Légfűtéses kandallók hatékonyságjavító módozatai

Ha visszatekintünk az elmúlt negyedszázad kandallótrendjének hazai változásaira, akkor egy fontos következtetés mindenképpen levonható: a felhasználói igény és a gyártói kínálat a kezdeti látvány és hangulatkeltő funkciótól ma már a teljes ház gazdaságos fűtéséig nemesedett. Bizton állítható, hogy létjogosultságot nyert a fatüzelésű készülékek kedvelt típusainak sorában. Sajnos még mindig szakmai körökben gyakran elhangzik, főleg a „cserépkályha-pártiak” részéről kandalló ellenes érvként, hogy a füstgáz túlságosan magas hőmérsékleten távozik a kéményen, azaz: nem lehet igaz a tűztérgyártók által hirdetett 70-80 %-os hatásfok. Az ilyen és ehhez hasonló vélemény ebben az egyszerűsített változatban csak a laikusoknak lehet elfogadható. Szakmai érvként hamis, még akkor is, ha látszólag igaznak tűnik. Próbáljuk meg kibontani az igazság minden részletét. A kandallótűzterek névleges teljesítményét a hőleadó felület nagysága és ennek elérhető maximális hőmérséklete határozza meg. Ezek jól számítható és mérhető adatok. Úgyszintén a hatásfok, mely teljesen tiszta hőcserélő felületekkel, optimális kéményhuzattal és száraz keményfa eltüzelésével elért paraméterek mérési és számítási adataival történik, akkreditált hőtechnikai laboratóriumban végzett mérések alapján. Fontos hangsúlyozni, hogy a mérések laboratóriumi körülmények között történnek (száraz fa, stabil kéményhuzat, stb.). Mi történik akkor, ha a kandalló használata során túladagoljuk a fát (erre majdnem mindenki hajlamos) és nem vesszük figyelembe az időközben felmelegedett kémény megnövekedett szívó hatását (szállító nyomás), amely többszöröse lehet az optimális értéknek? Természetesen ez esetben pazarlóan fűtünk, pocsékoljuk az energiát, mert a tűztér hőleadó felülete nem képes a túladagolt fa elégéséből származó többletenergiát a konvekciós közegnek (levegőnek) átadni. A keletkezett plusz energia távozik a kéményen a nyilvánvalóan magasabb hőmérsékletű füstgázzal. Ez esetben igazuk van a szkeptikusoknak, mert csökken a hatásfok és pazarló a kandalló. Azon túlmenően, hogy a használati utasításban közöljük az optimálisan szükséges óránkénti faadagot, nem kényszeríthetjük a felhasználót fürdőszoba mérleg használatára a fa porciózásához. A többletfa elégetéséből származó többlethő sem figyelmezteti a felhasználót az elpocsékolt energiára, mert az nem hat a hőérzetére. Ezen negatívumok kiküszöbölésére voltak és vannak gyártói kísérletek, melyek az égési levegő lehatárolásával próbálták a többletenergia keletkezésének lehetőségét minimalizálni. Ez nem egy sikeres megoldás, mert a begyújtásnál arra kényszerítették a felhasználót, hogy a kandalló ajtaját ujjnyi résre nyissák ki. Sajnos ez a szakszerűtlen megoldás még gyártói, forgalmazói javaslatként is elhangzott. A légfűtéses hőtárolás kombinációja 2006 márciusában az alábbi újszerűnek számító „öszvér” megoldás működését teszteltük, melyhez Költő András biztosított terepet és mérőeszköz készletet, valamint kivitelezőt és hozzáértő munkaerőt, ahhoz a kísérlethez, amely a Ben-Kel Kft. terveivel, műszaki megoldásaival és tűzterével zajlott. Az 1. ábra a műszaki megoldás lényegét mutatja, kiterített változatban. 1. ábra Eredeti terv szerint a centrálisan elhelyezett légfűtő öntvény tűztér két oldalára egy-egy acéllemezből készült tartályba csőidomokból összeállított 7 m hosszú egyjáratú füstelvezetőt rögzítünk, majd a tartályokat feltöltjük kvarchomokkal. A homok lehetővé teszi az űr teljes kitöltését és a füstcsövek hőhatásra történő tágulását. Egy mechanikusan működtetett irányváltó szeleppel biztosítjuk a füstáram direkt útját, ezzel a begyújtáskor esetleges füsttorlódás veszélyét háríthatjuk el. A kémény felmelegedése után (10-15 perc) az irányváltó fordításával a füstáramot kényszerpályára tereljük. A füstjárat vízszintes szakaszait tisztító nyílásokkal látjuk el. Az eredeti tervtől eltérően a homoktartályok tömör téglából épültek, úgyszintén a teljes építmény burkolata. A füstgáz, a konvekciós levegő, a homok, valamint falazat külső hőmérsékletét 34 mérőponton 30 perces időtávban mértük. A mérések homokkal feltöltött és homok nélküli tartályokkal külön történtek. Az 1. ábrán a tüzelési ciklus azon időpillanatában mért hőmérséklet állapotot mutatjuk, amikor a tűztér torokszintjénél a füstgáz hőmérséklete aránylag tartósan az átlagos szintet elérte. A homok nélkül történt mérések arra adtak meggyőző választ, hogy a légfűtő kandallók esetében milyen hosszú füstcsőjárat optimális. A 2. ábra a füstgáz hőmérsékletének változását mutatja a füstcső hosszának függvényében. 2. ábra Az alsó görbe az optimális tüzelés (óránként 3,8 kg száraz fa 12 kW teljesítményhez) során mért átlagolt füstgáz hőmérséklet változását mutatja a járathossz függvényében. Azt tapasztaljuk, hogy a 280 C fokról a füst hővesztése, vagyis a leadott hőmennyiség a 2,5 – 3 m csőhosszig még számottevő, de e fölött már gazdaságtalan. Ennek fő oka, hogy a konvekciós térben felmelegedett levegő és a füstgáz hőmérséklete közti különbség nagyon kevés, sőt a tüzelés utolsó fázisában, ha létrejön a termikus egyensúly, vagyis, ha a konvekciós levegő hőmérséklete eléri a füstgáz hőmérsékletét, a hőcsere folyamata megszűnik. Rossz esetben a tüzelés utolsó fázisában, ha a füstgáz hőmérséklete alacsonyabb, mint a füstcsövet környező levegőé, akkor megfordul a hőközlés iránya. Ez esetben a füstöt melegítvén hűtjük a konvekciós teret. Itt jegyezzük meg, hogyha a konvekciós tér szellőztetését fékezzük, szűkre tervezzük a szellőzőnyílást, akkor magas hőmérsékletet érünk el az építményen belül és korán beáll a termikus egyensúly a füstgáz és környezete viszonylatában. Tapasztalataink szerint nem gazdaságos az építményen belül a 300 C fok fölötti levegő hőmérséklet, de a tűztér túlzott hőterhelése is számottevően rövidíti élettartamát. A felső görbe a túladagolt fa égetésekor a torokban kialakult 580 C fok füstgáz hőmérsékletének füstcsőhosszban történő változását mutatja. Ez esetben is érvényes a fentiekben taglalt optimális tüzelés esetén levont következtetések mindegyike. Legfontosabb tanulság az, hogy a tűztér által nem hasznosított tetemes hőmennyiséget a 2,5 – 3 m hosszú füstcsőtoldással hatékonyan lehet felhasználni. Ez a füstcsőhossz kb. 1,5-1,8 m² hőleadó felületnek felel meg, melyet különféle praktikákkal szűkebb térben is meg lehet valósítani.   Variációk a hő utóhasznosítására A füstgáz hőmérsékletének hasznosítására már régóta alkalmaznak hődobot, levegős és vizes hőcserélőt. A továbbiakban néhány újszerű hazai gyártmányú és nem utolsó sorban költségkímélő, ár érték arányban és hatékonyságban elfogadható terméket javaslunk felhasználásra.  A 3. ábra a bármely kandalló tűztér füstcsonkjára illeszthető Bukójárat működési elvét mutatja. Lényege, hogy ezzel az applikációval a hőleadó felületet 1,8 m² –rel növeljük a konvekciós téren belül, úgy, hogy a kéménybe történő csatlakozás pozíciója nem befolyásolja az alkalmazhatóságát. Működésének lényege, hogy begyújtáskor biztosítjuk a füst direkt-járatú távozását. Néhány perces üzemeltetés után a kémény felmelegedése és a huzat megnövekedése alkalmat biztosít arra, hogy egy irányváltó szelep elfordításával kényszerútra tereljük a füstöt. Így megnyújtjuk a füstjáratot és csökkentjük a légtömegáramlás sebességét. Ez utóbbit a bukójárat keresztmetszetének sajátos kialakítása eredményezi. A járat öntisztító, az esetleges pernyeképződmény a tűztérbe hull vissza. Korom- és kátránylerakódás kizárt. 3. ábra A keletkezett hasznosítható többletenergiával – kellő kreativitással – a lehetőségekhez alkalmazkodva gazdálkodhatunk. Pl. növeljük a kandalló burkolatának hőtároló tömegét, hőrelés ventilátorral serkenthetjük a konvekciós áramlást, bátrabban elvezethetjük a meleg levegőt légcsatornával a ház többi helységeibe, stb. A Bukójárattal azonos méretű hőleadó felületnövelést eredményez a tűztérrel egybeépített sütős változat. (4. ábra)   4. ábra Nem újdonság a szakmában a samottjáratos utóhasznosítók importból származó változatai, melyeknek nagy hátránya a magas beszerzési költség. Sajnos ez nem kis mértékben gátolja széleskörű elterjedésüket. Hazai termékként kedvező árszinten javasoljuk az 5. ábrán bemutatott samottal bélelt füstjáratos hőtárolót, melynek össztömege közel 200 kg. Nem elhanyagolható előnye, hogy a helyszínen kerül végleges pozíciójába összeszerelésre. A vízszintesen elhelyezett téglák soronként váltójáratos füsttereléssel lassítják a hőtömeg áramot, növelik a hőközlés időtartamát. Ennek eredményéül elnyúlik időben a hőleadás, mivel a tűztér fölötti járatos egység csak akkor fogja a konvekciós teret melegíteni, amikor ennek samott tartalmának hőmérséklete nagyobb, mint az őt körülvevő levegőé. Ez jó esetben, általában 3-4 órás fűtés után következik be. Előnyösen felezi az időegység alatt leadott teljesítményt, és megduplázza a hőközlés időtartamát.   5. ábra Hasonló elven működik a 6. ábra szerinti Ben-Kel kandallóbetétekre szerelhető hőtároló, melynél a samott elemeket zárt tartályba helyezett kvarchomokkal helyettesítjük. Mivel a homok fajhője azonos a samottéval, a belehelyezett homok tömege megegyező, ezért ugyanolyan hőteljesítményre képes. A füst fékezett áramlását terelő elemek biztosítják, akárcsak a samottos változatnál.