Kominek – wielobranżowy problem. Grzanie pozornie proste

 Kominki to źródła energii o teoretycznie, a w większości przypadków praktycznie największej sprawności w przełożeniu ilości wyzwolonej energii w procesie spalania na wzrost poziomu energetycznego otoczenia człowieka, powietrza, przegród budowlanych, grzejników instalacji c.o. Realizacja zamierzeń pokrycia potrzeb w każdej sytuacji, a w szczególności w rozwiązaniach indywidualnych w budownictwie jednorodzinnym wymaga przeanalizowania wszystkich argumentów świadczących za zastosowaniem rozwiązania i niewątpliwie tych argumentów, które są przeciw zastosowaniu kominka, jest ich dosyć spora ilość, a namnażają się podczas nierzetelnego podejścia do zagadnienia. W niniejszym artykule szczególną uwagę zwrócę na te elementy, które są niezbędne dla poprawności zastosowania rozwiązania, a których wdrożenie w praktyce przybliży inwestora do zamierzonego celu, czyli obniżenia nakładów na ogrzewanie obiektu, i które pozwalają wykorzystać najpełniej kominek do wspomagania ogrzewania podstawowego budynku i wytworzenia układu źródła ciepła niskonakładowego cenowo w eksploatacji i nieskomplikowanego w użytkowaniu.

Geneza  Przyglądając się komercyjnym materiałom reklamowym zamieszczonym w publikacjach technicznych dotyczących kominków, można odnieść mylne wrażenie, że problematyka związana z zastosowaniem tego typu rodzaju źródła grzewczego jest prosta i ostatecznie technicznie poprawnie rozwiązana. Wrażenie to jest wywołane szeroką możliwością wyboru różnorodnych rozwiązań żeliwnych wkładów kominkowych z zamkniętą komorą spalania oraz bardzo prosto wyglądającym schematem technologicznym części instalacyjnej kominka z wkładem wodnym połączonym z grzejnikową instalacją wodną c.o. Rozwiązanie to obrazowo jawi się jako prosty cieczowy układ otwarty w zasadzie z dwiema rurami, jedną wznośną i jedną przelewową, oraz wymiennikiem ciepła. W rzeczywistości z uwagi na charakter źródła energii o bardzo niskiej stabilności wydajności energetycznej musi być odpowiednio zwymiarowane i posiadać szereg istotnych dla tego rozwiązania skutecznych zabezpieczeń. A prawidłowe rozwiązania techniczne muszą być tak zrealizowane, aby całkowicie wyeliminować możliwość pojawienia się zagrożeń powstających w stanach ekstremalnych, które przy braku ich wczesnego wykrycia i braku możliwości ich eliminacji mogą doprowadzić do znacznych destrukcyjnych zjawisk. Najniebezpieczniejsze, o wysokim stopniu prawdopodobieństwa zaistnienia w ruchu, jest wystąpienie znacznej przewagi chwilowej wydajności energetycznej komory spalania w stosunku do możliwości odbioru wyzwolonej energii przez układy cieczowe czy powietrzne współpracujące z kominkiem. W takiej sytuacji może wystąpić przekroczenie dopuszczalnych parametrów fizycznych, np. temperatury wrzenia cieczy odbierającej energię, temperatury dopuszczalnej dla materiałów, z których jest wykonana obudowa itp. Z tego też względu zastosowanie układu otwartego dla cieczowego odbioru energii cieplnej przekazującej ją do instalacji wewnętrznej c.o. jest bezwzględną koniecznością. Toteż zagrożenie jest istotnym argumentem, który należy uwzględnić w prawidłowym określaniu nominalnej wydajności energetycznej przeznaczonej do zabudowy kominka, przy określeniu której należy być bardzo rozważnym i należy dążyć do tego, aby była zawsze mniejsza od zapotrzebowania ciepła dla prawidłowo zwymiarowanego wodnego czy też powietrznego układu ogrzewania obiektu o co najmniej 20%. Wówczas trwała wydajność instalacji kominkowej wymagająca nieco częstszego uzupełniania paliwa jest w pełni wystarczająca dla pokrycia potrzeb cieplnych obiektu w okresach tzw. przejściowych temperatur powietrza zewnętrznego. Tym samym pozwala się na realizację procesu spalania przy dostatecznie dużej ilości powietrza i równocześnie skraca się okresy spalania niezupełnego z deficytem tlenowym, co jest elementem korzystnym dla środowiska i podnosi sprawność spalania. W takiej sytuacji szczytowe potrzeby cieplne dla najniższych temperatur zewnętrznych muszą być uzupełniane przez tzw. podstawowe źródło energii dla obiektu, paliwo stałe, olej, gaz, energia elektryczna, którego zdecydowanie nie należy eliminować z zastosowanego systemu grzewczego budynku.

Obudowa wkładu Bazując na doświadczeniach rozwiązań tradycyjnych kominków z otwartą komorą spalania, można bez obaw stwierdzić, że kominek dobrze spełniający swoją rolę to takie rozwiązanie, które posiada „znaczną masę materiału obudowy o wysokiej pojemności cieplnej”, która to obudowa jest w stanie w krótkim czasie zakumulować energię wyzwoloną w palenisku i oddać ją do otoczenia na drodze promieniowania w odpowiednio wydłużonym czasie. To właśnie zjawisko w nowoczesnych kominkach z zamkniętą komorą spalania również należy brać poważnie pod uwagę w przekazie energii cieplnej. Przy większej pojemności cieplnej obudowy wydłuża się czas przekazywanej energii do otoczenia. Idealnym materiałem spełniającym to zadanie jest cegła szamotowa. I mimo, że obudowa współczesnych kominków z wkładem żeliwnym nie ma bezpośrednio kontaktu z płomieniem, to stosowanie szamotu na główną jego obudowę jest jak najbardziej uzasadnione. Propozycje stosowania materiałów w postaci piaskowców, granitów, marmurów czy też kamieni sztucznych w całej objętości należy rozważać wyłącznie w tych przypadkach, gdzie kominek przeznaczony jest głównie do ogrzewania powietrznego, w którym przepływ powietrza jest wymuszony układem wentylatorów i na akumulacji ciepła w obudowie nie bardzo nam zależy. Wówczas należy dążyć do takiej konstrukcji obudowy, by materiał przeznaczony na jej wykonanie nie był narażony na wysoką temperaturę i promieniowanie, gdyż w przeciwnym razie może dojść w przypadku piaskowca naturalnego do jego lasowania, a w przypadku marmurów warstwowych i granitów do ich pękania i rozwarstwiania. Natomiast przy użyciu kamieni jednorodnych może pojawić się pękanie spoin między poszczególnymi elementami, co wiąże się z rozszczelnieniem obudowy kominka. Pozytywnie należy ocenić stosowanie tych materiałów jako wyłożenia dekoracyjne na korpus kominka wykonanego z szamotu.

Rozwiązania instalacyjne Stosowanie wkładów kominkowych z rekuperatorem cieczowym (potocznie nazywanym wkładem wodnym) jest propozycją znacznie działającą na wyobraźnie inwestorów. Stosowanie tego typu rozwiązań wymaga jednak skrupulatnego podejścia do zagadnienia i prawidłowe ukształtowanie konstrukcyjne takiego kominka wymaga rzeczowej znajomości procesu wymiany ciepła na drodze płomień – wilgotne spaliny – czynnik cieczowy. Najczęściej niepoprawnie ukształtowanym układem są kominki z wkładem wodnym o dużej pojemności cieczowej wkładu i znacznie rozwiniętej powierzchni wymiany ciepła w stosunku do wydajności cieplnej paleniska. Takie wkłady kominkowe trudno jest szybko rozgrzać do temperatury wyższej od temperatury punktu rosy spalin. Wówczas dochodzi do długotrwałego roszenia wewnętrznej powierzchni rekuperatora i zarzucanie go sadzą z tworzeniem warstwy zwiększającej oporność cieplną przepony wymiennika. Znaczna pojemność wodna wymiennika ciepła sprzyja temu zjawisku, gdyż wydłuża czas dojścia czynnika grzewczego powyżej temperatury punktu rosy. Pozytywnie działające są układy rekuperatorów przepływowo-rurkowych (fot. 1). Zaletą tego rozwiązania jest eliminacja wszystkich wcześniej wyszczególnionych mankamentów. Po krótkiej chwili w takim rekuperatorze dochodzi się do poziomu temperatur wyższych od punktu rosy mimo niskiej początkowej wydajności paleniska i końcowej w czasie wygaszania przypadkowego lub końcowego. Zastosowanie w układzie regulatora termicznego pompy obiegu wkładu kominkowego pozwala zminimalizować to zjawisko prawie do przysłowiowego zera.

Wymagania podstawowe Aby kominek mógł spełnić pokładane w nim nadzieje i nie stał się meblem sprawiającym znaczne kłopoty eksploatacyjne, muszą być spełnione następujące uwarunkowania konstrukcyjno-ruchowe.

* Typu ogólnego:

a – wkład kominkowy żeliwny musi być dobrany zgodnie z możliwościami odbioru wyzwolonej przez niego energii przez układy powietrzne, wodne, powietrzno-wodne.

b – moc nominalna komory paleniskowej po prawidłowym zapewnieniu warunku wg pkt. a) powinna być mniejsza, co najmniej o 20%, od mocy zapotrzebowania ciepła dla obiektu, w którym kominek zostanie zainstalowany.

c – w kominku należy spalać wyłącznie przeznaczone dla niego sortymenty opału.

d – obsługę i eksploatację kominka należy prowadzić ściśle z warunkami zawartymi w instrukcji obsługi.

* Typu szczegółowego:

a – obudowy budowlane wkładów kominkowych stosować jako rozwiązania typowe lub nietypowe, ale które spełniają warunki prawidłowego zabezpieczenia przed ich nadmiernym przegrzaniem.

b – materiał obudowy musi być odporny na wysoką temperaturę min 200oC i promieniowanie cieplne.

c – konstrukcja obudowy musi być tak ukształtowana, aby swobodnie mogła realizować ruchy termiczne powstające w czasie eksploatacji kominka.

d – w rozwiązaniach szczegółowych należy wykorzystać wszystkie występujące formy przekazu energii do otoczenia, konwekcję z powietrzem omywającym wkład, konwekcję i promieniowanie płomienia z przeponowym odbiorem energii do nośnika cieczowego współpracującego z instalacją centralnego ogrzewania budynku oraz akumulację cieplną obudowy budowlanej wkładu.

e – w układach kominkowych z rekuperatorem cieczowym najkorzystniejsze są rozwiązania techniczne umożliwiające realizację wymiany energii po stronie cieczowej w warunkach intensywnego przepływu przez ekran kanałowo-rurkowy o podwyższonej turbulencji przepływu zarówno po stronie spalinowej, jak i cieczowej (fot. 1).

f – pomieszczenie, w którym zostanie zabudowany kominek, musi bezwzględnie być wyposażone w prawidłową instalację nawiewną do pomieszczenia i wyciągową powietrza z pomieszczenia, a kominek musi mieć wykonaną prawidłowo instalację odprowadzenia dymu i dymku znad drzwiczek komory spalania (fot. 2).

g – dla budynków nowo wznoszonych decyzję o typie kominka i rozwiązaniach z nim związanych należy powziąć na etapie fazy projektowania budynku, wówczas bez większych kosztów można zapewnić rozwiązania związane z powyższymi uwarunkowaniami szczegółowymi.

Jan Chochla
Fot. 1. Przykładowe rozwiązanie paleniska kominka z rurowym ekranem wodnym, E – odciąg szczelinowy. F – palenisko, H – współprądowy rurowy ekran cieczowy.

Fot. 2. Przykład kompletnego oprzyrządowania kominka bez elementów wystroju zewnętrznego, wyposażonego w ekranowy wkład wodny oraz niezbędne przewody nawiewno-wyciągowe. A- górny wywiew grawitacyjny z pomieszczenia, B – przewód grawitacyjnego odciągu szczelinowego, C – przewód dymowy, D – czopuch żeliwny, E – odciąg szczelinowy, F – palenisko, G – nawiew powietrza świeżego.

Fot. 3. Kominek przedstawiony na fot. 2 po zamaskowaniu.
Zobacz artykuł w wersji pdf  pdf pdf pdf

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij