Puulämmitys - parhaat käytännöt

[sakarif]

Turvamääräykset

Kattiloiden ja polttoainevarastojen paloturvallisuus

Puun energiasisältö, hyötysuhde

Puunpolttomatematiikka

Toteutuneita projekteja

Ariterm City 25+
Attack 35 DPX Lambda
Attack 35 DPXL Lambda
Attack 35 DPX Lambda Projektin seuranta
Atmos DC 75 SE
Atmos DC 50 GSX
Atmos DC 32 GS
Kespes
Maga MA 40
Nibe Vedex 3300
VIGAS 40 Lambda

Kalvopaisunta ja esipaine

Kalvopaisunnan tilavuuden yleisenä mitoituksena käytetään 10 %:a lämmitysjärjestelmän vesitilavuudesta (kattila, varaaja, putket). Esimerkiksi 3000 litran varaajalle pidetään yleisesti riittävänä 300 litran paisunsäiliötä. Liian suuresta paisuntasäiliöstä ei ole haittaa. Liian pieneksi sitä ei kannata mitoittaa. Toteutuksen voi tehdä yhdellä tai useamalla säiliöllä. Uusien paisuntasäiliöiden tehdaspaine on yleisesti 1,5 bar, jota täytyy vähentää asennuksen yhteydessä haluttuun esipaineeseen.

Esipaineeksi asetetaan tavallisimmin paisuntasäiliön ja verkoston korkeimman kohdan välinen korkeusero ja siihen lisätään 0,2 bar. Esimerkiksi paisuntasäiliön ja verkoston korkeimman kohdan välinen ero on 2 metriä (varaajan yläosa), asetetaan esipaine 0,4 bariin. Kaksikerrostalossa, jossa paisuntasäiliön ja verkoston ylimmän kohdan (esim. toisen kerroksen patteri) erotus on 4 metriä, asetetaan esipaine 0,6 bariin.

Paisuntasäiliö voidaan sijoittaa muuallekin kuin pannuhuoneeseen vaikkakin yleisin sijoituspaikka on kattilan ja varaajan kanssa samassa tilassa.

Esimerkki kytkennästä, jossa otettu huomioon paisuntasäiliön vaihto sekä helppo tyhjennys esipaineen tarkistusta varten


Lisättävää:
 - Paisuntasäiliön kytkentä järjestelmään

[sakarif]

Foorumilla on paljon asiansa osaavia puulämmittäjiä. Olisko mielenkiintoa kerätä uusille (ja miksei vanhoillekin) lämmittäjille tietoa asioista, joista usein kysytään?

Esim. esipaine, käyttöpaine, savukaasut, ilmaaminen yms. Jos perustieto kerättäisiin yhteen ketjuun ja tiivistettäisiin vaikkapa yhteen viestiin, olisi uusilla lämmittäjillä heti vahva alku. Kaikki laitteistot ovat toki erilaisia mutta tietyt perusjutut pätevät.

Päivitellään vaikka tuota ensimmäistä viestiä aiheiden ja tekstien suhteen jos asialle kiinnostusta löytyy.

Edit. kirjoitusvirheitä

[repa]

Tämä on hyvä idea.

Tärkeimpiä ja yleisesti keskustelua herättäneet kysymykset liittyvät paisunta-astiaan ja vetoon sekä varaajan kytkentöihin. Niistä tosiaan voisi tehdä omat ketjunsa, joihin koottaisiin faktaa asian tiimoimoilta. Miten sitten pidetään asiat asioina ja turhat hölötykset poissa, onkin yhtävaikeaa kuin tosiasioiden listaaminen. Omakohtaiset havainnot, mielipiteet ja fysiikanlait ovat yleensä onnellisessa sekamelskassa.

Myös itse puun palaminen/polttaminen on ruotimisen tarpeessa, siinä tosin erikattilatyypit ja polttotavat ovat niin erilaisia että tähänasti ei olla oltu samoilla aaltopituuksilla ollenkaan.

Jonkinlainen "sankirjakin" olis ehkä tarpeen, tuntuu tuolla veto-keskustelussa kaikki puhuvan hiukka eriasiasta vaikka veto on otsikkona.

LISÄYS:
Savukaasujarrut on myös oleellinen osa puulämmitystä. Omat jarrut on patenttiasiamiehellä, joten en niistä voi oikein puhua. Pääperiaate kuitenkin on että mitä tehokkaammat jarrut, sitä enempi vetoa tarvitaan. Sen takia ihmettelen niitä, joilla on muka liikaa vetoa ja hankkivat noita vedontasaajia?

Jos kattilassa on "viritetyt jarrut", pitäisi veto itseasiassa mitata toisiopalokammiosta, jarruthan ei enää vaikuta palamiseen.
ja jos kattilassa on puhallin niin vetomittarin toinen letku pitäis olla puhaltimen painepuolella.

[Pähkäilijä]

Hyvä idea.

Olen sillon tällön vähän päivitellyt tuota polttopuumatematiikkaa jos jotain uutta puuaiheista tulee vastaan

http://www.puulammitys.info/index.php?topic=190.msg1457#msg1457

toinen usein vastaantuleva asia on "pärjääkö pesällisellä pakkaskelillä" ja monet ovatkin punninneet paljonkos pesälliseen puuta mahtuu, lisää tuonnekin tuloksia voi laittaa  

http://www.puulammitys.info/index.php?topic=268.0

vedon ja paineiden lisäksi usein vastaantuleva asia on miten paljon varaaja varaa ja miksi se niin nopeasti jäähtyy.

jatkuu

ettei kyseessä olis pelkkä pannuhuonepuuhastelu niin yksi yleinen asia on varaavan takan/ leivinuunin teho ja tuo sama "pärjääkö pesällisellä pakkasella"

Valmistajien suositukset ovat olleet 1% puuta vuorokaudessa verrattuna varaavaan massaan, eli 3000 kilon kivikasassa max 30 kg puun polttoa päivässä. Jos varaavan takan hyötysuhde on 2/3

9 kg vrk = 1 kW lämmitin
18 kg vrk = 2 kW lämmitin
27 kg vrk = 3 kW lämmitin

toki alussa enemmän ja lopussa vähemmän. Eri asia ehtiikö varaus siirtyä huonetilaan ennen seuraavaa lämmitystä

jos hyötysuhde on sitten 3/4 eli 75% saadaan

10 kg = 1,25 kW lämmitin
20 kg = 2,5 kW lämmitin
30 kg = 3.75 kW lämmitin

Jos koko talo kestää lämpimänä pesällisellä päivässä kovimmilla pakkasilla on sitten suuri pesä tai pieni talo 

[savonhumu]

Jos koko talo kestää lämpimänä pesällisellä päivässä kovimmilla pakkasilla on sitten suuri pesä tai pieni talo 

Tai viritelty uuni

[repa]

Tuntuu tuo lamda-ohjauskin kaipaavan jonkilaisen ruodinnan.

Itse en tunne aihetta yhtään mutta ilmeisesti kehittyneissä kattiloissa on kosolti muitakin polttoa ohjaavia toiminteita. Onko noissa ohjauskeskuksissa paljon eroja eri valmistajien kesken? Mitä toimintoja on verkkokaupasta ostetulla lamda-paketilla, onko niitä erilaisia?

[sakarif]

Tuossa ensimmäisessä viestissä on nyt eräänlainen esitys siitä miten tietoa voisi koota.

Saako tuota liitetiedostoa niin, että esikatselua ei näytetä?

[repa]

Lainaus käyttäjältä: seppol - 01.06.2013-22:24

Puussa on yli 40 % painostaan happea erilaisissa sidoksissa ja vapaanakin. Se tarkoittaa sitä että kilossa kuivaa puuta on 13 moolia = n. 300 litraa happea. Tämä vapautuu kuumennettaessa ja aiheuttaa palamisen jatkumista vaikka ilmaa ei päästettäisi ollenkaan. Tämä happi riittää polttamaan 26 moolia = 13 g vetyä. Se on lähes 22 % puussa olevasta vedystä. Miten käy nyt sitten yhdisteistä vapautuvan hiilen kanssa? Millä hapella se poltetaan?

Happi ja vety sitoutuneena hiilivetyketjuihin, joita vapautuu puuta kuumennettaessa. Pääosin ne on pfenoleja, kansanomaisesti tervoja. Puuta kuumennettaesa erilaisia hiilivetyketjuja voi olla yli 4000 erilaista, pidempiä ja lyhyempiä, pisimmissä on satoja vety-hiilipareja. Pitkissä ketjuissa on myös paljon happiatomeja sitoutuneena.

Kun lämpötila nousee alkaa pitkät hiilivetyketjut krakkautua eli pilkoontua. Kaasutuskattilassa lopullinen krakkautuminen tapahtuu hehkuvassa hiilikerroksessa, läsnä on hiili, happi ja vety ( toki palamisilman mukana oleva typpi, joka hidastaa ja rauhoittaa rektioiden nopeutta ).

Hehkuva hiili on senverran "röyhkeää" että ryöstää vesimolekyyliltäkin ensin hapen, josta tulee häkää ja sitten toinen hiiliatomi kaappaa 4 vetyatomia ja syntyy metaania. Myös hiilidioksidi hajoaa hiilimonoksidiksi.
Kaikki em. reaktiot kuluttavat energiaa, uutta energiaa syntyy kun hehkuvaan hiilikerrokseen tulee ilmaa, joko puhaltimella tai luonnollisen vedon tuomana. Energian lisäksi myös tuo hiilikerros kuluu ja uutta hiiltä tulee kun puut ovat "kuivatislautuneet".

Toisiopalossa hiilimonoksidi palaa hiilidioksidiksi ja metaani palaa vedeksi ja hiilidioksidiksi eli piipusta tulee vain höyryä ja hiilidioksidia. Liekinväri on sininen ja kuuminkohta on liki 1400 asteinen.

Jos tuolta prosessilta lopetetaan ilmansyöttö, pysähtyy prosessi yllättävän nopeasti. Varsinaista kitupalo-vaihetta ei synny ollenkaan, koska nuo tervaaineet ei pilkoutumatta pääse hekuvan hiilikerroksen läpi eikä mikään voima niitä sinne edes työnnä.

Kaasutuskattilan teho säätyy tästä syystä melko laajoissa rajoissa: palavaa kaasua syntyy samassa suhteessa kuin ilmaa puhalletaan sisään.

No kaikkihan ei mene aina niin kuin römssöössä, monesti hiilikerros on liian ohut tai siihen on palanut ilmi reikä:  toisiopesään pääsee pilkoutumattomia hiilivetyjä, jotka suurimmaksi osaksi tietty palaa siellä jos yliilmaa on tarjolla ja ne saadaan sekotettua keskenään. Se kuitenkin alentaa hiukan konvektiolle menevän kaasun lämpötilaa.

Voisi sanoa että kaasutukattilalla on kolme erilaista toimintatilaa: aluksi sytytysvaiheessa se on kuin  tavallinen alapalo, sitten käänteispalovaihe ja jos hyvin käy päästään tuohon kaasutuspaloon. Kaasutuskattiloiden arinan pitkähkö paloreikä aiheuttaa sen että noi kolme palamistilaa voi olla yhtäaikaa päällä.

Nyt ei jaksa enempää, sulatellaan nyt ensin tätäkin.

[AnssiKo]

Voisi sanoa että kaasutukattilalla on kolme erilaista toimintatilaa: aluksi sytytysvaiheessa se on kuin  tavallinen alapalo, sitten käänteispalovaihe ja jos hyvin käy päästään tuohon kaasutuspaloon. Kaasutuskattiloiden arinan pitkähkö paloreikä aiheuttaa sen että noi kolme palamistilaa voi olla yhtäaikaa päällä.

Pitkä kirjoitus ja varmasti asiaa, mutta ei aivan istu tämän otsikon alle -> pitäiskö tän parhaat käytännöt -topicin rinnalle laittaa myös tiukka teoria-topicci? Ristiviittauksille on tietty tarvetta.

Toinen juttu muuten noista palamisvaiheista: muistelen jossain olleen juttua nelivaiheisesta palamisesta käänteispalossa. Mulla ei nyt heti sytyttänyt mitä eroa on käänteispalo- ja kaasutuspalovaiheilla?

[repa]

 Tänne se nyt lipsahti

Hiukka mutkat suorana tuossa menin, tarkoitus vain vähän valottaa tuota kaasutusta. Kemiasta sen verran että tuota metaania syntyy aika vähän ja vetyä vastaavasti aika paljon, häkäpöntöissä kuulemma häkää 20 %, vetyä 18 - 22 % ja metaania 4%, kaikki hiilidioksidikaan ei ehdi muutttua hilimonoksidiksi  CO2 n. 10 - 16 % tuotekaasussa.

Palamisvaiheita on oikeastaan nuo ääripäät, kuinkamoneen osaan sen välialueen kukin haluaa jaotella, polton aikana käytännössä heilutaan jossain noiden ääripäiden välillä.

 Mitä eroa on käänteispalo- ja kaasutuspalovaiheilla? Tarkoitus hiukka trollata käänteispolttajia, eli ei ole mitenkään päivänselva asia että käänteispalokattila toimii kaasutusperiaatteella, utopistinen ajatus että olis kaasutuskattila, joka toimii aina ja 100 prosenttisesti kaasuttavana.


Mitä eroa on teorialla ja käytännöllä? Teoriassa ei mitään!

Omavirittämää kattilaa on tullut seurattua nenä kiinni liekissä ja ihmeteltyä mitä siinä tapahtuu ja mitä pitäis tapahtua. Kemian opintoja kehiin niin saattaa jotain ymmärtää. Pelkkää teoriaa voi lukea kirjoista mutta omat kokemukset ajatuksen kanssa saattaa tuoda ahaa-elämyksiä.

Seppol:a piti tuossa kanssa trollata, siis hyvässä hengessä, ehkä noi moolit selvenee kun Seppol alaa "avautua".

[sakarif]

Olisiko lisää ideoita tai aiheita mitä voisi tuonne esim. ensimmäiseen viestiin koota?

pitäiskö tän parhaat käytännöt -topicin rinnalle laittaa myös tiukka teoria-topicci? Ristiviittauksille on tietty tarvetta.

Tuollainen puulämmitys hi-tech / vielä parempaa puulämmitystä voisi olla paikallaan.

[seppol]

Johdanto mooleihin.

Palamista nykykemian keinoin alettiin tutkia 1700 luvun puolivälissä. Siinä oli mukana pari englantilaista ( Cavendish ja Priestley ja ranskalainen Lavoisier). Oli siinä tietenkin muitakin. Jo tuolloin saatiin tarkasti selville kuinka suuri osuus ilmassa oli "palavaa" eli happea. Valmistettiin vetyä haposta sinkin avulla ja happea kuumentamalla elohopeaoksidia polttolasilla ym. Lavoisierilla oli sen ajan paras laboratorio ja hän oli tavattoman järjestelmällinen. Hän toisti kokeet uudelleen ja uudelleen kunnes oli varmaa mikä oli kokeen lopputulos. Saatiin selville missä suhteissa eri aineet yhtyivät toisiinsa. Näitä suhteita sanotaan atomipainoiksi. Mooli on kunkin aineen molekyylipainon ilmoittama grammamäärä ainetta.

Puun poltossa on vain vety ja hiili.  Vedyn atomipaino on 1 ja hiilen 12. Ilmassa on happi ja typpi. Hapen atomipaino on 16 ja typen 14. Kaasut on 2 atomisina molekyyleinä. Vedyn moolipaino on 2, hapen 32 ja typen 28 g. Avagdronin mukaan kaasujen molekyylitilavuus on 22,4 l normaalitilassa ( +20 C, 1 bar).
Kaasujen moolimäärät pystytään helposti laskemaan: 1 m^3 = 1000 l/22,4 = 44,6 mol. mitä tahansa idealikaasua.

Otetaan nyt kilo kuivaa puuta. Lähteiden mukaan se sisältää hiiltä 50 %, vetyä 6 % ja happea 44 % painostaan.
Happea on siis 440 g = 440 / 32 = 13,8 mol. Vetyä on 60 g / 2 g = 30 mol ja hiiltä 500g / 41,7 mol.
30 mol vetyä tarvitsee 15 mol happea
41,7 mol hiiltä tarvitsee 83,4 mol happea
palamiseen kuluu yhteensä 98,4 mol.
Kun puussa on 13,8 mol happea lisää tarvitaan 84,6 mol. Tilavuudeltaan se on 84,6 * 22,4 =  1895 l . Kun ilmassa on 21 % happea, ilmaa pitää olla 9023 l. Siitä 7128 l on typpeä.
Ilmamäärä tuntuu suurelta mutta on huomattava että nyt poltetan täysin kuivaa puuta. Huomasin muuten että kannattaa aina polttaa paperilla kuivaa puuta. Jos sitten tiedetään tai arvataan kosteus otetaan sitä sen verran että kuivaa on se kilo. Jos esimerkiksi kosteus on 20 % otetaan sitä 1250 g. Siinä on kilo kuivaa ja lisäksi 250 g vettä. Keitellään se vesi sitten siitä pois kilon energialla.

[repa]

Hyvä Seppol, tuon paremmin ei puunpolttajan moolia voi selittää.

Yksi asiavirhe taitaa siinä kuitenkin olla eli se 22,4141 litraa NTP on muistaakseni 0 asteessa. 20 asteessa se on jotakuinkin 24 litraa.

Jos kattila käy 25 kW:n teholla, se polttaa tunnissa n. 6,3 kg puuta, jossa on siis kuivaa puuta 4,8 kg ja vettä 1,5 kg ja palamiseen tarvitaan ilmaa 43,310 kuutiota ntp ja 20 asteessa 46,483 kuutiota. Eli suomeksi: huolehtikaa korvausilman saannista.

Seuraavaksi pitänee ruotia tuota vettä, sitä syntyy 500 g, kun 30 mol vetyä ja 15 mol happea yhtyy. Eli kun 6,3 kg puita on palanut niin vettä on mennyt hormiin 3,9 kg, tietty höyrynä. Laskeppa Seppol kuinka monta kuutiota se on höyrynä!



EDIT
Tuo 22,4141 on ideaalikaasun tilavuus. Todellisilla kaasuilla moolin tilavuus hiukka vaihtelee mm.vetykaasun moolitilavuus samassa paineessa ja lämpötilassa on 22,43 l/mol ja ammoniakin vastaava moolitilavuus on 22,08 l/mol.

Pilattiin tässä muuten sakarif:n mainio aloitus. Toivotaan että se saa otsikkoon sopivaa jatkoa ja nää moolit saa vaikka nuohota toisen otsikon alle.

[seppol]

Mulla on kirja vuodelta 1966. Siinä olevan laajan taulukon mukaan yhden höyrykilon tilavuus 100 asteen lämmössä ja 1,0132 bar paineessa on 1,673 kuutiometriä. 3,9 kiloa vettä on reilu 6,5 kuutiota höyryä. Tätä vielän hiukan tulistetaan jolloin tilavuus noudattaa Boylen kaavaa V/T on vakio. Kaavaan sijoitetaan absoluuttiset lämpötilat esim. 200/100 C = 473/373 = 1,268. Jos höyry on 200 astetta, tilavuus on 8,2 kuutiota.
Pitää nyt huomata että höyry on kaikista savukaasuista kevein. Se ei ole vedon jarru.  Painavin on hiilidioksidi, moolipaino 44 g.
Ei näitä polttaessa varsinaisesti tarvita mutta ei tiedoista haittaakaan ole. Kaasumuutosten normaalilämpötila on 273 K. Palataan ehkä vielä savukaasuihin ja ilmakertoimiin.

[repa]

Höyrymäärä vie kuitenkin oman tilansa ja aiheuttaa virtausvastusta "ahtaassa hormissa", samoin kuin typpikin.

Noille kaikille palamiskaasuille pitää huomioida se lämpötilasta riippuva tilavuudenmuutos eri vaiheissa palamisesta piipunpäähän saakka. Juurikin PV/T on vakio-kaavalla. Oletetaan, ainakin aluksi, että paineen muutokset on sen verta pieniä että jätetään se pois kaavasta.

Jos liekin lämpötila huitelee 1200 asteen yläpuolella on kaasujen tilavuus liki 5-kertainen ja hormiin mennessään liki 2-kertainen ( 300 C ) verrattuna 20 C. Ajan takaa sitä että  kun vedontarpeesta puhutaan niin pitäis ajatella myös noita virtausmääriä ja -vastuksia. Savukaasun määriin päästään noiden moolien avulla.