BADANIA ENERGETYCZNYCH I EKOLOGICZNYCH PARAMETRÓW PRACY DOMOWYCH URZĄDZEŃ GRZEWCZYCH TYPU PIECOKOMINKI

Podobne dokumenty
Nowoczesne narzędzia obliczeniowe do projektowania i optymalizacji kotłów

EKOLOGICZNE KOTŁY C.O. 5 KLASY

NOWOCZESNE KOMORY SPALANIA BIOMASY - DREWNA DREWNO POLSKIE OZE 2016

Emisja pyłu z instalacji spalania paliw stałych, małej mocy

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

LUPO / LEGNO. piece wolno stojące

NOWOŚĆ. Żeliwne wkłady piecowe

Piec nadmuchowy na gorące powietrze

Certyfikat i regularne przeglądy

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

KOMO Sp. z o.o., Strona 1 z 5. Piec wolnostojący Invicta - IWAKI

TermoKaust jest marką fi rmy Kafl arnia Kafel-Kar z Białegostoku, producenta ceramiki kafl owej.

Jak połączyć kominek z płaszczem wodnym z kotłem c.o.?

Praktyczne uwarunkowania wykorzystania drewna jako paliwa

Jaki wybrać system grzewczy domu?

WZORU UŻYTKOWEGO PL Y1. JURKIEWICZ WOJCIECH ZAKŁAD URZĄDZEŃ GRZEWCZYCH ELEKTROMET, Gołuszowice, PL BUP 24/

Piec wolnostojący Invicta - KAORI

2011 InfraTec. Aktywna termografia w badaniach nieniszczących przy użyciu oprogramowania IRBIS 3 active

EKOLOGICZNE, ZAUTOMATYZOWANE TERMOKOMINKI Z PŁASZCZEM WODNYM OPALANE PELETEM. NR KAT. PRODUKT MOC [kw] OPIS CENA [NETTO PLN]

Wpływ ustawienia przepływu powietrza na jakość spalania i sprawność wkładu kominkowego

Paleniska pieca bazowego

Foto: W. Białek SKUTECZNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ I ŚRODOWISKIEM W BUDYNKACH

5 emisji zanieczyszczeń

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

MAŁOPOLSKI CECH ZDUNÓW I ZAWODÓW POKREWNYCH ul. Balicka 320, Kraków KRS Kraków dn. 3.VIII.2016r.

INSTRUKCJA OBSŁUGI I MONTAŻU TRADYCYJNEGO WKŁADU KOMINKOWEGO BYRSKI CYKLOP 390

5 emisji zanieczyszczeń

KOZA K9 PW 150. Dane techniczne ,00 zł. 14 dni KOZA/K9/150/PW/W

ZUZIA ECO 12 lewy BS DECO

W 2006 roku wprowadziliśmy na rynek nową ofertę produktów i technik grzewczych niemieckiego producenta Firmy Ulrich Brunner GmbH.

BIOPELLET / BIOPELLET PLUS

Grzejniki do kotłów kondensacyjnych

Kominki Piece

Eksploatacja kominków i ogrzewaczy w świetle zapisów uchwały antysmogowej dla Małopolski. Robert Wojtowicz

Piecyk na pelet Edilkamin TEN 10kW - NOWOŚĆ

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Działania w zakresie ograniczania. emisji w gminach

URZĄDZENIE PODŁĄCZONE BEZPOŚREDNIO DO KOMINA Kopuła żeliwna Wymiennik stalowy

Cennik Obowiązuje od

JAKIE OGRZEWANIE JEST NAJTAŃSZE?

WYPOSAŻENIE DODATKOWE: TERMOSTATYCZNY MIARKOWNIK, ELEKTRONICZNY MIARKOWNIK, ZESTAW NADMUCHOWY, WĘŻOWNICA SCHŁADZAJĄCA

(2)Data zgłoszenia: (57) Układ do obniżania temperatury spalin wylotowych oraz podgrzewania powietrza kotłów energetycznych,

S Y S T E M Y S P A L A N I A PALNIKI GAZOWE

ERYK 12. Dane techniczne ,00 zł. 1 dni ERYK/PF

I MIĘDZYNARODOWA KONFERENCJA NAUKOWA DREWNO POLSKIE OZE

PL B1. IWONA PELLETS SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Aleksandrów Łódzki, PL BUP 06/16

KOZA K9 130 z ASDP. Dane techniczne ,00 zł. 14 dni KOZA/K9/130/ASDP

LEO 100 lewy / prawy na gaz propan

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

LEO 70 lewy / prawy na gaz propan

na paliwa stałe New trends in control systems of automatic central heating solid fuel boilers W KILKU SŁOWACH

KARTA INFORMACYJNA PIECO - KOMINKÓW MODELE Z RODZINY: AGATKA, ZUZIA, BLANKA, JAN

PL B1. SUROWIEC BOGDAN, Bolszewo, PL BUP 18/13. BOGDAN SUROWIEC, Bolszewo, PL WUP 04/16 RZECZPOSPOLITA POLSKA

Global Wkłady kominkowe. Cena Dodatki Technika

BRETA PELET TERMOMODENA

OLIWIA PW 22 tunel. Dane techniczne ,00 zł. 14 dni OLIWIA/T/PW/22/W

ANTEK 10 DECO. Dane techniczne ,00 zł. 1 dni ANTEK/DECO

Możliwości prototypowania dedykowanych systemów sterowania pracą urządzeń grzewczych z wykorzystaniem sterowników PLC

AMELIA 13 EKO. Dane techniczne ,00 zł. 14 dni AMELIA/EKO

NADIA 14 prawy BS gilotyna

ATMOS Kombi C25ST 25 kw kocioł zgazujący węgiel brunatny i drewno

NADIA 14 prawy BS gilotyna

(Tekst mający znaczenie dla EOG) (2017/C 076/02) (1) (2) (3) (4) Miejscowe ogrzewacze pomieszczeń na paliwo stałe

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku

EKONOMICZNE KOTŁY Z AUTOMATYCZNYM PODAJNIKIEM

Kocioł KOSPEL EKCO.TM Kocioł KOSPEL EKCO.T Kocioł KOSPEL elektryczny, moc elektryczny, moc EKCO.MN2 elektryczny, moc 4-24 kw

O F E R T A U S Ł U G Z D U Ń S K I C H O N A S

KOZA K z Turbofanem

OPTYMALIZACJA STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PIECZARKARNI

ANALIZA EKONOMICZNA INSTALACJI SOLARNEJ WYKONANEJ W BUDYNKU SOCJALNO-BIUROWYM O POWIERZCHNI UŻYTKOWEJ 795 m 2

EKOLOGICZNY ZAUTOMATYZOWANY TERMOKOMINEK Z PŁASZCZEM WODNYM OPALANY PELETEM

Spis treści. Kuchnia węglowa TK2 2. Kuchnia węglowa RETRO.4. Piec grzewczy PŁOMIEŃ 2 8. Piec grzewczy PŁOMIEŃ 3.10

NADIA 10 gilotyna. Dane techniczne ,00 zł 5 720,00 zł. 14 dni NADIA/10/G

FELIX PW 14. Dane techniczne ,00 zł. 1 dni FELIX/PW/14/W

PRZEDSIĘBIORSTWO PRODUKCYJNO

Kocioł GRANPAL MEGA na paliwo mokre 2000 kw

NISKA EMISJA. -uwarunkowania techniczne, technologiczne i społeczne- rozwiązania problemu w realiach Polski

EFEKTYWNOŚĆ PRACY POMPY CIEPŁA WSPÓŁPRACUJĄCEJ Z WYMIENNIKAMI GRUNTOWYMI

Energetyczna ocena efektywności pracy elektrociepłowni gazowo-parowej z organicznym układem binarnym

KOSTRZEWA Mini Bio NE 10 kw kocioł na pelet EcoDesign

ZIBI 12 prawy BS. Dane techniczne ,00 zł. 1 dni ZIBI/P/BS

- ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

Nowe paliwo węglowe Błękitny węgiel perspektywą dla istotnej poprawy jakości powietrza w Polsce

Celem budowy naszego systemu akumulacyjnego jest efektywność grzewcza, która objawia się poprzez. - gwarancja na piec 3 lata

Instalacje z kolektorami pozyskującymi energię promieniowania słonecznego (instalacje słoneczne)

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

dovre naturalnie dovre seria

ZIBI 12. Dane techniczne ,00 zł. 1 dni ZIBI/PF

PL B1. AIC SPÓŁKA AKCYJNA, Gdynia, PL BUP 01/16. TOMASZ SIEMIEŃCZUK, Gdańsk, PL WUP 10/17. rzecz. pat.

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

Odnawialne Źródła Energii w ogrzewnictwie. Konferencja SAPE

ENERGY-O KONDENSACJA kw SPRAWNOŚĆ ~102% KONDENSACYJNY APARAT GRZEWCZO-WENTYLACYJNY Z PALNIKIEM NADMUCHOWYM NA GAZ LUB OLEJ DO MONTAŻU WEWNĄTRZ

4. SPRZĘGŁA HYDRAULICZNE

ANALIZA NUMERYCZNA PRACY URZĄDZEŃ GRZEWCZYCH MAŁEJ MOCY ZASILANYCH BIOMASĄ

BIOPELLET TECH 12-21S

Najnowsze technologie eksploatacji urządzeń grzewczych

Transkrypt:

CZASOPISMO INŻYNIERII LĄDOWEJ, ŚRODOWISKA I ARCHITEKTURY JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING, ENVIRONMENT AND ARCHITECTURE JCEEA, t. XXXII, z. 62 (2/15), kwiecień-czerwiec 2015, s. 71-80 Mariusz FILIPOWICZ 1 Mateusz SZUBEL 2 Krzysztof SORNEK 3 Estera BOŻEK 4 Leszek KURCZ 5 Arkadiusz FIGÓRSKI 6 Wiktor WESOŁOWSKI 7 Jacek RĘKA 8 BADANIA ENERGETYCZNYCH I EKOLOGICZNYCH PARAMETRÓW PRACY DOMOWYCH URZĄDZEŃ GRZEWCZYCH TYPU PIECOKOMINKI W ostatnich latach obserwujemy dynamiczny rozwój systemów grzewczych opartych na różnorodnych rozwiązaniach technicznych (paliwa, układach wytwarzania i oddawania ciepła, systemy sterowania). Systemy te jednak nie wyparły tradycyjnych urządzeń grzewczych, których historia sięga czasów Imperium Rzymskiego i wcześniej. Te systemy to tradycyjne paleniska reprezentowane obecnie przez piece kaflowe, kominki, czy ich kombinacje piecokominki. Można wręcz stwierdzić, że obecnie obserwujemy renesans tych urządzeń, łączących elementy ozdobne oraz użytkowe. Nie bez znaczenia jest fakt, że można zaliczyć je do odnawialnych źródeł energii zasilanych biomasą. Względy ekologiczne są o tyle istotne bowiem coraz większą popularność zyskują hasła zakazania spalania paliw 1 Autor do korespondencji: Mariusz Filipowicz, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Tel. 604 921-688, filipow@agh.edu.pl 2 Mateusz Szubel, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, 012 617-34-28, mszubel@agh.edu.pl 3 Krzysztof Sornek, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, 012 617 50-94, ksornek@agh.edu.pl 4 Estera Bożek, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, 012 617 34-28, ebozek@agh.edu.pl 5 Leszek Kurcz, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, 017 38-22, kurcz@agh.edu.pl 6 Arkadiusz Figórski, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, 012 617 51-84, figorski@agh.edu.pl 7 Wiktor Wesołowski, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, 012 617 34-28, wikiwesol@gmail.com 8 Jacek Ręka, CEBUD S.C., ul. Balicka 320, 30-198 Kraków, Tel. 012 637-36-23, cebud@cebud.eu

72 M. Filipowicz, M. Szubel, K. Sornek, E. Bożek, L. Kurcz, A. Figórski, W. Wesołowski, J. Ręka współpracy z przedstawicielem rzemiosła podjęto prace nad tymi urządzeniami mając na uwadze dokładne zobrazowanie ich parametrów, możliwości opracowania systemów sterowania czy wreszcie wprowadzenie szeregu innowacji do ich pracy. Niniejszy artykuł prezentuje przykłady i uwagi na temat wyników otrzymanych podczas pierwszego etapu badań w ramach realizowanego projektu. Przedstawiono opis stanowiska badawczego oraz wyniki wybranych pomiarów. Wykonano pomiary temperatury w komorze spalania i ciągu spalinowym układu, analizę podstawowych składników spalin w zależności od regulacji dopływu powietrza do komory spalania. Szybkość ubytku paliwa w komorze spalania w trakcie spalania i widmo płomienia uzupełniły zbiór otrzymanych danych. Wyniki te, poddane odpowiedniej analizie, mają pozwolić na opracowanie efektywnego sterowania pracą urządzenia w celu uzyskania maksymalizacji sprawności i minimalizacji emisji z paleniska. Słowa kluczowe: piecokominek, analiza spalin, sterowanie spalaniem, efektywność energetyczna, biomasa, drewno 1. Wstęp Od chwili kiedy ogień na trwale znalazł sobie miejsce we wnętrzach budynków nastąpił rozwój różnych systemów grzewczych opartych na spalaniu drewna i innej biomasy. Historycznym przykładem może być m.in. hypocaustum (rodzaj ogrzewania podłogowego) stosowany na terenie Imperium Rzymskiego już przed narodzinami Chrystusa. Piec umieszony pod podłogą i system kanałów pozwalał efektywnie rozprowadzać ciepłe powietrze. Obecnie tradycyjne systemy ogrzewania charakteryzują się prostotą konstrukcji, niezbyt zaawansowanym systemami sterowania, względnie niskimi kosztami przy jednocześnie dość dobrych parametrach grzewczych. Na naszych szerokościach geograficznych typowy kominek służy głównie jako dodatkowe źródło ciepła. Ponadto w polskim prawie budowlanym zabrania się użytkowania kominka jako jedynego źródła ciepła. Łącząc funkcjonalnie i konstrukcyjnie piece kaflowe z kominkiem, otrzymujemy bardzo ciekawe rozwiązanie tzw. piecokominek. Wśród omawianych urządzeń możemy wyróżnić [1]: piece tradycyjne, piece współczesne (tzw. piecokominki), piece współczesne z dodatkowymi wymiennikami ciepła, kominki, kominki z wymiennikami ciepła. Schemat budowy pieca tradycyjnego i współczesnego przedstawiony jest na rysunku 1 a i b. Widoczna jest komora spalania (palenisko tradycyjne, murowane z cegieł lub prostek szamotowych). W piecach współczesnych może to też być odpowiedni wkład (stalowy lub żeliwny) lub gotowe palenisko prefabrykowane. Spaliny bezpośrednio po opuszczeniu komory spalania posiadają

Badania energetycznych i ekologicznych parametrów pracy domowych urządzeń 73 wysoką temperaturę (nawet do 1000 o C) i kierowane są przez czopuch do odpowiedniego układu akumulacyjnego wymiennika ciepła z elementów ceramicznych, przepływając przez nie, ogrzewają je i w ten sposób się ochładzają, ochłodzone docierają do komina. Natomiast ogrzane od wewnątrz elementy ceramiczne oddają swoje ciepło do pomieszczenia. Istotną rolę w tym systemie odgrywają tzw. akumulacyjne wymienniki ciepła, tradycyjnie budowane z cegieł lub prostek szamotowych lub ceramiczne moduły akumulacyjne (np. CMA), które stanowią wymiennik typu spaliny-materiał akumulacyjny. Akumulacja ciepła we współczesnych piecach odbywa się za pomocą następujących materiałów: tradycyjny szamot, specjalny rodzaj ogniotrwałego betonu szamotowego np. polski Akubet; w postaci elementów takich jak: ceramiczne moduły akumulacyjnych wymienników ciepła (CMA), ceramiczne płyty akumulacyjne zewnętrznego płaszcza grzewczego (CPA) - płyty stworzone z szamotowej masy akubetowej, dzięki małej grubości bardzo dobrze nadają się do budowy różnego rodzaju elementów konstrukcyjnych, dużych powierzchni grzewczych, a także zewnętrznego płaszcza kominka; wykonywane są również płyty łukowe oraz kątowe, gotowe prefabrykowane paleniska akumulacyjne. a) b) Rys. 1. Schemat działania i wizualizacja a) piecokominka, b) tradycyjnego pieca kaflowego, na podstawie [2] Fig. 1. Diagram and visualization of a) a fireplace with the heat accumulation system, b) a traditional tiled stove, based on [2] Celem zapewnienia optymalnej pracy energetycznej i ekologicznej należy rozwiązać szereg problemów technicznych, są to m.in.: zapewnienie odpowiednich warunków spalania w komorze poprzez dostarczanie odpowiedniej ilości powietrza i właściwe rozprowadzenie w niej tego powietrza,

74 M. Filipowicz, M. Szubel, K. Sornek, E. Bożek, L. Kurcz, A. Figórski, W. Wesołowski, J. Ręka stosowanie odpowiednich materiałów akumulujących ciepło, dobór kanałów spalinowych o odpowiedniej długości i przekroju oraz optymalizacja ich masy, ograniczenie emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłów, wymagane jest tutaj m.in. stosowanie paliwa o odpowiednich parametrach, sposób dostosowania do warunków i potrzeb grzewczych użytkownika, mocy grzewczej i okresu grzewczego, stworzenie odpowiednich algorytmów sterowania jest to istotne dla każdego z ww. zagadnień. Ważność powyższych zagadnień potwierdza analiza specjalistycznej literatury (np. pozycje [3-5]), w których opisano szereg innowacyjnych prac podjętych na tego typu układach grzewczych. Przedstawiono założenia i wyniki zaawansowanych numerycznych symulacji z użyciem oprogramowania typu CFD, prace nad wykorzystaniem zaawansowanych czujników gazu do sterowania procesem spalania, czy sposoby zmniejszenia emisji zanieczyszczeń poprzez wykorzystanie katalizatorów. Liderem badań w tym zakresie są ośrodki z Austrii oraz Niemiec. W tych krajach mocno rozwija się rynek tego typu urządzeń, a badania naukowe są stymulowane przez wprowadzanie coraz ostrzejszych norm ochrony środowiska, co w przeciwieństwie do zakazów spalania danego paliwa ma głęboki sens, gdyż środowiska nie zanieczyszcza paliwo samo w sobie, a to co się wydostaje z komina jako rezultat procesu spalania. 2. Opis przeprowadzonych badań 2.1. Stanowisko badawcze Widok stanowiska badawczego przedstawiony jest na rysunku 2 oraz 3. Podstawowe jego elementy to: układ piecokominka (akumulacyjna komora spalania z modułami akumulującymi ciepło), tensometryczna waga podestowa, zestaw czujników, analizator spalin, kanały dolotowe powietrza z przepustnicami, układ kontrolno-pomiarowy i komputer. W pomiarach wykorzystywano również kamerę termowizyjną i spektrometr optyczny. 2.2. Układ kontrolno-pomiarowy Jednostką centralną jest sterownik programowalny PLC (oparty na systemie WAGO 750) wraz z odpowiednimi modułami we/wy. Programowanie odbywa się z wykorzystaniem środowiska CoDeSys, co pozwala na elastyczne konfigurowanie układu w zależności od potrzeb. Układ kontrolno-pomiarowy zbiera dane z czujników pomiarowych temperatury ulokowanych we wnętrzu komory spalania i na powierzchni elementów akumulujących ciepło, przetwornika prędkości przepływu powietrza, analizatora spalin oraz podaje sygnały sterujące dla trzech przepustnic powietrza.

Badania energetycznych i ekologicznych parametrów pracy domowych urządzeń 75 Rys. 2. Zdjęcie stanowiska badawczego z usytuowaniem czujników pomiarowych w wybranych punktach Fig. 2. Photo of the experimental set-up, the sensors located in the selected points are visible 2.3. Procedura badawcza Rys. 3.Wizualizacja kanałów (p1, p2 i p3) doprowadzających powietrze do komory spalania, a) widok od dołu, b) widok z boku Fig. 3. Visualization of ducts (p1, p2 and p3) delivering air to the combustion chamber, a) bottom view, b) side view Pomiary opisywane w niniejszym opracowaniu wykonywane były dla ustalonej wielkości wsadu paliwa do komory spalania piecokominka - 8 kg drewna, przy czym stosowano paliwo o różnej wielkości (grubości) i różnej wilgotności. Próbki paliwa pobierane były do analizy technicznej i elementarnej (m.in. wyznaczona została wartość opałowa), dla kilku próbek przeprowadzono pełną

76 M. Filipowicz, M. Szubel, K. Sornek, E. Bożek, L. Kurcz, A. Figórski, W. Wesołowski, J. Ręka analizę TGA/DT. Przygotowanie stanowiska polegało na wcześniejszym spaleniu w piecokominku ustalonej wielkość paliwa (ok. 2-3 kg), aby uniknąć niereprezentatywnego rozpalania i spalania paliwa w zimnym piecokominku. 3. Wyniki badań Wyniki przykładowych badań zostały przedstawione na kolejnych rysunkach. Wyznaczona została generowana moc wskutek ubytku paliwa, przy założeniu, że całkowity ubytek paliwa związany jest z jego termochemiczną konwersją. Wynik został przedstawiony na rysunku 4. Rys. 4. Przebieg ubytku masy paliwa, mocy grzewczej oraz temperatury w komorze spalania Fig. 4. Fuel mass losses, heat power and temperature during the combustion Widoczne jest, że w trakcie spalania, paliwo ubywa z różną intensywnością. Bieżąca masa paliwa m(τ) może być opisana zależnością, tzw. funkcją logistyczną: m0 m( τ ) = + m p 1 (1) 1+ τ τ 0 gdzie m 0, m 1, τ 0 i p to zmienne dopasowania. Parametry m 0, m 1 mają jednostkę masy i można je interpretować jako wielkości dające masę początkową wkład spalania oraz pozostałość po spaleniu (popiół). Parametr p określa szybkość zachodzenia procesu spalania i może być zależny np. od intensywności dostarczania powietrza czy jakości paliwa. Czas τ 0 jest to czas po którym nastąpi ubytek połowy masy m 0. Dla przykładu przytoczonego na rysunku 5, τ 0 =28.4±0.5 kg, p0 = 1.73±0.04.

Badania energetycznych i ekologicznych parametrów pracy domowych urządzeń 77 Znając ubytek masy możemy wyznaczyć teoretyczną moc piecokominka: dm P( τ ) = Q (2) dτ gdzie: Q to zmierzone ciepło spalania próbek użytego drewna, równe 16200 kj/kg. Oczywiście przytoczone zależności mają charakter przybliżony, gdyż zakładają, że ubytkowi masy towarzyszy cały czas ten sam efekt cieplny, a wiadomo, m.in., że w pierwszym etapie spalania zachodzi dosuszanie paliwa, a w końcowym wyżarza się powstały węgiel drzewny. Rysunek 5 przedstawia zależności temperatury w komorze spalania i stężenia CO w zależności od ustawienia przepustnic p1 i p2. Rys. 5. Przebiegi podstawowych wielkości dla pierwszych 16-tu minut pracy piecokominka Fig. 5. Values of basic parameters for first 16 minutes of the fireplace operation Widoczne jest, że w momencie rozpalenia się paliwa temperatura szybko osiągnęła wartość 700 o C, wtedy zaczyna się spalanie zasadniczego wsadu paliwa. Przy zmniejszaniu kąta otwarcia przepustnicy p1 od wartości 100% (pełne otwarcie) do 40% otwarcia, co nastąpiło w ok. 4.5 minucie nie widać zmian procesu spalania. Temperatura utrzymuje się na poziomie ok. 700 o C, stężenie CO też jest stabilne (ok. 200 ppm). W 8-mej minucie nastąpiło otwarcie przepustnicy p2. Widoczne jest, że niewielkie otwarcia przepustnicy p2 (od 0-20%) dały korzystny efekt temperatura nieznacznie wzrosła, a stężenie CO spadło. Kulminacja tego efektu nastąpiła ok. 10-tej minuty. Dalsze zwiększanie stopnia otwarcia przepustnicy p2 przyniosło efekt odwrotny - temperatura nieznacznie spadła, a stężenie CO zaczęło szybko rosnąć. Moment ten oznaczony został pionową przerywaną linią. Nastąpiło to pomimo zwiększenia dostępu powie-

78 M. Filipowicz, M. Szubel, K. Sornek, E. Bożek, L. Kurcz, A. Figórski, W. Wesołowski, J. Ręka trza. Dokładne obserwacje pokazują, że ten efekt związany jest z wychłodzeniem obszaru spalania poprzez wprowadzenie zbyt dużej ilości zimnego powietrza spalanie następuje przy mniejszej temperaturze, co przesuwa równowagę reakcji w stronę tworzenia CO. W dalszym etapie spalania przedstawionym na rysunku 6 widoczne są następujące zmiany: Rys. 6. Przebiegi podstawowych wielkości dla okresu 16-45 minuty pracy piecokominka Fig. 6. Values of basic parameters for period 16-45 minutes of the fireplace operation Poprzez zmniejszanie przepływu powietrza przepustnicą p1 i zwiększanie przepływu poprzez p2 udało się doprowadzić do rozpoczęcia spadku stężenia CO. Spadek zaczął następować w momencie gdy otwarcie p1 wynosiło ok. 30% a p2 ok. 15%. Dalsze zmniejszanie otwarcia p1 i zwiększanie otwarcia p2 powodowało spadek stężenia CO. Wartość minimalna została osiągnięta w ok. 36 minucie dla p1 bliskiego zero i p2 ponad 80%. Niestety takie otwarcie p2 (a potem jeszcze zwiększenie) spowodowało zbyt duży napływ powietrza i wychłodzenie paleniska temperatura zaczęła spadać, spowodowało to, że stężenie CO zaczęło znowu rosnąć. Również całkowite zamknięcie p1 mogło spowodować zmniejszenie podawania powietrza od góry do strefy spalania. Właściwym wydaje się utrzymywanie p1 na poziomie 20% a p2 60%. W trakcie prowadzenia procesu spalania badane były widma promieniowania płomienia za pomocą spektrometru. Widmo dla dwóch chwil, tj. 8 i 41 minuty spalania przedstawione jest na rysunku 7.

Badania energetycznych i ekologicznych parametrów pracy domowych urządzeń 79 Rys. 7. Znormalizowane widma płomienia dla wybranych chwil pracy piecokominka Fig. 7. Normalized flame spectra for selected moments of the fireplace operation Jest to widmo ciągłe sugerujące występowanie w płomieniu cząstek stałych sadzy, popiołu i innych. Cechą charakterystyczną widma jest występowanie piku dla długości fali ok. 560 nm, sugerującej, że jest to wzbudzone C 2. Dla końcowego okresu spalania następuje nasilenie fal powyżej 600 nm od świecącego żaru. Za pomocą widma można ocenić fazę spalania i określić np. ilość nagromadzonego żaru oraz określić zapylenie płomienia. Jest to technika badawcza dość intensywnie ostatnio rozwijana jako element diagnostyczny dla dużych jednostek kotłowych. 4. Podsumowanie i wnioski Zamierzeniem opisanych badań jest zwiększenie możliwości sterowania pracą kominka, tak aby uzyskać zarówno optymalizację jego parametrów ekonomicznych, jak i redukcję negatywnego wpływu na środowisko. Przytoczone przykłady pokazują, że w ten sposób można zebrać istotną wiedzę odnośnie pracy takich układów i zbudować odpowiednie charakterystyki i modele, które posłużą do dalszych prac. Kolejne planowane etapy tych prac to opracowanie odpowiednich algorytmów sterowania, zbudowanie modelu CFD opisywanego urządzenia oraz stworzenie nowatorskiego systemu tzw. raportowania ekologicznego, w którym niektóre z opisanych powyżej przebiegów będą zdalnie rejestrowane z urządzeń pracujących u użytkowników. Artykuł opracowany w ramach projektu badawczego Województwa Małopolskiego realizowanego przez firmę CEBUD we współpracy z WEiP AGH.

80 M. Filipowicz, M. Szubel, K. Sornek, E. Bożek, L. Kurcz, A. Figórski, W. Wesołowski, J. Ręka Literatura [1] M. Filipowicz i inni, Pomiary podstawowych parametrów pracy piecokominków, Instal: teoria i praktyka w instalacjach, nr 6/2014, s.26-33 [2] Materiały firmy CEBUD, www.cebud.eu, ostatni dostęp 22.02.2015 [3] D. Menghini i inni, Numerical and experimental investigations to lower environment al impact of an open fireplace, Experimental Thermal and Fluid Science, 31(2007)477-482 [4] P. Butschbach i inni, Extensive reduction of toxic gas emissions of firewood-fueled low power fireplaces by improved in situ gas sensoric and catalytic treatment of exhaust gas, Sensors and Actuators B 137(2009)32-41 [5] F. Ozil i inni, Efficiency of catalytic processes for the reduction of CO and VOC emission from wood combustion in domestic fireplaces, Fuel Processing Technology 90(2009)1053-1061 STUDY ON ENERGY AND ECOLOGICAL PARAMETERS OF DOMESTIC HEATING APPLIANCES LIKE FIREPLACES WITH HEAT ACCUMULATION S u m m a r y In recent years one can see rapid development of heating systems based on a variety of fuels, different production systems and heat transmission and control systems. These systems, however, have not supplanted the traditional heating devices, represented by stoves, fireplaces, or combinations thereof. Currently, we are witnessing a renaissance of these devices, combining decorative and functional elements, and that can be included to renewable energy biomasspowered. The attention is paid to the best energy parameters and the minimization of harmful factors associated with the combustion of biomass, because more and more popularity gain slogans to prohibit the burning of solid fuels (including biomass). An example might be Kraków. Therefore, AGH, in cooperation with industry, have been working on these devices whereas accurate presentation of their parameters, development of the control systems and, finally, introduce a number of innovations to the work of such traditional sources of energy. Article describes the test bench and presents the results of the first phase of the research. Temperature measurements in the combustion chamber and the exhaust gas system, an analysis of the basic components of the exhaust gases depending on the regulation of the air supply to the combustion chamber were executed. Measurements have been supplemented with the intensity of fuel consumption and the flame spectrum. A collection of results, subjected to appropriate analysis, will allow the development of device s effective control system for maximizing efficiency and minimizing emissions from the furnace. Keywords: fireplace with heat accumulation system, exhaust gases analysis, combustion control, energy efficiency, biomass, wood Przesłano do redakcji: 22.02.2015 r. Przyjęto do druku: 22.06.2015 r. DOI:10.7862/rb.2015.37