Schoorsteendiameter en nominaal vermogen bepalen met behulp van formules

Transcriptie

1 Schoorsteendiameter en nominaal vermogen bepalen met behulp van formules Door Ernest Demol-Ing. - Consultant - Technisch adviseur CIGES 1 Inleiding De tweede versie van de norm NBN B (nominaal vermogen 70 kw) heeft nu het openbaar onderzoek afgesloten. Annex F bevat, ter informatie, grafieken voor een snelle bepaling van de diameter van de schoorsteen* in functie van de effectieve hoogte van het rookgaskanaal en het aangesloten nominale vermogen. We gaan hierna op de selectiecriteria in. Gespecialiseerde verenigingen zoals Ciges, de vereniging van leveranciers van metalen rookgasafvoer, stellen vast dat er veel interesse voor dergelijke hulpmiddelen bestaat. Gezien het een trend wordt om zo weinig mogelijk papieren documenten te gebruiken, lijkt de tijd gekomen om over te schakelen op een versie met programmeerbare formules. Het programma van de formules in dit artikel neemt minder dan 3 kb in beslag op een programmeerbare rekenmachine (Casio, programmeertaal BASIC, een klein basisprogramma en vier subprogramma s). Ze zijn uitgewerkt als exponentiële regressieformules, die eventueel kunnen worden omgezet in logaritmische versies, als het rekentoestel (laptop, tablet, smartphone) dat mogelijk maakt. * Deze grafieken werden voor de Ciges cursus ontwikkeld, en berekend volgens NBN EN Enkele aspecten van de berekening van de afkoeling en diameter volgens NBN EN 13384/1 & 2 Er wordt rekening gehouden met onder meer de volgende factoren: de warmtestroom: (Q n kw): het nominale debiet (P n - kw) gedeeld door het rendement (h -) de hydraulische diameter (D h m; in onze voorbeelden uitgedrukt in mm) de massa van de rookgassen (m - g/s kw), een functie van het type brandstof, Q n en het CO 2 gehalte. de gemiddelde rookgastemperatuur over het hele tracé (aansluiting en verticale gedeelte) het drukverlies over het hele tracé (aansluiting en verticale gedeelte) factoren en naargelang de brandstof - zie NBN EN We moeten dus eerst de massa van de rookgassen bepalen, op basis van P n, h, CO 2 20

2 Vaktechniek Tabel 1 hierna geeft voor elke klassieke brandstof in functie van het CO 2 gehalte de massa van rookgassen per tijdseenheid (s) en vermogen (kw) met een correctiefactor F. Hiermee kunnen we het P n omzetten in een fictief vermogen P ncorr. Het basisgehalte aan CO 2 aan de hand waarvan de grafieken van annex F werden opgesteld (en wat we dus ook zullen gebruiken) is als volgt. 10% voor aardgas (type L en H) 13% voor stookolie 11% voor vloeibaar petroleumgas (commerciële butaan en propaan) 18% voor pure houtpellets. De referentiekolom met factor F gelijk aan 1 komt overeen met de waarde waarbij de massa van de rookgassen (per seconde en kw) zo goed als identiek is voor elke brandstof (verschil kleiner dan 1,2%) Opgelet: het drukverlies (eventuele tegendruk van de ketel + drukverlies in de schoorsteen) stijgt ongeveer evenredig met het kwadraat van correctiefactor F. met: Pdc 1 = Drukverlies met rookgasdebiet bij ontwerp P n et CO 2 Pdc 2 = Drukverlies met rookgasdebiet vermenigvuldigd met coëfficiënt F. qm 1 = Rookgasdebiet bij ontwerp P n en CO 2. qm 2 = Rookgasdebiet bij P ncorr. en werkelijke/gemeten CO 2. Your reliable partner! Flamco, uw specialist voor: Expansievaten. Ontluchting. Vuilafscheiding. Veiligheidsventielen. Buis- en radiatorbevestigingsmateriaal. PS Buffervaten. DUO SOLAR Uitgerust met twee warmtewisselaars. KPS Buffervat voor de combinatie van meerdere verwarmingssystemen in combinatie met warmwaterverwarming. FWS Gecombineerd buffervat en doorstroom toestel voor tapwater verwarming. INFO 425 Flamco BeLux J. Van Elewijckstraat Grimbergen Tel: 02 / Fax: 02 / info@flamco.be 21

3 3 Correctiefactoren F ref. GAS STOOK- OLIE LPG PELLETS Rendement: 100 % Tabel 1: Correctiefactoren F om P ncorr te berekenen, in functie van het CO 2 gehalte op basis van vermogen P n met referentie CO 2 gehalte Rekenvoorbeelden voor P ncorr. Voorbeeld 1: CO 2 gehalte van de rookgassen van een condenserende gasketel van 320 kw: 8%, tegenover referentiewaarde 10% - identiek rendement. Welke multiplicatiecoëfficiënt F1? > 1,22 P ncorr. of fictief vermogen om de schoorsteen te berekenen is P ncorr. = P n * F1 = 320 x 1,22 = 390 kw Het drukverlies in de ketel en rookgascircuit stijgt met ongeveer 1,22^2 = 1,49 of ongeveer 49%. Voorbeeld 2: CO 2 gehalte van de stookolieketel van 1120 kw: 12% tegenover referentiewaarde van 13% - identiek rendement. Welke multiplicatiecoëfficiënt F2? > 1,08. P ncorr. of fictief vermogen om de schoorsteen te berekenen is P ncorr. = P n * F2 = 1120 x 1,08 = 1210 kw Het drukverlies in de ketel en het rookgascircuit stijgt met ongeveer 1,08^2 = 1,17 of ongeveer 17%. Bij een puur grafische bepaling van de schoorsteen moet men ook uitgaan van het begrip P ncorr. 22

4 3.1 Aandachtspunten De stijging van het drukverlies in de rookgasafvoer (ketel + schoorsteen) kan tot grote problemen leiden bij de opstart of bedrijf van de brander. Het kan zelfs voorkomen dat een schoorsteen of ketel die ontworpen is om in onderdruk te werken, op die manier in overdruk komt te staan. Er is dan gevaar voor terugslag uit een niet rookgasdichte schoorsteen, bijvoorbeeld in baksteen of keramische potten (rookgaslekken), die ontworpen is voor werking in onderdruk (type N1 of N2 volgens NBN EN 1443). Dat is ook dikwijks de oorzaak van terugslag naar de evenwichtsbypass in een C4 rookgasafvoer (collectief type CLV, 3CE of LAS) voor werking in onderdruk. Het fenomeen kan nog verergeren als de rookgastemperaturen lager liggen dan de waarden die men hanteerde voor de berekening van de diameter van de rookgasafvoer. Het effect treedt ook op bij slechte branderafstelling en in streken met L gas (Slochteren) met ketels met een premixbrander van categorie I 2E(S)B. Het is bekend dat in die gevallen de CO 2 en het vermogen kan dalen (-18,2%). Denk eraan dat een bijstelling van CO 2 bij deze toestellen verboden is, zodra ze de fabriek verlaten hebben (instelling voor H gas af fabriek). Toestellen van type I 2N of I 3N hebben dit probleem niet meer. 3.2 Ter herinnering: bepaling van de hydraulische diameter D ha van rookgasaansluiting of -kanaal. Voor niet-ronde kanalen neemt men (m, cm of mm) A (m², cm², mm²) : interne doorsnede van het kanaal P (m, cm, mm) : binnenomtrek van het kanaal a, b (m, cm, mm) : zijkanten van vierkant of rechthoekig kanaal. De selectiecriteria van een diameter of vermogen op basis van de formules hieronder zijn gebaseerd op de volgende basiscriteria: De thermische weerstand van de schoorsteenwand R (1/L volgens EN 13384) = 0,4 (m 2.K)/W. Dat komt overeen met een geïsoleerde dubbelwandige RVS schoorsteen met een isolatielaag van ongever 30 mm. De effectieve lengte van de aansluiting (L v ) is kleiner dan 1/4 van de hoogte van het rookgaskanaal (H c ) met een maximum van 2 m. De lokale drukverliescoëfficiënt V is kleiner dan 1,32 (twee bochten van 45 en een T op 135 Rookgaskanalen in overdruk (condensatieketels) hebben een vrije uitmonding (geen statische aanzuiging, of gelijkaardig) De ruwheid van de het kanaal is macimaal 0,001 m (waarde voor glad RVS volgens NBN EN 13384). Andere bronnen geven lagere waarden. De totale hoogte van de schoorsteen (aansluiting + verticaal kanaal) H t is minstens 4 m. 24

5 4 Berekeningsformules van het gecorrigeerd nominaal vermogen per brandstoftype Brandstof P ncorr. (kw) in functie van %CO 2 AARDGAS STOOKOLIE LPG PELLETS Rendement η wordt decimaal uitgedrukt, bijvoorbeeld 95% = 0,95 Tabel 2: Berekeningsformules voor het gecorrigeerde (fictieve) nominale vermogen (P ncorr ) in functie van het CO 2 gehalte, op basis van het vermogen P n en de standaard CO Andere weergave van de formules De exponentiële regressieformules hebben de vorm: Waarbij - x: CO 2 gehalte (%) - a en B de factoren uit de vergelijkingen in tabel 2 De formule is ook logaritmisch uit te drukken (decimaal logaritme) Past men deze formule toe op de formule voor aardgas in tabel 2, met een CO 2 gehalte van 8%, dan verkrijgt men een correctiefactor F (noemer van het eerste deel van de formule) log F = log 3, ( * log 8) ; dat geeft : log F = 0, (-0,88844 * 0,9031) = - 0,2815 F is dus: F = 10^logF / 0,428, dus > (10^- 0,2815 ) / 0,428 F = 0,5230 / =

6 Dit is wel degelijk de correctiefactor F1 in tabel 1 voor een CO 2 gehalte van 8%. Het fictieve vermogen P ncorr. stijgt met 22% ten opzichte van het nominale vermogen P n van de ketel. 5 Berekeningsformules voor de diameter D h (mm) of fictief P n - P ncorr. - (kw) Rookgastemperatuur Schoorstenen in onderdruk Drukklasse type N of P volgens NBN EN 1443 Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Onderdruk van 3 tot 10 Pa aan uitgang ketel Formules Ketel met atmosferische brander Formule voor een schoorsteenhoogte Formule voor een schoorsteenhoogte Tabel 3: Berekening van kanaaldiameter D h (mm) op basis van het vermogen Pncorr (kw) en hoogte H t (m) (*) Voor atmosferische ketels : P n = P ncorr. 28

7 Berekeningsvoorbeeld Voorbeeld 1 Stookolieketel, rookgastemperatuur: 160 C, P n : 285 kw, CO 2 :11%, H t : 12 m >Tab.3 P ncorr. : 285 * 1.16 = 330 kw dus Voorbeeld 2 Atmosferische ketel, P ncorr. 570 kw H t : 8 m. Gebruik tabel 3. dus Grafische bepalingsmethode voor atmosferische ketels Hoogste H t (m) 30

8 Vaktechniek Rookgaskanalen in onderdruk Drukklasse type N of P volgens NBN EN 1443 Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Onderdruk van 3 tot 10 Pa aan uitgang ketel Rookgastemperatuur Formules Ketel met atmosferische brander Formule voor een schoorsteenhoogte Formule voor een schoorsteenhoogte Tabel 4: Berekening van het toegelaten vermogen P ncorr (kw) op basis van de diameter D h (mm) en de hoogte H t (m) (*) Voor atmosferische ketels : P n = P ncorr. Voorbeeld 3 Bestaand kanaal in onderdruk (volgens de criteria voor de formules): gasketel, rookgastemperatuur: 200 C, CO 2 : 9%, ø 400 mm, H t : 22 m. Welk P ncorr en dus P n? Gebruik tabel 4. zodat 31

9 Logaritmische berekening (decimaal): Schoorstenen in overdruk Drukklasse: (*) type P1 of P2 - (**) type H1 of H2 volgens NBN EN 1443 Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Condensatieketels - rookgastemperatuur 45 C Overdruk van 20 tot 500 Pa aan uitgang van de ketel Overdruk (Pa) Formules Tabel 5: Berekening van kanaaldiameter D h op basis van het vermogen P ncorr (kw) en hoogte H t (m) Voorbeeld 4 Condensatieketel: 630 kw, h :100%, rookgasafvoer in overdruk,beschikbare overdruk aan keteluitgang: 70 Pa aardgas, CO 2 : 8,5%, rookgastemperatuur 50 C, H t : 18 m. Pas de formule met 50 Pa beschikbare druk toe van tabel 5 dus 32

10 Overdruk (Pa) Schoorstenen in overdruk Drukklasse(*) type P1 of P2 - (**) type H1 of H2 volgens NBN EN 1443 Vuurhaard in overdruk - aangeblazen of premixbrander Condensatieketels - rookgastemperatuur 45 C Overdruk van 20 tot 500 Pa aan uitgang van de ketel Formules Tabel 6: Berekening van het toegelaten vermogen P ncorr (kw) op basis van de kanaaldiameter D h (mm) en de hoogte H t (m) Voorbeeld 5 Condenserende stookolieketel met rookgascondensor, afvoer in overdruk, beschikbare druk aan keteluitgang 100 Pa CO 2 : 12,5%, T rookgassen 50 C, ø : 300 mm, H t : 8 m. Welk P ncorr. en dus P n? Gebruik de formule voor 100 Pa beschikbare druk van tabel 6 Let op: hier wordt de multiplicator als een divisor gebruik om van P ncorr tot P n te komen. > Vandaar P n (met 13% CO 2 ) 1302/1,04 = 1252 kw Deze P n is de waarde die de ketelfabrikant vermeldt. 34