System dystrybucji gorącego powietrza – ogrzewanie kominkowe

Widok rozpalonych polan w kominku działa relaksująco i uspakajająco. Sam kominek, jako dominujący element architektoniczny, nadaje całemu wnętrzu charakter. Nic więc dziwnego, że prawie wszyscy inwestorzy budujący domy planują jego instalację. A jeśli jest już kominek, dlaczego nie wykorzystać w pełni jego możliwości i dogrzewać nie tylko salon, w którym się znajduje, ale również pozostałe pomieszczenia? Jest to możliwe przy wykorzystaniu wkładu kominkowego z płaszczem wodnym lub systemu ogrzewania powietrznego.

fot. Kopertfarm

Podstawą skutecznego systemu dogrzewania jest wykonanie kominka z żeliwnym wkładem kominkowym. Niestety tylko dogrzewania, bo polskie prawo budowlane nie dopuszcza używania kominka jako jedynego źródła ciepła w domu. Może on jedynie służyć jako uzupełnienie istniejącej instalacji grzewczej. Powodem tego typu regulacji jest konieczność zapewnienia ogrzewania budynku w przypadku długotrwałej nieobecności mieszkańców. Dlatego też instalacja kominka nie zwalnia od konieczności posiadania w budynku niezależnej instalacji grzewczej CO.

System DGP

Działanie systemu dystrybucji gorącego powietrza jest bardzo proste. Ogień w kominku rozgrzewa wkład kominkowy, który z kolei, oddaje to ciepło powietrzu, które znajduje się w jego pobliżu. Powietrze jest również ogrzewane od rury spalinowej odprowadzającej produkty spalania drewna do komina (dopalanie się gazów powstających w skutek destylacji drewna może nagrzewać rurę nawet do 700ºC) rura ta, zwłaszcza jeśli posiada specjalne ożebrowanie – bardzo wydajnie oddaje ciepło. Ogrzane w ten sposób powietrze jest transportowane za pomocą systemu nawiewu DGP do różnych pomieszczeń w budynku.
Należy tu wspomnieć, iż kominek bez systemu DGP (a wyposażony we wkład lub kasetę kominkową) będzie również pełnił funkcje grzewcze, będą one jedynie ograniczone do ogrzewania pomieszczenia w którym się znajduje – powietrze ogrzane w kapie kominka będzie nawiewane za pomocą kratek bocznych i czołowych w kapie kominka.

Rys. 1 Schemat instalacji kominkowej w domku jednorodzinnym niebieski – układ zasilania powietrzem zewnętrznym do spalania i wentylacji czerwony – układ dystrybucji ciepłego powietrza, grawitacyjny lub wymuszony czarny – układ odprowadzania spalin z kominka

Projektując system dystrybucji ciepła w budynku należy wziąć pod uwagę zapotrzebowanie na ciepło dla powierzchni, którą chcemy ogrzać, niezbędną ilość powietrza, która musi być dostarczona, by to zapotrzebowanie spełnić. Następnie sprawdzić czy opory przepływu na poszczególnych odnogach układu (sumując opory poszczególnych kształtek i przewodów) nie przekraczają możliwości wybranego aparatu nawiewnego (tzw. sprężu). Ważne, aby skutecznie dostarczyć powietrze do najdalszych zaplanowanych wylotów, strumień powietrza w krótszych odnogach (znajdujących się bliżej aparatu nawiewnego) można bowiem łatwo ograniczyć – przymykając przepustnicę.
Przed aparatem nawiewnym zalecane jest stosowanie specjalnego bypassu z termostatem bimetalicznym i przepustnicą, który spełnia zadanie zaworu bezpieczeństwa w przypadku braku prądu. Gorące powietrze jest wówczas wyprowadzane przez jego króciec do wydzielonego pomieszczenia. Bypass dodatkowo posiada metalowy filtr oczyszczający powietrze dostające się do aparatu. Gdy nie przewidujemy zastosowania bypassa, przed wlotem do aparatu nawiewnego powinien zostać zainstalowany filtr metalowy wychwytujący cząsteczki pyłu.

Rys. 2 Układ nawiewu świeżego powietrza do kominka

Nawiew świeżego powietrza

Pomieszczenie, w którym instalujemy kominek powinno mieć kubaturę nie mniejszą niż 30 m3 i posiadać dopływ odpowiedniej ilości powietrza do paleniska kominka. Można przyjąć, że do spalenia 1 kg drewna w kominku z zamkniętą komorą spalania potrzebne jest około 8 m3 powietrza. Dlatego niezmiernie ważnym jest doprowadzenie świeżego powietrza do spalania najlepiej bezpośrednio pod palenisko specjalnym przewodem nawiewnym. Układ nawiewu umożliwia dostarczenie powietrza do procesu spalania drewna jak również do “podmieszania” powietrza ogrzewanego.

Rys. 3 Grawitacyjny system DGP

Dystrybucja gorącego powietrza

Powietrze ogrzane przez wkład kominkowy może być rozprowadzane do innych pomieszczeń, zarówno w sposób grawitacyjny jak i wymuszony.
Kryterium wyboru jest w tym przypadku dość klarowne, jeśli chcemy ogrzać powierzchnię nie większą niż pomieszczenie, w którym znajduje się kominek i pokoje sąsiadujące, powinniśmy zdecydować się na układ z grawitacyjnym obiegiem powietrza. Gorące powietrze (lżejsze od chłodnego) będzie przemieszczało się ku górze do komory grzewczej i do przewodów grzewczych na zasadzie tzw. wyporu termicznego.
Dla większych odległości (powyżej 3-4 metrów od kapy kominka), przepływ grawitacyjny jest już niewystarczający. Gorące powietrze nie jest w stanie pokonać oporów przepływu i nie dochodzi do wylotów lub jego prędkość jest za mała (co przekłada się na małą wydajność ogrzewania).

Rys. 4 Wymuszony system DGP

Ważne jest aby wszystkie przewody rozprowadzające były możliwie jak najkrótsze (max. do 3 m), w miarę równej długości i dobrze izolowane, a powietrze nie może być rozprowadzane do zbyt wielu pomieszczeń. Zastosowane rury elastyczne aluminiowe powinny mieć niskie opory przepływu i posiadać maksymalną temperaturę pracy 250 [ºC]. Ten układ dystrybucji ciepłego powietrza nie wymaga dużych nakładów finansowych, jest w pełni niezależny i niezawodny, nie pozwala jednak na ogrzewanie większych powierzchni oraz na sterowanie jego skutecznością.
Układ ten mimo swojej prostoty posiada pewne wymagania, które są wyższe aniżeli w przypadku układów wymuszonych – bardzo ważna jest tutaj kwestia właściwej filtracji gorącego powietrza. Charakterystyczną cechą tego typu układów jest bardzo wysoka temperatura nawiewu (kratki lub anemostatu), co jest powodowane niewielką odległością nawiewów od paleniska, oraz małą prędkością przepływu powietrza, które przez to bardzo mocno ogrzewa się od wkładu kominkowego. Wysoka temperatura przy braku właściwej filtracji może powodować bardzo niekorzystne dla zdrowia zjawisko przypalania (pirolizy) kurzu, z tego też względu system ten jest coraz rzadziej stosowany i nie zalecany.

Rys. 5 Aparat nawiewny

Systemy wymuszone dają dużo większe możliwości w porównaniu do układów grawitacyjnych, jednakże są bardziej skomplikowane i przez to droższe w instalacji. Sercem systemu jest aparat nawiewny, zasysający gorące powietrza ogrzane przez wkład kominkowy i tłoczący je do wszystkich odnóg systemu. Rury łączące kapę kominka z aparatem nawiewnym powinny mieć możliwie maksymalne przekroje i minimalną długość.
Bardzo ważne jest prawidłowe dobranie elementów i zaprojektowanie instalacji w taki sposób, by skutecznie spełniała swoje funkcje. Nie jest to zadanie łatwe, do pogodzenia jest bowiem kilka trudnych warunków: dotarcia do odległych pomieszczeń, zapewnienia dużej skuteczności ogrzewania oraz niskiego poziomu szumów. Niekiedy występuje konieczność rezygnacji z ogrzewania niektórych, dalszych pomieszczeń – dla zapewnienia większej skuteczności grzewczej w pozostałych lub z powodu konieczności stosowania przewodów o bardzo dużych przekrojach. W przypadku systemu wymuszonego można przyjąć, że odległość od wentylatora do najdalszego wylotu nie powinna przekraczać 10 m.

Wentylator kominkowy

Rys. 6 Najczęściej do instalacji DGP używane są elastyczne przewody okrągłe, izolowane

Wentylator kominkowy to serce układu DGP – i zarazem element decydujący o jego skuteczności, wentylatory różnią się od siebie przede wszystkim wydajnością – czyli objętością powietrza, którą mogą przetransportować w ciągu godziny. Powinno się dobierać rodzaj aparatu do wielkości instalacji DGP, zbyt duży wentylator, nie dość, iż jest droższy, pobiera więcej energii elektrycznej, to jeszcze obniży skuteczność grzewczą układu (powietrze tłoczone będzie miało większą prędkość i przez to mniej ogrzeje się od wkładu kominkowego – będzie więc miało niższą temperaturę na wylotach), zaradzić temu trzeba będzie poprzez dokupienie regulatora obrotów i ustalenie właściwego poziomu prędkości do wielkości instalacji.

Rys. 7 Prostokątne kanały łatwo umieścić na stropie, w wylewkach

Kanały i kształtki systemu – opory przepływu

Opór przepływu to ważne pojęcie – szczególnie w przypadku systemów ogrzewania powietrznego – oznacza stratę ciśnienia jaka nastąpi po napotkaniu przez powietrze na daną kształtkę lub element systemu. Opór zależy od rodzaju powierzchni kształtki (zazwyczaj są to elementy metalowe, z blachy ocynkowanej, której porowatość nie jest wielka), pola jej poprzecznego przekroju (im mniejsze – tym większy opór), oraz przede wszystkim od kształtu elementu, im bardziej „załamany” tym większa będzie wartość oporu przepływu. Opory przepływu rur, kanałów i kształtek zawarte są w specjalnych tabelach.
Idealny kształt, ze względu na opory przepływu – to okrąg. Elementy okrągłe są jednak niepraktyczne (dośćduże, trudne w dobrym izolowaniu) dlatego też korzysta się albo z przewodów elastycznych izolowanych (stosując jedynie sztywne elementy łącznikowe – złącza, trójniki, filtry itp.), lub z kształtek prostokątnych dodatkowo powlekanych specjalną wełną lub rękawem zabezpieczającym, oba te rozwiązania są oczywiście kompromisem między łatwością montażu i właściwościami aerodynamicznymi.
Drugim ważnym parametrem na który należy zwrócić uwagę jest tzw. spręż. Spręż zestawiony z wartością wydajności na wykresie charakterystyki przepływu wentylatora mówi nam jakie straty ciśnienia jest w stanie pokonać określona ilość powietrza tłoczona przez aparat nawiewny. Wentylator może albo tłoczyć mniejszą ilość powietrza na większą odległość (pokonując większe opory przepływu) lub większą na mały dystans.
Każda odnoga systemu, składająca się na przykład z kilku metrów rur izolowanych, kilku kształtek i zakończenia na suficie (kratką wentylacyjną lub anemostatem) to układ elementów o określonych oporach przepływu – powietrze musi pokonać je wszystkie by dotrzeć do pomieszczenia – należy więc brać pod uwagę sumę wszystkich oporów na drodze powietrza.

Rys. 8 Izolowanie kanałów prostokątnych jest bardzo ważne, można je obłożyć wełną, lub zastosować specjalny rękaw izolujący

Właściwa izolacja

Dobra izolacja w przypadku systemów ogrzewania powietrznego to kwestia absolutnie kluczowa, zwłaszcza, gdy przewody systemu prowadzone są poprzez pomieszczenia nieogrzewane (nieużytkowe poddasza). Bez właściwej izolacji ogrzane przez wkład kominkowy powietrze bardzo szybko uległoby wystudzeniu.
Warto dokładnie sprawdzić, czy instalator właściwie zabezpieczył przewody i ich łączenia, czy użył właściwego materiału izolującego (koniecznie – odpornego do 250ºC !). Na szczęście dostępne są obecnie zarówno elastyczne przewody okrągłe w wersji izolowanej, jak i specjalne rękawy do okrywania przewodów prostokątnych. W przypadku ich użycia – warto sprawdzić, czy miejsca przerwania powłoki ochronnej (płaszcz aluminiowy) zabezpieczono specjalną taśmą aluminiową.

Produkty dedykowane do systemu DGP

Obecnie na rynku dostępne są gotowe kształtki i przewody dedykowane w 100% do instalacji w systemach DGP, wybór dostępnych standardowych kanałów, przejść, redukcji, skrzynek rozdzielczych, filtrów jest tak duży, iż bez problemu można złożyć każdą instalację DGP bez konieczności wykonywania elementów na zamówienie. Kształtki, zarówno okrągłe jak i prostokątne wykonywane są zazwyczaj z blachy ocynkowanej. Zarówno kształtki, jak i nawiewy (kratki, anemostaty) muszą być wykonane z metalu, gdyż muszą mieć odporność termiczną co najmniej 150ºC. Przewody elastyczne izolowane powinny charakteryzować się odpornością temperaturową do 250ºC i być całkowicie niepalne (klasa M0). Aparat nawiewny, jako urządzenie elektryczne powinien bezwarunkowo posiadać oznakowanie CE. Elementy filtrujące powinny posiadać atest higieniczny.

Na podstawie materiałów firmy Darco