Projektowanie

Podstawowe zasady

System dystrybucji gorącego powietrza powinien być starannie zaprojektowany dla potrzeb konkretnego domu, zaleca się, by był on już przewidziany na etapie projektowania budynku. Aby właściwie dobrać rodzaj systemu kominkowego (grawitacyjny, czy wymuszony) oraz aby poprawnie skomponować jego elementy trzeba wykonać zestaw obliczeń. Wyliczenia te mają na celu zapewnienie skuteczności działania instalacji, czyli zapewnić, iż powietrze ogrzewane przez kominek dotrze do wszystkich zaplanowanych pomieszczeń oraz, że jego temperatura będzie wystarczająca dla ich ogrzania. Obliczenia te można wykonać samodzielnie, zaleca się jednak ich przeprowadzenie przez fachowca (projektanta, firmę instalacyjną).

Jeśli powierzchnia do ogrzania jest niewielka, a pomieszczenia do ogrzania znajdują się w niewielkiej odległości od kominka (tak, by przewody instalacji nie miały więcej niż 4-5m długości), można zdecydować się na system grawitacyjny, który jest tańszy a dla niewielkich powierzchni zapewni wystarczającą wydajność (różnica temperatury wywołująca ruch ciepłego powietrza ku górze będzie wystarczająca do pokonania odległości od kominka do wylotu przewodu grzewczego). Ta niewielka odległość kominka do nawiewów oraz stosunkowo mała prędkość krążącego powietrza powoduje, iż osiąga ono znaczną temperaturę, co może prowadzić do przypalania się kurzu (pirolizy) na wylocie z kratek lub anemostatów. Dlatego też obecnie raczej odchodzi się od tego typu rozwiązań.

Chcąc ogrzać większą powierzchnię lub cały dom, powinniśmy zdecydować się na system wymuszony, którego centralny punkt - aparat nawiewny AN - będzie zasysał powietrze z okapu kominka i tłoczył je do nawet bardzo odległych wylotów.

Przy wyborze systemu wymuszonego musimy sprawdzić czy możliwe będzie wydajne ogrzanie tej powierzchni kominkiem - obliczając strumień powietrza potrzebnego do jej ogrzania i straty ciśnienia na poszczególnych odnogach systemu.

Otrzymany wynik pozwoli nam na dobranie właściwego typu aparatu nawiewnego oraz przy zastosowaniu regulatora obrotów lub automatycznego regulatora obrotów, na dokładne dopasowanie jego wydajności do potrzeb konkretnej instalacji. Jeśli otrzymana wartość wydatku powietrza jest większa niż wydajność największego aparatu nawiewnego lub jego spręż jest niewystarczający dla pokonania strat ciśnienia instalacji należy zastanowić się nad zmianą konstrukcji instalacji, albo ograniczając powierzchnię do ogrzania, albo projektując układ z dwoma aparatami nawiewnymi.

Przy projektowaniu instalacji DGP (system kominkowy) należy zdać sobie sprawę, że próby rozszerzania systemu mogą być nieefektywne z innego powodu – ograniczeń mocy grzewczej wkładu kominkowego (która to moc efektywnie to zwykle nie więcej niż 10kW). Na niewiele więc zda się budowa dużego układu DGP, stosowanie potężnych wentylatorów, skoro wkład kominkowy nie będzie w stanie wystarczająco ogrzać powietrze, które go opływa – system przetransportuje tylko tyle ciepła ile będzie w stanie wytworzyć i przekazać do otoczenia wkład kominkowy. Pamiętajmy też, iż powietrze, które wolno opływa wkład kominkowy jest ogrzewane bardziej, niż to które jest szybko zasysane przez sporej mocy wentylator. Dobrej klasy, wydajny kominek i … rozsądek – to podstawa do stworzenia efektywnego systemu ogrzewania kominkowego.

Projektowanie krok po kroku, schemat obliczeń, które należy wykonać, aby dokładnie sprawdzić skuteczność projektowanego systemu dystrybucji gorącego powietrza z kominka znajdziesz w naszym podręczniku DGP- kliknij.

Określenie powierzchni do ogrzania

Chciałbym ogrzać cały dom …to chyba najpopularniejszy błąd w założeniu …. niestety, nie zawsze, a w zasadzie nigdy nie będzie to możliwe – skutecznie można ogrzać niezbyt dużą powierzchnię i nawet, o czym będzie mowa w dalszej części artykułu, różne systemy kaskadowe, używanie dwóch wentylatorów, dodatkowych wentylatorów kanałowych itp. nie pomogą wiele … Lepiej więc wychodzić z założenia, że warto skutecznie dogrzać kilka pomieszczeń, niż nieefektywnie ogrzewać wszystkie.
Trudno jednoznacznie określić jaka powierzchnia jest możliwa do ogrzania, a jaka już nie, zależy to oczywiście od konkretnej instalacji (np. instalacje ogrzewające parter oraz pomieszczenia na piętrze – mogą być większe, w przeliczeniu na powierzchnię ogrzewaną, niż instalacje na jednym poziomie).

Można przyjąć, w przypadku budowy systemów wymuszonych, że odległość od wentylatora do najdalszego wylotu nie powinna przekraczać 10 m. W przypadku systemów grawitacyjnych skutecznie można dogrzać pomieszczenia oddalone o około 4-5 m od kominka. Ograniczenia te powodowane są naturą ogrzewania powietrznego – czyli koniecznością doprowadzenia ogrzanego przez wkład kominkowy powietrza do pomieszczeń w budynku, musi ono więc mieć na tyle dużą prędkość, by pokonać odległość od wentylatora do wylotu, opory przepływu kształtek, nie może przy tym nadto się ochłodzić, a na dodatek nie może powodować powstawania nadmiernego hałasu. Problemy te pokrótce zostaną omówione w dalszej części artykułu. Należy zdać sobie sprawę, że próby rozszerzania systemu (stosując się oczywiście do wskazówek projektowych) ponad powierzchnię 200 m2 mogą być nieefektywne z innego powodu – wymagają zbyt dużych nakładów finansowych na samą instalację (odpowiedni wkład kominkowy, wentylator(y), odpowiednio duże przewody, ich izolacja itp.)

Przepisy prawne

Sposób ogrzewania domu kominkiem został prawnie uregulowany na mocy nowelizacji Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie Dz. U. Nr 75 z 2002 poz. 690 § 132

Kominki opalane drewnem z otwartym paleniskiem lub zamkniętym wkładem kominkowym mogą być instalowane wyłącznie w budynkach jednorodzinnych, mieszkalnych w zabudowie zagrodowej i rekreacji indywidualnej oraz niskich budynkach wielorodzinnych, w pomieszczeniach:

1. o kubaturze wynikającej ze wskaźnika 4m³/kW nominalnej mocy cieplnej kominka, lecz nie mniejszej niż 30m³,

2. spełniających wymagania dotyczącej wentylacji, o których mowa w § 150 ust. 9,

3. posiadające przewody kominowe określone w § 140 ust. 1 i 2 oraz §145 ust.1,

4. w których możliwy jest dopływ powietrza do paleniska kominka w ilości:

a) co najmniej 10 m³/h na 1 kW nominalnej mocy cieplnej kominka dla kominków o obudowie zamkniętej,

b) zapewniającej nie mniejszą prędkość przepływu powietrza w otworze komory spalania niż 0,2m/s dla kominków o obudowie otwartej.

Pomieszczenie, w którym znajduje się kominek powinno spełniać wszystkie warunki i wymagania dla jego prawidłowej eksploatacji. Musi istnieć możliwość odprowadzenia spalin poprzez komin o odpowiednich parametrach technicznych oraz sprawna wentylacja nawiewno - wywiewna całego pomieszczenia. Niezbędnym jest przestrzeganie określonych zasad montażu, w tym właściwe zestawienie elementów i rozmieszczenie kratek nawiewnych. W budynku ogrzewanym przez kominek musi być zachowana właściwa cyrkulacja powietrza pomiędzy ogrzewanymi pomieszczeniami, a pomieszczeniem w którym znajduje się kominek. Ciepłe powietrze rozprowadzone rurami, po schłodzeniu, musi mieć możliwość powrotu do kominka.

Wybór wkładu

Wbrew pozorom najważniejsze źródło pozyskania ciepła w systemach DGP jest jednocześnie największym ograniczeniem jego możliwości.
Potraktujmy wkład kominkowy jako urządzenie grzewcze – spoglądamy na jego moc nominalną (uwaga – nie maksymalną !! ta jest uzyskiwana na przestrzeni bardzo krótkich odcinków czasowych) tak jak na moc nominalną, choćby kotła gazowego. Wnioski są następujące – większość wkładów kominkowych posiada moc nominalną na poziomie kilkunastu kilowatów, co w przypadku przeciętnej powierzchni domu na poziomie 150 – 200 m²jest wartością zbyt małą, dla jego skutecznego ogrzania przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych. Dodajmy do tego, iż sprawność cieplna wkładu kominkowego nie przekracza zazwyczaj 80% i to w przypadku poprawnego zabudowania kominka oraz używania właściwego paliwa.
Na niewiele więc zda się budowa dużego układu DGP, stosowanie kilku wentylatorów, skoro wkład kominkowy nie będzie w stanie wystarczająco ogrzać powietrze, które go opływa. Pamiętajmy też, iż powietrze, które wolno opływa wkład kominkowy jest ogrzewane bardziej, niż to które jest szybko zasysane przez wentylator. Zwiększenie prędkości wentylatora (do czego służą specjalne regulatory, automatyczne lub manualne) ma powodować ograniczenie jego temperatury na wylotach, oraz stabilizację i dostosowanie do temperatury wkładu kominkowego. Ważne jest, by wkład kominkowy, na który się decydujemy, był przeznaczony do ciągłego grzania (to znaczy by był tak zbudowany, by mógł wytrzymać długotrwałą, wysoką temperaturę – chodzi tu głównie o stosowanie, bądź nie, uszczelek, połączeń spawanych itp.), zazwyczaj tego typu wkłady oznakowywane są literą C. Pamiętajmy, iż decydując się na zakup wkładu kominkowego, warto przypatrzeć się danym podawanym przez producenta - moc kominka powinna zostać potwierdzona badaniami, warto też wyjść z założenia, iż jeśli jedynymi danymi o mocy nominalnej są informacje ustnie przekazane przez sprzedawcę, lub opisane na ulotce promocyjnej – to raczej będą one zawyżone w stosunku do rzeczywistych. Wkład kominkowy musi mieć też właściwe dopuszczenia do obrotu i montażu w naszym kraju.
Warto więc przemyśleć chęć oszczędzenia kilkuset złotych przy zakupie wkładu kominkowego, na korzyść wkładu od uznanego producenta, z potwierdzonymi parametrami i ważną aprobatą techniczną.
Trzeba też wrócić do momentu decyzji o wyglądzie naszego kominka – jeśli marzymy o kominku z wkładem z dwustronną szybą, fantazyjnym kształtem, ciekawym designem – musimy pogodzić się z faktem, iż może on mieć nieco gorsze parametry, niż ten ciężki, monolityczny, nie zawsze najpiękniejszy wkład kominkowy do ciągłego palenia.

Dobór wentylatora

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. Można pomyśleć - im więcej, tym lepiej … ale nie do końca. 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. Przy dużych instalacjach oczywiście konieczne jest zastosowanie większego wentylatora – tak, by był on w stanie dostarczyć odpowiednią ilość powietrza do dogrzania wielu pomieszczeń. Jednakże należy pamiętać, iż, tworzenie (poprzez stosowanie układów dwóch lub większej ilości aparatów nawiewnych, używanie innych wentylatorów dużej mocy) rozbudowanych systemów nadmuchowych nie musi przynieść pożądanego rezultatu – to jest lepszego ogrzania budynku. Cały czas trzeba mieć bowiem na uwadze ograniczenia mocy grzewczej wkładu kominkowego, oraz chęć zachowania minimalnych możliwych wielkości przewodów rozprowadzających powietrze (o tym nieco więcej poniżej).

Wentylatory umieszczane pod kominkiem, tzw. wentylatory piecowe, nie będą raczej dobrym substytutem aparatów nawiewnych, mają one na celu bowiem usprawnienie przepływu powietrza wokół kominka, a nie tłoczenia go do instalacji DGP. Tak więc tego typu wentylatory usprawnią efektywność grzewczą samego kominka, ale na pewno nie zastąpią tradycyjnych wentylatorów kominkowych stosowanych w systemach DGP.

Kanały i kształtki systemu - opory przepływu

Powietrze, transportowane przez system kanałów i kształtek z wentylatora do nawiewu w pomieszczeniu musi przebyć czasem długą i krętą drogę, a każdy zakręt, zmiana przekroju to strata ciśnienia - przy projektowaniu systemu, trzeba więc zwrócić uwagę, by nie tworzyć zbyt długich i skomplikowanych odnóg. 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, najlepsze więc rezultaty można by uzyskać stosując sztywne, metalowe (konieczna odporność na temperatury ponad 150 ^oC) rury i kształtki, elementy okrągłe mają znacznie lepsze parametry niż prostokątne bądź kwadratowe – co wynika z zaburzeń strumienia powietrza przepływającego przez te ostatnie. Elementy okrągłe są jednak niepraktyczne (dość duże, 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. Dlaczego opory przepływu są tak istotne? Wentylator, który chcemy zastosować ma określone parametry, o wydajności pisałem nieco wcześniej, 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. Oczywiście znacznie lepiej jest tak dobrać wentylator, by przy zakładanej wartości wydajności znacząco przewyższał straty ciśnienia na kształtkach, możliwe jest bowiem i dość łatwe – zwiększenie oporu przepływu celem wyrównania lub ograniczenia strumienia powietrza w danej odnodze systemu (na przykład gdy jeden wylot jest dużo bliżej wentylatora od drugiego – odchodzącego z tego samego źródła) – instalując przepustnice ograniczające przepływ. Dużo gorzej wygląda sytuacja gdy straty ciśnienia przekraczają wartość sprężu wentylatora, wtedy wyjściem jest albo rezygnacja z tej odnogi (ustawienie przepustnicy kierującej powietrze do innej), zmiana jej lokalizacji (przybliżenie do wentylatora), zmiana ustawienia wentylatora (tak by był możliwie centralnie w stosunku do wszystkich wylotów – co z kolei pogorszy ciśnienie powietrza w innych pomieszczeniach), zmiana wentylatora na większy (lub dołożenie drugiego).W walce o jak najniższe opory przepływu można by decydować się na powiększanie ich pól poprzecznego przekroju (powiększanie elementów) i na pewno odniosłoby to pożądany skutek – trzeba jednak pamiętać, iż z jednej strony wykraczanie poza elementy standardowe (dla elementów okrągłych 100, 125 i 150 [mm] a dla prostokątnych 150x50 i 200x90 [mm]) może skutkować dużo większymi kosztami instalacji, a z drugiej może rodzić trudności montażowe i izolacyjne (kanały prostokątne nie zmieszczą się w wylewkach, czy pod podwieszanymi sufitami, a zostawienie ich na widoku nie będzie specjalną ozdobą). Z drugiej strony prowadzenie powietrza przewodami okrągłymi o średnicy poniżej 100mm lub prostokątnymi o podobnie małej średnicy przeliczeniowej nie ma większego sensu – opory przepływu ograniczą możliwości stosowania takich układów do zaledwie kilku metrów od wentylatora, a szybko przemieszczające się powietrze wytworzy na tyle duży szum, iż domownicy zdecydują w ogóle nie używać systemu.