Komin dla kotłowni: obliczanie wysokości i przekroju zgodnie z normami technicznymi

Główną funkcją, jaką powinien spełniać komin kotłowni, jest odprowadzanie do atmosfery spalin z kotłów i rozpraszanie ich w przestrzeni. Ma on również dodatkową funkcję: wytwarzać naturalny ciąg, powstający w wyniku różnicy temperatury w palenisku i na zewnątrz.

Zapoznamy Państwa z rodzajami kanałów kominowych, których klasyfikacja opiera się na cechach konstrukcyjnych i materiale rur. Dowiedzą się Państwo, jak przeprowadza się obliczenia parametrów geometrycznych na konkretnym przykładzie. Nasze porady pomogą w wyborze rodzaju i wymiarów komina.

Rodzaje kominów

W dużych kotłowniach naturalny ciąg nie jest w stanie zapewnić pełnego spalania, dlatego wytwarza się go sztucznie za pomocą wentylatorów spalin. Proces spalania i uwalnianie jego produktów do atmosfery powinien jak najmniej szkodzić środowisku i nie powodować sytuacji awaryjnych w wyniku wzrostu ciśnienia w paleniskach powyżej normy.

Konstrukcyjnie kominy kotłowni różnią się od siebie zarówno rodzajem konstrukcji nośnej, jak i materiałem wykonania. Ze względu na pierwszą cechę wyróżnia się kilka typów kominów.

Kominy samonośne kotłowni

Takie pionowe konstrukcje bywają jedno- lub wieloprzewodowe. Odprowadzają produkty spalania z kotłowni i kotłów.

Stosuje się je niezależnie od rodzaju paliwa, ale przy spełnieniu pewnych wymagań:

1. Temperatura spalin przepływających przez samonośne kominy nie powinna przekraczać 350 stopni C.
2. Produkty spalania nie powinny być chemicznie agresywne.
3. Optymalne obciążenie śniegiem dla samonośnych konstrukcji – 250 kg na cm², wiatrem – 30 kg na cm² w warunkach II strefy wiatrowej.

Samonośny komin montuje się na dachu, a mocuje wewnątrz budynku. Jego cechy konstrukcyjne umożliwiają transport i montaż na miejscu, ponieważ składa się z pojedynczych sekcji, którymi są 3-warstwowe rury sandwich. Konstrukcja jest mocowana do fundamentu za pomocą kotew.

Wewnątrz komina znajduje się warstwa wykonana z wytrzymałej stali odpornej na działanie substancji wydzielanych podczas spalania. Warstwa zewnętrzna chroni przed wpływem warunków atmosferycznych.

Kominy dla dużych kotłowni są najczęściej samonośne. Jest to konstrukcja wzniesiona według indywidualnego projektu posiadająca własną infrastrukturę.

Parametry konstrukcji kominowych muszą odpowiadać wymaganiom zawartym w dokumentach normatywnych. Ich obliczenia opierają się na takich czynnikach, jak liczba kotłów, moc, rodzaj paliwa. Koniecznie należy uwzględnić normy dotyczące emisji do atmosfery. W niektórych przypadkach kominy wyposaża się w platformę, drabinę, właz rewizyjny, oświetlenie przeszkodowe.

Kominy słupowe

Komin tego typu składa się z zewnętrznej osłony ze stali wysokowęglowej oraz wstawionych do niej wewnętrznych przewodów o różnych średnicach ze stali nierdzewnej do odprowadzania gazów. Konstrukcję mocuje się w zatopionej w fundamencie koszy kotwiących. Może być jeden lub kilka. Aby zapobiec osadzaniu się kondensatu wewnątrz, stosuje się izolację termiczną.

Fragment komina kolumnowego. Na przekroju widać, że wewnątrz umieszczono kilka przewodów o różnych średnicach ze stali nierdzewnej.

Zaletą takiego rozwiązania konstrukcyjnego jest długi okres eksploatacji oraz możliwość podłączenia kilku kotłów. Grubość stali i gatunek dobiera się w zależności od temperatury i agresywności produktów spalania.

Średnica każdego trzonu może osiągnąć półtora metra, a jeśli planuje się wykorzystać wspólny przewód gazowy dla kilku kotłów, wymagana jest średnica około 3 m. Aby zapobiec tworzeniu się kondensatu, trzony pokrywa się izolacją termiczną.

Cechy kominów przyelewacyjnych i elewacyjnych

Kominy przyfasadne instaluje się dla kotłowni dobudowanych do domu lub wbudowanych. Mocuje się je do ściany budynku za pomocą wsporników. Elementami składowymi komina są trzony i rama lub kotwy.

Trzon ma 3 warstwy: wewnątrz stal nierdzewna, następnie izolacja termiczna i stal ocynkowana. Rury przeznaczone są do kotłowni, gdzie kotły pracują na gazie lub paliwie ciekłym.

Najczęściej rury fasadne umieszcza się wzdłuż zewnętrznej ściany budynku. Przy wyborze gatunku stali i grubości ścianki rury uwzględnia się skład chemiczny odprowadzanych gazów i ich temperaturę.

Rury przyfasadne i fasadne przenoszą obciążenie ciężarowe przez dodatkowy dolny fundament, a obciążenie wiatrowe przez wibroizolacyjne mocowania. Ten rodzaj odprowadzeń spalin, z punktu widzenia nakładów materialnych, jest najbardziej ekonomiczny ze względu na brak konstrukcji nośnych i solidnego fundamentu.

System modułowy zastosowany przy tworzeniu trzonów odprowadzających gazy zapewnia łatwą wymianę uszkodzonych części.

Kominy kratownicowe

Taka konstrukcja metalowa składa się z rur zamocowanych na wytrzymałej samonośnej kolumnie kratownicowej. Kratownica z kolei jest zamocowana w koszu kotwowym zalanym w fundamencie. Kominy kratownicowe nadają się do stosowania w regionach o niebezpiecznej sytuacji sejsmologicznej.

Konstrukcja kratownicowa obejmuje od 1 do 6 trzonów. Kolumna wykonana jest z rur walcowanych. Profil rury może mieć przekrój kwadratu lub trójkąta. Zależy to od liczby trzonów.

Aby zapobiec korozji, odprowadzenia gazów pokrywa się podkładem, a następnie maluje.

Trzon do odprowadzania gazów składa się z modułów złożonych z 3 warstw:

• wewnętrznej, stykającej się bezpośrednio z produktami spalania i wykonanej ze stali nierdzewnej specjalnych gatunków;
• o grubości 5-6 cm, pełniącej rolę izolacji termicznej;
• zewnętrznej, chroniącej warstwę izolacyjną przed negatywnymi działaniami środowiska.

Do powłoki antykorozyjnej stosuje się farby zawierające duży procent cynku. W niektórych konstrukcjach wewnątrz kolumny mogą znajdować się drabiny i podesty ułatwiające konserwację. Elementy konstrukcyjne rur tego typu są stosunkowo lekkie, co ułatwia zarówno ich transport, jak i prace montażowe.

Kominy masztowe

Centralnym elementem rury masztowej jest wieża nośna – trój- lub czteromasztowa, do której przymocowane są kominy. Wszystkie węzły konstrukcji montuje się na podstawie w postaci betonowej poduszki, zaczynając od dołu i stopniowo przesuwając się w górę. Przy montażu stosuje się połączenie nitowane lub używa się wkrętów samogwintujących.

Konstrukcja nośna rury masztowej jest złożona z profili stalowych połączonych ze sobą stężeniami i kątownikami. Kolumna opiera się podstawą na fundamencie, a mocowana jest za pomocą kotew.

Zazwyczaj poszczególne elementy przewożone są na miejsce montażu i składane jak zestaw konstrukcyjny. Proces ten zajmuje bardzo mało czasu – kilka godzin. Wysokość przewodu dymowego może maksymalnie sięgać 28,5 m. Stabilność zapewniają żebra usztywniające – stalowe odciągi o przekroju od 1,6 do 2 cm. Kompensują one działanie sił poprzecznych.

Materiały do budowy kominów kotłowni

Systemy odprowadzania dymu buduje się z różnych materiałów – cegły, stali, ceramiki, polimeru. Komin murowany, wznoszony nad piecami ceglanymi i kominkami, charakteryzuje się dobrą wytrzymałością mechaniczną, doskonałą pojemnością cieplną oraz dość wysokim stopniem bezpieczeństwa pożarowego.

Wad tych konstrukcji jest również sporo, dlatego we współczesnym budownictwie całkowicie murowane przewody dymowe spotyka się coraz rzadziej. Dokumenty normatywne ograniczają wysokość rur ceglanych do 30-70 m, a średnicę do 0,6-8 m.

Na ścianach rury ceglanej z licznymi występami i zagłębieniami wewnątrz zawsze osadza się dużo kondensatu, sadzy zawierającej tlenki siarki. Te ostatnie, reagując z wodą, tworzą kwasy aktywnie niszczące cegłę.

Nierówności powierzchni, zwężenie przejścia w wyniku stopniowego narastania warstwy sadzy powodują zmniejszenie prędkości przepływu dymu i wywracanie ciągu w kanale dymowym.

Bardziej odporne na kondensat i wpływy zewnętrzne są przewody dymowe z ceramiki, mają wysoką ognioodporność. Ale ten system ma dużą wagę, ponieważ wewnątrz znajdują się metalowe pręty nadające mu dodatkową wytrzymałość. Stąd wynikają wymagania dotyczące obowiązkowego wykonania oddzielnego fundamentu, podpór, co zwiększa pracochłonność i koszt montażu.

Rury dymowe z polimeru są odpowiednie w kotłowniach o maksymalnej temperaturze 250 stopni C, przy montażu gazowych podgrzewaczy wody. Są lekkie, elastyczne i trwałe, ale mają zastosowanie tylko w przypadku urządzeń gazowych.

Urządzenie do odprowadzania dymu ze stali nierdzewnej to zestaw składający się z poszczególnych elementów przewodu dymowego połączonych ze sobą za pomocą kształtek: trójników, króćców, deflektorów, trójników, kolanek. Stalowymi rurami dymowymi wyposaża się przede wszystkim kotły gazowe.

Montaż takiego przewodu dymowego może być wykonany również po wybudowaniu budynku w krótkim czasie. Istnieje duży asortyment elementów łączących, dlatego rurze można nadać dowolną konfigurację.

Modułowy komin można bez większego trudu zdemontować i przenieść w inne miejsce. Zaletą konstrukcji jest jej niewielka waga, co pozwala obejść się bez fundamentu, odporność na działanie wilgoci, niewielkie osadzanie się sadzy na wewnętrznych ściankach oraz wysoka prędkość przepływu gazów spalinowych.

Normy sanitarno-techniczne pozwalają na stosowanie rur stalowych do budowy kominów o wysokości powyżej 30 m, wyjątek jest możliwy tylko w przypadku, gdy na dobę zużywa się mniej niż 5 ton wielopopiołowego paliwa. Powodem jest to, że żywotność takich konstrukcji wynosi 10 lat, a jeśli stosuje się paliwo wysokosiarkowe, ulega ona znacznemu skróceniu.

Do odmian, których obudowa wykonana jest ze stopu stali, należą kominy współosiowe, z których specyfiką konstrukcyjną i cechami eksploatacyjnymi zalecamy się zapoznać.

Obliczanie parametrów komina

Aby określić wysokość i średnicę komina dla kotłowni, należy przeprowadzić obliczenia aerodynamiczne konstrukcji. Średnica zależy od mocy poszczególnych kotłów lub całej kotłowni.

Na spalanie paliwa i skuteczne usuwanie dymu ogromny wpływ ma ciąg, do wytworzenia którego niezbędny jest stały dopływ powietrza do paleniska. Jest to zapewniane zarówno w sposób naturalny, jak i sztuczny.

Jeżeli w system wbudowany jest wentylator spalin, to wysokość komina nie ma decydującego znaczenia. Parametr ten jest ważny głównie ze względu na uwzględnienie szkodliwych emisji do atmosfery. Aby określić ciąg naturalny, konieczne jest obowiązkowe obliczenie zarówno wysokości, jak i przekroju komina.

Określanie wysokości komina przy ciągu naturalnym

Aby wytworzyć prawidłowy ciąg naturalny, należy spełnić warunek równości siły ciągu i całkowitego oporu, który powstaje podczas przemieszczania się gazów spalinowych przez kanały gazowe kotła i przewód komina. Zapewnienie takiego ciągu jest możliwe przy niewielkim oporze gazów, gdy wysokość komina nie przekracza 60 m.

Ten schemat uprości proces obliczania podstawowych parametrów komina do odprowadzania produktów spalania dowolnego paliwa w paleniskach kotłowni

Dokumentami normatywnymi regulującymi lokalizację i obliczenia kominów pod względem wysokości są SNiP 41-01-2003, SP 7.13130.2009.

Należy również uwzględnić zalecenia zawarte w instrukcji kotła, w szczególności następujące wymagania:

1. Od rusztu do górnego punktu komina nie powinno być mniej niż 5 m.
2. Nad płaskim dachem bez wysokiego ogrodzenia komin powinien wznosić się co najmniej 0,5 m.
3. W stosunku do wysokości ogrodzenia i kalenicy dachu komin powinien przekraczać ich poziom o 0,5 m, jeśli znajduje się w odległości do półtora metra od tych konstrukcji.
4. Gdy komin jest oddalony od attyki i kalenicy o odległość od 1,5 do 3 m, jego górny punkt powinien pokrywać się z ich poziomem wysokości.

Przy nieprawidłowo obliczonej wysokości komina może powstać wiele problemów, a głównym – zawirowania powietrza lub strefa podparcia wiatrowego. Ogień w palenisku mogą zgasić silne podmuchy wiatru.

Podczas montażu komina należy uwzględnić konstrukcję dachu, grubość pokrycia dachowego, odległość do elementów ogrodzenia i kalenicy, zasady bezpieczeństwa pożarowego (+)

Przestrzeganie zasad bezpieczeństwa pożarowego jest również obowiązkowym warunkiem podczas projektowania komina kotłowni. Należy zaizolować konstrukcje przylegające do komina.

Aby iskry z otworów wentylacyjnych na kominie nie padały na dach w przypadku, gdy jest on wykonany z materiału palnego, wysokość konstrukcji zwiększa się o 0,5 m. Komin kotłowni musi być oddalony od wysokich budynków i drzew co najmniej o 2 m.

Wysokość komina określa się w zależności od konstrukcji dachu. Jeśli dach jest wielopoziomowy, w obliczeniach uwzględnia się różnice wysokości, ale podstawa we wszystkich przypadkach jest jedna – wysokość kalenicy (+)

Ponieważ optymalny ciąg powstaje dzięki różnicy między całkowitą gęstością gazów opuszczających komin a słupem powietrza na zewnątrz o równej wysokości, obliczenia wykonuje się według wzoru:

Wysokość kanału kominowego oblicza się samodzielnie według tego wzoru. Wszystkie wartości można pobrać z dokumentacji dołączonej do urządzenia grzewczego.

Obliczenia są dość skomplikowane, lepiej jeśli wykonają je specjaliści. Parametry wpływające na wysokość komina:

1. Współczynnik A charakteryzuje sytuację meteorologiczną regionu.
2. Mi – masa gazów spalinowych, które przechodzą przez komin w jednostce czasu.
3. F – prędkość, z jaką osadzają się cząstki powstające podczas spalania.
4. Spdki i Sfi – wskaźniki stężenia różnych substancji w gazie spalinowym.
5. V – objętość gazu.
6. T – różnica między temperaturami powietrza wchodzącego do komina i wychodzącego z niego.

Jeśli kotłownia znajduje się w dobudówce do domu, ten ostatni staje się przeszkodą. Konieczne jest, aby w tym przypadku wylot komina znajdował się powyżej strefy podparcia wiatru. W przeciwnym razie urządzenie grzewcze nie będzie mogło normalnie funkcjonować.

Aby określić, o jaką wartość należy przedłużyć komin, znajduje się najwyższy punkt na domu, przeprowadza się przez niego prostą tworzącą kąt 45 stopni z powierzchnią ziemi. Przestrzeń pod tą linią to strefa podparcia wiatru, a komin powinien znajdować się nad nią.

Obliczanie średnicy komina

Do obliczenia średnicy komina istnieje wzór:

S = m/(ρr × w),

Tutaj m – zużycie paliwa na 1 godzinę, w – prędkość ruchu gazów spalinowych, ρr – gęstość powietrza w warunkach pracy, określa się ją według wzoru: pv = pBnu × 273⁄273 × tos. Gdzie to – temperatura powietrza na zewnątrz, pBnu – gęstość powietrza w normalnych warunkach = 1,2932 kg/m³.

Tabela pomoże określić wartość gęstości powietrza ρg w warunkach roboczych bez wykonywania skomplikowanych obliczeń. Dla uproszczenia obliczeń przyjmuje się, że gęstość spalin jest równa gęstości powietrza (+)

Załóżmy, że w kotle spala się 50 kg paliwa stałego na godzinę, więc na sekundę będzie to 50 : 3600 = 0,013888 kg. Prędkość spalin wynosi 2 m/s. Przy temperaturze powietrza -4°C gęstość powietrza wynosi 0,6881 kg/m³. Wtedy S = 0,013888 : (0,6881 x 2) = 0,010092 m² = 92 cm². Dla przekroju kołowego d = √4 x 92 : 3,14 = 10,83 cm.

Średnicę cylindrycznego komina można obliczyć również za pomocą innego wzoru: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), gdzie r to współczynnik zależny od rodzaju używanego paliwa. Dla węgla wynosi 0,03, dla drewna 0,045, dla gazu 0,016, a dla paliwa płynnego — 0,024.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Film z poglądową demonstracją procesu obliczania wysokości kanału dymowego do urządzenia kotłowni:

Tutaj autor filmu podzielił się własnym doświadczeniem w obliczaniu i montażu komina dla kotła na paliwo stałe:

Kolejne wideo z pomocą dla projektanta-amatora:

Nie jest tak ważne, na jakim paliwie pracują kotły w kotłowni. W każdym razie nie da się obejść bez systemu odprowadzania spalin. Główne wymagania, jakie muszą spełniać przewody kominowe, to dobry ciąg i przepustowość, a także przestrzeganie norm ekologicznych.

Jeśli ma Państwo pytanie dotyczące kontrowersyjnego lub niejasnego punktu, który napotkali Państwo podczas zapoznawania się z informacjami? Czy mają Państwo przydatne informacje na temat artykułu, którymi chcieliby się Państwo podzielić z odwiedzającymi stronę? Proszę napisać komentarz w bloku znajdującym się poniżej.