Dobór komina

Źle zaprojektowane, wykonane z niewłaściwych materiałów lub nieremontowane kominy są przyczyną nieszczęść i tragedii. Co roku wielu użytkowników ulega zatruciom tlenkiem węgla, a straty spowodowane pożarami budynków szacowane są w dziesiątkach milionów złotych. Nagminne jest użytkowanie kominów bez odbiorów kominiarskich i lekceważenie obowiązku okresowych przeglądów i czyszczenia tych instalacji, lub samowolne dokonywane zmian i przeróbek.

Kominy i instalacje spalinowe muszą być odporne nie tylko na działanie produktów spalania, często wilgotnych i chemicznie agresywnych, lecz również zachowywać bezwzględną szczelność gazową (nadciśnieniową lub podciśnieniową), mieć możliwość dostosowania parametrów pracy do zmieniającej się wydajności kotła (np. przy modulowanych palnikach urządzeń grzewczych) oraz charakteryzować się wysoką trwałością i spełniać warunki zabudowy.

Właściwie zaprojektowane i wykonane instalacje spalinowe mogą przynosić dodatkowy wymierny zysk energetyczny, np. przez podgrzanie powietrza spalania dostarczanego do kotła w systemie WSPS czy odzyskiwanie ciepła zawartego w spalinach w specjalnie skonstruowanych wymiennikach.
Krajowe przepisy umieszczają komin (gotowy, zmontowany system kominowy, a także jego eksploatacja) wśród elementów budowlanych podlegających szczególnemu nadzorowi.

Charakterystyka systemów kominowych i spalinowych

Systemy kominowe i spalinowe można sklasyfikować według różnych kryteriów (np. konstrukcyjnych, według osiąganych parametrów czy przeznaczenia). Właściwy dobór komina zaczynamy zawsze od sklasyfikowania podłączonych do nich urządzeń grzewczych. I tak, na przykładzie gazowych urządzeń grzewczych można przeanalizować rozwiązania konstrukcyjne kominów wewnętrznych.

Gazowe urządzenia grzewcze sklasyfikowane są w trzech grupach (typ: A, B, C) ze względu na sposób odprowadzania spalin i doprowadzania powietrza. Typ A to urządzenia energetyczne o małej mocy, gdzie nie deklaruje się określonych systemów kominowych. Typ B to urządzenia grzewcze, gdzie powietrze pobierane jest z pomieszczenia, w którym są zamontowane, a spaliny odprowadzane poprzez indywidualne systemy kominowe, natomiast typ C to kotły z zamkniętą komorą spalania, które samoczynnie poprzez niezależny kanał pobierają powietrze niezbędne do spalania bezpośrednio z atmosfery, a produkty spalania usuwane są odrębnymi przewodami spalinowymi.

Duża różnorodność rozwiązań umożliwia dobór i dostosowanie systemów kominowych w każdym przypadku zabudowy i do każdego urządzenia grzewczego. W trakcie doboru systemu kominowego należy jeszcze uwzględnić następujące kryteria:
1. Ciśnienie:

• kominy pracujące w podciśnieniu,
• kominy pracujące w nadciśnieniu (kominy pracujące w nadciśnieniu potocznie zwane
  są nadciśnieniowymi instalacjami spalinowymi);

2. Kondensacja skroplin – parametr ren grupuje kominy ze względu na warunki pracy:

• kominy na spaliny suche,
• kominy na spaliny mokre,
  (kryterium to jest związane z temperaturą spalin. W przypadku gdy temperatura spalin
  w dowolnym odcinku komina spada poniżej 52°C, można liczyć się z powstawaniem w nim kondensacji pary wodnej spalin);

3. Temperatura pracy komina:

• kominy niskotemperaturowe do temperatury 250°C (gaz, olej opałowy),
• kominy średniotemperaturowe (gaz, olej opałowy, kotły węglowe retortowe),
• kominy wysokotemperaturowe temperatura pracy 450-650°C (kominki, piece węglowe
  i na drewno tradycyjne);

4. Odporność na pożar sadzy:

• kominy nieodporne na pożar sadzy,
• kominy odporne na pożar sadzy,

5. Konstrukcja komina:

• wkłady kominowe (wkładane do istniejących kominów lub obudów),
• kominy izolowane – zewnętrzne lub wewnętrzne,
• kominy wolno stojące (przemysłowe),
• instalacje spalinowe SPS i powietrzno-spalinowe WSPS (rura w rurze).

Należy rozdzielić i osobno zdefiniować funkcje kominów podciśnieniowych i nadciśnieniowych instalacji spalinowych. Kominy podciśnieniowe funkcjonują dzięki powstaniu różnicy ciśnień wytworzonej pomiędzy wlotem spalin a górną częścią (wylotem komina) na skutek zmiennej gęstości powietrza znajdującego się w zamkniętej przestrzeni komina. Z powodu różnicy ciśnień  powstaje w kominie siła wyporu – tzw. ciąg kominowy, który samoczynnie zasysa produkty spalania i emituje je z komory spalania na zewnątrz – do atmosfery. Natomiast nadciśnieniowe instalacje spalinowe stanowią zespół elementów podłączonych bezpośrednio do urządzenia grzewczego (kotła, pieca itp.) wyposażonego w mechaniczny wentylator, który wytwarza w przewodzie takie nadciśnienie, aby możliwe było usunięcie produktów spalania do atmosfery. Można spotkać się także ze skojarzonymi układami kominowymi i spalinowymi (szczególnie w zbiorczych układach SPS i WSPS), w których produkty spalania są mechanicznie usuwane z komory kotła poprzez instalację nadciśnieniową do komina działającego na zasadzie podciśnieniowej.

W zależności od stosowanego rodzaju urządzenia grzewczego, paliwa oraz szeregu czynników eksploatacyjnych, kominy i instalacje spalinowe mogą być wyposażone w dodatkowe elementy, takie jak: przerywacze i czujniki ciągu, klapy spalinowe, statyczne i dynamiczne zakończenia kominowe, klapy przeciwwybuchowe oraz różne elementy podłączeniowe i rewizyjne.

Kryterium doboru konstrukcji komina

Punktem wyjściowym doboru konstrukcji komina jest zawsze kocioł oraz analiza sposobu i możliwości zabudowy. O wyborze charakteru pracy (podciśnieniowy czy nadciśnieniowy) decyduje rodzaj zastosowanego kotła. I tak, kotły atmosferyczne z uwagi na brak mechanicznego wymuszenia wyrzutu spalin wymagają kominów podciśnieniowych, chyba że na wylocie stosowane są instalacje wentylatorowe (np. odpylania spalin), co przekształca instalację w układ skojarzony kominowo-spalinowy. Dla prawidłowej pracy zespołu kocioł-komin wielkość ciągu kominowego musi być zawsze dodatnia, tzn. w kominie ma występować podciśnienie. Obliczenia wielkości ciągu kominowego dokonuje się, uwzględniając typ i moc kotła, rodzaj paliwa i temperaturę spalin, straty przepływu w elementach przyłączeniowych kotła oraz wysokość i średnicę komina. Należy zwrócić uwagę na dokładny dobór średnicy komina. Niewłaściwie dobrana, zarówno zbyt mała, jak i zbyt duża średnica ma decydujący wpływ na pracę komina i kotła. Przewymiarowanie komina jest powodem nagłego rozprężania i ochładzania spalin przy wlocie do komina, a co za tym idzie spadek podciśnienia w kominie, natomiast dobór zbyt małej średnicy komina powoduje powstanie znacznych oporów przepływu, co wiąże się ze spadkiem ciągu kominowego. 

Dla obliczeń parametrów kominów podciśnieniowych stosowane są często uogólnione wzory doboru średnicy lub pola przekroju, np.:

d = 4,37 x √Q / √H
lub
s = 0,043 x P x 8,6 / √H

gdzie:
d – maksymalna średnica wewnętrzna komina w [cm]
Q – moc znamionowa kotła w [kW]
H – całkowita wysokość komina w [mb]
s – przekrój komina [dm²]

Wzory te operują zbyt dużymi przybliżeniami i można stosować je jedynie do wstępnych obliczeń parametrów kominów o krótkim czopuchu (we wzorach nie uwzględniono strat przepływu na elementach dodatkowych, jak kolana, zwężki, elementy regulujące).

Do orientacyjnego doboru komina przydatne są również nomogramy publikowane przez niektórych producentów. Konkretnego doboru instalacji można dokonać przy pomocy profesjonalnych programów komputerowych oferowanych przez większość producentów lub  powierzyć go specjalistycznym firmom projektowym. Aby uniknąć błędów i kłopotów z odbiorem, dobrze jest także skonsultować projekty kominów lub instalacji spalinowej z działającym na danym terenie mistrzem kominiarskim.

Do kotłów z zamkniętą komorą spalania (tzw. turbo) i kotłów kondensacyjnych dobór nadciśnieniowych instalacji spalinowych musi odbywać się w ścisłej konsultacji z ich producentami. O skuteczności i budowie instalacji spalinowej decydują parametry zamontowanego w kotle wentylatora, a także opory przepływu spalin przez kocioł i opory hydrauliczne przewodów spalinowych. Kotły turbo i kondensacyjne mogą być wyposażone we współosiowe przewody powietrzno-spalinowe (tzw. WSPS) lub układy rozdzielone osobne dla spalin i powietrza (tzw. SPS).

Na rynku funkcjonują standardowo trzy wielkości średnic systemów SPS i WSPS:

• do instalacji SPS najczęściej stosowanej przy kotłach małej mocy, np. wiszących (do ok. 30 kW) jest średnica 60, 80 i 100 mm,
• do przewodów powietrzno-spalinowych WSPS średnice 60 (spaliny)/100 mm (powietrze), 80/125 mm oraz 100/150 mm.

Producenci kotłów w materiałach technicznych określają zarówno maksymalne długości przewodów SPS czy WSPS, a także opory przepływu spalin (najczęściej w postaci współczynników sumowanych po skonfigurowaniu systemu) występujące w zastosowanych w instalacji kształtkach, takich jak kolana, adaptery, elementy wyrzutowe. Dobór i projektowanie nadciśnieniowych instalacji spalinowych musi być przeprowadzane ściśle według wskazań producentów kotłów lub producentów elementów instalacji spalinowych. W układach nadciśnieniowych bardzo istotny jest montaż. To montażysta decyduje o szczelności, czyli bezpieczeństwie użytkowania kotła, który często zabudowywany jest w  nieprzygotowanych do tego pomieszczeniach. Należy pamiętać, że w pomieszczeniu, w którym zamontowany jest kocioł turbo lub kondensacyjny, a odprowadzenie spalin odbywa się za pomocą systemu rozdzielonego, konieczne jest zastosowanie kratki wentylacyjnej o powierzchni min. 150 mm². Producenci czy sprzedawcy dość często zapominają o tym warunku, informując klienta o zupełnej dowolności umiejscowienia kotła.

Układy skojarzone kominów podciśnieniowych i nadciśnieniowych instalacji spalinowych są stosowane z reguły w budownictwie wielorodzinnym przy wielokrotnym podłączeniu urządzeń grzewczych do jednego pionu spalinowego. Są one zawsze projektowane indywidualnie dla każdego przypadku. Z uwagi na doświadczenie producenci wyrobów kominowych są najlepszym partnerem do pomocy w tego typu przypadkach.

Rozwiązania techniczne systemów kominowych

Systemy kominowe, szczególnie kominy zewnętrzne, powinny być dostosowane do stref klimatycznych, w których są zainstalowane. Charakterystyczny dla danego obszaru klimat wpływa zarówno na rodzaj i parametry stosowanych materiałów (np. izolacji), jak i późniejszą pracę komina. Z punktu widzenia pracy instalacji grzewczych nasz klimat charakteryzuje się w równym stopniu ekstremalnie niskimi (poniżej -25°C), jak i wysokimi  temperaturami (powyżej 25°C), bardzo długim okresem grzewczym (sięgającym często 9 miesięcy). System kominowy musi działać poprawnie w każdych warunkach.

Materiały komina, elementów instalacji spalinowej i obudowy powinny być wykonane z materiałów niepalnych klasyfikowanych do euroklas A1 lub A1n. Warunek ten jest zawarty w krajowych przepisach budowlanych i pożarowych (DU 75/2002  poz. 690, §266). Przestrzeganie tego warunku nabiera istotnego znaczenia szczególnie przy instalowaniu gazowych kotłów z  zamkniętą  komorą spalania i kotłów kondensacyjnych bezpośrednio w pomieszczeniach mieszkalnych. Ten coraz powszechniej stosowany sposób zabudowy (hasła promocyjne w rodzaju „kocioł bez komina” lub „kocioł w szafie”) zyskuje niestety coraz więcej zwolenników.

Zapomina się także nader często o wentylacji pomieszczeń, w których umieszczany jest kocioł. Pomijając fakt, że każde urządzenie gazowe powinno funkcjonować jedynie w pomieszczeniach wentylowanych, należy zwrócić uwagę, że także sama w sobie instalacja spalinowa może stwarzać zagrożenie, jeśli nie zapewnimy jej prawidłowo działającej wentylacji. Jeżeli dodatkowo będzie wykonana z materiałów niezapewniających bezpieczeństwa w każdych, nawet w awaryjnych stanach pracy (jak np. tworzywa sztuczne przy pracy w podwyższonych temperaturach) zagrożenie będzie  jeszcze większe.