Sturing luchttoevoer - Automatisch regeling van luchttoevoer en luchtcirculatie

Beschrijving

Een traditionele houtkachel wordt vaak voorzien van getrapte luchttoevoer. De handmatige bediening van het al dan niet openen en/of sluiten van de luchttoevoer kan een grote impact hebben op het verbrandingsproces:

• Primaire luchttoevoer:
  • Te veel primaire luchttoevoer brengt reeds een gedeeltelijke oxidatie van de pyrolysegassen met zich mee wat vervolgens resulteert in teveel onverbrande gassen.
  • Te weinig primaire luchttoevoer geeft een smeulend effect in plaats van verbranding en dit heeft een negatieve invloed op het rendement en de emissies.
• Secundaire luchttoevoer:
  • Te veel secundaire luchttoevoer doet de verbrandingstemperatuur dalen waardoor de verbrandingsomstandigheden minder gunstig worden en de emissies stijgen.
  • Te weinig secundaire luchttoevoer geeft een onvolledig oxidatie met hogere emissies tot gevolg.

Dit geldt eveneens voor de systemen die voor de luchttoevoer gebruik maken van een elektrische rookgasventilator die manueel aangestuurd wordt. Hier blijft de impact van de gebruiker nog steeds groot.

Het systeem van de monoregeling beperkt de invloed van de gebruiker maar ook hier is het nog steeds de gebruiker die bepaalt voor welk regime er gekozen wordt.

Automatische systemen zorgen voor een optimale toevoer van primaire, secundaire, tertiaire en/of glasspoellucht waarbij kleppen en/of een rookgasventilator thermo-mechanisch of elektronisch op basis van metingen aangestuurd worden om de verbrandingscondities te optimaliseren gedurende het hele proces. Over het algemeen geldt de regel dat hoe meer automatisatie, hoe minder invloed van de gebruiker, hoe minder emissies tengevolge van foutief gebruik en hoe kleiner het verschil met de metingen onder labo omstandigheden.

Het systeem vereist robuuste sensoren, elektriciteit en moet geschikt zijn voor meerdere type kwaliteit van brandstof en beladingsgraad.

Volgende systemen zijn beschikbaar en kunnen ook gecombineerd worden:

• Controle temperatuur: meten de temperatuur van het rookgas in de verbrandingskamer; zijn binnen de groep sensoren eerder goedkoop maar toch voldoende robuust en hierdoor een geschikte keuze voor controle in kachels.
• Gassensoren: voor het meten van zuurstof (λ sensor), koolstofdioxide, koolstofmonoxide, of waterstof in de rookgassen. Deze zijn het meest geschikt voor het behalen van een hoge efficiëntie en lage emissies.
  • Zuurstofsensoren zijn betrouwbaar en duurzaam met goede nauwkeurigheid en weinig kruisgevoeligheid.
  • Sensoren voor koolstofmonoxide detecteren meestal alle onverbrande componenten (CO en H₂ samen). Deze sensoren zijn eveneens geschikt maar zijn duurder dan de zuurstofsensoren.
  • Combinatie van zuurstofsensoren en sensoren voor koolstofmonoxide leveren de hoogste efficiëntie en laagste emissies maar zijn nog duur in aankoop.
• Druksensoren/Sensor overtollige lucht
• Sensor voor herkennen vlam
• Sensor voor herkennen deur open
• ...

Het gebruik van een temperatuurscontrole of gassensor voor de sturing is voornamelijk een keuze van de fabrikant, beide systemen zijn evenwaardig en complementair.

Toepasbaarheid

Er zijn geen technische beperkingen gekend. Wel is het belangrijk dat er ook een manuele controle mogelijk blijft in geval er geen stroom is of één van de sensoren niet werkt.

Bij pelletgestookte toestellen wordt de automatische sturing van de luchttoevoer reeds standaard toegepast, voornamelijk op basis van een temperatuurscontrole van het rookgas. Een controle van de vlamtemperatuur wordt eventueel gebruikt voor het regelen van de toevoer van de brandstof. Bij de houtgestookte toestellen wordt automatische sturing beperkt toegepast. De reden hiervoor is dat de eenvoudige toestellen weinig kennis vragen, eenvoudig zijn in gebruik en onderhoud. Complexere toestellen “schrikken nog af”, nochtans zijn deze toestellen eenvoudig in gebruik en geven hierdoor ook een extra comfort op vlak van gebruik. Een bijkomend voordeel van een goede sturing is dat deze systemen ook goed werken op deellast.

Milieuvoordeel

Een goede regeling van de luchttoevoer zorgt voor een juiste temperatuur en luchtstroom bij het verbrandingsproces wat resulteert in een verhoging van de efficiëntie en een verlaging van de emissies (voornamelijk CO en fijn stof). Het gebruiksgemak neemt bovendien toe en de factor fout gebruik wordt beperkt. Automatische controlesystemen zorgen ervoor dat de verbrandingsprocessen in realiteit korter bij deze in labo omstandigheden komen en vormen daarom de basis voor lage emissies.

Door het meten van de temperatuur in de verbrandingskamer en in de toevoer kan men een kortere fase voor ontsteking verkrijgen, meer stabiele zuurstofconcentraties in de rookgassen tijdens de verbranding en naverbranding alsook lagere toevoer zuurstof en voldoende hoge temperaturen in de verbrandingskamers. Het meten van oa zuurstof of andere gassen, bijkomend of als alternatief, verhoogt eveneens de efficiëntie van het verbrandingsproces waardoor in combinatie met temperatuursmeting een nog hoger rendement en lagere emissies gehaald worden.

De invloed van de gebruikte brandstof (bv. te vochtig hout) kan hierdoor niet opgevangen worden. Echter de meting van zuurstof in combinatie met de meting van de verbrandingstemperatuur kan wel gebruikt woren om de gebruiker erop te wijzen dat de brandstof van slechte kwaliteit is. Wanneer de gebruiker nieuw hout oplegt en het systeem extra lucht aanvoert zonder dat dit leidt tot een temperatuursverhoging en terwijl de zuurstof aanwezig in de rookgassen op peil blijft, dan is een slechte brandstof de enige mogelijke oorzaak. Zonder zuurstofmeting kan ook een storing in de luchtaanvoer door bijvoorbeeld slechte trek de oorzaak zijn.

Een automatische regeling van de luchttoevoer heeft eveneens een positieve invloed op het houtverbruik, dat lager kan zijn dan bij een handmatige regeling.

Er is bijkomende elektriciteit vereist voor de aansturing van het hele systeem. Voor de temperatuursensor is dit beperkt tot 3 watt, een zuurstofsensor moet steeds opgewarmd worden en heeft hierdoor een groter energieverbruik.

Financiële aspecten

De automatische sturing betekent een meerkost in vergelijking met een standaard verbrandingssysteem. Prijs/kwaliteit in acht genomen is de temperatuursensor het meest geschikt voor particuliere installaties. De combinatie van een sensor voor O₂ en CO is duur en wordt daarom nog maar weinig toegepast. De combinatie van een temperatuursensor met een zuurstofsensor is meer in gebruik. De meerkost voor deze automatische sturing komt neer op 500 à 800 euro. Hoe meer automatische sturing, hoe groter de meerkost. Leveranciers geven aan dat de terugverdientijd voor automatische sturing ongeveer 4 à 5 jaar bedraagt. Indien deze sensoren op grotere schaal toegepast worden, kan de meerprijs aanzienlijk dalen.