Systemy odprowadzania spalin dla instalacji gazowych w dużych obiektach budowlanych

W celu zapewnienia wysokiej sprawności urządzeń grzewczych bardzo istotnym elementem jest dobranie odpowiednich systemów kominowych do określonego typu i rodzaju kotłów gazowych.

Kominy i systemy kominowe znane są od niepamiętnych czasów. Nie mniej jednak rozwój cywilizacji i budownictwa mieszkaniowego na przestrzeni wieków zmienił podejście do projektowania kominów. Szczególnie w ostatnim 50-leciu dokonały się istotne zmiany w konstrukcjach gazowych urządzeń grzewczych, jak również w rodzajach stosowanych paliw gazowych. W pierwszym okresie stosowania gazu jako paliwa wykorzystywano gazy miejskie i generatorowe, które były wytwarzane lokalnie i rozprowadzane wspólną siecią do odbiorców. Gaz miejski charakteryzował się dużą zawartością tlenku węgla i wodoru, co powodowało, że charakteryzował się dużą prędkością spalania i można było w prosty sposób odprowadzać spaliny suche z urządzeń gazowych do istniejących przewodów kominowych. Stosowanie tego gazu było powszechne od drugiej połowy XIX wieku do lat 80. XX wieku. Ze względu na wpływ procesów produkcji gazów miejskich na środowisko i dużą toksyczność tych gazów, wynikającą z dużej zawartości tlenku węgla, został on wycofany z użycia i zastąpiony gazem ziemnym. Równocześnie był to czas odkrycia dużych i bogatych złóż gazu ziemnego, co dodatkowo przyczyniło się do szerokiego jego wprowadzenia do gospodarki komunalnej. Należy zaznaczyć, że obecnie zasoby gazu ziemnego na świecie szacuje się na około 185 bilionów metrów sześciennych i pomimo ciągłego jego wydobycia potwierdzone zasoby gazu ziemnego wysokometanowego na świecie wciąż rosną. W Polsce zużycie gazu ziemnego wynosi obecnie około 15 mld m3 i prognozuje się dalsze zwiększenie zużycia tego paliwa nawet do 17 mld m3 w 2020 roku. Gaz ziemny zaliczany jest do paliw ekologicznych, jednak jego wadą w użytkowaniu jest powstawanie dużej ilości pary wodnej zmieszanej z produktami spalania, które wpływają destrukcyjnie na konstrukcję kominów. Istotny wpływ na zmianę w podejściu do systemów kominowych miał również rozwój techniki grzewczej i nowe konstrukcje kotłów grzewczych c.o. takich jak kotły z zamkniętą komorą spalania czy też kotły kondensacyjne. To spowodowało wprowadzenie nowych rodzajów systemów kominowych do budownictwa mieszkaniowego, w tym kominów segmentowych pracujących w podciśnieniu i nadciśnieniu, kominów powietrzno-spalinowych typu SPS oraz typu LAS. Sprawność nowego typu urządzeń grzewczych dochodzi do 95%, a w przypadku kotłów kondensacyjnych przekracza 100%, co jest możliwe dzięki wykorzystaniu kondensacji pary wodnej ze spalin w tych urządzeniach.

W celu zapewnienia wysokiej sprawności urządzeń grzewczych bardzo istotnym elementem jest dobranie odpowiednich systemów kominowych do określonego typu i rodzaju kotłów gazowych. Jak pokazuje dotychczasowa praktyka i doświadczenie w przypadku kominów, wśród części inwestorów, projektantów i użytkowników istnieją stare stereotypy myślenia mówiące, że komin nie jest istotnym elementem budynku i budowli, a tym samym właściwy dobór średnicy i materiału komina nie ma praktycznego znaczenia. To błędne podejście powoduje, że prawidłowy dobór komina jest zagadnieniem mało rozpowszechnionym i niewielu projektantów stosuje współczesne metody obliczeń i doboru kominów do określonych urządzeń grzewczych. Dobrym przykładem jest wykres obrazujący prawidłowe wymiarowanie kominów do urządzeń z otwartą komorą spalania. W przypadku, gdy komin posiada zbyt małą średnicę, następuje wzrost ciśnienia w kominie i duże opory przepływu spalin. Z kolei gdy komin jest zbyt dużej średnicy, następuje zjawisko nadmiernego ciągu kominowego (nadmiernego podciśnienia), co prowadzi do dużych strat cieplnych poprzez intensywny wypływ spalin do atmosfery.

Talach206-1

Rys. 1. Obszar prawidłowego wymiarowania kominów.

  1. Zbyt mała średnica komina – proces spalania zostaje zaburzony, następuje niepełne spalanie, rosną opory przepływu, powstaje nadciśnienie w przewodzie kominowym. 3. Prawidłowy dobór średnicy przewodu kominowego, poprawny proces spalania. 5. Komin przewymiarowany, proces spalania zaburzony, zbyt duży ciąg kominowy, wzrost straty wylotowej wyraźnej.

Dobór

Zagadnienia doboru systemu spalinowego i obliczeń konstrukcyjnych kominów jest problemem złożonym i należy go rozpatrywać w wielu aspektach:

* rodzaj urządzeń grzewczych, z których odprowadzane są spaliny;

* obciążenie cieplne urządzenia;

* rodzaj paliwa gazowego;

* temperatura wylotowa spalin;

* obliczeń cieplnych i przepływowych;

* materiałów konstrukcyjnych komina;

* konstrukcji nośnej komina i sposobu jego zabudowy w obiekcie budowlanym.

Najprostszym sposobem sprawdzenia prawidłowości doboru średnicy przewodu kominowego jest obliczenie wartości podciśnienia w kominie, które można wyznaczyć ze wzoru:

Δp = g * H * (ρz – ρs),

gdzie:

g – przyspieszenie ziemskie;

H – efektywna wysokość komina;

rz – gęstość względna powietrza zewnętrznego;

rs – gęstość względna spalin dla Ts.

Dobór średnicy przekroju komina można też dokonać innymi metodami, jedną z nich jest możliwość wykonania obliczeń cieplnych i przepływowych w oparciu o normę PN-EN 13384-1:2002+AC:2003 „Kominy. Metody obliczeń cieplnych i przepływowych. Część 1: Kominy z podłączonym jednym paleniskiem”. W zależności od rodzaju palenisk, z otwartą lub zamkniętą komorą spalania, projektowanie powinno być oparte o metody obliczeń zawarte w normach przedmiotowych: PN-EN 15287-1+A1:2010 „Kominy. Projektowanie, instalowanie, przekazanie do eksploatacji. Część 1: Kominy przeznaczone do urządzeń grzewczych z otwartą komorą spalania” oraz PN-EN 15287-2:2008 „Kominy. Projektowanie, instalowanie, przekazanie do eksploatacji. Część 2: Kominy przeznaczone do urządzeń grzewczych z zamkniętą komorą spalania”. Przy doborze średnic komina można wykorzystywać również diagramy, dzięki którym w sposób prosty, a równocześnie z dużą dokładnością można dobrać odpowiednią średnicę komina zależnie od temperatury spalin i mocy cieplnej urządzenia wyrażonej w [kW] dla odpowiedniej wysokości komina. Na rys. 2 i 3 przedstawiono przykładowe diagramy doboru średnic komina dla systemów kominowych pracujących w podciśnieniu i nadciśnieniu.

Talach206-2 Talach206-3

Rys. 2. Diagram doboru średnic dla urządzeń z otwartą komorą spalania pracujących w podciśnieniu o temperaturze spalin od 120 do 140°C.

Rys. 3. Diagram doboru średnic dla urządzeń z otwartą komora spalania pracujących w nadciśnieniu o temperaturze spalin od 80 do 100°C.

Stosowane są również komputerowe programy obliczeniowe, dzięki którym można w sposób prosty i szybki dobrać odpowiednią średnicę i rodzaj systemu kominowego. Takie programy komputerowe posiadają i stosują wszyscy producenci systemów kominowych – zarówno metalowych, jak i ceramicznych. Jest to duże ułatwienie, gdyż każdy może się zwrócić do producenta kominów, podając rodzaj stosowanego paliwa, moc cieplną urządzenia, temperaturę wylotową spalin i zakładaną wysokość komina, co pozwoli na optymalny dobór średnicy komina i rodzaju materiału konstrukcyjnego.

Ważnym zagadnieniem przy dobrze jest także posiadanie istotnych informacji, czy system kominowy pracuje w warunkach mokrych czy suchych i czy jest on odporny na pożar sadzy w kominie oraz jakie ma hydrauliczne opory przepływu.

Wszystkie produkowane systemy kominowe, zgodnie z obowiązującymi w Unii Europejskiej przepisami, powinny posiadać oznakowanie CE. Nakłada to na producentów wymóg przedstawiania Deklaracji Właściwości Użytkowych, w której zawarte są podstawowe parametry i sposób oznakowania każdego elementu komina lub systemu kominowego.

Oznakowanie

Prawidłowy sposób oznakowania przedstawiono poniżej:

* dla kominów metalowych:

PN-EN 1856-1 T450 N1 W Vm L50xxx G100,

gdzie:

PN-EN 18546-1 – numer normy zharmonizowanej;

T 450 – klasa temperaturowa dla temperatury pracy komina 450°C;

N1 – klasa ciśnieniowa;

W – klasa odporności na kondensat, W – mokre lub D – suche;

Vm – odporność na korozję;

L – symbol stali według normy;

G – odległość od materiałów palnych.

* dla kominów ceramicznych: PN-EN 13063-3 T600 N1 WB 2 G50,

gdzie:

PN-EN 13063-3- numer normy zharmonizowanej;

T 600 – klasa temperaturowa dla temperatury pracy komina 600°C;

N1 – klasa ciśnieniowa;

WB – przepuszczalność pary wodnej;

G – odległość od materiałów palnych.

Dodatkowo każdy producent systemu kominowego powinien podać swój znak firmowy lub logo. Pozostałe informacje techniczne, takie jak współczynniki oporu przepływu, wytrzymałość mechaniczną, odporność na dyfuzję pary wodnej, odporność na zamarzanie i odmarzanie oraz wiele innych można zaleźć w Deklaracjach Właściwościach Użytkowych każdego producenta systemów kominowych. Na rys. 4 i 5 przedstawiono przykłady rozwiązań konstrukcyjnych nowoczesnych systemów kominowych.

Talach206-4 Talach206-5

Rys. 4. Konstrukcja metalowego izolowanego komina zewnętrznego.

Rys. 5. Ceramiczny system kominowy z dodatkowym przewodem wentylacyjnym.

 

Materiały konstrukcyjne

Ważnym elementem doboru systemów kominowych, na etapie projektowania, jest odpowiedni dobór materiałów konstrukcyjnych. Dla kominów niskotemperaturowych i kominów przeznaczonych szczególnie do grzewczych urządzeń kondensacyjnych powinno się dobierać kominy metalowe ze stali stopowych austenitycznych gat. 1.4404 lub stali 1.4301 (zgodnie z tabelą 4 normy PN-EN 1856-1), które są odporne na działanie kondensatów, a równocześnie charakteryzują się bardzo dobrymi współczynnikami wnikania ciepła. W tych przypadkach w metalowych kominach koncentrycznych następuje szybka wymiana ciepła pomiędzy spalinami a dostarczanym do komory spalania powietrzem. Dzięki temu uzyskujemy bardzo wysoką sprawność energetyczną urządzeń kondensacyjnych, która przekracza wartość 100%. Warto dodać, że produkowane są również izolowane kominy ze stali żaroodpornych, które mogą być stosowane do odprowadzania spalin z urządzeń opalanych drewnem i materiałami drewnopochodnymi. Zaletą wszystkich kominów metalowych jest prostota budowy, łatwość montażu i przewidywane długie okresy eksploatacji wymagane w budownictwie mieszkaniowym.

Natomiast dla paliw stałych (paliwa na bazie węgla) zaleca się stosowanie kominów ceramicznych, które są bardziej wytrzymałe na wysoką temperaturę pracy powyżej 400°C oraz charakteryzują się odpornością chemiczną. Kominy ceramiczne nadają się szczególnie dla nowo budowanych mieszkań oraz domów jedno- i wielorodzinnych.

Dużym problemem w krajowym budownictwie mieszkaniowym są remonty istniejących kominów, które w trakcie długoletniej eksploatacji mają wiele wad, w tym wady związane z utratą szczelności, spowodowanych pękaniem wewnętrznych struktur przewodu kominowego. Wówczas zaleca się w trakcie remontów kominów stosowanie metalowych wkładów kominowych, szczególnie w tych przewodach kominowych, do których podłączone są gazowe urządzenia grzewcze. Istnieją tutaj dwie możliwości konstrukcyjne, przy remontach można stosować sztywne, metalowe wkłady kominowe lub elastyczne wkłady kominowe. Warunkiem jest jednak to, aby materiały tych wkładów kominowych posiadały oznakowanie CE i był wykonane z odpowiednich stali kwasoodpornych. Należy także zwrócić uwagę, aby prace przy remontach kominów wykonywały wyspecjalizowane firmy, gdyż prace te wymagają dużej dokładności wykonania, a po remontach kominy powinny wykazywać szczelność.

Zbigniew A. Tałach, Stowarzyszenie „Kominy Polskie”

Literatura:

  1. PN-EN 13384-1:2002+AC:2003 „Kominy. Metody obliczeń cieplnych i przepływowych. Część 1: Kominy z podłączonym jednym paleniskiem”.
  2. PN-EN 15287-1+A1:2010 „Kominy. Projektowanie, instalowanie, przekazanie do eksploatacji. Część 1: Kominy przeznaczone do urządzeń grzewczych z otwartą komorą spalania”.
  3. PN-EN 15287-2:2008 „Kominy. Projektowanie, instalowanie, przekazanie do eksploatacji. Część 2: Kominy przeznaczone do urządzeń grzewczych z zamkniętą komorą spalania”.
  4. Materiały techniczne opracowane przez firmę Schiedel Sp. z o.o.
  5. Informacje techniczne firmy Komin-Flex Sp. z o.o.
  6. Informacje techniczne firmy Umet Sp. z o.o.

 

Fot. główne z arch. Viessmann.

Prenumerata Magazynu Instalatora

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