Kattilatehon mittaus kotikonstein

[seppol]

Kehitin tuon alussa olleen kaavan nopeasti kyselyn tuloksena.
Uudessa tulevassa kattiladirektiivissä EN 303-5 tämä ns. Varaavuushyötysude tulee mitata.
Palamishyötysuhde mitataan palokaasujen lämpötilan ja sen sisältävien palavien aineosien suhteena polttopuiden energiaan.

Kun varaajaa lämmitetään, niin ensin kattila on lämmitettävä samaan lämpötilaan. Sen voisi tehdä kierrättämällä vettä ilman mitään latausventtiileitä ja termostaatteja. Sitten kattilaan tulet ja lämpötiloja ylös. Varaamiseen osallistuvat myös kattilan vesi ja kattilan ja varaajan metalliosat. Rauta on siinä suhteessa helppo että sen ominaispaino on kahdeksan kertainen veteen verrattuna mutta varauskyky kahdeksas osa vedestä. Lasketään teräsosien painosta niiden tilavuus ja oletetaan sen olevan vettä.

Tuo direktiivi EN 303-5 ei vielä ole julkaistu. Nykyisin Suomessa ei ole mitään päästörajoja uuneille mutta varmasti tulee. Kattiloita testataan SFS 4800 standardin mukaisesti mutta se ei ole pakollinen eikä niitä juuri ole näkynyt.

Tässä ryhmässä tuntuu olevan mielenkiintoisia keskusteluita

[Pähkäilijä]

Yksi testi lisää, tällä kertaa testissä oli Arimax 35 alapalokattila ja 2500 litran varaaja. Varaajassa 1-wire lämpötilamittausanturit ylhäällä keskellä ja alhaalla.

Aloitus 20 kg puuta (pari klapia pohjalle "jarruksi" ja haketta loput) Kattilan vesitilavuus 105 litraa lämpeni 20 minuutissa sytytyksestä 25->90c 7.9 kWh


43/47/57c       = 49c aloitus
45,5/48,5/82    = 58,7c tunnin jälkeen - lisäys 18 kg haketta ja pari klapia ensin
51/65,5/90.5 2 = 69c 2 tunnin jälkeen
60.5/69,5/91    = 73.7c lopetus 3 tunnin jälkeen

24.6c eroa = 73 kWh + kattila 8 kwh= 81 - käytetty puuta 38 kg = 152 kWh

Hyötysuhteeksi 53% - huono tulos kertakaikkiaan. Savukaasut pyörivät 200c paikkeilla ja patterikierto kiinni testin ajan.

[seppol]

Pieni lohdutuksen palaute. Korjailinkin johonkin tätä mittausohjettani mutta kerrataan.
Veden lisäksi varaajassa lämmitetään myös sen teräs samoin kuin uuninkin teräs ja joku osuus eristeestä. Teräs kannattaa muuttaa vedeksi ja lisätä sen määrään. Se käy yksinkertaisesti laskemalla teräksen tilavuus jakamalla paino 8: lla. 800 kiloa terästä vastaa 100 litraa vettä.
Ottamalla kiinteät aineet mukaan saat tuloksista paremmat ja lähemmäs oikeaa lukua.

[Pähkäilijä]

No siihen voinee laskea 100 litraa vesitilaa sitten lisää  kun pistää Arimaxin 500 kg ja varaajan toisen 500kg rautaa ei lopputulos ihan osu kohdalleen, koska kattilan painossa on ulkokuori, villat ym mukana joten 800 kg lienee lähempänä totuutta - ei se juuri lopputulosta hetkauta, prosentin verran nousi 53=>54%. Oli tarinaa että joskus tarttee tehdä uusintamittauksia ja kattilankäyttäjäkin nyt tietää miten laskea eli seurailee itsekin.

Edit

Aloitus 20 kg puuta (pari klapia pohjalle "jarruksi" ja haketta loput) Kattilan vesitilavuus 105 litraa lämpeni 20 minuutissa sytytyksestä 25->90c 7.9 kWh

[lorvi]

Testaanpa toisen kerran mitenkä eroaa ensimmäiseen.
Puita (halkaisija max10cm) uuniin 40kg (vanhalla henkilövaakalla mitattuna). En sulkenut mitään lämmityspuolelta
varaajan lämpötilat klo 15:50

Kattila = 17,9c
Varaaja 1 = 75,2c  (datan mukaan tarkastettu alin 74,5c)
Varaaja 2 = 40,9c   (datan mukaan tarkastettu alin 40,4c)
Varaaja 3 = 31,1c
Varaaja 4 = 32,8c

lämpötilat klo 17:00

Kattila = 101,8c
Varaaja 1 = 93,7c
Varaaja 2 = 59,9c
Varaaja 3 = 35,7c
Varaaja 4 = 33,1c

Palotila = 590,7c
Poistokaasut = 287,9c
Puita lisää 39kg

Kuumaa on palotilassa, 17:31 oli 767,8c astetta = roskapussi uuniin

18:00
lisää 38kg, en viitsinyt odottaa ihan loppuun kakkospanosta
Kattila = 96,1c
Varaaja 1 = 95,4c
Varaaja 2 = 94,7c
Varaaja 3 = 72,7c
Varaaja 4 = 45,4c

Palotila 388,3c
Poistokaasut 224,2c

Lambdan mittaaminen ei logtempillä onnistu, jännite vaihtelee nopeasti ja tuleekohan purskeina tai? en tiedä. Yleismittarilla on yleisesti lämmityksen aikana kylläkin satunnaisesti mitattuna 50-200mV
Nyt saunaan, ei tuo kahden henkilön käyttövesi varmaan tuossa vesimäärässä mittaustuloksiin vaikuta.

19:00
Kattila = 101,7c  (nousi datan mukaan vielä 112,1c)
Varaaja 1 = 96,2c  (nousi datan mukaan vielä 97,0c)
Varaaja 2 = 96,3c
Varaaja 3 = 96,6c
Varaaja 4 = 93,8c

Palotila 225,5c
Poistokaasut 112,0c

(ei noilla korjauksilla varmaan merkitystä ole lopputulokseen, pois jää vain 2 hlö saunasuihkut)

Se on siinä , 117kg puuta
On vielä hienosäätöä savukaasutermarissa, menee latauspumppu nollille liian aikaisin. Anturin paikka on vielä hakusessa, saisi olla lähempänä kattilaa

Tuon lämmityksenaikaisen kulutuksenkin kait joku osaisi laskea kun menoveden ja paluuveden ero oli 5,3c ja virtaus 420 l/h ja lämmitysaika 3 tuntia.
Pähkäilijä onkin jo tuon laskenut, 420 litraa ja 5.3c = 2.58216 kWh x3 tuntia 7.74648 kWh

Tässä sitten laskelmani, myös käänteisenä


16.12 klo16-19            
74,5   97      puuta kg   117
40,4   96,3      kw   468
31,1   96,6         
32,8   93,8         
17,9   112,1         
            
196,7   495,8   299,1      
jaetaan 5      59,82      
5,22kWh/aste      5,22      
kw      312,26      
suihku+muu kul      4,00   lämm aikana   
patterit lämm.aik      7,75   lämm aikana   
kw      324,01   kw   468
hyötysuhde      69,23299145      
            
17.12 klo19            
92,6   97         
90,5   96,3         
67,1   96,6         
40,7   93,8         
19,4   112,1         
            
310,3   495,8   185,5      
jaetaan 5      37,1      
5,22kWh/aste      5,22      
kw      193,66      
kw/h      8,06925      

18.12 klo19            
86,2   97         
68,7   96,3         
37,6   96,6         
33,8   93,8         
14,4   112,1         
            
240,7   495,8   255,1      
jaetaan 5      51,02      
5,22kWh/aste      5,22      
kw      266,32      
kw/h      11,09685      
            
19.12 klo12,21            
74   97         
40,6   96,3         
31,2   96,6         
33,1   93,8         
13,1   112,1         
            
192   495,8   303,8      
jaetaan 5      60,76      
5,22kWh/aste      5,22      
kw      317,17      
kw/h      13,215

Liian vaikeaa, ei mikään luku täsmää
3 päivää kulutus tuo lämmitetty reilut 300 kwh elikkä 100kwh/päivä
kun lasken nuo kulutukset saan jotain muuta noin 250kwh
antureiden paikat ei kyllä palvele tätä tarkoitusta

Ei nämä kaavat toimi, ensimmäisen tunnin aikana kattilan tuotto 145kw, johtuu siitä kun ylimmän anturin lämmöt on jo tapissa. Antureita pitäisi olla paljon tai sitten varaaja pitäisi sekoittaa sekä aloitettaessa ja lopetettaessa.

[Pähkäilijä]

Puita (halkaisija max10cm) uuniin 40kg (vanhalla henkilövaakalla mitattuna). En sulkenut mitään lämmityspuolelta
varaajan lämpötilat klo 15:50
...
lämpötilat klo 17:00
...
Puita lisää 39kg

On sitä pannuissa ja pannujen tehoissa eroja   Ite oon testaillu 36 kg polttomäärillä erikokosilla puilla ja tuon määrän polttamiseen menny 4½-6 tuntia => http://www.puulammitys.info/index.php?topic=72.msg600#msg600

Emäntä on katellu että ukko on lopullisesti nykysin seonnu ku valkkailen kotiin tuodessa jo klapit noin kolmeen eri kokoluokkaan liiterissä, kottikärrilinen per laatu tuon kotia  

Tuon lämmityksenaikaisen kulutuksenkin kait joku osaisi laskea kun menoveden ja paluuveden ero oli 5,3c ja virtaus 420 l/h ja lämmitysaika 3 tuntia.
 

Fiksumpi korjatkoon 420 litraa ja 5.3c = 2.58216 kWh x3 tuntia 7.74648 kWh noin suunnilleen 

[seppol]

Muutama kommentti Lorvin testaukseen.
Nopeasti poltettu iso puu- ja samalla energiamäärä. Palolämpötilat on ihan ok ja puut palaa varmaan melko hyvin. Palokaasujen lämpötilat uunista lähtiessä on kyllä liian korkeat. Jos ajatellaan että lämmitetään ensin +20: stä kuuteen sataan mutta jäähdytetään vain kolmeen sataan, niin hyötysuhde on 50 %. Pitäis päästä mieluummin alle 200. Jos puita poltetaan 100 kiloa neljässä tunnissa, teho on 100 kw. Kattilasi ei pysty sellaista tehoa ottamaan vastaan.
Mulla omassani palopesän lämpötila lienee maksimissaan 500 - 600 astetta kun yläpalotila on lämmityksen jälkeen 500. Kun kaasut kiertää kaikki mutkat en ole saanut niitä 100 asteeseen vaan sekoitan kuumia mukaan että luonnollinen veto toimii. Kaasut lähtee hormiin 120 asteisina.

[lorvi]

Totta puhut seppol
>Muutama kommentti Lorvin testaukseen.
Nopeasti poltettu iso puu- ja samalla energiamäärä

Kuten totesin edellä "Puita (halkaisija max10cm)", oli poltettu puu tälläkertaa todella ohutta(keskim 5cm halk.) normaalisti polttamaani, mikä oli myös pointtini mitata mielenkiinnosta paljonko yhteen lataukseen mahtuu ja mitkä nuo lämpötilat ovat ohutta puuta poltettaessa. Mittauset, jos nyt sellaiseksi tätä seurantaa kutsuisi, vahvistivat numeerisesti jo vuosikymmeniä olleen käsitykseni puun koon merkityksestä kattilani käyttäytymiseen. Yllätys on siinä että kiloja mahtuu fyysisesti lähes yhtä paljon uuniin = noin 40 kilon uuni.

>Palokaasujen lämpötilat uunista lähtiessä on kyllä liian korkeat

Eihän tuon palotilan lämpöön voi juurikaan vaikuttaa(eikö sen pidäkin olla korkea täydellisen palamisen takia) kuin huonoilla puilla. Jos sitä lähtee kuristamalla pudottamaan niin kattila alkaa nokeamaan, hyötysuhde laskee, koko homma muuttuu kitupoltoksi jonka seuraukset tiedetään. Lambdan millivoltit nousee heti kun luukkuja pienentää.
Sinänsä tuo minun viimeisen laskelman hyötysuhdehan on puukattilalle normaali, jopa hyvä 0,7.

Palaan aiheeseen kun saan käänteisen mittauksen valmiiksi (kulutan saman minkä latasin) - on nimittäin ristiriitaisuuksia tiedossa.

[seppol]

Palotilan lämpötila on juuri oikea. 700 - 800 se saa ollakin. Palaminen tapahtuu täydellisesti ja kaikki hiilivedyt hajoaa. On vain hiiltä ja vetyä. Mutta kaasut pitäisi saada jäähdytettyä alle 200 asteen ja siihen ei kattilasi pysty. Pitäisi pystyä polttamaan samassa lämpötilassa mutta pienempi tehoista liekkiä. Puita vähemmän mutta ilmaakin vähemmän. Kun taas palopesä on sellainen kuin on, sitä pitää polttaa määrätyllä teholla että saataisiin tarpeeksi korkea lämpötila. Olen kehitellyt ajatusta että se olisi 100 - 200 kilowattia / arina neliömetri. On valmistajan tehtävä määrittää ja neuvoa miten uunia poltetaan tehokkaimmin ja mitä arvoja siihen pääsemiseksi pitää mitata.
Tarkastelin uunidirektiivejä  ja hyötysuhteita ja testausmenetelmiä. Kattilan testaus aloitetaan 30 asteen lämpötilasta ja kun vesi on +70, jäähdytys aloitetaan ja lähtevä vesi pidetään 85 ja paluuvesi 70 asteessa. Vettä lämmitetään siis 15 astetta kierrolla. Näin siksi että tulokset on vertailukelpoiset.
Kattilahyötysuhteeseen lasketaan vedestä saatava jäähdytysenergia + kierosta poistuva putkistohäviö. En ole aivan varma lasketaanko itse kattila putkistoon. Savukaasujen lämpötilaa ei näissä laskuissa oteta ollenkaan huomioon. Ne tulevat mukaan palamishyötysuhteeseen.
Uudessa EN 303 - 5 uunidirektiivissä on mm. kattilan hyötysuhdevaatimus. Siinä kattilat jaetaan kolmeen luokkaan joista 1. luokka on kaikkein helpoin ja 3. luokka vaativin. Hyötysuhdevaatimus lasketaan vähän vaikealla kaavalla.

Ensin on lukuarvo: 1. luokassa 47;  2. luokassa 57; ja 3. luokassa 67.

Tähän lisätään laskettava arvo 6 x log nimellisteho.
Log tarkoittaa sitä eksponenttia johon perusluku 10 on korotettava jotta siitä saataisiin tuo luku. Esimerkiksi log 10 on 1 koska 10 potenssiin 1 = 10. Tieteislaskimet laskee niitä helposti.
log 15 = 1,18 ; log 20 = 1,30 ; log 30 =  1,48 ; log 40 =  1,60 ; log 50 = 1,7 ; log 100 = 2 ; log 200 = 2,3 jne.

Jos meillä on 50 kw kattila ja haluamme sen 3 luokkaan, saamme 67 + 6 x 1,7 = 77,2 %. Ykkösluokkaan riittää 57 % kattilahyötysuhde.

Että melko vaikeaksi menee uuniemme hyväksyntä, testaus ja valmistus. Sulatellaas tää.

[lorvi]

>Olen kehitellyt ajatusta että se olisi 100 - 200 kilowattia / arina neliömetri.

Lohduttaa hieman, 200kw/neliö kattilani on 72kw ja tyyppikilven mukaan 60-80kw missä tuo 60 tarkoittanee puulla?, en tiedä, arvelen ja mittausten mukaan tuo myös olisikin kohillaan. Onhan se (kattila)jo 45 vuotta vanhakin.
En todellakaan yritä maksimoida tehoa eikä puun kulutuksella ole tapauksessani mitään merkitystä. Ihan mielenkinnosta mittailen. En kyllä keksi muutakaan järkevää tapaa täyttää varaajaa kun ajaa sinne tuo tällähetkellä ~95 asteiseksi säädetty sillä jos ajan vaikkapa 80 asteisena niin kapasiteettia jää hyödyntämättä koska ei tuolla kattilalla yksinkertaisesti voi ajaa 85>95 - ei pumput riitä tai sitten pitäisi todellakin kituuttaa ja siitä seuraisi nokeentuminen ja siitä taas......oravanpyörä. Nää on aikas yksilöllisiä kuitenkin.

[seppol]

Oikea asenne Lorvi. Ei puun kulutuksella monessa tapauksessa olekaan merkitystä. Kun ne itse tuottaa tai saa muuten halvalla, säästää joka tapauksessa. Meille monelle puulämmitys on mukava ajankulu ja harrastus. Ja vois sen ajan kuluttaa huonomminkin.
Minä vaan kun sain päähäni kehittää uuden varaavan uunin, niin pitää tutkia tarkasti teoriat ja tulevat säännöstöt. Mulla ei ollut mitään aikaisempaa kokemusta eikä koulutusta uunien teosta. On vain tavallinen insinöörin koulutus vuodelta -73. Yhden lehtiartikkelin perusteella rupesin kertaamaan jo opittua ja kirjoitin itselleni 8 sivuisen artikkelin puun palamisesta. Sivutuotteena tuli tämä Vesimiilu joita olen itselleni tehnyt 2 kappaletta. Kehitin sen ensin teoriassa ja tein sen vasta sitten. Tulos ylitti kaikki odotukseni. Kukahan uunin valmistaja uskaltaisi taata että heidän uuninsa jonka ulkotilavuus on 1,3 kuutiometriä pystyy pitämään lämpimänä 80 neliön 4 huonetta yhdellä lämmityskerralla vuorokaudessa ja tuottamaan lämpimän käyttöveden 0 asteen ulkolämpötilassa.
Hyvää ja iloista Joulua kaikille

[peku]

Lorvi. millä systeemillä saat ajettua 95 asteista varaajaan? itellä termovar ja 72 asteinen termostaatti ni loppu lataus on just sitä että maks 2 puuta voi kerralla laittaa ja se ottaa sitte aikaa saaha varaaja 80--->90. tuntus niin paljon järkevämmälle saaha het haluttu lämpötila varaajaan.

[seppol]

Tuo viimeinen 80 - 90 on tehokkaalla puukattilalla vaikea lämmittää. 1000 litran varaajassa lämpöä kuluu vain 10 kwh. Jos kattilan teho on 40 kw, aikaa kuluu 15 min. Jos vettä saa lämmittää vain 10 astetta, vettä on vaihdettava 1000 l tuntivauhtia.
Miksi muuten pitää lämmittää juuri 90 asteeseen?
Normaali järjestelmissä kiehumiseen ei ole kunnolla varauduttu ja se on vaarallista. Jos ylipaine venttiilistä purkautuukin vettä höyryn sijaan, sitä tulee paljon. Jos 1 l vettä keitetään, höyryä tulee 1500 l.
95 asteista vettä saa helposti kun lämmittää tarpeeksi tehokkaasti kiertopumpun tehoon nähden. Ei siihen termostaattia tarvitse.

[lorvi]

Lorvi. millä systeemillä saat ajettua 95 asteista varaajaan? itellä termovar ja 72 asteinen termostaatti ni loppu lataus on just sitä että maks 2 puuta voi kerralla laittaa ja se ottaa sitte aikaa saaha varaaja 80--->90. tuntus niin paljon järkevämmälle saaha het haluttu lämpötila varaajaan.

Oraksen termovaria vastaava 73 asteinen mikä on puukotettu (kun ei kuumempaa termaria saanut) avautuman ~85 asteessa ja hienosäätö portaattomasti säätyvällä latauspumpulla, minkä olen säätänyt 95 asteeseen.

>Miksi muuten pitää lämmittää juuri 90 asteeseen?>

Jos lämmittää 75-80 asteeseen mihin minun tapauksessa perustermarilla maximissaan menisi, jäisi varaajan kapasiteetista suuri osa käyttämättä ja kuten edellä kirjoitin olisi tuo 80>95 taasen käytännössä mahdoton lämmittää. Siis ainut järkevä vaihtoehto on lämmittää suoraan haluttuun lämpötilaan jolloin myös kerrostumisen edut tulevat käytetyksi hyödyksi. Nähdäkseni se on kokonaistaloudellisin vaihtoehto ja bonuksena puhdas kattila ja vähän jynssäämistä.

>Normaali järjestelmissä kiehumiseen ei ole kunnolla varauduttu ja se on vaarallista.

Minulla on avopaisunta, joten aika turvallinen.

[peku]

mulla varaaja vaan 1150 niin sen takia ois hyvä saaha se mahdollisimman kuumaksi. vois nyt ens hätään vaihtaa sen termarin 72-->80 , mutta ei nyt äkkiseltään netistä tuntus löytyvän semmosta.