Tämä raportti on käännös alkuperäisestä, englanninkielisestä raportista Reseach Report No. VTT-S December 13, 2011.

Transkriptio

1 TUTKIMUSSELOSTUS No. VTT-S Varaavan uunin, saunan kiukaan ja puukamiinan savukaasujen lämpötilojen mittaaminen. Tilaaja: Matti J. Virtanen Ympäristöministeriö

2 TUTKIMUSSELOSTUS No. VTT-S (6) Tilaaja Sopimus Yhteyshenkilö Ympäristöministeriö Matti J Virtanen YM31/612/2011 VTT Expert Services Oy Heikki Oravainen PL Jyväskylä Tel Fax s-posti heikki.oravainen@vtt.fi Tehtävä Johdanto Erään varaavan tulisijan, saunan kiukaan ja kamiinan savukaasujen lämpötilojen mittaaminen. Tarkoituksena oli mitata erään varaavan tulisijan, saunan kiukaan ja kamiinan savukaasujen lämpötilat standardien mukaisten nimellistehotestin ja turvallisuustestin sekä ylimääräisten panosten polton aikana, jolloin käytettiin suurempaa vetoa. Savukaasujen lämpötilat mitattiin imupyrometrin avulla standardien mukaisesti. Varaavan uunin mittaukset Kaikki laitteet edustivat tyypillistä laitetta kategoriassaan eikä niitä ole tarkemmin kuvattu. Poltto on tehty jokaisessa tapauksessa seuraamalla laitevalmistajien antamia ohjeita. Kaikki mittaukset on tehty standardien vaatimusten mukaisilla koivuklapeilla, joiden kosteus oli n. 15 %. Tämä raportti on käännös alkuperäisestä, englanninkielisestä raportista Reseach Report No. VTT-S December 13, Varaavan uunin mittaukset tehtiin standardin EN15250 (Slow heat release appliances fired by solid fuel Requirements and test methods) mukaisesti. Mittauksissa käytetty tulisija edusti hyvin normaaleja varaavia tulisijoja. Sen paino oli 1500 kg, leveys 1140 mm, korkeus 1862 mm ja syvyys 585 mm. Uunissa oli ns. sytytyspelti, jonka ansiosta savukaasut voidaan ohjata tulipesästä myös suoraan savupiippuun. Sen tarkoituksena on auttaa savukaasujen virtausta, mikäli uunia ei ole käytetty pitkään aikaan. Uuni oli ns. toppi-malli, joka tarkoittaa sitä, että savupiippu lähtee pystysuoraan uunin päältä. CE-merkinnän mukaan, savukaasun lämpötila on 206 o C, energian tuotantomäärä 55 kwh ja hyötysuhde 82 %. Polttokokeissa käytetyn puun määrä on esitetty taulukossa 1. Tutkimustulokset pätevät ainoastaan tutkituille näytteille VTT Expert Services Oy:n tai VTT:n nimen käyttäminen mainoksissa tai tämän selostuksen osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT Expert Services Oy:ltä saadun kirjallisen luvan perusteella.

3 TUTKIMUSSELOSTUS No. VTT-S (6) Taulukko 1. Varaavan uunin kokeissa käytetyt puumäärät. Polttoainemäärä (kg) Nimellistehokoe panos vähän puuta sytytykseen panos panos Turvallisuustesti panos panos panos Lisäpanos panos Kokonaismäärä 30 Kuvassa 1 on esitetty kilon klapimäärä, jotta pääsee käsitykseen puupanosten koosta. Kuva 1. 4,855 kilon puupanos. Polttopuu oli 33 cm pitkää koivuklapia, jonka kosteus oli n. 15 %. Tutkimustulokset pätevät ainoastaan tutkituille näytteille VTT Expert Services Oy:n tai VTT:n nimen käyttäminen mainoksissa tai tämän selostuksen osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT Expert Services Oy:ltä saadun kirjallisen luvan perusteella.

4 TUTKIMUSSELOSTUS No. VTT-S (6) Puulämmitteisen kiukaan mittaukset Polttolaitetta käytettiin valmistajan ohjeistuksen mukaisesti. Ensimmäiset kolme panosta olivat samoja kuin nimellistehokokeessa. Kokonaisuutena kolme kertaa 5 kg:n panoksia. Tältä jaksolta määritetään keskimääräinen savukaasujen lämpötila ja sitä käytetään savukaasuhäviön ja sitä kautta hyötysuhteen määrittämiseen. Keskimääräinen savukaasun lämpötila oli 235 o C ja korkein lämpötila 320 o C. Savukaasun lämpötila ajan funktiona on esitetty graafisesti liitteessä 1. Samassa kuvaajassa esitetään myös turvallisuustestin aikainen lämpötila (maksimi 435 o C) sekä lisälämmityksen aikainen savukaasun lämpötila (maksimi 530 o C). Savukaasujen lämpötilamittauksen kohta on sama kaikissa standardeissa. Paikka on näytetty liitteessä 2. Saunan kiukaan mittaukset tehtiin kiukaiden testitilassa, joka on rakennettu standardin EN15821 (Multi-firing sauna stoves fired by natural wood logs - Requirements and test methods) mukaisesti. Savukaasujen lämpötila mitataan tässäkin imupyrometrilla. Kiuas edusti normaalia, perinteistä kiuasta, joka on valmistajan tietojen mukaan sovelias tilavuudeltaan 8 20 m 3 :n saunaan. Nimellistehokoe suoritetaan näin ollen 20 m 3 :n tilassa ja turvallisuustesti 8 m 3 :n tilassa. Kiukaan dimensiot olivat seuraavat: leveys 430 mm, syvyys 510 mm ja korkeus 760 mm. Paino oli 60 kg ja suositeltu kivimäärä 40 kg. Savutorvi lähti kiukaan päältä suoraan ylöspäin. Kiuas sytytettiin 9:llä pienellä puuklapilla, joiden yhteispaino oli 2,5 kg. Puun annettiin palaa hiillokselle asti. Sen jälkeen lisättiin varsinainen puupanos, jonka paino oli 4,8 kg. Savukaasu saavutti korkeimmillaan 562 o C:n lämpötilan. Saunan sisälämpötila saavutti tällä puumäärällä lähes 90 o C:n lämpötilan, joka on raja nimellistehokokeelle. Hyötysuhde lasketaan keskimääräisen savukaasulämpötilan mukaan ajanjaksolta tulen sytyttämisestä siihen ajankohtaan kun saunan sisälämpötila on saavuttanut 90 o C:n rajan ja sen jälkeen puu on palanut siihen vaiheeseen, että CO 2 -pitoisuus on laskenut 4 %:iin. Tässä tapauksessa se oli n. 350 o C. Suurimman savukaasun lämpötilan ja keskimääräisen lämpötilan välillä on siis 214 K:n ero. Myös seuraava puupanos oli 4,8 kg. Veto lisättiin nyt arvoon 15 Pa, jota käytetään turvallisuustestin aikana. Tämän panoksen paloaikana saunan lämpötila saavutti 110 o C:n lämpötilan, mikä on turvallisuustestin vaatimus. Korkein savukaasun lämpötila on tässä vaiheessa 617 o C. Tämä jälkeen lisättiin vielä 6,1 kg:n puupanos kun saunan lämpötila on n. 100 o C. Tässä vaiheessa veto suurennettiin arvoon 20 Pa. Korkein savukaasun lämpötila oli 658 o C. Nämä mittaukset tehtiin 20 m 3 :n saunatilassa turvallisuustestissä käytettävän 8 m 3 :n sijaan. Saunatilan koolla ei ole kuitenkaan juurikaan merkitystä savukaasujen lämpötilaan, vain turvallisuusetäisyyksiin saunan sisällä. Tutkimustulokset pätevät ainoastaan tutkituille näytteille VTT Expert Services Oy:n tai VTT:n nimen käyttäminen mainoksissa tai tämän selostuksen osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT Expert Services Oy:ltä saadun kirjallisen luvan perusteella.

5 TUTKIMUSSELOSTUS No. VTT-S (6) Savukaasun lämpötila, lähtien nimellistehokokeesta ja päätyen lisälämmityspanokseen, on esitetty liitteessä 3. Kamiinan mittaukset Kokeissa käytettiin normaalia puukamiinaa, joka on tarkoitettu jaksottaiseen lämmittämiseen. Mittaukset tehtiin standardin EN13240 (Roomheaters fired by solid fuel Requirements and test methods) mukaisesti. Kamiinan mitat olivat seuraavat: leveys 550 mm, syvyys 402 mm ja korkeus 935 mm. Paino oli 56 kg. Savupiipun lähtö oli kamiinan päällä. E-merkinnän mukaan savukaasun lämpötilan oli 304 o C, nimellisteho 6 kw and hyötysuhde 73 %. Nimellistehokokeessa käytettiin 2,1 kg:n (4 klapia) panoksia. Puu oli 300 cm pitkää koivuklapia, jonka kosteus oli n. 15 %. 2,1 kg:n panos kamiinan sisällä esitetään kuvassa 2. Kuva kilon puumäärä kamiinan tulipesässä. Veto oli 12 Pa. Standardin EN13240 mukaisesti kamiina lämmitettiin ensin ns. steady-state tilaan ja kamiinan pohjalle jätettiin perushiillos. Tämä on kuvattu liitteessä 4. Seuraavat kaksi panosta ovat nimellistehokokeen polttojaksoja (panokset II ja III). Savukaasun keskimääräinen lämpötila oli 336 o C ja korkein lämpötila 387 o C (toisen panoksen palamisen aikana). Tutkimustulokset pätevät ainoastaan tutkituille näytteille VTT Expert Services Oy:n tai VTT:n nimen käyttäminen mainoksissa tai tämän selostuksen osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT Expert Services Oy:ltä saadun kirjallisen luvan perusteella.

6

7 Varaavan uunin normaalitestin, turvallisuustestin ja ylimääräisen lämmityksen aikainen savukaasun lämpötila. 3,06 2,78 2,50 2,22 1,94 1,67 1,39 1,11 0,83 0,56 0,28 0, Aika tunteina Savukaasun lämpötila ( o C) Veto (Pa) Liite 1 Ylimääräinen lämmitys Turvallisuustesti Nimellistehotesti max = 530 o C max = 465 o C Keskimääräinen savukaasun lämpötila on 235 o C. Veto on 12 Pa. max = 320 o C veto 20 Pa veto 15 Pa veto 12 Pa

8 Liite 2 Savukaasun lämpötilan mittauspiste. VTT:n mittaussavupiipun dimensiot. Mittauspiippu on rakennettu standardin mukaisesti. Savupiipun sisähalkaisija on 150 mm ja pituus D = 750 mm.

9 Savukaasun ja saunatilan lämpötila Liite 3 max 658 o C max 617 o C max 562 o C veto - 15 Pa veto - 20 Pa Lisäys 6.1 kg veto - 12 Pa Lisäys 4.8 kg Saunatilan lämpötila ( o C) Sytytys 2.5 kilolla koivuklapeja ja lisäys 4.8 kg Aika minuuteissa Savukaasun ja saunatilan lämpötila ( o C)

10 Puukamiinan savukaasun lämpötila Liite 4 max 458 o C max 387, keskiarvo 360 o C max 351, keskiarvo 316 o C Paloaika = 36 min. Paloaika = 47 min. Paloaika = 58 min. I panos 2.1 kg II panos 2.1 kg III panos 2.1 kg Nimellistehokoe = panosten II ja III paloaika. Sytytysvaihe Keskimääräinen savukaasun lämpötila = 336 o C. 30 cm koivuklapit. Veto - 12 Pa Aika minuuteissa Savukaasun lämpötila ( o C)

11 Puukamiinan turvallisuuskoe Liite 5 Standardin mukainen turvallisuuskoe + kaksi lisäpanosta 814 o C 720 o C Turvallisuustestin jakso veto - 15 Pa jokainen panos 2.2 kg kuusisoiroa (50 x 50 mm) lisäpanokset veto - 20 Pa panos kg panos kg koivuklapeja Aika minuuteissa Savukaasun lämpötila ( o C)