Postęp w technice kominowej w odniesieniu do ochrony środowiska

Eksploatacja urządzeń grzewczych stanowi istotny czynnik powodujący zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Mniejsza ilość energii wykorzystywana podczas eksploatacji budynków ma bezpośredni wpływ na jakość środowiska naturalnego. Tematem wielu pozycji literaturowych, dotyczących oszczędności energii w budynkach, jest analiza izolacji termicznej przegród budowlanych, stolarki okiennej i drzwiowej, eliminacja mostków cieplnych, stosowania wentylacji mechanicznej z możliwością odzysku ciepła [1, 2, 3, 4]. W literaturze często też poruszana jest tematyka dotycząca rozwoju techniki grzewczej w kierunku oszczędności energii i wpływu na środowisko [5, 6]. Mniej powszechnym zagadnieniem jest postęp techniki kominowej w odniesieniu do ochrony środowiska, co stanowi przedmiot niniejszego artykułu.

Fot. 1 Systemy powietrzno-spalinowe (źródło: Jawar)

Postęp techniczny w doprowadzaniu powietrza do urządzeń grzewczo-wentylacyjnych

W zakresie systemów kominowych i urządzeń wentylacyjnych można zaobserwować szybki postęp w technologii produkowanych urządzeń i systemów wymiany gazów. Nowoczesne systemy grzewcze i wentylacyjne nawzajem są coraz doskonalsze pod względem zwiększenia oszczędności energii, a co się z tym wiąże, zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska. Nowoczesne urządzenia grzewcze, oprócz tego, że są coraz bardziej sprawne energetycznie, stają się także coraz większą atrakcją designerską pomieszczeń. Taki kierunek rozwoju urządzeń grzewczych zmusił producentów systemów kominowych do projektowania zupełnie nowych rozwiązań konstrukcji kominów. Obecnie projektanci kominów dążą przede wszystkim do zmniejszenia ilości energii usuwanej wraz z gazami wylotowymi, zwiększenia bezpieczeństwa pożarowego i zwiększenia swobody pod kątem planowania aranżacji pomieszczeń z wykorzystaniem instalacji urządzeń grzewczych i wentylacyjnych. Dostępne na rynku systemy kominowe umożliwiają podłączenie urządzeń grzewczych w dowolnym miejscu budynku bez konieczności lokalizacji urządzenia grzewczego na paliwa stałe na podłodze. Wynika to z możliwości doprowadzania powietrza do spalania kominem (fot. 1). Sposób wykonania kratek wentylacyjnych może być różny i niejednokrotnie kratki stanowią ozdobę pomieszczenia. Dawniej do ogrzewania budynków mieszkalnych używano urządzeń grzewczych z otwartą komorą spalania. Oznacza to, że urządzenia pobierały powietrze potrzebne do spalania z pomieszczeń. Powietrze to, zanim zostało dostarczone do paleniska, było doprowadzane z zewnątrz budynku do pomieszczenia. Skutkowało to wychłodzeniem wnętrza budynku. W celu eliminacji wychłodzenia pomieszczeń zimnym powietrzem zaczęto udoskonalać otwory nawiewne, zastępując je (fot. 2) instalacją nawietrzaków. Nawietrzaki te początkowo wyposażane były w izolowane anemostaty, które umożliwiały regulację ilości powietrza wpuszczanego do pomieszczeń. Obecnie wykorzystywane nawietrzaki (fot. 3) posiadają wbudowane grzałki podgrzewające powietrze zewnętrzne, zabezpieczenie przed zmianą kierunku przepływu (z pomieszczenia na zewnątrz) i stabilizatory regulujące wielkości strumieni przepływu powietrza.

Fot. 2 Tradycyjny otwór nawiewny

Fot. 3 Nawietrzak z grzałką i stabilizatorem przepływu powietrza (źródło: darco.com.pl)

Później zaczęto stosować nawiewy powietrza, które były prowadzone w podłodze i dalej podłączone bezpośrednio do paleniska urządzenia grzewczego (fot. 4). Takie rozwiązanie to duży postęp w technice grzewczej, wyeliminował wychładzanie pomieszczenia przez powietrze potrzebne do procesu spalania. System nawiewny tego typu stosuje się w urządzeniach grzewczych na paliwa stałe (np. w kominkach). Dodatkową zaletą jest to, że tego typu nawiew rzadziej jest zatykany przez użytkowników. Autorowi z praktyki kominiarskiej wiadomo, że blokowanie nawiewu przez użytkowników mieszkań jest często stosowane w celu zatrzymania ciepła w pomieszczeniach. Mieszkańcy, zmniejszając drożność otworów nawiewnych, stwarzają niebezpieczeństwo powstania wstecznego ciągu kominowego i niepełnego spalania paliw w urządzeniach grzewczych, a tym samym ulatniania się tlenku węgla (CO). Ponadto w przypadku dostarczenia zbyt małej ilości powietrza do spalania dochodzi do powstania i odkładania się sadz typu smolistego a później ich pożaru w przewodach kominowych, a także niedopalania paliwa i przez to emisję większej ilości zanieczyszczeń do atmosfery. Zjawiska te mają bezpośredni wpływ na zanieczyszczenie środowiska atmosferycznego.

Fot. 4 Nawiew doprowadzający powietrze bezpośrednio do paleniska (źródło: blog.kominki-batura.pl)

System nawiewny doprowadzony bezpośrednio do komory spalania urządzenia grzewczego stosowany jest również w urządzeniach gazowych z zamkniętą komorą spalania – urządzenia gazowe typu „C” [7]. Rozwiązanie to przyjmuje dwie formy:

1) system rozdzielny – do kotła dochodzą dwa przewody: pierwszy (przewód powietrzny) doprowadza powietrze do komory spalania, drugi przewód to przewód kominowy, służący do odprowadzania spalin (przewód spalinowy);

2) system koncentryczny – komin składający się z dwóch przewodów połączonych koncentrycznie względem siebie (rozwiązanie bardziej efektywne). Przy takim rozwiązaniu przewodem wewnętrznym usuwane są spaliny, a przewodem zewnętrznym doprowadzane jest powietrze potrzebne do spalania. Wzrost sprawności urządzenia grzewczego przy zastosowaniu tego typu rozwiązania spowodowany jest podgrzaniem powietrza dostarczanego do spalania przez gorące spaliny, przepływające przewodem wewnętrznym [7].

Obecnie systemy powietrzno-spalinowe stosuje się również do odprowadzania gazów z urządzeń grzewczych na paliwa stałe. Tego typu kominy stają się jednocześnie wymiennikami ciepła, w których gazy przepływające przewodem powietrznym ogrzewają się od ciepła przenikającego z przewodu spalinowego. Przykład komina odprowadzającego spaliny z urządzeń grzewczych na paliwa stałe przedstawiono na fot. 5. Zaletą takiego systemu kominowego jest to, że powietrze dostarczane na potrzeby spalania do paleniska przewodem powietrznym zostaje ogrzane i dzięki temu palenisko nie jest wychładzane dostarczanym świeżym powietrzem, mniejszą ilość energii traci się też na odparowanie wody zawartej w powietrzu. Zastosowanie opisanej technologii również eliminuje ryzyko wychłodzenia pomieszczeń, gdyż świeże powietrze jest dostarczane bezpośrednio do paleniska. Autor artykułu na podstawie wykonanych badań doświadczalnych wyznaczył sprawność komina przedstawionego na fot. 5a i wyniosła ona około 5% [8].

Przewód odpowiadający za dostarczanie powietrza może być różnie usytuowany w zależności od zastosowanego systemu, np.

– przewód wentylacyjny (nawiewny) stanowi odrębny przewód sąsiadujący z kanałem dymowym,

– przewód nawiewny stanowi przestrzeń powietrzną między przewodem kominowym ocieplonym izolacją (lub nieocieplonym) a obudową komina (pustakiem lub rurą zewnętrzną).

Kominy z przestrzenią powietrzną pozwalają na odzysk ciepła usuwanego ze spalin przewodem spalinowym. Tego typu rozwiązanie to duży postęp w technice kominowej, mający bezpośredni wpływ na poprawę jakości środowiska.

Fot. 5 Schemat działania systemu kominowego powietrzno-spalinowego do urządzeń grzewczych na paliwa stałe: a) ceramiczno-betonowego (źródło: Jawar), b) stalowego (źródło: Jeremias)

Odprowadzanie spalin

Nowoczesne systemowe kominy charakteryzują się znacznie mniejszymi oporami przepływu niż kominy tradycyjne, wykonane z cegły. Mniejsze opory przepływu, a tym samym lepszy ciąg kominowy mają bezpośredni wpływ na jakość spalania i sprawność instalacji. Należy jednak pamiętać, że bardzo istotne znaczenie ma dobór odpowiedniej wielkości przewodu kominowego, tak aby ciąg kominowy nie był zbyt duży.

W przypadku przeprojektowania powierzchni przekroju komina zwiększa się strata wylotowa, co powoduje wzrost zanieczyszczenia powietrza. W przypadku zbyt małej średnicy przewodu kominowego występuje niepełne spalanie i może powstać nadciśnienie w przewodzie kominowym [9]. Powyższe efekty źle dobranych kominów przedstawiono na rysunku.

Przebieg procesu spalania w zależności od prawidłowości doboru średnicy komina do urządzeń grzewczych [9]

Podsumowanie

Trendy rozwoju budownictwa, które można zaobserwować w ostatnich latach, zmierzają w kierunku ochrony środowiska. Taki sam kierunek można zaobserwować w technice kominowej. Samo zastosowanie nowoczesnego systemu kominowego do odprowadzania spalin nie zapewni poprawy jakości spalania i zmniejszenia emisji zanieczyszczeń. Nowoczesne systemy kominowe muszą być zaprojektowane – odpowiednio dobrane – do obsługi wybranej instalacji grzewczej. Oprócz odpowiedniego doboru systemu kominowego należy pamiętać o jego prawidłowej eksploatacji, tj. poddawaniu regularnej kontroli i profesjonalnemu czyszczeniu przewodów kominowych. Uszkodzenia eksploatacyjne i osady występujące w przewodach kominowych mają bezpośredni wpływ na zmianę przyjętych podczas projektowania przewodu parametrów eksploatacyjnych, a tym samym na wzrost ilości zanieczyszczeń i zmniejszenie sprawności spalania.

mgr inż. Krzysztof Drożdżol
mistrz kominiarski

Literatura

1. J. Muller, Wentylacja i klimatyzacja w budynkach energooszczędnych (http://www.inzynierbudownictwa.pl/dodatek_specjalny,wentylacja_i_klimatyzacja,artykul,wentylacja_i_klimatyzacja_w_budynkach_energooszczednych,7162).

2. K. Rodacki, M. Mieszczak, Sterowanie systemami ogrzewania i wentylacji a oszczędność energii, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2015.

3. R. Plich, Jak zaprojektować budynek niskoenergetyczny w Polsce(http://www.inzynierbudownictwa.pl/technika,materialy_i_technologie,artykul,jak_zaprojektowac_budynek_niskoenergetyczny_w_ polsce,6417].

4. http://www.instalacjebudowlane.pl/5013- 23-40-wiszacy-kociol-kondensacyjny-junkersa-jeszcze-bardziej-oszczedny.html.

5. J. Zawistkowski, Współczesne kotły węglowe dla ogrzewnictwa indywidualnego, „Rynek Instalacyjny” nr 7-8/2008.

6. R. Śnieżyk, Eksploatacyjna sprawność kotła kondensacyjnego, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2014.

7. A. Strugała, G. Czerski, Z. Tałach, Koncentryczne systemy powietrznospalinowe – perspektywy rozwoju w budownictwie mieszkaniowym, Instal Reporter 1, Warszawa styczeń 2011 (1).

8. K. Drożdżol, Badanie sprawności temperaturowej pewnego systemu kominowego z przewodem powietrznym, „Inżynieria i Budownictwo” zeszyt 11, tom 72, 2016.

9. P. Cembala, Z. Tałach, Nowoczesne systemy odprowadzania spalin z instalacji spalania paliw stałych małej mocy, materiały konferencyjne „Paliwa stałe w programach PONE w świetle tzw. ustawy antysmogowej”. Stowarzyszenie Kominy Polskie.