Granulinis katilas ir saulės kolektoriai

Vienbučio namo aprūpinimas šilumine energija naudojant medienos granulių katilo ir saulės kolektorių sistemą.

Statant būstą atokiuose priemiesčiuose arba kaime yra siauresnis pastato šildymo būdų pasirinkimas.  Išvystytos infrastruktūros nebuvimas  (gamtinių dujų, CŠT tinklų) verčia rinktis kitokius šildymo būdus. Tačiau galimybių, kaip šildyti patalpas ir ruošti karštą vandenį tokiose vietovėse yra palyginti nemažai. Kaip pagrindinius ir labiausiai paplitusius šilumos šaltinius būtų galima paminėti:

• kieto kuro katilinė (gali būti deginamos malkos, akmens anglis, pjuvenos, durpės ir t.t.);
• kieto kuro katilinė su šilumos akumuliacija;
• automatizuota kieto kuro katilinė (medienos granulės, šiaudų granulės, smulkinta anglis, grūdai, pjuvenos, smulkios frakcijos medienos atliekos);
• šilumos siurblio „katilinė";
• suskystintų dujų deginimo katilinė;
• skysto kuro deginimo katilinė;
• tiesioginis arba akumuliacinis šildymas panaudojant elektros energiją.

Rinktis galima ir efektyvias mišrias šildymo sistemas, tokios kaip šilumos siurblys su saulės kolektorių sistema, automatizuota kieto kuro (granulių) katilinė su saulės kolektorių sistema, elektrinis šildymas su saulės kolektorių sistema.

Geriausio šildymo būdo parinkimui būtina atlikti tam tikrą ekonominę analizę. Šiuo atvejų kalbama apie šilumos šaltinio įdiegimo kainą ir tolimesnes jo ekploatacijos sąnaudas. Pavyzdžiui, elektrinis šildymas - mažos pradinės investicijos šildymo įrangai, o toliau - didelės išlaidos už elektros energiją. Šilumos siurblys - didelės investicijos įrangai bei mažos išlaidos už elektros energiją. Kaip atrasti patį optimaliausią sprendimą, tikslaus recepto nėra. Kiekvienam atvejui reikia detalesnės analizės, pagrįstai įvertinat ir prognozuojant galimus energijos kainų pokyčius per ateinančius 15 - 20 metų. Žinoma, prognozuoti kuro išteklių kainas dabartinėje chaoso pilnoje rinkoje labai sunku, tačiau reikia prisiminti, kad žvelgiant į ilgalaikį laikotarpį (pvz., 10 metų) santykis esantis tarp skirtingų kuro rūšių su įvairiais trumpalaikiais nukrypiais išlieka toks pat. Lietuva, galima sakyti, biokuro šalis, tačiau iki šiol pagrindinis kuras yra brangios gamtinės dujos importuojamos iš Rusijos.

Renkantis šildymo būdą ir įvertinant šilumos kainą taip pat reikėtų atsižvelgti į kitus labai svarbius aspektus - šilumos gamybos stabilumą, kuo mažesnę priklausomybę nuo kuro tiekėjo, aplinkos taršą. Pagal Lietuvos energetikos instituto darbuotojų atliktus tyrimus gauta išvada, kad didžioji dauguma lietuvių nėra linkę už šilumą mokėti daugiau jeigu ji yra gaminama naudojant ekologiškesnį kurą ir technologijas. Visai priešingi rezultatai gauti apklausus Danijos, Vokietijos, Austrijos šalių gyventojus. Pagrindinė tokio žmonių požiūrio skirtumų priežastis yra ženklus skirtumas tarp darbo užmokesčio ir išlaidų už šildymą. Atsinaujinančių energijos išteklių vartojimas minėtose užsienio šalyse yra skatinamas panaudojant įvairias subsidijavimo schemas.

Trumpa apžvalga apie kuro granulių tipus Lietuvoje

Pagrindinis šio straipsnio objektas - granulių deginimo katilinė su saulės kolektorių sistema, arba kitaip tariant - maža biokuro katilinė, todėl pirmiausiai vertėtų atlikti pačio biokuro apžvalgą

Medžio pjuvenų granulės yra labiausiai pritaikytas kuras automatizuotiems kieto kuro katilams. Pagrindinės jų chrakteristikos yra pateikiamos  lentelėje žemiau. Universaliems kieto kuro katilams su automatizuota kuro padavimo sistema gali būti naudojamas įvairesnis kuras (anglies granulės, saulėgrąžų lukštų, šiaudų,  durpių granulės, miežių, kviečių, rugių grūdai).

Dėl didelio medienos granulių poreikio Vakarų - Vidurio Europos bei Skandinavijos šalyse didžioji dalis jų, pagaminamų Lietuvoje, yra eksportuojama. Mūsų šalyje šio kuro poreikis didėja taip pat, tačiau kol nėra įvestų papildomų akcizų iškastiniam kurui (gamtinėms dujoms), jo vartojimas auga nedideliais tempais.

Lentelė. Automatizuotuose biokuro katiluose naudojamo kuro charakteristikos

* - vidutinė kuro kaina pagal atliktą apklausą.
** - vidutinė grūdų supirkimo kaina Lietuvoje 2010 m.

Automatizuoti medienos granulių deginimo katilai

Rinkoje galima rasti įvairios konstrukcijos nedidelės galios biokuro katilų su automatizuotu kuro padavimu. Vienas iš svarbiausių tokio šilumos generavimo šaltinio elementų - degiklis. Nuo jo veikimo (optimalaus valdymo) priklauso, kaip efektyviai bus sudegintas kuras. Katilų gamintojų  deklaruojamas naudingo veiksmo koeficientas, katilui veikiant nominaliu galingumu siekia iki 90 proc. Metinis katilo efektyvumas gali kisti priklausomai nuo to, ar optimaliai jis parinktas, kokiu režimu dirba bei nuo atitinkamų kuro charakteristikų pasikeitimo. Minėtasis katilo parametras (metinis n.v.k.) gali būti padidintas dūmų šalinimo sistemoje įmontuojant ekonomaizerį (efektyvumo padidėjimas priklauso nuo ekonomaizerio konstrukcijos ir jo šilumos mainų ploto).

Labai aktualus klausimas - kiek ilgai nereikės papildyti kuro talpoje? Esant standartinei kuro talpai, priklausomai nuo katilo galios, kuro kaloringumo, lauko oro temperatūros bei pastato šilumos nuostolių, kuro papildyti reikia kas 1 - 5 paras . Žinoma, yra galimybė turėti talpą, kurios užteks pusei ar net visam šildymo sezonui.

Dėl mažo medienos granulių peleningumo bei modernios konstrukcijos katilų, pelenai tokiose katilinėse šalinimi 2 kartus per metus. Universalų kurą naudojančiuose katiluose pelenus valyti reikia žymiai dažniau. 

Saulės kolektorių sistemos buitinio karšto vandens šildymui

Kaip papildomas šilumos generavimo šaltinis Lietuvoje gan sparčiai populiarėja saulės kolektorių sistemos skirtos karšto vandens ruošimui, baseino bei daliniam grindų šildymui nešildymo sezono metu (šiltuoju metų laikotarpiu). Eksperimentiškai yra įrodyta, kad Lietuva yra tinkama šalis saulės energiją versti šilumine energija. Rinkoje šiuo metu vyrauja dviejų tipų saulės kolektoriai: vakuuminių vamzdžių bei plokštieji.

Vakuuminiai bei plokštieji saulės kolektoriai vieni kitų atžvilgiu turi tam tikrų privalumų bei trūkumų. Plokštieji saulės kolektoriai turi žymiai didesnį mechaninį atsparumą lyginant su vakuuminiais, tačiau, norint išgauti tą patį šilumos srautą, vakuuminių vamzdžių kolektorių plotas reikalingas mažesnis, pasvirimo kampas su horizontu jiems turi mažesnę įtaką, ženkliai mažesni šilumos nuostoliai į aplinką. Pagrindinis vakuuminių saulės kolektorių trūkumas - sąlyginai aukšta kaina (lyginant su plokščiais).

Lietuvoje potencialiai galimas saulės kolektorių pagaminamas energijos kiekis sudaro nuo 450 iki 650  kWh/kv.m per metus, o rekomenduojamas plokščiųjų saulės kolektorių plotas individualiam namui (3 - 5 gyventojams) buitiniam karštam vandeniui ruošti nuo 4 iki 6 kv. m. Kad būtų pasiektos maksimalios šilumos gamybos apimtys, saulės kolektorius būtina orientuoti kiek įmanoma tiksliau į pietų pusę, o jų pasvirimo kampą su horizontu nustatyti 30 - 45 laipsnių kampu.

Tinkamai (optimaliai) parinktos bei sumontuotos saulės kolektorių sistemos vidutiniškai per metus pagamina nuo 40 iki 60 proc. šilumos energijos, reikalingos karšto vandens paruošimui, o ne šildymo sezono metu poreikius patenkina beveik 100 proc.

Pagrindinės sudedamosios sistemos dalys: saulės kolektoriai, akumuliacinė talpa, cirkuliacinis siurblys, temperatūros jutikliai su valdymo automatika.

Mišrios šildymo sistemos pavyzdys: medienos granulių katilas su saulės kolektorių sistema

Kaip  minėta straipsnio pradžioje, mišri šildymo sistema t.y. granulių deginimo katilas su saulės kolektorių sistema yra pagrindinis apžvalginio pobūdžio tyrimo objektas.

2008 m. rugpjūčio mėn. Kauno rajone, naujai pastatytame name buvo sumontuota ir pradėta eksploatuoti automatizuota kieto kuro deginimo katilinė su saulės kolektorių sistema. Gyvenamojo namo plotas - 150 kv.m. Name yra tik du nuolatiniai gyventojai.

Gyvenamasis namas Kauno rajone su ant stogo sumontuotais plokščiais saulės kolektoriais.

Dėl priemiestyje neišvystytos infrastruktūros buvo priimtas sprendimas šildytis kietuoju biokuru. Aktyvus namo savininkų gyvenimo būdas apsprendė, kad šildymas privalo būti visiškai automatizuotas (gyventojai nedaug laiko praleidžia namuose). Tam buvo įrengta katilinė su automatizuotu granulių (universaliu) deginimo katilu bei saulės kolektorių sistema. Papildomai buvo suprojektuotas bei įrengtas rezervinis elektrinis katilas, kuris įsijungtų sutrikus pagrindinio katilo funkcionavimui.

Name yra sumontuota kolektorinė dvivamzdė šildymo sistema su radiatoriais ir grindų konvektoriais bei grindiniu šildymu sanitariniuose mazguose ir priebutyje. Šilumos taupymui ir patalpų temperatūros reguliavimui prie šildymo prietaisų yra numatyti termostatiniai ventiliai, o grindinio šildymo reguliavimui patalpose - kambario termostatai, reguliuojantys šilumos tiekimą į atskirus grindų šildymo kontūrus. Elektroninis reguliatorius valdo tiek šildymo sistemos, tiek saulės kolektorių sistemos darbą.

Karštam vandeniui ruošti ir akumuliuoti - 300 litrų akumuliacinė talpa su dviem šilumokaičiais bei su integruotu elektriniu kaitintuvu. Nustatyta karšto vandens temperatūra talpoje -  65  laipsniai C. Pagrindinis karšto vandens ruošimas šildymo sezono metu vyksta granulių deginimo katilu, o kitu metu - saulės kolektoriais ir akumuliacinėje talpoje integruotu elektriniu kaitintuvu. Plokščiųjų saulės kolektorių vandens šildymo sistema su priverstine cirkuliacija, užpildyta propilenglikolio mišiniu.

Pagrindinių katilinės įrenginių techniniai rodikliai:

Principinė katilinės schema.

Bendras katilinės vaizdas.

Katilinės eksploatacijos patirtis, problemos

Nuo katilinės įrengimo ir eksploatacijos pradžios aprašyto namo savininkas palankiai vertina tokią sistemą ir sako, kad jeigu reikėtų rinktis dar kartą, tai pasirinktų tokią pat sistemą, tačiau katilą pirktų skirtą tik granulių deginimui, kadangi universalų kurą (ne tik medienos, bet ir anglies, šiaudų granules, o taip pat įvairių tipų grūdus) deginantys įrenginiai turi tam tikrų technologinių ypatumų, kurie reikalauja papildomų derinimo darbų, o tai pasunkina sistemos eksploataciją. Taipogi namo savininkas teigia, kad pilnai užpildytos kuro talpos namo šildymui, oro lauko temperatūrai esant apie 0  laipsnių C, pakanka maždaug savaitei. Talpos tūris -  140 litrų (100 kg.

Ši sistema turi tam tikrų trūkumų, kurie atsirado projektuojant. Pagal namo šilumos nuostolių dydį buvo parinktas per didelės galios granulių deginimo katilas.  Tai įvyko dėl anksčiau projekte priimtų sprendimų. Pirmajame variante buvo parinktas 29 kW neautomatizuotas kieto kuro katilas su didelio tūrio akumuliacine talpa. Po to buvo nuspręsta, kad katilinė bus pilnai automatizuota, granulių deginimo katilas buvo parinktas pagal projekte buvusią galią, nors, esant tokiai sistemai, reikėjo parinkti jį beveik dvigubai mažesnės galios. Dėl šios priežasties katilas beveik visą laiką dirba minimaliu galingumu, t.y. nepasiekiamas nominalus galingumas. Todėl mažėja katilo naudingo veikimo koeficientas, o tai lemia didesnį kuro suvartojimą. Norėdami gauti realius katilo darbo efektyvumo rodiklius, dūmų analizatoriumi atlikome katilo efektyvumo matavimą.

Matavimų rezultatas pateikiamas lentelėje:

Katilo efektyvumo matavimas.

Deklaruojamas katilo gamintojo naudingo veiksmo koeficientas katilui veikiant nominaliu režimu - 85 proc. (be ekonomaizerio). Matome, kad maksimalus katilo efektyvumas pasiekimas tik su ekonomaizeriu.

Taisyti katilo parinkimo klaidas būtų galima įrengiant bent 1 kub.m šilumos akumuliavimo talpą, tačiau ekonominiu požiūriu tokia priemonė abejotina,  nes prognozuojamas  investicijų atsipirkimo laikas per ilgas.

Saulės kolektorių sistemos gaminama šiluma

Šiluma pagaminama saulės kolektoriais yra matuojama šilumos skaitikliu su nuotoliniu jo duomenų nuskaitymu realiu laiku. Pagal skaitiklio rodmenis per vienerius metus saulės kolektoriai pagamino 2036 kWh arba 465 kWh/kv.m. Taigi, lyginant su vandens šildymu panaudojant elektros energiją, jei ji kainuoja 0,48 Lt/kWh (vienos laiko zonos tarifu), yra sutaupoma per tūkstantį per metus. Elektros energijai brangstant dar labiau, sistema atsipirks mažiau nei per 10 metų. Tokios sistemos tarnavimo laikas iki visiško fizinio nusidėvėjimo - 25 metai.

Išvados

Apibendrinant reikėtų pasakyti, kad kietojo biokuro bei kitų atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo skatinimas individualiųjų namų sektoriuje turėtų būti vykdomas valstybiniu mastu, sukuriant valstybinio subsidijavimo schemas modernizuojamiems bei naujais statomiems vienbučiams ar dvibučiams gyvenamiesiems namams. Taip būtų gan ženkliai mažinama energetinė nepriklausomybė nuo importuojamo organinio kuro bei sukuriamos naujos darbo vietos.

Apžvelgus mūsų nagrinėto individualaus namo mišraus šilumos šaltinio eksploatacijos ypatybes galima pateikti tokias išvadas:

• 1. Pastatų šildymas panaudojant medienos granules yra ekonomiškas ir modernus.
• 2. Projektuojant katilinę labai svarbu tiksliai paskaičiuoti pastato šilumos nuostolius ir karšto vandens poreikius, kad būtų galima tiksliai parinkti katilo galingumą ir saulės kolektorių plotą.
• 3. Automatizuotoje granulių katilinėje kuro dedamoji šilumos kainoje gaunama mažesnė negu deginant gamtines dujas, o katilinės eksploatacija nereikalauja daug priežiūros.
• 4. Norint pasiekti nominalų katilų efektyvumą, projektuojant tokio tipo katilines, katilo galią reikia parinkti tik 80 - 90 proc. nuo maksimaliai reikiamo galingumo. Šalčiausio penkiadienio-dešimtadienio metu trūkstamą galią reikėtų padengti papildomu šilumos generavimo įrenginiu, pavyzdžiui, elektriniu katilu ar židiniu.
• 5. Kitas galimas granulinio katilo efektyvumo didinimo būdas - papildomos akumuliacinės talpos įrengimas.
• 6. Eksploatuojama saulės kolektorių sistema užtikrino karšto vandens tiekimą nuo balandžio iki spalio mėnesio.

dr. Vykintas Šuksteris,
dr.  Rolandas Jonynas, dr. Rokas Valančius (UAB „Terma Consult")

Statybų ir būsto gido Asa.lt informaciją atgaminti visuomenės informavimo priemonėse bei interneto tinklalapiuose be raštiško UAB "IKS" sutikimo draudžiama.

sergejus

2014-09-03 17:30

Paltaja

Straipsnis geras ir teisingas.
Matome tik kelias galimas klaidas:
1. Matuojant dūmų ir aplinkos temperatūrą, neturėtų būti sprendžiama apie katilo naudingumą. Paprastai derinant katilus matomas sudegimo naudingumas, o katilo naudingumui neužtenka tik dūmų temperatūrą pamatuoti, reikia ir detalesnių testų (pvz. katilo šilumos nuostolių į aplinką). Todėl tikėtina kad iš pasiektų 85% buvo laimėta pakeliant katilo NVK kuris bus mažiau nei 85% 2. Ekonomaizeris naudojamas pagrinde katiluose su galimybe kūrenti smulkintą anglį - čia dūmų temperatūros yra pakankamai aukštos. Šiuolaikiniuose katiluose (granuliniuose) - dūmų temperatūra yra pakankamai žema, todėl įrengus ekonomaizerį (kalbame apie buitinius mažų galių granulinius katilus) atsiras tikimybė kauptis kondesatui ir taip bloginti bendrą katilo darbą. 3. Katilas jungiamas su akumuliacine talpa, turi turėti galimybę visiškai užsigesinti. Tikėtina, kad tuo metu dar tokių nebuvo. Šiais laikais jungti prie akumuliacinės talpos katilą su apatiniu kuro padavimu būtų mažu mažiausiai nelogiška. Straipsnyje su žemiau išdėstytomis išvadomis pilnai sutinkame - renkant šildymo įrangą, skaičiuokite ir domėkitės  

2014-09-04 10:50

Paltaja

2014-09-04 11:06