Kirjoittaja Aihe: Puukattilan hyötysuhde?  (Luettu 15356 kertaa)

VPJ

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 899
Puukattilan hyötysuhde?
« : 03.10.2014-10:37 »
Paljon vaikeita termejä foorumilla aiheesta >:(

Otetaan 20 kg puuta ja poltetaan se.
Kattila ja varaaja 1100 litra yhteensä lämpenee 60c

Aikaa kuluu 2,5 tuntia

Mikä on hyötysuhde?
Attack DPXL 25, Schiedel 250mm x 6150 mm Attack AS800K Akva 1000solarplus Ouman EH800B EXP 800 ja TMR/SP
Tyhjiöputket 70x1900mm  84 kpl
Aurinkopaneelit (sähkö) odottaa asennusta.
"Päiväkoti" Attack SLXL30, RST 154mmx6000mm+Akva Nero 2000 l+300 l, EH800B ja TMR/SP, Tp 20 kpl

ev3449

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 830
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #1 : 03.10.2014-11:12 »
hyötysuhde = energia ulos/energia sisään

(1100*4,2*60/3600)/(20*4,1)~0,94

Liitteessä virallisen, normin mukaisen laskentatavan kaava EDIT: ja kaavio testiasetelmasta. Kyseessä suora metodi.
« Viimeksi muokattu: 03.10.2014-11:18 kirjoittanut ev3449 »
40kW "viritelty" alapalo Högfors vm. 1981, 3000 l varaaja, patterilämmitys. ~10t/vuosi.

seppol

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 822
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #2 : 03.10.2014-23:37 »
Hyvä hyötysuhde,  melkein liiankin hyvä kattilahyötysuhteeksi. Vaikein on mitata 1100 litran tilavuuden lämpötila. Vaikka mulla on vettä vaan 520 l, ja yritän koko ajan sekottaa sitä niin nytkin ylälämpö on 49 ja alalämpö 33. Säiliö on 0,8 x0,9 x 1,5 m. Palopesä, lämmönvaihdinputket ja tuhkatilat vievät tilavuudesta puolet.
Minä vaan kehitän tätä yläpalotekniikkaa kuin kukaan ei ole osoittanut sitä vääräksi.
Lieneeköhän niin että alapalokattilan kehitti Lokomo 1930 luvulla. Ihan toinen juttu on kun Olympia moottoritehdas teki perävetolaitteen jo 1920 luvulla. Silloin se todettiin venekäyttöön sopimattomaksi. Kuikas sitten kävikään?

VPJ

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 899
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #3 : 04.10.2014-08:09 »
Vaikein on mitata 1100 litran tilavuuden lämpötila.
Kattilassa 100 litraa joka pyörii pumpulla koko ajan. Kaksi varaajaa sarjassa ja yhteitä paljon, eristämisen ja lämmön hukan takia liiankin paljon. Ensimmäisen varaajan yläosassa välilevy jossa keskellä reikä, lämmön kerrostuminen on
hyvä eli kuuman ja kylmän välimatka (80c-20c) noin 20 cm. Lämmin käyttövesi ei ole vielä kytketty, saas nähdä miten se vaikuttaa kerrostumiseen. Projektin tässä vaiheessa olen tyytyväinen kytkentääni. Toiset on kulemma vähään tyytyväisiä.
Attack DPXL 25, Schiedel 250mm x 6150 mm Attack AS800K Akva 1000solarplus Ouman EH800B EXP 800 ja TMR/SP
Tyhjiöputket 70x1900mm  84 kpl
Aurinkopaneelit (sähkö) odottaa asennusta.
"Päiväkoti" Attack SLXL30, RST 154mmx6000mm+Akva Nero 2000 l+300 l, EH800B ja TMR/SP, Tp 20 kpl

ev3449

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 830
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #4 : 04.10.2014-13:53 »
Muutama ajatus kotona mitattavan- (käyttäjälle olennaisen -> käyttöön saatava, toisen viestin mukainen kaava) ja norminmukaisen hyötysuhteen (kattilavalmistajan ilmoittaman) erosta. Itse viralliseen testiin en ole sen kummemmin perehtynyt joten esim. testipolton kestosta en varmuudella tiedä. Jossain olen törmännyt mainintaan 30min joka toistettaisiin kahdesti varmuuden vuoksi.

Jos katsoo testiasetelmaa ja käytettyä kaavaa (toisen viestin liitteet), huomaa että puumäärän punnitus tapahtuu käytön aikana (vaaka kattilan alla) eikä kaavaan syötetä energiamääriä vaan tehoja.
Jos/kun testaus tapahtuu valmistajan ilmoittamalla kattilan nimellisteholla esim. 40kW, tarkoittaa tämä että kattilasta saadaan testin aikana nimellisteholla siirrettyä energiaa vesikiertoon. Tämä tulee kaavaan läpi virranneen vesimassan ja sen kattilassa saavuttaman lämpötilaeron muodossa.
Sanotaan että mittausjakso on esim. 30 min. jolloin mitataan painosta erotus kyseisen 30min jakson ajalta, esim. 5,5kg.
Kaavassa puun alempi lämpöarvo tarkoittaa että sen sisältämä kosteus on tässä huomioitu. Eli esim. kosteudeltaan 20% kuusi sanotaan sisältävän energiaa 4,1kWh/kg jne.

Eli 30 min testin aikana puuta (kuusi, 20% kosteus = 4,1kWh/kg) paloi tahdilla 11kg/h (5,5kg/30min) ja kattila luovutti lämpöä vesikiertoo nimellistehollaan 40kW.

4,1kWh/kg * 11kg/h ~ 45,1kW.
Normin mukaisella kaavalla kattilahyötysuhde = käyttöteho(säädetty nimellistehoon)/ "testin aikainen lämpöteho"
eli 40kW / 45,1kW ~ 0,89, ja kuten ilmoitetuissa tuloksissa yleensä, 89%.
Tämä kuvastaa hetkeä jolloin kattila toimii hyvin säädettynä mimellistehollaan niin, että hukka on pienin (puuta palaa vähiten).

Jotta kotikutoisella, energioita vertaavalla menetelmällä päästäisiin samaan tulokseen, tarkottaisi se käytännössä sitä, ettei syttymis/lämpeämisvaihetta, hiillosvaihetta, puunlisäyksiä, epätäydellisiä säätöjä, hukkaa kattilan ja varaajan jne. välissä ilmenisi ja ettei esim. kattilaan ja se rakenteisiin jäisi lämmityksen päätteeksi energiaa. Tässä valossa kotikutoiset hyötysuhdelaskelmat joissa päästään valmistajan ilmoittamiin tai jopa parempiin lukemiin ovat kyseenalaisia? Kattilavalmistajan lukema ei täten vastaa (eikä yritäkään) varaajaan päätyvää energiamäärää.

Edellä mainituista seikoista voidaan huomata että mitä pidempi yhtäjaksoinen, häiriintymätön parhaan palamisen/tehojen suhteen alue on verrattuna kuluneeseen kokonaisaikaan, sitä parempi käyttäjälle merkitsevä kokonaishyötysuhde on.

Eli käytännössä kun syttymis/lämpeämisvaihe sekä loppu/hiilosvaihe kestävät aina saman ajan, varsinainen tasainen palamisvaihe pitää maksimoida. Vajaan pesällisen polttaminen, pieni varastopesän koko, puiden lisäykset(ainakin lambdattomissa kattiloissa) jne. yhtämittaista hyvän hyötysuhteen paloa lyhentävät/häiritsevät tekijät huonontavat kotona vaikuttavaa hyötysuhdetta.

Toinen (välillä käyttökelpoisempikin) tapa on laskea hyötysuhde epäsuorasti (palamisen hyötysuhde) häviöiden kautta. Tämä vaatii savukaasujen analysointia. Kattilahyötysuhde ei kuitenkaan voi olla suurempi kuin palamishyötysuhde. Hukka + kattilahyötysuhde = 100% ei enempää  :)

Uudemmissa high tech- kattiloissa näytöltä taitaa olla mahdollista lukea hyötysuhde? Tämä on kaiketi hetkelliseen savukaasujen analysointiin ja valmistajan kaavaan perustuva arvio palamishyötysuhteesta? Tuskin on vaikutusta jos ottaa kiertovesipumpusta virran pois/laittaa venttiilin kierrossa kiinni  :) Jos arvo on luotettava, ei varaajaan voi koskaan päätyä paremmalla kokonaishyötysuhteella energiaa kuin tämä hetkellisen opitimitilan palamishyötysuhde on osoittanut.
Viimeistään tässä vaiheessa pitää mittailujen tarkkuuden vaikutus huomata.


40kW "viritelty" alapalo Högfors vm. 1981, 3000 l varaaja, patterilämmitys. ~10t/vuosi.

Setämies

  • Full Member
  • ***
  • Viestejä: 170
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #5 : 04.10.2014-21:12 »
Hiukan mietiskeltävää tuosta ev3449:n tekstistä pitäisi tulla ainakin tehojen maksimointia kattilan valinnassa suosiville. Kattilan massa ja vesivaipan tilavuus eivät toki nouse suoraviivaisesti tehon noustessa, esimerkiksi 20 kW -> 40 kW ei tuplaa kylmää massaa, joka pitää saada lämpimäksi, ennenkuin tippaakaan lämmintä vettä saadaan siirrettyä varaajaan. Silti lyhyt paloaika varaajan kuumentamiseksi tarkoittaa pitkää pannun kylmenemisaikaa lämmitysten välillä. Pitäisi saada joko pidettyä pannu lämpimänä lämmitysten välillä, tietenkin tuhlaamatta energiaa, tai sitten pannun kaikki lämpö pitäisi saada varaajaan ennen latauspumpun sammumista. Jos varaaja on alas asti kuuma tai lataustermostaatti on kiinteä, viileää vettä ei ole edes saatavilla kattilaan.

jolla

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 873
    • charts
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #6 : 04.10.2014-21:36 »
miksi kaikki pitää tehdä niin monimutkaisesti, että kun toleranssit otetaan huomioon, mittauksen (koti) arvo on nolla
minä olen mitannut yksinkertaisesti puut, kosteudesta ei tietoa ja sitten varaajan lämpötilan muutoksen
kun kattilan saa käyntiin(ei moottoreidenkaan tehoja mitata heti kylmäkäynnistyksen jälkeen), lämpötilan muutos antaa kotikäyttöön ihan tarpeeksi tarkan teholukeman, sen todellisen tehon

eihän valmistajan antamat lukemat käytännössä pidä paikkaansa ollenkaan, ei sinne päinkään
« Viimeksi muokattu: 04.10.2014-21:40 kirjoittanut jolla »
Lämpimänä 152m² + lämpökeskus 36m², kanava 30m, Hogfors vuodelta -66, Akva 4000, Ouman EH-80, 32 kpl 270W pv-panelia 13° etelään kiinteästi
seurantaa http://www.puulammitys.info/index.php?topic=457.0

Pannarix

  • Jr. Member
  • **
  • Viestejä: 64
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #7 : 04.10.2014-23:19 »
Tämä hyötysuhdeasia kiinnostaa mutta ei oikein aukee mitä siitä puusta saadaan hyötykäyttöön.
Jos polttopuut ovat 20% kuivia, tarkoittaa että 1 kg puuta sisältää 200g vettä. Tämän veden höyrystämiseen kuluu jotakuinkin 0,13 kw lämpöenergiaa vesihöyrynä piipusta ulos. Lisäksi kun puussa oleva vety palaa/yhtyy hapen kanssa, syntyy vettä lisää.  0,8 kg puuta - 130 w?  vai 1200 g 20% kosteata puuta x ?
Onko se hyötysuhde palamisen (combustion) hyötysuhde vai? Sitten lämmönvaihtimen (convektor) hyötysuhde ei taatusti ole 100%. Jos olisi niin savukaasujen lämpötilan pitäisi olla valllitseva, syötetyn ilman lämpötila, eikä yhtään enempää. Jos se taas on vaikka 160C niin siinä menee jo hukkaan 160/900 c eli liki 20%
-0,9 x 0,8 = 70% paremmalla puolella. Sitten tietysti ne häviöt kattilan jälkeen, on oma juttunsa.
 Mitä siis saadaan kilosta kuivaa puuta kaloreita tai jouleja käyttöön?  Kertokaa te jotka paremmin tiedätte!
Attack DPX Profi  + DIY alapalo 150kw + Yläpalo 350kw - poistettu ja uusi tehty tilalle -Varaajia 2m3, 10m3, 20m3  +24kw kaasu + Ritmüller 6 1/2 oktaavia

Pannarix

  • Jr. Member
  • **
  • Viestejä: 64
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #8 : 04.10.2014-23:31 »
Lyhyesti sanottuna hyötysuhteitten laskemiseksi tarvitaan hyvät  laboratorioanalysaattorit. Eli ei ole ihan yksikertainen juttu edes selvittää sanallisesti tässä yhteydessä. Lyhyesti hyötysuhteen laskeminen alkaa polttotekniikassa määrittämällä pyrotekniset / kalorimetriset arvot poltettavalle materiaalille.
Viesti olikin niille jotka mahdollisesti osaavat kertoa enemmän
Attack DPX Profi  + DIY alapalo 150kw + Yläpalo 350kw - poistettu ja uusi tehty tilalle -Varaajia 2m3, 10m3, 20m3  +24kw kaasu + Ritmüller 6 1/2 oktaavia

Juhani

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 700
  • Puuhulluutta jo toisessakin polvessa...
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #9 : 04.10.2014-23:34 »
Kommentti siirretty omaksi aiheeksi 7.10.2014
« Viimeksi muokattu: 06.10.2014-16:30 kirjoittanut Juhani »
Kastelli 1,5 krs 177m2 540m3, at puolilämmin heikoilla eristeillä 40m2/95m3, vesikiertoinen wirsbo lattialämmitys.
Nunnauuni Ulla 2 duo takkaleivinuuni 2200kg (72kw)
Iki orginal 200kg puukiuas.
Attack 35kw DPXL Lambda, Oventrop latausyksikkö, 2000L akvaterm varaaja.
Mitsu Fh35(jäähdytykseen)

Juhani

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 700
  • Puuhulluutta jo toisessakin polvessa...
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #10 : 04.10.2014-23:43 »
Hyvä, tämä riittää tavallisen tallaajan puunpolton filosofiasta.

Kyllä Topinkin pitäisi jo ymmärtää että puunpoltto on hyvin yksinkertaista, puut sisään tuli perään luukku kiinni
ja odottelemaan seuraavaa päivää. Tässä filosofiaa, yksikertainen on toimivaa ja kaunista ;D

Mieluummin tavallinen tallaaja kuin .....
Kastelli 1,5 krs 177m2 540m3, at puolilämmin heikoilla eristeillä 40m2/95m3, vesikiertoinen wirsbo lattialämmitys.
Nunnauuni Ulla 2 duo takkaleivinuuni 2200kg (72kw)
Iki orginal 200kg puukiuas.
Attack 35kw DPXL Lambda, Oventrop latausyksikkö, 2000L akvaterm varaaja.
Mitsu Fh35(jäähdytykseen)

Pannarix

  • Jr. Member
  • **
  • Viestejä: 64
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #11 : 04.10.2014-23:55 »
En osaa kertoa enempää kuin mutua.

Minusta on monimutkaista käyttää matematiikkaa lämmitykseen, siinä kuluu liikaa energiaa ajatteluun joka ei todennäköisesti johda enää mihinkään, laskut on maksettu ja hankinnat tehty.
Minä en ole vaivautunut ollenkaan laskemaan kattilani hyötysuhdetta kun olen muuten tyytyväinen puunkulutukseen.
Perstuntumana 16-18 pinomottia kuusta on vähän 215m2 lämmitykseen ja viiden aikuisen vuotuisen käyttöveden korvennukseen. Jos kulutus heilahtaa parimottia suuntaan tai toiseen onko sillä merkitystä? Mielestäni se on riittävän vähän.
Enemmän puulämmityksessä on merkitystä kuinka puulogistiikka toteutetaan, jo se ei toimi hyötysuhteen laskuilla ei kokonaisuutta paranneta. Myös kattilan käytön helppous ja päivittäiset käytetyt minuutit kun nykymaailman hektisessä ajankäytössä ei riitä aikaa enää mihinkään ylimääräiseen.
Näinpä! totta kaikki. lähinnä olikin kysymys siitä että jos lasketaan että 1 kg puuta antaa lämpöä 3.8 kw! Se ei kyllä toteudu alle 100% hyötysuhteen omaavalla kattilalla.
Attack DPX Profi  + DIY alapalo 150kw + Yläpalo 350kw - poistettu ja uusi tehty tilalle -Varaajia 2m3, 10m3, 20m3  +24kw kaasu + Ritmüller 6 1/2 oktaavia

ev3449

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 830
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #12 : 05.10.2014-00:19 »
Tämä hyötysuhdeasia kiinnostaa mutta ei oikein aukee mitä siitä puusta saadaan hyötykäyttöön.
Jos polttopuut ovat 20% kuivia, tarkoittaa että 1 kg puuta sisältää 200g vettä. Tämän veden höyrystämiseen kuluu jotakuinkin 0,13 kw lämpöenergiaa vesihöyrynä piipusta ulos. Lisäksi kun puussa oleva vety palaa/yhtyy hapen kanssa, syntyy vettä lisää.  0,8 kg puuta - 130 w?  vai 1200 g 20% kosteata puuta x ?
Onko se hyötysuhde palamisen (combustion) hyötysuhde vai? Sitten lämmönvaihtimen (convektor) hyötysuhde ei taatusti ole 100%. Jos olisi niin savukaasujen lämpötilan pitäisi olla valllitseva, syötetyn ilman lämpötila, eikä yhtään enempää. Jos se taas on vaikka 160C niin siinä menee jo hukkaan 160/900 c eli liki 20%
-0,9 x 0,8 = 70% paremmalla puolella. Sitten tietysti ne häviöt kattilan jälkeen, on oma juttunsa.
 Mitä siis saadaan kilosta kuivaa puuta kaloreita tai jouleja käyttöön?  Kertokaa te jotka paremmin tiedätte!


Karkeasti näin,

kuivan puun lämpöarvo on luokaa ~ 5,1-5,3kWh/kg. 20% kosteana lämpöarvo ~ 0,8 x 5,2 ~ 4,15kWh/kg.

Eli kun normikäyttöön laskeskellaan esim. vaaraajan lämmönnousun perusteella hyötysuhdetta, tarkkuuteen riittää hyvin lämpöarvo ~4kWh/kg. Tässä oletetaan puun sisältävän n. 20% kosteutta.


Tuon aikaisemman viestin poinnti oli kertoa että valmistajan/testauslaitoksen määrittämä ja varaajaan päätyvään energiamäärään perustuva hyötysuhde eivät ole sama.

Molemmat ovat ok, eri asioita vaan joten eivät vertailukelpoisia.

(eikös näin ajateltuna, jos savukaasut saadaan jäähdytettyä niin että niiden sisältämä vesihöyry kondensoituu ole mahdollista päästä yli 100% hyötysuhteeseen?  :) )
40kW "viritelty" alapalo Högfors vm. 1981, 3000 l varaaja, patterilämmitys. ~10t/vuosi.

seppol

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 822
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #13 : 05.10.2014-00:37 »
Puussa olevan vedyn polttamisessa syntyvän veden höyrystymislämpö on otettu huomioon hyötylämpöarvossa, jota käytetään. Siinä oletetaan että sitä höyryä ei tiivistetä vedeksi.
Sen sijaan puun kosteutta ei ole otettu huomioon. Höyryn sisältämä energia menee aina piipusta ulos. Tosin ei aina. On olemassa myös ns. kondenssikattila jossa savukaasut jäähdytetään niin että vesi tiivistyy. Näissä voidaan saavutaa yli 100 %  hyötysuhteita. Tosin näissäkin pitää olla kylmä varasto johon saatava energia talletetaan. Sitten on vielä mietittävä onko tuo lämpö käyttökelpoista. Järvissämme on suunnattomat energiamäärät mutta ei sitä kovin yksinkertaisesti saada hyödyksi.
Tarkoissa mittauksissa puun laatu on vaikea ottaa huomioon. Se on niin epätasaista. Niinpä polttopuusta kokeissa on melko tarkat direktiivit.
Ei kaikkien tietenkään tarvi kaikkea puun polttamisesta tietää mutta minua ainakin kiinnostaisi nähdä jonkun uunin täydelliset testauspöytäkirjat. Terveiset ev3449

seppol

  • Hero Member
  • *****
  • Viestejä: 822
Vs: Puukattilan hyötysuhde?
« Vastaus #14 : 05.10.2014-09:45 »
Tätä märän puun polttamista on pohdittu tässä ennemminkin. Toivottavasti olen vääräsä kun sanon että ei tule mitään. Toive että keksittäisiin omakotitalouteen uuni joka käyttäisi ämpäristä vettä ja laatikosta puita ei ole mahdollinen.
Se voi onnistua jossain laitoksessa josa sivutuotteena on saatavana korkeaenrgistä höyryä jota ei muuten voida tehokkaasti käyttää. Tämä höyry voidan teoriassa ja ehkä käytännössäkin  "polttaa".