Nowe rozwiązania techniczne w zakresie urządzeń grzewczych z zamkniętą komorą spalania kierunki poprawy bezpieczeństwa mieszkańców budownictwa wielokondygnacyjnego Grzegorz Czerski Wydział Energetyki i Paliw Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Czesław Butrymowicz Termet S.A. W Świebodzicach Zbigniew A. Tałach Stowarzyszenia Kominy Polskie Wrocław, listopad 2010
Prognozy cen nośników energii wg założeń Polityki Energetycznej Polski do 2030 r. opracowane przez Ministerstwo Gospodarki 2010 2015 2020 2025 2030 Gaz ziemny ($/1000 m 3 ) 406,9 376,9 435,1 462,5 488,3 (%) (-) (-7) (+7) (+14) (+20) Węgiel energ. ($/t) 140,5 121,0 133,5 136,9 140,3 (%) (-) (-14) (-5) (-3) (0) Ciepło sieciowe* (zł/gj) 36,5 39,2 44,6 50,5 52,1 (%) (-) (+7) (+22) (+38) (+43) En. elektryczna* (zł/mwh) 422,7 490,9 605,1 615,1 611,5 (%) (-) (+16) (+43) (+46) (+45) * - prognozy cenowe dla gospodarstw domowych opracowane
Zastosowanie paliw gazowych w gospodarstwach domowych w Polsce: Zastosowanie paliw gazowych dla celów komunalnych: przygotowanie posiłków 95 %, przygotowanie ciepłej wody sanitarnej 65 % centralne ogrzewanie 20 %. Urządzenia gazowe podział ze względu na funkcje Gazowe przepływowe ogrzewaczy wody Gazowe kotły centralnego ogrzewania (CO) Gazowe urządzenia dwufunkcyjne: ciepła woda + CO Ogrzewacze powietrza Urządzenia gazowe podział ze względu na konstrukcje Gazowe urządzenia z otwartą komorą spalania (typ B) Gazowe urządzenia z zamkniętą komorą spalania (typ C) Gazowe urządzenia kondensacyjne (typ C)
Gazowe urządzenia grzewcze W Polsce gaz ziemny dostarczany jest wspólną siecią do 6,5 mln odbiorców indywidualnych, gaz płynny propan-butan wykorzystywany jest przez 2,5 mln indywidualnych odbiorców w butlach gazowych Urządzenia gazowe niewłaściwie użytkowane mogą być zagrożeniem dla zdrowia, bezpieczeństwa i życia użytkowników. Zagrożenia użytkowników urządzeń gazowych niebezpieczeństwo wybuchu (najczęściej gaz propan-butan) zagrożenie zatruciem toksycznymi gazami pochodzącymi z niezupełnego spalania (tlenkiem węgla) obniżenie zawartości tlenu w pomieszczeniu wzrost wilgotności względnej i możliwość rozwoju grzybów i pleśni
Przeciętny czas przebywania człowieka w różnych środowiskach Środki transportu 6% Na zewnątrz pomieszczeń 4% Stanowisko pracy 30% Dom 60% wg.: Zabiegała B., Namieśnik J.: Lotne związki organiczne jako wskaźnik jakości powietrza wewnętrznego; w: Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce 2003; Warszawa 2003
Wypadki zatruć tlenkiem węgla corocznie kilka tysięcy wypadków zatruć w tym kilkaset śmiertelnych, które występują szczególnie często w sezonie grzewczym W zeszłym sezonie grzewczym w województwie małopolskim od grudnia do lutego zanotowano 9 wypadków śmiertelnych i ok. 40 zatruć problem narasta w związku z prowadzoną termomodernizacją (wymiana stolarki okiennej na szczelną) szczelną) największa ilość wypadków ma miejsce w wielokondygnacyjnych budynkach mieszkalnych wyposażonych w gazowe grzejniki wody przepływowej
Okresowe kontrole instalacji gazowej oraz układów wentylacyjnych i spalinowych rozszerzenie zakresu kontroli o sprawdzanie sprawności urządzenia gazowego (zawartość CO w spalinach) oraz wielkości napływu powietrza Szerzenie wiedzy na temat funkcjonowania urządzeń gazowych Sposoby poprawy bezpieczeństwa użytkowników urządzeń gazowych Zapewnienie odpowiedniego napływu powietrza zastosowanie prawidłowej wentylacji, nawietrzaków lub nawiewników i mikrowentylacji Instalowanie czujników sygnalizujących obecność CO w pomieszczeniu w tym również połączonych z systemami odcinającymi dopływ gazu do instalacji Wspomaganie siły ciągu grawitacyjnego w okresach jego zmniejszenia lub zaniku w przewodach wentylacyjnych nasady kominowe, wentylacja hybrydowa Zabezpieczenia przed cofaniem się spalin zamontowane w urządzeniach gazowych chroniące przed napływem spalin do pomieszczenia
Eliminacja wypadków zatruć tlenkiem węgla poprzez wymianę urządzeń gazowych Wymiana urządzeń typu B z otwartą komorą spalania na urządzenia z zamkniętą komorą spalania (typu C) wiąże się koniecznością zastosowania nowoczesnych systemów kominowych - Systemów Powietrzno-Spalinowych (SPS). Zastosowanie urządzeń z zamkniętą komorą spalania: eliminuje ryzyko przedostania się produktów spalania do atmosfery pomieszczenia oraz ogranicza ryzyko spadku koncentracji tlenu w pomieszczeniu, obniża ilość powietrza wymaganą dla prawidłowej wentylacji mieszkania i związane z tym straty ciepła, zmniejszenie zużycia gazu związane wysoką efektywnością energetyczną tych urządzeń możliwość wykorzystania gazu w budynkach, w których nie jest dopuszczalne stosowanie grzejników wody z otwartą komorą spalania.
Podstawowe rodzaje urządzeń z zamkniętą komorą spalania Ze względu na sposób doprowadzania powietrza do spalania i odprowadzania spalin na zewnątrz, urządzenia takie podzielić można na dwa główne rodzaje: urządzenia w których doprowadzenie powietrza i odprowadzenie spalin odbywa się koncentrycznym przewodem (I), urządzenia, w których doprowadzenie powietrza i odprowadzanie spalin odbywa się dwoma niezależnymi przewodami (II).
Miejsca zabudowy gazowych przepływowych pogrzewaczy wody w budynkach mieszkalnych
Gazowe przepływowe podgrzewacze wody z otwartą komorą spalania aktualnie eksploatowane na rynku polskim Aktualnie w Polsce jest zainstalowanych ok. 2 mln takich urządzeń. Często są to urządzenia przestarzałe, kilkunastoletnie a nawet kilkudziesięcioletnie. Są to urządzenia wiszące, w nowych modelach o małych gabarytach Charakteryzują się mocą od 15 do 30 kw Wyposażone w przerywacz ciągu, gdzie spaliny odprowadzane są na zasadzie ciągu naturalnego W starszych modelach płomień dyżurny zużywa ok. 150 200 m 3 gazu w ciągu roku, nowsze wyposażone są w automatyczny zapłon i nie potrzebują płomienia dyżurnego Sprawność starych urządzeń wynosi ok. 80 % a nowych jest rzędu 86 87 % Nowe modele wyposażone są w czujnik odwrócenia ciągu, który odcina dopływ gazu w razie wypływu spalin do pomieszczenia. Zabezpieczenie to nie jest w pełni skuteczne! W pewnych sytuacjach mogą stwarzać zagrożenie dla ich użytkowników
PGz 3 Rok produkcji 1964 46 lat!!! Moc zmierzona 22,2 kw Zużycie gazu 3,06 m 3 /h Sprawność 82,0 % CO 18 864 ppm
PGm-4 Rok produkcji 1968 42 lata!!! Zużycie gazu 5,1 m 3 /h Zadziałało zabezpieczenie przed wypływem spalin w pomieszczeniu laboratoryjnym. Stężenie CO przewyższało zakres pomiarowy miernika 20 000 ppm Urządzenie na gaz miejski, w którym wymieniono palnik na dostosowany do spalania gazu ziemnego
PGz 4 Rok produkcji 1970 40 lat Moc zmierzona 20,8 kw Zużycie gazu 2,7 m 3 /h Sprawność 86,7 % CO 524 ppm
PGz 4 Rok produkcji 1971 39 lat Moc 19,3 kw Zużycie gazu 2,5 m 3 /h Sprawność 87,8 % CO 25 ppm
PG6-Z6 Rok produkcji 1978 38 lat Moc zmierzona 17,0 kw Zużycie gazu 2,3 m 3 /h Sprawność 84,4 % CO 32 ppm
PG 6 M6 Rok produkcji 1978 32 lata Moc zmierzona 21,6 kw Zużycie gazu 2,8 m 3 /h Sprawność 86,5 % CO 5 755 ppm Urządzenie na gaz miejski, w którym wymieniono palnik na dostosowany do spalania gazu ziemnego
PG6-Z12 Rok produkcji 1980 30 lat Moc zmierzona 20,1 kw Zużycie gazu 2,7 m 3 /h Sprawność 82,2 % CO 7 260 ppm
G.W.P 21-II Produkowany w latach 1978-84 Moc zmierzona 19,3 kw Zużycie gazu 3,2 m 3 /h Sprawność 67,5 % CO 43 955 ppm Wypalona nagrzewnica
G 17-00-z12 Rok produkcji 1986-24 lata Moc nominalna 17,0 kw Zużycie gazu 4,2 m 3 /h Brak możliwości zrobienia badań ze względu na wydostawanie się płomienia poza komorę spalania, co doprowadza do palenia się płomienia w przerywaczu ciągu. Stężenie CO przewyższało zakres pomiarowy miernika 20 000 ppm.
GGWP 17-00 Rok produkcji 1990 20 lat Moc zmierzona 21,0 kw Zużycie gazu 2,9 m 3 /h Sprawność 80,6 % CO 32 740 ppm
PG 17-20 Produkowany w latach 1992-97 Moc zmierzona 15,1 kw Zużycie gazu 2,0 m 3 /h Sprawność 85,6 % CO 236 ppm
Zestawienie wyników pomiarów zdemontowanych ogrzewaczy wody Typ urządzenia Rok produkcji Moc [kw] Sprawność [%] Stężenie CO w suchych nierozcieńczonych spalinach [ppm] PGz 3 1964 22,1 82,0 18 864 PGm-4 1968 - - Powyżej zakresu pomiarowego PGz 4 1970 20,8 86,7 524 PGz 4 1971 19,3 87,8 25 PG 6-Z 6 1978 17,0 84,4 32 PG 6M6 1978 21,6 86,5 5 755 PG 6-Z 12 1980 20,1 82,2 7 260 G.W.P 21- II 1978-84 21,0 67,5 43 955 G 17-00-z12 1986 17,0 - Powyżej zakresu pomiarowego GGWP 17-00 1990 17,4 80,6 32 740 PG 17-20 1992-97 17,4 85,6 236
Nowe, bezpieczne, wysokosprawne gazowe ogrzewacze wody z zamkniętą komorą spalania specjalna oferta dla budownictwa mieszkaniowego Schemat konstrukcyjny ogrzewacza wody typu C z zamkniętą komorą spalania
Gazowe przepływowe ogrzewacze wody z zamkniętą komorą spalania Przystosowane zarówno do spalania gazu ziemnego różnych grup jak i gazu płynnego Moce nominalne oferowanych urządzeń są do siebie zbliżone i wahają się w zakresie 19,5 24,4 kw. Zużycie gazu 2,3 3,0 m 3 /h Wyposażone w automatyczny zapłon elektroniczny Odprowadzanie spalin i dostarczanie powietrza do spalania odbywa się przy pomocy wentylatora. Sprawność urządzeń mocy nominalnej w zależności od urządzenia waha się w przedziale 88,5 % - 95 %. Przy zastosowaniu koncentrycznych przewodów powietrzno spalinowych może sięgać nawet 98 %. Urządzenia te są całkowicie bezpieczne dla ich użytkowników
Gazowe podgrzewacze wody przepływowej z zamkniętą komorą spalania oferowane na rynku Firma Vaillant [5] Model TurboMag 1-2 H TurboMag 1-2 PB Rodzaj paliwa E 3 propan Moc nominalna [kw] 19,5 19,5 Sprawność [%] Zużycie gazu 1 [m 3 /h] - 2,3 Wydatek c.w.u. [l/min] 11 dla T = 25 K 11 dla T = 25 K Sposób zapłonu zapłon elektroniczny Cena brutto 2 [zł] 2 842,60 2 946,30 Junkers [6] Celsius WT 14 Celsius Plus WTD 14 E, Lw 4 gaz płynny E, Lw gaz płynny 23,8-2,9 10 23,8-2,9 płynna modulacja zapłon elektroniczny 2 926,78 2 974,36 4 390,78 4 438,36 Immergas [7] Caesar 14 Star E, Lw, Ls 5 gaz płynny 24,4 88,5 3,0 14 dla T = 25 K 7 dla T = 50 K zapłon elektroniczny 2 915,80 2 967,04 Termet [8] Aqua Comfort Turbo E, gaz płynny 19,2 23,0 93,0 94,0 2,3 2,5 3-11 3-13 zapłon elektroniczny 2379,00 2427,80 1) dla gazu E 2) stan na luty 2010 r. 2) E dawniej GZ-50 3) L w dawniej GZ-41,5 4) L s dawniej GZ-35
Możliwość zastosowania gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania w budynkach mieszkalnych Przeprowadzono badania w celu wykazania możliwości zastosowania gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania w budynkach mieszkalnych (w szczególności w budynkach wielokondygnacyjnych) Badania powadzono w ramach projektu rozwojowego finansowanego przez Ministerstwa Oświaty i Nauki nr R04 021 01 pt: Nowoczesne systemy gazowych urządzeń grzewczych do przygotowania ciepłej wody użytkowej zapewniające bezpieczeństwo w wielokondygnacyjnych budynkach mieszkalnych
Program badań w ramach projektu rozwojowego Etap I Badanie na stanowisku laboratoryjnym dostępnych na polskim rynku gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania. Etap II Badanie na stanowisku symulującym budynek jednorodzinny wybranych gazowych przepływowych ogrzewaczy wody podłączonych do różnych systemów kominowych. Etap III Badanie na instalacjach pilotażowych wytypowanych rozwiązań wytwarzania ciepłej wody użytkowej w warunkach budynku wielokondygnacyjnego.
Rezultaty badania sprawności dla pojedynczych systemów kominowych Rys. Sprawności dwóch badanych gazowych przepływowych ogrzewaczy wody podłączonych do różnych pojedynczych systemów kominowych o różnych długościach.
Badania gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania podłączonych do zbiorczego systemu kominowego Przeprowadzone badania miały na celu sprawdzenie funkcjonowania gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania podłączonych do zbiorczego systemu kominowego, który można zastosować w budynku wielokondygnacyjnym. Wybudowano system kominowy symulujący warunki jego pracy w budynku wielokondygnacyjnym. Badany układ charakteryzował się: - Składał się z pięciu prototypowych urządzeń gazowych o mocy 21 kw podłączonych do zbiorczego rozdzielnego systemu powietrznospalinowego. - Zbiorcze przewody: spalinowy i powietrzny miały średnice 120 mm dla systemu rozdzielnego i 140/200 dla systemu koncentrycznego - Z urządzeniu połączone były koncentrycznym przyłączem spalinowopowietrznym 60/100 mm Dobór średnic przewodów kominowych podyktowany był możliwością poprawnej pracy układu przy maksymalnym obciążeniu oraz potencjalnym wykorzystaniem istniejących kanałów w budynkach mieszkalnych, które zazwyczaj mają wymiary 14x14 cm.
Badania zbiorczych systemów kominowych System rozdzielny System koncentryczny
Harmonogram badań Praca jednego urządzenia przy obciążeniu nominalnym nr 1 nr 2 nr 3 nr 4 nr 5 Praca trzech urządzeń przy obciążeniu nominalnym nr 1, nr 2 i nr 3 nr 1, nr 2 i nr 4 nr 1, nr 3 i nr 5 nr 2, nr 3 i nr 4 nr 3, nr 4 i nr 5 Praca pięciu urządzeń przy obciążeniu nominalnym nr 1, nr 2, nr 3, nr 4 i nr 5 Praca dwóch urządzeń przy obciążeniu nominalnym nr 1 i nr 2 nr 1 i nr 3 nr 1 i nr 5 nr 2 i nr 4 nr 4 i nr 5 Praca czterech urządzeń przy obciążeniu nominalnym nr 1, nr 2, nr 3 i nr 4 nr 1, nr 2, nr 3 i nr 5 nr 1, nr 2, nr 4 i nr 5 nr 1, nr 3, nr 4 i nr 5 nr 2, nr 3, nr 4, nr 5
Rezultaty badań dla zbiorczych systemów kominowych Tablica. Wyniki badań dla pięciu urządzeń podłączonych do rozdzielnego systemu kominowego. Pracujące urządzenia nr 1, nr 2, nr 3, nr 4, nr 5 Zawartość CO w spalinach Sprawność [%] Temperatura [ C] spaliny powietrze nr 1 151 95,3 106 22 nr 2 261 96,1 92 18 nr 3 113 95,5 99 18 nr 4 253 95,9 99 22 nr 5 220 93,6 123 25 Tablica Wyniki badań pięciu urządzeń podłączonych koncentrycznego systemu kominowego. Temperatura [ C] Pracujące urządzenia Zawartość CO w spalinach Sprawność [%] 1 2 spaliny powietrze nr 1 56 94,3 105 54 nr 1, nr 2, nr 2 129 94,9 111 52 nr 3, nr 4, nr 3 63 94,6 97,4 107 50 nr 5 nr 4 63 94,5 111 44 nr 5 68 95,1 108 38 Gdzie: 1 punkt pomiarowy w przewodzie spalinowym za urządzeniem 2 punkt pomiarowy na wylocie ze zbiorczego przewodu spalinowego
Wnioski We wszystkich przypadkach stężenia CO w spalinach mieściły się w dopuszczalnej normie. Najgorsze wyniki uzyskano dla czterech pracujących urządzeń, lecz spełnione są wymagania normy odnośnie jakości spalania. Urządzenia osiągają wysokie sprawności: 93 98 %. Wysoka sprawność wynikała z niskiej temperatury spalin na wylocie z urządzeń tj. 92 123 C a także wstępnego podgrzewania powietrza w przewodach koncentrycznych. W przewodzie spalinowym następuje wspomaganie poprzez ciąg kominowy (często w przewodzie spalinowym występuje podciśnienie).
Podsumowanie rezultatów badań Rezultaty badań potwierdziły, że wykorzystanie gazowych przepływowych ogrzewaczy wody z zamkniętą komorą spalania w budynkach wielokondygnacyjnych podłączonych do zbiorczych systemów kominowych jest jak najbardziej możliwe. Przy zastosowaniu przewodów zbiorczych o średnicach 120 mm, układ taki będzie funkcjonował bez żadnych zakłóceń dla czterech kondygnacji. Praca takiego układu w budynku pięciokondygnacyjnym jest również możliwa, ale wymaga dodatkowej modyfikacji np. poprzez zastosowanie zaworów zwrotnych. W przypadku zastosowania systemu koncentrycznego o średnicach przewodów 140/200 mm układ funkcjonuje prawidłowo dla warunków pracy w pięciokondygnacyjnym budynku. Oddzielnym problemem jest kwestia zabezpieczenia urządzeń gazowych przed działaniem wykraplającego się w przewodzie spalinowym kondensatu. Producenci systemów kominowych posiadają odpowiednie rozwiązania chroniące przed tym zjawiskiem.
Systemy kominowe dla urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania pojedyncze zbiorcze
System koncentryczny rura w rurze powietrze do spalania pobierane rurą zewnętrzną, spaliny odprowadzane rurą wewnętrzną system powietrzno-spalinowy jest przeponowym wymiennikiem ciepła (rekuperatorem) koncentryczny system powietrznospalinowy poprawia sprawność urządzeń gazowych zbiorcze przewody powietrzno-spalinowe charakteryzują się zazwyczaj wyższą efektywnością energetyczną od pojedynczych
Klasyfikacja urządzeń gazowych z zamkniętą komorą spalania Typ C 1
Typ C 2 Typ C 3 Typ C 4
Typ C 5 Typ C 7 Typ C 8
Typ C 9 Podobny do typu C 3, Jako przewód powietrzny wykorzystuje się istniejący kanał, np. adoptowany kanał spalinowy. W przypadku przewodów koncentrycznych w istniejącym kanale umieszcza się przewód spalinowy, natomiast pozostałą przestrzeń kanału stanowi przewód powietrzny.
Możliwość montażu w budynkach wielokondygnacyjnych Koncentryczny system zbiorczy typu LAS
Systemy powietrzno-spalinowe wewnątrz budynku a) b) a) zbiorczy współosiowy przewód powietrznospalinowy b) indywidualne przewody powietrzno-spalinowe dla każdego urządzenia gazowego
Usuwanie spalin przez przewód kominowy i dostarczanie powietrza przez ścianę boczną powietrze pobierane jest przez ścianę a spaliny odprowadzane oddzielnie wykonanymi przewodami spalinowymi
Warianty dostarczania c.w.u. do budynków wielokondygnacyjnych z sieci ciepłowniczej, przy użyciu elektrycznego przepływowego podgrzewacza wody, za pomocą gazowego przepływowego ogrzewacza wody z otwartą komorą spalania, za pomocą gazowego przepływowego ogrzewacza wody z zamkniętą komorą spalania.
elementy składowe kosztów uzyskania ciepłej wody użytkowej dla różnych sposobów jej wytwarzania. Metoda wytwarzania c.w.u. Zużycie energii Wartość Jednostka Koszt podgrzania 1 m 3 wody [zł] Kosz 1 m 3 zimnej wody [zł] Sieć ciepłownicza - - 10,88 Podgrzewacz elektryczny 51,77 kwh 22,26 Gazowy ogrzewacz wody z otwartą komora spalania 6,01 m 3 10,76 5,45 Gazowy ogrzewacz wody z zamkniętą komorą spalania 5,75 m 3 10,30 Stan na czerwiec 2008
prównanie kosztów wytworzenia analizowanymi metodami 1 m 3 ciepłej wody użytkowej. Stan na czerwiec 2008
Porównanie miesięcznych i rocznych kosztów ciepłej wody użytkowej dla różnych sposobów jej wytwarzania. Metoda wytwarzania c.w.u. Sieć ciepłownicza Podgrzewacz elektryczny Gazowy ogrzewacz wody z otwartą komora spalania Gazowy ogrzewacz wody z zamkniętą komorą spalania Miesięczne zużycie energii Roczne zużycie energii Miesięczne koszty produkcji c.w.u. [zł] Roczne koszty produkcji c.w.u [zł] - - 136,50 1638,00 434,9 kwh 5220 kwh 232,79 2793,45 50,5 m 3 605,8 m 3 136,34 1636,03 48,3 m 3 579,4 m 3 131,71 1588,39 Ponadto należy podkreślić dostosowanie ilości spalanego gazu do strumienia pobieranej wody, co skutkuje zmniejszeniem jego zużycia o ok. 20 %
Szacunkowe nakłady inwestycyjne przygotowanie infrastruktury Szacunkowe nakłady inwestycyjne na jedno mieszkanie Nowy budynek Modernizacja budynku Sieć ciepłownicza Koszt instalacji ok. 2 500 zł Koszt instalacji ok. 3 000 zł Podgrzewacz elektryczny Gazowy ogrzewacz wody z otwartą komora spalania Gazowy ogrzewacz wody z zamkniętą komorą spalania Koszt urządzenia ok. 1 400 zł Koszt instalacji 300 zł Koszt urządzenia 1 100 zł Koszt instalacji spalinowej 1 500 zł Koszt urządzenia 1 100 zł (netto) Koszt instalacji 1 000 zł Koszt urządzenia ok. 1400 zł Koszt instalacji 300 zł Koszt urządzenia 1100 zł Koszt instalacji spalinowej 1500 zł Koszt urządzenia 1 4100 zł (netto) Koszt instalacji 1 000 zł
Dziękujemy za uwagę