Hogyan lehet egy gázkazán hatásfoka több mint 100%?

Ahhoz, hogy ez érthetővé váljon az olvasó számára ismerni kell néhány - a fűtéstechnikában, illetve tüzeléstechnikában használatos - fogalmat.

A kazánhatásfok (általánosságban): a kazán teljesítményének és a befektetett energiának a viszonya, vagyis a fűtőberendezésből a hőhordozó közeg által nyert teljesítmény, és a tüzelőanyaggal a kazánba juttatott teljesítmény hányadosa. (A mi esetünkben a hőhordozó közeg víz, a tüzelőanyag földgáz, így a kazán típusa gázkazán.)

Égéshő: a gáz elégetésekor keletkezett összes hőmennyiség.

Fűtőérték: a gáz elégetésekor keletkezett hasznosítható hőmennyiség. Ezt veszik figyelembe a hatásfok számításánál, mint befektetett energiát.

A korábbi vízfűtési rendszereknél az előremenő fűtővíz hőmérsékleténél a 90°C volt a mérvadó. Az ilyen feltételek mellett üzemelő kazánok esetében a 85%-ot elért hatásfok már jó eredménynek számított. Az említett 90°C-os hőmérséklet megválasztása, viszont nem volt véletlenszerű. Ennek egyik oka, hogy a gáz elégetésekor az égéstermékben (bizonyos kémiai reakciók következtében) nedvesség (vízgőz) is keletkezik. Ahhoz, hogy ez a nedvességtartalom ne okozzon károkat a kazánban, az égésterméknek olyan hőmérsékletűnek kell lennie, hogy a keletkezett vízgőz el tudjon párologni. Vagyis ilyen esetekben a keletkezett füstgáz hőmérséklete olyan magas, hogy a benne található vízgőz nem tud kiválni (lecsapódni), hanem távozik az égéstermékkel együtt. Ez az elpárologtatott vízgőz viszont jelentős hőtartalommal (rejtett hő) rendelkezik, amely hasznosítatlanul „elillan”. Magában, csak az így kialakult veszteség mértéke - földgázzal való tüzelés esetén - kb. 11%. (Természetesen egyéb más típusú veszteségek is keletkeznek egy tüzeléstechnikai folyamatban, amelyekkel itt most nem foglalkozom.)

A technikai fejlődések következtében, a napjainkban használatos tüzelőberendezések hatásfoka átlagosan kb. 92-93% körüli értékeken mozog. (Ezek az ún. kishőmérsékletű melegvíz kazánok.) Amennyiben modulációs (folyamatos lángszabályzású), vagy kétfokozatú gázégővel vannak felszerelve elérhető akár a 95-96%-os teljesítménymutató is. A kialakításbeli különbségek mellett, a működési elv nem sokban tér el a korábbi berendezésektől. A maximális előremenő hőmérséklet viszont csak 75°C lehet. A fentebb már említett 11%-os veszteség még ebben az esetben is kimutatható, mert az ilyen készülékek esetében is az égéstermékkel együtt távozik a gáz elégetésekor keletkezett vízgőz. 

Végül a feltett kérdésre a választ az eddig már annyiszor emlegetett 11% adja meg, amely lényegében a földgáz esetében kiszámított égéshő, és fűtőérték adatok közötti különbség százalékban kifejezve. A napjainkban egyre inkább teret hódító kondenzációs kazánok tudják elérni a 100% feletti értéket, az eddig veszteségként kezelt 11% jelentős részének a hasznosításával. A működési elvük lényege, hogy nagy felületű, vagy többfokozatú hőcserélővel vannak ellátva, amelyek „kivonják” az égéstermékben található érzékelhető meleget, és a keletkezett vízgőz rejtett hőjét is. A folyamat elve, hogy a füstgáz egy lehűlési fázison megy keresztül (hőmérsékletei értéke egy ún. harmatponti hőfok alá csökken), ha ez bekövetkezik az égéstermékben található vízgőz kiválik (lecsapódik). Az így keletkezett (kondenzálódott) víz hőjét (kondenzációs hő) a fűtővíz veheti fel. Természetesen ez a folyamat sem veszteségmentes, mert itt is kialakul kb. 2% füstgázveszteség, de még így is marad 9% eddig még nem hasznosított energia.

A lényeg: az égetéskor keletkezett nedvesség gőz halmazállapotú, de a kondenzáció után már víz formájában jelenik meg, viszont a hőmérséklete így hasznosítható. Tehát mondhatjuk: "Az energia nem vész el csak átalakul."

A 100% feletti érték pedig abból adódik, hogy a gyártók a hatásfok számításakor a befektetett energia érték alatt a földgáz fűtőértékét veszik figyelembe (ugyanúgy mint korábban). Ez az érték nem tartalmazza a "kondenzációs meleget", mert a "hagyományos" kazánoknál korábban az égéskor keletkezett nedvességtartalmat veszteségként értelmezték, és így ezzel nem is számoltak.

Végeredményül, ha egy gyártó legjobb készüléke, mondjuk eléri a 99%-os hatásfokot (hagyományos értelemben véve), és ehhez hozzáadjuk a kondenzáció által nyerhető plusz 9%-ot, az eredmény lehet akár 108% is. 

Fontos még megjegyezni, hogy a kondenzációs kazánok esetében nem a hatásfok értékével minősítik a készülékeket, hanem az ún. kazánkihasználtsági fokkal jellemzik, de ez már egy másik történet...