Komíny (5): Dimenzování komína

Správný návrh průřezu komína je základem a předpokladem pro dokonalou funkci spotřebiče, který je připojen na komín. Správný průřez komína zajišťuje spolu s účinnou výškou dopravní tlak spotřebiče a odtah spalin přes střechu do volného ovzduší s podtlakem v komíně. Ve spojení s tepelnou izolací zajišťuje dostatečnou teplotu spalin na výstupu z komína (v komínovém ústí).

Spalinová cesta nesmí snižovat účinnost spotřebičů, při návrhu komína se posuzují tlakové a teplotní podmínky pro všechny limitní stavy provozu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat navrhování společných komínů. Pro stanovení průměru se používají přibližné návrhové metody nebo přesné výpočty za použití výpočtových programů. Základními parametry pro optimální návrh průřezu při určité účinné výšce komína jsou technické údaje výrobce připojeného spotřebiče, dispoziční umístění spotřebiče vzhledem ke komínu, tvar a konstrukce kouřovodu, poloha komínu v budově, nadmořská výška, vliv okolní zástavby nebo terénu, účinky větru a podobně.

Přibližné metody

Z přibližných metod návrhu se nejčastěji používají návrhové diagramy nebo tabulky, ať už obecného charakteru, nebo lépe zpracované výrobcem ke konkrétnímu systému. Lze tak vyřešit některé jednodušší případy, kde v závislosti na typu spotřebiče, jeho výkonu a účinné výšce komína rychle odečteme správný průměr. Předpokladem pro použití těchto zjednodušujících pomůcek je dodržet výchozí údaje, za kterých byly zpracovány. To je například teplota spalin, délka kouřovodu, počet kolen v kouřovodu, ale také například výška komína nad budovou nebo nad vytápěným prostorem.

V praxi se často vyskytnou případy komplikovanější; kouřovody mohou mít složitější tvar, komín nebo kouřovod neprochází vždy celý vytápěným prostorem, součástí spalinové cesty mohou být další prvky jako regulátory tahu, explozní klapky, Meidingerovy hlavy, komínové stříšky a podobně. Samostatnou kapitolou jsou potom případy se společnými kouřovody nebo společné komíny pro odvod spalin od více spotřebičů. Současný sortiment spotřebičů paliv je navíc natolik široký, že v žádném případě ho nelze beze zbytku postihnout návrhovými diagramy nebo tabulkami. Proto jsou všechny přibližné metody skutečně pouze přibližné a neměly by sloužit k ničemu jinému, než pouze k orientačnímu stanovení potřebnému průřezu, který by měl být následně ověřen přesným výpočtem.

Přesné metody

Jako přesné metody návrhu spalinových cest se používají moderní výpočtové programy. Podkladem pro metodiku výpočtu a posouzení návrhu jsou nově přijaté evropské normy:

• ČSN EN 13384-1 Komíny – Tepelně technické a hydraulické výpočtové metody – Část 1 Samostatné komíny

• ČSN EN 13384-2 Komíny – Tepelně technické a hydraulické výpočtové metody – Část 2 Společné komíny

Výpočtové metody podle Části 1 jsou použitelné pro výpočet samostatných, podtlakových i přetlakových komínů s mokrým nebo suchým provozem. Jsou použitelné pro komíny s připojením jediného spotřebiče paliv. Výpočtové metody v části 2 této normy jsou použitelné pro komíny s větším počtem připojení od spotřebičů a pro komíny s jedním připojením více spotřebičů.

Metody výpočtu samostatných komínů

Pro výpočet průřezu komínového průduchu u podtlakového komína platí tři kritéria:

• Účinný komínový tah musí být stejný nebo větší než požadovaný tah v sopouchu komína.

• Účinný komínový tah (v sopouchu komína) musí být stejný nebo větší než tlaková ztráta z nasávání vzduchu.

• Povrchová teplota v ústí komínového průduchu musí být stejná nebo větší než je přípustná teplota.

Pro výpočet komínového průduchu u přetlakového komína platí následující kritéria:

• Přetlak v sopouchu komína musí být stejný nebo menší než je nejvyšší tlakový rozdíl v sopouchu.

• Přetlak v kouřovodu a komíně nesmí být větší, než je přípustný přetlak pro kouřovod a komín.

• Povrchová teplota vnitřní stěny v ústí komínového průduchu musí být stejná nebo větší, než je přípustná teplota.

Při teplotním výpočtu se v obou případech posuzuje pokles teploty spalin k ústí průduchu komína tak, aby se stanovila teplota v jeho ústí, která musí být vyšší než je teplota přípustná. U komínů se suchým provozem je přípustná teplota Tg větší než je teplota kondenzace spalin Tsp, u komínů s mokrým provozem je přípustná teplota Tg = 273,15 K (podle evropských norem, národní ČSN 73 4201 předepisuje hodnotu o 5° vyšší). Tato teplota chrání před vznikem námrazy v ústí komínového průduchu při mokrém provozu.

Pro výpočtové hodnoty teplot a tlaku spalin je nutno získat charakteristické údaje o spotřebiči, hmotnostní proud spalin, teplotu spalin, minimální požadovaný tah pro spotřebič nebo maximální rozdíl tlaku v kouřovém hrdle spotřebiče. Hodnoty jsou závislé na druhu paliva, obsahu CO₂ ve spalinách, na tvaru kouřového hrdla, konstrukci spotřebiče apod.

Výpočet odpovídajícího tlaku a teploty je závislý na určení drsnosti povrchu spalinové cesty a tepelném odporu stěny komína a kouřovodu. U komínů, které procházejí vytápěnými prostory, se rozlišuje mezi venkovní teplotou a teplotou prostředí v okolí komína. Pro úseky komína, který je veden prostory s různou teplotou okolí, může být stanovena teplota okolí v jednotlivých úsecích.

Metody výpočtu společných komínů

Metodika výpočtu podle ČSN EN 13384-2 postihuje případy kdy:

• Na komín je připojen více než jeden kouřovod od jednoho nebo více spotřebičů

• Na komín je připojen jeden společný kouřovod od více spotřebičů v kaskádě

Tato část normy řeší komíny provozované v podtlaku (přičemž v kouřovodu může být přetlak) a je platná pro komíny s připojenými spotřebiči na kapalná, plynná i pevná paliva. Normu nelze aplikovat dále mimo jiné u komínů s otevřenými topeništi, tedy například s otevřenými krby, a také u komínů s kombinací připojených spotřebičů (se spalinovým ventilátorem, přetlakovým hořákem, s přirozeným odvodem spalin).

Relativně samostatnou kapitolu v této části normy představuje výpočet tlakově vyvážených komínů. V tomto případě se jedná o vzduchospalinový systém, na který může být připojeno větší množství (až 10) uzavřených plynových spotřebičů v provedení C. Vlastní výpočet je založen na stanovení rozložení hmotnostního průtoku spalin v komíně a rozložení hmotnostního průtoku v průduchu pro přívod vzduchu tak, aby plně vyhověl podmínce tlakové rovnováhy v místě každého vstupu spalin do komína. Podmínky rovnováhy přitom musejí být splněny za všech důležitých podmínek (všechny spotřebiče provozovány na plný výkon, jediný spotřebič provozován s minimálním výkonem…) a pro každý úsek komína.

Navrhování společných komínů vyžaduje určitou zkušenost. U společného komínu zvláště platí skutečnost, že komín tvoří společně se spotřebiči a kouřovody jeden funkční celek. Každá změna některého článku může vyvolat změny ve funkci celého systému. Proto při jakékoliv změně v průběhu projektování, výstavby i užívání by každá plánovaná odchylka od původního návrhu měla být ověřena předem novým výpočtem. Typickým případem bývá například záměna spotřebičů paliv, které při stejném nebo podobném výkonu mohou mít zcela odlišné parametry spalin.

Při projektování komínu je důležité znát funkční a provozní požadavky a přívod vzduchu pro spalování

Kresba (C) SCHIEDEL

VLIV TEPELNÉ IZOLACE

V konstrukci řady komínových systémů je použita tepelně izolační vrstva. Tepelná izolace zvyšuje tepelný odpor pláště komínového tělesa, snižuje jeho tepelné ztráty a tím zpomaluje ochlazování spalin v průduchu. Teplota spalin obecně je tím hlavním parametrem, který ovlivňuje tlakové poměry v komínovém průduchu, povrchová teplota vnitřního povrchu v komínovém ústí je rozhodující pro splnění teplotního kriteria.

Hodnota tepelného odporu pláště běžných komínových systémů se pohybuje v rozmezí přibližně 0,40 – 0,60 m²KW^-1. Takový tepelný odpor je dostatečný pro případ, kdy komín je veden vnitřním vytápěným prostorem a jeho výška nad střechou není výrazně vysoká. V praxi však může nastat situace, která dramaticky ovlivní teplotu spalin v komínovém průduchu. Každý z následujících faktorů a jejich případná kombinace způsobí pokles teploty spalin:

• Spotřebič s extrémně nízkou teplotou spalin

• Vysoká nadstřešní část komína

• Komín prochází nevytápěným prostorem

• Komín je umístěn částečně nebo úplně vně budovy

• Komín je používán příležitostně (chata, chalupa)

• Výrazně předimenzovaný průduch s ohledem na výkon spotřebiče

• Dlouhý kouřovod.

V takovém případě bude pravděpodobně nutné provést dodatečná tepelně technická opatření ke zvýšení teploty spalin a výpočtem prokázat, že navržená spalinová cesta vyhoví všem tlakovým i tepelným podmínkám. Účinným opatřením může být:

• Tepelná izolace kouřovodu. Zvýší se teplota spalin již na vstupu do komínu. Je to velmi účinné u kouřovodů větší délky, v kotelnách s nižší teplotou okolního prostředí a u spotřebičů s nízkou teplotou spalin. ČSN 73 4201 stanovuje izolovat samostatný kouřovod již od délky 2 m, společný kouřovod musí být opatřen tepelnou izolací vždy.

• Tepelná izolace nad střechou. Volí se v závislosti na způsobu provedení nadstřešní části a jeho výšce. Opatření eliminuje ochlazení v komínovém ústí za předpokladu, že teplota spalin v předchozím úseku komínu je dostatečná.

• Tepelná izolace v chladném prostředí. Například v neobývaném podkroví nebo půdním prostoru. Má obdobný vliv jako dodatečná tepelná izolace nad střechou.

• Dodatečná izolace celého povrchu tělesa. V případě, že komín je umístěn na vnější straně fasády a nejsou splněny tlakové nebo teplotní požadavky.

Vliv dodatečné tepelné izolace komína nebo kouřovodu má vždy příznivý vliv na provozní spolehlivost spalinové cesty, zlepšuje komínový tak, snižuje vznik kondenzátu, eliminuje námrazu v komínovém ústí. V případě občas provozovaných komínů (chaty, chalupy, ale také přitápění krbovými kamny) zkracuje čas potřebný k plnému nastartování spotřebiče a dosažení ustáleného provozního stavu. Proto lze brát bez ohledu na tepelně technický výpočet výše uvedené body jako obecně platné doporučení pro každý komín.

Autor: Ing. Jiří Vrba

DOPORUČENÉ ODKAZY NA WEBY NAŠICH PARTNERŮ, KDE NALEZNETE ŘADU DALŠÍCH ZAJÍMAVÝCH INFORMACÍ K TÉTO PROBLEMATICE:

SCHIEDEL, s.r.o.: www.schiedel.cz