Ghid Pentru Utilizarea Sistemelor Hibrid de Incalzire

Ghid pentru utilizarea sistemelor hibrid de incalzire Proiectul ACCESS

- 1 -

Cuprins

INTRODUCTION..............................................................................................................61. ENERGY SOURCES....................................................................................................8

1.1 SOLAR ENERGY.................................................................................................... 81.1.1 Potential..........................................................................................................91.1.2 Solar radiation................................................................................................91.1.3 Solar energy recovery .................................................................................101.1.4 The solar thermal market - a European overview ......................................11

1.1.4.1 Germany ............................................................................................ 131.1.4.2 Greece................................................................................................ 141.1.4.3 Austria................................................................................................ 14

1.2 BIOMASS FOR HEATING ...................................................................................... 151.2.1 Biomass heating market.............................................................................. 151.2.2 Wood fuel ..................................................................................................... 161.2.2.1 Choosing the right fuel ............................................................................. 18

1.2.2.2 Potential suppliers ....................................................................................191.2.3 Moisture content .......................................................................................... 191.2.4 Calorific value .............................................................................................. 211.2.5 Constituents of wood .................................................................................. 221.2.6 Quality and standards ................................................................................. 23

2. COMBINED WOOD BIOMASS AND SOLAR THERMAL HEATING SYSTEMS FORRESIDENTIAL APPLICATIONS ....................................................................................26

2.1 DOMESTIC HOT WATER SYSTEM ......................................................................... 272.1.1 Standard system ..........................................................................................272.1.2 Two tank installations..................................................................................28

2.2 SOLAR THERMAL ASSISTED SYSTEM FOR SPACE AND DOMESTIC WATER HEATING282.2.1 Combined storage system (tank-in-tank system) ......................................292.2.2 Systems with buffer storage, internal discharge heat exchanger and flowoff pipe...................................................................................................................292.2.3 Layering storage tank with domestic water heating in direct flow andheating assistance................................................................................................302.2.4 Two-tank system..........................................................................................31

3. TECHNOLOGY OF WOOD FUELS HEATING...........................................................323.1 COMBUSTION OF WOOD FUELS............................................................................ 32

3.1.1 The combustion process.............................................................................323.1.2 Combustion efficiency.................................................................................333.1.3 Combustion air and excess air ratio, lambda ..........................................343.1.4 Emissions.....................................................................................................363.1.5 System efficiency.........................................................................................36

3.2 BIOMASS HEATING SYSTEMS: TECHNICAL OVERVIEW ...............................................373.2.1 Domestic scale biomass heating systems types....................................... 373.2.2 Log stoves.................................................................................................... 38

3.2.2.1 Installation .................................................................................................413.2.3 Pellet stoves................................................................................................. 42

3.2.3.1 Operation of a pellet stove .......................................................................43


- 2 -

3.2.4 Pellet boilers ................................................................................................ 453.2.5 Wood chip boilers........................................................................................ 483.2.6 Log boilers ................................................................................................... 483.3 FUEL STORAGE SYSTEMS ................................................................................... 503.3.1 Logs .............................................................................................................. 503.3.2 Wood pellets storage................................................................................... 503.3.3 Wood chip storage....................................................................................... 533.3.4 Fuel storage volumes .................................................................................. 543.4 Exhaust System - Chimney ............................................................................ 563.4.1 Function of a chimney ................................................................................. 563.4.2 Stack effect and flue design........................................................................ 563.4.3 Draught control and stabilisation ............................................................... 573.4.4 Design considerations of a chimney system............................................. 583.5 OPERATION AND MAINTENANCE OF WOOD HEATING SYSTEMS..................................593.5.1 Appropriate fuel ........................................................................................... 593.5.2 Air supply ..................................................................................................... 593.5.3 Flue cleaning (chimney sweeping) ............................................................. 603.5.4 Ash removal ................................................................................................. 60

3.5.4.1 Maintenance of log stoves .......................................................................603.5.4.2 Maintenance of pellet stoves....................................................................613.5.4.3 Maintenance of a wood chip boiler ..........................................................61

4. SOLAR THERMAL SYSTEMS...................................................................................624.1 FUNCTIONAL PRINCIPLE OF SOLAR THERMAL SYSTEMS ......................................... 624.2 FORCED CIRCULATION ........................................................................................ 624.3 SOLAR COLLECTORS .......................................................................................... 63

4.3.1 Flat-plate collectors .....................................................................................634.3.2 Vacuum tube collectors...............................................................................644.3.3 Solar collector efficiency.............................................................................65

5. HEAT STORAGE SYSTEMS .....................................................................................665.1 DOMESTIC HOT-WATER STORAGE ........................................................................ 675.2 BUFFER HEAT STORAGE..................................................................................... 685.3 COMBINED HEAT STORAGE TANK........................................................................ 69

6. CONTROL SYSTEMS................................................................................................716.1 CONTROL TECHNOLOGY IN BIOMASS BOILERS...................................................... 71

6.1.1 Power control ...............................................................................................716.1.2 Combustion control .....................................................................................726.1.3 Combined power and combustion control.................................................72

6.2 CONTROL TECHNOLOGY IN SOLAR THERMAL SYSTEMS.......................................... 726.2.1 Connection principle of the temperature difference control.....................726.2.2 Digital control with special features ...........................................................736.2.3 Temperature sensors...................................................................................736.2.4 Overheating safety.......................................................................................73


- 3 -

6.3 FURTHER RECOMMENDATIONS FOR CONTROLLER OF COMBINED BIOMASS/SOLARSYSTEMS ................................................................................................................. 73

7. PLANNING OF THE SUPPLY SOLUTION.................................................................757.1 PLANNING OF THE DOMESTIC HOT WATER SYSTEM.............................................. 75

7.1.1 Objective of the dimensioning ....................................................................757.1.2 First step: Determination of the warm water consumption.......................757.1.3 Second step: Heat requirement for hot water ............................................767.1.4 Third step: Dimensioning of the system components ..............................767.1.5 Rough estimation with empirical formulas ................................................76

7.1.5.1 Collector surface area....................................................................... 777.1.5.2 Volume of the heat storage tank ...................................................... 77

7.2 PLANNING OF THE SOLAR THERMAL ASSISTED SYSTEM FOR SPACE AND DOMESTICWATER HEATING ....................................................................................................... 78

7.2.1 Requirements...............................................................................................787.2.1.1 Low space heat demand................................................................... 787.2.1.2 Low heat supply and return temperatures ...................................... 797.2.1.3 Advantageous direction of the collectors ....................................... 79

7.2.2 Empirical formulas.......................................................................................797.2.2.1 Systems with an average solar thermal coverage .......................... 79

7.3 DIMENSIONING OF THE BOILER............................................................................. 807.3.2 Determining the correct size ................................................................... 817.3.2.1 Calculating heat loss ............................................................................ 827.3.2.2 Calculating energy demand and fuel consumption............................ 83

7.4 PLANNING OF THE BIOMASS CENTRAL HEATING SYSTEM INFRASTRUCTURE............ 847.4.1 Site assessment...........................................................................................847.4.2 Installation related aspects .........................................................................86

7.4.2.1 Pre-Installation checks for wood heating appliances..................... 867.4.2.2 Noise considerations ........................................................................ 867.4.2.3 The installation programme.............................................................. 877.4.2.4 Fuel storage and feeding system ..................................................... 88

8. ECONOMICAL VIEW ON THE SYSTEM SOLUTION ................................................898.1 REGIONAL ADDED VALUE ................................................................................... 898.2 SECURITY OF SUPPLY ......................................................................................... 898.3 PRICE ADVANTAGE ............................................................................................. 89

9. ENVIRONMENTAL VIEW OF THE SYSTEM SOLUTION..........................................949.1 GREENHOUSE EFFECT REDUCTION....................................................................... 949.2 FINE DUST .......................................................................................................... 959.3 ACID RAIN REDUCTION ........................................................................................ 959.4 LOW TRANSPORT AND STORAGE HAZARDS........................................................... 95

10. FINANCIAL FACILITIES ..........................................................................................9610.1 ENERGY SERVICE MODEL (ESCO)...................................................................... 9610.2 FINANCIAL SUPPORT PROGRAMMES................................................................... 9810.3 SPECIAL FINANCIAL TOOLS DEVELOPED IN THE SOLAR THERMAL SYSTEMS FIELD 98

10.3.1 Guaranteed Solar Performance.................................................................9810.3.2 Third Party Financing ..............................................................................100


- 4 -

REFERENCES......................................................................Error! Bookmark not defined.


- 5 -

List of Figures

Figure 1: Picture of the Sun ..Figure 2: Yearly sum of horizontal global irradiation .Figure 3: Yearly sum of global irradiation on a horizontal surface in built-up areas Figure 4: Solar Thermal Market in the EU Figure 5: Share of the solar thermal market Figure 6: Solar thermal capacity in operation Figure 7: Installed solar thermal capacity in Germany Figure 8: Installed solar thermal capacity in Greece Figure 9: Installed solar thermal capacity in Austria

List of Tables

Table 1: ..


- 6 -

Introducere

Prezentul Ghid se vrea a fi o introducere a utilizarii combinate de incalzire a energieisolare-pelete din lemn si a fost realizat in cadrul proiectului ACCES (Penetrareaaccelerata pe piata a tehnologiilor la scara redusa de utilizare a biomasei si a energieisolare), al Uniunii Europene finantat in cadrul Programului Energie Inteligenta pentruEuropa. Acest Ghid se bazeaza in principal pe rezultatele/produsele obtinute din alteproiecte finantate de UE, Sollet (Strategia retelei europene pentru sistemele de incalzirecombinate energie solara-pelete din lemn pentru aplicatii descentralizate). Scopulproiectului Sollet a fost acela de a pregati piata prin intermediul realizarii unor centraledemonstrative 100% fiabile pentru diferite aplicatii si de a explora si optimiza efectelesinergiei dintre sistemele de incalzire combinate termice solare si sistemele de incalzirecu pelete din lemn pentru prepararea apei calde menajere si incalzirea spatiului.

Sistemele de incalzire care functioneaza combinat cu energie solara combustibil pebaza de lemn sunt confortabile, nepoluante pentru mediu si sunt o solutie eficienta dinpunct de vedere al costului pe locuinte uni-familiale sau pentru cladiri de apartamenteAceste sisteme sunt deja in competitie pe piata cu sistemele de incalzire clasice care ardcombustibili fosili. In orice caz, implementarea sistemelor de incalzire moderne,nepoluante pentru mediu, cum sunt sistemele combinate de incalzire energie solara-pelete din lemn, deseori nu au rezultate bune datorita necunoasterii de catre utilizatoriifinali a planificarii, implementarii, intretinerii si functionarii acestor tipuri de sisteme deincalzire. O provocare suplimentara in implementarea sistemelor de incalzire combinateenergie solara-pelete din lemn o reprezinta investitia initiala mai ridicata comparative cuinvestitia in sistemele de incalzire care functioneaza pe baza de combustibili fosili.

Deci, aceasta introducere ofera o incursiune in tehnologia sistemelor tehnice solare, asistemelor de incalzire la scara mica care functioneaza pe baza de biomasa si ocombinatie a acestora. Mai mult, ofera o vedere de ansamblu asupra aspecteloreconomice si de mediu determinate de sistemele combinate de incalzire energie solara-biomasa lemnoasa.

In primul capitol sunt furnizate informatii despre energia solara si despre combustibilii pebaza de lemn: sursele de energie care sunt utilizate in sistemele combinate de incalzireenergie solara-pelete. Capitolul 2 precizeaza tipurile de instalatii pentru sistemelecombinate de incalzire energie termica solara biomasa (pentru aplicatii la scara mica sicasnice). De aceea este facuta clar o distinctie intre sistemele pentru prepararea apeicalde menajere si sistemele pentru incalzirea spatiului.

In capitolul 3 sunt prezentate tehnologii de incalzire care functioneaza cu combustibil pebaza de lemn, prin furnizarea de informatii despre tipuri, proiectare si infrastructuraunitatilor de incalzire care ard combustibil pe baza de biomasa lemnoasa. Capitolul 4furnizeaza informatii despre principiul de functionare al sistemelor termice solare, inspecial asupra circulatiei fortate cat si, de asemenea, asupra principalelor tipuri decolectori solari, cei mai folositi. Capitolul 5 ofera o vedere asupra sistemelor deacumulare a caldurii care sunt folosite in sistemele combinate de incalzire energie solara-biomasa. In capitolul 6 sunt prezentate sistemele de control utilizate pentru sistemele deincalzire termice solare si sistemele de incalzire pe baza de biomasa cat si pentrusistemele combinate de incalzire.


- 7 -

Capitolul 7 ofera o introducere in planificarea sistemelor combinate de incalzire termicesolare-pelete din lemn. Acest capitol se concentreaza pe aspectele tehnice ale planificariisi dimensionarii componentelor de baza ale sistemului cat si infrastructura acestuia.Capitolul 8 prezinta aspectele economice legate de aceste sisteme datorate factoriloreconomici regionali pentru implementarea sistemelor combinate de incalzire energietermica solara-lemn. Acest capitol ofera, de asemenea, o comparative a costuluisistemelor combinate de incalzire energie solara biomasa cu alte tipuri de sisteme deincalzire.

Capitolul 9 ofera o analiza din punct de vedere al impactului asupra mediului alsistemelor combinate de incalzire energie termica solara-biomasa, subliniid avantajeleasupra mediului, cum ar fi emisiile reduse de CO2 in comparative cu sistemele deincalzire traditionale. Capitolul 10 prezinta o scurta trecere in revista a programelornationale si internationale de sustinere cat si o descriere a modelelor de Companii deServicii Energetice (ESCo) pentru aplicatii pe Energia Solara/Biomasa. In plus, suntprezentate unele instrumente financiare noi aplicabile sectorului sistemelor termicesolare (cum ar fi de exemplu: Finantarea prin a III-a parte - TPF, Sistemul de Garantare aRandamentului Solar- GSR etc.).

In Anexa sunt prezentate descrieri ale unor centrale demonstrative care au fost realizatein cadrul proiectului Sollet.


- 8 -

1. SURSE DE ENERGIE

1.1 ENERGIE SOLARA

Energia solara reprezinta energia produsa de catre soare prin fuziune nucleara. O partedin aceasta energie ajunge pe pamant ca radiatie electromagnetica (energie de radiatie)Energia solara a fost constanta de-a lungul secolelor. Rata cu care energia de la Soareatinge o unitate o unitate de suprafata in zona orbitei Pamantului este de aproximativ1367 kW/m 11, masurata pe o suprafata considerata normala (la un unghi drept) fata deSoare. Acest numar este denumit constanta solara.

O parte din energia primita este obsorbita de catre atmosfera si transferata in caldura sienergie cinetica. O alta parte din energia radianta primita este eliberata in spatiu caemisie dinspre pamant. Reflexia in aer a particulelor purtate de aer, precum, cristale degheata si praf conduc la o si mai mare reducere a energiei absorbite. Pierderile deenergie depind de conditiile atmosferice. Astfel, umiditatea aerului, norii si distanta caretrebuie strabatuta de razele soarelui in atmosfera au un rol important. Cand cerul estesenin radiatia ajunge pe suprafata pamantului pe directie verticala astfel ca ajunsa directpe suprafata este de 1 kW/m.

Figura 1: Fotografie a soarelui[Sursa: NASA, http://sse.jpl.nasa.gov/multimedia/gallery/PIA03149.jpg, 04.01.2006]

Cea mai mare parte a energiei radiate pe pamant consta in lumina vizibila si radiatie decaldura invizibila (radiatii infrarosii), precum si intr-o mica parte de lumina invizibila carese regaseste in radiatiile ultraviolete. Efectul de incalzire produs de razele soarelui nurezulta in principal din radiatia termica directa, ci mai mult datorita capacitatii suprafetelorde a absorbi lumina vizivila. Cu cat o suprafata este capabila sa absoarba mai multalumina, cu atat mai intunecata ea apare ochiului omenesc. Acest efect este folosit laconversia tehnica a energiei solare in energie termica.

1 WMO 1982. Comisia pentru instrumente si metode de observatie, Raport final pe scurt al celei de-a 8-asesiuni, Mexic, octombrie 1981. WMO Pub. nr. 590, Organizatia Mondiala de Meteorologie, Geneva,Elvetia.


- 9 -

1.1.1 Potential

Fiind cea mai importanta sursa de energie a lumii, soarele cedeaza pe an o cantitate deenergie de aproximativ 3,91024 J, adica 1,081018 kWh pe suprafata pamantului. Aceastacantitate de energie este egala cu de 10 pana la 15 ori necesarul de energie primara lanivel mondial. Compozitia spectrului solar, durata stralucirii soarelui si unghiul sub carerazele solare ating suprafata pamantului depind de momentul zilei, de sezon, delatitudinea geografica de densitatea norilor, precum si de absorbtia atmosferei si deincalzire.

Astfel, energia radiata este diferita pe glob. De exemplu, energia medie radiata in EuropaCentrala este de 1000 kWh/m2 pe an si de 2350 kWh/m2 pe an in Sahara. Diagrama demai jos prezinta suma anuala a radiatiilor globale orizontale in zone din Europa.

Figura 2: Suma anuala a radiatiilor globale orizontale[Sursa: PVGIS, http://re.jrc.cec.eu.int/pvgis/pv/solres/solreseurope.htm#Fig6]

1.1.2 Radiatia solara

Radiatia solara atinge suprafata pamantului nu doar cand este cer senin. Radiatiile solarecare ajung pe pamant pot fi impartite in doua categorii: radiatii directe si radiatii indirecte.Radiatia directa este absorbita partial de catre atmosfera drept radiatie extraterestraneimprastiata si ajunge intr-un anume punct ca radiatie paralela. Totusi punctul surseivariaza in functie de geometria solara, adica momentul zilei, anotimp, latitudine. Acestevariatii sunt foarte importante pentru aplicatiile energetice solare, deoarece energiacolectata variaza functie de cosinusul unghiului de incidenta al radiatiei.


- 10 -

Al doilea tip de radiatie solara, radiatia difuza este imprastiata ca radiatie extraterestra lasursa extinsa care se emana din cer si suprafata pamantului pe un plan orizontal.2 Deexemplu, radiatia difuza nu poate fi re-directionata spre un anume punct printr-o oglinda.Imprastierea radiatiei rezulta din reflectii in particule aeropurtate, atmosfera, nori, etc.Radiatia solara totala ce ajunge pe suprafata orizontala a pamantului, sau radiatiaglobala, reprezinta suma radiatiilor directa si difuza care sunt cantarite corespunzator degeometria solara.

Figura 3: Suma anuala a radiatiilor globale pe o suprafata orizontala in zone construite[Sursa: PVGIS, http://re.jrc.cec.eu.int/pvgis/pv/solres/solreseurope.htm#Fig5]

1.1.3 Recuperarea energiei solare

Energia termica solara poate fi recuperata intr-un mod activ si unul pasiv. Pentrurecuperarea energiei termice solare in mod pasiv nu este necesar niciun echipamenttehnic. Energia termica din soare este recuperata pasiv prin componentele arhitectoniceale cladirilor, cum ar fi izolatiile ferestrelor. Recuperarea activa a energiei termice solarese face prin colectoare solare si alte sisteme tehnice montate pe cladiri. Prin urmareinstalatiile solare termice functioneaza conform principiului generarii active de caldura.

Metodele activa si pasiva de recuperare a energiei termice solare sunt definite dreptutilizari directe ale energiei solare. De asemenea, energia solara poate fi utilizata siindirect. Plantele utilizeaza energia solara in fotosinteza pentru a produce biomasa sipentru a-si activa functiile vitale. Arderea biomasei pentru producerea de caldura, deexemplu, reprezinta o utilizare indirecta a energiei solare. In felul acesta energia solaradeja generata de catre copaci este recuperata indirect.

2 R. Perez et al., Solar resource assessment: A review in J. Gordon (editor) Solar Energy, TheState of the Art, ISES Position Papers, London 2001.


- 11 -

1.1.4 Piata energiei solare in Europa

Pana acum energia termica solara a fost ignorata in statisticile nationale si internationale.Unul din motivele cele mai importante a fost lipsa datelor energetice: energia termicasolara a fost intotdeauna masurata in m2 de suprafata a colectorului, care nu pot fi usorcomparati cu alte date statistice energetice. Prin urmare energia termica solara a fostadesea singura tehnologie energetica masurata intr-o unitate de masura non-energeticasau nu a fost inclusa deloc. Lucrarea The Solar Thermal Markets in Europe (Trends andMarket Statistics) publicata de ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation) iniunie 2005 ofera noi perspective.

Pentru prima data energia solara produsa pe piata este data in principal in kW th (kilowatitermici) pentru a permite comparatia facila cu capacitatile instalate care utilizeaza altesurse de energie. Factorul de conversie folosit la calcularea capacitatii suprafeteicolectorului, de 0,7 kWth/m2, a fost acceptat de experti ai Programului IEA pentruutilizarea energiei solare pentru incalzire si racire, precum si de catre asociatii importantede comercializare a echipamentelor solare din Europa si America de Nord. PublicatiaThe Solar Thermal Markets in Europe (Trends and Market Statistics) prezintaurmatoarele cifre reprezentand cresteri semnificative ale vanzarilor de pe piataEuropeana. In 2004, piata Europeana (EU-25 + Elvetia) a crescut cu 12% comparativ cu2003. Aceeasi rata de crestere este prognozata pentru 2005.3

Figura 4: Piata echipamentelor solare in UE[Sursa: ESTIF]

3 ESTIF, Solar Thermal Markets in Europe (Trends and Market Statistics 2004), June 2005.


- 12 -

Figura 5: Ponderea echipamentelor solare pe piata[Sursa: ESTIF]

O noua capacitate de 1110 MWth (1586,84 m2) a fost instalata in Europa in 2004,comparativ cu 991 MWth (1,415,598 m2) in 2003. Germania este inca lider in ceea ceprivete volumul de pia, reprezentand 47% din piata europeana. Este urmata de Grecia

(14%), Austria (12%) si Spania (6%).

In ceea ce priveste capacitati in functionare pe cap de locuitor, liderul european esteCipru, cu 431 kWth/1000 locuitori, urmata de Austria si Grecia, amandoua cu179 kWth/1000 locuitori. Media UE este de numai 21 kW th/1000 locuitori, deoarece inmulte tari piata sistemelor solare abia a inceput sa se dezvolte.


- 13 -

Figura 6: Capacitati termice solare in functiune[Sursa: ESTIF]

Europa conduce in materie de tehnologie, dar reprezinta doar 9% din piata globala.Numai China detine 78% din piata mondiala.4

1.1.4.1 Germania

Germania este liderul traditional de piata pentru sisteme solare in Europa, unde aproape50% din noile capacitate termice solare ale UE sunt instalate. Totusi, dezvoltarea pieteide sisteme solare in Germania a ajuns recent la o rata de crestere mai scazuta. Cu525 MWth, vanzarile totale in 2004 le-am depasit pe cele din anul anterior cu 4%. Cutoate acestea, dupa cresterea serioasa din 2003 aceasta scadere a fost mai putinasteptata si a fost partial explicata printr-o crestere a feed-in tariff pentru energiaelectrica produsa in sisteme fotovoltaice, care ar fi ademenit o parte din clienti si i-ar fifacut sa renunte la utilizarea colectoarelor solare. Cum datorita programului national desubventionare a utilizarii sistemelor solare, aplicatiile de acest fel sunt in crestere din nou,se asteapta ca vanzarile totale pe 2005 in Germania sa fie cu 10-15% mai mari decat in2004.5

4 ESTIF, Solar Thermal Markets in Europe (Trends and Market Statistics 2004), June 2005.5 ESTIF, Solar Thermal Markets in Europe (Trends and Market Statistics 2004), June 2005.


- 14 -

Figura 7: Capacitati solare instalate in Germania[Sursa: ESTIF]

1.1.4.2 Grecia

Alimentata de un an exceptional pe piata, Grecia a surclasat Austria pentru locul doi pepiata de tehnologii solare a UE. 151 MWth de noi capacitati termice solare o crestere de34% in 2004 comparativ cu 2003. Pentru 2005, este asteptata o continuare a tendinteipre 2004 cu vanzari de aproximativ 119 MWth.6

Figura 8: Capacitati termice solare instalate in Grecia[Sursa: ESTIF]

1.1.4.3 Austria

Cresterea constanta continua sa fie marca pietei de sisteme solare in Austria. In 2004, ocapacitate termica solara mai mare cu 9% fata de anul anterior a fost instalata peacoperisurile austriece. Cu 128 MWth, Austria a ramas in urma Greciei in termeni absolutidar a fost la egalitate in ceea ce priveste capacitatea termica solara in functiune pelocuitor: in ambele tari au fost in functiune 179 kWth/1000 locuitori la sfarsitul anului2004. Primele luni ale anului 2005 n-au aratat nicio modificare a ritmului de crestere:Austria poate ajunge la 140 MW th in instalatii noi la sfarsitul anului.7

6 ESTIF, Solar Thermal Markets in Europe (Trends and Market Statistics 2004), June 2005.7 ESTIF, Solar Thermal Markets in Europe (Trends and Market Statistics 2004), June 2005.


- 15 -

Figura 9: Capacitati termice solare instalate in Austria[Sursa: ESTIF]

1.2 BIOMASA PENTRU INCALZIRE

1.2.1 Piata pentru biomasa

Piata UE pentru biomasa pentru incalzire este redusa dar in crestere. Echipamentele deincalzire cu ardere de biomasa solida sunt in prezent cele mai raspandite in zonele undenu exista trasee de alimentare cu gaze. Consumatorii dornici sa utilizeze energia produsape baza de biomasa in scopul protectiei mediului pot deveni membri ai unor retele saugrupuri de mediu, precum:

Prietenii Pamantului Forumuri locale Agenda 21 Greenpeace Green Party Grupuri pentru protectia vietii salbatice, precum RSPB.

Tinand cont de aceste grupuri, unele autoritati locale, agentii energetice si grupuriforestiere locale promoveaza utilizarea caldurii provenita din arderea lemnului, iar incalitate de potentiali instalatori ar fi util sa-i informati despre serviciile de instalaredisponibile. Deoarece alimentarea cu combustibil este atat de importanta, in zonele undeexista deja o infrastructura pentru alimentarea cu combustibil piata caldurii provenita dinlemn este mai dezvoltata. Retelele de alimentare cu combustibil pot fi administrate de ocompanie privata si/sau de o autoritate locala sau regionala.

In anumite regiuni autoritatile locale solicita dezvoltatorilor acelor regiuni sa includaenergia regenerabila la furnizarea de caldura pentru cladiri care depasesc anumitedimensiuni. Incalzirea prin arderea lemnului este una din optiunile care se foloses pentrua indeplini aceasta cerinta. De asemenea, exista o cerere crescanda pentru locuinte cuconsum redus de energie si emisii reduse de CO2. Denumirea de eco-locuinta reprezintao clasificare de mediu a locuintelor. Energia reprezinta o componenta a evaluarii, iardezvoltatorii sau asociatiile de locuinte care urmaresc sa realizeze o clasificare foartebuna pot lua in considerare pentru aceasta incalzirea prin arderea lemnului.


- 16 -

Un studiu realizat de DTI in 2005 a analizat introducerea sistemelor la scara redusa deutilizare a energiilor regenerabile in Marea Britanie pe perioada pana in 20508. Valorilepentru incalzirea locuintelor sunt date in tabelul de mai jos.

Tabelul 1: Introducerea incalzirii cu bioenergie (Sursa: Studiul si analiza Potentialulmicrogenerarii, noiembrie 2005)

Anul 2010 2020 2030 2050Numarul de unitati instalate de incalzirepe biomasa a locuintelor 2792 61064 195550 260000

1.2.2 Combustibilul din lemn

Cel mai cunoscut combustibil pentru sistemele de incalzire a locuintelor pe baza debiomasa este biomasa lemnoasa rezultata din padurile locale si din deseurile forestieresau din culturile energetice precum padurile tinere de salcii. De asemenea, se mai potfolosi deseurile ramase de la taierea lemnelor sau de la alte prelucrari ale lemnului. Celemai convenabile tipuri de biomasa lemnoasa folosite la incalzirea locuintelor sunt aschiiledin lemn, peletele si bustenii.

Aschiile din lemn sunt bucati mici de lemn carora de obicei li se reduce umiditatea.Aschiile au o umiditate mai mare decat peletele, precum si o densitate bruta mai scazuta.Prin urmare aschiile necesita un depozit mult mai mare decat peletele, dar sunt maiieftine pe unitatea de energie decat peletele.

Pentru producerea aschiilor din lemn exista diferite tipuri de masini de aschiere alemnului: aschietoare cu disc, cu cilindru si cu elice. Fiecare dintre aceste tipuri de masiniau avantaje si dezavantaje. Totusi, caracteristica principala o constituie dimensiuneaaschiilor lemnoase rezultate.

Cazanele cu ardere de aschii mici, in general, aschii de calitate ridicata cu umiditateascazuta si dimensiuni bine definite. Aceste caracteristici se obtin cel mai bine utilizand oinstalatie de alimentare cu aer uscat si o masina aschietoare proiectata special pentruproducerea de aschii destinate folosirii drept combustibil.

Figura 10: Aschierea lemnului prin utilizareaunei masini aschietoare cu cilindru condusa

de un tractor fara alimentare electrica

Figura 11: Trebuie avut grija ca aschiilede lemn sa fie ferite de amestecarea cu

impuritati

8 Potential for Microgeneration: Study and Analysis, EST, Element Engineering and Econnect, November2005


- 17 -

Peletele din lemn sunt mai tari si mai dense decat aschiile. Ele se produc, de obicei princompactarea rumegusului, rezultat de exemplu de la taierea lemnului, utlizand diferiteechipamente. De asemenea, ele sunt mai putin supuse riscului producerii de mucegai inconditii de umiditate mare decat aschiile. Cu toate acestea datorita gradului ridicat deprocesare, peletele necesita in general facilitati de producere industriale ceea ce conducela un pret mai ridicat pe unitatea de energie.

Figura 12: Rumegusul este extrudat intr-opresa pentru formarea peletelor

Figura 13: Peletele din lemn de calitateridicata sunt uscate si nu se lipesc intre ele

Bustenii traditionali inca se folosesc destul de mult pentru incalzire. In general, busteniise pot folosi doar in sisteme de incalzire cu alimentare manuala. Diferitele specii de lemnard usor diferit si acest lucru trebuie luat in considerare. Tineti minte ca toate tipurile delemn ard mai bine atunci cand sunt uscate, iar unele ard mai bine atunci cand sunt taiatedecat ca busteni.

Contrar opiniei populare, toate speciile de lemn au o putere calorifica similara. Diferenteleimportante constau in continutul de umiditate la taiere (adica, ridicat la arin, scazut lafrasin) si in densitate care afecteaza gradul de uscare. Densitatea influenteaza continutulde energie prin volum si in acest fel si cantitatea de combustibil inmagazinata necesara sienergia rezultata din arderea unei gramezi intr-un cazan cu ardere de busteni.

Figura 14: Bustenii pot fi stivuiti in mod convenabil pentru uscare


- 18 -

Brichetele din lemn: Brichetele din lemn reprezinta un combustibil similar cu peleteledar comparabil cu bustenii ca dimensiuni. Totusi, dimensiunile lor conduc la ideea catrebuie arse in aceleasi sisteme i instalatii de ardere folosite si pentru busteni.

1.2.2.1 Alegerea combustibilului potrivit

Alegerea combustibilului depinde de anumiti factori. Combustibilul se alege in functie deprioritatile clientului. De exemplu, peletele sunt potrivite pentru un client cu spatiu dedepozitare limitat si care are nevoie de un sistem complet automatizat, in timp ce busteniisunt ideali intr-o asezare rurala unde clientul doreste sa-si foloseasca resursa decherestea proprie.

Printre factorii importanti care trebuie considerati se numara: disponibilitatea surse locale, la fata locului, siguranta in furnizare costul, inclusiv prelucrarea si livrarea avantajele si potentialul pentru automatizare disponibilitatea spatiului de depozitare costul echipamentului de ardere si a oricarui sistem de alimentare cu

combustibilul necesar.In Tabelul 2 este data o comparatie intre diferitele tipuri de combustibili.

Tabelul 2: Comparatie intre aschii de lemn, pelete si busteni

Combustibil Avantaje DezavantajeAschii delemn

Usor de produs local din taierilecosmetice ale padurilor

Costuri cu combustibili mult mai mici Cheltuielile cu combustibilul lemnos

pot aduce beneficii economiei locale

Poate necesita o instalatie dealimentare cu combustibil mai mare,in functie de cantitatea de combustibil

Sistemul de ardere are costuri mairidicate, deoarece aschiile necesita ocapacitate de depozitare mai mare, siun echipament de alimentare cucombustibil mai robust

Este nevoie de serviciile unuiaschietor profesionist

Potrivite doar pentru echipamente maimari, adica >25 kW

Pelete dinlemn

Instalatia de alimentare cucombustibil similara cu cea de lainstalatiile de incalzire conventionale

Costuri de capital mai ieftine datoritanaturii mai uscate si mai omogene acombustibilului

Combustibil mai dens inseamnaspatiu de depozitare mai redus sitransport mai usor

Potrivit pentru instalatii foarte mici

Costuri cu combustibilul mai mari Este putin probabil ca furnizarea

combustibilului sa se faca local siaceasta nu produce impact economiclocal

Busteni Bustenii pot fi depozitati sitransportati convenabil cand sunt ingramada

Circulatia usoara aaerului printr-ogramada de busteni permite o bunauscare a acestora

Pot fi procurati usor la fata loculuisau local

Mai putin potriviti pentru sistemeautomate (desi unele exista)

Necesita spatiu de depozitare marecare sa permita pastrarea lor timp de1 2 ani la uscare


- 19 -

1.2.2.2 Potentiali furnizori

In ceea ce priveste furnizarea combustibilului lemnos, cu cat aceasta se face din surselocale cu atat mai bine deoarece transportarea combustibilului pe distante lungi poatecreste semnificativ costul acestuia mai ales pentru aschii din lemn care sunt de obiceimai umede si mai putin dense decat peletele. Intr-o anumita zona poate sau nu poateexista un furnizor de combustibil lemnos, iar aceasta este un lucru important care trebuieluat in considerare in estimarea fezabilitatii unei instalatii de incalzire pe lemn.

In anumite regiuni cooperativele din industria lemnului pot actiona drept furnizori decombustibil lemnos, care sunt sau nu sunt deja implicate in aceasta, sunt grupurile careau in administrare paduri sau chirurgii de copaci. Si agentiile locale de energie pot fi osursa de informatii cu privire la potentialii furnizori de combustibil lemnos. Mai mult, inanumite tari potentialii furnizori pot fi gasiti in baze de date centralizate, de ex. Anglia,Scotia si Tara Galilor acestia sunt listati din baza de date Logpile a Fundatiei EnergeticeNationale.

1.2.3 Continutul de umiditate

Lemnul proaspat taiat are un continut de apa de 40-60%. Energia utila disponibiladepinde de cantitatea de umiditate prezenta. Lemnul ideal ar trebui sa fie cat de uscatposibil. Apa nu contribuie cu nimic la energia continuta de combustibil si va reduceenergia utila a lemnului.

Figura de mai jos prezinta relatia intre puterea calorifica si continutul de umiditate.

Continutul de umiditate sin combustibil influenteaza procesul de ardere. Lemnul udnecesita o perioada mai lunga de timp pentru stationare in interiorul cuptorului pentruuscare inainte de ardere, ceea ce necesita un gratar mai mare. Energia este necesaradin lemnul ars pentru a usca combustibilul proaspat astfel incat cu cat combustibilul estemai umed cu atat contine mai putina energie disponibila sub forma de caldura utila.Continutul de umiditate este, de asemenea, un factor foarte important care influenteazacosturile de transport. Deoarece costurile de transport ale unei tone de combustibil umedsunt aceleasi cu transportul unei tone de lemn uscat este preferabil sa se transporte catmai putina apa posibil. Consistenta continutului de umiditate al combustibilului esteimportanta pentru functionarea eficienta a echipamentului cu combustibil lemnos.


- 20 -

Diferitele echipamente pot tolera diferite valori ale continutului de umiditate dincombustibil. In general, echipamentele mai mari sunt mai bune pentru manipulareacombustibilului mai umed si mai putin sensibile la schimbarile in continutul de umiditatedin combustibil. Echipamentele folosite intern, de regula, au cerinte stricte pentrucombustibilul uscat lemnos. Ghidul de utilizare al producatorului trebuie sa insoteascaintotdeauna combustibilul. In mod caracteristic, continutul de umiditate este mai putin de25% pentru butuci si mai putin de 35% pentru aschii.


- 21 -

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80Continutul de umiditate (%)

Pute

rea

calo

rific

a(M

J/kg

)

Figura 15: Relationship between moisture content and calorific value of soft wood

Exista dou metode folosite pentru calculul continutului de umiditate, Pe baza umiditatii siPe baza uscata. Metoda cea mai comuna folosita este metoda Pe baza umiditatii, desipadurarii tind sa foloseasca metoda Pe baza uscata. Este important de notat ca celedoua metode vor oferi rezultate diferite pentru aceeasi bucata de lemn analizata. Mai joseste prezentat un exemplu de calcul:

Exemplu

O cantitate de lemn cu o masa totala de 10 kg este uscata intr-un cuptor astfel incat toatacantitatea de apa este inlaturata si apoi cantitatea de lemn este cantarita. Noua masacantareste 8 kg. Continutul de umiditate este calculate astfel:

Pe baza umiditatii

%20)10(

)2()( kgudlemnuluimasa

kgapeimasaCUumiditatedecontinutul

Pe baza uscata

%25)8(

)2()( kgudlemnuluimasa

kgapeimasaCUumiditatedecontinutul

1.2.4 Puterea calorifica

Continutul de energie pe unitatea de masa sau volum este cunoscut drept puterecalorifica. Puterea calorifica este exprimata, de regula, in MJ(GJ)/kg sau cateodata inkWh/kg. Exista doua moduri diferite de exprimare a continutului de energie din lemn.Acestea sunt prezentate mai jos:

1. Puterea calorifica bruta sau puterea calorifica superioara (PCS). Aceasta estemetoda folosita in mod normal in Marea Britanie si reprezinta caldura produsa prinarderea completa a lemnului la presiune constanta si cu condensarea continutuluide umiditate original al lemnului si cu vaporii de apa care se formeaza in timpularderii.

2. Puterea calorifica neta sau puterea calorifica inferioara (PCI). Aceasta estemetoda este in mod curent folosita in Europa si reprezinta cantitatea de calduraprodusa prin arderea completa a combustibilului cu vapori formati in timpul arderii


- 22 -

in stare gazoasa. Aceasta inseamna ca recuperare caldurii prin condensareavaporilor din debitul de gaz nu este inclusa. Deoarece cazanele cu lemncondensate sunt foarte rare aceasta metoda este mai realistica pentru masurareacantitatii de energie utila.

Atunci cand se face referire la ghidul producatorului sau cand se vorbeste cu un furnizorde combustibil este important sa se specifice care valoare este utilizata si daca putereacalorifica se refera la lemnul ud sau la lemnul uscat in cuptor.

Tabelul 3: Puterea calorifica si densitatea in volum pentru o serie de combustibili9 (de laBiomass Energy Centre)

CombustibilulEnergia pe

masaGJ/t

Energia pemasa

kWh/kg

Densitatea involumkg/m3

Energia pevolumMJ/m3

Energia pevolum

kWh/m3

Aschii din lemn (foarte dependentede continutul de umiditate) 7-15 2-4 175-350 2.000-3.600 600-1.000

Butuci din lemn (gramezi in aer:continut de umiditate 20%) 15 4.2 300-550 4.500-8.300 1.300-2.300

Lemn (solid uscat in cuptor) 18-21 5-5.8 450-800 8.100-16.800 2.300-4.600

Pelete din lemn 18 5 600-700 10.800-12.600 3.000-3.500

Carbune (de la lignit pana laantracit) 20-30 5,6-8,3 800-1.100

16.000-33.000 4.500-9.100

Petrol 42 11,7 870 36.500 10.200

Gaz natural 54 15 0,7 39 10,8

1.2.5 Constituenii lemnului

1.2.5.1 Substante volatile

In timpul procesului de ardere caldura rupe moleculele mari de lignina si celuloza pentrua forma compusi organici volatili (VOCs). Acesti compusi organici volatili reprezintaaproape 80% din masa uscata a lemnului. Acesti compusi se aprind la o temperatura de350C dar arderea completa a substantelor volatile se realizeaza la o temperatura depeste 600C.

1.2.5.2 Cenusa

Combustibilii lemnosi contin si parti incombustibile cum ar fi: cenusa, potasiu (K), sodiu(Na), fosfor (P), calciu (Ca) si silicon (Si). In mod normal combustibilul lemnos contineintre 0,5 si 2% cenusa. Cenusa continuta de lemn provine in principal din sol si din nisipulabsorbit in scoarta. O proportie mica provine si din sarurile absorbite in timpul perioadeide crestere a copacului.

Cenusa poate sa mai contina si metale grele, acuzand efecte nedorite asupra mediului,insa continutul de metale grele din lemn este in mod normal mult mai redus decat este inalti combustibili fosili cum ar fi carbunele. O caracteristica speciala a cenusii esteproprietatea acesteia de a conserva caldura. Pentru sobele cu lemn stratul de cenusa de

9 Biomass Energy Centre website: http://www.biomassenergycentre.org.uk/portal/


- 23 -

fundul sobei formeaza o suprafata incalzita care transfera caldura pentru ardereacompleta a mangalului. Pentru sistemele de incalzire care folosesc gratar , cenusa esteimportanta in protejarea gratarului impotriva caldurii de la flacari.

Lemnul contine, de asemenea, saruri care sunt importante pentru procesul de ardere. Latemperaturi foarte ridicate (>1000C) cenusa se poate topi formnd clinker-ul. Cativacombustibili cu continut ridicat de cenusa si in special cei cu continut ridicat de siliciu potforma clinker la temperaturi mai reduse. Paiele si culturile energetice cum ar fi deexemplu .................

1.2.6 Calitatea combustibililor si standarde de combustibili

Calitatea combustibililor pe baza de men este absolute hotaratoare pentruasigurarea unei functionari fiabile a sistemelor de incalzire care sunt alimentate cu lemn.O specificatie sau un standard pentru combustibilul pe baza de lemn ofera incredereutilizatorului final ca .. a combustibilului pe baza de lemn cu o specificatie datava fi de o calitatea corespunzatoare. Acest lucru ofera posibilitatea unui furnizor sadecida asupra speciilor si marimii copacilor, a echipamentelor de procesare care sepotrivesc cel mai bine pentru a produce combustibilul pe baza de lemn specificat. Deasemenea, cumparatorul isi poate evalua mai exact cantitatea de combustibil pe baza delemn necesara pentru a produce cantitatea de caldura ceruta.

In acest domeniu exista o varietate de ghiduri si standarde referitoare la marimeaparticulei, continutul de umiditate, continutul de cenusa si nivelul de poluanti pentru aschiisi pelete din lemn. Producatorii de echipament emit specificatiile lor proprii pentrucombustibil, folosirea altor combustibili in afara de cei specificati poate anula garantiaechipamentului, cat si de a prejudicial performanta si chiar a distruge echipamentul.Consistenta calitatii combustibilului si in particular continutul de umiditate este, deasemenea, foarte important cum la fel de important este si lipsa elementelor decontaminare a mediului.

Specificatia combustibilului trebuie sa fie convenita cu furnizorul atunci cand se incheieun contract de furnizare. In general, cu cat cazanul este mai mic cu atat mai mare trebuiesa fie calitatea combustibilului cerut si cu atat mai mica trebuie sa fie toleranta pentruvariatia calitatii. Deci, pentru echipamentele casnice calitatea combustibilului este foarteimportanta.

CEN/TC 335 este comitetul tehnic care elaboreaza proiectul de standard care descrietoate formele de biocombustibili solizi la nivelul UE incluzand aici: aschiile din lemn,peletele si brichetele din lemn, butucii, rumegusul si balotii de paie. Standardeleeuropene specifica:

Originea: In general va fi specificat ca produsele din lemn curate/netratateprovenite din agricultura, silvicultura si din sectoarele de prelucarre a cheresteleitrebuie sa fie utilizate fara impuritati; trebuie solicitata parerea competenta a unuiexpert inainte de utilizarea oricarui material.

Dimensiunea particulei (P15 / P30 / P50 / P100) maxima, minima si gradual. Continutul de umiditate (M20 / M30 / M40 / M55 / M65) in procente (pe baza

umiditatii). Continutul de cenusa (A0.5 / A1 / A3 / A6 / A10) in procente si compozitia

chimica.


- 24 -

Pana cand standardul CEN TC 335 va fi ratificat si acceptat peste tot se folosestestandardul austriac NORM pentru aschii si pelete din lemn. Standardul pentru aschii aretrei specificatii (materialul din care provin, dimensiunea particulei si continutul deumiditate). Distributia dimensiunii particulei .

Tabelul 4: Distributia dimensiunii aschiilor din lemn10

Parametrul G30 G50 G100

Aria sectiunii transversale maxime (cm2) 3 5 10

Lungimea maxima (intervalul mare subtire) (cm) 8,5 12 25

Materialul aspru (max. 20%) (retinut de catre sita cu plasa cuochiuri largi, mm)

16 31,5 63

Materialul principal (60-100%) (retinut de catre sita cu plasa cuochiuri largi, mm)

2,8 5,6 11,2

Materialul fin (max. 20%) (retinut de catre sita cu plasa cuochiuri largi, mm)

1 1 1

Praf (max. 4%) (trece prin sita cu plasa cu ochiuri largi, mm) 1 1

Poluanti: Combustibilul pe baza de lemn trebuie sa fie fara poluanti. Factori, cum ar fisursa de provenienta a lemnului, metoda de recoltare, si manipulare a produsului vadetermina proportia de contaminanti prezenti in combustibilul pe baza de lemn. Cenusapura, de exemplu fara nisip sau combustibil nears este de aproape 0,5 pana la 2,5% dingreutatea combustibilului pe baza de lemn uscat in cuptor.

Standardele folosite pentru peletele din lemn sunt: Austria - NORM 7135-1 Suedia - SS 1871 20 Marea Britanie Codul de buna practica Standardul armonizat CEN TC 335

Standardul austriac NORM 7135-1 este in mod obisnuit solicitat de catre producatoriide echipamente care functioneaza cu pelete. Standardul solicita ca peletele saubrichetele sa fie facute doar din lemn pur, doar cu lianti naturali pana la 2%. Valorile limitapentru parametrii fizici si chimici sunt prezentati in Tabelul 5.

Tabelul 5: Standardul austriac NORM 7135-1 pentru pelete din lemn

Lungime 5 x diametru (6 mm)Densitate/unitate >1,12 kg/dmContinut de apa 10%Continut de cenusa 0,5 %Putere calorifica >18 MJ/kgSulf 0,04%Azot 0,30%Clor 0,02%Diametru 4 mm


- 25 -

Tabelul 6: Principalele proprietati fizice ale combustibililor si impactele lor

Proprietatea fizica ImpacturiContinut de umiditate Volumul combustibilului solicitat, consideratii de stocare si pierderi

in material uscata, puterea calorifica a combustibilului, auto-aprinderea, proiectare potrivita a echipamentului

Puterea calorifica Volumul de combustibil solicitat, proiectarea echipamentuluiContinutul de substantevolatile

Descompunere termica si comportarea in timpul arderii, putereacalorifica a combustibilului

Continutul de cenusa Emisii de praf, cerinte pentru inlaturarea cenusiiComportarea cenusii latopire

Clinker, functionare in siguranta, tehnologia de ardere, controlulprocesului

Densitatea in gramada Spatiul de depozitare, transport si manipulareDensitatea particulei Rata de arderePhysical dimensions Hoisting and conveying, tehnologia de ardere, blocare a sarjei in

furnalDistributia dimensiunii Functionarea in siguranta, ususrinta uscarii, transferul de

combustibil, controlul arderiiPartile fine (wood pressings) Volumul depozitului, pierderile la transport, formatiuni de praf


- 26 -

Colector solar Apa caldaCos Depozit pelete

Cazan peleteApa rece

Unitate incalzire

Circuitincalzire

Injectie aer

Unitate decontrolpentrucolectorulsolar

Unitatede controlpentrucazanRezervor acumulare caldura

2. SISTEME COMBINATE DE INCALZIRE BIOMASA-ENERGIE SOLARA PENTRUAPLICATII REZIDENTIALE

Sistemele combinate de incalzire biomasa-energie solara sunt alcatuite din componenteale sistemului de incalzire termica solara si din componente ale sistemului de incalzire cubiomasa. Principalele componente ale acestor sisteme sunt: Cazanul pe baza de combustibil lemnos inclusiv infrastructura acestuia (depozitul de

combustibil, sistemul de alimentare cu combustibil etc.) Sistemul termic solar (colectori solari, circuitul solar etc.) Sistemul de acumulare a caldurii, si Sistemele de control.

Figura 16: Sistem combinat de incalzire pelete-energie solaraSursa: Fachagentur fr Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) Publication: Holzpellets

komfortabel, effizient, zukunftssicher;http://www.depv.de/uploads/media/Holzpellets_2005.pdf

Exista doua tipuri de sisteme care sunt utilizate pentru combinarea sistemului de incalziretermica solara si sistemul de incalzire cu lemn, si anume: sistemul de preparare a apeicalde menajere si sistemul termic-solar asistat pentru incalzirea spatiului si preparareaapei calde menajere. Diferenta intre aceste doua sisteme este ca sistemul pentruprepararea apei calde menajere foloseste componenta termica solar doar pentruincalzirea apei calde menajere, iar incalzirea spatiului este asigurata in intregime de catrecazan. In cazul sistemului termic-solar asistat pentru incalzirea spatiului si preparareaapei calde menajere caldura generate de componenta termica solara este, de asemenea,utilizata pentru incalzirea spatiului.

In cazul sistemelor de preparare a apei calde menajere sistemul termic solar esteproiectat sa furnizeze caldura pentru prepararea apei calde in perioada lunilor de vara,Cazanul pe lemn poate fi oprit in timpul acestei perioade. Datorita acestui lucru nu estenecesar combustibil (biomasa provenita din lemn) pe perioada verii. In timpul lunilor deiarna, sistemul termic solar pre-incalzeste apa calda menajera. Astfel, sistemul de


- 27 -

preparare a apei calde menajere este capabil sa economiseasca pana la 80%11 dincombustibilul necesar prin necombinarea sistemelor de incalzire pentru prepararea apeicalde menajere. Sistemul combinat energie solara-lemn care foloseste sistemul termicsolar pentru incalzirea spatiului si prepararea apei calde permite o economie de pana la30% din necesarul anual de comustibil pentru incalzirea spatiului si prepararea apei caldemenajere. De fapt, toate cifrele brute date depend de consumul individual si de tipulcladirii. Exista cateva tipuri de sisteme pentru prepararea apei calde si de sistemetermice solare asistate pentru incalzirea spatiului si pentru prepararea apei calde.

2.1 SISTEM PENTRU PREPARAREA APEI CALDE MENAJERE

2.1.1 Sistemul standard

Aproape toti producatorii ofera sisteme standard pentru aplicatii rezidentiale la scaramica. Este un sistem cu circuit dublu cu doua schimbatoare de caldura integrate. Primulschimbator de caldura serveste ca alimentare a sistemului solar care genereaza caldura.Al doilea schimbator transfera caldura generate de catre cazanul pe lemn. Rezervorul deacumulare al caldurii contine apa. Pentru o temperatura confortabila, un amestecator cutrei cai poate modula temperatura maxima a apei. Circulatia sistemului este relativesimpla. Sunt aplicate principiile de control stabilite.

Pompa din circuitul solar este facuta atunci cand temperatura colectorului depasestetemperatura cea mai scazuta din rezervor cu peste 5-8oC. Cand temperatura unitatii deacumulare este mai mica decat temperatura de stand-by atunci limita de temperaturaeste stabilita de controlerul cazanului si apoi cazanul incalzeste unitatea de stocare. Intimpul acestui process pompa din circuit ramane inchisa. Cand sunt conectate douarezervoare in cascada ele pot fi incalzite amandoua de catre componenta termica solaraa sistemului. .. este incalzit ca prima prioritate sau doar rezervorul preincalzit esteincalzit termic solar si este incalzit la cerere.

Figura 17: Sistem combinat de preparare a apei calde cu cazan care functioneaza cucombustibil pe baza de lemn

Sursa: Wagner & Co Solartechnik GmbH

Atunci cand se foloseste un rezervor stratificat pentru prepararea apei calde menajeresau un rezervor tampon caldura provenita de la colectori este directionata catre un nivel

11 ko-Institut e.V. (Hrsg.): Thermische Solaranlagen. Marktbersicht; Staufen bei Freiburg: kobuch


- 28 -

de temperatura adecvat in rezervor. In cazul acestor tipuri de instalatii rezervorulstratificat este umplut doar cu apa potabila din motive de igiena. In comparatie cu alterezervoare de stocare . Cand un rezervor de acumulare functioneaza cu tamponde apa, un schimbator de caldura in current direct incalzeste apa calda menajera (apapotabila). Capacitatea sistemului este determinata de un bun reglaj al controluluidescarcarii caldurii din rezervorul de stocare in relatie cu diferite tipuri de ...12

2.1.2 Instalatii cu doua rezervoare

Sistemele de preparare a apei calde menajere echipate cu doua rezervoare deacumulare a caldurii, circuitul solar se incarca peste un schimbator de caldura intern sauextern cu un rezervor tampon de acumulare. Rezervorul de acumulare de apa caldamenajera este incalzit de catre rezervorul tampon conectat in aval. Circuitul cazanuluicare arde lemn incalzeste partea superioara a unitatii de acumulare a apei caldemenajere. Temperatura din rezervorul tampon de acumulare a caldurii este dependentaexclusive de furnizarea de energie solara. Pierderile de energie sunt mai reduse incomparative cu sistemele in care rezervorul tampon de acumulare este incalzit de catrecazan. Rezervorul de acumulare pentru apa si rezervorul tampon de acumulare esteimpartit in sisteme mari din motive de igiena a apei si pentru conservarea energiei.

2.2 SISTEMUL TERMIC SOLAR PENTRU ASISTAREA INCALZIRII SPATIULUI SI PREPARAREAAPEI CALDE MENAJERE

Atunci cand sistemul de incalzire este doar in etapa de proiect est foarte important sa seconsidere si varianta sistemului termic solar. Scaderea cererii de incalzire pentru caselemoderne cu emisii reduse si performantele superioare ale sistemelor termice solarefavorizeaza tendinta instalarii de sisteme termice solare in aplicatii de incalzire. In ciudaacoperirii solare reduse pentru incalzirea spatiului (10-30%), sistemel termice solareasistate pentru incalzire prezinta o substituire mai ridicata de energie primaracomparative cu sistemele de preparare a apei calde menajere.

Asistarea incalzirii este implementata tehnic pe doua cai. Fie cazanul incarca rezervorulde acumulare si rezervorul alimenteaza circuitul de incalzire fie sistemul termic solarcreste temperatura de retur a caldurii din cazan.13

12 Cf. Kasper/Remmers/Spitzmller/Weyres-Borchert, Solarthermische Anlagen, DGS, Deutsche Gesellschaftfr Sonnenenergie e.V. p. 3-7 et sqq.13 Kasper/Remmers/Spitzmller/Weyres-Borchert, Solarthermische Anlagen, DGS, Deutsche Gesellschaft frSonnenenergie e.V. p. 4-9 et sqq.


- 29 -

Figura 18: Sistem termic solar pentru prepararea apei calde menajere si asistarea incalziriiSursa: Wagner & Co Solartechnik GmbH

2.2.1 Sistemul de acumulare combinat (sistemul rezervor-in-rezervor)

Intr-un sistem combinat de acumulare un rezervor de mici dimensiuni de apa menajeraeste contruit in rezervorul tampon de acumulare. Circuitul termic solar trece peste unschimbator de caldura intern in partea cea mai de jos a cazanului. Cazanul alimenteazarezervorul de acumulare in partea superioara. Circuitul de caldura descarca caldura dinrezervor in sectiunea din mijloc si se intoarce in partea cea mai de jos a rezervorului deacumulare. Acest tip de sistem nu solicita nici un fel de sisteme complexe de control. Apacalda menajera este golita din rezervorul de acumulare intern. Rezervorul este re-umplutapoi cu apa rece. Re-umplerea frecventa a rezervorului cu apa rece poate avea oinfluenta negativa asupra temperaturii.

Figura 19: Sistemul rezervor-in-rezervor combinat cu un cazan care arde lemnSursa: Wagner & Co Solartechnik GmbH

2.2.2 Sistemele cu acumulare tampon, cu golire interioara a schimbatorului decaldura si conducta de golire

Rezervorul tampon de acumulare este incarcat de sistemul termic solar prin trecerea


- 30 -

ControlerApa caldamenajera

Apa rece

Incalzire

Cazan pelete

peste un schimbator de caldura extern in doua sectiuni. Nivelul de temperatura determinacare sectiune este incarcata. Descarcarea apei calde pentru utilizare casnica esterealizata peste un schimbator de caldura intern montat deasupra conductei de golire.Atunci cand schimbatorul de caldura se raceste datorita debitului introdus de apa rece seproduce o golire a conductei de apa in aval. In interiorul rezervorului de acumulare debitulcreste permitand Caldura din cazan este transmisa rezervorului de acumulare inpartea superioara. Caldura de retur a cazanului fie creste caldura ..Controlul complex al acestui tip de sistem este destul de simplu, insa temperatura de.. nu este optima.

2.2.3 Rezervor de acumulare in strat

Rezervoarele de acumulare in straturi care sunt folosite in sistemele de preparare a apeicalde menajere si functioneaza doar cu apa potabila sunt de fapt proiectate pentruasistarea sistemelor de incalzire. Aceste rezervoare sunt echipate cu un incarcator strat.Incarcatorul strat asigura faptul ca, caldura termica solara si caldura de retur suntintroduce in stratul corect. Caldura din cazan este incarcata in partea superioara arezervorului de acumulare. Un schimbator de caldura extern echipat cu o pompa decircuit cu control al vitezei extrage apa calda menajera. Sistemul functioneaza foarteeficient. Controlul pompei de descarcare este foarte complex insa acest lucru nudetermina nicio restrictie practica deoarece producatorii ofera o gama variata de sistemeprefabricate.

Figura 20: Sistemul cu doua rezervoare[Sursa: Fa. Solvis Germany with English translations]


- 31 -

2.2.4 Sistemul cu doua rezervoare

In sistemul cu doua rezervoare, rezervorul tampon de stocare pentru apa calda menajera(potabila) este in mod traditional separata de rezervorul tampon de acumulare a caldurii.Circuitul solar termic incarca atat rezervoarele in partile lor inferioare, dar si rezervorul deapa calda menajera care are prioritate la incalzire. Fiecare rezervor de acumularealimenteaza sistemul din aval. Acest tip de sistem poate fi folosit pentru ..sistemului de incalzire cu asistenta din partea incalzirii termice solare. Rezervorul deacumulare solar termic deja instalat poate fi adaptat in sistem. Comparativ cu sistemeledescrise anterior, sistemul cu doua rezervoare necesita mai mult spatiu, au un sistem deconducte mult mai complicat si au un sistem de conducte mult mai complicat si aupierderi mai mari de caldura din unitatea de acumulare.

Figura 21: Sistemul cu doua rezervoare[Sursa: Wagner & Co Solartechnik GmbH]


- 32 -

3. TEHNOLOGIA INCALZIRII CU COMBUSTIBILI PE BAZA DE LEMN

3.1 ARDEREA COMBUSTIBILILOR PE BAZA DIN LEMN

Toate procesele de ardere pentru a se produce necesita trei elemente: combustibilul, unoxidant si o sursa de caldura. Combustibilul este lemnul, oxidantul este aerul, iar sursainitiala de caldura provine de obicei de la un element electric (pistol cu aer cald) sau incazurile cele mai simple de la un chibrit. Intelegerea cat mai buna a procesului de ardereeste esentiala in a intelege cum se poate obtine cea mai mare cantitate de energie utiladin arderea combustibilului pe baza de lemn.

Figura 22: Procesul de ardere necesita: combustibil , oxidant si o sursa de caldura

3.1.1 Procesul de ardere

Procesul de ardere al biomasei solide consta in cinci etape principale: uscarea, piroliza,oxidarea/gazeificarea gazelor si oxidarea mangalului.

Uscarea: Etapa de uscare este influentata de dimensiunea particulelor fluidului side continutul de umiditate. Caldura este furnizata de flacari si de la peretii insusiai cuptorului.

Piroliza si gazeificarea: Cand biomasa incepe sa devina aproape in totalitatetemperatura creste la aproape 200C, incepe procesul de piroliza (in interiorullemnului) si procesul de gazeificare (la suprafata). In timpul procesului de pirolizamateria volatila este eliberata sub forma de vapori si uleiuri.

Oxidarea substantelor volatile si a mangalului: Peste temperatura de 400Ccombustibilul incepe sa oxideze (sa arda). La aceasta etapa caldura esteeliberata din procesul de ardere. Caldura eliberata aprinde materialele volatilecare dau nastere la flacara galbena care arde deasupra combustibilului. Candmaterialele volatile se epuizeaza materialul solid (mangalul) se oxideaza latemperaturi de 8001000oC.

Cele cinci etape ale procesului de ardere sunt prezentate in Figura .


- 33 -

Figura 23: Procesul de ardere[Graph: Duncan Kerridge]

3.1.2 Randamentul procesului de ardere

Randamentul procesului de ardere se refera la cat de bine transforma echipamentul deincalzire combustibilul in energie utila. O ardere cu un randament de 100% va extragetoata energia disponibila in combustibil, insa acest lucru este imposibil de realizat datoritapierderilor de caldura cu gazelle de ardere si pierderile prin peretii cazanului. Calculele derandament al arderii presupun o ardere completa a combustibilului si urmaresc treifactori:

Compozitia chimica a combustibilului (procentele de H2, C, O2 si alete substante)si cata energie este inglobata chimic in combustibil.

Temperatura neta a gazelor de ardere sau cat de multa caldura se evacueaza pela cos.

Procentul de O2 sau CO2 in volum dupa procesul de ardere sau cat de mult O2 afost folosit in procesul de ardere.

Randamentul global al procesului de ardere depinde de caracteristicile combustibilului: Continutul de umiditate: Un continut ridicat de umiditate inseamna o perioada mai

lunga de timp pentru uscare si folosirea unei cantitati mai mari de caldura pentru ase evapora apa continuta in combustibil.

Puterea calorifica a substantei uscate. Continutul de substante volatile. Dimensiunea particulei si variatia de dimensiune: Particulele mai mari au o

suprafata redusa la proportia volumului si astfel etapa de uscare va dura mai multtimp.

Randamentul arderii depinde de realizarea celor trei T si a excesului de:

Temperatura, Timp si Turbulenta

Absorbtie caldura

Apa Fum

Uscare Piroliza sigazificare

cca 80%productie de

caldura Apa

Ardere gaz Arderemangal

Cenusa

cca 20%productie de

caldura

Aprindere


- 34 -

Aer primar

Aer secundar Aer secundar

Gaze fierbinti catre cazan

Lemn uscatLemn ars Lemn ars

Burghiu surubpentru

combustibil

Pentru ca procesul de ardere sa se produca trebuie indeplinite urmatoarele conditii: Prezenta aerului in exces O buna amestecare a gazelor de combustibil cu aerul furnizat. Acest lucru poate

fi asistat de prezenta .. in arzator. Amestecul de gaze de ardere-aer solicita un timp sufficient de lung de sedere

in zona de reactie pentru a se realiza arderea completa. Acest lucru estedeterminat de catre camera de ardere si de volumul gazelor de ardere.

Intregul proces necesita temperatura optima de ardere:i. O temperatura de ardere prea scazuta determina o ardere incomplete si emisii

mari de COii. O temperatura de ardere prea ridicata determina probleme de zgurificare

(clinkerul se depune pe suprafete de transfer de caldura).Temperatura de ardere poate fi controlata prin:1. Aerul de ardere furnizat2. Recircularea gazelor de ardere3. Suprafetele raciteTemperatura de ardere va fi, de asemenea, dependenta de compozitia

combustibilului (continutul de umiditate si puterea calorifica), de proportia aerului in excessi de temperatura aerului de ardere.

3.1.3 Aerul de ardere si proportia excesului de aer,

Aerul de ardere este furnizat ca aer primar, aer secundar si uneori tertiar: Aerul primar este furnizat sub gratar si este utilizat pentru a usca combustibilul, a

raci gratarul si a oferi aerul pentru arderea mangalului. Aerul secundar este furnizat peste combustibil si poate fi pre-incalzit. Aerul

secundar furnizeaza oxigenul pentru arderea substantelor volatile. Aerul tertiar poate fi adaugat in continuare la sfarsitul fazei secundare de ardere

pentru a asigura arderea completa a substantelor volatile.

Figura 24 de mai jos indica alimentarea cu aer primar si secundar intr-un arzatorinsuficient alimentat.

Figura 24: Arzator insuficient alimentat cu aer primar si aer secundar


- 35 -

Coeficientul aerului in exces () este o masura a aerului furnizat in procesul de ardere

comparative cu cererea minima de aer pentru oxidarea completa a combustibilului. Pentru oxidarea stoechiometrica a combustibilului, cantitatea exacta teoretica de

oxygen pentru arderea completa, = 1

Cand este furnizat mai putin aer decat este necesar pentru o oxidare completa,0 < < 1

Atunci cand nu exista oxigen, = 0. Acesta este fenomenul de piroliza (conversia

termochimica in lipsa unui agent oxidant). > 1 se refera la situatia in care este prea mult aer (aer in exces) decat este

nevoie pentru oxidarea completa. Atmosfera este deci oxidanta. Aceste conditiisunt, de regula, mentinute in timpul arderii.

Excesul de aer sau lamda necesar pentru o ardere optima a combustibilului pe baza delemn are valori cuprinse intre 1,4 si 1,6, dar depinde de echipamentul de ardere cat si decombustibil. In tabelul 7 de mai jos sunt prezentate valori ale coeficientului aerului inexces.

Tabelul 7: Valori ale coeficientului aerului in exces si continutul de O2 ale gazelor de ardererezultate14

Echipament Coeficientul deexces de aer,

Continut de O2 in gazelede ardere rezultate, uscat

%Foc deschis >3 >14Soba butuci 2,1-2,3 11-12Cazan pelete 1,3

Figura 25: Arderea ideala a lemnului are loc la o valoare a coeficientului de exces de aerintre 1,4 si 1,6. Continutul de O2 in gazele de ardere va fi de 7,5%. Curba de mai sus arata

faptul ca procentul de CO2 este de aproximativ 13%, iar excesul de aer 1,5.

14 Wood for Energy Production, Centre for Biomass Technology (http://www.videncenter.dk), available fromhttp://www.ens.dk

Procent in gazele de ardere uscate


- 36 -

Echipamentele moderne care ard lemn permit un control al aerului de ardere. Pentrucazanele mai sofisticate folosind un sensor lambda.

3.1.4 Emisiile

Emisiile provenite din arderea incomplete includ: monoxide de carbon (CO), funingine(C), hidrocarburi si compusi (CmHn) si particule nearse. Aceste substante sunt daunatoaresi determina depunerea de funingine pe cos. Aceste emisii trebuie sa fie evitate prinasigurarea unor conditii optime de ardere, asa cum au fost descrise mai sus.

Emisiile provenite din arderea completa includ oxizii de azot NOx. Acestia provin atat dinazotul din lemn si din azotul din aerul de ardere, insa oxizii de azot sunt de nedoritdeoarece cauzeaza ploaia acida si smogul. Emisiile de NOx cresc cu cresterea aerului inexces, continutului de azot din combustibil, temperaturile ridicate de ardere si timp desedere mai lung (ixista deci un echilibru fin intre realizarea arderii complete si prevenireaemisiilor de NOx). Emisiile de NOx pot fi limitate prin urmatoarele masuri:

O injectie treptata de aer primar si secundar de combustie in zone separate(camerele de ardere)

Un coeficient de aer () in camera de combustie primara intre 0,6 si 0,8

Timpul de sedere al gazelor de ardere in camera de combustie primara deaproximativ 0,3 0,5 sec.

Exces de aer redus in camera de ardere secundara

Alte emisii posibile sunt emisiile de acid clorhidric (HCl) care poate fi coroziv. Majoritatealemnului are un continut foarte redus de clor astfel incat emisia de HCl nu este oproblema. Oricum, cativa bio-combustibili cum ar fi boabele de grau au un continutsuficient de mare de clor pentru a cauza probleme cu coroziunea in camera de ardere sischibatorul de caldura. Oxizii de sulf nu ar trebui sa fie in mod normal o problema laarderea combustibililor pe baza de lemn deoarece lemnul are un continut redus de sulf.Alte emisii daunatoarea cum ar fi polychlorinated dioxins (PCD) se pot forma daca lemnulcare urmeaza sa fie ars contine urme de vopsea sau alte chimicale. Din acest motivtrebuie folosit doar lemn curat.

3.1.5 Randamentul sistemului

Randamentul sistemului se refera la raportul dintre energia chimica continuta decombustibil si productia de caldura utila rezultata sub forma de caldura sau apa calda.

SEDBUK15 este un acronim pentru Randamentul sezonier al cazanelor casnice in MareaBritanie. Este vorba despre randamentul mediu annual obtinut in conditii tipice, facandrezonabile ipotezele legate de modul de utilizare, clima, control si alte influente. A fostcalculat din rezultatele testelor obtinute intr-un laborator standard impreuna cu alti factoriimportanti cum ar fi tipul cazanului, aprinderea dimensiunea interna de depozitare,combustibilul folosit si cunoasterea climatului Marii Britanii si modurile tipice de utilizarecasnica. In Tabelul 8 de mai jos sunt prezentate valori tipice pentru randamentulsistemului.

15 http://www.sedbuk.com/


- 37 -

3.2 SISTEME DE INCALZIRE CU BIOMASA16: ASPECTE TEHNICE

3.2.1 Tipuri de sisteme de incalzire cu biomasa pentru aplicatii casnice

In aceasta sectiune sunt considerate doua tipuri principale de echipamente de incalzire:

Sobe pentru cereri reduse de incalzire: Aceste sobe furnizeaza incalzire pentruo camera (desi unele pot avea rol de cazan pentru apa calda sau caldura pentrucamere suplimentare) si sunt disponibile pentru puteri de la 5 la 15 kW. Sobele aude regula flacarile vizibile si sunt o caracteristica atractiva in interiorul camerei.Caldura este emisa prin radiatie si in unele cazuri si prin convestie direct de lasoba. Sobele care ard pelete si butuci sunt prezentate in sectiunile 3.2.2. si 3.2.3.

Cazane pentru cereri de incalzire mari de exemplu pentru o intreaga cladire.Cazanele pot furniza incalzire automat si sunt de regula pozitionate intr-o cameracu utilitate sau intr-un alt spatiu care nu necesita incalzire. Temperaturile lasuprafata cazanelor sunt pastrate la temperaturi foarte reduse pentru atingereaunor randamente ridicate ale cazanelor. Dupa ce parasesc camera de arderegazele de ardere sunt trecute prin schimbatorul de caldura cu tevi pentru a incalziapa calda. Randamentul cazanului depinde de coeficientul de ardere totala, detemperaturile la suprafata cazanului si de temperatura gazelor evacuate.Cazanele moderne care ard lemn pot atinge randamente de peste 90% la sarcinatotala si putin mai mici la sarcina partiala. Cazanele care ard pelete si aschii dinlemn sunt prezentate in sectiunile 3.2.4 si 3.2.5.

Principalele tipuri de echipamente de incalzire cu lemn si caracteristicile acestora suntprezentate pe scurt in tabelul de mai jos:

16 Prin "sistem de incalzire se intelege echipamentele si circuitele associate care pot furniza atat caldurapentru incalzirea spatiului si/sau apa calda


- 38 -

Tabelul 8: Tipuri principale de echipamente de incalzire cu lemn

Tipechipament

Caracteristici principale

Soba carearde butuci

Sobele asiguracaldura pentru o(desi unele potavea rol deschimbator decaldura pentru apacalda sau deincalzire pentrucameresuplimentare).

Disponibile pentruputeri de 5-15 kW.

Flacarile vizibilesunt attractive.

Nu exista alimentare automata cu combustibil. Butucitrebuiesc introdusi manual.

Butuci sunt adesea disponibili la costuri mult mai micidecat peletele sau aschiile din lemn.

Temperatura de iesire este dificil de controlat. Randament: 30-65% si in unele cazuri de pana la 80%

Soba carearde pelete

Pot furniza caldura la cerere. Usor de controlat. Necesita intretinere redusa. Alimentarea manuala a hopper de combustibil este de

regula solicitata. Arde combustibil mai curat su mai convenabil, desi este

mai scump decat butucii din lemn si de regula nu provindintr-o sursa locala.

Randament: 80-90%

Cazanulcare ardeaschii dinlemn

Potrivite pentruincalzirea intregiicladiri

Potrivit doar pentru puteri mai mari (>25kW). Aschiile pot fi livrate automatizat in arzator. Nu este potrivit pentru cerere variabila de caldura, dar

poate fi folosit ca soba de caldura. Depozitarea aschiilor si manevrarea acestora necesita

un echipamnet mai robust si mai mult spatiu decatpentru un echipament echivalent care arede pelete.

Aschiile din lemn pot fi furnizate din surse locale si suntmai ieftine ca peletele Chips can often be supplied morelocally than pellets and are cheaper.

Cazan carearde pelete

Este posibil un grad mai mare de automatizare. Peletele presupun o manevare si o depozitare mai

usoare Disponibil pentru puteri nominale de la 8kW. Randament: 80-90%

Cazan carearde butuci

Combustibilul este ieftin si de regula din surse locale. Cazanul trebuie sa fie alimentat manual, de regula o

data pe zi. Necesita un rezervor de caldura/ accumulator. Randament: 80-90%

3.2.2 Sobele care ard butuci

Sobele care ard pelete au randamente imbunatatite fata de locurile cu focuri deschise(35-65% comparative cu 10-20% pentru locurile cu focuri deschise). Aceste echipamentesunt de sine statatoare (desi ele pot fi incastrate intr-un perete). In general, suntproiectate pentru butuci de lungimi cuprinse intre 25 si 33 cm. In plus fata de sobele pelemn sunt disponibile sobe multi-combustibil care pot folosi, de asemenea, carbune.Sobele pot fi proiectate intr-o gama larga de variatii cum ar fi usile cu sau fara sticlatransparenta sau placate cu tigla sau soapstone. Sobele care ard butuci sunt fabricatedin fonta, otel sau ceramica. Principalele caracteristici ale acestor trei tipuri de sobe suntdescrise pe scurt in tabelul de mai jos.


- 39 -

Tabelul 9: Tpuri de sobe care ard butuci si caracteristici

Materialul dincare suntfabricate

Caracteristici principale

Fonta

Fotografie: Natural Heating

Fabricata din piese turnate plane care pot fidecorative

Masa mare Capacitate termica ridicata acumulare de

caldura Temperaturi de ardere limitate

Otel

Fotografie: Charnwoodstoves

De regula sunt mai inguste si mai usoaredecat sobele din fonta

Capacitate termica redusa, deci elberare mairapida de caldura

Temperaturi de ardere limitate

Ceramica

Fotografie: Beacon Stoves

Lutul ars si tigle inconjoara direct camera deardere

Cladding din ceramica contribuie la ocapacitate termica foarte ridicata. Masa marea sobei permite emiterea caldurii foarte incetin interiorul camerei.

Necesita cel putin 2 ore de la pornire pentrua ajunge la productia maxima de caldura darva continua sa elibereze caldura pentrumulte ore dupa ce cantitatea de combustibila ars complet.

Poate atinge temperaturi de ardere de panala 1000C si randamente ridicate.

De asemenea, exista diferite optiuni pentru captusirea camerei de ardere. Acestea includ:otel, fonta, caramida refractara, samota, mica. De asemenea, sunt disponibile si sobecare ard butuci cu cazane in partea din spate.

Sobele care ard lemn, de regula, functioneaza pe principiul arderii complete. Intregulproces de ardere se desfasoara intr-o singura camera. Aerul de ardere este introdus incamera de ardere sub forma de aer primar si aer secundar. Combustibilul este introdus incamera de ardere in sarja. Aerul primar trece prin gratar inainte de a patrunde in camerade ardere.

Sobele conventionale care ard lemn sunt dotate cu pana la trei usi: usa sin partea de susserveste pentru incarcarea butucilor, usa din mijloc serveste la curatirea manuala agratarului, iar a treia usa serveste la evacuarea cenusii. Aerul de ardere poate fi reglatmanual prin intermediul unor amortizoare sau a unor manere. Cel mai simplu mod deproiectare este cel fara separarea aerului de ardere primar si secundar.


- 40 -

Aer primar

Evacuarea gazelor de ardere

Aer secundar

Figura 26: Soba care arde butuci pe baza principiului arderii complete

In contrast cu focurile in spatii deschise sobele care ard butuci sunt echipamente inchisesigilate. Sobele moderne are ard lemn in partea de sus : Camere de ardere bine dimensionate cu lut ars (asigura temperature ridicate si timpi

de sedere mari). Baffle plates (high turbulence for mixture of combustion gases and air). Alimentare separate pentru aerul primar si aerul secundar. Control fin al aerului de ardere.

Suplimentar acestor categorii de sobe in functie de materialul din care sunt fabricate maiexista doua categorii: Sobe cu un singur perete captusit care emit

caldura in principal prin radiatie Sobe cu pereti dubli captusiti care emit caldura prin

convectie. Sobele moderne care ard lemn au uside sticla cu pane-purging. Pentru a pastra geamulcurat se .. careconsta din doua straturi de geam. In interiorulacestor straturi aerul este aspirat din camera inzona de ardere si contribuie la ardere ca aersecundar sau tertiar. Acest principiu de functionareraceste suplimentar geamul exterior al ferestrei.Aerul primar este introdus in camera de ardere pringratar, aerul secundar de ardere este introdus prinpartile laterale si prin pane-purging.

Figura 27: Geam purificator

Evacuaregaze deardere

Aer primar/secundar

Aer primar

Usa desticla

Aerpurificatprin usade sticla


- 41 -

Figura 27 prezinta un alt concept pentru pane-purging. In acest caz, aerul atmospheric esteaspirat intre geamuri pe la baza usii si estereintrodus in camera prin partea de sus.

Pentru a garanta functionarea sigura, toate instructiunile relevante pentru instalareasobelor care ard lemn trebuie sa fie avute in vedere, cum ar fi distantele minime de lasoba la perete si de la conducta de gaze de ardere la perete cat si protectia podelelorinflamabile.

Figura 28: Principiul defunctionare al unei sobe care

arde butuci

Figura 29: O soba care arde butuci in cazan in partea dinspate (a se vedea teava din cupru in partea stanga a

sobei)

3.2.2.1 Instalarea

Principalele consideratii avute in vedere atunci cand se decide instalarea unei sobe carearde butuci sunt: Transferul de caldura prin peretii cladirii si pozitionarea sobei in asa fel incat sa

asigure caldura acolo unde se cere. Pozitionarea si modelul cosului de fum.


- 42 -

Sistemul de ventilatie: Este necesara asigurarea unei ventilari adecvate pentru afurniza aerul necesar arderii. Acest aer poate proveni din camera sau dintr-o admisieexterna separata de aer. In ambele cazuri trebuie asigurata o ventialre adecvata incamera in conformitate cu reglementarile in cladiri acceptate.

Protectia la foc si materialele inconjuratoare: Datorita faptului ca, sobele se incalzescin timpul functionarii si usa din sticla devine fierbinte trebuie cu grija sa se asigure catoate materialele combustibile sunt pastrate la o distanta sigura. Soba nu trebuie safie plasata direct pe podele inflamabile cum ar fi covorul. Trebuie pastrate spatiiminime intre soba si peretii inconjuratori si mobila. Reglementarile pentru cladiri inMarea Britanie si Irlanda de exemplu specifica distante minime intre echipament siperetii corespunzatori rezistenti la caldura de 150 mm si intre deschiderea sobei simarginea vetrei de 225 mm. Reglementarile mai exprima clar, de asemenea, cavetrele sobelor trebuie sa fie realizate din materiale robuste corespunzatoare si dedimensiuni potrivite in asa fel incat, in utilizarea normala acestea sa previna aparitiafocului de la aprinderea echipamentelor la materialul din care este facuta cladirea simobilierul si astfel sa se limiteze riscul ca persoane sa fie in mod accidental arse.

Figura 30: Pozitionarea sobei trebuie sa tina seama de transferul de caldura din cladire saudin camera

(Grafica: Beacon Stoves)

3.2.3 Sobele care ard pelete

Sobele care ard pelete prezinta cateva avantaje fata de sobele care ard butuci la modulca aceste sobe functioneaza automat cu un nivel mult mai mare de control si cu un

Date post:	09-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	sergiupogacian6303
View:	71 times
Download:	5 times

Ghid Pentru Utilizarea Sistemelor Hibrid de Incalzire

Documents