Rozwiązania kominkowe

Rozwiązania kominkowe
W otaczającym nas świecie dominuje różnorodność form i kształtów, różnych rozwiązań tych samych
problemów w zależności od potrzeb i okoliczności. Dotyczy to również budowy oraz eksploatacji
pieców i kominków. W Polsce jest coraz więcej dobrych firm, które chcą i potrafią zindywidualizować
kominek pod względem technicznym, tak aby odpowiadał naszym rzeczywistym potrzebom i
zachciankom. Obecnie w Europie stosuje się kilka technik budowy pieców i kominków, ze względu na
przyjęte rozwiązania odzysku i przekazywania wytworzonej energii, oraz wyróżnia się kilka
podstawowych systemów piecowych i kominkowych związanych z ich budową i zastosowaniem.
Chciałbym w niniejszym artykule przybliżyć Państwu wybrane rozwiązania, i mam nadzieję, że w
kombinacji techniki i formy znajdziecie Państwo idealne dla siebie rozwiązanie.
Na wstępie jednakże chciałbym zwrócić Państwa uwagę na trzy aspekty ogólne, dotyczące
funkcjonowania pieców i kominków grzewczych. Pierwszym z nich jest moc paleniska. Zostawmy na
boku tabliczki znamionowe i dane techniczne prezentowane przez producentów. Dla nas najbardziej
miarodajną metodą określenia mocy będzie wyliczenie jej ilości ze spalonego drewna, gdyż nie
komora sama z siebie jest źródłem kilowatów, a ilość załadowanego drewna. Jeden kilogram suchego
sezonowanego drewna zawiera około 4 kW energii. Biorąc pod uwagę straty i maksymalny możliwy
odzysk energii otrzymujemy około 3,2 kW/kg. Aby określić rzeczywistą moc grzewczą naszego
paleniska, musimy pomnożyć ilość drewna w komorze paleniska przez możliwą do odzyskania
energię grzewczą. Dla przykładu, w średniej wielkości wkładzie kominkowym mieści się około 3 kg
drewna, oznacza to, że jego moc grzewcza wynosi około 9,6 kW. Nie bez znaczenia dla uzyskiwania
energii cieplnej jest również sam proces spalania. Najlepsze efekty spalania drewna uzyskamy
wówczas, gdy zadbamy o prawidłowy dostęp tlenu do spalania, tak aby drewno spaliło się czysto w
wysokiej temperaturze, pozostawiając niewielkie ilości popiołu oraz czystą szybę. Taki wzorcowy
proces spalania trwa od 1 do 2 godzin, w zależności od ilości drewna w komorze. Przez wielu
producentów i instalatorów zalecane jest tłumienie spalania przez ograniczanie dostępu powietrza.
Te wskazówki podyktowane są próbą podniesienia efektywności kominka jako całości prostego
systemu (o czym mowa będzie w dalszej części), lecz skutkuje bezsprzecznym obniżeniem mocy
uzyskiwanej ze spalania i czarną szybą.
Drugim aspektem jest szyba paleniska, która ze względów estetycznych, jak również technicznych
jest kluczowym elementem. Większość z nas, kiedy myśli o kominku, przed oczami ma właśnie dużą
panoramiczną szybę z potężną wizją ognia, lecz najczęściej nie myślimy o tym, co taki wybór ze sobą
niesie. Przez szybę paleniska emitowana jest znaczna część wytworzonej energii, szacowana na 10
do 40%, a w przypadku wkładów z dwiema szybami vis a vis nawet 60%! W rezultacie bardzo często
energii wypromieniowanej przez szybę brakuje w innym miejscu, gdzie jest ona bardziej potrzebna.
W małych pomieszczeniach dobrze izolowanych domów następuje dość szybkie przegrzanie i w
efekcie przewietrzanie pomieszczeń, ze stratą ciepła, oraz efekt „zimnych pleców”. W przypadku
palenisk piecowych ogranicza się rozmiary szyby, stosując coraz częściej podwójne szyby dla
ograniczenia emisji cieplnej. Szyba właśnie łączy wzajemnie sprzeczne elementy estetyki i
funkcjonalności, gdyż jej rozmiar jest odwrotnie proporcjonalny do sprawności grzewczej systemu.
Przy wyborze wielkości szyby musimy zdecydować: czy stawiamy na dekoracyjność, czy
funkcjonalność instalacji.
Trzecim z interesujących nas aspektów jest podział energii wytworzonej we wnętrzu paleniska. Są
trzy główne drogi, którymi przenika do otoczenia ciepło z naszego paleniska. Celowo użyłem w tym
miejscu słowo palenisko, a nie piec lub kominek, gdyż rozważamy sposoby uwolnienia energii
wewnętrznej pieca, a nie przekazanie jej dalej do pomieszczenia. Pierwszą i najszybszą drogą jest
szyba w drzwiach paleniska, drugą jest korpus wkładu grzewczego, gdzie udział procentowy waha
się pomiędzy 35÷45% wytworzonej energii, trzecią są dodatkowe powierzchnie grzewcze, dzięki
którym odzyskujemy znaczne ilości energii, energii bezpowrotnie straconej w przypadku ich braku.
Wybór samego wkładu, jego rodzaju i mocy stanowi pierwszy ważny krok. Jednakże tym, co
zadecyduje o charakterystyce naszego pieca lub kominka, będzie dodatkowa powierzchnia grzewcza.
Do dyspozycji mamy całkiem pokaźny arsenał rozwiązań dla konwekcji, kumulacji i wody.
Konwekcja: system grzewczy polegający na szybkiej wymianie i przepływie powietrza przez komorę
kominka. Jego zaletą jest szybki odzysk ciepła z paleniska do pomieszczenia. W tym przypadku w
stosunkowo krótkim czasie otrzymujemy bardzo duże ilości energii cieplnej. Aby uzyskać ten efekt,
należy zastosować dodatkowe metalowe powierzchnie grzewcze, które zwiększają wydatnie
powierzchnie oddawania ciepła spalin, wychładzając je po drodze między wkładem a wejściem do
komina. Kluczową rolę spełnia tu powierzchnia. W tym typie budowy są dwie możliwości
zastosowania metalowych radiatorów. Pierwsza z nich polega na osadzeniu stalowego radiatora
bezpośrednio na króćcu wylotu spalin. Radiatory nasadowe są proste i tanie w montażu, nie
powodują żadnych zbędnych oporów i nie wymagają dodatkowej konserwacji ani serwisowania.
Stosuje się je najczęściej przy małej i średniej mocy urządzenia. Drugą z możliwości jest
zastosowanie żeliwnych radiatorów skrzynkowych. Występują one w różnych wariantach, a ich zaletą
jest bardzo duża powierzchnia (do 2 m2) oraz możliwość zastosowania jednocześnie kilku z nich
szeregowo. Przy ich zastosowaniu otrzymujemy olbrzymie ilości gorącego powietrza. Tego typu
radiatory wykorzystuje się do budowy pieców i kominków o średniej i dużej mocy grzewczej
paleniska. Powodują niewielkie opory ciągu i wymagają okresowej konserwacji wraz z całą instalacją
dymową. Pamiętajmy, że bez względu na to, czy nasz wkład jest już fabrycznie przystosowany do
konwekcji (stalowe hauby z wymiennikami rurowymi), czy też nie, warto zawsze zastosować radiator
dla zwiększenia ilości odzyskiwanego ciepła.
Kumulacja: system grzewczy polegający na magazynowaniu energii cieplnej i jej racjonalnej emisji w
czasie. Jego zaletą jest wysoka wydajność, utrzymywanie stałej temperatury w ogrzewanym
pomieszczeniu i wysoki komfort użytkowania. W tym przypadku wytworzona w palenisku energia
cieplna zostaje zatrzymana i „pochłonięta” przez masę kumulacyjną, aby zostać uwolnioną podczas
następnych kilku, kilkunastu godzin. Kluczową rolę pełni tu masa instalacji. W tym typie budowy ze
względu na sposób budowy i zastosowane materiały wyróżniamy trzy możliwe rozwiązania.
Pierwszym z nich jest lekki typ budowy, a mianowicie nasadowa masa kumulacyjna. Nasadową masę
kumulacyjną tworzą specjalne krążki, które nakłada się na wcześniej do tego przygotowany wkład
kominkowy. Nie trzeba ich ze sobą kleić, ponieważ są one odpowiednio uformowane we wpusty i
zabezpieczone sznurami uszczelniającymi, zapewniającymi właściwą eksploatację. Każdy z krążków
waży 20 kg i wykonany jest ze spieków szamotowych ze specjalnymi dodatkami. Wewnątrz każdy
krążek modułowy podzielony jest na trzy komory przegrodą w kształcie okrętowej śruby, a krążki
odpowiednio ze sobą zestawione tworzą spiralę, przez którą przepływają spaliny z paleniska.
Materiał, jak i forma sprawiają, że taka nasadowa masa kumulacyjna jest bardzo wydajna. Dla
przykładu, temperatura spalin, która w palenisku średniej wielkości kominka wynosi 500÷600 °C, po
przejściu przez masę składającą się z 6-7 krążków wynosi na wejściu do komina około 200 °C. Taka
masa kumulacyjna pozwala na utrzymanie ciepła przez 6÷12 godzin i dzięki niej możemy tworzyć
kominki grzewcze kumulacyjne, zachowując ich smukły i lekki kształt. Warto dodać, że masa
nasadowa nie powoduje zbędnych oporów ani zawirowań powietrza, a eksploatacja takiej instalacji
nie wymaga dodatkowych zabiegów serwisowych. Drugim sposobem jest budowa pełnej, ciężkiej
masy kumulacyjnej, typowej dla pieca kaflowego, ale obecnej również przy budowie nowoczesnych
kominków grzewczych. Najbardziej rozpowszechniona jest budowa klasycznych kanałów
ceramicznych. Kanały takie muruje się z ogólnie dostępnych płyt i cegieł szamotowych, a przekrój
wymurowanego kanału jest prostokątny. Nowością jest to, że w piecach i kominkach grzewczych
muruje się je niezależnie od paleniska i częściowo od obudowy. Materiał szamotowy używany do
budowy klasycznych kanałów kumulacyjnych nagrzewa się bardzo wolno i nierównomiernie,
charakteryzuje się dużą bezwładnością termiczną. Zaletą tego rozwiązania jest jednak stosunkowo
niski koszt budowy. Tego typu instalacje powodują znaczne opory w przepływie spalin i należy
zawsze bardzo dokładnie dobierać długość kanałów do wielkości paleniska i przede wszystkim
podciśnienia w kominie. Przeciętnie mają one, w zależności od ilości spalanego drewna, od 3 do 5 m
długości. Warto podkreślić, że tego typu kanały sprawdzają się w instalacjach regularnie opalanych,
gdyż zapewnia to stały wysoki ciąg w kominie. Klasyczne kanały kumulacyjne wymagają okresowych
przeglądów i przeczyszczenia (średnio co dwa lata) przez wcześniej wykonane otwory rewizyjne.
Warto podłączyć masę kumulacyjną tego rodzaju, ponieważ przy niskim koszcie budowy dają wysoki
stopień odzysku ciepła i dużo przyjemności w eksploatacji pieca kaflowego lub kominka grzewczego,
ogrzewając otoczenie przez kilkanaście godzin po wygaśnięciu ognia w piecu. Trzecim sposobem,
wywodzącym się z klasycznego szamotowego kanału piecowego, są gotowe modułowe kanały
ceramiczne (KMS). System ten powstał dzięki wieloletniej praktyce w budowie pieców kaflowych
wykorzystujących masy kumulacyjne oraz wielu doświadczeniom i ogromnej, fachowej wiedzy. Jego
doskonałość opiera się na dwóch filarach: perfekcyjnie przewodzi i optymalnie magazynuje energię
cieplną powstałą w wyniku spalania. Tajemnicą tego systemu jest rodzaj i gęstość materiału, z
jakiego wykonane są elementy. Kształtki KMS wykonane są z materiałów z dużą zawartością
krzemianu glinu i węglanu krzemu, które są pod ciśnieniem tłoczone i wypalane w temperaturze
1150 °C. Gęstość tego materiału wynosi 2,6 kg/dm3. To właśnie ta wysoka gęstość materiału sprawia,
że system KMS jest ponad dwukrotnie bardziej chłonny niż kanały szamotowe. Ponadto z łatwością
przenosi ciepło z jednego elementu na drugi, skutkiem czego w stosunkowo krótkim czasie osiąga
jednakową temperaturę na całej swej długości. Masa kumulacyjna montowana jest bardzo szybko i
łatwo dzięki dobremu spasowaniu wszystkich elementów. Poszczególne kształtki łączy się za pomocą
specjalnego kleju, który jest odporny na wysoką temperaturę i kwasy zawarte w spalinach. Warto
zauważyć, że kształtki tego systemu wewnątrz są okrągłe i nie powodują większych oporów (0,4
Pa/m), w wyniku czego nie osadzają się w nich sadze i nie występuje cofanie się spalin przy
podkładaniu drewna lub rozpalaniu ognia. Sama sprawność komina, jakkolwiek ważna dla całości
instalacji, nie wpływa na możliwość budowy ceramicznego modułowego systemu akumulacyjnego.
Wielkość masy kumulacyjnej w systemie KMS jest w odróżnieniu od tradycyjnej metody dość łatwa
do określenia i wynosi, w zależności od przeznaczenia, od 60 do120 kg na 1 kg spalonego drewna w
palenisku. Taką masę kumulacyjną buduje się zazwyczaj jako masę wolno stojącą niezależnie od
obudowy, w której się znajduje. System KMS wymaga okresowego przeglądu i oczyszczenia przez
otwory wyczystkowe (średnio co dwa lata).
Technika wodna: specyficzny system grzewczy wykorzystujący wodę jako medium do dystrybucji
energii cieplnej wytworzonej w palenisku pieca lub kominka. O wielkości udziału wody decydują
przyjęte rozwiązania techniczne konstrukcji wkładów grzewczych oraz dodatkowych wymienników
ciepła. W zależności od zastosowanych rozwiązań, przekazuje się na kocioł od 3 do 75% wytworzonej
energii, a reszta idzie na piec. Rozwiązania te występują zawsze jako kombinacja dwóch systemów:
konwekcyjno-wodnego lub kumulacyjno-wodnego, rzadko samodzielnie. Istnieją dwa sposoby
odzysku ciepła do wody. Pierwszym z nich jest wodny nasadowy wymiennik ciepła. Kocioł nasadowy
zainstalowany jest w górnej części korpusu lub też na króćcu dymowym, gdzie temperatury spalin są
najwyższe. Dym, przepływając przez ten wodny wymiennik, oddaje znaczne ilości energii cieplnej,
która ogrzewa znajdującą się w wymienniku wodę. W ten sposób ogrzana woda trafia do centralnego
ogrzewania. Kocioł nasadowy w popularnej wersji ze względu na swoją konstrukcję zazwyczaj jest
zainstalowany na stałe i nie można go odłączyć od paleniska, tak więc za każdym razem, kiedy
zapalimy w kominku, ogrzewamy również wodę. W tym miejscu warto jednak wspomnieć, że istnieją
rozwiązania z wymiennikami, które można – w zależności od potrzeb – załączyć i wyłączyć z obiegu.
Zazwyczaj tego typu rozwiązania charakteryzują się bardzo wysoką mocą grzewczą i stosuje się je do
współpracy z dużymi paleniskami. Kotły nasadowe stanowią doskonałe wspomaganie systemu
grzewczego w domu i dzięki prostemu montażowi oraz łatwej eksploatacji stają się coraz
popularniejszym źródłem ogrzewania w domu. Kocioł nasadowy dzięki swej konstrukcji i zasadzie
działania może być zastosowany prawie do większości palenisk kominkowych, bez kompromisów z
estetyczną stroną kominka. Drugim ze sposobów jest wkład z płaszczem wodnym lub zintegrowanym
zestawem wymienników. Tego sposobu nie można zaliczyć do grupy dodatkowych powierzchni
grzewczych, ale ze względu na szczególnie efektywne działanie należy do jaśniejszych punktów w
rozważaniach nad uwolnieniem energii cieplnej wewnątrz pieca. Paleniska z płaszczem wodnym
pozwalają odzyskać nawet do 50% wytworzonej energii cieplnej i skierować ją do centralnego
ogrzewania oraz bieżącej ciepłej wody użytkowej. Ważne jest to, ażeby komora spalania była
odizolowana bezpośrednio od wody w płaszczu, ponieważ nadmierne wychładzanie wnętrza
paleniska skutkuje obniżoną sprawnością cieplną, brudnym spalaniem i czarną szybą. Poza tym
dobre urządzenia zabezpieczone są przed zniszczeniem podwójnie: ciśnieniowo i termicznie, co
gwarantuje długotrwałą i bezpieczną eksploatację. Tego typu instalacje ze względu na stosunkowo
duży jednorazowy zasób energii powinny współpracować ze zbiornikiem buforowym, na zasadach
przyjętych dla korzystania z paliw odnawialnych, takich jak drewno, słońce, geotermia i woda.
Wkłady z płaszczem wodnym często współpracują jeszcze z wodnymi kotłami nasadowymi dla
zwiększenia ilości ciepła przekazywanej do centralnego ogrzewania – taki tandem może odzyskiwać
ponad 70% ciepła do ogrzewania wody. Piece z płaszczem wodnym znajdują zastosowanie jako
ogrzewanie podstawowe całego domu wraz z wodą użytkową. Decydując się na technikę wodną w
piecu lub kominku warto przemyśleć sposób dystrybucji otrzymanego ciepła. Ciepło wytworzone w
palenisku jest przekazywane w prostych układach bezpośrednio do kaloryferów lub w rozwiązaniach
bardziej efektywnych do zbiornika buforowego, z którego wychodzi na obiegi grzewcze i wodę
użytkową. Generalna różnica pomiędzy tymi sposobami polega na tym, że w prostszym i tańszym
systemie ciepło rozchodzi się tylko wtedy, kiedy palimy, a w drugim, korzystając z wcześniej
zakumulowanych w buforze zapasów, przez cały dzień, kiedy jest taka potrzeba.
Cały proces spalania wiązki drewna w komorze paleniska jest jak spektakl w trzech aktach, gdzie
każda z jego części jest tak samo ważna i potrzebna. Wyzwolenie energii cieplnej z drewnianej
szczapy, uwolnienie jej przez szybę, korpus i dodatkowe powierzchnie grzewcze i w końcu
przekazanie jej do pomieszczenia, w którym stoi kominek lub piec, to ciągły proces. W tym procesie
nie może zabraknąć żadnego z elementów, bo będzie on niepełny lub wadliwy. Źle dobrane palenisko
sprawi, że gdy będzie ono za małe, w pomieszczeniu będzie za zimno lub w wyniku nadmiernego
użytkowania ulegnie zniszczeniu, a gdy będzie za duże, zbyt mała w nim porcja drewna nie będzie w
stanie spalić się w sposób należyty. Brak dodatkowych powierzchni grzewczych sprawia, że
faktyczna sprawność instalacji znacząco spada, a 1/3 możliwej do odzyskania energii cieplnej ucieka
w komin – cóż za marnotrawstwo! Źle dobrana przez fachowca powierzchnia grzewcza sprawi złe i
niezgodne z oczekiwaniami użytkownika funkcjonowanie całości: powierzchnia kominka będzie zbyt
gorąca, bryła pieca chłodna, a zapiecek zimny, przegrzane pomieszczenie, w którym stoi piec, a za
zimne pokoje, zależne od dystrybucji. W końcu przekazanie ciepła do otoczenia jako wielki finał i
wybór właściwego systemu piecowego zgodnego z naszymi upodobaniami, rytmem dnia i
przewidywaną funkcją grzewczą. Wybór właściwego systemu piecowego stanowi klucz do naszego
zadowolenia, a wybór jest duży: piec kumulacyjny, który nagrzewać się będzie kilka godzin, lecz
będzie trzymał ciepło przez dobę, kominek grzewczy zamknięty, który bez kratek przez całą swą
powierzchnię będzie przez wiele godzin promieniował do nas ciepłem, kominek konwekcyjny
„produkujący” w kilka minut tyle ciepłego powietrza, że ogrzać można nawet w ogóle nie izolowaną
halę, piec kombi z udziałem techniki wodnej jako ogrzewanie podstawowe całego domu itp. itd. Tak
naprawdę nie jest ważne, który z systemów jest lepszy od drugiego, ważne jest to, żeby był dobry dla
nas samych.
Szanowni czytelnicy, klienci, inwestorzy, architekci bądźmy bardziej wybredni i wymagający. Wielu z
nas z takim entuzjazmem koncentruje się na ogniu i późniejszych spotkaniach rodzinnych wokół
kominka, że daje prowadzić się na manowce jedyną znaną ścieżką. W końcu czasy jednej, jedynie
słusznej drogi są już za nami, a w branży obecnie jest tyle różnych rozwiązań, ile zróżnicowanych
potrzeb najbardziej wymagających klientów.
Autor: Roland Buławski
KONTAKT
Portal Ekooszczedni
Tel: +48 728 874 055
Fax: +48 728 874 055
Adres:
.
..