Komin odporny na działanie wilgoci

Kryzys energetyczny w latach 70-tych sprawił, że nastąpił gwałtowny rozwój technik spalania. Pojawiły się kotły o wyższej sprawności i niższej temperaturze spalin. Niska temperatura spalin prowadzi do zjawiska kondensacji pary wodnej, zawartej w spalinach. Wiele już napisano na temat zagrożeń jakim musi sprostać nowoczesny komin. Prawie wszyscy wiedzą, że nowoczesny komin to komin niewrażliwy na działanie wilgoci. Aby poznać przyczyny tego zjawiska oraz zwrócić uwagę na skalę problemu chciałbym odpowiedzieć na kilka pytań związanych z tym zjawiskiem.

Co to oznacza - komin niewrażliwy na działanie wilgoci? Kominy "niewrażliwe na wilgoć" są to zwykle kominy trójwarstwowe posiadające m.in. wewnątrz ceramiczną powierzchnię odporną na działanie kwasów i wilgoci oraz warstwę zewnętrzną najczęściej prefabrykowaną. Pomiędzy tymi warstwami znajduje się warstwa izolacyjna. Komin bez względu na obecność pary wodnej i kondensatu musi spełniać swoją funkcję tzn. odprowadzać z kotła do atmosfery produkty spalania takie jak dwutlenek węgla, tlenek węgla, tlenki azotu, siarki oraz parę wodną.

Jaki problem stwarza wilgoć w formie pary? W budownictwie dyfuzja pary wodnej przez sufity i ściany ma szczególne znaczenie. W zależności od wilgotności powietrza przez ściany mogą przenikać duże ilości wody w formie pary a w pewnych okolicznościach może dochodzić również do tworzenia się rosy wewnątrz ścian.

Dlaczego może dojść do tworzenia się rosy? Powietrze jest mieszaniną różnych gazów. Ogólnie powietrze zawiera również wodę w gazowym stanie skupienia (para wodna).

Co to jest para nasycona? W określonej temperaturze powietrze może przyjąć tylko ograniczoną ilość wody jako parę wodną; ta największa możliwa masa pary wodnej określana jest jako masa nasycona. Podobna sytuacja występuje w kominie. Spaliny w określonej sytuacji mogą przejąć tylko określoną ilość wilgoci, która powstaje podczas spalania w szczególności ekolologicznych paliw zawierających wodór (gaz, olej). Pozostała natomiast część wytrąca się w formie rosy. Punkty rosy dla poszczególnych rodzajów paliw obrazuje poniższy wykres.

Rys. 1. Zależność temperatury punktu skraplania rosy od nadmiaru powietrza
Niewielki nadmiar powietrza stosowany w nowoczesnych palnikach, powoduje obniżenie temperatury spalin, podwyższenie temperatury punktu rosy, co w konsekwencji prowadzi do przyspieszenia kondensacji na ściankach komina. Zjawisko to pogłębia jeszcze cykliczna praca kotłów, gdyż przy wychłodzonym kominie następuje zwiększona kondesacja pary wodnej.

Jakie zjawiska występują przy schładzaniu powietrza? Jeśli ochłodzi się 1 m3 powietrza nasyconego parą wodną z 20°C do 10°C, wtedy z pierwotnej maksymalnej ilości 17,3 g wody pozostanie tylko 9,4 g wody w formie pary wodnej. 7,9g wody ulegnie wytrąceniu jako kondensat.

Jaka jest przyczyna dyfuzji pary? Przyczyną przekazywania ciepła jest różnica temperatur. Powstający strumień ciepła płynie zawsze od ciepłego do zimnego. Istotna jest również różnica ciśnienia cząstkowego pary wodnej, gdyż jej strumień płynie zawsze od wyższego do niższego ciśnienia cząstkowego. Dyfuzja pary występuje zawsze wtedy, gdy na stronach elementu konstrukcji panują różne warunki klimatyczne a co za tym idzie - różne ciśnienia cząstkowe pary wodnej. Różnica ciśnienia pary wodnej w kominie w stosunku do powietrza w pomieszczeniu względnie powietrza na zewnątrz dąży do wyrównania. Para (wilgoć w formie pary) próbuje znaleźć drogę do graniczącego pomieszczenia przez system kominowy (rura wewnętrzna, izolacja, kształtka zewnętrzna). W konsekwencji prowadzi to do zawilgocenia i zniszczenia komina. Zaistniała więc konieczność skonstruowania komina niewrażliwego na działanie wilgoci. Potrzebom tym sprostała firma Schiedel, wprowadzając na rynek wysokiej klasy komin Rondo Plus.

Jakie rozwiązania zastosowano projektując niewrażliwy na działanie wilgoci komin Rondo Plus? Konstruując komin Rondo Plus kierowano się porównywalnymi problemami i możliwościami rozwiązań jakie występują w technice budowlanej. Oparto je na przykładzie ścian zewnętrznych i fasad budynków. Cieplejsze i wilgotniejsze powietrze z wnętrza budynków w postaci pary przechodzi ze względu na skok ciśnienia z wnętrza na zewnątrz. Aby ten problem rozwiązać mamy zasadniczo dwie możliwości:
- wykonać warstwę izolacyjną, która zapobiegnie wnikaniu wilgotnej pary do ścian lub,
- odprowadzić wnikającą do ścian wilgotną parę wentylacją odprowadzającą.

Jakie mamy sposoby izolowania rury ceramicznej szamotowej? Najmniejsze słabe punkty konstrukcji powodują, że warstwa izolacyjna staje się nieskuteczna! Jedną z metod zabezpieczenia rury ceramicznej przed działaniem wilgoci i kwasów jest glazura. Wielokrotne próby z glazurą były prowadzone zarówno w laboratoriach firmy Schiedel oraz innych niezależnych instytucjach badawczych. Ze względu na zdobyte w tej dziedzinie doświadczenia glazurę kładziono na zewnętrzną stronę rury, (Zielona Rura) aby chronić ją przed wpływami mechanicznymi i zachować zdolności buforowe szamotu.

Jakie są inne metody zabezpieczenia materiałów przed działaniem wilgoci? Jednym ze znanych sposobów odprowadzania wilgoci jest metoda pustki powietrznej (przewietrzania) stosowana przy robotach fasadowych (np. klinkier, płyty osłonowe profilowane). Ten właśnie sposób został przeniesiony do techniki kominowej i do komina Rondo Plus.

Jaka jest zasada działania komina z przewietrzeniem Rondo Plus? Rura szamotowa musi przeciwstawić przenikającej parze odpowiedni opór. Musi być nieprzepuszczalna dla wody i kwasów. Pozostała wilgoć w postaci pary, która przechodzi przez rurę - co jest nie do uniknięcia - musi być odprowadzona bez strat. To odprowadzenie odbywa się poprzez kanały przewietrzające.

Dlaczego kanały przewietrzające znajdują się w narożach pustaka zewnętrznego? Gdzie w budownictwie spotykamy się z podobnymi zjawiskami? Wielokrotne kontrole oraz badania wykazują, że przewietrzanie komina najkorzystniejsze jest w narożnikach kształtki pierścieniowej komina trójwarstwowego. Podobne zjawisko można zaobserwować w narożach budynku. Dochodzi w nich do rozproszenia się strumienia ciepła, ponieważ powierzchnia oddających ciepło ścian jest większa od powierzchni przyjmujących ciepło ścian wewnętrznych znajdujących się po przeciwnej stronie. Wynikający z tego stan temperatur jest niekorzystny, ponieważ temperatura wewnętrznej powierzchni w rogu jest wyraźnie niższa niż w obszarze ściennym. Warunki w rogu wewnętrznym pogarszane są dodatkowo przez to, że konwekcja powietrza w pomieszczeniu jest mniej intensywna i parowanie skroplonej wody jest utrudnione. Przenikanie substancji, czyli przenikanie wilgoci w postaci pary, funkcjonuje porównywalnie do przenikania ciepła. Ciepło ciągnie tam, gdzie jest zimniej i szuka sobie drogi o najmniejszym oporze. Przepływ ciepła kończy się dopiero wtedy, gdy dojdzie do wyrównania temperatur. Tak samo przedstawia się sytuacja z wilgocią w postaci pary w kominie. Jest wiadome, że ciśnienie pary w kominie jest bardzo wysokie w przeciwieństwie do ciśnienia pary w pomieszczeniu. Tak samo niskie jak w pomieszczeniach jest ciśnienie pary w szybach wentylacji odprowadzającej.

Podsumowanie
Mając na uwadze tylko problemy związane ze zjawiskiem kondensacji należy zwracać uwagę aby kominy były dobrze zaizolowane termicznie i wykonane z materiałów niewrażliwych na działanie wilgoci. Dodatkowym zabezpieczeniem kominów może być również system przewietrzania o którym pisałem powyżej. Należy pamiętać, że kominy powinny być szczelne i charakteryzować się szybkim nagrzewaniem się do temperatury powyżej punktu skraplania rosy. Kominem który spełnia te wszystkie wymogi jest na pewno komin Schiedel Rondo Plus.
Myślę, że powyższe przemyślenia dotyczące tylko jednego problemu tzn. kondensacji pary wodnej sprawią, że jedna z zagadek dotyczących budowy nowoczesnego komina została wyjaśniona.

Roman Nowak
Schiedel Sp. z o.o.
Żródło: