A gázkazán egy olyan készülék, amely valamilyen éghető gáz (mely jellemzően földgáz vagy PB gáz, de lehet biogáz vagy kohógáz is) elégetésével energiát szabadít fel, a felszabaduló hőt közvetítő közeg hőátadásának segítségével − jellemzően vízzel − továbbít távolabbi pontokra. Az égési folyamatokat a sztöchiometriai és termokémiai számítások írják le. Nagyságrendileg az erőművi kazánoktól (500 MW) a háztartási lakásfűtő készülékekig (12 kW) több teljesítménynagyságú típus létezik. Az alábbi adatok elsősorban a lakások és kommunális létesítmények gázkazánjaira vonatkoznak.
Gázkazánok osztályozása
A gázkazánok osztályozása többféle szempont szerint történik.
Gázfogyasztó készülékek osztályozása GMBSZ szerint:
Égéstermék-elvezetés és égési levegő-ellátás szempontjából: az MSZ CEN/TR 1749 sz. szabvány előírásait vette át a rendelet és ezek alapján sorolja be a készülékek üzemmódját.
A típusú készülékcsalád: égéstermék-elvezetés nélküli (gáztűzhely, kisebb melegvíz-készítő gázbojlerek). Az égéshez szükséges levegőt a berendezés a felállítási helységből veszi és a keletkezett égéstermék az elhelyezés terébe kerül kibocsátásra. B típusú készülékcsalád: égéstermék-elvezetéssel rendelkező, de a helyiség légterétől nem független. A berendezés az égésterméket valamilyen épületszerkezeten vagy önálló szerelt gépészeti terméken keresztül a szabadba továbbítja, de az égéshez szükséges levegőt a készülék felállítási helyéből veszi. C típusú készülékcsalád: égési köre a felállítási helyiségtől elzárt. A keletkezett égéstermék, valamint az égéshez szükséges levegő a készülékhez csatlakoztatott csöveken keresztül áramlik a készülékbe és áramlik ki onnan. A csövek lehetnek önállóak vagy koncentrikus kialakításúak.
Készülékcsaládon belüli alcsoportok:
Az "A" "B" "C" csoportokon belül további alcsoportok léteznek.
alcsoport: a készülékben az égőtér nem rendelkezik ventilátorral. alcsoport: a készülék égőterében a levegő vagy füstgáz mozgását ventilátor okozza. Ezen belül megkülönböztetik, hogy a ventilátor az égő előtt kerül elhelyezésre (az égéshez szükséges levegőt befújja a tűztérbe), vagy az égő után kerül elhelyezésre (az égésterméket kiszívja a készülékből).
A "B" csoporton belül 5, a "C" csoporton belül további 9 alcsoport került kialakításra, és azokon belül további 3-3 al-al csoport került definiálásra. A teljes skála A11-C93 között került meghatározásra.
Az égési levegő hozzávezetés és égéstermék elvezetés szerinti besorolás a fogyasztói berendezés adattábláján, a forgalomba hozatali/gyártási engedélyen, valamint a berendezés gépkönyvében kötelező jelleggel feltüntetésre kerül.
A berendezés tűztere a névleges hőterhelés szempontjából kétféle lehet:
1.) Legfeljebb 140 kW egység-hőterhelésű gázfogyasztó készülékek. Ezen belüli csoportok: 36 kW-ig, 36-70 kW között, 70-140 kW-ig.
2.) 140 kW-nál nagyobb egység-hőterhelésű gázfogyasztó készülékek. Az osztályba sorolástól függ többek között az elhelyezés, szellőzés, fogyasztói vezeték, gázmérő, RB védelem, gázégő szerelvény.
Tűzrendészeti szempontból más elbírálás alá esnek a gázkazánok, pl. tűzoltó készülékek alkalmazásához alapul vett határteljesítmények: 233, 580, 1160, 5800 kW.
Az OTSZ szerint határértéknek minősül a 140 KW teljesítmény, másképp minősül tűzrendészetileg, ha ez alatti, ill. feletti a kazánhelyiségbe beépített összteljesítmény.
Lakások és családi házak, lakóépületek fűtésére használt egységek fő jellemzői
Hagyományos, régi építésű, átlagos méretű (kb. 80 m2-es) lakás vagy ház fűtésére használt gázkazán kb. 20 kW-os volt. A mai rendeletek szerint épített ugyanilyen méretű lakáshoz ennél lényegesen kisebb gázkazán is megfelelhet. Ugyanakkor megmaradtak a hagyományos tüzelőanyagok is (vegyes tüzelés, pellet, olaj), melyek automatizált változatai megfelelő fűtést/melegvíz-ellátást biztosítanak. A vízoldali cirkuláció rendszere szerint (kényszercirkuláció, ill. gravitációs) a legtöbb gázkazán tartalmazza a fűtővíz-szivattyút, de van külön telepíthető szivattyús típus is.
Égője általában egy gyújtólángot és egy főégőt tartalmaz, az újabb kondenzációs gázkazánok sugárzó csőégővel készülnek, az alacsonyabb füstgáz-hőmérséklet (és kisebb veszteség) elérésére. Az égő fajtája szerint lehet elő - és utókeveréses égő, blokkégő, égőcső, égőtálca, sugárzó égő, gyújtóégő és főégő.
Automatikája a vízhőmérsékletet és a szivattyúindítást szabályozza, szokásos elemei a túlmelegedés elleni termosztát, füstgáz-visszaáramlás elleni termosztát, vízhőmérséklet-szabályozás és időjáráskövető szabályozás. Az égő indítását a szivattyúindítással párhuzamosan, víznyomásról vezérlik. A fűtés/kazán indítása helyiségtermosztátról történik. A korszerű gázkazánok moduláló (folyamatos) teljesítményszabályozású égővel készülnek, ami teljesítményét a hozzáillő helyiségtermosztáttal fokozatmentesen változtatja. Az automatikus teljesítményszabályozást akkor tudjuk kihasználni, ha a gázkazán nincs túlméretezve a lakás fűtési igényéhez képest, vagyis a kazánnal folyamatos szabályozással biztosítható legkisebb teljesítmény lehetőleg jelentősen kisebb a lakás fűtési teljesítményigényénél. Ennél kisebb igény esetén a kazán csak ki-be kapcsol.
Háztartási célra a gázkazánokon kívül más típusú kazánokat is alkalmaznak, mint pl. szilárd (vegyes) tüzelésű és olajtüzelésű kazánokat.
Elhelyezés Elhelyezés szerint a kazánok lehetnek fali - és állókazánok. Konvektorokhoz hasonló típusok a parapet kazánok.
Fali gázkazán A fali gázkazánok, mint nevükből is kiderül, falra szerelhetőek. Jellemzően kis súllyal rendelkeznek, és jó érintésvédelemmel vannak ellátva, ezért fürdőszobában is elhelyezhetőek. Előnyeik a kis helyigény és a kis súly.
Álló gázkazán Az álló gázkazánok általában nagyobb teljesítményűek, mint fali társaik, éppen ezért méreteik és súlyuk is nagyobb. Modern kivitelű változataik már belső terekben is elhelyezhetőek.
Funkció
Fűtő gázkazán A modern fűtő gázkazánok legtöbbje nevével ellentétben nem csak fűtési célokra használható, hiszen váltószelep beépítésével használható melegvíz előállítására, indirekt tárolók fűtésére is képesek. Így helyettesítheti a külön vízmelegítőt.
Kombi gázkazán A kombi gázkazánok kettős célúak. Fűtésre és használati melegvíz (HMV) előállításra is alkalmasak. A fűtőkörön kívül csatlakozik hozzájuk a hálózati hidegvíz-vezeték, és ebből átfolyó rendszerben termelik a HMV-t.
Beépített tárolós gázkazán A beépített tárolós gázkazánok nagy HMV-tárolóval vannak ellátva, így nagyobb melegvíz-igények mellett is képesek biztosítani a komfortos fűtést és HMV-ellátást. Tárolóik mérettartománya kb. 40-150 liter, de nagyobb HMV-igényre külön tárolós ún. hőközpontok is találhatók.
Égés folyamata a gázkazánban
Nyílt égésű/égésterű A nyílt égésterű, vagy más néven atmoszferikus gázkazán égéstere nincs elzárva a környezetétől. Az égés során közvetlen környezetéből használja az oxigént, hátrányuk, hogy kapcsolatban vannak a légtér levegőjével, és a füstelvezetéshez szükséges viszonylag nagy kéményen kívül légbevezetést is igényelnek. Az általában gravitációs huzatú kémény érzékeny a szélviszonyokra és az elhelyezésre, környezetre.
Zárt égésű/égésterű A zárt égésterű kazánok égéstere saját környezetétől elzárt. Az égéshez szükséges levegőt mindig épületen kívülről nyerik, így nem használják el az épületek saját levegőjét, ezáltal biztonságosabbak. Az égőhöz a levegőbeszívást, a füstgáz - és égéstermék-elvezetést beépített ventilátor biztosítja. A gázok elégetése is hatékonyabb ebben a formában, hiszen a gáz-levegő arány szabályozott.
Gázkazántípus égéstermék-elvezetés szerint Az alkalmazott fő típusok az égéstermék elvezetése szempontjából
Gravitációs égéstermék elvezetés Kényszer áramlásos égéstermék elvezetés
Kéményes készülék A készülék égésterében keletkezett füstgáz az épület részét képező járaton, vagy az utólag kialakított épületgépészeti terméken keresztül függőleges irányban a szabadba távozik. A mozgását az égéstermék sűrűség és a környezeti levegősűrűség különbségéből adódó felhajtóerő okozza, amely felhajtóerő télen nagyobb, nyáron kisebb.
A kéményes kazán alatt általában gravitációs égéstermék-elvezetésű kazánt értünk, ami nagyrészt nyílt égésterű, vagyis az adott helyiség levegőjét használja fel az égéshez. A kéményes kazán hatásfokát nagyban befolyásolja a kémény méreteinek megválasztása, hiszen a kémény hivatott elvezetni az égéstermékeket, füstgázokat. A kémény korábban csak falazott elemekből állt, de a kazán égéstermékében levő enyhén savas nedvesség falazó habarcsra gyakorolt negatív hatására a kéményeket alumíniumból vagy korrózió álló lemezből készül béléscsövekkel bélelni kezdték. Az így kialakított rendszeren vizuális ellenőrző nyílást és a keletkezett kondenzvíz elvezetésre csepegő csövet építettek be. A kéménybélelés végére esővédő terelőlapot, ún. Meidinger tárcsát helyeztek el.
Turbós készülék A készülék égésterében keletkezett füstgáz az épület részét képező járaton vagy az utólag kialakított épületgépészeti terméken keresztül a szabadba távozik. Az égéstermék mozgását a készülékben elhelyezett ventilátor túlnyomása eredményezi. Az épületgépészeti termék kialakítása lehet függőleges kitorkollású, mely a tetősík fölött végződik, vagy vízszintes kitorkollású, mely az épület oldalhomlokzatán kerül kiépítésre.
A turbós kazán elnevezés a kényszeráramlásos égéstermék-elvezetéssel üzemeltetett berendezések köznapi megfelelője. A berendezések égésterméke a készülékben az égő előtt vagy után elhelyezett ventilátor szívó vagy nyomó hatására a készülékhez csatlakoztatott csövön keresztül a szabadba áramlik. Az égéstermék-elvezető csővel szembeni követelmény, hogy kibírja a hőmérsékletéből és savas nedvességéből eredő igénybevételt. Jellemzően rozsdaálló lemezből készül.
Kondenzációs készülék A turbós készülékek továbbfejlesztett változata melynek lényege hogy az égő tér után még egy hőcserélő kerül elhelyezésre mely az égéstermékben levő vízgőz hőtartalmát próbája részleges visszanyerni. A visszanyert hővel vagy az égési levegőt melegítik elő vagy jellemzően a készülékbe visszatérő hidegvizet melegítik elő, mielőtt az a gázégőnél lévő hőcserélőbe kerül.
A gázok elégetése során jelentős mennyiségű vízgőz képződik, vagyis olyan rejtett hő, melyet a vízgőz tárol. A hagyományos gázkazánok a füstelvezetés során ezt a hőt nem tudják hasznosítani, ezért a füstgázzal együtt távozik a kéményen vagy turbócsövön keresztül.
A kondenzációs kazánok a vízgőz hőenergiájának kinyerésére egy nagy felületű hőcserélővel rendelkeznek, így képesek a vízgőzben rejlő hőt visszanyerni, melyet a fűtési rendszerben hasznosítanak. A folyamat során a füstgáz annyira lehűl, hogy a benne lévő vízgőz kondenzálódik. A fenti elv szerint ~11%-kal nőhet a készülék hatékonysága. A füstgázból visszanyert hőmennyiség nagysága, illetve a keletkezett kondenzvíz mennyisége fordítottan arányos a berendezés üzemi hőmérsékletével. A kondenzációs kazánok elsősorban olyan fűtési rendszerekben hatékonyak, ahol a fűtővíz hőmérséklete alacsony (padlófűtés, falfűtés, mennyezetfűtés). A kondenzációs üzemmódban a készülékben kb. 1 liter kondenzvíz képződik 10 kW teljesítményre számolva. A kondenzvíz gyengén savas kémhatású, így nagyobb teljesítményű kazánoknál a csatornahálózatba történő eltávolítása előtt kémiailag semlegessé kell tenni. A semlegesítő berendezés ipari méretű berendezéseknél kötelező.
Parapet kazán A zárt égésterű kazánok speciális fajtája, melynek teljesítménye nem haladja meg a 6 kW-ot. Beépítése a parapetes konvektorok elhelyezéséhez hasonlóan működik. Az ablak alatti elhelyezés utal a nevére. A levegőt a szabadból veszi, és az égésterméket kivezeti a szabadba. Elsődlegesen az elhelyezésére szolgáló helyiség ellátására alkalmas, de radiátoros, többhelyiséges lakás fűtésére is alkalmas. A füstgáz ventilátoros rásegítéssel távozik.
Hybrid kazán