Systemy kominowe i instalacje spalinowe

Współczesne 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), posiadać możliwość dostosowania pa­rametrów pracy do zmieniających się wydajności pracy kotła (np. przy modulowanych palnikach urządzeń grzewczych) oraz charakteryzować się wysoką trwałością i możliwością dostosowania się do warunków zabudowy.

Właściwie zaprojektowane i wykonane, kontrolowane i czyszczone systemy kominowe i instalacje spalinowe mogą przynosić dodatkowy wymierny zysk energe­tyczny np. przez podgrzanie powietrza spalania dostarczanego do kotła w systemach WSPS czy odzyskiwanie ciepła zawartego w spalinach w specjalnie skonstruowanych wymiennikach. Rola kominów i instalacji spalinowych jest często niedoceniana. Niedoceniany jest ich wpływ na prawidłowe działanie urządzeń grzewczych, a co najistotniejsze na bezpieczeństwo użytkowni­ków. Źle zaprojektowane, wykonane z niewłaściwych materiałów i eksploatowane bez przeglą­dów i czyszczenia systemy kominowe są przyczyną wielu nieszczęść i tragedii. Co rocznie wielu użytkowników ulega zatruciom tlenkiem węgla a straty ponoszone w wyniku pożarów budyn­ków i zabudowań 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. Zgodnie z obowiązującymi przepisami przewody spalinowe należy czyścić nie rzadziej niż dwa razy w roku, wentylacyjne - raz w roku, a dymowe (na przykład z kominka) - cztery razy w roku (Rozporządzenie MSWiA z dnia 16.06.2003 DZ.U. 121/2003 póz. 1138). Trzeba zwracać uwagę na uprawnienia kominiarzy wykonujących usługę. Czyszczenie może przeprowadzać czeladnik, kontrolę - tylko mistrz kominiarski. Do obowiązków kominiarza oprócz oczyszczenia samego przewodu kominowego należy dokładne wybranie sadzy z podstawy komina. Bardzo ważna jest również kontrola ciągu kominowego oraz szczelności przewodów kominowych. Po kontroli mistrz kominiarski powinien sporządzić protokół pokontrolny, a po każdorazowym oczyszczeniu przewodów kominowych wystawić dokument potwierdzający wykonanie tych prac. Nowe unijne zasady certyfikacji obowiązujące producentów wyrobów kominowych od maja 2004 r. dają szansę na poprawę stanu bezpieczeństwa pod warunkiem, że przestrzegane będą zasady ich właściwego odbioru i eksploatacji. Krajowe przepisy umieszczają komin wśród elementów budowlanych podlegających szczegól­nemu nadzorowi. Nie odnosi się to jedynie do producentów wyrobów kominowych, nadzorem według nowych zasad objęty będzie gotowy, zmontowany już system kominowy, a także jego eksploatacja. Jednak od nas wszystkich projektantów, producentów, wykonawców, mistrzów kominiarskich, służby kontroli rynku i nadzoru budowlanego zależy w jaki sposób wdrożona zostanie nowa europejska jakość.

1. Charakterystyka i definicje

Zgodnie z normą PN-EN 1443 przyjmuje się następujące terminy i definicje:

• kominem nazywana jest konstrukcja składająca się z warstwy lub kilku warstw zawierają­cych w sobie kanał spalinowy.
• w skład elementów komina wchodzi także przewód połączeniowy (tzw. czopuch lub łącznik), który definiowany jest jako części składowe łączące króciec wylotowy urządzenia grzewcze­go z kominem, a także nasada tj. „kształtka instalowana na wylocie komina".
• system kominowy stanowi „komin zmontowany z odpowiednich części dostarczonych albo określonych przez jednego producenta, który obejmuje gwarancją cały komin" . 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. 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" stanowią 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.


a. kryterium ciśnienia

• kominy pracujące w podciśnieniu,
• kominy pracujące w nadciśnieniu,

Kominy pracujące w nadciśnieniu potocznie zwane są nadciśnieniowymi instalacjami spalino­wymi.

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 wskutek zmiennej gęstości powietrza znaj­dującego się w zamkniętej przestrzeni komina. W skutek wystąpienie 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 stanowi 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.

b. kryterium kondensacji skroplin

• kominy na spaliny suche,
• kominy na spaliny mokre,

Kryterium to jest bezpośrednio 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

c. kryterium temperatury pracy

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

d. kryterium odporności na pożar sadzy

• kominy nie odporne na pożar sadzy, 
• kominy odporne na pożar sadzy,

e. kryterium konstrukcji:

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

Ostatnio można spotkać się także ze skojarzonymi układami kominowymi i spalinowymi (szcze­gólnie w zbiorczych układach SPS i WSPS) gdzie produkty spalania są mechanicznie usuwane z komory kotła poprzez instalację nadciśnieniową do komina działającego na zasadzie podciśnie­niowej. Jednak projektowanie takich układów jest dość skomplikowane i wymaga znacznego doświadczenia.

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


2. Sposoby doboru i obliczenia

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.

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 średnic 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 się 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


3. Rodzaje materiałów stosowanych do wykonania kominów

Tak jak dawniej tradycyjnym najczęściej stosowanym paliwem był węgiel, tak i trady­cyjnymi materiałami stosowanymi do wykonywania kominów była ceramika pod wszelkimi po­staciami (cegła, rury kamionkowe, materiały szamotowe i kształtki cementowo - azbestowe). Obecnie coraz częściej stosowane są inne materiały jak np. specjalna stal czy ceramika kwasoodporna.

W nowoczesnych urządzeniach grzewczych niskie temperatury spalin są przyczyną wykraplania kondensatu (czasami w znacznych ilościach) , który z uwagi na swój skład destrukcyjnie działa na komin. Praktycznie wszystkie obecnie stosowane kominy odprowadzające spaliny z urządzeń grzew­czych spalających gaz, olej, a także nowoczesne rozwiązania kotłów węglowych posiadają bądź wykładzinę odporną na działanie skroplin bądź są wykonane z materiałów kwasoodpornych. Tylko nieliczna część nowych kominów budowanych tradycyjnie obsługuje jeszcze stare nieefek­tywne piece i otwarte paleniska (z uwagi na wysokie temperatury spalin mogą być wykonywane z tradycyjnych materiałów ceramicznych). W zakresie materiałów ceramicznych stosowane są obecnie najczęściej elementy z szamotu kwasoodpornego lub specjalnie szkliwionej i wypalanej ceramiki. Elementy te łączone są w obudowie komina przy pomocy zapraw żaro-i kwasoodpor­nych. W trakcie montażu takiego komina należy szczególnie zwrócić uwagę na staranność łącze­nia zaprawą poszczególnych elementów, gdyż decyduje ona o szczelności i trwałości komina.


3.1 Kominy stalowe

W technice kominowej coraz częściej stosowana jest stal kwasoodporna.

Posiada ona doskonałe cechy eksploatacyjne jak: odporności na korozję, niską bezwładność cieplną (szczególnie istotna przy kotłach z modulowanymi palnikami i w instalacjach WSPS - dodatko­wy zysk energetyczny), łatwość montażu, niską wagę, możliwości szybkiego dostosowania do warunków montażu przez ( np. wykonywania nawet jednostkowych kształtek), a także umożli­wiają wykonanie wewnętrznych wykładzin w istniejących nawet krzywych kominach przez za­stosowanie specjalnych przewodów giętkich.

Do produkcji elementów wewnętrznych kominów (mających kontakt ze spalinami) odprowadza­jących spaliny z kotłów opalanych gazem, olejem wykorzystuje się stale kwasoodporne w ga­tunku - 1.4404 (316 L), natomiast w przypadku kominów wysokotemperaturowych (kotły na pa­liwa stałe z zasypem ręcznym) stale żaroodporne gatunku 1.4828.

Do wykonania izolacji kominów stosowane są wełny mineralne lub ceramiczne o współczynniku oporu około 0,4 W/m2K. Zastosowana izolacja winna zapewniać właściwą pracę komina (poni­żej w tekście zostaną one scharakteryzowane) w nominalnych warunkach pracy. Istnieje szereg technologii izolacji elementów kominowych. Producenci stosują materiały izolacyjne w postaci mat, prasowanych kształtek lub specjalnie spreparowanych granulatów wełny mineralnej. Celem izolacji jest zarówno ochrona przed nadmiernym wyziębianiem spalin co w przypadku komina podciśnieniowego spowoduje obniżenie skuteczności siły ciągu wytwarzanego przez komin, jak i redukcja oddziaływania temperaturowego komina na otoczenie szczególnie istotna dla kominów w których może nastąpić pożar sadzy.

Dla uzyskania wymaganej wartości redukcji temperatur na płaszczu wysokotemperaturowych kominów izolowanych (temperatury pracy 600°C ) coraz częściej stosowane są izolacje wielowarstwowe. Pierwsza warstwa izolacji składa się z materiału ceramicznego odpornego na wysokie temperatury (nawet powyżej 1000°C) druga ze specjalnych mat lub kształtek o wytrzymałości termicznej powyżej 500°C. Tak wykonany komin jest bez­pieczny dla otoczenia zarówno pod względem pożarowym, jak i zabezpiecza przed możliwością poparzenia w razie kontaktu z obudową.

W zależności od funkcji i zabudowy różne są konstrukcje i materiały płaszcza stalowych komi­nów izolowanych.

Płaszcz komina izolowanego pełni funkcję stabilizacji konstrukcji, a także musi zabezpieczać izolację przed działaniem warunków atmosferycznych. Często przy większych konstrukcjach wewnątrz płaszcza wprowadza się przestrzenie wentylacyjne umożliwiające osuszanie zamknię­tych powierzchni komina, w przypadku wystąpienia kondensacji pary wodnej (roszenia) na we­wnętrznych powierzchnia stalowych.

Do wykonywania niskotemperaturowych instalacji spalinowych bywają używane również ele­menty z różnego rodzaju tworzyw sztucznych (pomimo, że jest to niezgodne z obowiązującymi w Polsce przepisami). Producenci określają z reguły ich klasę odporności termicznej na 120 °C, a więc na tyle niską, że stosowanie tych instalacji bez dodatkowych zabezpieczeń w kotłach ograniczających temperaturę spalin jest niemożliwe. Z obserwacji i pomiarów przeprowadzo­nych przez Korporację Kominiarzy Polskich oraz Stowarzyszenie KOMINY POLSKIE rzeczy­wiste temperatury spalin dla wielu rodzajów kotłów pracujących w trybie zbliżonym do wydajno­ści maksymalnych np. podczas podgrzewania wody użytkowej, znacząco przekraczają deklarowany przez producentów (np. w temperaturze 120°C) próg plastyczności, co może do­prowadzić do rozszczelnienia układu. W trakcie inspekcji stwierdzono także, że w wielu spośród poddanych oględzinom kotłów układy mające kontrolować temperatury spalin nie działały (były celowo odłączone) lub działały one w sposób nieprawidłowy, gdyż w wielu wypadkach rzeczy­wiste temperatury spalin wynosiły ponad 200°C.

Takiego zagrożenia zupełnie nie stwarzają elementy wytwarzane z materiałów klasyfikowanych jako niepalne w tym między innymi stal i ceramika, powszechnie oferowane na Polskim rynku.


3.2. Rozwiązania techniczne preferowane dla rynku polskiego

Systemy kominowe, szczególnie w odniesieniu do kominów zewnętrznych powinny być dosto­sowane do stref klimatycznych, w których są zainstalowane. Charakterystyczny dla danego ob­szaru klimat wpływa determinująco zarówno na rodzaj i parametry stosowanych materiałów (np. izolacji) lecz również ma wpływ na charakterystykę pracy komina. Z punktu widzenia pracy in­stalacji grzewczych nasz klimat charakteryzuje się zarówno ekstremalnie niskimi (poniżej -25°C), jak i wysokimi temperaturami (powyżej 25°C), bardzo długim okresem grzewczym (sięga­jącym często 9-miesięcy) i w takich warunkach system kominowy musi zawsze działać popraw­nie.