WSTĘP
Osoby posiadające kominki wiedzą, że powstająca przy spalaniu ilość ciepła jest często większa, niż potrzeby nawet dużego zdawałoby się pokoju. Po kilku godzinach palenia i przy zamkniętych oknach temperatura może wzrosnąć do 24-26°C, aż prosi się skierować wtedy nadmiar ciepła do innych pomieszczeń. Jak powinna wyglądać w takim wypadku instalacja kominkowa? Jakie są metody ogrzewania pomieszczeń kominkiem? Czy kominek może nam zastąpić centralne ogrzewanie i czy taka alternatywa jest opłacalna? O tym wszystkich w niniejszym artykule.
ZAPOTRZEBOWANIE NA CIEPŁO A WIELKOŚĆ WKŁADU
Decydując się na ogrzewanie kominkiem kilku pomieszczeń, czy nawet całego domu, musimy zwrócić uwagę na jego moc nominalną przy zakupie. Możemy przyjąć, że 1kW mocy wkładu pozwoli nam na ogrzanie od 15-30 m3 kubatury, w zależności od stopnia ocieplenia budynku i szczelności stolarki (średnio, dla domu dobrze ocieplonego można przyjąć 1kW/25 m3 kubatury). Wynika stąd, że dla budynku o powierzchni użytkowej 100m2, przy wysokości pomieszczeń 2,5 m, moc wkładu powinna wynosić powyżej 10 kW. Pamiętajmy jednak, że takie obliczenia są często bardzo nieprecyzyjne. Dużą część mocy kominek oddaje już w pomieszczeniu, w którym jest zainstalowany, dlatego w praktyce lepiej przyjmować moc kominka z pewnym zapasem.
Kominek oddaje ciepło na drodze promieniowania – poprzez szybę – i na drodze konwekcji gorącego powietrza, ogrzanego przez wkład i nawiewanego przez kratki wentylacyjne. Pierwszej drogi nie da się w prosty sposób ograniczyć, ilość wypromieniowanej energii będzie tutaj zależała od: temp. szyby, temp. wkładu, kształtu szyby i jej wymiarów. Nawiew powietrza przez kratki można regulować stosując kratki z żaluzjami, ograniczając ich wielkość lub w ogóle z nich rezygnując (w okapie musi pozostać co najmniej jedna kratka dekompresyjna).
Jeśli kratka nawiewna ma spełniać funkcję grzewczą pamiętajmy, że jej wymiary muszą być odpowiednio duże. Przyjmuje się, że wymiary otworów nawiewnych w okapie nie powinny być w takim wypadku mniejsze niż 500cm2. Zamiast jednego dużego otworu można przy tym stosować dwa, a nawet trzy mniejsze umieszczone ze wszystkich stron okapu.
KONWEKCYJNE OGRZEWANIE DOMU
Polega na rozprowadzaniu ciepłego powietrza systemem rur poprowadzonych od okapu do poszczególnych pomieszczeń w budynku, przy czym każde pomieszczenie powinno być zasilane osobnymi rurami. Do rozdziału ciepła stosowane są giętkie rury aluminiowe z izolacją cieplną o średnicy od 100-160 mm . Na końcu rur umieszcza się zwykle kratki wentylacyjne z żaluzjami lub anemostaty.
Rury mogą być prowadzone w sposób poziomy lub pionowy. Pierwsze rozwiązanie stosowane jest dla budynków parterowych, kominek powinien tutaj stać możliwie centralnie w stosunku do ogrzewanych pomieszczeń, a maksymalna długość odcinka poziomego, licząc od osi kominka do wylotu powietrza, nie powinna być większa niż 3m. Wyloty kratek nawiewnych z konieczności znajdują się na suficie, co w pewnym stopniu ogranicza możliwość ogrzewania kuchni i łazienek.
Pionowe prowadzenie rur jest rozwiązaniem przeznaczonym dla budynków kilkukondygnacyjnych (Rys. 1). Rury biegną zwykle w jednym szachcie (można wykorzystać szacht instalacyjny, pod warunkiem zastosowania dodatkowej przegrody pomiędzy instalacjami a rurami grzewczymi), łącząc kominek z kratkami nawiewnymi zamocowanymi na ścianie. W tym rozwiązaniu, wytwarzający się w rurach efekt kominowy powoduje stałe nadciśnienie wykluczające odwrotny przepływ powietrza, nawet przy wygasłym kominku.
Rys.1 Rozprowadzanie powietrza pionowe systemem trzech rur elastycznych dołączonych do okapu kominkowego (rys. A.Adamczewski).
Regulacja
Jest mocno ograniczona. Wydajność ogrzewania grawitacyjnego możemy regulować żaluzjami na kratkach nawiewnych lub stosując specjalne wkłady kominkowe z turbiną nadmuchową. W tym ostatnim przypadku, wydajność ogrzewania regulowana jest w funkcji termostatu w pomieszczeniu, który załącza lub wyłącza turbinę we wkładzie kominkowym. Wymuszony przez turbinę przepływ powietrza zwiększa prędkość spalania się wsadu, tym samym rozgrzewa do wyższej temperatury wkład (tzw. efekt miecha kowalskiego).
Zastosowanie
Instalacje kominkowe grawitacyjne są najtańsze w eksploatacji i pewne w działaniu. Pracują bezprądowo, dlatego nadają się doskonale do budynków w małych miejscowościach, gdzie wyłączenia energii są częste i uciążliwe. Ich wadą jest ograniczony zasięg i wymogi odnośnie lokalizacji kominka. W praktyce jest to rozwiązanie dla małych budynków parterowych lub jako ogrzewanie uzupełniające w pozostałych budynkach.
SYSTEM DGP
W systemie DGP (skrót od: dystrybucja gorącego powietrza) przepływ gorącego powietrza od kominka do poszczególnych pomieszczeń wymuszony jest turbiną, w zależności od sposobu rozmieszczenia turbiny system ten można dzielić dalej na:
- System DGP działający na zasadzie podciśnienia, z turbiną ssąca, umieszczoną w strefie powietrza gorącego, nad kominkiem; turbiny na powietrze ogrzane mają wydajności nawet ponad 600 m3/h i mogą rozprowadzać powietrze na odległość do kilkunastu metrów, do 8 a nawet 10 pomieszczeń.
- System DGP działający na zasadzie nadciśnienia, z turbiną nadmuchową umieszczona pod wkładem, w strefie zimnego powietrza; wydajność turbiny (przepustowość powietrza) jest tutaj niewielka, do 150 m3/h
Rys.2 System DGP podciśnieniowy. Ozn. 1-filtr powietrza, 2- turbina powietrzna, 3-przewody rozprowadzające, 4-trójnik (alternatywnie – skrzynka rozdzielcza), 5-anemostat, 6-otwór w ścianie umożliwiający powrót powietrza do kominka (rys. A.Adamczewski)
Powietrze wentylacyjne
W instalacjach kominkowych ogrzewających tylko jedno pomieszczenie, powietrze krąży w nim na zasadzie konwekcji (ogrzane wypływa przez kratki w okapie, schłodzone wraca pod wkład kominkowy). Jeśli kominek wyposażony jest dodatkowo w przewód powietrza zewnętrznego, a przy suficie wykonano kratkę wentylacyjną, to nawet przy szczelnej stolarce drzwiowej następuje stała wymiana powietrza w pomieszczeniu i jego odświeżanie.
W systemach DGP, a także w ogrzewaniach grawitacyjnych kilku pomieszczeń, sprawa krążenia powietrza znacznie się komplikuje. Szczelna stolarka drzwiowa uniemożliwia w tym wypadku powrót powietrza schłodzonego do kominka, co jest warunkiem prawidłowego jego działania. Aby uniknąć zakłóceń w konwekcji, należy zawsze pozostawiać szczelinę w dolnym skrzydle drzwi, rzędu 2-3 cm wysokości. Innym rozwiązaniem może być wykonanie w ścianach nad podłogą otworów wentylacyjnych zabezpieczonych kratkami (Rys. 2). Wy-miary takich otworów nie powinny być mniejsze niż 200cm2. W budynkach piętrowych powrót powietrza do kominka może się odbywać klatką schodową. Drzwi na klatkę muszą wtedy umożliwiać swobodny przepływ powietrza.
Z pomieszczeń w których wydzielają się nieprzyjemne zapachy (kuchnie), jak też z pomieszczeń wilgotnych (łazienki), nie należy przewidywać powrotu powietrza.. Cała ilość powietrza dopływającego powinna być każdorazowo usunięta przez wentylację wywiewną. Jeśli nie jest to możliwe, należy w ogóle zrezygnować z instalacji nawiewnej. Pomieszczenia takie jak hole, korytarze, klatki schodowe, itp. mogą nie posiadać kratek nawiewnych. Ogrzewanie tych pomieszczeń może się odbywać powietrzem powrotnym.
Przekrój kanału doprowadzającego powietrze z zewnątrz w systemach DGP nie powinien być mniejszy niż 200 cm2.
Elementy systemu
W skład systemów dystrybucji gorącego powietrza wchodzą:
– turbiny powietrzne
– filtry
– przewody rozprowadzające
– elementy nawiewne (kratki, anemostaty)
Fot. Turbina powietrzna ATC o wydajności 540 m3/h.
Turbiny powietrzne (Fot.)– wykonywane są najczęściej z ocynkowanej blachy, zaizolowanej termicznie i akustycznie; posiadają króciec powietrza dolotowego i jeden do kilku króćców powietrza wylotowego. Średnica króćców zależy od wielkości turbiny – małe jednostki posiadają najczęściej króćce średnicy 125 mm, duże – 160 mm. Umieszczony wewnątrz obudowy wentylator pracuje na napięcie 230V i pobiera moc od 50W (dla turbiny o wydajności 250 m3/h), do >100W (dla turbiny o wydajności >500 m3/h).
Regulacja pracy turbin może się odbywać za pośrednictwem:
– termostatu zamontowanego wewnątrz turbiny, włączającego i wyłączającego turbinę przy osiągnięciu przez powietrze określonej temperatury (zwykle termostaty ustawia się na 40°C),
– regulatora prędkości obrotowej, płynnie zwiększającego wielkość przepływu powietrza w zależności od potrzeb (opcja dostępna tylko w wybranych modelach turbin).
Filtry – zabezpieczają turbinę przed uszkodzeniem i chronią pomieszczenia przed nawiewem zanieczyszczonego powietrza. Montowane są na przewodzie ssącym, pomiędzy turbiną a okapem kominkowym (Rys.2). Niektóre modele turbin mogą posiadać filtr wbudowany. Z uwagi na małą moc i spręż turbiny, filtry wykonywane są jako mechaniczne, w postaci gęstych, metalowych siatek. Czyszczenie filtra powinno się odbywać minimum dwa razy w sezonie grzewczym przez umycie pod bieżącą wodą.
Fot. Filtr powietrza płaski.
Przewody rozprowadzające – mają najczęściej przekrój kołowy i średnicę od 100-160 mm Wykonywane są z harmonijkowych rur aluminiowych z izolacją termiczną z wełny szklanej, lub z izolacją termiczną i akustyczną. W tym ostatnim przypadku, rury mają najczęściej budowę wielowarstwową i posiadają perforowanie wytłumiające dźwięki. Wszystkie typy rur kominkowych do systemów DGP powinny posiadać wytrzymałość temperaturową do min. 250°C. Harmonijkowa budowa przewodów doskonale tłumi dźwięki ale wpływa też na spadek ciśnienia powietrza, dlatego zaleca się aby długość przewodów od turbiny do najdalej wysuniętego nawiewnika nie przekraczała 8-12m. Maksymalna długość wszystkich rur nie powinna przekraczać 30m (w praktyce wartość ta zależy od rodzaju turbiny i budowy instalacji rozprowadzającej, zob. też zasady montażu).
Fot. Po lewej – przewód rozprowadzający w izolacji z wełny
Nawiewniki – doprowadzają bezpośrednio ciepłe powietrze do pomieszczeń. Mogą być umieszczane na ścianie lub w suficie pomieszczenia. W tym drugim rozwiązaniu, nawiewnik zaleca się montować w pobliżu okien, jednakże w nie mniejszej odległości niż 0,5 m od firanek. Wszystkie nawiewniki w systemach kominkowych powinny być odporne na wysoką temperaturę, w praktyce powinny być wykonane w całości z metalu.
Zasady montażu
Instalacje DGP zaleca się montować na nieużytkowych poddaszach. Elementy narażone na działania wysokich temperatur (filtry, turbiny) powinny być ustawiane na powierzchniach niepalnych. Zabrania się jednocześnie ich zabudowywania , aby podlegały ciągłemu chłodzeniu. Turbinę należy dodatkowo wypoziomować, odległość turbiny od kominka (długość przewodu ssącego) jest ściśle określona przez producenta i zależy od wielkości wytwarzanego podciśnienia, zwykle jest to nie więcej niż 1,5-2m licząc po przewodzie.
Turbina powinna być montowana w sposób odkryty, aby umożliwić jej chłodzenie. Jeśli montaż wymaga umieszczenia turbiny w zamkniętym pomieszczeniu, należy przewidzieć minimum dwie kratki wentylacyjne do ciągłej wymiany powietrza. Turbiny mają zwykle mniejszą wytrzymałość temperaturową niż rury grzewcze, z uwagi na pojedyncze elementy wewnętrzne wykonane z tworzyw sztucznych. Często maksymalna temperatura pracy turbin nie przekracza 150°C. Przy braku prądu i rozpalonym kominku, mniejsza wytrzymałość temperaturowa może stanowić zagrożenie dla ich trwałości. Rynek radzi sobie z tym problemem oferując turbiny z tzw. BY-PASSEM, brak prądu powoduje w tym przypadku skierowanie przepływu gorącego powietrza osobnym przewodem obejściowym z przepustnicą z pominięciem turbiny.
Rys. Zasada działania KOM III By-pass firmy DOSPEL.
Innym zabezpieczeniem przed zbyt gorącym powietrzem może być termiczny wyłącznik bezpieczeństwa, unieruchamiający silnik turbiny przy przekroczeniu dopuszczalnej temperatury w powietrzu dolotowym. Gorące powietrze wypływa wtedy swobodnie przez specjalne otwory wentylacyjne i radiacyjne wykonane w obudowie.
Przewody rozprowadzające powietrze powinny być poprowadzone możliwie najkrótszymi odcinkami, aby do minimum ograniczyć straty ciśnienia. Pamiętajmy, że 1 mb przewodu lub każde załamanie 90°, to dodatkowa strata ciśnienia w instalacji rzędu 1,3 Pa. Duże straty ograniczają natomiast znacznie wydajność turbiny (producenci podają wydajność turbin w odniesieniu do zerowych strat ciśnienia, praktyczna wydajność turbiny jest więc znacznie niższa i często stanowi zaledwie 50-70% wydajności maksymalnej).
Rozgałęzienia przewodów można uzyskać stosując trójniki (Rys.2) lub specjalne rozdzielacze skrzynkowe. Przewody prowadzące powietrze do wielu pomieszczeń powinny być wyrównane hydraulicznie, w celu zrównoważenia ciśnienia w układzie. Można tego dokonać stosując gradację średnic, jak też ustawiając ręcznie dławienie na zaworach powietrznych (anemostatach).
KOMINEK Z PŁASZCZEM WODNYM (termokominek)
To alternatywa dla kotów c.o. na paliwo stałe; w praktyce jest to rozbudowana wersja wkładu kominkowego o dodatkowy wymiennik ciepła (powietrze – woda), umożliwiająca uzyskanie większej mocy i zwiększenie sprawności wkładu. Wiele konstrukcji termokominków posiada wbudowane wężownice wody użytkowej, dzięki czemu mamy trzy urządzenia w jednym (kominek, kocioł i przepływowy podgrzewacz ciepłej wody).
Kominki z płaszczem wodnym, jako samodzielne źródło ciepła nie są zalecanym rozwiązaniem, znacznie częściej firmy sugerują wkłady z płaszczem wodnym jako wspomaganie istniejącego kotła c.o. gazowego czy olejowego. Ta ostrożność podyktowana jest charakterem pracy kominka; moc wkładu zależy tutaj od bardzo wielu czynników, często nieprzewidywalnych (np. brak prądu), tym samym jego regulacja, jak i bezpieczna praca jest wątpliwa.
Połączenie z instalacją c.o.
Termokominki zaleca się łączyć z istniejącymi lub planowanymi instalacjami c.o. wodnymi za pośrednictwem wymienników ciepła (Rys.3). Obieg wody pomiędzy kominkiem a wymiennikiem odbywa się w sposób wymuszony pompą, załączaną sterownikiem. Punkt włączenia i wyłączenia pompy ustawiany jest termostatem na panelu sterującym, połączonym z czujnikami temperatury, zamocowanymi wewnątrz wkładu.
Jako wymiennik ciepła może być stosowany wymiennik płytowy lub pojemnościowy. Wymienniki płytowe mają znacznie mniejszą bezwładność cieplną, tym samym już w krótkim czasie po rozpaleniu kominka możemy odzyskiwać w nich ciepło na potrzeby c.o. Zwracam jednak uwagę, że wymiennik płytowy nie jest w stanie odebrać ciepła z kominka przy niepracującej pompie w układzie centralnego ogrzewania. W praktyce pompa obiegowa c.o. musi więc pracować na osobnym przekaźniku sprzężonym z pompą obiegu kominkowego, niezależnym od automatyki kotła. Musimy się liczyć z tym, że przy rozpalonym kominku, w obiegu będą zawsze pracowały dwie pompy.
Jeśli kominek posiada wężownicę dla przygotowania c.w.u., to spytajmy sprzedawcę o jej wydajność jednostkową. Przepływowe przygotowanie ciepłej wody może okazać się moc-no ograniczone pod względem wydajności. Korzystniej jest wtedy traktować wężownicę w płaszczu kominkowym jako 1 stopień podgrzewu wody, a pozostałą ilość ciepła czerpać z zasobnika wbudowanego w kocioł c.o. (Rys. 3), zasilanie zasobnika odbywa się wtedy przez płaszcz kominka. Rozwiązanie takie jest korzystne pod względem bezpieczeństwa, przy braku prądu i wyłączonych pompach, schłodzenie wody w płaszczu kominka możemy uzyskać odkręcając dowolny kran w instalacji c.w.u.
Rys.3 U góry termokominek podłączony do instalacji c.o. pośrednio poprzez wymiennik ciepła. Ozn.1-Termokominek, 2-kocioł z zasobnikiem, 3-zawór pływakowy, 4-naczynie wzbiorcze otwarte, 5-centralka sterująca, 6-dodatkowy przekaźnik R2M, 7-separator powietrza, 8-zespół pompowo-wymiennikowy; U dołu – kominek z płaszczem wodnym podłączony bezpośrednio do instalacji grzewczej. Ozn. 1-zawór grzejnikowy regulacyjny, 2- zawór termiczny, 3-czujnik zaworu termicznego
Środki bezpieczeństwa
Kominek z płaszczem wodnym należy zabezpieczać w podobny sposób jak kotły na paliwo stałe. Podstawowym wymogiem jest tutaj naczynie wzbiorcze otwarte podłączone do przestrzeni wodnej wkładu.
Naczynie otwarte zabezpiecza przed nadmiernym wzrostem ciśnienia w układzie, nie chroni jednak przed zagotowaniem się wody w płaszczu przy dłuższym braku prądu. Ochłodzenie płaszcza przez spuszczanie wody użytkowej jw., wymaga ręcznej obsługi, jest więc zawodne i nie może stanowić gwarancji bezpieczeństwa. Gwarancję taką uzyskamy natomiast stosując w systemie zasilania tzw. „przetwornicę prądu UPS”, automatycznie przełączającą instalację elektryczną na alternatywne źródło zasilania (rozwiązanie oferowane przez firmę CTM); przy braku prądu, przetwornica umożliwia ciągły pobór mocy jeszcze przez okres 4 godzin, co w zupełności wystarcza do wygaszenia paleniska i naturalnego obniżenia się temperatury wkładu. Jako alternatywne źródło zasilania można stosować akumulator samochodowy. Przetwornice oferowane przez firmę CTM, wyposażone są w układ samoczynnego przełączania się w momencie zaniku napięcia i w układ prostownika ładującego akumulator, gdy uległ on rozładowaniu.
Ochłodzenie płaszcza wodnego można też uzyskać stosując w układzie specjalne „zawory termiczne bezpieczeństwa”. Zasada ich działania polega na otwieraniu dopływu zimnej wody do przestrzeni wodnej wkładu, przy przekroczeniu dopuszczalnej temperatury w instalacji (np. 90°C). Zawory tego typu montuje się na dopływie wody do płaszcza (Rys.4), po otwarciu zaworu, dopływająca zimna woda chłodzi wkład, a jej nadmiar usuwany jest rurą przelewową w naczyniu wzbiorczym bezpośrednio do kanalizacji. Jeśli kominek z płaszczem wodnym stanowi jedyne źródło ciepła w instalacji c.o., zabrania się stosowania na grzejnikach zaworów termostatycznych.
UWAGI KOŃCOWE
Kominki, jako samodzielne źródła ciepła, najlepiej sprawdzają się w małych domach, o kubaturze poniżej 300m3. Zalecanym rozwiązaniem jest tutaj układ grawitacyjny, z rozdziałem powietrza za pomocą aluminiowych rur. Przy dobrej jakości paliwa i właściwej eksploatacji, kominek będzie w tym wypadku najtańszym źródłem energii.
W większych budynkach korzystniej jest wykorzystywać kominek tylko jako dodatkowe źródło ciepła, wspomagające ogrzewanie (przy niewielkich mrozach kominek może nawet grzać samodzielnie). Oszczędności z tego tytułu, przy ułatwionym dostępie do drewna lub możliwości jego odtwarzania, są bardzo duże.
Próby zastępowania kominkiem istniejących w budynku kotłów c.o. gazowych czy olejowych i podłączania go „na siłę” do instalacji c.o. wodnego, są nieporozumieniem, tak ekonomicznym jak i użytkowym.