Tulitehoa.fi Asiaa energiatehokkuudesta ja kilpailukyvystä

Savukaasuanalysaattori ei sovellu energiatehokkuuden mittariksi

Tämä kirjoitus kertoo, miksi savukaasuanalysaattori ei sovellu energiatehokkuuden mittariksi. Asian läpi käyminen on oleellista sen vuoksi, että merkittävällä osalla energia-alaan sidoksissa olevilla ihmisillä on erilaisia vääristyneitä käsityksiä siitä, mitä energiatehokkuus on ja miten sitä voidaan mitata.

Savukaasuanalysaattorin ilmoittama poltonhyötysuhde on yksi tällaisista johtopäätelmien aiheuttamista harha-ajatelmista. Tällaisen virheellisen johtopäätelmän vuoksi suomalainen yhteiskunta hukkaa paljon energiaa, joka pystyttäisiin käyttämään hyödyksi ymmärtämällä paremmin energiansiirtymismallit ja sen, miten energiatehokkuutta voidaan ylipäätään mitata.   

Hukattu energia heikentää Suomen kauppatasetta sekä vähentää kilpailukykyä, koska teollisuuden tuotantokustannukset, palveluiden tuottaminen ja asuminen maksaa enemmän, mitä enemmän energiaa hukkuu.

Savukaasuanalysaattoria käytetään mm. kattilalaitosten sekä kiinteistöjen lämmityskattiloiden sekä teollisuusuunien polttimien säätämiseen. Nämä edellä mainitut voivat polttaa polttoaineenaan niin kiinteitä, nestemäisiä kuin kaasumaisia polttoaineita. Kaikkien näiden polttoaineiden palamista sekä kattilan/uunin toiminnallisia arvoja säädetään mm. savukaasuanalysaattoria apuna käyttäen.

Tyypillinen ajattelumalli niin polttoaineen palamiseen perehtyneillä maalikoilla kuin teknikoilla ja insinööreilläkin lähtee siitä, että kun savukaasuanalysaattori ilmoittaa kattila-poltin-polttoaine yhdistelmällä poltonhyötysuhteeksi esimerkiksi 92 – 98 %, että energian käytön tarvetta ei voida vähentää fysikaalisesti tarkasteltuna enempää 2 – 8 %.  Tämä on virheellinen ajattelumalli, koska poltonhyötysuhde ei mittaa:

  • A) Ainoatakaan energia- tai massavirtaa
  • B) Polttoaineen palamisen lämpötilaa
  • C) Polttoaineen kemiallisen energian vapautumisen muotojen osamääriä (säteily lämmönsiirto vs. johtuvalämmönsiirtyminen)

Savukaasuanalyysissä mitattu poltonhyötysuhde perustuu olettamuksiin, joka ei huomioi lämmönsiirtymismuotojen eroavaisuuksia tai energiavirtoja. Savukaasuanalysaattorin ilmoittama poltonhyötysuhde - % on muutaman mitatun suuren sekä useaan eri taulukkoarvoon perustuvan laskelman tulos. Savukaasuanalyysissä mitataan savukaasuista mm. jäännöshappi (%), hiilimonoksidin pitoisuus (ppm) sekä savukaasunlämpötila.

Näitä mitattuja suureita apuna käyttäen savukaasuanalysaattori pyrkii päättelemään mahdollisimman oikein mm. polton yli-ilmamäärän, savukaasun hiilidioksidipitoisuuden sekä laskea näistä johtopäätelmistä poltonhyötysuhteen. Johtopäätelmien ja iteroinnin tuloksena syntyvä polton hyötysuhde -% on sellainen arvo, joka pyrkii kertomaan siitä, kuinka suuri osuu polttoaineen kemiallisesta energiasta kulkeutuu savukaasujen mukana ulos energian vapauttavasta järjestelmästä ja kuinka suuri osuus jää energian vapauttavaan järjestelmään hyötylämmöksi.

Poltonhyötysuhde - % ei siis kerro sitä, missä muodossa polttoaineen kemiallinen energia vapautuu lämmöksi ja missä muodossa tämä energia siirtyy sitä tarvitsevan systeemin sisällä. Energiansiirtymisen muodolla on suuri merkitys siihen, miten hyvin systeemi pystyy hyödyntämään sen sisällä siirtyvän energian hyödykseen.

Lämpöä systeemiin syöttävä kattilan hyötysuhde on tästä termodynaamisesta systeemistä, jossa energia tuotetaan ja käytetään hyödyksi, vain osatekijä termodynaamisen systeemin kokonaishyötysuhteen kannalta tarkasteltuna. Savukaasuanalysaattorilla arvioitu poltonhyötysuhde ei kerro mitään koko energiaa käyttävän systeemin hyötysuhteesta, joten se ei ole kelvollinen tapa arvioida systeemin energiatehokkuutta. Savukaasuanalysaattori on tehty apuvälineeksi polttimen säätämistä varten, ja se ei edes siinä tarkoituksessa käytettynä toimi riittävän luotettavasti, jotta polton säädöt voisi tehdä vain sen varassa. Tyypillisesti ammattinsa osaava poltinhuoltaja tarkastaa palamisen säädöt aistinvaraisesti.

 

Todellinen energiatehokkuus


Mitä enemmän lämpö siirtyy sitä käyttävään prosessiin lämpösäteilyn muodossa, sitä paremmin systeemi pystyy käyttämään polttoaineen kemiallisen energian hyödykseen, jonka seurauksena koko termodynaamisen systeemin hyötysuhde nousee.

Tämä perustuu siihen, että lämpösäteily ei absorboidu kuivaan ilmakehän ilmaan, jolloin häviöt systeemistä vähenevät.

Ilma, joka on pääosaltaan typen ja hapen seos, ei absorboi lämpösäteilyä vaan päästää sen lävitseen. Näin ollen lämpösäteily ei suoranaisesti lämmitä ilmakehässä olevaa ilmaa. Ilmakehän ilmaa lämmittävä lämmönsiirtymismuoto on siis johtuvalämmönsiirto, jossa molekylaarisen kosketuksen kautta lämpöenergiaa siirtyy korkeammasta potentiaalista pienempään.

Poltettaessa polttoaine mahdollisimman kuumana on lämpösäteilyn vapautuminen polttoaineesta korkeimmillaan. Kasvavan lämpösäteilyn vapautumisen myötä johtuvanlämmön muodostuminen polttoaineen kemiallisesta energiasisällöstä vähenee, joka tarkoittaa myös sitä, että samalla vähenee myös johtuvan lämmönsiirtymisen tarve palamisreaktiosta eteenpäin systeemissä. Tämä tarkoittaa sitä, että energiaa tarvitseva prosessi ottaa vastaan vähemmän johtumislämpöä, jolloin prosessi toimii tehokkaammin koska energiaa ei häviä johtumislämpöhäviöinä ulos systeemistä niin paljon kuin tilanteessa, jossa palamisen lämpötila olisi ollut alhaisempi. Tämä on siis seurausta siitä, johtumislämpöhäviöitä systeemistä muodostuu vähemmän energian ollessa enemmän lämpösäteilyn muodossa.

Edelleen on oleellista muistaa, että lämpösäteily ei absorboidu kuivaan ilmaan, joka siis tarkoittaa sitä, että säteilylämmönsiirron osuuden kasvaessa systeemin sisällä energia pystytään käyttämään paremmin hyödyksi systeemissä, koska johtumislämpöhäviöt pienenevät.

On myös tärkeätä ymmärtää, että energian vapautumisen määrä lämmönvapautumisessa ei voi olla enempää kuin poltettavan polttoaineen kemiallinen energia on. Lähtö- ja loppuaineet palamisprosessissa määrittelevät sen, miten paljon kemiallista energiaa vapautuu lämpöenergiaksi. Palamisen olosuhteet määrittelevät sen, miten paljon energiaa vapautuu lämpösäteilynä ja miten paljon johtuvana lämpönä.

Palamisen olosuhteisiin vaikuttaa mm. polttoaineen karakteristiset ominaisuudet, yli-ilmamäärä, polttimen ja polttolaitteiston säädöt. Mitä hiilipitoisempi polttoaine on, sitä enemmän sen lämpöarvosta pystytään vapauttamaan energiaa lämpösäteilynä, jonka energiaa tarvitseva systeemi käyttää paremmin hyödykseen.

Todellinen energiatehokkuus mitataan käytetyssä energiassa tehtyyn työhön nähden. Poltonhyötysuhteesta ei siis ole todellisen energiatehokkuduen mittariksi.

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

0Suosittele

Kukaan ei vielä ole suositellut tätä kirjoitusta.

NäytäPiilota kommentit (6 kommenttia)

Käyttäjän LeoMirala kuva
Leo Mirala

En ole tosin aikoihin näitä asioita tutkinut, mutta ensimmäiseksi tuli mieleen että tässä on joko ammattimiehen pilailu kysymyksessä tai pelle pelottoman omaa "fysiikkaa".

Ville Valkama

Mikäs Leolle tällaiset ajatukset toi mieleen?

Käyttäjän LeoMirala kuva
Leo Mirala

Ensin luin kiinnostuneena, mitähän uutta. Piti lukea uudestaan, en vieläkään käsittänyt, vähitellen huomasin että teksti oli jaarittelua, toistoa ja jonkunlaista sanahelinää. Sen kirjoittaja ei tunne tekniikkaa eikä fysiikkaa.

Sitten katsoin mitäs mies on aiemmin kirjoittanut. Sieltähän se paljastui, kauppaa ihmetököttiä. 40 prosentin säästö on satua, jos todistetusti saataisiin edes yhden prosentin säästö, aineen keksijästä olisi tullut hetkessä miljonääri. Suomessa on varmaan satoja laboratorioita joissa voisi testata aineen ominaisuudet yksikäsitteisesti. Yhden "pelastetun" todistus ei riitä.

Ville Valkama

Tarkoititko, että kun sinä et ymmärrä mitä minä olen kirjoittanut, että se tarkoittaa sinun mielestäsi sitä, että minä en tunne tekniikkaa enkä fysiikaa?

Mitä tulee laboratorioihin ja niiden kykyyn tehdä tutkimusta energiatehokkuudesta käytännön sovelluksien suhteen ja mallentaa käytännön sovelluksia käytännössä, ovat ne hyvin rajalliset.

Yksittäisiä osa-alueita on mahdollista tutkia laboratoriossa, mutta käytännössä toimivia kokonaisuuksia eli arjen sovelluksia ei voida mallentaa toisen termodynaamisen systeemin sisään väittäen, että tämä tutkittavan termodynaamisen systeemin ympärillä olevan termodynaamisella systeemillä ei olisi vaikutusta sisemmän termodynaamisen systeemin toimintaan.

Tällöin muutokset ovat todennettava kentällä käytännön sovelluksissa ja näin me olemme tehneet.

Käyttäjän LeoMirala kuva
Leo Mirala

Eikö ainetta voisi kaupata automiehille?
Toivotan onnea ja menestystä!

Käyttäjän Luntatupaan kuva
Pertti Väänänen

Savukaasuanalyysi (lämpö) kertoo ainakin savuhormien tehokkuuden. Tietenkin parasta olisi verrata käytetyn polttoaineen lämpötehoa tuotettuun hyödynnettävissä olevaan lämpötehoon.

Leo Mirala on sikäli oikeassa, että tässä plokissa on selittelyn makua!

Toimituksen poiminnat