Systemy odprowadzania spalin w instalacjach ogrzewczych na paliwa gazowe. Wysoki komin

Jednym z najważniejszych zagadnień związanych z ochroną powietrza w dużych aglomeracjach miejskich naszego kraju jest wykorzystywanie ekologicznych nośników energii, do których zaliczane są paliwa gazowe. Polska jest krajem dobrze zgazyfikowanym, dotyczy to też takich obszarów, w których emisje zanieczyszczeń powietrza przekraczają wszelkie dopuszczalne normy. Przykładem mogą być takie aglomeracje jak Górny i Dolny Śląsk, Małopolska, a także Gdańsk i Warszawa. Wprowadzenie obowiązku wykorzystywania paliw gazowych w obiektach użyteczności publicznej (szkoły, szpitale, urzędy) mogłoby wpłynąć na poprawę stanu środowiska i jakości powietrza poprzez szerokie wprowadzenie kotłowni na paliwa gazowe. Zmiana nośników energii z paliw stałych na paliwa gazowe wymaga jednak nie tylko zmiany urządzeń grzewczych. W Polsce dostępne są wszystkie rodzaje paliw gazowych od gazu ziemnego wysokometanowego (94,0% metanu), gazu ziemnego zaazotowanego (powyżej 72% metanu) oraz gazów płynnych węglowodorowych (propan, butan i ich mieszaniny). Najbardziej powszechnie stosowanym paliwem jest w Polsce gaz ziemny wysokometanowy, rozprowadzany wspólną siecią. Gaz ziemny w kontakcie z tlenem ulega procesowi spalania zgodnie z reakcją:

Metan: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O,

Q = 11,17 kWh (dane PGNiG).

Warto zwrócić uwagę, że podczas procesu spalania z 1 m3 gazu (metan CH4) powstaje duża ilość pary wodnej (H2O), tj. blisko 2 m3. Para wodna w spalinach kondensuje intensywnie w przewodach kominowych i ma bardzo destruktywny wpływ na materiały konstrukcyjne kominów.

Kotłownie gazowe

Oddzielnym zagadnieniem są wymagania bezpieczeństwa dla kotłowni gazowych, które są uregulowane w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75 poz. 690 z 2002 r. z późniejszymi zmianami). Wymagania te odnoszą się do różnych rodzajów kotłów grzewczych, w tym kotłów gazowych z otwartą komorą spalania typu B oraz kotłów z zamkniętą komorą spalania typu C. Kotły gazowe typu B pracują przy ciągu naturalnym i pobierają powietrze z pomieszczenia kotłowni, w której są zainstalowane. Natomiast kotły typu C pracują w nadciśnieniu i wyposażone są w wentylator, który służy do odprowadzania powietrza do komory spalania i odprowadzania spalin do przewodów powietrzno-spalinowych zwanych przewodami typu SPS lub przewodami LAS. Kotły te, w odróżnieniu od kotłów z otwartą komorą spalania, charakteryzują się wysoką sprawnością energetyczną i zaliczane są do bardzo bezpiecznych urządzeń grzewczych. Na rys. 1 przedstawiono schemat kotła z otwartą komora spalania, a na rys. 2 schemat kotła z zamkniętą komorą spalania.

Klasyfikacja

Norma PN EN 1443:2001 definiuje komin w sposób jednoznaczny, który nie pozostawia miejsca na dowolną interpretację. Zatem komin jest to droga przenoszenia spalin z urządzenia grzewczego do otoczenia. Kominy przeznaczone do kotłowni gazowych są elementem budynków oraz budowli i muszą spełniać wymagania podstawowe określone w Ustawie Prawo Budowlane z dnia 07. 07. 1994 r. (Dz. U. 1994 Nr 89 poz. 414), do których zaliczamy:

  • bezpieczeństwo konstrukcji,
  • bezpieczeństwo pożarowe,
  • bezpieczeństwo użytkowania,
  • odpowiednie warunki higieniczne i zdrowotne oraz ochrona środowiska,
  • ochrona przed hałasem i drganiami,
  • oszczędność energii i odpowiednią izolacyjność cieplną przegród.

Dodatkowe wymagania z zakresu bezpieczeństwa eksploatacji i użytkowania dla kominów przeznaczonych do kotłowni gazowych są określone w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75 poz. 690 z 2002 r. z późniejszymi zmianami). W § 140.4 postawiono wymagania materiałowe dotyczące powierzchni przewodów kominowych odprowadzających spaliny mokre, zgodnie z którym powierzchnie tych przewodów powinny być odporne na destruktywne działanie spalin. Kolejnym bardzo istotnym elementem określonym w § 266 jest wymaganie, że materiały na kominy i systemy kominowe powinny być wykonane z materiałów niepalnych i spełniać wymagania odporności ogniowej zawarte w normie PN-B-02870:1993 „Badania ogniowe. Małe kominy. Badania w podwyższonych temperaturach”.

Najważniejszym jednak etapem w projektowaniu kotłowni gazowych jest odpowiednie zaprojektowanie systemu kominowego opartego o obliczenia oporów przepływu z uwzględnieniem temperatury spalin i wysokości komina. Przy projektowaniu należy uwzględnić rodzaj urządzenia gazowego (typu B, typu C) i za pomocą odpowiednich programów obliczeniowych lub diagramów dobrać odpowiednią średnicę i wysokość komina ponad dach.

Materiały konstrukcyjne

  • Kominy stalowe

Najbardziej powszechne zastosowanie znalazły kominy wykonane ze stali austenicznej gatunku 1.4404. Jest to stal stopowa o zawartości chromu, niklu i molibdenu. Stale austeniczne, dzięki dodatkom stopowym, charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną i dużą odpornością na korozję, szczególnie na korozję powodowaną kwaśnymi odczynami znajdującymi się w produktach spalania. W związku z tym kominy ze stali 1.4404 znalazły szerokie zastosowanie do odprowadzania spalin z urządzeń opalanych gazem. Zaletą kominów stalowych jest szybkie nagrzewanie i w związku z tym praca komina we właściwej temperaturze zbliżonej do temperatury spalin, dzięki czemu minimalizuje się zjawisko wykraplania kondensatu ze spalin i uzyskuje się dużą efektywność energetyczną przewodu spalinowego, przy równoczesnym zabezpieczeniu powierzchni komina przed destruktywnym działaniem kondensatu na elementy budynku.

  • Kominy szamotowe

Elementy kominów szamotowych otrzymuje się z materiałów ceramicznych przez zmielenie i spieczenie wypalonej gliny ogniotrwałej. Elementy kominów są odpowiednio formowane, a następnie wypalane w wysokiej temperaturze (1300°C). Cechują się dużą odpornością na szybkie zmiany temperatury i działanie wilgoci. Szczególnie zalecane są do urządzeń opalanych paliwami stałymi, takimi jak drewno, węgiel, koks, o wysokiej temperaturze spalin i dużej mocy cieplnej urządzeń.

Dobór kominów

W zależności od rodzaju urządzeń i parametrów spalin przy doborze kominów należy uwzględnić:

  • Klasę temperaturową – prawidłowość doboru materiału konstrukcyjnego komina zależna jest od rodzaju zastosowanych kotłów gazowych. Klasy temperaturowe kominów są określone w wymaganiach normy PN-EN 1443:2005 „Kominy. Wymagania ogólne”, klasa T80 – T140 – klasy niskotemperaturowe, klasa T160-T400 – klasa średniotemperaturowa i T450-T600 – klasa wysokotemperaturowa.
  • Klasę ciśnieniową

W zależności od charakteru pracy wyróżnia się  kominy pracujące:

– w podciśnieniu w klasie N – kominy pracujące przy ciągu naturalnym i odprowadzające spaliny z urządzeń z otwartą komorą spalania – urządzenia grzewcze typu „B”;

– kominy pracujące w nadciśnieniu – klasa P – kominy pracujące w nadciśnieniu, urządzenia grzewcze z zamknięta komorą spalania typu „TURBO” lub urządzenia kondensacyjne wyposażone w wentylator.

– Odporność na działanie kondensatu – kominy pracujące w stanie mokrym (gdy jest możliwe występowanie kondensacji w przewodzie kominowym; dotyczy szczególnie kominów w klasie T80-T160) oraz kominy pracujące w suchym trybie pracy (klasy temperaturowe T200-T600).

– Odporność na pożar sadzy – kominy odporne na pożar sadzy oznaczone są klasą G (temperatura pożaru sadzy powyżej 1000°C)  i  kominy nieodporne na pożar sadzy oznaczone klasą O.

W tabeli podano wymagania materiałów konstrukcyjnych kominów przeznaczonych do kotłowni gazowych.

Konstrukcje kominów

W zależności od rodzaju zabudowy kominy dzielimy na:

  • kominy zabudowane w strukturze budynku,
  • kominy dobudowane do budynku,
  • kominy wolnostojące.

Na fot. 1 i 2 przedstawiono przykłady kominów przeznaczonych dla kotłowni gazowych.

Fot. 1. Przykład kominów dobudowanych do ściany budynku.

Fot. 2. Przykład kominów wolnostojących.

Podsumowanie

Przedstawiona w artykule problematyka dotycząca doboru systemów kominowych do ogrzewania paliwami gazowymi dużych obiektów budowlanych, jak się okazuje, znacznie przekracza możliwość omówienia tych zagadnień w jednej publikacji. W związku z tym przedstawiono najważniejsze elementy związane z bezpieczeństwem eksploatacji wynikające z przepisów prawnych i nie poruszono praktycznych zagadnień doboru konkretnych systemów kominowych pod względem obliczeniowym, konstrukcyjnym i eksploatacyjnym. Należy podkreślić, że kotłownie gazowe przeznaczone do dużych obiektów są jedną z istotnych alternatyw dla poprawy jakości powierza, szczególnie w dużych aglomeracjach miejskich.

Zbigniew A. Tałach, Stowarzyszenie „Kominy Polskie”

Fot. z arch. Komin-Flex.

Literatura:

  • Zbigniew A. Tałach, „Dobór materiałów konstrukcyjnych kominów na etapie projektowania obiektu budowlanego – cz. I”, „Inżynier Budownictwa”, styczeń 2012, Warszawa.
  • Zbigniew A. Tałach, Piotr Cembala, „Metalowe systemy kominowe przeznaczone do odprowadzania spalin z urządzeń opalanych gazem”, praca zbiorowa pod redakcją Damiana Bębna i Krzysztofa Drożdżola, wydawca: Wojewódzki Cech Kominiarzy w Opolu, Opole 2014.
  • Andrzej Strugała, Grzegorz Czerski, Zbigniew A. Tałach, „Koncentryczne Systemy Powietrzno-Spalinowe – perspektywy rozwoju w budownictwie mieszkaniowym”, „Instal Reporter” 16-21 (1) 2011.
  • Zbigniew A. Tałach, Andrzej Rozwadowski, „Gazowe urządzenia kondensacyjne – zagadnienia kondensatów ze spalin”, „Wiadomości Naftowe i Gazownicze” nr 12 (188) grudzień 2013.

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