Κείμενο από το τεχνικό εγχειρίδιο της Ariston*
Η τελευταία εξέλιξη στην εφαρμοσμένη τεχνολογία είναι οι λέβητες συμπύκνωσης, οι οποίοι είναι ειδικές συσκευές που εκμεταλλεύονται την ανακτημένη θερμότητα της συμπύκνωσης των υδρατμών στα καυσαέρια που παράγονται από την καύση υδρογονανθράκων (μεθάνιο ή υγραέριο) (Εικ. 1.1)
Εικ. 1.1.
Η συνεχής έρευνα για ορθολογικότερη χρήση της ενέργειας και των τεχνικών χρήσης που είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον οδήγησαν την τεχνολογική ανάπτυξη των λεβήτων στην αναζήτηση της δυνατότητας εκμετάλλευσης της μέγιστης ενέργειας του καυσίμου: εκμετάλλευση συνεπώς της Ανώτερης Θερμογόνου Ικανότητας ΑΘΙ (θερμότητα που απελευθερώνει η πλήρης καύση, συμπεριλαμβανομένης της λανθάνουσας θερμότητας εξάτμισης των υδρατμών στα καυσαέρια) αντί της Κατώτερης Θερμογόνου Ικανότητας ΚΘΙ (θερμότητα που ελευθερώνει η πλήρης καύση όταν το νερό στα καυσαέρια παραμένει σε μορφή υδρατμού).
Κατά συνέπεια, με τη συμπύκνωση των υδρατμών στα καυσαέρια, επιτυγχάνεται το διπλό πλεονέκτημα εκμετάλλευσης της λανθάνουσας θερμότητας εξάτμισης και τμήματος της αισθητής θερμότητας των καυσαερίων σε υψηλή θερμοκρασία (άνω των 100°C στους κλασικούς λέβητες), τα οποία αποβάλλονται σε θερμοκρασίες 50/60°C για να εξασφαλίζεται η συμπύκνωση των υδρατμών αποφεύγοντας την απώλεια στην ατμόσφαιρα.
Χάρη στα λειτουργικά αυτά χαρακτηριστικά αυτών των γεννητριών επιτυγχάνονται πολύ υψηλές θερμικές αποδόσεις, οι οποίες υπερβαίνουν ακόμη και το 100%. Το επιστημονικό αυτό παράδοξο οφείλεται στο γεγονός ότι, σύμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα, ο υπολογισμός της απόδοσης για όλους τους τύπους λέβητα βασίζεται στην κατώτερη θερμογόνο ικανότητα, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η θερμότητα συμπύκνωσης των υδρατμών. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να συγκριθεί η απόδοση των κλασικών γεννητριών και των γεννητριών συμπύκνωσης επί της ιδίας βάσεως. (Εικ. 1.2 – 1.3).
Εικ. 1.2 Εικ. 1.3.
Για το μεθάνιο η λανθάνουσα θερμότητα που μπορεί να ανακτηθεί ισούται με το 11% της ΚΘΙ, ενώ για τα υγρά καύσιμα το ποσοστό είναι περίπου 6%: αυτό δικαιολογεί τη μεγαλύτερη χρήση του μεθανίου για την τεχνική της συμπύκνωσης, καθώς επιτρέπει την επίτευξη του ανώτερου θεωρητικού ορίου του 111% της ΚΘΙ. Στην πράξη ωστόσο, η θερμική απόδοση του λέβητα φτάνει στο σημαντικό πάντα ποσοστό του 107%, καθώς η συμπύκνωση των υδρατμών και η ανάκτηση της αισθητής θερμότητας δεν είναι πλήρεις. (Εικ. 1.4)
Εικ. 1.4.
Οι λόγοι της καθυστέρησης στην τεχνολογική ανάπτυξη των λεβήτων συμπύκνωσης είναι ποικίλοι:
Κατά πρώτο λόγο, εάν τα καυσαέρια περιέχουν ενώσεις του θείου, η συμπύκνωση των υδρατμών συνοδεύεται από τον σχηματισμό έντονα διαβρωτικών ουσιών για τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως στην κατασκευή των κλασικών θερμικών εγκαταστάσεων (χαλκός). Αυτό έχει σαν συνέπεια να καταστεί αναγκαία η χρήση ιδιαίτερα ανθεκτικών υλικών στη διάβρωση με συνεπακόλουθο υψηλότερο κόστος, όπως τα κράματα αλουμινίου και πυριτίου, τα οποία με ειδικές τεχνολογικές διαδικασίες επέτρεψαν τη δημιουργία επιφανειών υψηλής απόδοσης στη θερμική εναλλαγή.
Κατά δεύτερο λόγο, η συμπύκνωση των υδρατμών απαιτεί οπωσδήποτε την ψύξη των καυσαερίων κάτω από το σημείο δρόσου (θερμοκρασία στην οποία η μερική πίεση των υδρατμών στα καυσαέρια ισούται με την πίεση κορεσμού, για το μεθάνιο περίπου 57°C).
Σε τόσο χαμηλές θερμοκρασίες η απαγωγή των προϊόντων της καύσης δεν μπορεί να γίνει με φυσικό ελκυσμό στα συνήθη ύψη των καπνοδόχων και απαιτούνται συστήματα τεχνητού ελκυσμού. Η χρήση μηχανικής φτερωτής παρέχει ωστόσο το πρόσθετο πλεονέκτημα μικρότερων απωλειών με τον καυστήρα σβηστό, καθώς το σβήσιμο του καυστήρα προκαλεί την ακινητοποίηση του ανεμιστήρα και συνεπώς την ταχεία πτώση του μανομετρικού ύψους στην καπνοδόχο, η οποία επηρεάζεται μόνον από τους μηχανισμούς της βαρύτητας πολύ μικρού μεγέθους λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας των καυσαερίων. (Εικ. 1.5).
Εικ. 1.5
Θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη ότι η παρουσία πλεονάσματος αέρα, ο οποίος είναι αναγκαίος για την πλήρη καύση, προκαλεί μείωση των υδρατμών στα καυσαέρια, με συνέπεια να μειώνεται η μερική πίεση και, κατά συνέπεια, το σημείο δρόσου.
Όπως προκύπτει από τον πίνακα, όσο μικρότερο είναι το πλεόνασμα αέρα (συνεπώς, όσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε CO2) τόσο μεγαλύτερη είναι η δυνατότητα εκμετάλλευσης της συμπύκνωσης, καθώς το φαινόμενο αρχίζει με υψηλότερες θερμοκρασίες επιστροφής στην εγκατάσταση.
Η περιεκτικότητα σε CO2 που επιτυγχάνεται εξαρτάται κατά πρώτο λόγο από τον κατασκευαστικό τύπο του καυστήρα: Αντί των ατμοσφαιρικών καυστήρων που χαρακτηρίζονται από υψηλό πλεόνασμα αέρα, προτιμούνται οι καυστήρες με φυσητήρα, με τους οποίους επιτυγχάνεται ακριβής έλεγχος της καύσης.
Τα ειδικά αυτά συστήματα επιτρέπουν υψηλή περιεκτικότητα σε CO2 σε όλο το πεδίο ρύθμισης, καθώς επιτρέπουν τη ρύθμιση του καυσίμου αναλόγως με την παροχή του αναρροφούμενου αέρα, καθώς επίσης και την καύση με προανάμιξη και χαμηλή εκπομπή ρύπων. Η καύση αυτού του τύπου προβλέπει την κατάλληλη ανάμιξη των σωστών ποσοτήτων αερίου και αέρα πριν τον θάλαμο καύσης. Με την προανάμιξη επιτυγχάνεται σημαντική ομοιογένεια θερμοκρασίας χωρίς έντονες κορυφές και, χάρη στον τύπο του καυστήρα, χαμηλότερη θερμοκρασία καύσης σε σχέση με τους κλασικούς καυστήρες.
Χάρη σε αυτά τα πλεονεκτήματα επιτυγχάνεται ο μηδενισμός του σχηματισμού NOx δια της θερμικής οδού και αισθητή μείωση των ελεύθερων ριζών CH, οι οποίες είναι υπεύθυνες για την ανάπτυξη NO prompt στις περιοχές της φλόγας που είναι πλούσιες σε καύσιμο. Κατά συνέπεια, με τη χρήση των καυστήρων αυτού του τύπου, των τεχνικών προανάμιξης και ρύθμισης και των ηλεκτρονικών συσκευών συνεχούς ελέγχου των ενεργειακών επιδόσεων, επιτυγχάνεται η μείωση των εκπομπών NOx και CO, σύμφωνα με τις υποδείξεις του Πρωτοκόλλου του Κυότο.
Ένας άλλος καίριος παράγοντας στις εγκαταστάσεις που εκμεταλλεύονται την τεχνική της συμπύκνωσης είναι η θερμοκρασία επιστροφής του θερμικού υγρού στον λέβητα: Όσο πιο χαμηλή είναι η θερμοκρασία αυτή, τόσο μεγαλύτερη είναι η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης που μεταφέρεται στο υγρό.
Από αυτό συμπεραίνεται ότι η μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται σε εγκαταστάσεις με περιορισμένη θερμοκρασία κατάθλιψης και επιστροφής, περίπου 50/30°C, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η εκμετάλλευση της συμπύκνωσης σε όλη την περίοδο λειτουργίας. Από τις γραφικές παραστάσεις που ακολουθούν προκύπτει ότι οι θερμοκρασίες της εγκατάστασης επηρεάζουν τη χρήση στην πράξη της τεχνικής της συμπύκνωσης: με την αύξηση της θερμοκρασίας επιστροφής της εγκατάστασης μειώνεται το πεδίο συμπύκνωσης και, δεδομένου ότι η θερμοκρασία συμπύκνωσης των υδρατμών όταν ο λέβητας λειτουργεί με μεθάνιο είναι περίπου 57°C, στις εγκαταστάσεις υψηλής θερμοκρασίας 80/60°C η συμπύκνωση δεν είναι δυνατή με εξωτερικές θερμοκρασίες κάτω των -11,5°C.
Διαπιστώνεται συνεπώς ότι η τεχνική της συμπύκνωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και στις εγκαταστάσεις υψηλής θερμοκρασίας για το μεγαλύτερο μέρος της περιόδου θέρμανσης, χωρίς να μειώνεται έτσι η ετήσια θερμική απόδοση. (Εικ. 1.6 – 1.7)
Η μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται συνεπώς σε εγκαταστάσεις χαμηλής θερμοκρασίας με επιδαπέδια θερμαντικά σώματα που χρησιμοποιούν θερμοκρασίες εγκατάστασης 50/30°C, επιτυγχάνοντας εξοικονόμηση περίπου 35% σε σχέση με τις κλασικές εγκαταστάσεις.
Σημαντικά, αν και μικρότερα πλεονεκτήματα, επιτυγχάνονται επίσης σε μικτές εγκαταστάσεις και σε κλασικές εγκαταστάσεις με θερμαντικά σώματα υψηλής θερμοκρασίας, καθώς οι λέβητες αυτού του τύπου κατορθώνουν να λειτουργούν με αρκετά υψηλές αποδόσεις ακόμη και με σχετικά υψηλές θερμοκρασίες επιστροφής, οι οποίες υπερβαίνουν το σημείο δρόσου.
Αν και τη συγκεκριμένη στιγμή δεν υπάρχει συμπύκνωση, ο ειδικός τύπος του εναλλάκτη επιτρέπει την επίτευξη ικανοποιητικών αποδόσεων (εικ. 1.8)
Πολύ συχνά, στα κλασικά συστήματα με σώματα κάποιας ηλικίας, οι επιφάνειες θερμικής εναλλαγής είναι σημαντικά υπερδιαστασιολογημένες σε σχέση με τις πραγματικές ανάγκες θερμότητας.
Το γεγονός αυτό οφείλεται τόσο στην υπερβολική διαστασιολόγηση με βάση τις ακραίες κλιματικές συνθήκες που εμφανίζονται σπάνια σε όλη τη διάρκεια μιας εποχής, όσο και στα εφαρμοζόμενα μέτρα θερμικής μόνωσης των κτιρίων τα τελευταία χρόνια: μονωτικά κουφώματα, μόνωσης προσόψεων και οροφής. Επειδή η θερμική ανάγκη έχει μειωθεί και τα σώματα δεν έχουν αλλάξει, καθίσταται δυνατή η μείωση της θερμοκρασίας κατάθλιψης και επιστροφής της εγκατάστασης με εκμετάλλευση των αυξημένων επιφανειών των σωμάτων. (Εικ. 1.9)
Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι η γεννήτρια θερμότητας έχει μελετηθεί για να ανταποκρίνεται και στις ακραίες εξωτερικές θερμοκρασίες της μελέτης. Ωστόσο, σε όλη τη διάρκεια της περιόδου θέρμανσης, η θερμοκρασία αυτή εμφανίζεται σπανίως και μόνον εκείνες τις ημέρες ο λέβητας εργάζεται με το μέγιστο φορτίο, χρησιμοποιώντας για την υπόλοιπη περίοδο ένα μόνο μέρος της μέγιστης ικανότητας. Η χρήση κλασικού λέβητα σταθερής θερμοκρασίας, θα είχε ως συνέπεια μείωση της ετήσιας απόδοσης και αύξηση των απωλειών θερμότητας, καθώς οι θερμοκρασίες στον λέβητα παραμένουν υψηλές ακόμη και όταν επαρκούν χαμηλές θερμοκρασίας για την εγκατάσταση θέρμανσης. Με την κατάλληλη ρύθμιση της θερμοκρασίας στους λέβητες νέας τεχνολογίας και ειδικότερα στους λέβητες συμπύκνωσης επιτυγχάνεται η διατήρηση υψηλής ετήσιας απόδοσης η οποία μπορεί να υπερβεί και το 100% με μειωμένους παράγοντες φορτίου, καθώς η θερμοκρασία στον λέβητα προσαρμόζεται στις ανάγκες και χάρη στις χαμηλές θερμοκρασίες του νερού θέρμανσης η συμπύκνωση των υδρατμών είναι ακόμη πιο αποτελεσματική (βλ. γραφική παράσταση Εικ. 1.10)
Σε περίπτωση αντικατάστασης και εκσυγχρονισμού μιας εγκατάστασης απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στη μελέτη της θερμικής εγκατάστασης εάν πρόκειται να τοποθετηθεί λέβητας συμπύκνωσης, καθώς μπορεί να προκύψουν προβλήματα που αφορούν τη διαχείριση των συμπυκνωμάτων και την απαγωγή των προϊόντων της καύσης.
Ως σύστημα απαγωγής των συμπυκνωμάτων εννοείται το σύνολο των σωλήνων και των εξαρτημάτων που επιτρέπουν την εκκένωση του νερού των συμπυκνωμάτων από τα προϊόντα της καύσης σε εγκατάσταση οικιακής αποχέτευσης ή σε κατάλληλο σύστημα συγκέντρωσης,το οποίο περιλαμβάνει και σύνδεση μεταξύ συσκευής και εγκατάστασης αποχέτευσης. (Εικ. 1.11)
Εικ. 1.11
Τα συμπυκνώματα συγκεντρώνονται μετά τον κύριο εναλλάκτη και απαιτούν σύστημα αποχέτευσης συνδεδεμένο στους αγωγούς απαγωγής των καυσαερίων, καθώς λειτουργούν σε συνθήκες υγρασίας, εκτός και αν ο κατασκευαστής δηλώσει πως είναι κατάλληλοι για να δέχονται και τα συμπυκνώματα.
Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αποφεύγεται η παραμονή των συμπυκνωμάτων στο σύστημα απαγωγής καυσαερίων, εκτός του υγρού παρεμβύσματος σε ενδεχόμενο σιφόνι αποχέτευσης των αγωγών απαγωγής καυσαερίων.
Το σύστημα αποχέτευσης των συμπυκνωμάτων πρέπει να ανταποκρίνεται στο πρότυπο UNI 11071:2003, το οποίο, αν και βρίσκεται ακόμη σε φάση ανάπτυξης, ορίζει τις ορθές μεθόδους αποχέτευσης. Τα λύματα από τη συμπύκνωση των υδρατμών στα καυσαέρια έχουν βαθμό οξύτητας με pH 4, σε αντίθεση με τα οικιακά που είναι βασικά, ενώ έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν στους αγωγούς επικαθήσεις με ιδιότητες αδρανοποίησης των οξέων.
Συγκρίνοντας τις μέγιστες ποσότητες συμπυκνωμάτων και οικιακών λυμάτων που παράγονται σε μια κατοικία, συνάγεται ότι η εκκένωση των συμπυκνωμάτων που παράγει ο λέβητας μπορεί να γίνει απευθείας στο δίκτυο αποχέτευσης, καθώς η ποσότητά τους είναι κατά πολύ μικρότερη από τα οικιακά λύματα. (Εικ. 1.12)
Εικ. 1.12
Στη φάση της μελέτης θα πρέπει επίσης να εμποδίζεται η έξοδος των αέριων προϊόντων σε εσωτερικό χώρο ή στο δίκτυο αποχέτευσης.
Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας σιφόνι στο εσωτερικό της συσκευής, σε κατάλληλο σημείο για τη συγκέντρωση και την αποχέτευση των συμπυκνωμάτων. Όλο το σύστημα θα πρέπει επίσης να κατασκευάζεται με υλικά που αντέχουν στις μηχανικές, θερμικές και χημικές καταπονήσεις των συμπυκνωμάτων με την πάροδο του χρόνου. (Εικ. 1.13)
Εικ. 1.13
Το πρόβλημα της αποχέτευσης των συμπυκνωμάτων μπορεί να παρουσιαστεί εάν αποφασισθεί η χρήση λέβητα συμπύκνωσης για την αντικατάσταση υφιστάμενης συσκευής. Κατά τη μελέτη της εγκατάστασης θα πρέπει να προσεχθεί εάν υπάρχει δυνατότητα και σκοπιμότητα σύνδεσης του συστήματος αποχέτευσης των συμπυκνωμάτων στους σωλήνες του οικιακού δικτύου αποχέτευσης. Άλλα προβλήματα μπορούν να αφορούν το σύστημα απαγωγής των προϊόντων της καύσης σε περίπτωση εγκατάστασης λέβητα συμπύκνωσης σε μονοκατοικία ή πολυκατοικία με υφιστάμενη ατομική ή κοινή καπνοδόχο (βλ. πρότυπα UNI 7129).
Ιδιαίτερη προσοχή απαιτεί η καταλληλότητα της καπνοδόχου και κατά συνέπεια πρέπει να χρησιμοποιηθεί σύστημα σωλήνων σε περίπτωση αρνητικής έκβασης του ελέγχου και, σε περίπτωση διαμερισμάτων πολυκατοικίας με ατομική θέρμανση και κοινό σύστημα απαγωγής, πρέπει να διαπιστωθεί εάν η εγκατάσταση ενός λέβητα συμπύκνωσης διαταράσσει τις συνθήκες πίεσης των άλλων γεννητριών θερμότητας του κτηρίου.
Πρέπει ωστόσο να επισημανθεί το πλεονέκτημα από το γεγονός ότι η εγκατάσταση ενός λέβητα συμπύκνωσης μπορεί να επιτρέψει την απαγωγή απευθείας από τον τοίχο (μετά από έγκριση των τοπικών υγειονομικών αρχών) χάρη στις πολύ χαμηλές εκπομπές ρύπων αυτής της τεχνολογίας.
Κατάσταση της αγοράς
Όσον αφορά την αγορά των λεβήτων συμπύκνωσης στην Ευρώπη, τα τελευταία χρόνια σημειώνεται σταδιακή αύξηση στις εγκαταστάσεις των γεννητριών αυτού του τύπου. Προβλέπεται επίσης συνεχής άνοδος στις πωλήσεις των λεβήτων συμπύκνωσης και εδραίωση στην αγορά. Θα πρέπει ωστόσο να επισημανθεί ότι η πορεία των πωλήσεων δεν είναι ομοιογενής σε όλες τις ευρωπαϊκές χώρες.
Στις χώρες της Βορείου Ευρώπης, όπως στη Γερμανία, στην Ολλανδία και στην Αγγλία παρατηρείται μεγαλύτερη εξάπλωση αυτού του προϊόντος, τόσο λόγω της κυβερνητικής πολιτικής για την παροχή κινήτρων, όσο και της ανάγκης τήρησης των ορίων εκπομπής ρύπων διατηρώντας υψηλή ενεργειακή απόδοση.
Στην Ιταλία η αγορά των λεβήτων συμπύκνωσης γνωρίζει ασφαλώς άνοδο και σε ορισμένες περιφέρειες ή επαρχίες, συνδέεται με την παροχή κινήτρων για γεννήτριες υψηλής απόδοσης, με σκοπό την επίτευξη ενός ποιοτικού άλματος και στον τομέα της οικιακής θέρμανσης για τον περιορισμό της κατανάλωσης και της μείωσης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στα κατοικημένα κέντρα .
Υπενθυμίζεται ότι ποσοστό των δαπανών για επεμβάσεις με σκοπό την εξοικονόμηση ενέργειας εκπίπτει από τη φορολογία εισοδήματος.
* To παραπάνω κείμενο παραχωρήθηκε προς δημοσίευση στο περιοδικό μας από την εταιρία TATA HELLAS ΕΠΕ
