Condensatie: dauwpunt, condensaat en rendement
Leerdoel van deze les
Je kunt uitleggen wanneer een ketel condenseert, waarom dat rendement oplevert en wat er met het condensaat gebeurt.
Het dauwpunt hangt af van lambda
Bij de verbranding ontstaat waterdamp: 2 mol per mol methaan. Die damp condenseert als het rookgas afkoelt tegen een wand die kouder is dan het dauwpunt. Het dauwpunt hangt af van het aandeel waterdamp in het rookgas, en dat wordt kleiner naarmate er meer luchtovermaat is: de damp raakt verdund.
| Lambda | Dauwpunt rookgas aardgas |
|---|---|
| 1,0 | circa 59 °C |
| 1,1 | circa 57 °C |
| 1,2 | circa 55,5 °C |
| 1,3 | circa 54 °C |
| 1,5 | circa 51 °C |
| 2,0 | circa 46 °C |
Rekenwaarden voor G25-achtig gas (86% CH4, 14% N2) bij 101,325 kPa. Voor G20 zijn ze 0,2 tot 0,4 °C hoger. Het vaak genoemde 'circa 57 °C' geldt dus bij lambda 1,1. Bij de gangbare lambda 1,2 tot 1,3 is het dauwpunt 54 tot 56 °C. Viessmann noemt 57 °C als retourtemperatuur waaronder condensatie is gegarandeerd.
Rekenvoorbeeld: dauwpunt uit het waterdampaandeel
Per m³ G25-achtig gas ontstaat 2 × 0,86 = 1,72 m³ waterdamp. Het droge rookgas is 7,49 m³ bij lambda 1,0 en 7,49 + 0,3 × 8,21 = 9,95 m³ bij lambda 1,3.
- lambda 1,0: 1,72 / (7,49 + 1,72) = 18,7% waterdamp, dus 18,7% × 101,325 kPa = 18,9 kPa. Water verzadigt bij 18,9 kPa op circa 59 °C.
- lambda 1,3: 1,72 / (9,95 + 1,72) = 14,7%, dus 14,9 kPa, dauwpunt circa 54 °C.
Condenseren kan alleen onder het dauwpunt
Het water in de warmtewisselaar moet onder het dauwpunt van het rookgas blijven. Hoe lager de retourtemperatuur en hoe kleiner de luchtovermaat, hoe meer condensatie en hoe hoger het rendement. Bij een retour van 56 °C en lambda 1,3 (dauwpunt 54 °C) is in de warmtewisselaar geen condensatie te verwachten.
Condensaat: hoeveel en hoe zuur
Volledig condenseren levert maximaal 2 m³ damp × 18,015 g/mol / 22,414 l/mol = 1,61 kg water per m³(n) methaan, en 0,86 × 1,61 = 1,38 kg voor G25-achtig gas. In de praktijk condenseert maar een deel. Bij G-gas en lambda 1,25 (rekenaanname, verzadigd rookgas) is dat circa 75% (1,05 liter per m³) bij 30 °C rookgas, 56% (0,78 l/m³) bij 40 °C, 22% (0,31 l/m³) bij 50 °C en niets vanaf circa 55 °C. Het cijfer '1,5 liter per m³' is dus geen praktijkwaarde: het ligt boven het theoretische maximum voor G-gas (1,38) en is alleen bij (bijna) volledige condensatie van methaan haalbaar.
Condensaat is zuur: Remeha noemt pH 3,5 tot 4,5 (uit de handleiding van een grote gasboiler van 90 tot 120 kW), Buildwise pH onder 5. Daarom is voor de rookgasafvoer een weerstandsklasse W (natte condensatie) nodig, en moet dunwandig aluminium worden vermeden. Voorbeeld van een condensafvoer: de Remeha Avanta (v.13) eist een kunststof pijp van minimaal 32 mm naar het riool met stankafsluiter of sifon, afschot van minimaal 30 mm per meter, maximaal 5 m horizontaal, nooit afdichten, en lozen op een dakgoot is niet toegestaan. Het verschilt per model. Wat de wet zegt over lozen en neutraliseren van condensaat, is voor deze cursus nog niet vastgesteld: volg het voorschrift van de fabrikant.
Rendement en de retourtemperatuur
De bovenwaarde Hs neemt aan dat het water condenseert, de onderwaarde Hi dat het damp blijft. Voor aardgas is Hi/Hs = 0,902. Een rendement op Hi kan daarom boven 100% komen: de condensatiewarmte (circa 10% van Hs, 11% van Hi) wordt benut maar staat niet in de noemer. Het maximum is 1 / 0,902 = 110,9% op Hi, terwijl op Hs 100% niet te overschrijden is. HR107 betekent 107% op de onderwaarde, dat is 96,5% op de bovenwaarde.
| Voorbeeld: Remeha Avanta 24c (v.13) | Rendement Hs | Rendement Hi |
|---|---|---|
| Vollast 80/60 °C | 89,3% | 99,1% |
| Vollast 50/30 °C | 94,0% | 104,4% |
| Laaglast, retour 60 °C | 84,9% | 94,3% |
| Deellast (Gaskeur HR-methode), retour 30 °C | 97,9% | 108,7% |
Van 30 naar 60 °C retour daalt het Hs-rendement 13 procentpunt. Reken dat door voor een nuttig vermogen van 17,8 kW (voorbeeld, per model verschillend) en 8,792 kWh/m³(n) Hi:
- 80/60 °C: 17,8 / (0,991 × 8,792) = 2,04 m³(n)/h
- 50/30 °C: 17,8 / (1,044 × 8,792) = 1,94 m³(n)/h, dat is 5% minder gas
Rendement en calorische waarde moeten op dezelfde basis (Hi of Hs) staan, anders maak je 10% fout.
Video's bij deze les
Beeldmateriaal van derden, als aanvulling. Oudere of buitenlandse video's kunnen andere data of regels noemen: de les volgt de actuele Nederlandse bronnen.
Test jezelf
Beantwoord de vragen om te merken of de stof zit. Na elk antwoord zie je de uitleg, ook als je het goed had.
1. Een ketel draait met lambda 1,3 (dauwpunt circa 54 °C) en een retourtemperatuur van 56 °C. Condenseert het rookgas in de warmtewisselaar?
2. Wat gebeurt er met het dauwpunt als de luchtovermaat toeneemt van lambda 1,1 naar lambda 1,5?
3. De fabrikant geeft voor een condenserende ketel een rendement van 104,4%. Klopt dat?
4. Het HR-label eist bij deellast 96,5% op de bovenwaarde. Hoeveel is dat op de onderwaarde (Hi/Hs = 0,902)?
5. Een toestel levert 17,8 kW nuttig vermogen bij 99,1% Hi en verbruikt dan 2,04 m³(n)/h. Hoeveel gas verbruikt het voor hetzelfde vermogen bij 104,4% Hi (8,792 kWh/m³(n) Hi)?
6. Het theoretische maximum is 1,61 kg condensaat per m³(n) methaan. Waarom haal je dat in de praktijk niet?
Voordat je verdergaat
Flashcards uit deze les
Deze les levert 8 kaarten op. Zodra je de les afrondt, komen ze terug in je herhaalschema: kaarten die je goed weet steeds later, kaarten die je mist al de volgende dag.