Anotace Tato diplomová práce si bere za cíl experimentálně změřit krbovou vloţku Golem 1.1 pro vytápění v zapojení bez deflektoru a s deflektorem na zkušebně firmy Steko s.r.o. V návaznosti na toto měření jsou zde znázorněny emise CO, CO, obsah kyslíku ve spalinách, teplota ve spalinovodu a vypočítána účinnost pro různé reţimy primárního vzduchu nasávaného do vloţky a pro různý počet kusů paliva. Annotation The aim of this diploma thesis is to experimentally measure the Golem 1.1 fireplace insert for heating with and without a deflector in the Steko s.r.o. company s test room. Following this measurement, the emissions of CO, CO, oxygen content in the flue gases and the temperature in the flue duct are listed here and the efficiency is calculated for different modes of primary air sucked in the insert and for different numbers of fuel pieces. Klíčová slova Krbová vloţka, spalování, dřevo, výhřevnost, účinnost, emise, spaliny. Key words Fireplace inlay, combustion, wood, heating value, efficiency, emissions, flue gases. - 1 -
Bibliografická citace vlastní práce: Škaroupka, P. Krbová vložka pro vytápění. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, 008. 68 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. - -
MÍSTOPŘÍSEŽNÉ PROHLÁŠENÍ: Místopříseţně prohlašuji, ţe jsem byl seznámen s předpisy pro vypracování diplomové práce, a ţe jsem celou diplomovou práci, včetně příloh, vypracoval samostatně s pouţitím uvedené literatury. V Brně dne 0.5.008 Škaroupka Pavel - -
PODĚKOVÁNÍ: Děkuji panu Doc. Ing. Janu Fiedlerovi, Dr. za odborné vedení při tvorbě diplomové práce. Můj velký dík také patří mým rodičům, kteří mi byli psychickou i finanční podporou po celou dobu mého studia. - 4 -
Obsah: 1. ÚVOD... 9. POPIS KRBOVÉ VLOŽKY... 10.1 Základní pojmy... 11. Rozdělení krbových vloţek... 11. TUHÁ PALIVA... 11.1 Základní vlastnosti a sloţení tuhých paliv... 11. Dřevo jako palivo... 1 4. SPALOVÁNÍ DŘEVA... 1 4.1 Podstata spalování... 1 4. Základní chemické rovnice... 1 4. Nedokonalé spalování... 1 5. ZKUŠEBNÍ PALIVO... 14 6. VÝPOČET MINIMÁLNÍHO MNOŽSTVÍ VZDUCHU... 15 6.1 Minimální mnoţství kyslíku pro spálení 1 kg paliva... 15 6. Minimální mnoţství suchého vzduchu... 15 6. Součinitel vlhkosti... 15 6.4 Minimální mnoţství vlhkého vzduchu pro spálení 1 kg paliva... 15 7. VÝPOČET MINIMÁLNÍHO MNOŽSTVÍ SPALIN... 15 7.1 Objem oxidu uhličitého CO ve spalinách... 16 7. Objem dusíku N ve spalinách... 16 7. Objem argonu Ar ve spalinách... 16 7.4 Minimální objem suchých spalin... 16 7.5 Minimální objem vodní páry vzniklé spálením 1 kg paliva... 16 7.6 Minimální mnoţství páry vzniklé z vlhkého vzduchu... 16 7.7 Minimální objem vodní páry... 16 7.8 Minimální mnoţství vlhkých spalin... 17 8. MAXIMÁLNÍ MNOŽSTVÍ CO VE SPALINÁCH... 17 9. VÝPOČET SOUČINITELE... 17 10. KRBOVÁ VLOŽKA GOLEM 1.1... 18 11. ZPŮSOB ZKOUŠENÍ KRBOVÝCH VLOŽEK... 19 11.1 Uvedení spotřebiče do provozu... 19 11. Doba zkoušení... 19 11. Měřící úsek... 19 11.4 Schéma měření... 0 1. MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE... 0 1.1 Analyzátor spalin INFRALYT 5000... 0 1. Digitální teploměr M05... 1 1. Digitální manometr DC 100... 1 1.4 Měřič vlhkosti WHT 770... 1.5 Digitální váha CAS... 1. VÝPOČET ÚČINNOSTI KRBOVÉ VLOŽKY... 1.1 Třídy účinnosti... 1. Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin... 4 1. Střední měrná tepelná kapacita vodní páry... 4-5 -
1.4 Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu C r... 4 1.5 Poměrná ztráta citelným teplem spalin... 4 1.6 Poměrná ztráta plynným nedopalem... 5 1.7 Poměrná ztráta mechanickým nedopalem... 5 14. TEPELNÝ PŘÍKON A VÝKON KRBOVÉ VLOŽKY... 5 14.1 Tepelný příkon krbové vloţky... 5 14. Tepelný výkon krbové vloţky... 5 15. KONCENTRACE CO VE SPALINÁCH... 6 15.1 Výpočet koncentrace... 6 15. Třídy emisí oxidu uhelnatého... 6 16. ZKOUŠKY KRBOVÉ VLOŽKY GOLEM 1.1 BEZ DEFLEKTORU... 7 16.1 EXPERIMENT č.1... 7 16.1.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky... 7 16.1. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1... 7 16.1. Grafické zpracování naměřených hodnot... 8 16.1.4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č... 9 16.1.5 Grafické zpracování naměřených hodnot... 0 16.1.6 Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č... 1 16.1.7 Grafické zpracování naměřených hodnot... 16.1.8 Průměrné hodnoty z eperimentu č.1... 16. Příklad výpočtu experimentu č.1... 4 16..1 Výpočet účinnosti krbové vloţky... 5 16.. Tepelný příkon a výkon krbové vloţky... 6 16.. Koncentrace CO ve spalinách... 6 16..4 Součinitel přebytku vzduchu ve spalinách... 7 16. EXPERIMENT č.... 7 16..1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky... 7 16.. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1... 8 16.. Grafické zpracování naměřených hodnot... 9 16..4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot - zkouška č.... 40 16..5 Grafické zpracování naměřených hodnot... 41 16..6 Průměrné hodnoty z experimentu č.... 4 16.4 Výpočtené hodnoty experimentu č.... 4 17. ZKOUŠKY KRBOVÉ VLOŽKY GOLEM 1.1 S DEFLEKTOREM... 4 17.1 EXPERIMENT č.1... 4 17.1.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky... 4 17.1. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1... 44 17.1. Grafické zpracování naměřených hodnot... 45 17.1.4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č... 46 17.1.5 Grafické zpracování naměřených hodnot... 47 17.1.6 Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č... 48 17.1.7 Grafické zpracování naměřených hodnot... 49 17.1.8 Průměrné hodnoty z eperimentu č.1... 50 17. Vypočtené hodnoty z experimentu č.1... 50 17. EXPERIMENT č.... 51 17..1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky... 51 17.. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1... 5 17.. Grafické zpracování naměřených hodnot... 5 17..4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot - zkouška č.... 54-6 -
17..5 Grafické zpracování naměřených hodnot... 55 17..6 Průměrné hodnoty z experimentu č.... 56 17.4 Výpočtené hodnoty experimentu č.... 56 17.5 EXPERIMENT č.... 57 17.5.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky... 57 17.5. Tabulky naměřených a průměrných hodnot... 58 17.5. Grafické zpracování naměřených hodnot... 58 17.5.4 Průměrné hodnoty z experimentu č.... 60 17.6 Výpočtené hodnoty experimentu č.... 60 17.7 EXPERIMENT č.4... 61 17.7.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky... 61 17.7. Tabulky naměřených a průměrných hodnot... 61 17.7. Grafické zpracování naměřených hodnot... 6 17.7.4 Průměrné hodnoty z experimentu č.4... 6 17.8 Výpočtené hodnoty experimentu č.4... 6 18. ZÁVĚREČNÉ ZHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ... 64-7 -
1. ÚVOD Obr.1. Budova firmy Steko Krby Firma Steko spol. s.r.o. je jedna z mnoha firem zabývajících se výrobou ocelolitinových krbových vloţek. Ve svém nově zrekonstruovaném závodě v Dolní Lhotě, kam se přestěhovala na podzim minulého roku z původního areálu na Starém Blansku, kde uvolnila místo jiné části ze skupiny firem Steko, se jiţ řadu let věnuje jejich vývoji a výrobě. Její výrobky patří na trhu k těm nejlepším, coţ dokazuje i její zvyšující se obrat výroby a velká poptávka po jejich výrobcích. Hlavním cílem firmy stejně jako i jiných je vytvářet zisk, a proto je zde patrná snaha expandovat i na jiné trhy neţ na ten tuzemský. Jiţ řadu let dodává svoje výrobky i do jiných zemí např. Francie. Zde však firma naráţí na přísné ekologické normy, a ty je potřeba splnit, aby bylo moţno začít s prodejem. A tato skutečnost se stala právě hybným motorem pro vznik této diplomové práce, kdy firma stojí před podobným problémem a to před rozšířením prodeje do severských zemí, kde jsou potřeba splnit jiţ zmíněné přísné ekologické limity. Proto se konstruktéři této firmy začali snaţit zvýšit účinnost a zlepšit proces spalování svých krbových vloţek a ověřit si tato vylepšení na své vlastní zkušebně před tím, neţ si je nechají oficiálně změřit v akreditované zkušebně v Brně Řečkovicích. Jejich cílem je dosáhnou hranice účinnosti 70%. A proto se cílem mé diplomové práce stalo právě provedení experimentálního měření na zkušebně výrobního závodu a vyhodnocení měření z hlediska emisí a účinností pro variantu: a) bez deflektoru b) s deflektorem (obr.) Obr. Deflektor - 8 -
. POPIS KRBOVÉ VLOŢKY.1 Základní pojmy KRB(1) - spotřebič s otevřenou, nebo uzavřenou spalovací komorou, určený k lokálnímu vytápění sdílející teplo převáţně sáláním, konvekcí, částečně vedením. SPALOVACÍ KOMORA() vnitřní prostor krbu, v němţ probíhá spalování paliva. KOUŘOVÁ KOMORA() část vnitřního prostoru krbu, v němţ dochází k míšení spalin se vzduchem a k usměrnění do odtahového hrdla. HRDLO PRO ODVÁDĚNÍ SPALIN (4) část spotřebiče určená k připojení kouřovodu umoţňujícího volné odvádění spalin do komína. ODTAHOVÁ KLAPKA(5) zařízení ke změně tlakové ztráty protékajících spalin. V uzavřené poloze smí omezovat max. 75 % průřezu odtahového hrdla. ROŠT (6) část vnitřního prostoru spotřebiče, na které leţí vrstva paliva, ze které propadávají pevné zbytky spalování do popelníku a kterou protéká spalovací vzduch. POPELNÍK (7) uzavřený prostor pro shromaţďování pevných zbytků spalování propadlých roštem. Obr.. Schéma krbové vloţky - 9 -
. Rozdělení krbových vloţek Krbové vloţky lze dělit dle několika hledisek: a) dle pouţitého materiálu: - vloţky z kotlového ocelového plechu s vyzdívkou ze šamotu - vloţky z litiny s vyzdívkou ze šamotu - vloţky kombinované litina, ocelový plech - vloţky celolitinové b) dle konstrukce spalovací komory - vloţky s otevřenou spalovací komorou - vloţky s uzavřenou spalovací komorou c) dle provedení - bez samostatného odkouření (při úpravě otevřeného krbu se zasune do ohniště) - vloţky s odkouřením (zasunují se do komína) Vloţka můţe být osazena teplovodním výměníkem pro ohřev vody, který je moţno napojit na rozvod ústředního vytápění, na rozvod TUV nebo na jiný ohřev vody. Často se také pouţívají vloţky dvouplášt'ové pro ohřev topného vzduchu. Ohřátý vzduch se rozvádí pomocí rozvodů do dalších místností. Pro zlepšení proudění, můţeme pouţít ventilátorů.. TUHÁ PALIVA.1 Základní vlastnosti a sloţení tuhých paliv Základní sloţky paliva: - hořlavina - popelovina - voda Základem pro volbu paliva pro spalovací zařízení jsou jeho vlastnosti a sloţení. Základní vlastnosti a sloţení 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 V daf (%) - charakteristické teploty popela t a,t b,t c ( C) - sypné vlastnosti - sypná hmotnost (t/m ) - spékavost a napůchavost Spalné teplo H S vzniká dokonalým spálením hořlavé sloţky na oxid uhličitý CO, oxid siřičitý SO, vodu H O v kapalném stavu a dusík N. Výhřevnost H U je teplo vznikající stejným způsobem s tím rozdílem, ţe uvolněná voda je v plynném stavu, to znamená, ţe výhřevnost je vţdy menší neţ spalné teplo. - 10 -
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 a negativně ovlivňuje spalovací proces a konstrukci zařízení. Obsah vody v tuhých palivech kolísá v širokém rozmezí a u některých paliv jako například rašelina tvoří i více neţ 90 %. Popel tvoří minerální látky, jako jsou křemičitany, uhličitany, sírany a další sloučeniny. Síra se v tuhém stavu vyskytuje ve dvou formách. Podle toho, na které sloţky je vázána, se dělí na síru organickou a anorganickou. Síra spalitelná je organicky vázána a je součástí hořlaviny, síra nespalitelná je síra síranová. Dále se určuje ještě síra prchavá a neprchavá. Prchavá hořlavina je součástí celkové hořlaviny a tvoří ji plynné hořlavé látky, které se uvolňují při zahřátí paliva na určitou teplotu. Čím je palivo geologicky starší, tím méně prchavé hořlaviny obsahuje. Nejvíce prchavé hořlaviny obsahuje rašelina a dřevo. Prchavá hořlavina ovlivňuje vzněcování paliva a čím více ji palivo obsahuje, tím snadněji se zapaluje. Charakteristické teploty popela určují spalovací teploty v ohništi, aby nedošlo k poruše spalovacího zařízení. Dělí se na teplotu počátku měknutí t a, teplotu tání t b, teplotu počátku tečení t c a jsou závislé především na sloţení popela... Dřevo jako palivo Dřevo patří mezi ekologická paliva, neboť mnoţství oxidu uhličitého vzniklé jeho spálením je rovno mnoţství, které rostlina spotřebovala při svém růstu a nepřispívá ke skleníkovému efektu. Dřevo neobsahuje prakticky ţádnou síru a při spalování tedy nevzniká oxid siřičitý, který negativně působí na ţivotní prostředí a spalovací zařízení. Je geologicky nejmladší a obsahuje aţ 95 % prchavé hořlaviny z celkové hořlaviny a vzněcovací teplota je díky tomu nízká, přibliţně v rozmezí 180 C aţ 60 C. Analytické sloţení dřevní hmoty se příliš nemění a průměrné sloţení hořlaviny je v tabulce 1. Pro spalování je nejvhodnější dřevo s obsahem vody do 0 %. Sloţka hořlaviny v % Druh dřeva Jehličnaté Listnaté Uhlík 51,0 50,0 Vodík 6, 6, Dusík 0,6 0,6 Kyslík 4, 4, Tab.1-11 -
4. SPALOVÁNÍ DŘEVA 4.1 Podstata spalování Spalování dřeva je fyzikálně chemický proces oxidace aktivních látek kyslíkem na produkty spalování. Hoření částice dřeva lze rozdělit do čtyř etap: 4. Základní chemické rovnice -ohřev a sušení -uvolnění plynných látek -hoření prchavých sloţek -hoření pevných sloţek Chemické rovnice popisující dokonalé spalování dřeva, tj. s přebytkem vzduchu α = 1, jsou: Spalování uhlíku na oxid uhličitý CO C O CO Q 1mol C 1mol O 1mol CO Q 1,01 kg C kg O 44,01 kg CO 40760 kj 1,01 kg C,9 m n 1kg C 1,865 m n 1,854 m n 910 kj/kg Spalování vodíku na vodní páru H O: H O H O Q mol H 1mol O mol H O Q 4,0 kg H 4,0 kg H kg O,9 m n 6,0 kg H O 486179 kj 44,80 m n 1kg H 5,55 m n 11,11 m n 10580 kj/kg Dusík obsaţený v palivu se neúčastní spalování, ale slučuje se při hoření s kyslíkem na oxidy dusíku NO x. Výše uvedené rovnice jsou exotermické a objemy spalin a kyslíku jsou uváděny v normálním stavu (O C ; 0,1 MPa). 4. Nedokonalé spalování Ve skutečnosti probíhá spalování s přebytkem vzduchu α > 1, kdy je větší pravděpodobnost setkání okysličovadla s hořlavinou. V opačném případě dojde k nedokonalému spalování. Produktem nedokonalého spalování je jednak oxid uhelnatý a také sníţená účinnost zařízení. - 1 -
Nedokonalé spalování popisuje rovnice: 1 C O CO Q 1mol C 1 mol O 1,01 kg C 16 kg O 1mol CO Q 8,01 kg CO 151866 kj 1,01 kg C 11,195 m n,50 m n 1kg C 0,9 m n 1,87 m n 1645 kj/kg Při nedokonalém spalování část uhlíku shoří na CO, část na CO a část uhlíku neshoří vůbec. Pro kontrolu spalování se někdy pouţívá Ostwaldův trojúhelník. 5. ZKUŠEBNÍ PALIVO Pouţité palivo je na vzduchu proschlé dříví ve formě přířezků. Z laboratorního rozboru SZÚ byly zjištěny vlastnosti a prvkové sloţení, tyto jsou uvedeny v tab.. Spalné teplo H S MJ/kg 18,9 Výhřevnost H U MJ/kg 16,8 Uhlík C % hmot. 46,81 Vodík H % hmot. 5,95 Síra S % hmot. 0 Dusík N % hmot. 0,09 Kyslík O % hmot. 8, Voda veškerá W % hmot. 5,71 Obsah popela A % hmot. 1,1 Uhlík ve zbytku C spalování i % 17,7 Tab. - 1 -
6. VÝPOČET MINIMÁLNÍHO MNOŢSTVÍ VZDUCHU 6.1 Minimální mnoţství kyslíku pro spálení 1 kg paliva: V V O min O min,9 100,9 100 C 1,01 46,81 1,01 H 4,0 5,95 4,0 S,0 O 8, 0,95 m n m n / kg / kg ( 1 ) 6. Minimální mnoţství suchého vzduchu V V S VZ min 100 VO min mn 1 100 0,94 4,45 m 1 S VZ min / kg n / kg ( ) 6. Součinitel vlhkosti '' p f 1 ( ) '' pc p kde uvaţujeme: - relativní vlhkost = 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,4 f 1 0,7 1,016 101, 0,7,4 6.4 Minimální mnoţství vlhkého vzduchu pro spálení 1 kg paliva V V VZ min VZ min f V S VZ min 1,0 4,45 4,55 m n m / kg n / kg ( 4 ) 7. VÝPOČET MINIMÁLNÍHO MNOŢSTVÍ SPALIN Minimální mnoţství spalin vznikne při stechiometrickém spalování, tzn. ţe přebytek vzduchu = 1. - 14 -
7.1 Objem oxidu uhličitého CO ve spalinách: V V CO CO,6 100,6 100 C S 0,000 VVZ min m 1,01 46,81 0,000 4,45 0,869 1,01 n m / kg n / kg ( 5 ) 7. Objem dusíku N ve spalinách: V V N N,4 100,4 100 N 8,016 0,09 8,016 0,7805 V S VZ min 0,7805 4,45,476 m n m / kg n / kg ( 6 ) 7. Objem argonu Ar ve spalinách: V V Ar Ar 0,009 V S VZ min 0,009 4,45 0,041 m n m / kg n /kg 7.4 Minimální objem suchých spalin: V V S SP min V V S SP min CO N V 0,869,476 0,041 4,86 Ar m n m / kg n / kg ( 7 ) ( 8 ) 7.5 Minimální objem vodní páry vzniklé spálením 1 kg paliva: V V P HO min P HO min 44,8 H, 4 W m n / 100 4, 0 100 18, 016 kg 44,8 5,95, 4 5, 71 0, 7 m n / kg 100 4, 0 100 18, 016 (9 ) 7.6 Minimální mnoţství páry vzniklé z vlhkého vzduchu: V V VZ HO min VZ HO min S f 1 V m / kg VZ min 1,016 1 4,45 0,07 m / kg n n ( 10 ) 7.7 Minimální objem vodní páry VZ P V HO = V HOmin +V HOmin m n/kg V HO = 0,07+0,7=0,805m /kg n ( 11 ) - 15 -
7.8 Minimální mnoţství vlhkých spalin: V V SP min V V V S P VZ SP min SP min HO HO 4,86 0,7 0,07 5,191 m n m / kg n / kg ( 1 ) 8. MAXIMÁLNÍ MNOŢSTVÍ CO VE SPALINÁCH V CO CO 100 % V 0,88 4,86 CO 100 19,814 % max max S SP min ; ( 1 ) 9. VÝPOČET SOUČINITELE Součinitel vyjadřuje míru přebytku vzduchu ve spalovací komoře při spalování. Vypočítává se z naměřených koncentrací spalin: S CO max VSP min 1 1 S CO ( 14 ) VVZ min - 16 -
10. KRBOVÁ VLOŢKA GOLEM 1.1 Obr.4 Krbová vloţka Golem 1.1 Dvouplášťové krbové vloţky řady GOLEM jsou určeny ke spalování dřeva a dřevěných ekobriket. Ohniště tvoří šamotové tvarovky, vyjímatelný litinový rošt a popelník. Boční stěny jsou zhotoveny ze šamotových tvarovek nebo prosklené. Zadní stěna topeniště je vyrobena z šedé litiny. Z čelního pohledu uzavírá topeniště vertikálně posuvný rám s dvířky prosklenými keramickým sklem tloušťky 4 mm. Jeho hmotnost je kompenzována protizávaţím. Dvířka je moţné otvírat i do strany, coţ umoţňuje snadné čištění skla. Vzduch vstupuje dvěma přívody o průměru 150 mm do výměníku, kde je ohříván. Odtud vychází do místnosti čtyřmi výstupy umístěnými v horní části krbu. Do spodní části krbové vloţky lze instalovat ventilátor zajišťující nucený oběh vzduchu ve výměníku. Krbové vloţky GOLEM mohou vytopit prostor aţ 0 m.(orientační údaj). Vloţka se hodí k vytápění rodinných domků, chalup, chat, společenských místností apod. Její účinnost je kolem 65%, jmenovitý výkon 1-16 kw, spotřeba paliva 4-6,5 kg/h a hmotnost 0 kg. Obr.5 Výkres krbové vloţky Golem 1.1. s čelním prosklením (zdroj:www.steko.cz) - 17 -
11. ZPŮSOB ZKOUŠENÍ KRBOVÝCH VLOŢEK [] 11.1 Uvedení spotřebiče do provozu Spotřebič se uvádí do provozu spouštěcím zátopem. Jedná se o zátop určitým mnoţstvím paliva stejného sloţení jako má palivo pouţité při samotné zkoušce. Provozní tah se nastaví tak, aby statický tlak v měřícím úseku byl nastaven na běţný tah spotřebiče nebo na tah určený při dané zkoušce. 11. Doba zkoušení Po uvedení spotřebiče do provozu je přivedeno předem stanovené mnoţství paliva. Doba zkoušení začíná ihned po dodávce paliva do spotřebiče. Měří se teplota spalin a teplota okolí, sloţení spalin a tah se udrţuje na dané hodnotě. Změřené hodnoty jsou zaznamenávány v daných časových intervalech. 11. Měřící úsek Měřící úsek spalin a konstrukční uspořádání je znázorněno na obr. 6 Obr.6 Měřící úsek spalin a jeho zatěsňování V měřícím úseku jsou nainstalována čidla teploměru a tahoměru (manometru). Pro odběr vzorků spalin je pouţita ocelová trubka dlouhá tak, aby došlo k potřebnému vychlazení spalin, které je nutno provést vzhledem k analyzátoru. Prostor před měřícím úsekem bylo třeba řádně zatěsnit, aby nedošlo k falešnému přisávání vzduchu a tím k znehodnocení měření viz obr. 6. Nad měřícím úsekem je instalován regulátor tahu. - 18 -
11.4 Schéma měření Obr. 7. Schéma měření P..manometr, A..analyzátor spalin, T..teploměr, RT..regulátor tahu 1. MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE Při měření byl pouţit analyzátor spalin INFRALYT 5000, digitální teploměr M05, digitální manometr DC 100, digitální váha CAS a měřič vlhkosti WHT 770. 1.1 Analyzátor spalin INFRALYT 5000 Analyzátor spalin INFRALYT 5000 umoţňuje měřit objemové koncentrace v procentech těchto plynů: - oxidu uhelnatého CO v rozsahu 0-15 % - oxidu uhličitého CO v rozsahu 0-0 % - sumu uhlovodíků HC v rozsahu 0-0 % - kyslíku O v rozsahu 0 15 % Součástí přístroje je čistící trasa v kufříkovém provedení, která obsahuje kromě filtrů také průtokoměr, trojcestný ventil a ventil pro regulaci průtoku. Spaliny jsou nasávány analyzátorem přes tuto čistící trať, kde se zároveň dochlazují na maximální teplotu 50 C, která nesmí být překročena při vstupu spalin do přístroje. Přístroj se po zapnutí automaticky kalibruje a po 6 minutách je připraven pro měření. Před měřením se měřicí trasa kontroluje na těsnost. Po skončení se přístroj vyplachuje - 19 -
tak, ţe se odpojí od měřícího úseku a nechá se určitou dobu nasávat vzduch. Po této operaci se přístroj můţe vypnout. Obr.8 Analyzátor INFRALYT 5000 s čistící trasou 1.. Digitální teploměr M05 Digitální teploměr M05 je přenosný teploměr s moţností připojení termočlánku jako měřícího čidla. Můţe pracovat se dvěma stupnicemi a to s Celsiovou a Fahrenheitovou. Měřící rozsah teploměru je od 50 C do +100 C a teplota okolí při měření by měla být v rozmezí 0 C aţ 50 C. Přesnost měření je 0,5% měřené hodnoty při relativní vlhkosti do 80%. Pouţitá sonda s termočlánkem je vhodná pro teploty do 600 C a vedení sondy je izolováno teflonem. 1. Digitální manometr DC 100 Je to vícefunkční měřící přístroj na měření diferenčního tlaku, rychlosti proudění vzduchu, teploty a vlhkosti (volitelně). Je to extrémně přesný přístroj. Diferenční tlak: Rozsah: +- 100hPa Přesnost: < % z naměřené hodnoty, v rozsahu < +- 10Pa menší neţ +- 0,Pa Rozlišení: 0,1Pa v rozsahu -100 - +100hPa - 0 -
Okolní teplota: Rozsah: -19,9 C 99,9 C Přesnost: < +- C Rozlišení: 0,1 C Měření vlhkosti (volitelně): Rozsah:0% - 100% (nekondenzovatelný) Přesnost:+-5%(0-60%), jinak < 10% Rozlišení: 1% Obr.9 Digitální manometr 1.4 Měřič vlhkosti WHT 770 Slouţí k měření vlhkosti dřeva (nejčastěji smrkového) ve všech oblastech dřevozpracujícího a nábytkářského průmyslu. S tímto přístrojem lze měřit i teplotu a to přepojením konektoru a přepnutím přepínače. Rozsah měření - vlhkost..5-100 % - teplota...0-110 C Chyba měření - vlhkost.± 1 % - teplota..± 0,5 C Obr.10 Měřič vlhkosti WHT 770-1 -
1.5 Digitální váha CAS Rozsah měření.. 0 1 kg Chyba měření:.. ± 5 g Obr. 11 Digitální váha CAS 1. VÝPOČET ÚČINNOSTI KRBOVÉ VLOŢKY Zkoušení, výpočty účinnosti, tepelného výkonu a stanovení koncentrace oxidu uhelnatého se provádí dle ČSN EN 1 9 a jejích pozdějších dodatků. Podle této normy se účinnost stanoví ze ztrát. Jsou to tyto ztráty: - poměrná ztráta citelným teplem spalin q a - poměrná ztráta plynným nedopalem q b - poměrná ztráta mechanickým nedopalem q r Účinnost je dána vztahem: 100 q q q % (15) a b r 1.1.Třídy účinnosti Spotřebiče lze podle účinnosti zařadit do tříd podle tabulky. - -
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. 1. Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin Při srovnávacích podmínkách se vypočte dle vztahu: tsp tsp 0,61 0,008 0,04 1000 1000 c pmd,6 CO t sp tsp 0,0 0, 100 1000 1000 (16) % tsp tsp 0,085 0,19 0,14 1000 1000 CO 100 [kj/km ] 1. Střední měrná tepelná kapacita vodní páry Vypočítá se dle vztahu: c pmh tsp tsp O,6 0,414 0,08 0,04 kj/m K 1000 1000 (17) 1.4 Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu C r Určíme ho z hmotnostního podílu uhlíku ve zbytcích spalování podle vztahu: C r Ci R % (18) 100 1.5. Poměrná ztráta citelným teplem spalin Ztráta citelným teplem spalin: Q a (19) t sp t ok cpmd 0,56 C C R CO CO c pmh O 1,9 100 9 H W kj/kg - -
Poměrná ztráta citelným teplem spalin (vtaţeno k výhřevnosti zkušebního paliva): Qa q a 100 % (0) H U 1.6 Poměrná ztráta plynným nedopalem Ztráta plynným nedopalem: Q b 1644 CO C Cr kj/kg 0,56 CO CO 100 (1) Poměrná ztráta plynným nedopalem (vtaţeno k výhřevnosti zkušebního paliva): q b Qb 100 % () H U 1.7. Poměrná ztráta mechanickým nedopalem Ztráta mechanickým nedopalem: Q r 5 R Ci kj/kg () 100 Poměrná ztráta mechanickým nedopalem (vtaţeno k výhřevnosti zkušebního paliva): Qr q r 100 % (4) H U 14. TEPELNÝ PŘÍKON A VÝKON KRBOVÉ VLOŢKY 14.1 Tepelný příkon krbové vloţky Určuje se z hmotnostního toku paliva a z jeho výhřevnosti dle vztahu: P P m H 600 U kw (5) 14. Tepelný výkon krbové vloţky Určuje se z tepelného příkonu a tepelných ztrát dle vztahu: P KV 100 q a q b q r PP kw (6) 100-4 -
15. KONCENTRACE CO VE SPALINÁCH 15.1 Výpočet koncentrace 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 běţný obsah kyslíku ve spalinách lze vyuţít těchto vztahů: CO CO př př 1 Os tan d CO stř % (7) 1 O stř CO max 1 Os tan d CO stř % (8) CO 1 stř kde je dle normy O stand = 1 % 15.. Třídy emisí oxidu uhelnatého Tabulka 4 udává průměrné koncentrace oxidu uhelnatého, přepočtená na 1% obsahu kyslíku (O ), ve spalinách, jimţ odpovídá třída spotřebiče 1 nebo. Spotřebiče s uzavřenými dvířky Mezní hodnoty tříd emisí CO Třída CO spotřebiče (při 1 % O ) % Třída 1 0, Třída > 0, 1,0 Tab. 4-5 -
16. ZKOUŠKY KRBOVÉ VLOŢKY GOLEM 1.1 BEZ DEFLEKTORU 16.1 Experiment č.1 16.1.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky Statický tah.11pa Primární vzduch..1/4 otevření primárního vzduchu (otvor pod dvířky) Sekundární vzduch...mezera okolo dvířek a rámem krb. vloţky Hmotnostní tok paliva.4kg/h Interval mezi měřením.. min. Rozloţení paliva rovnoměrně po ploše Počet kusů paliva.ks 16.1. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1 Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 18 0,4 0,8 19,1 1 0,65 1,1 18,51 4 7 0, 4,54 14 6 70 0,5 5,49 1,97 8 68 0,15 6,8 11,04 10 57 0,14 6,46 11,67 1 56 0,1 6,6 11,8 14 6 0,1 6,1 11,9 16 6 0,1 6,54 11,6 18 54 0,1 6,64 11,5 0 67 0,11 5,76 1,5 45 0,1 5,46 1,59 4 44 0,11 5,1 1,78 6 6 0,11 5,8 1,86 8 14 0,14 4,6 1,67 0 18 0,1,94 14,58 99 0,1,4 15,05 4 76 0,15,55 16,5 6 58 0,16,11 16,8 8 7 0,5 1,56 17,44 40 7 0,7 1,46 17,65 4 19 0,9 1,9 17,75 44 09 0, 1,1 17,9 45 07 0,1 1, 17,9 Tab. 5-6 -
Tabulka průměrných hodnot - zk.č. 1 T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 5 08,1 0,0 4,01 14,56 Tab. 6 16.1. Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 1. Graf. - 7 -
Graf. 16.1.4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č. Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 177 0,59,01 19, 01 0, 5,54 1,8 4 5 0,5 5,8 1,55 6 79 0,15 8,05 9, 8 86 0,15 7,84 9,5 10 409 0,156 7,8 9,48 1 44 0,14 7,66 9,58 14 40 0,1 6,51 11,4 16 98 0,1 6,0 11,8 18 95 0,1 5,84 1,1 0 84 0,1 5,77 1,14 59 0,1 4,78 1,4 4 46 0,1 4,16 14,6 6 45 0,1 4,1 14, 8 60 0,1 4,48 1,79 0 1 0,14,91 14,5 05 0,18,09 15,5 4 98 0,,18 15,44 6 67 0,,8 15,98 8 49 0,,19 16,74 40 9 0,4 1,99 16,98 4 5 0,5 1,86 17,15 44 6 0,4 1,7 17, 45 0 0,9 1,64 17,44 Tab. 7-8 -
Tabulka průměrných hodnot zk. č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 4,50,96 0, 4,5 1,86 Tab. 8 16.1.5 Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 4. Graf.5-9 -
CO,O [%] CO [%] VUT BRNO FSI EÚ- OEI KRBOVÁ VLOŢKA PRO VYTÁPĚNÍ PAVEL ŠKAROUPKA Graf.6 Koncentrace CO, CO, O ve spalinách v závislosti na čase CO [%] O [%] CO [%] 5 1,4 0 15 1, 1 0,8 10 5 0 0,6 0,4 0, 0 0 5 10 15 0 5 0 5 40 45 Čas [min] 16.1.6 Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č. Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 08 0,48 0,81 18,9 70 0,4,1 16,9 4 5 0,1 4,5 14,1 6 40 0, 5,85 1,8 8 55 0,16 6,18 11,88 10 66 0,14 6,59 11,9 1 84 0,14 6,99 10,7 14 98 0,14 7,4 10,16 16 405 0,14 7,46 9,85 18 400 0,14 7,57 9,7 0 85 0,11 6,1 11,7 96 0,1 5,6 1,7 4 84 0,1 5,6 1,7 6 80 0,1 5,14 1,88 8 75 0,1 5,17 1,9 0 7 0,14 5,7 1,7 40 0,15 4,84 1,8 4 0 0,19,8 14,7 6 5 0,19,65 14,91 8 01 0,18,15 15,5 40 89 0,19,8 15,17 4 70 0,5,1 15,6 44 54 0,6,7 16,6 45 48 0,8,19 16,7 Tab. 9-0 -
CO [%] VUT BRNO FSI EÚ- OEI KRBOVÁ VLOŢKA PRO VYTÁPĚNÍ PAVEL ŠKAROUPKA Tabulka průměrných hodnot zk. č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 5,00 7,96 0,0 4,81 1,48 Tab. 10 16.1.7 Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 7. Graf 8. 0,6 Koncentrace CO ve spalinách v závislosti na čase 0,5 0,4 0, 0, 0,1 0 0 5 10 15 0 5 0 5 40 45 Čas [min] - 1 -
Graf 9. 16.1.8 Průměrné hodnoty z experimentu č.1 T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 4,8,04 0,1 4,45 1,97 Tab. 11 16. Příklad výpočtu experimentu č.1 16..1 Výpočet účinnosti krbové vložky Střední měrná tepelná kapacita suchých spalin : Vypočteme dle vztahu (16): c pmd tsp tsp 0,61 0,008 0,04 1000 1000,6 CO t sp tsp 0,0 0, 100 1000 1000 tsp tsp 0,085 0,19 0,14 1000 1000 CO 100 [kj/m K] - -
c pmd,04,04,04,04 0,61 0,008 0,04 0,085 0,19 0,14 1000 1000 1000 1000,6 4,45,04,04 4,45 0,0 0, 100 1000 1000 100 c pmd 1,4kJ/ m K Střední měrná tepelná kapacita vodní páry : Je dána vztahem (17): c pmh O tsp tsp,6 0,414 0,08 0,04 1000 1000 kj/m K c pmh c pmh O,04,04,6 0,414 0,08 0,04 1000 1000 O 1,54kJ/ m K Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu : Vypočteme dle vztahu (18): Ci Cr R % 100 17,7 C r 1, 0,6% 100 Vstupní hodnoty pro výpočet: m pv Celková hmotnost spáleného paliva 15 kg m& m zi R pv s 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, kg 4 kg/h 1, % 1,4 kj/m K c pmho Střední měrná tepelná kapacita vodní páry 1,54 kj/m K C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu 0,4 % t ok Průměrná teplota okolí 4,8 C Tab. 1 - -
Poměrná ztráta citelným teplem spalin q a : Vypočítá se dle vztahu (19) a (0): Q a ( t sp t ok c pmd ( C Cr ) ) 0,56 ( CO CO c ) pmh O 1,9 (9 H W ) 100 [kj/kg] Q a 1,4 (46,81 0,4) 1,54 1,9 (9 5,95 5,71) (,04 4,8) 0,56 (0,1 4,45) 100 Q a 7980,7 kj/ kg q a Q 100 H a U % q a 7980,7 100 47,5% 16800 Poměrná ztráta plynným nedopalem q b Získáme dle vztahů (1),(): Q b 1644 CO C Cr kj/kg 0,56 CO CO 100 1644 0,1 (46,81 0,4) Q b 495,kJ/ kg 0,56 (4,45 0,1) 100 q b Q 100 H b U % q b 495, 100,95% 16800 Poměrná ztráta mechanickým nedopalem q r : Vypočítáme dle vztahů (), (4): 5 R Ci Qr kj/kg 100 5 1, 17,7 Q r 79,kJ/ kg 100 q r Q 100 H r U % - 4 -
q b 79, 100 0,47% 16800 Účinnost krbové vložky: Vypočteme dle vztahu (15): q q q 100 % a b r 100 (47,5,95 0,47) 49% 16.. Tepelný příkon a výkon krbové vložky Tepelný příkon krbové vložky: Dostaneme výpočtem vztahu (5): P P m H 600 U kw 416800 P p 18, 67kW 600 Tepelný výkon krbové vložky: Vypočteme dle vztahu (6): P KV P P 100 q a q 100 b q r kw 100 (47,5,95 0,47) P KV 18,67 9, 5kW 100 16.. Koncentrace CO ve spalinách Vypočítá se podle vztahu (8) nebo (9): CO př CO stř 1 O 1 O stand stř % CO př CO př CO př 1 1 0,1 0,4% 1 1,97 CO stř CO CO max stř 1 O 1 s tan d 8,05 1 1 0,1 0,14% 4,45 1 % - 5 -
16..4 Součinitel přebytku vzduchu ve spalinách Dosadíme do vztahu (14): Průměrný součinitel přebytku vzduchu se určí z průměrných hodnot CO CO max 1 1 CO V V S SP min S VZ min 8,05 4,86 1 1 1,796 4,45 4,45 16. Experiment č. 16..1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky Statický tah.11pa Primární vzduch..1/8 otevření primárního vzduchu (otvor pod dvířky) Sekundární vzduch...mezera okolo dvířek a rámem krb. vloţky Hmotnostní tok paliva.4kg/h Interval mezi měřením.. min Rozloţení paliva rovnoměrně po ploše Počet kusů paliva.ks - 6 -
16.. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1 Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] Tabulka průměrných hodnot zkouška č.1 0 15 0,8 0,87 18,61 48 0,61 1,8 17,44 4 95 0,41,5 15,5 6 49 0,6 5,58 1,8 8 9 0,8 6,68 11,9 10 87 0, 7,89 9,58 1 95 0,15 7,91 9,5 14 40 0,15 7,9 9,1 16 94 0,14 7,58 9,87 18 40 0,17 6,71 10,84 0 41 0,15 6,61 11,04 407 0,14 6, 11,58 4 99 0,15 5,76 1,09 6 88 0,14 5,46 1,5 8 70 0,14 4,65 1,8 0 58 0,15 4,18 14,07 0,17,8 14,65 4 09 0,, 15,4 6 9 0,,8 15,95 8 8 0,1,74 16,06 40 76 0,9,67 16,16 4 64 0,9,6 16, 44 46 0,6, 16,65 45 4 0,,1 16,7 Tab. 1 T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 6 5,46 0,4 4,66 1,6 Tab. 14-7 -
CO [%] VUT BRNO FSI EÚ- OEI KRBOVÁ VLOŢKA PRO VYTÁPĚNÍ PAVEL ŠKAROUPKA 16.. Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 10. Graf 11. Koncentrace CO ve spalinách v závislosti na čase 0,7 0,6 0,5 0,4 0, 0, 0,1 0 0 5 10 15 0 5 0 5 40 45 Čas [min] - 8 -
Graf 1. 16..4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot - zkouška č. Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 184 0,55 0,87 18,68 70 0,,81 14,91 4 06 0,4 4,8 1,57 6 49 0,7 5,89 1,6 8 40 0,17 7,17 10,47 10 99 0,1 7,69 9,6 1 414 0,1 7, 10,1 14 415 0,1 7,08 10,4 16 40 0,11 7,4 9,85 18 45 0,1 7,4 10,07 0 41 0,1 7,7 9,9 49 0,1 7,45 9,7 4 418 0,09 6,79 10,6 6 415 0,09 6,4 11,06 8 96 0,11 5,95 11,64 0 59 0,15 4,8 1,06 44 0, 4,5 1,6 4 4 0,6 4,06 14,4 6 89 0,,7 15,9 8 6 0,49,1 16,7 40 51 0,48,06 16,85 4 4 0,47,0 16,89 44 6 0,47 1,98 16,95 45 0,46 1,98 16,99 Tab. 15-9 -
Tabulka průměrných hodnot zkouška č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 5,00 4,1 0,5 5,01 1,06 Tab. 16 16..5 Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 1. Graf 14. Graf 15. - 40 -
16..6 Průměrné hodnoty z experimentu č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 5,5 8,8 0,4 4,8 1,4 Tab. 17 16.4. Vypočtené hodnoty experimentu č. Vstupní hodnoty pro výpočet: m pv Celková hmotnost spáleného paliva 15 kg m zi m& R pv s 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, kg 4 kg/h 1, % 1,4 kj/km c pmho Střední měrná tepelná kapacita vodní páry 1,55 kj/km C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu 0,4 % t ok Průměrná teplota okolí 5,5 C Tab. 18-41 -
Vypočtené hodnoty dle příkladu výpočtu v experimentu č.1 q a Poměrná ztráta citelným teplem spalin 46, % q b q r P p Poměrná ztráta plynným nedopalem Poměrná ztráta mech. nedopalem Účinnost krbové vloţky Tepelný příkon krbové vloţky,11 % 0,47 % 50, % 18,67 kw P kv Tepelný výkon krbové vloţky 9,46 kw CO př Koncentrace CO ve spalinách 0,5 % Součinitel přebytku vzduchu ve spalinách Tab. 19 1,6-17. ZKOUŠKY KRBOVÉ VLOŢKY GOLEM 1.1 S DEFLEKTOREM 17.1 Experiment č.1 17.1.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky Statický tah.11pa Primární vzduch..1/4 otevření primárního vzduchu (otvor pod dvířky) Sekundární vzduch...mezera okolo dvířek a rámem krb. vloţky Hmotnostní tok paliva.4kg/h Interval mezi měřením.. min. Rozloţení paliva rovnoměrně po ploše Počet kusů paliva.ks - 4 -
17.1. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1 Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 15 0,14 0,56 0,6 51 0,5,65 15,9 4 81 0, 6,7 1,44 6 95 0,7 7,68 10,58 8 0 0,6 7,98 10 10 15 0,4 9,06 8,41 1 18 0, 8,89 8,54 14 0 0,19 8,44 9 16 0 0,16 8 9,59 18 0 0,14 7,7 9,9 0 1 0,1 6,94 10,9 19 0,1 6,9 11,68 4 08 0,1 6,07 1,06 6 99 0,1 5,5 1,07 8 9 0,1 4,91 1,49 0 8 0,1 4,9 1,45 66 0,15,1 15,69 4 50 0,,65 16,54 6 5 0,5, 17,04 8 5 0,8,16 17,1 40 17 0,,19 17,6 4 05 0,,1 17,56 44 00 0,4 1,91 17,85 45 195 0, 1,81 17,96 Tab. 0 Tabulka průměrných hodnot zkouška č.1 T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 74,9 0, 5,04 1,61 Tab. 1-4 -
17.1.. Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 16. Graf 17. - 44 -
Graf 18. 17.1.4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot - zkouška č. Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 180 0,45 0,85 19,48 45 0,7 5,5 1,68 4 67 0,18 6,7 11,69 6 86 0,14 7,7 10,9 8 89 0,14 7,68 10, 10 05 0,15 8,6 9,7 1 11 0,1 7,96 9,7 14 1 0,14 8,19 9,41 16 1 0,1 7,7 10,06 18 10 0,09 7,18 10,64 0 07 0,09 6,7 11,94 0 0,09 5,84 1,47 4 95 0,1 5,54 1,84 6 91 0,1 5,9 1,15 8 9 0,1 5,0 1,5 0 87 0,11 5, 1,96 68 0,17 16, 4 56 0,,66 16,66 6 4 0,6,48 16,98 8 9 0,1, 17,5 40 7 0,7, 17,4 4 18 0,4,16 17,54 44 11 0,5 17,78 45 07 0,4 1,96 17,84 Tab. - 45 -
Tabulka průměrných hodnot zkouška č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj.,50 69,1 0,19 4,97 1,74 Tab. 17.1.5 Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 19. Graf 0. - 46 -
Graf 1. 17.1.6 Tabulky naměřených a průměrných hodnot - zkouška č. Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 175 0,65 1,0 19, 6 0,8 0,99 19,46 4 50 0,5 6,76 1,01 6 66 0,4 6,8 11,7 8 80 0,16 7,6 10,86 10 04 0,1 8,77 8,66 1 17 0,14 8,08 9,47 14 7 0,15 8,08 9,49 16 44 0,1 8,0 9,41 18 45 0,1 8,14 9,15 0 48 0,1 8,16 9,08 8 0,11 7, 10,5 4 1 0,1 5,8 1,1 6 5 0,11 5,84 1, 8 14 0,1 4,86 1,68 0 84 0,18,7 15, 65 0,6,9 16,9 4 48 0,9,6 16,77 6 41 0,,46 17 8 6 0,,4 17,17 40 7 0,8,5 17,6 4 0 0,4, 17,4 44 10 0,41,04 17,68 45 1 0,4,09 17,6 Tab. 4-47 -
Tabulka průměrných hodnot zkouška č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 5,50 76,8 0,8 4,99 1,7 Tab. 5 17.1.7 Grafické zpracování naměřených hodnot Graf. Graf. - 48 -
Graf 4. 17.1.8. Průměrné hodnoty z experimentu č.1 T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj.,7 7,6 0, 5,00 1,69 Tab. 6 17. Vypočtené hodnoty experimentu č.1 Vstupní hodnoty pro výpočet: m pv Celková hmotnost spáleného paliva 1 kg m zi m& R pv s 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 0,6 kg 4 kg/h 1,4 % 1,4 kj/km c pmho Střední měrná tepelná kapacita vodní páry 1,54 kj/km C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu 0, % t ok Průměrná teplota okolí,7 C Tab. 7-49 -
Vypočtené hodnoty dle příkladu výpočtu v experimentu č.1 v měření bez deflektoru: q a Poměrná ztráta citelným teplem spalin 5,6 % q b q r P p Poměrná ztráta plynným nedopalem Poměrná ztráta mech. nedopalem Účinnost krbové vloţky Tepelný příkon krbové vloţky,9 % 0,44 % 61 % 18,67 kw P kv Tepelný výkon krbové vloţky 11,48 kw CO př Koncentrace CO ve spalinách 0,5 % Součinitel přebytku vzduchu ve spalinách Tab. 8 1,79-17. Experiment č. 17..1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky Statický tah.11pa Primární vzduch..1/8 otevření primárního vzduchu (otvor pod dvířky) Sekundární vzduch...mezera okolo dvířek a rámem krb. vloţky Hmotnostní tok paliva.4kg/h Interval mezi měřením.. min. Rozloţení paliva rovnoměrně po ploše Počet kusů paliva.ks - 50 -
17.. Tabulky naměřených a průměrných hodnot zkouška č.1 Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 15 0,14 0,56 0,6 51 0,5,65 15,9 4 81 0, 6,7 1,44 6 95 0,7 7,68 10,58 8 0 0,6 7,98 10 10 15 0,4 9,06 8,41 1 18 0, 8,89 8,54 14 0 0,19 8,44 9 16 0 0,16 8 9,59 18 0 0,14 7,7 9,9 0 1 0,1 6,94 10,9 19 0,1 6,9 11,68 4 08 0,1 6,07 1,06 6 99 0,1 5,5 1,07 8 9 0,1 4,91 1,49 0 8 0,1 4,9 1,45 66 0,15,1 15,69 4 50 0,,65 16,54 6 5 0,5, 17,04 8 5 0,8,16 17,1 40 17 0,,19 17,6 4 05 0,,1 17,56 44 00 0,4 1,91 17,85 45 195 0, 1,81 17,96 Tab. 9 Tabulka průměrných hodnot zkouška č.1 T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 74,9 0, 5,04 1,61 Tab. 0-51 -
17.. Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 5. Graf 6. - 5 -
Graf 7. 17..4 Tabulky naměřených a průměrných hodnot - zkouška č. Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 0 0,6 0,74 19,6 5 0,47,0 17,8 4 57 0,9 4,89 14 6 70 0, 5,8 1,04 8 8 0,16 6,6 11,8 10 96 0,1 7, 10,8 1 1 0,1 7,8 9,79 14 0,11 7,9 9,7 16 19 0,1 7,6 9,9 18 0,1 7,4 10,7 0 0,1 6,87 11,1 19 0,1 6,94 10,96 4 1 0,1 6,8 11,1 6 1 0,09 6,69 11,6 8 0,09 6,67 11,6 0 09 0,1 6, 11,75 9 0,15 4,7 1,94 4 8 0,,99 14,99 6 74 0,4,7 15,4 8 69 0,,8 15,7 40 61 0,19 4,06 14,94 4 7 0,1,5 17,06 44 1 0,5,9 17,41 45 44 0,,4 17,48 Tab. 1-5 -
Tabulka průměrných hodnot zkouška č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 7,00 84,04 0,0 5,7 1,8 Tab. 17..5 Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 8. Graf 9. - 54 -
Graf 0. 17..6 Průměrné hodnoty z experimentu č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 6,5 75,9 0, 5, 1,46 Tab. 17.4 Vypočtené hodnoty experimentu č. Vstupní hodnoty pro výpočet: m pv Celková hmotnost spáleného paliva 1 kg m zi m& R pv s 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 0,6 kg 4 kg/h 1,4 % 1,4 kj/km c pmho Střední měrná tepelná kapacita vodní páry 1,54 kj/km C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu 0, % t ok Průměrná teplota okolí 6,5 C Tab. 4-55 -
Vypočtené hodnoty dle příkladu výpočtu v experimentu č. 1 v měření bez deflektoru: q a Poměrná ztráta citelným teplem spalin 4, % q b q r P p Poměrná ztráta plynným nedopalem Poměrná ztráta mech. nedopalem Účinnost krbové vloţky Tepelný příkon krbové vloţky,75 % 0,44 % 6,5 % 18,67 kw P kv Tepelný výkon krbové vloţky 11,74 kw CO př Koncentrace CO ve spalinách 0,4 % Součinitel přebytku vzduchu ve spalinách Tab. 5 1,51-17.5 Experiment č. 17.5.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky Statický tah.11pa Primární vzduch.. primární vzduch uzavřen (otvor pod dvířky) Sekundární vzduch...mezera okolo dvířek a rámem krb. vloţky Hmotnostní tok paliva.4kg/h Interval mezi měřením.. min. Rozloţení paliva rovnoměrně po ploše Počet kusů paliva.ks - 56 -
17.5. Tabulka naměřených hodnot Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 00 0, 0,74 19,8 0 0,4 1,77 18,45 4 1 0,4,97 16,8 6 4 0,1 4,18 15,9 8 9 0,7 4,5 15,1 10 45 0,18 4,9 14,15 1 54 0,19 5, 1,79 14 55 0, 5,16 1,96 16 58 0,19 5,05 14,1 18 60 0,17 5,1 1,91 0 65 0,17 5,09 1,94 66 0,16 4,85 14,4 4 66 0,15 4,78 14,6 6 66 0,15 4,61 14,6 8 60 0,14 4,56 14,69 0 57 0,15 4,55 14,69 60 0,16 4,51 14,7 4 61 0,15 4,48 14,74 6 60 0,16 4,5 14,9 8 58 0,,8 15,7 40 54 0,16 4,0 15, 4 51 0,15,87 15,58 44 50 0,16,87 15,54 45 51 0,16,61 15,89 Tab. 6 17.5. Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 1. - 57 -
Graf. Graf. - 58 -
17.5.4 Průměrné hodnoty z experimentu č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 8,0 48,58 0,0 4,19 15,16 Tab. 7 17.6 Vypočtené hodnoty experimentu č. Vstupní hodnoty pro výpočet: m pv Celková hmotnost spáleného paliva 1 kg m zi m& R pv s 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 0,6 kg 4 kg/h 1,4 % 1, kj/km c pmho Střední měrná tepelná kapacita vodní páry 1,5 kj/km C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu 0, % t ok Průměrná teplota okolí 8 C Tab. 8 Vypočtené hodnoty dle příkladu výpočtu v experimentu č. 1 v měření bez deflektoru: q a Poměrná ztráta citelným teplem spalin 6,9 % q b q r P p Poměrná ztráta plynným nedopalem Poměrná ztráta mech. nedopalem Účinnost krbové vloţky Tepelný příkon krbové vloţky Tab. 9,98 % 0,44 % 59,6 % 18,67 kw P kv Tepelný výkon krbové vloţky 11, kw CO př Koncentrace CO ve spalinách Součinitel přebytku vzduchu ve spalinách 0,7 % 1,1 - - 59 -
17.7 Experiment č. 4 17.7.1 Nastavení spotřebiče a parametry zkoušky Statický tah.11pa Primární vzduch.. 1/8 otevření primárního vzduchu (otvor pod dvířky) Sekundární vzduch...mezera okolo dvířek a rámem krb. vloţky Hmotnostní tok paliva.4kg/h Interval mezi měřením.. min. Rozloţení paliva rovnoměrně po ploše Počet kusů paliva.ks 17.7. Tabulka naměřených hodnot Čas T sp CO CO O [min] [ C] [%] [%] [%] 0 175 0,17 0,81 19,8 170 0, 1,1 19,1 4 171 0,4 1,56 18,7 6 171 0,41,0 18, 8 176 0,4, 18,16 10 178 0,4,46 17,9 1 187 0,7,6 17,78 14 189 0,,09 17 16 08 0,9,6 16, 18 1 0, 4,04 15,71 0 0 0, 4,7 15,5 4 0,19 4,4 15,5 4 0 0,19 4,8 15,5 6 1 0,18 4, 15,6 8 0 0,17 4, 15, 0 40 0,16 4,14 15,5 40 0,15 4,16 15, 4 40 0,14 4,6 15,16 6 6 0,14 4,05 15,45 8 7 0,16,77 15,84 40 0,15,47 16,4 4 6 0,15,6 16,8 44 9 0,16,5 16,8 45 6 0,15, 16,4 Tab.40-60 -
17.7. Grafické zpracování naměřených hodnot Graf 4 Graf 5. - 61 -
Graf 6. 17.7.4 Průměrné hodnoty z experimentu č. T ok T sp CO CO O C C %obj. %obj. %obj. 7,0 11,6 0,,8 16,57 Tab. 41 17.8 Vypočtené hodnoty experimentu č. 4 Vstupní hodnoty pro výpočet: m pv Celková hmotnost spáleného paliva 1 kg m zi m& R pv s 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 0,6 kg 4 kg/h 1,4 % 1, kj/km c pmho Střední měrná tepelná kapacita vodní páry 1,5 kj/km C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu 0, % t ok Průměrná teplota okolí 7 C Tab. 4-6 -
Vypočtené hodnoty dle příkladu výpočtu v experimentu č. 1 v měření bez deflektoru: q a Poměrná ztráta citelným teplem spalin 7,9 % q b q r P p Poměrná ztráta plynným nedopalem Poměrná ztráta mech. nedopalem Účinnost krbové vloţky Tepelný příkon krbové vloţky 4,5 % 0,44 % 57, % 18,67 kw P kv Tepelný výkon krbové vloţky 10,77 kw CO př Koncentrace CO ve spalinách 0,4 % Součinitel přebytku vzduchu ve spalinách Tab. 4 1, - 18. Závěrečné zhodnocení výsledků měření Z měření vyplývá, ţe daný vzorek krbové vloţky nesplnil očekávanou účinnost 70%. Při dvou téměř rovnocenných experimentech z prvého a druhého dne zkoušek, jak je patrno z tabulky 44, dosáhl při zapojení bez deflektoru účinnosti kolem 50%, coţ ho řadí do třídy účinnosti spotřebiče a s deflektorem došlo k nárůstu na 61% coţ odpovídá třídě účinnosti. Maximální účinnosti 6,5% bylo dosáhnuto při zapojení s deflektorem na 1/8 primárního vzduchu. Při pouţití deflektoru, jak je patrné z grafů níţe, dále podle očekávání klesla teplota ve spalinovodu, emise CO a emise CO zůstaly přibliţně na stejné hodnotě a zařadily vloţku do 1 třídy emise CO spotřebiče. V grafu srovnávajícím emise CO je patrná špička v průběhu v zapojení s deflektorem, která byla zřejmě způsobena zahájením měření při jedné ze zkoušek prvního experimentu s deflektorem dříve, neţ došlo ke vznícení paliva. Dále byl pak podle očekávání vypočítán nejmenší přebytek vzduchu u experimentu v zapojení s deflektorem, kdy byl otvor primárního nasávaného vzduchu zcela uzavřen a vloţka si nasávala pouze falešný vzduch kolem dvířek. Po tomto změření krbové vloţky je zcela zřejmé, ţe dalším krokem v konstrukci této vloţky pro dosaţení větší účinnosti by mělo být zvětšení plochy deflektoru a nebo doplnění prostoru nad ohništěm další výměníkovou plochou. - 6 -
Tsp [ C] VUT BRNO FSI EÚ- OEI KRBOVÁ VLOŢKA PRO VYTÁPĚNÍ PAVEL ŠKAROUPKA Porovnání jednotlivých výsledků měření: (%) P KV (kw) CO PŘ (%) q a (%) q b (%) q r (%) (-) Bez deflektoru Experiment 1 49,8 9,5 0,4 0,14 47,5,95 0,4 1,79 Experiment 50, 9,46 0,5 0,15 46,,11 0,47 1,6 Experiment 1 61 11,48 0,5 0,16 5,6,9 0,44 1,79 S deflektorem Experiment 6,5 11,74 0,4 0,1 4,,75 0,44 1,51 Experiment 59,7 11, 0,7 0,09 6,9,98 0,44 1,1 Experiment 4 57, 10,77 0,4 0,1 7,97 4,5 0,44 1, Tab. 44 Graf 7. Teploty ve spalinovodu bez deflektoru s deflektorem 400 50 00 50 00 150 100 50 0 0 5 10 15 0 5 0 5 40 45 Čas [min] - 64 -
CO [%] CO [%] VUT BRNO FSI EÚ- OEI KRBOVÁ VLOŢKA PRO VYTÁPĚNÍ PAVEL ŠKAROUPKA Graf 8. Emise CO 0,60 bez deflektoru s deflektorem 0,50 0,40 0,0 0,0 0,10 0,00 0 5 10 15 0 5 0 5 40 45 Graf 9. Čas [min] Emise CO bez deflektoru s deflektorem 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00,00,00 1,00 0,00 0 10 0 0 40 Čas [min] - 65 -
SEZNAM POUŢITÝCH SYMBOLŮ A ZNAČEK A Hmotnostní podíl popela v palivu [%] M sp Mnoţství spáleného paliva [kg/s] C i Hmotnostní podíl uhlíku v příslušném zbytku [%] spalování C r Redukovaný hmotnostní podíl uhlíku v palivu [%] C Hmotnostní podíl uhlíku v palivu [%] C z Hmotnostní podíl uhlíku ve zbytcích spalování [%] vztaţený na výchozí hmotnost paliva CO Objemová koncentrace oxidu uhelnatého ve [%] spalinách CO Objemová koncentrace oxidu uhličitého ve spalinách [%] H Hmotnostní podíl vodíku v palivu [%] N Hmotnostní podíl dusíku v palivu [%] O Hmotnostní podíl kyslíku v palivu [%] O Objemová koncentrace kyslíku ve spalinách [%] P p Tepelný příkon [kw] P kv Tepelný výkon [kw] H U Výhřevnost paliva [kj/kg] H S Spalné teplo [kj/kg] Q a Ztráty citelným teplem spalin ve vztahu k hmotnosti [kj/kg] zkušebního paliva Q b Ztráty plynným nedopalem ve vztahu k hmotnosti [kj/kg] zkušebního paliva Q r Ztráty mechanickým nedopalem ve vztahu [kj/kg] k hmotnosti R Hmotnostní podíl pevných zbytků spalování [%] propadlých roštem ve vztahu k hmotnosti spáleného zkušebního paliva S Hmotnostní podíl síry v palivu [%] W Hmotnostní podíl vody v palivu [%] f Součinitel vlhkosti [ - ] c pmd Střední měrná kapacita suchých spalin při [kj/km] srovnávacích podmínkách v závislosti na teplotě a sloţení spalin - 66 -
c pmho Střední měrná kapacita vodní páry při srovnávacích [kj/km] podmínkách v závislosti na teplotě m pv Celková hmotnost spáleného paliva [kg] m pvs Celková hmotnost spáleného paliva při jednotlivých [kg] zkouškách m zi Hmotnost tuhých zbytků spalování propadlých [kg] m& pvs roštem Hmotnostní tok paliva spáleného při jednotlivých [kg/h] zkouškách p Tlak [Pa] t sp Teplota spalin [ C] t ok Teplota okolí [ C] Součinitel přebytku vzduchu [ - ] kr Účinnost krbové vloţky [%] q a Poměrná ztráta citelným teplem spalin ve vztahu [%] k výhřevnosti zkušebního paliva q b Poměrná ztráta plynným nedopalem ve vztahu [%] k výhřevnosti zkušebního paliva q r Poměrná ztráta mechanickým nedopalem ve vztahu [%] k výhřevnosti zkušebního paliva - 67 -
Literatura [ 1 ] Budaj, F.: Parní kotle podklady pro tepelný výpočet, nakladadelství VUT Brno, 199 [ ] Rybín, M.: Spalování paliv a hořlavých odpadů v ohništích průmyslových kotlů, SNTL Praha, 1978 [ ] ČSN EN 19 Vestavné spotřebiče k vytápění a krbové vloţky na pevná paliva - Poţadavky a zkušební metody, ČNI Praha, Březen 00 [ 4 ] Firemní literatura STEKO spol. s r.o. Blansko, 008-68 -