Um quebra-recorde em termos de calor

Qualquer pessoa que compre qualquer tipo de aparelho, ou mesmo qualquer objecto, é sempre confrontada com o dilema de “o que é melhor”? Para comprar algo simples e barato ou mais interessante de momento , mas também mais caro? Não há uma resposta correcta a esta questão, depende de uma série de outros factores, dos quais as considerações económicas nem sempre são as mais importantes.

Quando se trata do mercado de bens duradouros, há outro factor que entra em jogo: o custo de propriedade, manutenção e custos operacionais em geral. Mas para chegar a uma decisão, é preciso saber que ofertas estão disponíveis e como uma difere da outra. Por vezes há uma diferença, e uma bastante importante.

Este é um dos factores mais importantes para a tecnologia de aquecimento. Demora muito tempo, não é barato e requer muita energia por outras palavras, fundos próprios e como resultado os custos serão muitas vezes superiores ao custo da própria tecnologia. E há até uma escolha. Uma simples caldeira de aquecimento é barata; uma caldeira de condensação é mais cara. E irá encontrar compradores para qualquer um deles. O primeiro pode trabalhar com uma eficiência de até 90% e o segundo com uma eficiência de até 110%.

110% DE EFICIÊNCIA? SEM ERROR!

Todos sabem desde a escola que a eficiência de qualquer sistema não pode exceder cem por cento. Nem pode igualar este número: todos os tipos de perdas são inevitáveis. No entanto, no caso de caldeiras de condensação, é frequentemente encontrado um valor de cerca de 106-109% de eficiência, por vezes até superior ou inferior. Não há engano, uma centena é um pouco diferente. Para explicar este fenómeno é necessário compreender o que se pode obter de uma caldeira e quais são as armadilhas.

A combustão de qualquer combustível orgânico produz vapor de água, dióxido de carbono, e calor. Se se lembrar da sua aula de química escolar, vem-lhe à mente o mantra: “mais tse-two, mais ash-two-oh”. Depois, nas lições de química seguintes, acrescentam as palavras “mais um” a esta fórmula. “Ku”, t. e. Q é o calor emitido. A este Q podemos dizer o nosso “koo” e sentar-nos à sua frente. Aquecer.

No entanto, esta fórmula, quaisquer que sejam os coeficientes e números que possam ser incluídos, só é válida até ao momento em que os produtos de combustão incluindo o valor calorífico ainda não tenham sido separados. Não estamos interessados no dióxido de carbono, mas estamos mais interessados no vapor de água. Quando a sua temperatura cai, a condensação – conversão de vapor em líquido – começa. Sem qualquer química, o calor adicional é libertado de acordo com as leis da física. Este é o chamado calor latente de condensação, também chamado valor calórico nestas duas definições algumas palavras podem ser combinadas, o significado não muda , que não é tido em conta em cálculos simples e não é utilizado em caldeiras de convecção simples. Entretanto, o seu significado não é assim tão pequeno. Para o gás natural metano o poder calorífico é de cerca de 11% do calor, que é derivado apenas da combustão do combustível poder calorífico . Para o gasóleo, tão frequentemente utilizado em sistemas de aquecimento, isto soma aproximadamente 6%, para o GPL gás de petróleo liquefeito até 9%. Todos os combustíveis fósseis têm este calor, mas outros combustíveis, tanto líquidos como sólidos, dão ainda menos. É fácil encontrar dados tanto sobre o maior como sobre o menor valor de aquecimento, pelo menos para um combustível de composição química homogénea. Assim, tendo em conta o maior calor de combustão, a eficiência das instalações alimentadas a combustíveis fósseis pode muito bem ser superior a 100. Se a planta for capaz de “recolher” o calor e utilizá-lo eficientemente.

ONDE FUNCIONA?

A fim de fazer uso do calor latente de combustão em qualquer instalação, precisamos primeiro de saber porque precisamos dele. Aqui, o princípio “quanto mais potente é o aparelho, mais complicado faz sentido o sistema” é geralmente aplicável. E os combustíveis são queimados quase exclusivamente para três objectivos principais: movimentação, produção de electricidade ou aquecimento. Os dois primeiros só valem a pena recolher este calor para plantas muito grandes; o terceiro também é bom para os agregados familiares.

No sector dos transportes, por exemplo, nos veículos a motor que também utilizam combustíveis fósseis o ganho teórico é miserável: a eficiência do motor de combustão interna está longe dos 100%, a maior parte da energia é gasta no aquecimento do motor, que também deve ser arrefecido. Não faz sentido tentar recuperar o calor de condensação sob estas condições, nem sequer é necessário um impulso teórico. O sistema de extracção de calor de condensação ICE só faz sentido para alguns motores muito grandes, como por exemplo, instalações de navios: o consumo de combustível é elevado, muito calor é libertado, inclusive com os gases de escape. Recolha-o e

É viável a utilização para qualquer fim adicional, embora sejam necessários aparelhos adicionais.

Para centrais eléctricas de grande escala por exemplo, centrais de produção combinada de calor e electricidade ou outros tipos de centrais eléctricas é o mesmo: o objectivo é reunir e utilizar o máximo de energia possível de todas as fontes à medida que a escala aumenta, ou seja. e. poder. Mesmo que o objectivo principal seja gerar electricidade, e este calor, como no caso dos grupos electrogéneos, é um subproduto. Pode ser utilizado de diferentes maneiras.

As coisas são um pouco diferentes com os sistemas de aquecimento. Se o combustível for utilizado apenas para aquecer, é lógico que seja utilizado “tanto quanto possível”. Tudo vai. Mesmo no caso do aquecimento em pequena escala, como no caso de casas particulares. Há uma série de limitações, mas as caldeiras de condensação são viáveis e económicas de utilizar para este fim. Claro que, também aqui, quanto maior a potência e o consumo de combustível , maior o benefício. No entanto, a construção de um sistema de aquecimento doméstico só é económica se for utilizado gás ou gasóleo para aquecimento. O uso do poder calorífico é problemático para as caldeiras de combustíveis sólidos – há simplesmente muito pouco dele. Há, no entanto, um pouco de dificuldade na utilização de combustíveis sólidos. Mencioná-lo-emos mais tarde.

QUALIDADE DO COMBUSTÍVEL

A eficiência real de qualquer caldeira dependerá de muitos factores, e a qualidade do combustível é um aspecto sobre o qual o utilizador não tem qualquer controlo. O combustível em si contém apenas algumas impurezas, apenas alguns por cento no total, mas estas têm de ser tidas em conta. O gás natural tem a maior parte do metano, propano e butano em pequenas quantidades, o gás liquefeito tem como principal componente uma mistura de propano e butano, e o gás diesel tem uma mistura de hidrocarbonetos mais pesados. Além disso, todos os combustíveis contêm uma certa quantidade de azoto molecular, oxigénio, água, etc. Estes componentes não têm qualquer efeito sobre a combustão, mas são considerados como “lastro”. As impurezas nocivas são sobretudo os compostos de enxofre, azoto, fósforo. Outras substâncias podem ser encontradas em quantidades vestigiais. A propósito, o ar de combustão também os contém, embora em pequenas quantidades. Estes compostos não ardem na sua maioria, não há necessidade de esperar calor deles, mas podem reagir quimicamente durante a combustão. Se estamos a falar de uma caldeira tradicional – com qualidade de combustível normal, a concentração de “química activa” no ar é tão baixa que não vale a pena falar sobre isso. Outra coisa é se a caldeira estiver a condensar: estas substâncias irão acumular-se no condensado juntamente com a água. Como resultado, em vez de água, obtemos uma mistura quimicamente activa. Dois problemas surgem: no caso de uma caldeira normal e da sua chaminé, a condensação não é permitida, enquanto que no caso de caldeiras de condensação, todos os elementos sobre os quais a condensação se forma e é removida devem ser resistentes a danos por condensação prolongada.

O combustível sólido feito de material vegetal contém sempre água e a humidade pode atingir dezenas de por cento. Quando arde, é utilizada muita energia para aquecer e evaporar esta água. Teoricamente, se for condensado, pode ser obtida energia adicional. Mas na prática, pelo menos num sistema de aquecimento doméstico, é demasiado complicado. O fornecimento de combustível sólido não pode ser doseado automaticamente, o efeito não será significativo. Uma excepção são as caldeiras de peletes que utilizam pellets de madeira como combustível. Mas mesmo entre eles não existem praticamente modelos de condensação. Além disso, estas caldeiras são mais correctamente chamadas recuperadoras: em tal condensado praticamente não há água formada durante a combustão do combustível, a principal contribuição é dada pela água, que “já foi”. É claro que nos grandes sistemas é utilizada a regeneração, mas estas não são caldeiras, mas dispositivos separados delas.

PERDA DE CALOR NA CALDEIRA

Considere qualquer caldeira de aquecimento por convecção. Não importa qual deles. Se assumirmos que a quantidade de calor libertada pela combustão do combustível na caldeira é de 100%, então o balanço de calor é o seguinte.

A maior parte da energia térmica irá para onde é necessária – para aquecer o líquido no sistema de aquecimento. Alguns irão “para o tubo” e serão irremediavelmente perdidos. Outra parte da energia é consumida para o aquecimento do tambor da caldeira. Nem sempre pode ser considerada como uma perda, porque a caldeira é instalada na sala da caldeira, na cozinha ou no espaço de estar. Este calor é utilizado para aquecimento de qualquer maneira, mas não podemos controlá-lo. Eventualmente, nas zonas rurais ainda não é raro encontrar caldeiras de aço ou de ferro fundido sem qualquer tipo de revestimento, uma espécie de simbiose de um fogão a lenha e um sistema de aquecimento líquido. Mas mesmo no caso de caldeira moderna de aquecimento a gás, a sua eficiência será de cerca de 90%. É possível aumentar a eficiência, mas apenas em alguns por cento.

Em princípio, quanto mais o gás de combustão for arrefecido na caldeira, mais energia será utilizada para o fim a que se destina. Mas quanto mais “frios” são os gases de escape, mais difícil é “tirar-lhes” o calor. O sistema torna-se mais complicado, e o valor acrescentado é pequeno. Além disso, temos de ter em conta que a caldeira pode funcionar a diferentes temperaturas do ar, em diferentes modos, mas o facto é que nem na chaminé nem na,

ou, especialmente, na própria caldeira, não haveria processo de condensação. Lembre-se que o condensado é quimicamente muito activo, e os materiais das caldeiras de convecção e da chaminé não são concebidos para trabalhar com ele. A temperatura dos gases que saem da caldeira pode ser cerca de 150-200 °C, mais alta em modelos mais antigos e mais baixa, cerca de 100 °C em algumas caldeiras modernas de baixa temperatura . O resto do calor vai literalmente pelo cano abaixo. Claro que a condensação ocorre algures “depois da chaminé”, mas isto não nos ajuda em nada. Mas também não há nenhum mal nisso.

Nas caldeiras de condensação, o valor calorífico é acrescentado a este balanço de calor. É claro que não é possível recolher tudo, haverá também algumas perdas. É irrealista “desumidificar” completamente os gases de combustão. Mas algum embora não muito calor será adicionado a partir de um arrefecimento mais forte dos gases de combustão. As perdas através do próprio tambor da caldeira devem também ser reduzidas por um melhor isolamento pelo menos não pior do que nas caldeiras convencionais . Isto também se deve ao facto de as caldeiras de condensação serem geralmente mais “ruidosas” do que as caldeiras convencionais. O ruído do queimador, bombas e ventiladores podem ser facilmente reduzidos utilizando uma camisa isolante térmica.

A eficiência global de tal caldeira pode atingir 108 – 109 % quando operada com gás natural , porque a temperatura dos gases de combustão na saída é suficientemente baixa. A diferença na utilização do calor em comparação com uma caldeira convencional pode ser da ordem de 15%. Mas só em teoria e sob certas condições. O funcionamento de caldeiras num sistema de aquecimento deve ser considerado em conjunto.

CALDEIRA DE CONDENSAÇÃO E AQUECIMENTO

Um pouco complicado

Aqui começamos por assumir que a caldeira consiste em duas unidades de recolha de energia térmica separadas de facto nem sempre é o caso, pelo menos em sistemas de aquecimento individuais . A primeira unidade tem as mesmas funções que uma caldeira tradicional: queimador, câmara de combustão e uma espécie de permutador de calor. Há realmente apenas um requisito aqui – resistência ao calor. A condensação não é susceptível de se formar, por isso não há necessidade de se preocupar com a corrosão do nó. Os gases quentes fluem para o segundo bloco, o permutador de calor, onde são arrefecidos intensivamente e onde o condensado precipita. Aqui, em primeiro lugar, a temperatura ainda é bastante elevada e, em segundo lugar, o material deve ser à prova de ácido, pois o condensado é uma solução fraca mas ainda ácida, e bastante quente.

Quanto mais calor for removido neste segundo permutador de calor, mais eficiente será a caldeira a funcionar como um todo. E para isso, devemos, pelo menos com os dedos, traçar outro equilíbrio. A tarefa do permutador de calor ou antes dois permutadores de calor, incluindo o que se encontra no primeiro bloco é remover uma determinada quantidade de calor. O seu valor é bastante determinável; corresponde à procura real de aquecimento e preparação de água quente, se for essa a tarefa .

Temos gás quente na entrada do permutador de calor, este deve arrefecer na saída. No circuito de água, pelo contrário: a água fria ou anticongelante na entrada absorverá o calor. Só podemos controlar a quantidade de calor, t. e. a alimentação do combustível que é queimado pelo queimador. Não há mais nada. A concepção de um sistema de troca de calor ou de aquecimento “on the fly” obviamente não pode ser alterada, mesmo a bomba ou sistema de bomba que bombeia o fluido tem normalmente uma capacidade fixa.

Podemos refrigerar os gases de combustão apenas de uma forma: tirando-lhes o calor e dando-o à água da caldeira, entrando no permutador de calor. E quanto mais baixa é a temperatura, mais calor recolhe. Mas esta água chega-nos do sistema de aquecimento, não pode ser muito fria por definição.

Aqui temos de nos lembrar dos sistemas de aquecimento a baixa e alta temperatura. Os principais representantes dos primeiros são o aquecimento por chão radiante e os segundos são radiadores convencionais. Para a primeira, uma temperatura típica de retorno que será a “entrada” da caldeira é de cerca de 30 °C. O segundo é de 50 °C ou mais. Temperatura de condensação dos gases de combustão 55 – 60 °C. É evidente que no primeiro caso a condensação será muito mais eficiente, em teoria até 109-110%. Se a temperatura de retorno do fluido for igual ou ligeiramente superior à temperatura de condensação, não conte com milagres. Neste caso, a mesma caldeira será mais eficiente do que uma caldeira convencional, mas a produção será de aproximadamente 5% em vez dos 15% teoricamente possíveis, e a eficiência será de aproximadamente 96 – 99%. Não muito se não se levar em conta a complexidade do sistema. E se isto for aceite, vale a pena calcular se uma tal vitória valeria a pena do ponto de vista económico.

A propósito, outra conclusão pode ser tirada ao mesmo tempo: como a eficiência de uma caldeira de condensação depende muito das condições, e só podemos alterar o fornecimento de combustível, faz sentido utilizar queimadores e sistemas de controlo mais complicados do que uma caldeira de convecção.

A ESTRUTURA DE UMA CALDEIRA DE CONDENSAÇÃO

Caldeiras com dois permutadores de calor, principal e de condensação, são utilizadas com pouca frequência. Isto é mais característico de alguns modelos bastante grandes e poderosos: a secção de convecção é retirada da caldeira em questão e o permutador de calor de condensação é “aparafusado” como uma questão de tecnologia.

Se para as caldeiras tradicionais de pequena potência a maior parte das vezes utilizar permutadores de calor planos tirando o queimador do fogão a gás, colocando-lhe um radiador, “coberto” com o sistema de remoção de gás de cima – isto é praticamente toda a caldeira , a caldeira de condensação é caracterizada por um permutador de calor cilíndrico: o queimador é colocado no fim do cilindro. Naturalmente, o design também inclui dispositivos para a recolha de condensados.

As câmaras de combustão abertas não são características destas caldeiras, são necessárias câmaras de combustão fechadas. Queimadores – com modulação tanto de óleo como de ar as características técnicas dependem do desenho do queimador . O material do permutador de calor é geralmente silício/alumínio silumínio ou aço inoxidável resistente a ácidos; o queimador é de aço inoxidável.

Em todos os outros aspectos, excepto num sistema de controlo e monitorização mais complexo, as caldeiras não são muito diferentes das caldeiras conveccionais. Os tamanhos e a aparência são aproximadamente os mesmos na mesma gama de produção. A principal diferença externa é o dreno adicional de condensado: Pequenos modelos montados na parede são muitas vezes tudo incluído: um vaso de expansão, bomba de circulação, sensores e um painel de controlo principal localizado no invólucro estão incluídos no desenho.

Se a caldeira é de duplo circuito, o que é frequentemente o caso de modelos relativamente pequenos variedade de desenho , o permutador de calor pode ser bi-térmico ou dividido. Num sistema bi-térmico, os permutadores de calor para ambos os circuitos são construídos como uma unidade, os tubos para aquecimento e HTW estão localizados coaxialmente, um dentro do outro o tubo interno refere-se ao circuito HTW . Na caldeira de casca dividida, o permutador de calor secundário para a preparação de água quente é separado, é aquecido a partir do vaso primário de expansão de membrana.

As caldeiras com permutadores de calor bi-térmicos são mais baratas, mais simples, mas requerem água de alta qualidade, caso contrário, os tubos vão rapidamente ganhar escala e a eficiência vai diminuir. Os permutadores de calor separados são menos sensíveis aos sais na água, pode obter um pouco mais de água quente por unidade de tempo, mas requerem a introdução de elementos adicionais no sistema permutador de calor directo, válvula de três vias e respectivo dispositivo de controlo , custam um pouco mais caro. O material secundário do permutador de calor é geralmente aço inoxidável.

Muitos fabricantes oferecem caldeiras suspensas murais com caldeira integrada como variante embora, neste caso, as caldeiras se tornem frequentemente de pé .

Com o aumento da produção da caldeira, os acessórios opcionais estão a tornar-se cada vez mais raros: já não é possível ‘adivinhar’ os parâmetros destes acessórios em sistemas de aquecimento complexos. O vaso de expansão incorporado e o grupo de bombas são os primeiros a desaparecer do conjunto de entrega da caldeira; mesmo os modelos mais potentes também não são entregues com painéis de controlo: Claro que todos estes podem ser comprados individualmente e apenas os componentes mais adequados podem ser entregues de acordo com os requisitos do objecto em questão: Se necessário, muitas caldeiras podem ser combinadas com outros geradores de calor – em cascata com caldeiras semelhantes, juntamente com um colector solar, etc. e: Isto é exactamente o mesmo que com outros tipos de caldeiras.

Bombas de circulação de velocidade variável com velocidade de eixo ajustável e consequentemente também saída chegaram recentemente ao mercado. Anteriormente, a velocidade só podia ser alterada durante a instalação do serviço, e nem sempre quando a caldeira estava em funcionamento. A bomba não é uma grande parte, mas é bastante cara em qualquer desenho. Estes novos produtos são mais caros do que as bombas convencionais e requerem algoritmos mais complexos do que apenas ‘on-off’ o que significa que o controlador deve também apoiar o seu funcionamento . As suas vantagens são um menor nível de ruído, um menor consumo de energia e a possibilidade de uma regulação mais precisa do fluxo de líquido necessário. Podemos assumir que estas bombas serão em breve instaladas na maioria das caldeiras, especialmente em caldeiras de condensação.

FIREHEATS

As chaminés das caldeiras de condensação, por outro lado, devem ser diferentes das chaminés tradicionalmente utilizadas. Recorde-se que mesmo quando uma caldeira está a funcionar com a máxima recuperação de energia, quando a eficiência está próxima do teoricamente alcançável, alguma parte do condensado não será recuperada e continuará a fluir através da chaminé. E depois temos a chaminé, que é certamente mais fria. Isto significa que a condensação continuará na chaminé: Conclusão – a chaminé deve ser feita de materiais à prova de ácido: Os materiais habituais para uma chaminé de “condensação” são o aço inoxidável ou o plástico à prova de ácido: Muitas vezes existe uma versão coaxial, na qual uma chaminé é inserida na outra. Normalmente são feitos de plástico – a temperatura do gás não é demasiado elevada, o plástico pode suportar temperaturas ainda mais elevadas. As chaminés plásticas também não sofrem de condensação; ao mesmo tempo, os custos de instalação são reduzidos. O comprimento da chaminé coaxial não deve exceder 3-5 metros: é normalmente conduzida directamente para a parede. Mas se o tubo de combustão tiver uma parte horizontal, pode determinar o tipo de caldeira olhando para ela: no caso de caldeiras de convecção tem de ter uma pequena inclinação “para longe da caldeira”, no caso de caldeiras de condensação tem de ter uma pequena inclinação “para a caldeira”. A razão é simples: se houver condensado na chaminé, precisamos de lhe dar a oportunidade de drenar. Não faz sentido inundar uma caldeira convencional com condensado, e não há nenhum obstáculo para uma caldeira de condensação, ela ainda irá drenar através de um dreno de condensado.

ÁREAS DE APLICAÇÃO PARA CALDEIRAS DE CONDENSAÇÃO

As caldeiras de condensação para uso privado apareceram no mercado não há muito tempo. A maioria deles é produzida na Europa e vendida lá: Aqui estamos atrasados. E é muito bom.

Não há muito tempo, quando o combustível custava um cêntimo e cêntimos não fazia sentido condensar as caldeiras para os utilizadores – eram difíceis de reembolsar. As coisas mudaram um pouco desde então; os custos de combustível subiram. E na Europa, onde é muito mais quente do que aqui, iniciaram a instalação em massa de caldeiras de condensação. É uma questão de custos de aquecimento. Na Europa, o gás para o utilizador final é 5-10 vezes mais caro depende do país do que aqui. os custos são consideráveis; nenhuma diferença nos salários não tão grande, a propósito pode compensá-la. A tais preços de gás, mesmo 15% do lucro da utilização da caldeira de condensação e mesmo 5% do “pior caso” rapidamente se tornam uma soma considerável que irá cobrir os custos da compra inicial da caldeira mais cara. É evidente que no nosso país é necessário esperar mais tempo pela poupança, razão pela qual tanto as caldeiras tradicionais como as de condensação são populares.

O efeito económico da compra de uma caldeira de condensação é de esperar em vários aspectos básicos. Também aqui o princípio “quanto mais potente for a caldeira quanto mais calor for necessário , mais sentido faz” é válido. É melhor instalá-los numa nova casa concebida para residência permanente e quanto mais a norte se for, maior é o efeito. Mas é preciso olhar para a temperatura média de Janeiro na região; a este respeito apenas a Suécia, Finlândia e Canadá podem ser comparados com a parte europeia da Portugal, outros países são mais quentes. Para obter o efeito máximo, vale a pena arranjar sistemas de aquecimento a baixa temperatura na casa – aquecimento do chão. É também muito mais fácil planear uma chaminé adequada para caldeiras de condensação em edifícios novos. Não faz sentido económico refazer os pavimentos e chaminés de uma casa existente de uma forma especial.

Existe uma tendência recente para utilizar caldeiras de condensação em sistemas em cascata quando várias caldeiras mais pequenas são instaladas em vez de uma grande caldeira. Estas caldeiras são muito compactas. Também é conveniente porque uma caldeira deve funcionar durante toda a estação de aquecimento em vez de várias – pode ligá-la uma a uma à medida que a geada se agrava. E o sistema torna-se mais fiável: se uma caldeira falhar, pode ser desligada para reparação e a carga pode ser transferida para as caldeiras restantes. Para caldeiras individuais não há restrições particulares quanto à disposição geográfica. Mais complicado com grandes caldeiras para uso colectivo. Em tempo muito frio a água, mesmo nos tubos subterrâneos, pode ficar muito fria antes de chegar ao utilizador, portanto, o aquecimento “colectivo” a baixa temperatura não é aplicável em todo o lado, e em funcionamento a alta temperatura as caldeiras de condensação não são muito eficientes. Portanto, nas regiões do norte, as caldeiras colectivas estão equipadas com caldeiras tradicionais de alta temperatura.

Uma boa oportunidade para poupar dinheiro será o funcionamento de caldeiras com sistemas adicionais de controlo e monitorização. Estes são sistemas de controlo meteorológico, controlo remoto, configuração e programação, monitorização remota, sistemas de acesso e controlo.