Του Χάρη Μαυρή Μηχανολόγου Μηχανικού Τ.Ε. , Διευθυντής πωλήσεων συστημάτων
φυσικού αερίου CHAPPEE KLIMATIKA Σουρλαντζής-Κιούσης ΑΒΕΕ
Στην παρουσίασή μας αυτή θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε με όσο το δυνατόν πιο απλούς όρους την τεχνολογία των λεβήτων συμπύκνωσης, τους νόμους που τη διέπουν, και να δώσουμε απαντήσεις στα πιο σημαντικά ερωτήματα που ενδιαφέρουν τόσο τον τεχνίτη-εγκαταστάτη, το μηχανικό-μελετητή, όσο και τον τελικό χρήστη ενός τέτοιου λέβητα:
– Τι ακριβώς είναι η τεχνολογία συμπύκνωσης;
– Πως εξηγείται ο βαθμός απόδοσης πάνω από 100%;
– Γιατί τελικά να επιλέξουμε ένα λέβητα με τεχνολογία συμπύκνωσης;
Τι ακριβώς είναι η τεχνολογία συμπύκνωσης;
Για να μπούμε στη λογική της συμπύκνωσης, θα πρέπει πρώτα να περιγράψουμε και να κατανοήσουμε ένα φυσικό μέγεθος που δεν είναι και τόσο αντιληπτό.
Τη λανθάνουσα θερμότητα! (latent heat) Λανθάνουσα θερμότητα είναι εκείνο το ποσό της θερμότητας που απορροφά ένα υλικό κατά τη διάρκεια της μετατροπής της φάσης του (από στερεό σε υγρό, ή από υγρό σε αέριο), χωρίς να αυξάνει τη θερμοκρασία του. Στο παράδειγμά μας και στο σχέδιο που ακολουθεί, αναφερόμαστε στη λανθάνουσα θερμότητα που απορροφά 1ml νερού, καθώς αυτό περνάει από τη στερεή στην αέρια φάση (πάγος -> υγρό -> αέριο):
Όπως παρατηρούμε, το μεγαλύτερο ποσό ενέργειας που απορρόφησε το νερό ήταν κατά τη διάρκεια της μετατροπής του από νερό 100°C σε ατμό της ίδιας θερμοκρασίας. Αυτή η ενέργεια είναι η λανθάνουσα θερμότητα και τώρα αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε ότι πρόκειται για ένα αρκετά σημαντικό μέγεθος, αν με κάποιον τρόπο μπορούσαμε να την αξιοποιήσουμε…
Εκεί ακριβώς βασίζεται η αρχή λειτουργίας των λεβήτων συμπύκνωσης, στους οποίους τα καυσαέρια πριν οδηγηθούν στην καμινάδα, περνούν μέσα από έναν ειδικό εναλλάκτη όπου ψύχονται και συμπυκνώνονται, μεταφέροντας τη θερμότητά τους αυτή στο νερό του κυκλώματος θέρμανσης.
Η καύση του φυσικού αερίου: Το φυσικό αέριο είναι ένα μείγμα αερίων που αποτελείται κυρίως από μεθάνιο (CH4) και άλλα αέρια (αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο κ.λ.π). Tο ποσοστό του μεθανίου στο «Ευρωπαϊκό» φυσικό αέριο πλησιάζει το 99%, άρα όλες οι παραδοχές που θα γίνουν παρακάτω, θα γίνουν με τη λογική ότι αναφερόμαστε σε καθαρό μεθάνιο. Η εξίσωση της καύσης του μεθανίου είναι η παρακάτω:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ
Επειδή όμως η καύση γίνεται με ατμοσφαιρικό αέρα και όχι με καθαρό οξυγόνο, πρέπει να συμπεριληφθεί στην εξίσωση και το άζωτο (Ν2) που περιλαμβάνεται σε αυτόν σε ποσοστό περίπου 75%, ακόμα κι αν κατά τη διάρκεια της καύσης παραμένει ανενεργό.
Ετσι η εξίσωση της καύσης του «φυσικού αερίου» στην ατμόσφαιρα είναι η παρακάτω:
CH4 + 2O2 + 7,52 N2 -> CO2 + 2H2O + 7,52 N2 + ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ
Οπως φαίνεται λοιπόν, χρειαζόμαστε σχεδόν 10m³ (για την ακρίβεια 9,52) ατμοσφαιρικού αέρα για να έχουμε τα 2m³ καθαρού οξυγόνου που απαιτούνται για την κάυση 1m³ φυσικού αερίου.
Και τα προϊόντα της καύσης του είναι: N2(άζωτο), H2O(νερό), CO2(διοξείδιο του άνθρακα), αλλά και υποπροϊόντα «ατελούς» καύσης, όπως: CO (μονοξείδιο του άνθρακα) και NOx (οξείδια του αζώτου), βλαβερά τόσο για τον άνθρωπο όσο και για το περιβάλλον. 
Ας μετατρέψουμε τώρα τις χημικές εξισώσεις σε «πραγματικά» νούμερα:
Ατομικά Βάρη: H = 1 C = 12 O = 16
Εξίσωση καύσης: CH4 + 2O2 = CO2 + 2(H2O)
Βάρη: 16 64 44 36
Δηλαδή, από 16 Kg φυσικού αΑερίου, παράγονται 36 kg νερού (…και 44 kg διοξειδίου του άνθρακα, αλλά για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις θα μιλήσουμε αργότερα…).
Η πυκνότητα του φυσικού αερίου είναι 0,72 kg/m³.
Αρα, σύμφωνα με την εξίσωση, από την καύση 1m³ (0,72Kg) φυσικού αερίου, παράγονται: 0,72 x 36/16 = 1,62kg νερού (ή 1,62lt νερού).
Ανακτώμενη θερμότητα από τη συμπύκνωση των καυσαερίων. Ας υπολογίσουμε τη θερμότητα που μπορούμε να πάρουμε, ψύχοντας (και συμπυκνώνοντας) τα καυσαέρια από τους 140°C στους 60°C (ΔΤ=80°C).
Αισθητή θερμότητα: Ένα λίτρο νερού δίνει 1Kcal για κάθε °C, άρα για τους 80°C λαμβάνουμε 80Kcal.
Λανθάνουσα θερμότητα: Από την αλλαγή της φάσης του νερού (από αέριο σε υγρό), από κάθε λίτρο νερού λαμβάνουμε συνολικά 2256,3J/ml * 1000ml/lt = 2256 KJ = 540 Kcal.
Ετσι για κάθε m³ φυσικού αερίου που κάηκε, σαν συνάρτηση της ψύξης και της συμπύκνωσης των καυσαερίων του, μπορούμε να πάρουμε :
α) 1,62(lt H2O) x 80(Kcal) = 130 Kcal(από την ψύξη).
β) 1,62(lt H2O) x 540 (Kcal) = 902 Kcal(από τη συμπύκνωση).
ΣΥΝΟΛΙΚΑ: 1.032 Kcal (ενεργειακό κέρδος) για κάθε m³ καυσίμου που καίγεται στο λέβητά μας!
Πώς όμως εξηγείται ο βαθμός απόδοσης πάνω από 100%;
Για να κατανοήσουμε την έννοια του πραγματικού βαθμού απόδοσης, ας ξαναθυμηθούμε λίγο τα χαρακτηριστικά του καυσίμου μας, του φυσικού αερίου:
ΘΕΡΜΟΓΟΝΟΣ ΔΥΝΑΜΗ: H ενέργεια [kcal] που παράγεται από την καύση 1 kg στερεού ή υγρού καυσίμου ή 1 m³ αερίου καυσίμου.
Κατωτέρα Θερμογόνος Δύναμη (για το φυσικό αέριο 8.130Kcal/m³):
Η ενέργεια που παράγεται από την πλήρη καύση μίας μονάδας καυσίμου, όταν τα προϊόντα της καύσης απομακρυνθούν σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από εκείνη που απαιτείται για τη συμπύκνωση του ατμού που περιλαμβάνεται σε αυτά.
Ανωτέρα Θερμογόνος Δύναμη: Η ενέργεια που παράγεται από την πλήρη καύση μίας μονάδας καυσίμου, όταν όμως τα προϊόντα της καύσης επανέρθουν στη θερμοκρασία που είχε το μίγμα αέρα-καυσίμου πριν την καύση και συμπυκνωθεί όλος ο ατμός που παράχθηκε κατά τη διάρκειά της. 
Εχει καθιερωθεί, να υπολογίζεται ο ονομαστικός βαθμός απόδοσης ενός λέβητα βάση της Κατώτερης Θερμογόνου Δύναμης, και δεν υπολογίζεται καθόλου η επιπλέον ενέργεια που θα μπορούσε να εξαχθεί από την ψύξη και συμπύκνωση των καυσαερίων του λέβητα. Ενας λέβητας φυσικού αερίου, με ονομαστικό βαθμό απόδοσης 90%, όταν καταναλώσει 1m³ καυσίμου, παράγει (8.130 * 0.9)= 7.317Kcal.
O πιο σύγχρονος λέβητας με τεχνολογία συμπύκνωσης και ελεγχόμενη παροχή οξυγόνου μέσω των ηλεκτρονικά μεταβαλλόμενων στροφών του ανεμιστήρα, έχει αντίστοιχο βαθμό απόδοσης έως και 95%, άρα με το ίδιο 1m³ φυσικού αερίου παράγει (8.130 * 0.95) = 7.723Κcal + 1.032Kcal (από ψύξη και συμπύκνωση των καυσαερίων του) = 8.755Kcal.
Αρα «συμβατικό» βαθμό απόδοσης: 8.755 / 8.130 = 1.08 ή 108%
ή απλά…
20% οικονομικότερος από τον απλό λέβητα!
Γιατί τελικά να επιλέξουμε ένα λέβητα με τεχνολογία συμπύκνωσης;
• Ενας λέβητας συμπύκνωσης, έχει βαθμό απόδοσης μεγαλύτερο από το συμβατικό λέβητα, γιατί εκμεταλλεύεται και τη θερμότητα των καυσαερίων, μέρος της οποίας ανακτάται μέσω ενός ειδικά σχεδιασμένου εναλλάκτη, στον οποίο πραγματοποιείται η ψύξη και συμπύκνωση των καυσαερίων.
• Επιπρόσθετα, ο ηλεκτρονικά ελεγχόμενος και μεταβαλλόμενων στροφών ανεμιστήρας του λέβητα συμπύκνωσης, εγγυάται πάντα τέλεια καύση και μεγάλο βαθμό απόδοσης σε όλο το εύρος ισχύος του λέβητα.
• Τέλος, οι γενικότερες απώλειες από την καμινάδα και τα τοιχώματα του λέβητα συμπύκνωσης είναι πολύ μικρότερες από εκείνες ενός συμβατικού λέβητα, λόγω της χαμηλότερης θερμοκρασίας (45-50°C) που βρίσκονται τα καυσαέριά του.
Ετσι, ο λέβητας συμπύκνωσης επιτυγχάνει μια σημαντική μείωση της κατανάλωσης καυσίμου σε σχέση με έναν συμβατικό λέβητα, σε κάθε τύπο εγκατάστασης:
• Έως 15% σε παραδοσιακά συστήματα με θερμαντικά σώματα (υψηλών θερμοκρασιών 70~80°C).
• Έως 20% σε μεικτά συστήματα.
• Έως 35% σε συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης (χαμηλών θερμοκρασιών 40~50°C).
•Τέλος, αν η οικονομία δεν είναι αρκετά ισχυρό κίνητρο, ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα των λεβήτων συμπύκνωσης, είναι ότι πλησιάζουν πολύ στο θεωρητικό μοντέλο της «τέλειας» καύσης, κάτι που σημαίνει ότι σχεδόν δεν παράγονται «επικίνδυνοι» ρύποι όπως το CO (μονοξείδιο του άνθρακα), ή τα ΝΟx (οξείδια του αζώτου), κάτι που από οικολογικής απόψεως τους κάνει ιδανικούς – αν όχι υποχρεωτικούς – για πυκνοκατοικημένες πόλεις όπως η Αθήνα! Δεν είναι τυχαίο άλλωστε ότι στις προηγμένες Ευρωπαϊκές χώρες, ήδη υλοποιείται σχέδιο αντικατάστασης όλων των συμβατικών λεβήτων με νέους, λέβητες συμπύκνωσης.
