Dobór materiałów konstrukcyjnych kominów na etapie projektowania obiektu budowlanego – cz. II

Dobór kominów ze względu na wymagania eksploatacyjne musi uwzględniać:

1. Klasę temperaturową

Prawidłowość doboru materiału konstrukcyjnego komina zależna jest od rodzaju paliwa oraz typu urządzenia grzewczego (urządzenia klasy B lub C). Przed przystąpieniem do doboru materiału konstrukcyjnego na konstrukcję komina projektant powinien wnikliwie przeanalizować typ i rodzaj urządzenia grzewczego przewidziany do zamierzonego zastosowania. Pozwoli to na dobór klasy temperaturowej komina zależnej od temperatury spalin w trakcie eksploatacji urządzenia grzewczego. Klasy temperaturowe kominów są określone w wymaganiach normy PN-EN 1443:2005 Kominy. Wymagania ogólne. Wyróżniamy następujące klasy: T80-T140 – klasa niskotemperaturowa, T160-T400 – klasa średniotemperaturowa i T450-T600 – klasa wysokotemperaturowa.

2. Klasę ciśnieniową

W zależności od charakteru pracy wyróżnia się  kominy pracujące:

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

– w nadciśnieniu – klasa P – urządzenia grzewcze z zamkniętą komorą spalania typu Turbo lub urządzenia kondensacyjne wyposażone w wentylator.

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

4. 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 dla systemów kominowych w odniesieniu do rodzaju stosowanych paliw.

Bardzo ważnym zagadnieniem jest nie tylko dobór materiałów konstrukcyjnych komina, lecz przede wszystkim odpowiedni dobór średnicy komina w zależności od mocy cieplnej urządzenia grzewczego i projektowanej wysokości komina. Na rysunku 1 przedstawiono wykres zależności doboru komina od panujących warunków w przewodzie kominowym.

Istnieje możliwość wyznaczenia wartości ciągu w przewodzie kominowym według przybliżonego wzoru:

Δp = g H(ρ_z – ρ_s)

gdzie: g – przyspieszenie ziemskie; H – efektywna wysokość komina; p_z – gęstość względna powietrza zewnętrznego; p_s – gęstość względna spalin dla T_s.

Materiały techniczno-informacyjne firmy Schiedel Opole

Materiały konstrukcyjne

Kominy wykonane z cegły

Do budowy i wykonania kominów i systemów kominowych stosuje się kilka rodzajów materiałów budowlanych. Najstarszym rozwiązaniem są kominy budowane z cegły pełnej kominowej na zaprawie wapiennej. Cegła pełna kominowa to materiał budowlany otrzymywany z glin ilastych, morenowych, wstęgowych, łupków, mułków oraz lessów. Podstawowymi składnikami cegły są kaoliny (Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O).

Cegły formuje się przy rozdrobnieniu i wymieszaniu z wodą, a następnie poddaje się suszeniu i wypalaniu w temperaturze od 850°C do 1000°C. Kominy murowane z cegły nadają się do odprowadzania spalin z urządzeń opalanych paliwami stałymi – węgiel, drewno. Kominy wykonane z cegły na zaprawie wapiennej lub wapienno-cementowej stosowane są od wielu lat do odprowadzania spalin z domowych urządzeń grzewczych o małej mocy, opalanych paliwami stałymi, drewnem, węglem, torfem itp. Tego typu kominy nie nadają się jednak do odprowadzania spalin z urządzeń opalanych gazem lub olejem opałowym ze względu na występowanie kondensatu w spalinach.

Tab. Materiały konstrukcyjne na systemy kominowe

Kominy kamionkowe

Kominy kamionkowe charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczną, odpornością na działanie kwasów i minimalną nasiąkliwością wodną. Przy produkcji elementów kominowych z kamionki wykorzystuje się glinę z dodatkiem szamotu i piasku kwarcowego i wypala się w temperaturze od 1200°C do 1300°C. Surowe wyroby przed wypalaniem pokrywa się solą kuchenną (NaCl) lub innymi sproszkowanymi minerałami. Dzięki temu w trakcie wypalania tworzy się na powierzchni wyrobu szklista polewa – glazura o różnych barwach. Kominy kamionkowe zalecane są do odprowadzania spalin suchych z urządzeń na paliwa stałe, przy pewnych rozwiązaniach konstrukcyjnych wyposażenia komina w odkraplacz mogą być stosowane do odprowadzania spalin z urządzeń gazowych (spaliny mokre).

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.

Rys. 1. Wykres zależności doboru komina od panujących warunków w przewodzie kominowym dla kominów pracujących w podciśnieniu:
obszar 1 – zbyt mała średnica komina – proces spalania zostaje zaburzony, niepełne spalanie, rosną opory przepływu, powstaje nadciśnienie w przewodzie kominowym;

obszar 3 – prawidłowy dobór średnicy przewodu kominowego, poprawny proces spalania;

obszar 5 – komin przewymiarowany, proces spalania zaburzony, zbyt duży ciąg kominowy, wzrost straty wylotowej wyraźnej

Kominy betonowe

Kominy betonowe formowane są ze zmieszania cementu z kruszywem grubym i drobnym, wodą oraz ewentualnymi domieszkami i dodatkami. Po hydratyzacji mieszanina uzyskuje właściwości betonu.

Ciężar objętościowy cementu wynosi około 2500 kg/m³. Kominy betonowe są rzadko stosowane w budownictwie mieszkaniowym, natomiast mają szerokie zastosowanie w przemysłowych instalacjach grzewczych do odprowadzania spalin suchych o stosunkowo wysokiej temperaturze z kotłów o dużej mocy cieplnej na paliwa stałe.

Kominy stalowe

Kominy stalowe powstały wraz z rozwojem nowych technologii hutniczych, produkcji wysokogatunkowych stali stopowych z dodatkiem niklu, chromu i molibdenu. W zależności od składu chemicznego można rozróżnić np. stale chromowe lub chromowo-niklowe, jednak bardziej rozpowszechniona jest klasyfikacja tych stali ze względu na ich strukturę. 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 i olejem opałowym. 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 destrukcyjnym działaniem kondensatu na elementy budynku.

Stale żaroodporne dzięki pierwiastkom stopowym, takim jaki chrom, nikiel i krzem, wykazują podwyższoną odporność na działanie gorących gazów i produktów spalania. Kominy te przeznaczone są szczególnie do odprowadzania spalin z urządzeń opalanych drewnem, takich jak kominki z otwartą i zamkniętą komorą spalania, urządzenia grzewcze na pelety wykonane z odpadów drzewnych.

W ostatnim okresie w ofertach hand­lowych znajdują się kominy metalowe ze stali żaroodpornej gatunku 1.4828. Tego rodzaju kominy przeznaczone są do pracy w temperaturze powyżej 550^ºC. Stal ta tworzy warstwę pasywną, która zabezpiecza wewnętrzną powierzchnię komina.

Producenci kominów metalowych oferują również kominy wykonane ze stali ferrytycznych, w których głównym dodatkiem stopowym jest chrom, a także domieszki molibdenu, tytanu oraz niobu. Stale ferrytyczne pomimo gorszych własności użytkowych posiadają wiele cech, które decydują o szerokim ich zastosowaniu w technice kominowej ze względu na to, że jest to materiał ciągliwy i podatny na obróbkę mechaniczną oraz charakteryzujący się dużą trwałością eksploatacyjną.

Podsumowanie

Przed doborem materiałów konstrukcyjnych na systemy kominowe projektanci powinni zapoznać się z obowiązującą w Polsce europejską klasyfikacją systemów kominowych zgodnie z wymaganiami dyrektywy 89/106/EWG Wyroby budowlane oraz normy PN-EN 1443:2005 Kominy. Wymagania ogólne. Klasyfikacja ta umożliwia dobór systemu kominowego w zależności od składu spalin, klasy temperaturowej, klasy ciśnieniowej i odporności systemu kominowego na pożar sadzy.

W polskim budownictwie mieszkaniowym problematyka systemów kominowych i wentylacyjnych budzi największe kontrowersje i częstokroć jest przyczyną wielu tragedii związanych z zatruciem tlenkiem węgla. W kraju rokrocznie notuje się kilka tysięcy przypadków zatruć tlenkiem węgla; z tego powodu ginie kilkaset osób. Problem jest bardzo złożony, gdyż krajowe przepisy: Prawo budowlane oraz  „Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie”, nie odpowiadają zmianom techniczno-technologicznym, jakie zaszły w polskim budownictwie w ostatnim dwudziestoleciu. Dodatkowym problemem jest brak fachowej literatury z dziedziny wentylacji budynków i techniki kominowej odprowadzania spalin w budownictwie mieszkaniowym.

Na stronie internetowej www.inzynierbudownictwa.pl jest przedstawiona europejska klasyfikacja systemów kominowych jako materiał pomocniczy dla projektantów i specjalistów pracujących w obszarze budownictwa mieszkaniowego.

Zbigniew A. Tałach

Stowarzyszenie „Kominy Polskie”

Literatura

1. A. Strugała, G. Czerski, Z.A. Tałach, The chimney as a technological challenge of modern times, “The concentric chimney and air supply ducts – directions of chimney systems development in housing perspective”, Scientific editor Rudolf Kania, Opole-Vienna 2011.

2. Z.A. Tałach, Materiały konstrukcyjne systemów kominowych jako element poprawy efektywności energetycznej instalacji grzewczych, materiały konferencyjne, V Kongres Instalexpo, Warszawa 2007.

3. Z. Tałach, J. Budzanowski, Odprowadzanie spalin z urządzeń gazowych i układów kogeneracyjnych – Przegląd współczesnych technik, „Rynek Instalacyjny” nr 7/8/2002,  Warszawa.

4. Z.A. Tałach, P. Cembala, Przepisy prawne i legislacyjne w UE i Polsce w świetle wymagań dla systemów odprowadzania spalin i wentylacji budynków, konferencja naukowo-techniczna „Paliwa stałe w małej energetyce rozproszonej – stan aktualny i perspektywy”, 27–28 września 2011 r., Gliwice.

5. G. Czerski, Cz. Butrymowicz, Z.A. Tałach, Badania użytkowanych gazowych przepływowych ogrzewaczy wody, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 3/2011.

6. Dyrektywa Rady Europejskiej 89/106/EWG w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych dotyczących wyrobów budowlanych.

7. PN-EN 1443:2005 Kominy. Wymagania ogólne.