belépés / regisztráció
2019. december 13. péntek
Aktuális lapszám

Kályha burkolatának szerepe a hőleadásban

Napjainkban a kályha újraéledésének lehetünk tanúi. A falazott kályhák széles választéka tárul elénk, cserépkályha, téglakályha és vakolt kivitelű kályhák egyaránt. Felmerül a kérdés, hogy a fűtési felület milyensége befolyásolja-e a kályha hőleadó képességét, illetve lehetővé teszi-e minél gazdaságosabban üzemelő működését. Részben erre a kérdésre keressük a választ, ami talán rávilágíthat a kályha gazdaságos üzemeltetésére, valamint utat mutathat az eltérő igényeknek megfelelő kályhák kialakítása felé.

 

Fatüzelés

A fenntarthatóság szempontjából igen lényeges kérdés a fűtés ökologikus megoldása. A Kárpát-medencében a második legelterjedtebb fűtési alapanyag a fa, amely egyben megújuló energiaforrás is. Magyarországon a háztartások 22%-a kizárólag tűzifával üzemel, 11%-a gázzal és tűzifával. A lakóépületek 12%-ára jellemző, hogy kizárólag kályhával fűtenek, míg 4%-nál fordul elő a kályha valamely más fűtési rendszer részeként. A lakóépületeken belül a családi házak 33%-ához kizárólag a tűzifa a fűtéshez használt energiahordozó (1. ábra), emellett 15%-ban gázzal kombinálva is előfordul [1.].

Történelmi előzmények

A különféle agyag alapú kályhák, kemencék századok óta használatosak a világ számos táján, kinézetben, megformálásban különbözőek, azonban működési alapelvükben hasonlóak, mivel nem rendelkeznek fém tűztérrel, gyakran füstjárataikon keresztül melegítik át magát a kályhatestet. A korai kályhák csempéi máz nélküliek voltak, a fazekasság fejlődése során kialakuló, először egyszerűbb, majd egyre fejlettebb mázazási technikákat a kályhacsempék díszítésére is felhasználták (2., 3. ábra).

100-150 évvel ezelőtt még Európa leggazdagabb paraszti kályhás hagyományait mondhattuk magunkénak. A 19. század elejének, 20 század végének társadalmi változásai teljes egészében eltörölték hagyományos paraszti lakáskultúránkat. Nemcsak a népi cserépkályhák semmisültek meg, hanem kihalt az évszázados hagyományokat őrző kályhásmesterség is anélkül, hogy módszereit és motívumkincseit a modern kerámiaipar magába olvasztotta volna. Az utóbbi 20-25 évben azonban fokozatosan kialakult egy készítői és vásárlói kör, valamint több nemzetközi kísérlet is született a kályhák hatékonyságának növelésére, valamint a hő lassabb, alacsonyabb hőmérsékleten történő leadására vonatkozóan. [2.]

Jogszabályi háttér

Honnan tudhatjuk, hogy azonos paraméterű kályhánk más burkolattal hogyan viselkedne? Az MSZ EN 15544:2009 szabvány egyedi kivitelezésű tégla- és cserépkályhák méretezéséről szól, 3.17 pontja azonosként kezeli a vakolt és a tégla kályhát, míg a 3.11 pontja külön említi a cserépkályhát. A szabvány sajnos csak a tűztér, füstjárat adatainak számítási metódusát tartalmazza, nem tér ki a hőleadó felület méretezésére, a dokumentum 4.1 pontja szerint azt a gyártó határozza meg. Az MSZ 21512:2006 Kályhacsempe szabvány 2.1 pontja három kategóriát különböztet meg a kályhacsempe felületét illetően: 1) sima vagy mintázott, 2) mázas vagy máz nélküli, 3) fényes, fél matt vagy matt. A szabvány itt is csak a méretekre és a mechanikai tulajdonságokra tér ki, pedig a kályhacsempe egyik, ha nem a legfontosabb tulajdonsága a hőleadó képessége. Míg a radiátorok hőteljesítményét a MSZ EN 442 szabvány szerint határozták meg laboratóriumi mérések alapján, a felületfűtés méretezését pedig az MSZ EN 1264 szabályozza, addig a különböző burkolatú kályhák hőleadásának vizsgálatához szükséges anyagjellemzőkre is csak alig-alig találunk adatokat. A kályhásmesterek sok esetben az esztétikai szempontokat kihangsúlyozva eltekintenek a kályhák hőleadásra való méretezésétől, és a hagyományos középpárkányos elrendezésű és osztású cserépkályhákat építik be a tér nagyságától és a transzmissziós hőszükséglettől függetlenül. A kályha méretezhető lenne a tűztér teljesítménye, a járatrendszer felülete, a falazatok vastagsága, az aktív leadó felület nagysága alapján, de a gyakorlatban a cserépkályhák méretezése a csempeegység alapján történik. A csempeegység egy viszonyszám, ami kifejezi az egyes kerámiaelemek anyagmennyiségét a sík csempéhez viszonyítva. A mai kivitelezői gyakorlat az, hogy 1 légköbmétert 1-1,5 fűtött csempeegység lát el kellő fűtési energiával. A kályha hőleadásban aktív felületén leadott névleges teljesítményt azonban befolyásolja a csempék felülete, máza, színe, formája is. Manapság a kályhák építésének hátterében gyakran gazdasági indokok is állnak, vagyis a megrendelő elsődleges kérdései közé tartozik a kályha hőleadó képessége, illetve üzemeltetési költségei, annak hatásfoka mellett.

A sugárzás elméleti háttere

A cserépkályha, téglakályha és vakolt kivitelű kályhák a hőt nagyobb részt hősugárzással adják le, kisebbik részben pedig konvekció útján. A sugárzás során a hő elektromágneses sugárzássá, majd a tér egy másik pontján az elektromágneses sugárzás ismét hővé alakul át, a sugárzás kibocsátásakor (emisszó) lényegében a test belső energiája átalakul elektromágneses energiává, a sugárzás elnyelésekor (abszorpció) pedig az elektromágneses energia alakul belső energiává. Az emissziós tényező egy felületből kibocsátott sugárzás mérőszáma, a testek hőleadása tehát egyenesen arányos emissziós tényezőikkel.

Az emissziós és abszorpciós képesség közötti kapcsolatot a Kirchoff törvény írja le, amely szerint a testeknek az adott irányú és hullámhosszúságú sugárzásra vonatkozó elnyelési (abszorpciós) és kibocsátási (emissziós) képessége azonos érték. Az emissziós tényező diffúz sugárzók esetében irányfüggetlen, viszont függ a hullámhossztól és a hőmérséklettől is. [3.]

Vizsgálat

Annak érdekében, hogy a kályha burkolatának fűtéstechnikai viselkedését vizsgálhassuk, három féle mázas kályhacsempét, egy kisméretű tömör téglát és vakolt felületet vizsgáltunk meg a BME Építészmérnöki Kar Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék Hőfizikai Laboratóriumában. A három mázas csempe mindegyike eltérő eredetű volt. Az egyes számú egy kézműves termék, a második egy egyedi dizájn, iparművész készítette csempe, míg a harmadik a pécsi Zsolnay gyár terméke (4., 5., 6. ábra).

A csempéket 80 °C-os kemencébe helyeztük, majd 50 °C körüli hőmérsékleten végeztük el a vizsgálatokat. A helyiséghőmérséklet 20,7 °C volt. Hőkamera segítségével néztük meg a csempék hőmérsékletét. A hőmérséklet inhomogenitását nagyrészt a termékek egyedi kivitele okozta. A mérés során törekedtünk a különböző mintadarabok közel azonos hőmérsékletű részein elvégezni a vizsgálatot. Mértük a kontakt felületi hőmérsékletüket, ehhez kalibráltuk hozzá az infrahőmérőt. A méréshez Ravtek infrahőmérőt, Almemo kontakt hőmérőt, Fluke hőkamerát és MLW típusú kemencét használtunk fel [8.] (7., 8., 9. ábra).

A vizsgálat alapján az az eredmény született, hogy a mázas csempe esetében az emissziós tényező 0,93-0,97 értékű. A három mázas kályhacsempe között tehát 4%-nál kisebb az eltérés. Míg a nyerstégla felület esetében 0,88 emissziós tényezőt kaptunk, addig a vakolt fal esetén 0,92 emissziós tényezőt sikerült megállapítanunk. Ezek az eredmények – a kisméretű téglánál mért értékek kivételével – jóformán tükrözik a szakirodalomban fellelhető adatokat [9.]. A tégla esetén ugyanis elég változó értékeket, 0,8-0,95 emissziós tényezőt találunk. Ez betudható a téglák eltérő anyagösszetételének és felületi minőségének.

Összegzés

Az épületek hőszigetelésével párhuzamosan a fűtési energia megújuló energiákkal történő biztosítása is fejlődésnek indult. A falazott kályhák iránt eltérő igények mutatkoznak, kiegészítő fűtésként a gyors felfűtési idő, míg önálló fűtési rendszerként a hosszú egyenletes hőleadás lehet az elsődleges szempont. A korszerűen, a mai követelményeknek megfelelően hőszigetelt épületekben a fűtési hőszükséglet lecsökkent. A mai komfortfokozat elérése érdekében és a követelmények betartása miatt a hő- és áramlástechnikailag méretezett cserépkályha biztonságtechnikai okokból is szükséges. Amennyiben nem a tényleges hőszükségletet figyelembe véve határozzák meg a kályha méretét, a későbbi használat nem lehet gazdaságos, mivel a kályhák nagy hőtehetetlensége miatt a rendszer csak nehezen szabályozható. A nagy hőleadású kályha a kívánt tüzelőanyag elégetésével, megfelelő üzemi hőmérsékleten működtetve a helyiség túlfűtését eredményezheti, amit szellőztetéssel lehet csak korrigálni, de ez komoly energiapazarlás. Ellenkező esetben, a kívántnál kevesebb tüzelőanyag viszont alacsony égéstermék hőmérsékletet indukál, ennek következtében a kéményben kondenzálódhat az égéstermék, a kátrányosodási folyamatok pedig tovább rontják a kályha hatásfokát. Az alacsony üzemi hőmérséklet, illetve a kátrányosodási folyamatok veszélye abban is rejlik, hogy a falra rakódott szurok meggyulladhat, így a kémény fala akár ezer fokra is felhevülhet, kéménytüzet okozhat, ami átterjedhet az épület éghető anyagaira is. Annak érdekében, hogy a különböző kályhák burkolatának hőtechnikai tulajdonságát pontosan megismerjük, további mérések, vizsgálatok szükségesek.

Felhasznált irodalom

[1.] Elek L. dr., A háztartások energiafogyasztása, http://www.eh.gov.hu/ Magyar Energiaügyi Hivatal, Budapest, 2009
[2.] Sabján T., Népi cserépkályhák 2008-Terc ISSN 1785-3699
[3.] Gróf Gy. dr. Hőközlés, Budapest, 1999
[4.] MSZ EN 15544:2009
[5.] MSZ 21512:2006
[6.] MSZ EN 442-2:1996/A2:2004
[7.] MSZ EN 1264-2:2008+A1:2013
[8.] Rachne E. Hőképfelvételek készítése szakmai szemmel, PIM Kft. szakmai anyag
[9.] http://www.engineeringtoolbox.com 2013.12.

***

1. ábra. Családi házak megoszlása a fűtéshez használt energiahordozók szerint
2. ábra. Mázatlan tál alakú kályhaszem
3. ábra. Mázas tál alakú kályhaszem
4. ábra. Kézműves csempe
5. ábra. Egyedi csempe
6. ábra. Zsolnay csempe
7. ábra. Kézműves csempe
8. ábra. Egyedi csempe
9. ábra. Zsolnay csempe

Nádasi-Antal Zsuzsanna
MSc., PhD. doktorandusz

A szerzõ egyéb cikkei:

  Szemes csempék áramlástani viselkedése

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam