod přikládací teplotu klapka vydává akustický signál upozorňující na nutnost přiložení a nastaví se do přikládací polohy. Pokud nedojde k přiložení a tím i nárůstu teploty, dojde k nastavení klapky na polohu, kterou měla před nastavením přikládací polohy a dohoření zbývajícího paliva. Hodnoty regulační polohy lze nastavit v relativním tvaru procentního rozdílu mezi přikládací a maximální teplotou. Při měření jsme vyzkoušeli režimy 50%, 0%, 5%. ( )

27 Obr. 7. Udávaná křivka teploty spalin 6 Obr. 8. Klapka s ovladačem 6 ( 4 )

28 8. Zkoušení krbové vložky Vše podle ČSN Měřící úsek Teploměr regulace Analyzátor spalin Teploměr Tahoměr Regulace vzduch Měřící úsek spalin se skládá ze speciální trubky kouřovodu, kde je jsou navařeny tři trubičky pro připojení měřících přístrojů, analyzátoru spalin, teploměru a tahoměru. Ve spodní části kouřovodu je připojen na jeho povrch termočlánek dodávající regulaci informace o teplotě spalin. Protože nebyl termočlánek přímo v kouřovodu docházelo ke zpožděním a změřená teplota byla nižší než skutečná teplota spalin, změřená sondou teploměru zasunutou do 1/ průměru kouřovodu. Tato nepřesnost však měření nijak významně neovlivnila. Analyzátor spalin byl zapojen s kouřovodem silikonovou hadičkou, která měla kondenzační smyčku ve speciální nádobě a za ní byl umístěn filtr pevných částic. Obr. 9. Měřící úsek spalin Na obrázku vlevo je vidět Analyzátor spalin infralyt 5000 s čistící trasou a kondenzační smyčkou v červené nádobě. Taktéž je vidět aktuální vyhodnocování informací z analyzátoru za pomocí výpočetní techniky. Dané údaje byla zároveň zapisovány ročně do připravených měřících formulářů. ( 5 )

29 Obr. 10. Měřící úsek spalin Na obrázku je vidět zapojení sond měřících přístrojů, samotná testovaná krbová vložka Venus 1.1W. Vedle krbové vložky je taktéž vidět elektronická regulace hoření, její teplotní čidlo bohužel vidět není, nachází se na prstenci nad vložkou sloužící k připojení kouřovodu. 8.. Výpočet účinnosti krbové vložky Zkoušení, výpočty účinnosti, tepelného výkonu a stanovení koncentrace oxidu uhelnatého se provádí dle ČSN EN 1 9. Tato norma vychází z nepřímé metody měření účinností, sčítáním ztrát. Norma udává tři typy ztrát Poměrná ztráta citelným teplem spalin q a Poměrná ztráta plynným nedopalem q b Poměrná ztráta mechanickým nedopalem q b Účinnost je dána vztahem: η = 100 q + q + q % (15) ( ) [ ] a b r ( 6 )

30 8..1. Třídy účinnosti Spotřebič lze podle zjištěné účinnosti zařadit do tříd. Třída účinnosti spotřebiče Spotřebiče s uzavřenými dvířky Mezní hodnoty třídy účinnosti % Třída 1 70 Třída 60 < 70 Třída 50 < 60 Třída 4 0 < 50 Tab. 4. Třídy účinností 8... Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin Při srovnávacích podmínkách se vypočte dle vztahu: t sp + tsp tsp tsp 0,61 + 0,008 0,04 + 0, ,19 0, c pmd=,6 CO t + t sp sp CO 0,0 0, ( 16 ) 8... Střední měrná tepelná kapacita vodní páry Vypočítá se dle vztahu:,6 0,414 0,08 0,04 [ kj/m ] tsp tsp c + pmh O = + ( 17 ) Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu Cr Určíme ho z hmotnostního podílu uhlíku ve zbytcích spalování podle vztahu: Ci C r = R [%] ( 18 ) Poměrná ztráta citelným teplem spalin ( 7 )

31 Q a ( c pmd ( C C R )) ( CO + CO ) ( 9 H W ) c pmh O 1,9 + = ( t sp t ok ) + [ kj/kg ] ( 19 ) 0, q a Poměrná ztráta citelným teplem spalin (vtaženo k výhřevnosti zkušebního paliva): Qa = 100 [%] ( 0 ) H U Poměrná ztráta plynným nedopalem Q b 1644 CO ( C Cr ) [ ( ) ] [ kj/kg] 0,56 CO + CO 100 = ( 1 ) q b Poměrná ztráta plynným nedopalem (vtaženo k výhřevnosti zkušebního paliva): Q b = 100 [%] ( ) H U Poměrná ztráta mechanickým nedopalem Q r 5 R Ci = [ kj/kg] ( ) 100 q r Poměrná ztráta mechanickým nedopalem (vztaženo k výhřevnosti zkušebního paliva): Q r = 100 [%] ( 4 ) H U Tepelný příkon krbové vložky Určuje se z hmotnostního toku paliva a z jeho výhřevnosti dle vztahu: P P = m H U 600 [ kw] ( 5 ) ( 8 )

32 8..1. Tepelný výkon krbové vložky Určuje se z tepelného příkonu a tepelných ztrát dle vztahu: 100 ( q a + q b + q r ) PKV = PP [ kw] ( 6 ) Výpočet koncentrace CO ve spalinách Průměrná hodnota oxidu uhelnatého (CO stř ) se vypočítá jako průměrná hodnota všech údajů CO získaných z odečtů na přístrojích v průběhu doby zkoušení. Pro přepočet střední objemové koncentrace oxidu uhelnatého s ohledem na běžný obsah kyslíku ve spalinách lze využít těchto vztahů: CO př 1 O s tan d = COstř [%] ( 7 ) 1 O stř CO max 1 O s tan d CO př = COstř CO stř 1 [%] ( 8 ) kde je dle normy O stand = 1 % Třídy emisí oxidu uhelnatého Tabulka 4 udává průměrné koncentrace oxidu uhelnatého, přepočtená na 1% obsahu kyslíku (O ), ve spalinách, jimž odpovídá třída spotřebiče 1 nebo. Třída CO spotřebiče Spotřebiče s uzavřenými dvířky Mezní hodnoty tříd emisí CO (při 1 % O ) % Třída 1 0, Třída > 0, 1,0 Tab. 5. Třídy emisí CO ( 9 )

33 9. Experimentální měření 9.1. Měření bez klapky Měření proběhlo s plně otevřenou klapkou, a tudíž i plně otevřeným primárním vzduchem. Toto měření budu dále považovat za referenční a všechny další nastavení budu porovnávat s měřením bez klapky Statický tah Hmotnostní tok paliva Množství paliva Interval mezi měřením Rozložení paliva Doba zkoušky 10 Pa,08 kg/h,05 kg 0 s rovnoměrně po ploše 60 minut Podrobné hodnoty v příloze T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 47,06 0,4 5, 1,6 Tab. 6. Průměrné hodnoty měření bez klapky Naměřené a vypočtené hodnoty dle kapitoly 10 účinnost η 65,71 [%] celkový tepelný výkon P 6,0 [kw] poměrné ztráty citelným teplem spalin qa 9,09 [%] poměrné ztráty plynným nedopalem qb 4,8 [%] poměrné ztráty mechanickým nedopalem qr 0,7 [%] CO při 1 O CO př 0,4 [%] ( 0 )

34 Průběh teplot spalin Teplota spalin bez regulace :00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 Z grafu je patrný rychlý nárůst teploty a její pozvolný pokles vlivem tepelné setrvačnosti plechu kamen a části komínu. Průběh CO, CO, O CO O CO 0, , , , :00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 Po přiložení nedošlo ihned k zahoření paliva. K zahoření došlo až cca v 5 minutě, pak se již koncentrace CO, CO snižovala a naopak koncentrace O zvyšovala. Dále je z grafu patrný zrcadlový průběh CO vůči O. Kolem 4 minutu došlo k rozpadnutí polena a vzplanutí prchavé hořlaviny ( 1 )

35 Průběh účinnosti účinnost 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 0,0 0,0 10,0 0,0 0:00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 Tento graf vznikl použitím normy ČSN 19. Ta však používá průměrné hodnoty za celé měření. Místo těchto hodnot jsem však dosadil hodnoty aktuální. V tomto grafu se nezohledňuje proměnlivý hmotnostní tok paliva. Proto je jen orientační. Účinnost klesá skoro pozvolna až do 5 minuty, kdy došlo k vyhoření prchavé složky hořlaviny. ( )

36 9.. Měření s nastavením 50% Na toto nastavení klapky proběhly celkem čtyři měření. První dvě měření byly znehodnoceny nedodáním dat o poloze klapky. Tyto data nešlo zapisovat ručně, protože byla klapka instalována na těžko viditelném místě. Čtvrté měření mělo stejné výsledky, pro stručnost práce a přehlednost tudíž uvádím měření třetí. Palivo se podařilo navážit takřka přesně na hodinový hmotnostní tok. Statický tah Hmotnostní tok paliva Množství paliva Interval mezi měřením Rozložení paliva Doba zkoušky 10 Pa,08 kg/h,07 kg 0 s rovnoměrně po ploše 60 minut Podrobné hodnoty v příloze T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj.,5 05,57 0,65 8, 9, Tab. 7. Průměrné hodnoty měření s nastavením 50% Naměřené a vypočtené hodnoty dle kapitoly 10 účinnost η 78,75 [%] celkový tepelný výkon P 7,55 [kw] poměrné ztráty citelným teplem spalin qa 15,77 [%] poměrné ztráty plynným nedopalem qb 4,61 [%] poměrné ztráty mechanickým nedopalem qr 0,88 [%] CO při 1 O CO př 0,4 [%] ( )

37 Průběh teplot spalin Teplota spalin Teplota spalin bez regulace :00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 60 klapka Při přiložení byly teploty spalin stejné jako při přiložení bez klapky. Již od první minuty měření je patrná funkce klapky. Pomalejší rozhoření je důsledek nastavení primárního vzduchu na 50%. Po dosažení reguleční teploty regulace ve dvou krocích snížila primární vzduch na pouhých 8%. Avšak i při tomto nastavení nedošlo ke shasnutí plamene. Nižsí teplota spalin v konečném důsledku snamenala nižší komínovou ztrátu. Průběh CO, CO, O CO O CO 0, , , , :00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 ( 4 )

38 60 klapka Při obou krocích přivírání primárního vzduchu došlo k prudkému nárůstu CO, vlivem nedokonalého spalování. Oproti měření bez klapky je jasně patrný pomalejší nárůst koncentrace O, palivo zřejmě skutečně hořelo delší dobu a tím se jistě prodloužila doba mezi přiložením. Průběh účinnosti účinnost účinnost bez klapky 90,0 80,0 70,0 60,0 [ C] 50,0 40,0 0,0 0,0 10,0 0,0 0:00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 Poloha klapky [%] klapka Tento graf vznikl použitím normy ČSN 19. Ta však používá průměrné hodnoty za celé měření. Místo těchto hodnot jsem však dosadil hodnoty aktuální. V tomto grafu se nezohledňuje proměnlivý hmotnostní tok paliva. Proto je jen orientační. Po rozhoření paliva byla účinnost, nebo hmotností tok paliva téměř konstantní po celou dobu měření. Bohužel jsme neměřili celou dobu mezi dvěma přiloženími a tak se nedozvíme kdy by bylo potřeba opětovně přiložit. Z tendence této křivky by to však bylo jistě později než při prvním měření bez regulace. ( 5 )

39 9.. Měření s nastavením 0% Při tomto měření bylo dálkovým ovládáním nastavena na hodnotu 0% mezi přikládací a maximální teplotou. Statický tah Hmotnostní tok paliva Množství paliva Interval mezi měřením Rozložení paliva Doba zkoušky 10 Pa,08 kg/h,1 kg 0 s rovnoměrně po ploše 60 minut Podrobné hodnoty v příloze T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj.,5 11,0 0,56 9,0 8,08 Tab. 8. Průměrné hodnoty měření s nastavením 0% Naměřené a vypočtené hodnoty dle kapitoly 10 účinnost η 80,19 [%] celkový tepelný výkon P 7,69 [kw] poměrné ztráty citelným teplem spalin qa 15, [%] poměrné ztráty plynným nedopalem qb,7 [%] poměrné ztráty mechanickým nedopalemqr 0,87 [%] CO při 1 O CO př 0,4 [%] ( 6 )

40 Průběh teplot spalin Teplota spalin Teplota spalin bez regulace :00 0:10 0:0 0:0 Poloha klapky [%] 0:40 0:50 1:00 [ C] klapka Regulace zavřela klapku na nižší teplotě než při nastavení 50%. Rychlost nárůstu teploty byla překvapivě stejná jako při nepoužití regulace. Následně teplota krátce poklesla a poté se palivo opět rozhořelo, následovalo další snížení množství vzduchu a další pokles teploty. Dále teplota pozvolně klesala, až do padesáté minuty kdy již kopírovala křivku chladnutí pravděpodobně vyhaslých kamen. Tyto křivky se při tomto nastavení skoro překryly. ( 7 )

41 Průběh CO, CO, O CO O CO 0, ,5 [%obj.] , ,5 0 0 Poloha klapky [%] 0:00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1: klapka Křivka CO opět roste při každé změně polohy klapky. Po krátkém nárůstu se ale opět vrací na původní hodnoty a dále klesá. Křivka koncentrace O je opět zrcadlová křivce koncentrace CO. Průběh účinnosti účinnost účinnost bez klapky 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 0,0 0,0 10,0 0,0 0:00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 ( 8 )

42 60 klapka Tento graf vznikl použitím normy ČSN 19. Ta však používá průměrné hodnoty za celé měření. Místo těchto hodnot jsem však dosadil hodnoty aktuální. V tomto grafu se nezohledňuje proměnlivý hmotnostní tok paliva. Proto je jen orientační. Po rozhoření paliva je průběh účinnosti nebo hmotnostního toku paliva o 0 minut déle konstantní než při nastavení 50% a oproti měření bez regulace je křivka o 0-40 % více ke konci měření 9.4. Měření s nastavením ručního ovládání Při tomto měření byla poloha klapky nastavována nepřetržitě během měření pomocí dálkového ovládání. Vizuálním pozorováním a porovnáváním s prvními měřeními jsme se snažili o dosažení vyšší účinnosti a plynulostí regulování primárního vzduchu k omezení krátkodobému nárůstu koncentrace CO ve spalinách. Statický tah Hmotnostní tok paliva Množství paliva Interval mezi měřením Rozložení paliva Doba zkoušky 10 Pa,08 kg/h,06 kg 0 s rovnoměrně po ploše 60 minut Podrobné hodnoty v příloze ( 9 )

43 T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj.,5 195,1 0,7 8,5 9,1 Tab. 9. Průměrné hodnoty měření s nastavením ručního ovládání Naměřené a vypočtené hodnoty dle kapitoly 10 účinnost η 79,77 [%] celkový tepelný výkon P 7,65 [kw] poměrné ztráty citelným teplem spalin qa 14,41 [%] poměrné ztráty plynným nedopalem qb 4,9 [%] poměrné ztráty mechanickým nedopalem qr 0,89 [%] CO při 1 O CO př 0,4 [%] Průběh teplot spalin Teplota spalin Teplota spalin bez regulace :00 0:10 0:0 0:0 Poloha klapky [%] 0:40 0:50 1:00 [ C] klapka Měření jsme začali z nižší teploty než první, z toho vyplívá pomalejší nárůst teploty spalin. Bylo by jistě zajímavé po 40 minutách otevřít primární vzduch a zjistit jestli by teplota začala opět růst, nebo již byla prchavá hořlavina zcela shořená. Při měření nás tato myšlenka bohužel nenapadla. ( 40 )

44 Průběh CO, CO, O CO O CO 0, ,5 [%obj.] , ,5 0 0 Poloha klapky [%] 0:00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1: klapka Palivo jsme nechali rozhořet a poté jsme plynule zavírali přívod vzduchu dálkovým ovládáním automatické regulace vzduchu. Podařilo se nám snížit skokové nárůsty CO. Průběh účinnosti účinnost účinnost bez klapky 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 0,0 0,0 10,0 0,0 0:00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 ( 41 )

45 Poloha klapky [%] klapka Tento graf vznikl použitím normy ČSN 19. Ta však používá průměrné hodnoty za celé měření. Místo těchto hodnot jsem však dosadil hodnoty aktuální. V tomto grafu se nezohledňuje proměnlivý hmotnostní tok paliva. Proto je jen orientační. ( 4 )

46 9.5. Měření bez oznámení přiložení Klapka potřebuje vědět o každém přiložení, aby mohla otevřít primární vzduch k rozhoření paliva. K tomu slouží dveřní kontakt. Krbové vložky, které nejsou vybaveny tímto kontaktem, mají kontakt ruční. Obsluha krbu musí při každém přiložení zmáčknout spínač. Pokud se tak nestane, měla by klapka přiložení poznat automaticky. V následujícím měření jsme se rozhodli toto ověřit. Klapka byla nastavena na nastavení 5% Statický tah Hmotnostní tok paliva Množství paliva Interval mezi měřením Rozložení paliva Doba zkoušky 10 Pa,08 kg/h,5 kg 0 s rovnoměrně po ploše 60 minut Podrobné hodnoty v příloze T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 194,5 0,48 8,07 9,70 Tab. 10. Průměrné hodnoty měření bez oznámení přiložení Naměřené a vypočtené hodnoty dle kapitoly 10 účinnost η 80,14 [%] celkový tepelný výkon P 7,69 [kw] poměrné ztráty citelným teplem spalin qa 15,41 [%] poměrné ztráty plynným nedopalem qb,55 [%] poměrné ztráty mechanickým nedopalem qr 0,90 [%] CO při 1 O CO př 0,1 [%] ( 4 )

47 Průběh teplot spalin Teplota spalin Teplota spalin bez regulace [ C] :00 0:10 Poloha klapky [%] 0:0 0:0 0:40 0:50 1: klapka Delší doba zavřené klapky po nárůstu teploty je způsobena umístěním spínače na stěnu kamen. Jakmile regulace zaznamenala nárůst teploty ihned klapku otevřela do zatápěcí polohy. Další průběh je obdobný jako u předchozích nastavení. Průběh CO, CO, O CO O CO 0, , :00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 [%obj.] 1,5 1 0,5 0 ( 44 )

48 Poloha klapky [%] klapka Průběh účinnosti účinnost účinnost bez klapky 90,0 80,0 70,0 60,0 [ C] 50,0 40,0 0,0 0,0 10,0 0,0 0:00 0:10 0:0 0:0 0:40 0:50 1:00 Poloha klapky [%] klapka Tento graf vznikl použitím normy ČSN 19. Ta však používá průměrné hodnoty za celé měření. Místo těchto hodnot jsem však dosadil hodnoty aktuální. V tomto grafu se nezohledňuje proměnlivý hmotnostní tok paliva. Proto je jen orientační. Na účinnost nemělo pozdější otevření klapky jen velmi malý vliv. ( 45 )

49 9.6. Výpočet účinnosti krbové vložky Dosaženo pro měření s nastavením klapky 50% T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj.,5 05,57 0,65 8, 9, Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin : Vypočteme dle vztahu (16): c pmd t sp + tsp tsp tsp 0,61 + 0,008 0,04 + 0, ,19 0, =,6 [kj/km ] CO t sp + 0,0 tsp CO 0, ,6 05,6 05,6 05,6 0,61 + 0, ,04 + 0, ,19 0, cpmd =,6 9, 05,6 05,6 8, + 0,0 0, C pmd = 1,5 kj / Km Střední měrná tepelná kapacita vodní páry: Je dána vztahem (17): c pmh,6 0,414 0,08 0, tsp tsp + O = + [ kj/m ] 05,6 05,6 cpmho =, 6 0, , , 04 kj/m c pmho = 1,5 kj / m ( 46 )

50 m pv Celková hmotnost spáleného paliva 18,6 kg m zi ṁ pv s R c pmd Hmotnost tuhých zbytků spalování propadlých roštem Hmotnostní tok paliva spáleného při jednotlivých zkouškách Hmotnostní podíl tuhých zbytků ve vztahu k hmotnosti zkušebního paliva Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin 0,459 kg,08 kg/h,46 % 1,5 kj/km c pmho Střední měrná tepelná kapacita vodní páry 1,5 kj/km C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu 0,44 % t ok Průměrná teplota okolí,5 C Tab. 11. Vstupní hodnoty výpočtu Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu : Vypočteme dle vztahu (18): Ci Cr = R [%] ,7 C r =, 46 = 0, 44 % Poměrná ztráta citelným teplem spalin q a : Vypočítá se dle vztahu (19) a (0): ( ( )) ( ) ( ) c p m d C -C R c p m H O 1,9 9 H + W Q a = ( t sp -t o k ) + k J/k g 0,5 6 C O + C O ( ( )) ( + ) ( ) 1,5 45, 01 0, 44 1,5 1,9 9 5, ,1 Qa = ( 60,6,5 ) + 0,56 0, 65 9, 100 Q a= 917 kj/kg [ ] ( 47 )

51 q a Q = 100 H a U [%] q a 917 = 100 = 15, 77% Poměrná ztráta plynným nedopalem q b Získáme dle vztahů (1),(): Q b = 1644 CO ( C C r ) [ ( ) ] [ kj/kg] 0,56 CO + CO 100 ( ) ( ) ,65 45,01 0,44 Q b = = 764,5 kj/kg 0,56 8, + 0, Q b q b = 100 [%] H U 764,5 qb = 100 = 4,61 % Poměrná ztráta mechanickým nedopalem q r : Vypočítáme dle vztahů (), (4): Q r 5 R C = 100 i [ kj/kg] 5,46 17,7 Q r = = 146,4 kj/kg 100 Q r q r = 100 [%] H U 146,4 qr = 100 = 0,88 % Účinnost krbové vložky : Vypočteme dle vztahu (15): ( 48 )

52 ( q q q ) [ ] η = % a b r η = 100 ( 15,77 + 4,61+ 0,88 ) = 78,75 % Tepelný příkon krbové vložky: Dostaneme výpočtem vztahu (5): P m H U P = 600 [ kw], P p = = 9,59 kw Tepelný výkon krbové vložky : Vypočteme dle vztahu (6): P KV = P P 100 ( q + q + q ) a 100 b r [ kw] ( ) , , 61+ 0,88 PKV = 9, 59 = 7,55 kw Koncentrace CO ve spalinách Vypočítá se podle vztahu (8) nebo (9): CO př 1 O = COstř 1 O s tan d stř [%] CO př 1 1 = 0,65 = 0,44 % 1 8, CO př = CO stř CO CO max stř 1 O 1 s tan d [%] 14, CO př = 0,65 = 0,4 % 8, 1 ( 49 )

53 Součinitel přebytku vzduchu α ve spalinách Dosadíme do vztahu (14): Průměrný součinitel přebytku vzduchu se určí z průměrných hodnot CO α = + ( CO ) max 1 1 CO V V S SP min S VZ min ( ) 14, 4 4,16 α = 1+ 1 = 1, 64 8, 4,1 ( 50 )

54 10. Závěr Celková srovnávací tabulka vypočtená na základě kapitoly 10 Bez regulace Nastaven í 50% Nastaven í 0% S ručním nastavení Bez m dveřního kontaktu Jednotky účinnost η 65,71 78,75 80,19 79,77 80,14 [%] celkový tepelný výkon P 6,0 7,55 7,69 7,65 7,69 [kw] poměrné ztráty citelným teplem spalin qa 9,09 15,77 15, 14,41 15,41 [%] poměrné ztráty plynným nedopalem qb 4,8 4,61,7 4,9,55 [%] poměrné ztráty mechanickým nedopalem qr 0,7 0,88 0,87 0,89 0,90 [%] CO při 1 O CO př 0,4 0,4 0,4 0,4 0,1 [%] Tab. 1. Srovnání výsledků měření Z této tabulky vyplívá, že při měření bez regulační klapky byla nejnižší účinnost a nižší výkon v důsledku větších ztrát, zejména ztrátou citelným teplem spalin. Dále je patrné, že při malém přiložení nezáleží na regulační teplotě. Všechny nastavení měli relativně stejnou účinnost. Malé rozdíly účinností jsou spíše chybou měření a nepřímou metodou výpočtu účinnosti. Jinak lze říci, že účinnost roste s časem kdy je klapka v režimu velmi malého otevření vzduchu. Nejlepší výsledky mělo měření bez dveřního kontaktu. Regulační klapka byla zavřena i pár minut od přiložení a nedošlo tak k rychlému rozhoření a tím i nárůstu teploty spalin. Regulace sepínala pouze na tři hodnoty průřezu primárního vzduchu, 50%, 0% a 8%. A to tím způsobe,, že se po rozhoření klapka uzavře a dále už teplotu neudržuje a ta přirozeně klesá. Tento stav dobře napomáhá dlouhé životnosti baterii. Pokud by ale byla regulace napojena na stálý přívod proudu, tak by bylo vhodné ji nastavit menší krok zavírání. Při experimentálním měření jsme používali jen velmi malé množství dřeva odpovídajícímu hodinové spotřebě krbové vložky. V praxi by uživatel zatopil jistě poleny o hmotnosti kolem 5-10 kilogramů, nebo i více. Při přiložení většího množství by bez regulace došlo k ještě většímu nárůstu teploty, až na 50 C a tím i komínové ztráty a tak by výhoda regulace ještě více vynikla, protože u regulace je tento efekt potlačen. Nízká hodnota účinnosti bez regulace je zapříčiněna naplno otevřeným primárním vzduchem. Na státním zkušebním ústavu dosáhla tato krbová vložka účinnosti 9%. Bylo to jistě díky ( 51 )

55 dokonalému nastavení primárního vzduchu a opakovaným zkoušením. Je jasné, že opakovaným měřením a zkoušením různých nastavení lze dosáhnout stejné účinnosti, nebo ještě lepší. Běžný uživatel se bude spíše pohybovat s účinností kolem 70%. Při větších přiloženích se díky automatické regulaci jistě omezí i výkon kamen a tím i doba mezi přiloženími. To je výhodné zejména ve dnech kdy je venkovní teplota kolem 0-10 C a není potřeba plný výkon kamen. Při použití regulace kamna vždy dosáhly první třídy účinnosti Pokud by měla krbová vložka výměník, bylo by vhodné k regulaci přidat možnost ovládání dalších zařízení, jako oběhových čerpadel, atd. Jistě by též bylo vhodné přidat nástěnný dotykový LCD panel o malých rozměrech, přes který by šlo upravovat nastavení s větší přehledností. ( 5 )

56 11. Přehled výrobců automatických regulací QR8 O této regulaci je celá kapitola 7. Aktuálně se prodává za cenu Kč 11.. Timpex s.r.o. Jedná se o českou firmu sídlící v Hanušovicích. Firma získala ocenění za nejpřínosnější exponát na veletrhu Moderní Vytápění 009 v Praze Letňanech Timpex má v nabídce několik typů regulací. Reg 50/60 Reg 00/10 Reg 00 Reg 100 Reg 050 Rozdílné vlastnosti jednotlivých typů regulací jsou v početu zařízení které dokážou ovládat, podobou ovládacího displeje, množstvím vstupních čidel a množstvím servopohonů. Obr. 11. Porovnání regulovaného a neregulovaného hoření 7 Pro názornost nejvyšší řada regulací Reg 50/60 dokáže ovládat následující spotřebiče oběhové čerpadlo u teplovodních staveb teplovzdušné ventilátory spalinové ventilátory směšovací systémy digestoř spalinové klapky akumulační nádrže pohonné systémy např. peletek další externí komponenty ( 5 )

57 Obr. 1. Regulace 50/60 s dotykovým displejem Výrobce uvádí návratnost investice do jejích výrobku mezi - roky. Vyzdvihuje další vlastnosti automatické regulace zlepšení tepelné pohody, zvýšení bezpečnosti provozu, prodloužení životnosti tepelné soustavy apod. Tato regulace má přednastaveno 0 typů ohnišť, do paměti se dá uložit dalších 70. Tím je vyřešen proces inicializace, kdy se regulace přizpůsobuje dané krbové vložce. Mezi zajímavost jistě patří, že si uživatel toto nastavení nemůže sám změnit. Toto nastavení je chráněno heslem, které má pouze instalační technik. Uživatel nemá možnost volit ani mezi žádnými režimy regulace. Vše probíhá automaticky MSK glass Tuto regulaci prodává firma Kratki.eu. Podle jejich informací dokáže uspořit až 0% procent paliva. Je vybavena čidlem teploty v kouřovodu. Tato regulace má následující funkce Řízení až dvou oběhových čerpadel. Jeden výměník muže být uvnitř, druhý může být na zadní stěně. Spojení funkce řízení klapky a oběhového čerpadla je podle mého názoru velmi praktická, protože dokáže regulovat teplotu v místnosti pomocí termostatu. Řízení klapky primárního vzduchu podle automatického, nebo ručního režimu Nouzové uzavření klapky v případě ztráty napětí v objektu a tím i zastavení čerpadel. Díky uzavření klapky oheň vyhasne. A nehrozí nebezpečí přehřátí Při nastavení minimální pokojové teploty sepne čerpadla a chrání topnou soustavu před zamrznutím. ( 54 )

58 Obr. 1. Regulace MSK Regulační klapka se prodává s dvěma typy ovládacích panelu. S plastovým, jaký je na obrázku, nebo se skleněným panelem. Regulaci je možné osadit na několik průměrů 100mm, 15mm, 150mm. V plastovém provedení se nyní klapka prodává za 140 EUR ve všech průměrech a se skleněným panelem za 190 EUR. Podle české konkurence jde o regulaci velmi levnou, a jistě svými funkcemi nebude zaostávat za českými výrobci. Bylo by zajímavé tuhle regulaci testovat podrobněji ( 55 )

59 1. Seznam použitých zdrojů: I ŠTELCL, O. Návrh krbové vložky. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce Ing. Marek Baláš. II III Škaroupka, P. pro vytápění. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. Seznam citací: 1 BALÁŠ, M. Čištění energoplynu kovovými katalyzátory. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí disertační práce doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc , Karel Murtinger, 4 JAKEŠ, P. Roštový kotel na spalování dřeva. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. 5 Dlouhý, T.:Výpočty kotlů a spalinových výměníků ( 56 )

60 1. Seznam použitých značek a symbolů A Hmotnostní podíl popela v palivu [%] α Průměrný součinitel přebytku vzduchu [ - ] C Hmotnostní podíl uhlíku v palivu [%] Ci Hmotnostní podíl uhlíku v příslušném zbytku spalování [%] CO Objemová koncentrace oxidu uhelnatého ve spalinách [%] CO Objemová koncentrace oxidu uhličitého ve spalinách [%] CO př Přepočítaná objemová koncentrace oxidu uhelnatého ve spalinách [%] při 1% O Cr Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu [%] C pmd Střední měrná kapacita suchých spalin při srovnávacích [kj/(k.m )] podmínkách v závislosti na teplotě a složení spalin C pmh O střední měrná kapacita vodní páry [kj/(k.m )] f Součinitel vlhkosti [ - ] H Hmotnostní podíl vodíku v palivu [%] H S Spalné teplo [kj/kg] H U Výhřevnost paliva [kj/kg] Msp Mnoţství spáleného paliva [kg/s] ṁ pvs Hmotnostní tok paliva spáleného při jednotlivých zkouškách kg/h m zi Hmotnost tuhých zbytků spalování propadlých roštem kg m pv Celková hmotnost spáleného paliva kg N Hmotnostní podíl dusíku v palivu [%] η Účinnost [%] O Hmotnostní podíl kyslíku v palivu [%] ( 57 )

61 O Objemová koncentrace kyslíku ve spalinách [%] Pkv Tepelný výkon [kw] Pp Tepelný příkon [kw] Qa Ztráty citelným teplem spalin ve vztahu k hmotnosti zkušebního [kj/kg] paliva qa poměrné ztráty citelným teplem spalin [%] Qb Ztráty plynným nedopalem ve vztahu k hmotnosti zkušebního [kj/kg] paliva qb poměrné ztráty plynným nedopalem [%] Qr Ztráty mechanickým nedopalem ve vztahu k hmotnosti [kj/kg] qr poměrné ztráty mechanickým nedopalem [%] R Hmotnostní podíl pevných zbytků spalování propadlých roštem ve [%] vztahu k hmotnosti spáleného zkušebního paliva S Hmotnostní podíl síry v palivu [%] tsp Teplota spalin [ C] t ok Teplota okolí [ C] V SPmin Minimální množství vlhkých spalin [m n /kg] V HO Minimální objem vodní páry m n /kg V Minimální množství páry vzniklé z vlhkého vzduchu VZ HOmin V Minimální objem vodní páry vzniklé spálením 1 kg paliva P HěOmin S V SPmin Minimální objem suchých spalin V Ar Objem argonu Ar ve spalinách V N Objem dusíku N ve spalinách V CO Objem oxidu uhličitého CO ve spalin V VZmin Minimální množství vlhkého vzduchu pro spálení S V VZmin Minimální množství suchého vzduchu m n /kg m n /kg m n /kg m n /kg m n /kg m n /kg m n /kg m n /kg ( 58 )

62 V Omin Minimální množství kyslíku pro spálení m n /kg W Hmotnostní podíl vody v palivu [%] 14. Seznam příloh Hodnoty měření bez klapky Hodnoty měření s nastavením 50% Hodnoty měření s nastavením 0% Hodnoty měření s nastavením ručního ovládání Hodnoty měření bez oznámení přiložení ( 59 )