Puulämmitys - parhaat käytännöt

[seppol]

Juuri kaasujen lämpötilojen vuoksi virtausnopeudet uunin sisällä on suuret ja siitä johtuu vedon humina. Toisaalta nopeus sekoittaa kaasuja ja happi löytää kohteensa.
Polttoaineesta tai ilmakertoimesta riippumatta typpeä on suurin osa savukaasuista. Suurempi kuin muiden yhteensä. Jos typpi saataisiin pois uunit pitäisi rakentaa kokonaan uudestaan. Palolämpötilat nousisivat ainakin kaksinkertaisiksi. Kun on tehty koevoimaloita joista ei tule hiilidioksidipäästöjä, kivihiili poltetaan puhtaalla hapella ja kaasut jäähdytetään niin että hiilidioksidi liuotetaan veteen.
Palataan nyt kuitenkin puun polttamiseen ja vaikka ilmakertoimeen. Jos kuiva puu tarvii 9 kuutiota ilmaa teoriassa, niin ilmakerroin 2 edellyttää 18 kuutiota kiloa kohti. Rupean miettimään paljonko happea jää jäljelle verrattuna koko savukaasumäärään. Verrataan ns. kuivaan savukaasuun eli vesi oletetaan tiivistetyn nesteeksi. Voi sitä mielellään muutkin miettiä. Saadaan happiantureille jonkunlainen lukema johon pyritään jos halutaan ilmakerroin 2.

Vielä ajatus tuosta kuivasta puusta ja sen vierellä olevasta kosteusvedestä. Jos kosteutta on 20 %, puuta on 80 % kokonaispainosta. Jos kuivaa on 1 kg, koknaismäärä on 1 / 0,8 = 1,25. Jos kosteutta on 30 %, kokonaismäärä on 1 / 0,7 = 1,43 g. 40 % kosteuden puun kokonaismäärä on 1 / 0,6 = 1,7 kg. Uuniin laitetaan 1 kg kuivaa puuta ja vierelle 0,7 kg vettä.
Kun yhden kilon ilmantarve, savukaasut ja energiatuottokin on kerran laskettu, ei niitä koko ajan kannata laskea uudelleen.

[seppol]

Pitäis luottaa intuitioonsa, tuntemukseensa. Kun epäilin ilmamäärää suureksi niin tarkastuksessa huomasin että hiilen ilmamäärän olin laittanut kaksinkertaiseksi vaikka sanallisesti mietin että yksi mooli hiiltä tarvii yhden mooli happea. Sitten yllättäen päätinkin että hiilen hapentarve olisi 82,4 mol. Se on kuitenkin siis 41,7 mol. Puun ilmatarve tulee uuteen muotoon.

Vetyyn tarvitaan 15 mol
Hiileen tarvitaan 41,7 mol
Puussa on 13,8 mol happea

Hapen tarve yhteensä : 42,9 mol  = 961 l
Ilman tarve : 4576 l
josta typpeä 3615 l  = 129 mol

Tämä oli kun poltetaan 1 kg täysin kuivaa puuta

Savukaasuissa on:

30 mol  vesihöyryä
41,7 mol hiilidioksidia
129 mol typpeä

yhteensä 200,7 mol

Tilavuussuhteet on lähes samat kuin moolisuhteet

vesihöyryä 100*30/200,7 = 14,9 %
hiilidioksidia 100*41,7/200,7 = 20,8 %
typpeä 100*129/200,7  = 64,3 %

Massasuhteiden selville saamiseksi on laskettava savukaasun massat. Moolimäärät kerrotaan moolipainoilla.
vesihöyryä 30 mol * 18 g = 540 g
hiilidioksidia 41,5 mol * 44 g = 1834, 8 g
typpeä  129 mol * 28 g = 3612 g
Yhteensä 5987 g

Massasta:
vesihöyryä 100*540/5987 = 9 %
hiilidioksidia 100*1834/5987 = 30,6 %
typpeä 100*3612/5987 = 60,3 %

Tämä siis ilmakertoimella 1, savukaasuissa ei ole lainkaan happea vaikka puu on poltettu täydellisesti. Täysin teoreettinen ajatusreaktio. Hiilidioksidipitoisuus on tässä siuurimmillaan.

[seppol]

Lasketaampas seuraavaksi mitä saadaan kun poltetaan kilo kuivaa puuta ja keitetään lisäksi 250 g vettä ( 20% kokonaispainosta) ja käytetään ilmakerrointa 1,5. Palamisen oletetaan edelleen tapahtuvan täydelliseti eli palamttomia hiilivetyjä ei synny eikä niistä jää ylimääräistä happea.

Vettä savukaasuihin tulee lisää 250 g = 250/18 = 13,9 moolia
Kun sitä palamisessa tuli 30 mol, savukaasuissa sitä on 43,9 mol
Hapea tulee puolet tarpeesta 41,7 / 2 = 20,9 mol
Typpeä tulee 1,5 kertainen määrä 129 * 1,5 = 193,5 mol
Hilidioksidin määrä pysyy ennallaan 41,7 mol

savukaasuja on yhteensä 300 mol.

Kaasujen tilavuuksien jakautuma on:

Vesihöyryä 100*43,9/300 = 14,6 %
Hilidioksidia  100*41,7/300 = 13,9 %
Happea 100*20,9/300 = 6,9 %
Typpeä 100*129/300 = 43 %

Lambda ei tiedä mistä happi tulee. Tuleeko se ylimääräisestä ilmasta vai epätäydellisestä palamisesta.

[jolla]

Lambda ei tiedä mistä happi tulee. Tuleeko se ylimääräisestä ilmasta vai epätäydellisestä palamisesta.

tässä hyvä pointti
olen mittaillut noita lambda jännitteitä reilut vuosi sitten ja nyt uudemman kerran vaikka kattilassa ei olekaan (vielä) mitään sillä suoritettavaa säätöä

vuodot/ylimääräinen ilma on yksi ratkaisematon asia tuon anturin paikkaa haettaessa, kattilassa ennen tuubeja on lämmin mutta liekö liian kuuma paikka eikä siihen vuodot vaikuta, tuubien jälkeen sitten onkin ongelmallisempaa minun pannussa. luukkuja on jo 18 kappaletta välillä + liitokset jotka kaikki falskaavat enempi tai vähempi ja käyttölämpötilalakin vaihtelee enempi
ei helppoo

[repa]

Eipä taida nuotiota saada palamaan yhtään paremmmin vaikka lamdan sinne heittäisi.

Eli kun kattila saadaan toimimaan manuaalisesti hyvin ja optimiteholla, palamisen ja lämmöntalteenoton kannalta, voidaan mitata sitä vastaava sauvukaasunlämpötila, vasta sen jälkeen voi tätä tietoa käyttää tehon optimointiin kyseisessä kattilassa.

Sitten vasta, kun palaminen tapahtuu oikeaopisesti kaasuttamalla, on lamdasta hyötyä. Kuten Seppol edellä laski, isolla ilmakertoimella kattilan läpi menee typpeä melkoinen määrä turhaan.

Eli lamdaa voi käyttää ilmakertoimen optimointiin, sillä ei voi korjata huonoa kattilanrakennetta tai sitä että kaasutus ei toimi.

Kun kattila toimii oikeaoppisesti siniselläliekillä, on miltei mahdotonta aistivaraisesti säätää ilmakerrointa sopivaksi, sitä varten on lamda.

[jolla]

näinhän se
olen mittaillut ihan huvikseni, kun noita lambdoja on ja mittarikin ja säätimiä
pienoinen haave on saada edes jonkinlaista säätöä nuotiolle kattilassa, kun se on kuumimmassa hiillosvaiheessa, kun toisioilma on vain haitaksi eikä ensiöpuolikaan ole tarpeen olla ihan levällään
nuo nestepuolen säädöt ovat osoittautuneet kyllä onnistuneeksi, tuolta kuukauden varaajan käyrästä erottuu hyvin kun pistin kaikki sähköisen automatiikan pois reissun ajaksi latauspuolelta varmuuden maximoimiseksi (ilman latauspumppuakin pelaa tarvittaessa)

[kahe]

Tähän aiheeseen varmaan sopii myös vedonrajoitus, jota ei täällä päin niin paljoa käytetä. Toisinaan puhuttu ja ongelmiakin todettu aiheuttavan monesti. Tasaisen palon saamiseksi oikea veto on kuitenkin oleellista ja liikakin on liikaa.
http://www.hormistokeskus.fi/vedonrajoitin.html
http://global.tigerholm.com/Tigerholm_pdfs/HVAC/Tigex50_InstructionFI.pdf

Tuossa näkyy laitoksen reagointi hyvin, vedon vaihdellessa huomattavasti (tämä on varmastikin tahallisesti videota varten aiheutettu). http://www.youtube.com/watch?v=1vx-mTlE5Fg

Edit: ja tuossa hiukan selvemmin tuota halutun vedon asettamista jne. http://www.youtube.com/watch?v=Tr0hkJspi4Y

Luonnon veto 7m hormissa vaihtelee lämpötilasta riippuen (hormiin aina 180C) ulkolämpötila 30C -> 26,5Pa ja -30C -> 46,2Pa. 8m hormilla samoilla arvoin ~30Pa ja ~53Pa välillä. Näissä oletuksena, ettei virtaus tehon takia ala rajoittaa.

Ja vielä erilaisia vaihtoehtoja. http://www.youtube.com/watch?v=lsGNcFg7YsQ

[seppol]

Samanlaisia ylipaineventtileitä tehtiin ja asennettiin autoihin -60 luvulla. Niillä pidettiin auton sisätila pienssä ylipaineessa ja lämmityslaitteen ilma päästettiin sen läpi pois. Volkkari oli silloin muka liian tiukka koriltaan. On niitä ehkä nytkin piilotettu joihinkin ovien sisätiloihin.

Minusta nämä on turhia kapistuksia. Mistä syystä veto hirmuisesti vaihtelisi? Jos käytetään luonnollista vetoa tämä päästää kylmää ilmaa hormiin. Silloin veto loppuu kokonaan. Jos taas on imuri, virtausta voi huoletta kuristaa ja säätää se sopivaksi. Imurin kierroksia ei kannata ruveta säätämään. Se ei säästä energiaa mutta on kallis toteuttaa.

[kahe]

Kyllä sieltä auton takakontista yleensä poistoilmaläpät ainakin löytyy. Pitäähän sen sisälle puhalletun ilman poistua jostain uloskin.

Tästä varmaan tulee pientä käden vääntöä. Kyllähän tuulinen ilma näkyy takassakin helposti ja sen vedossa ja palossa. Tuolla tasaantuu varmasti kaasutuskattilan näkemä veto ja automatiikan on helpompi pitää palo hallinnassa. Luonnon veto kattilassa ei varmaan ole niin suurta eroa. Välillä pöhinä käy kovemmin, mutta mitäpä sen väliä.

Edit. Käytön aikainen toimivuus näkyy hyvin noista videoista.

[ev3449]

Hyvä että mielenkiintoa on ja sitä kautta keskustelua syntyy. Toivottavasti tietokin lisääntyy...

Minusta nämä on turhia kapistuksia. Mistä syystä veto hirmuisesti vaihtelisi?

Vedosta löytyy enemmän ja paremmin kirjoitettua tekstiä muualta. Se kuitenkin vaihtelee esim. lämpötilaeron vaikutuksesta johtuen.

Jos käytetään luonnollista vetoa tämä päästää kylmää ilmaa hormiin. Silloin veto loppuu kokonaan.

Kapistuksella juurikin vaikutetaan luonnolliseen vetoon. Ja vaikka nimiä useita olisikin, säätää laitos juurikin vedon käyttäjän asettamaan arvoon avaamalla läppää jolloin kattilahuoneesta virtaa viileää ilmaa hormiin oikeassa suhteessa.
Ehkä on helpompi jos ajattelee laitteen sekoitusventtiilinä. Jos venttiilin kylmälle puolelle tulee 10C vettä ja kuumalle 80C, täytyy näitä sekoittaa 50/50 suhteessa ja lopputulos on 45C. Sama tilanne hormissa. Kattilasta tulevaan kuumaan kaasuun sekoitetaan sopivasti viileämpää ilmaa vedonsäätäjän kautta/toimesta.

7m hormilla ja lämpötilaeron ollessa kesällä esim. 150C (hormiin 180C, ulkona 30C) on veto 26,5Pa. Jos kattilan valmistaja on mitoittanut kattilan toimimaan 21Pa vedolla, täytyy ilmaläppä olla kuristettuna asentoon ~80%.

Samainen hormi ja kattilan teho, mutta ulkoilma kylmimmillään ja lämpötilaero 210C (hormiin 180C, ulkona 30C) on veto tällöin 46,2Pa ja ilmaläppää pitääkin kuristaa asentoon 45%.

Jos hormi onkin 8m. Kuristus asetukset ovat kesä -> 69% ja talvi -> 30%. Näiden vaihteluiden lisäksi esim. tuulenpuuskat tuovat hetkittäisiä suuriakin vaihteluja vetoon...

Jos taas on imuri, virtausta voi huoletta kuristaa ja säätää se sopivaksi. Imurin kierroksia ei kannata ruveta säätämään. Se ei säästä energiaa mutta on kallis toteuttaa.

Entäpä jos on automaatisesti säätyvä kattila? Valmistaja on syöttänyt ohjausparametrit valmiiksi, eikä käyttäjä pääse esim. PID-arvoja muuttamaan.
Sanotaan että belimot ovat mallia 90 astetta 90 sekunnissa. Valmistajan syöttämien arvojen perusteella säädetään ilmamäärää 2sek mittausjaksolla ja 2sek pulssin pituudella. Toisessa tilanteessa samaiseen tilanteeseen korjaukseksi tarkoitettu komento aiheuttaa suhteessa lähes 3-kertaisen muutoksen ilmamäärän osuuteen. Ja ero ajallisesti liikuttaessa säätöalueen läpi on 45 sekuntia. Voidaanko kuvitella, ettei tällä ole vaikutusta kattilan toimintaan?

[repa]

Ihan noin yksiselitteisesti ei taida tuo veto-syndrooma mennä, pelkillä paineilla, kyse kuitenkin pelkästään kaasun virtauksesta ja paine-ero on vain yksi osatekijä kokonaisuudessa?

Ite olen päättänyt olla sitä mieltä että vetoa ei koskaan ole liikaa. Hyvänkin vedon saa hukkumaan kattilan rakenteisiin, mm. savukaasujarruihin tai toisiopalotilan pyörteilyyn. Viimeistään silloin kun ilmaläpät pannaan kiinni, loppuu veto tai siis virtaus. Kurjositeettina mainitsen että itellä on "savujarrut" myös hormisssa. Tarkoituksena tartuttaa loputkin lämmöt hormiin, joka on suurimmaksiosaksi rakennuksen sisäpuolella. Piipunpäässä oleva imuri pitää huolen siitä ettei veto juurikaan vaihtele.

Mielestäni "liian kova veto" on luonnonvara, joka vain pitää osata käyttää hyödyksi.

Tietty silloin kun veto on ongelma, liika tai liian vähän, sille pitää tehdä jotain.
ev3449:n mainitsema sekoitusventtiili-esimerkki pitää tismalleen paikkansa, myös vedon suhteen (hyvä vertaus ).
Pidän kuitenkin vedontasaajien kanssa kikkailua jonkinlaisena "hätävarjelun liioiteluna", huonoa palamisprosessia niillä ei saa korjattua, jos kaasutus on kunnossa, ei pienet paineen vaihtelut haittaa.

Ehdottomasti pidän hyödyllisinä noita veto-mittareita, tiedetään suunnilleen missä mennään, niistä ei kuitenkaan pidä tehdä liian hätäisiä johtopäätöksiä, hiukan sama asia kuin savukaasumittarin kanssa; ei kannata huonontaa palamista että saa lukeman ohjekirjan mukaiseksi 

Edellä ajattelin lähinnä näitä käänteispalokattiloita, avotakat ja yläpalot ovat taas oma lukunsa.

[ev3449]

Ihan noin yksiselitteisesti ei taida tuo veto-syndrooma mennä, pelkillä paineilla, kyse kuitenkin pelkästään kaasun virtauksesta ja paine-ero on vain yksi osatekijä kokonaisuudessa?

Niin kauan kuin puhutaan fluideista (esim. kaasut, vesi jne.) samat lainalaisuudet ja täten esim. samat laskukaavat pätevät. Ongelmaksi jää löytää mahdollisimman hyvin asioita selventäviä esimerkkejä.
Toki virtausvastukset hormissa ja tulevan ilman suhteen ym. moni muu asia jollain tasolla vaikuttaa, mutta jos lähtökohtaisesti nämä on mitoitettu kyseiselle teholle ei niitä tarvitse ottaa huomioon. Lisäksi näissä kirjoitteluissa halutaan enemmänkin havainnoillistaa asioita kuin antaa 1/1 paikkansa pitäviä vastauksia.

Vedon voi ajatella potentiaaliksi, voimaksi joka on ilman/kaasun liikutteluun käytössä oleva voima. - merkki lukeman edessä, kertoo tässä tapauksessa ainoastaan voiman suunnan, jonka jokainen osannee ajatella suuntautuvan hormiin päin. (Jos veturi työntää tai vetää samalla voimalla vaunua, vaikutus on molemmissa tilanteissa sama).

Vesijohtoverkossa vallitsee samanlainen ja täysin verrattavissa oleva potentiaali, paine (vesijohtoverkon paine, tässä vakio 10bar). Kotona suihkuhana vastaa kattilan ilmaläppää jonka asennosta virtaavan veden määrä riippuu.

Autoilijoille yksinkertaistettu esimerkki voisi olla esim. polttoainesuutin. Vakiopaineella esim. 2000bar syötetään polttoainetta, jonka määrä riippuu siitä kuinka paljon/pitkään suutinta avataan.

Vaikka kattilan kohdalla ero vedon suhteen on pieni (esim. kesällä min. 20Pa ja talvella puuskaisella säällä 100Pa), pitää huomata muutos suhteessa valmistajan suunnittelemaan arvoon. Realistinen vaihtelu voi kattilan kohdalla olla 5-kertainen.

Mitä tapahtuu jos potentiaali vesijohtoverkossa muuttuisi 5-kertaiseksi? 50bar paineella suihkussa hanaa saisi avata yhden viidenneksen normaalista asennosta. Kun vettä haluttaisiin laskea samalla teholla (määrä esim. 12l/min) olisi virtausnopeus pienemmän aukon vuoksi viisin kertainen. Jokainen on nähnyt painepesurin ja tietää että vaikka vesimäärä ei nousisikaan, virtauksen kasvaessa, kyseessä on aivan eri tapahtuma.

Entäpä auton suuttimen kohdalla. Potentiaali (paine) nostettaisiin 10000bar, mutta moottorin ohjaukselle ei tehtäisi mitään mutoksia. Samoilla, ohjelmoiduilla arvoilla polttoainetta syötettäisiin moottoriin 5-kertaisella nopeudella ja 5-kertainen määrä. Mahtaisiko moottorinohjaus selviytyä kyseisenlaisesta tilanteesta? Entäpä jos paine vaihtelisi satunnaisesti?

Ketään ei suurestikaan kiinnosta mitä vesijohtoverkon potentiaalille tai hormin vedolle käy kun hana tai läpät suljetaan. Tällöin ei suihkutella eikä kattilassa pala tuli. Erona on kuitenkin näissä tilanteissa potentiaalin "luova" tilanne, joka kattilan kohdalla lakkaa hiljalleen vaikuttamasta tulen sammuttua.

Ite olen päättänyt olla sitä mieltä että vetoa ei koskaan ole liikaa. Hyvänkin vedon saa hukkumaan kattilan rakenteisiin, mm. savukaasujarruihin tai toisiopalotilan pyörteilyyn. Viimeistään silloin kun ilmaläpät pannaan kiinni, loppuu veto tai siis virtaus. Kurjositeettina mainitsen että itellä on "savujarrut" myös hormisssa. Tarkoituksena tartuttaa loputkin lämmöt hormiin, joka on suurimmaksiosaksi rakennuksen sisäpuolella. Piipunpäässä oleva imuri pitää huolen siitä ettei veto juurikaan vaihtele.

Mielestäni "liian kova veto" on luonnonvara, joka vain pitää osata käyttää hyödyksi.

Tietty silloin kun veto on ongelma, liika tai liian vähän, sille pitää tehdä jotain.
ev3449:n mainitsema sekoitusventtiili-esimerkki pitää tismalleen paikkansa, myös vedon suhteen (hyvä vertaus ).
Pidän kuitenkin vedontasaajien kanssa kikkailua jonkinlaisena "hätävarjelun liioiteluna", huonoa palamisprosessia niillä ei saa korjattua, jos kaasutus on kunnossa, ei pienet paineen vaihtelut haittaa.

Jos liiallisen vedon voi jollain tavoin hyödyntää, jotta päästään kattilan vaatimalle tasolle, on tuo toki järkeenkäypää tehdä niin. Tarve on suurimmassa osassa tapauksia kuitenkin rajata suurimmat olosuhteiden vaihteluista johtuvat huiput lähelle pienimmän vedon tasoa (mitoittamalla määritettävä minimi), jolloin mikä tahansa kiinteä jarru vaatii minimivedon säilyttämiseksi tehostusta, kuten sinulla piipun huipulla olevan imurin. Tilanteessasi veto on kutakuinkin vakioitu jo monellakin tavoin oikealle tasolle.

[repa]

Olen vähätellyt vedontasaajantarvetta, mutta silloin kun veto vaihtelee liikaa, on vedontasaaja tuiki hyödyllinen. Eilen havaitsin että omassakin kattilassa imurin tehon sai pudottaa lähes nollille.

Yleensäkin olen havainnut että kylmähormi tarvii sytytyksenaikaan rutosti vetoa, kun hormi lämpenee, imurin tehon saa pudottaa minimiin. Imurin tehontarve on ollut erityisen tarkkailun alla koska sen on tarkoitus toimia tarvittaessa akkuvirralla, jota on "rajoitetusti"tarjolla. Jonkinlainen automaatti pitäis siihen kehitellä.

Sikäli hyviä nuo passiviset vedontasaajat että toimivat ilman ulkopuolista energiaa, yksi tapa käyttää vedon energiaa hyväksi.

[sakarif]

Ensimmäistä viestiä päivitetty toteutuneiden projektien osalta. Kommenttia, jos jotain jäi listalta pois. Lähinnä koottu sellaisia linkkejä, joissa suunnittelusta toteutukseen asti ja käyttöönoton jälkeistä tietoa myös.

Tuo vedontasaaja on mielenkiintoinen aihe. Minulla vetoa on tuulisella säällä aivan liikaa ja tilauksessa tällä hetkellä tarvikkeet. Saksan maalla laitetaan "kuulemma" laitteistosta riippumatta aina uusissa asennuksissa. Samoin ilmeisesti Suomen saaristossa.