Základní okrajové podmínky pro navrhování komínů v návaznosti na zdroj tepla
Článek seznamuje čtenáře s problematikou návrhu spalinové cesty u moderních nízkoenergetických staveb. Autor vyjmenovává jednotlivá hlediska návrhu spalinové cesty s ohledem na profese, které se této problematiky týkají. Jedná se nejen o tepelně-technický či hydraulický výpočet komína, ale také o splnění požadavků na provozní podmínky spotřebičů, požární hlediska či statického zatížení objektu.
Recenzent: Roman Vavřička
Komín, respektive spalinová cesta má jedinou základní funkci – za všech provozních podmínek odvést bezpečně spaliny od spotřebiče do volného ovzduší. To se zdá být jednoduché zadání, ale počet nefunkčních, špatně navržených komínů se zvyšuje a správný návrh začíná být nanejvýš odborné téma. Jednoduchému navrhování komínů v posledních letech brání tři hlavní faktory týkající se spotřebičů:
– První a významnou roli hraje urychlení vývoje spotřebičů směrem k co nejvyšší účinnosti, a tím se snižuje teplota spalin. U plynových kondenzačních kotlů je to díky přetlakovému odvodu spalin jednoduše řešitelné, ale u spotřebičů na pevná paliva bez výstupního ventilátoru, kde mají být spaliny odváděny přirozeným tahem komínu, se dostáváme na hranici fyzikální funkčnosti odvodu spalin.
– Druhým faktorem je požadavek na snižování výkonu spotřebičů. To znamená, že výrobci hledají hranici fungování spotřebiče, protože zadáním je často co nejmenší tepelný výkon a společně s povinnou minimální účinností to znamená spálit co nejméně paliva. Tím se spotřebiče na plyn, pelety, nebo kusové dřevo dostávají na hranici funkčnosti spalovacího procesu, kdy už nelze při kontinuálním provozu snížit jejich výkon, protože při menší dávce paliva už nezajistíme kontinuální provoz. A pokud spotřebič tzv. „sotva hoří“, tak odvést spolehlivě spaliny je o to těžší úkol.
– Třetím efektem je požadavek na spotřebiče stran jejich proměnlivého tepelného výkonu. To se týká především peletových kamen, které lze ovládat dálkovým ovladačem nebo mobilním telefonem a kde si uživatel může libovolně zvolit výkonový stupeň dle aktuální nálady. Druhým obdobným případem mohou být hybridní interiérová kamna, která mohou spalovat pelety pomocí automatického dávkování, nebo mohou spalovat kusové dřevo. To vše jsou užitečné benefity pro uživatele, spotřebič umí pokrýt velký rozsah požadovaného výkonu a může pracovat i s různými variantami paliva. V těchto případech se však musíme vrátit k definici komínu a navrhnout a prověřit funkčnost navrženého komínu za všech předpokládaných provozních stavů spotřebiče.
Výpočet spalinové cesty je jinak řečeno tepelně technickým a hydraulickým výpočtem. To znamená, že posuzujeme především teplotní a tlakové podmínky pro odvod spalin. Jak bylo uvedeno výše, dostáváme se na hranici fungování odvodu spalin přirozeným tahem komínu, a proto musí být výpočet poměrně přesný. A o přesnosti výpočtu díky ověřeným výpočtovým programům nerozhodují použité vzorce, ale především pravdivé vstupní hodnoty. Co vše je tedy obvykle do výpočtového programu nutné zadat:
– Lokalitu kde se stavba nachází.
– Podrobné řešení přívodu spalovacího vzduchu.
– Parametry spotřebiče (především teplota, tlak a hmotnostní tok spalin a požadovaný tah komínu).
– Tvarové a materiálové řešení kouřovodu.
– Výškové uspořádání, průměr a materiálové řešení komínu včetně tepelného odporu.
– Ochlazování spalinové cesty v jednotlivých úsecích.
– Vliv okolní zástavby na ústí komínu.
Z výše uvedeného vyplývá, že argumenty o absolutní univerzalitě některých komínových systémů jsou argumenty platné pouze do určité míry. Svým zatříděním a certifikací takové komínové systémy jistě univerzální jsou, ale jejich dimenzování a návrh bude funkční pro daný projekt a pro daný spotřebič nebo pouze v určitém rozsahu výkonů a typů spotřebičů.
Příklad: Snad dobře patrné to může být na porovnání lokálního spotřebiče na pevné palivo v rodinném domě. Investor požaduje spotřebič se jmenovitým tepelným výkonem 2 až 4 kW a chce správně navrhnout komín do projektové dokumentace s tím, že spotřebič upřesní později.
Následně v realizační fázi dostane na vybranou ze třech možností:
– Peletová kamna s automatickým provozem ovládaná na dálku.
– Krbová kamna s ručním přikládáním minimálně každou hodinu.
– Akumulační stavbu s jednorázovou vsázkou dřeva.
Protože náš investor nechce chodit každou hodinu nebo častěji přikládat, vybírá z varianty pelety nebo akumulace. Pro zjednodušené porovnání těchto spotřebičů budeme počítat s výhřevností paliva jak pro dřevo, tak i pro pelety 3,8 kWh·kg–1 dřeva nebo pelet a provozní účinností kotle 80 %.
Peletová kamna:
Spotřeba paliva při minimálním výkonu 1 kg·h–1
Výkon topeniště pro dimenzování komínu 3,8 kW
Průměrný hodinový topný výkon do místnosti 3,0 kW
Akumulační kamna s přikládacím cyklem 12 h:
Jednorázová dávka dřeva 12 kg
Předepsaná dávka paliva hoří cca 1,5 hodiny
Výkon topeniště pro dimenzování komínu 30,4 kW
Průměrný hodinový topný výkon do místnosti 2,0 kW
Na tomto příkladu je dobře vidět, že v daném projektu mohu mít opravdu velmi rozdílné spotřebiče. Navíc velká akumulační kamna mohou mít o polovinu menší průměrný výkon do místnosti, ale pro navrhování komínu mají 8krát vyšší tepelný výkon a množství spalin než malá peletová kamna.
Dimenzováním komínu pro daný spotřebič okrajové podmínky pro volbu spalinové cesty nekončí. Je několik důležitých parametrů, které musíme při volbě vhodného komínu zohlednit a které nevstupují do výpočtu spalinové cesty. Jsou to především parametry zajišťující vhodnost vybraného komínu pro konkrétní dům nebo projekt. Při volbě systémového komínu pro konkrétní projekt bychom vedle designového hlediska měli vzít v úvahu nároky na těsnost domu, hledisko statiky a v neposlední řadě hledisko požární bezpečnosti.
– Do těsného domu patří těsný komín. Vzhledem k faktu, že komín téměř vždy prochází z interiéru do exteriéru,
musí být na těsnost jeho konstrukce kladeny stejné nároky jako na těsnost obálky budovy. Zvlášť pokud
má stavba projít Blowerdoor testem, je třeba s tímto ohledem vybrat vhodný komínový systém, zdaleka ne
každý komín bude pak pro tyto účely vhodnou volbou.
– Statika domu může ovlivnit volbu komínového systému především v případech, kdy mám dřevostavbu založenou
na zemních vrutech nebo podobné případy. Zde by se vícevrstvý keramický komín z tvárnic vážící okolo 100
kg·m–1 umisťoval složitě a je vhodné použít některou z lehkých komínových konstrukcí.
– Na požární bezpečnost spalinových cest se koukáme podle normy ČSN EN 1443:2020 dvojím způsobem.
Požární bezpečnost zvnějšku ven posuzujeme a budeme vhodné řešení spalinové cesty hledat v objektech, které jsou rozděleny do více požárních úseků. Jedná se o požadavek na požární odolnost vyjadřovanou hodnotou EI v minutách, kterou najdeme vždy v prohlášení o vlastnostech konkrétního komínového systému.
Požární bezpečnost z vnitřku ven je vlastnost konstrukce komínu omezit šíření tepla na okolní hořlavé konstrukce a je vyjadřována bezpečnou vzdáleností hořlavých materiálů od pláště komínu v mm. Jinými slovy, jakým způsobem způsobem lze komín bezpečně zabudovat do stavby. Zde je to především problematika prostupování komínů obvodovou stěnou nebo stropními a střešními konstrukcemi. Dle konstrukce komínového systému a výšky konstrukce, kterou prochází, se liší bezpečná vzdálenost hořlavých materiálů od pláště komínu od 0 mm do 200 mm, což má na zabudování komínu do stavby významný vliv. Je třeba mít na paměti, že hořlavým materiálem vyskytujícím se ve střešních konstrukcích zdaleka není pouze dřevo, ale i některé tepelně izolační materiály nebo fólie.
Hlavním problémem prostupů komínu jinými konstrukcemi budovy je totiž akumulace teploty v neochlazované části komínu. K tomu přidáme pohled stavebního fyzika a požadavek na provedení tohoto detailu bez tepelných a difuzních mostů a vidíme, že způsob provedení těchto detailů může rozhodovat o bezpečnosti a kvalitě výsledné stavby a řešení by nemělo být podceňováno.
Závěr
V dosud zmíněných pohledech na navrhování komínu, respektive spalinové cesty nebyla řeč o legislativou daných povinnostech vzhledem k navrhování a provádění kontrolních, vymetacích, vybíracích a čisticích otvorů, ke kterým musí být také zajištěn přístup. Spalinová cesta není bezúdržbové zařízení a servisní otvory jsou podstatnou součástí dlouhodobého užívání stavby. Oblast spalinových cest je legislativou a technickými normami významně regulována a znalost příslušných předpisů je tedy pro správný návrh nezbytná.
Snad tedy z výše uvedeného vyplývá, že návrh spalinové cesty je komplexní problematika, která musí zohlednit vlastnosti spotřebiče a stavbu, do které je navrhována. Článek měl za cíl seznámit s hlavními aspekty při navrhování spalinové cesty. Podrobněji se budeme jednotlivým oblastem věnovat v některém z následujících příspěvků.
Literatura
[1] ČSN EN 1443. Komíny – Obecné požadavky. 2020–1. ČAS. Praha.
Basic boundary conditions for chimneys designing in relation with the heat source
The article introduces readers to the flue gas design issue in modern low-energy buildings. The author enumerates individual aspects of the flue gas path design regarding professions related to this issue. This is not only about a thermal engineering or hydraulic calculation of the chimney, but also fulfilment of the requirements for appliances operating conditions, fire aspect or static load of the building.
Keywords: flue gas path, calculations and design, appliances, efficiency, flue gas temperature, heat output, temperature and pressure conditions, chimney draft, fire safety, statics.