IZOBRAŽEVANJE SVETOVALCEV ZA ENERGETSKO IZRABO LESNE BIOMASE

1. IZOBRAŽEVANJE SVETOVALCEV ZA ENERGETSKO IZRABO LESNE BIOMASE Matjaž Malovrh Sodobne tehnologije za izrabo lesne biomase Robanov kot, 6-7. februar 2004

2. Energija in energenti • oblike energije • energenti: • kurilnost • cena enote koristne energije • letni strošek rabe energenta • analiza rabe energije v objektu: • energijski tokovi v stavbi • energijsko število

3. Oblike energije • Za lažje sporazumevanje poznamo v energetiki oblike energije, ki jih označimo glede na stopnjo v pretvorbi iz oblik, ki jih ne moremo neposredno uporabiti v take, ki jih potrebujemo, na primer doma: • primarna energija - je energija, ki je skrita v nosilcih energije-energentih, (nafta, plin, premog, les), • sekundarna energija - je energija, ki smo jo dobili s pretvorbo iz primarne (n.pr. električna iz premoga v termoelektrarni). Upoštevane so izgube pretvorbe. • končna energija - je energija, ki jo dobi uporabnik. Upoštevane so izgube pri prenosu • koristna energija– je energija za zadovoljevanje potreb uporabnika, n.pr. toplota na električni kuhalni plošči. Upoštevane so izgube pri pretvorbi električne energije v toplotno. • Za primer podajmo pot energije od premoga preko elektrike do elektromotorja - izgube v elektrarni so približno 60 % (sekundarna energija je 40 % primarne), - pri prenosu 10 % (končna je 36 % primarne), - pri pretvorbi v elektromotorju so izgube še približno 10 % končne energije (koristna energija je 32% primarne). • Za vsako kilowatno uro koristnega dela na izhodu elektromotorja smo torej porabili za 3 kWh primarne energije iz premoga.

4. Kurilnosti energentov Energente označujemo glede na količino toplote, ki jo vsebujejo. Z izrazom kurilnost Hi označujemo tisto količino toplote, ki jo dobimo z zgorevanjem goriva, če dimne pline ohlajamo samo do temperature rosišča vodne pare, ki jo vsebujejo dimni plini. Z izrazom zgorevalna toplota Hs označujemo vso toploto, ki se sprosti pri gorenju, vključno s toploto vodne pare v dimnih plinih (latentna toplota). V tabeli so prikazani najpomembnejši podatki o gorivih, ki jih potrebujemo za ocenjevanje rabe energije in skladiščenje goriva.

5. Kurilnosti energentov

6. Vrsta lesa Kurilnost [kWh/kg] Specifična teža [kg/pm3] Energijska vrednost [kWh/pm3] Energijske vrednosti javor 4,1 520 - 532 2132 - 2181 breza 4,3 513 2206 bukev 4,0 578-584 2312 - 2336 hrast 4,2 577 2423 jelša 4,1 447 1833 jesen 4,2 568 2386 smreka 4,5 403 1814 bor 4,4 418-430 1839 – 1892 macesen 4,4 457-463 2011 - 2037 lesni sekanci 30% vlage 3,4 odvisno od vrst lesa 1875 - 2640 lesni sekanci 20% vlage 4,0 Odvisno od vrst lesa lesni peleti 4,8 650 3120 Izobraževanje svetovalcev

7. Izkoristki pretvorbe energentov v kurilnih napravah

8. Izkoristek ogrevalnega sistema Večkrat govorimo tudi o izkoristku ogrevalnega sistema, ki pa ga dobimo tako, da upoštevamo poleg izkoristka kotla tudi izkoristek cevnega omrežja in stopnjo izkoristka regulacijskega sistema. os = k . c . r Primer: Kotel ima izkoristek 85% in je vgrajen v cevni sistem, ki je delno izoliran v neogrevanih prostorih, regulacija ogrevanja je ročna brez stalne kontrole. os = k . c . r = 0,85 x 0,95 x 0,90 = 0,72 ali 72%

9. Letni izkoristek ogrevalnega sistema • Izkoristek kurilne naprave opisuje neko trenutno stanje (na preizkuševališču). Če pa delovanje naprave opazujemov celotnem ogrevalnem obdobju to lahko izrazimo z letnim izkoristkom. Za Slovenijo velja v večini krajev, da traja kurilna sezona okrog 220 kurilnih dni ali 5280 ur, ko mora biti naprava pripravljena za delovanje. V tem času deluje n.pr. gorilnik na olje približno 1800 ur. Pri napravah, ki ogrevajo tudi sanitarno toplo vodo deluje še ca 200 do 300 dodatnih ur. Letni izkoristek določimo z naslednjim obrazcem: • letni = k / ( ba/bv –1) . qb + 1 • kjer pomeni: • letni = letni izkoristek kurilne naprave • k = izkoristek kotla • ba = število obratovalnih ur gorilnika • bv = število kurilnih dni izraženo v urah • qb = izgube zaradi pripravljenosti kotla ( čas delovanja gorilnika/ čas do ponovnega zagona gorilnika) • Primer: V ogrevalni sezoni je vgrajeni števec ur pokazal , da je gorilnik deloval 1450 ur, izkoristek kotla 85%, kurilna sezona je trajala 5600 ur s pripravo tople vode, izgube zaradi pripravljenosti kotla pa so 4%. • letni = k / ( ba/bv –1) . qb + 1 = 85 / ( 5600/1450 –1) . 0.04 +1 = 76%

10. Cena enote koristne energije energent Nabav.cena SIT/enoto Končna energija SIT/kWh Koristna energija SIT/kWh Končna energija kWh/leto Obrat.stroškiSIT/leto ELKO (nizkotemp kotel) ELKO (kombiniran kotel) 95,50 SIT/lit 9,6 9,6 11,3 13,7 26.471 32.143 254.122 308.572 ZP (klasični grelnik) ZP ( kondenzacijski kotel) 84,7 SIT/nm3 8.9 8.9 10.9 9.5 26.471 22.959 245.141 213.884 UNP (klasični grelnik) UNP (kondenzacijski kotel ) 95.90 SIT/lit 13.7 13.7 16.1 14.0 26.471 22.959 362.653 314.538 LES (kombinirani kotel) LES (specialni kotel -polena) 10.000 SIT/m3 5.8 5.8 10.5 7.3 40.909 28.125 273.272 163.125 Daljinsko ogrevanje 6.9 8.9 23.684 199.393 Vir: Franc Kalan, energetski svetovalec ENSVET

11. LES – hranilnik obnovljive toplotne energije 0,78 kWh 0,80 kWh Izobraževanje svetovalcev

12. Termične karakteristike lesa Izobraževanje svetovalcev

13. Kemične reakcije in vmesni produkti pri zgorevanju lesa Izobraževanje svetovalcev

14. Proces zgorevanja Piroliza λ= 0 Uplinjanje 0 < λ <1 Zgorevanje λ >1 Izobraževanje svetovalcev

15. Proces zgorevanja Izobraževanje svetovalcev

16. Kotli za centralno ogrevanje Glede na vrsto goriva: • kotle na polena • kotle na lesne sekance • kotle na lesne pelete Izobraževanje svetovalcev

17. Kotli za kurjenje s poleni Značilnosti: • prehod od naprav z naravnim vlekom na naprave s prisilnim vlekom, • jasna razmejitev med dovajanjem primarnega in sekundarnega zraka za zgorevanje, • prilagajanje zgorevanjem različnim vrstam lesa s pomočjo lambda sonde, • posebne oblike kurišča zagotavljajo podaljševanje časov nalaganja oziroma zadrževanja žerjavice na do 20 ur dnevno,kar zagotavlja enkratno nalaganje pri 50% obremenitvi, Izobraževanje svetovalcev

18. Kotli za kurjenje s poleni Značilnosti: • podaljševanje časa pregorevanja zahteva večje zalogovnike, • s povečanjem toplotne izolacije kotlov so se zmanjšale toplotne izgube zaradi mirovanja in s tem izboljšali izkoristki, • zaradi popolnejšega zgorevanja zmanjšana količina pepela Izobraževanje svetovalcev

19. Načini odgorevanja pri kotlih z ročnim posluževanjem pregorevanje Odgorevanje spodaj Primarni zrak Vroči dimni plini Odgorevanje s strani Odgorevanje zgoraj Izobraževanje svetovalcev

20. Kotli za kurjenje s poleni Izobraževanje svetovalcev

21. Kotli za kurjenje s poleni • Pomembno: • potrebno je načrtovanje, • naprava ne sme biti predimenzionirana, • potrebna je usklajenost sistema ogrevanja in kotla, • vgradnja vmesnega hranilnika toplote ali “puferja” Izobraževanje svetovalcev

22. Kotli za kurjenje s poleni Volumen hranilnika = 40 x količina drv za eno polnjenje Primer: Kotel moči 20 kW ima enkratno polnjenje z ca 20 kg polen V = 40 x 20 = 800 litrov Izobraževanje svetovalcev

23. Delovanje vmesnega hranilnika toplote Izobraževanje svetovalcev

24. Kotli za kurjenje z lesnimi sekanci • Prednosti: • optimalno zgorevanje, • dobri izkoristki kotlov, • minimalne emisije, • natančna regulacija • Slabosti: • velik prostor za skladiščenje, • višji investicijski stroški Izobraževanje svetovalcev

25. Kotli za kurjenje z lesnimi sekanci Z zgorevanjem v kurišču (retortno zgorevanje) Izobraževanje svetovalcev

26. Kotli za kurjenje z lesnimi sekanci Zgorevanje v predkurišču Izobraževanje svetovalcev

27. Kotli za kurjenje z lesnimi sekanci Skladiščenje : Izobraževanje svetovalcev

28. Kotli za kurjenje z lesnimi sekanci Maksimalna dolžina polža 15 m Izobraževanje svetovalcev

29. Kotli za kurjenje z lesnimi peleti • Prednosti: • uporabnost v urbanih naseljih, • manjši skladiščni prostor, • enostaven transport, • avtomatsko delovanje • Slabosti: • ni oblikovanega trga v SLO • višja cena goriva • višja cena naprav Izobraževanje svetovalcev

30. Kotli za kurjenje z lesnimi peleti Izobraževanje svetovalcev

31. Kotli za kurjenje z lesnimi peleti Izobraževanje svetovalcev

32. Kotli za kurjenje z lesnimi peleti skladiščenje Izobraževanje svetovalcev

33. Orientacijske cene kotlov Izobraževanje svetovalcev

34. Energijski tokovi v stavbi

35. Toplotne izgube

36. Energijsko število • Energijsko število, ki ga označimo z "E", je določeno kot celotna raba energije v stavbi na površinsko enoto uporabne površine bivalnega prostora v obdobju enega leta (kWh/m2 leto) in služi: • grobemu ocenjevanju energijske učinkovitosti obstoječih stavb, ki vključuje stanje ovoja zgradbe, njeno tehnično opremljenost in bivalne navade uporabnikov, • občasni kontroli rabe energije v stavbi in ocenjevanje uspešnosti izvajanja ukrepov učinkovite rabe energije, • grobi oceni bodoče rabe energije na osnovi projektnih podatkov pri načrtovanju novogradenj.

37. Energijsko število

38. Izračun energijskega števila kurjenja (ogrevanja)

39. Izračun energijskega števila - primeri • Izračunajte energijsko število ogrevanja za enodružinsko hišo v Ljubljani. V času kurilne sezone je znašala poraba kurilnega olja 2800 litrov, porabili pa so tudi 3 m3 bukovih drv. PTV poteka ločeno s pomočjo električnega bojlerja. Ogrevana površina objekta znaša 210 m2.

40. Dimenzioniranje kotlov Izobraževanje svetovalcev

41. Dimenzioniranje kotlov • Kurilne naprave dimenzioniramo na osnovi izračunanih toplotnih potreb stavbe: • toplota za pokrivanje toplotnih izgub - ogrevanje • toplota za pokrivanje tople sanitarne vode • toplota za prezračevanje, ogrevanje bazena itd. • Za pravilno dimenzioniranje je potreben izračun, ki ga naredi • Projektant strojnih instalacij Izobraževanje svetovalcev

42. Tip stavbe W/m2 Dimenzioniranje kotlov Stanovanjska hiša običajna toplotna zaščita 50 – 70 Stanovanjska hiša dobra toplotna zaščita 40 – 50 Stanovanjska hiša toplotna zaščita po Pravilniku 30 – 40 Oceno moči kotla lahko naredimo s pomočjo uporabe faktorja specifične obremenitve: Q = Aogr x f [W] Aogr – ogrevana površina [m2] f – faktor specifične obremenitve [W/m2] Izobraževanje svetovalcev

43. Dimenzioniranje kotlov Za določitev moči kotla ob zamenjavi starega kotla na lesno biomaso lahko uporabimo naslednje enačbe: Q1 = poraba / 1,8 - trd les Q2 = poraba / 2,5 - mehki les Poraba – porabo goriva vnašamo v prm ( 1 prm = 3 m3 sekancev) Izračun bazira na predpostavki, da je temperatura zraka v prostoru 20 oC, upošteva pripravo tople vode in da je izkoristek naprave 50%. Metoda je zelo groba in redko uporabna Izobraževanje svetovalcev

44. Dimenzioniranje kotlov Izračun toplotnih izgub lahko izračunamo: Qtz = S(uz.Az) . (tn-tz) Qtneo= S(uneo.Aneo) . (tn-tneo) Qtzem = S(uzem.Azem) . (tn-tzem) Qv = f . 0,3 . V. (tn-tz) Q = Qtz + Qtneo+ Qtzem + Qv Izobraževanje svetovalcev

45. Les in drugi obnovljivi viri Izobraževanje svetovalcev

46. AKTIVNI SOLARNI SISTEMI:Priprava tople sanitarne vode in ogrevanje Izobraževanje svetovalcev

47. Les in drugi obnovljivi viri Enodružinska hiša Večstanovanjski objekt Izobraževanje svetovalcev

48. Les in drugi obnovljivi viri Skladiščenje sekancev v daljinskih kotlovnicah Izobraževanje svetovalcev

49. HVALA ZA POZORNOST Izobraževanje svetovalcev