Konwekcja, woda czy akumulacja?

Przez bardzo długi czas prymitywne palenisko otwarte, przypominające w mniejszym lub większym stopniu kominek, było jedynym źródłem ogrzewania domów. „Ogrzewanie” to zbyt duże słowo, szczególnie w warunkach środkowej czy wschodniej Europy. Dlatego w wyniku poszukiwania doskonalszego urządzenia grzewczego, pojawiły się piece kaflowe.

Najlepiej ten funkcjonalny podział widać w pałacowych salonach. Kominek otwarty, służący do doraźnego ogrzania zmarzniętych dłoni i stóp, stoi tam zwykle tuż obok kaflowego pieca, dbającego o solidniejsze ogrzewanie na dłużej. Często ten piec obsługiwany był „od tyłu”, z korytarza, aby nie przeszkadzać i nie brudzić w salonie. Od czasu, gdy powstawały pałace, które dzisiaj są głównie obiektami muzealnymi, zmieniło się wiele…

Czy piec kaflowy nadal ma sens?

Cóż to takiego piec kaflowy? Palenisko, jakie załadowuje się „do oporu” drewnem, które spalając się wytwarza na tyle dużo energii, aby nagrzać do wysokiej temperatury dużą masę, często kilka ton. Jak zrobić to optymalnie, nawet jeśli tu i tam ujęte było w spisane reguły, i tak finalnie zależało od talentu i wiedzy zduna. By ciepło nie wylatywało kominem, stworzony jest system kanałów, których łączna długość wynosi kilka metrów i w efekcie „na wylocie” z 500−600 stopni Celsjusza pozostaje poniżej 200-tu, a bryła pieca nagrzewa się. Właśnie, nawet jeśli piec kaflowy jest pięknie zdobiony, to i tak jego głównym zadaniem jest ogrzewanie. Nie zmienił tego nawet fakt pojawienia się drzwiczek z oszkleniem, bo widok ognia jest wciąż tylko elementem towarzyszącym.

Czy w roku 2022 piec kaflowy, dość prymitywna składanka cegieł, płytek i ceramicznych kafli, może konkurować z wyrafinowanymi konstrukcjami pełnymi mechanicznych i elektronicznych nowinek, które same się obsługują i mogą być obserwowane i sterowane z drugiego końca świata? Nie da się ukryć, że coraz częściej wygodni ludzie wybierają te „nowości”. Poza tym jakie to nowości, jeśli np. pompa ciepła to wynalazek z 1948 roku? Dużo robi promocja. Na tej zasadzie o wyborze samochodu coraz częściej decydują nie cylindry pod maską i pewność prowadzenia, ale… wielkość ekranu i możliwości multimedialne. A jednak ten pozorny „prymitywizm” i prostota kaflowego pieca dają niezależność i w wielu sytuacjach pozwalają na wygranie z uzbrojonymi w high-tech konkurentami. Wystarczy, że zabraknie… prądu.

KOMINKI GODZIC

1. Kratka nadmuchowa nagrzanego powietrza; 2. Dodatkowy wymiennik cieplny; 3. Kratka wlotu powietrza.

Kominki nie poddają się

Przestrzeń pomiędzy kominkiem „otwartym” a piecem kaflowym zaczęła się wypełniać od momentu wymyślenia kominka z paleniskiem zamkniętym. Żeliwna lub stalowo-szamotowa skrzynia paleniska, zamknięta przeszklonymi drzwiczkami, sprawiła, że eksploatacja kominka stała się bardziej przyjazna i zachęciła wielu do budowania takiej formy udomowionego ognia w swoim domu. Nawet jeśli podstawowe ogrzewanie zapewniał gaz czy prąd, kominkowy ogień był atrakcyjnym uzupełnieniem na wiosenne czy jesienne wieczory.

Tym bardziej, że kominek „z wkładem” ujawnił swoje zalety. Tutaj grzeje nie tylko promieniowanie przez szybę, ale też ogrzane w komorze wokół wkładu powietrze, które przez kratki w górnej części kominka trafia do pomieszczenia. 10 kilogramów drewna, które wchłaniało i natychmiast zamieniało na ciepło piecowe palenisko, tutaj można było rozłożyć i dorzucać polana co jakiś czas. Fakt, że średnio wytwarza się 2−3 kW na godzinę, a nie 20 kW, był nawet atrakcyjny, bo przez wiele godzin można ogień przez szybę obserwować. W porównaniu do otwartego kominka, zmieniło się in plus bezpieczeństwo korzystania, jak też wzrosła zdecydowanie sprawność cieplna, co przekłada się na poważne zmniejszenie zużycia paliwa – drewna.

Przeszklenia kominkowe nabierały różnych kształtów, od pryzmatycznego po promieniowy czy kątowy, i stawały się coraz większe. Dopóki kominki trafiały do wielkich i słabo izolowanych salonów, nie było problemu. Gdy kominki zaczęły trafiać do lepiej izolowanych i mniejszych domów, okazywało się, że wypromieniowanie kilkudziesięciu procent ciepła przez szybę nie musi być korzystne. Pojawiły się więc ograniczające promieniowanie podwójne przeszklenia oraz lepiej izolujące specjalne szkła. Rosła też świadomość producentów, wykonawców i klientów, więc coraz częściej wykazywać zaczęto umiar w doborze palenisk, z uwzględnieniem mocy i wielkości przeszklenia.

CEBUD

Schemat przedstawiający promieniowanie cieplne z kominka/pieca akumulacyjnego

Więcej ciepła konwekcyjnie

Ciepło uzyskiwane z opływającego wkład powietrza przestało wystarczać i pojawiły się dodatkowe elementy, metalowe radiatory, zwiększające powierzchnię oddawania ciepła pomiędzy wkładem a wejściem do komina. Radiatory nasadowe to proste, tanie i – co istotne – bezobsługowe rozwiązanie. Znacznie bardziej efektywne są radiatory skrzynkowe, żeliwne lub stalowe wyłożone szamotem, o dużych powierzchniach, ale to już rozwiązanie wymagające więcej miejsca i okresowej obsługi.

Ciepło na dłużej – „mała” akumulacja

Akumulacja polega na magazynowaniu wytworzonej energii cieplnej i racjonalnej emisji w czasie. W tym przypadku wytworzona w palenisku energia cieplna zostaje zatrzymana przez masę akumulacyjną. Uwalniana jest w ciągu kolejnych kilku, kilkunastu godzin. Najprostsza forma zwiększenia akumulacji to nasada akumulacyjna na wkład kominkowy, który musi być w tym celu przygotowany. Chodzi zarówno o obciążenie fizyczne, jak też termiczne. Nasada, najczęściej w formie krążków, tworzy spiralny kanał, którym przepływają spaliny z paleniska, a akumulacyjny materiał krążków sprawia, że temperatura spalin na wylocie spada do około 200 stopni Celsjusza, a nasada akumulacyjna utrzymuje ciepło przez 6−12 godzin. Tego typu forma zwiększenia możliwości akumulacyjnych dostępna jest w licznych modelach u wielu producentów wkładów kominkowych. Forma nasady pozwala na budowanie kominków akumulacyjnych o smukłych kształtach. Jest to metoda w miarę tania i szybka w montażu.

KOMINKI GODZIC

1. Dodatkowa masa akumulacyjna; 2. Obudowa z materiałów przewodzących ciepło; 3. Masa akumulacyjna; 4. Obieg powietrza w zamkniętej przestrzeni

Ciepło na dłużej – „duża” akumulacja

Wprawdzie ciężka masa akumulacyjna to wciąż domena pieców kaflowych, ale już nie wyłącznie, bo trafia również do kominków grzewczych. Najbardziej rozpowszechniona jest budowa klasycznych kanałów ceramicznych. Muruje się je z ogólnie dostępnych cegieł i płyt, a kanały mają kształt prostokątny. Chociaż używany materiał szamotowy może nagrzewać się wolno i nierównomiernie, to kanały takie mają istotną zaletę – jest nią stosunkowo niski koszt budowy. Ten system sprawdza się najlepiej tam, gdzie kanały są dobrze wygrzewane, czyli w urządzeniach, które są w ciągłej eksploatacji. Długości i przekroje kanałów powinny być staranie dobierane do wielkości paleniska i podciśnienia w kominie. Można to robić na piechotę albo wykorzystując specjalnie stworzone komputerowe programy obliczeniowe. Ich istotną zaletą jest wyliczanie parametrów, które w wielu krajach są podstawą dopuszczenia do eksploatacji przez kominiarza. W końcu jest to zwykle pojedynczy egzemplarz i trudno budowany na miejscu piec czy kominek dostarczyć do certyfikacji, jak fabryczny wkład czy piecyk. Sprawdzana jest zgodność realizacji z dokumentacją.

Zbliżone efekty daje zastosowanie modułowych kształtek spalinowo-akumulacyjnych, które pozwalają złożyć wymaganą długość kanałów spalinowych oraz uzyskać wymaganą masę akumulacyjną w prostszy sposób, niż murowanie pojedynczych cegieł i płytek, sklejając z prefabrykowanych elementów niczym w układance Lego. Również efekty działania systemu modularnego są znacznie łatwiejsze do policzenia w dedykowanej aplikacji.

Oba rodzaje ciężkiej akumulacji zwykle są budowane lub składane jako wolno stojące i niezależne od obudowy, w której się znajdują. Systemy te wymagają co najmniej kilku wyczystek „na zakrętach” i powinny być przeglądane przez kominiarza co jakiś czas. Oczywiście, nie ma tutaj mowy o smukłości kominka z nasadą, bryła kominka będzie znacznie większa. Coś za coś.

HOXTER + ORTNER

Paleniska w połączeniu z ciągami, kanałami akumulacyjnymi

Zalety „wody”

Technika wodna to system wykorzystujący wodę do dystrybucji energii cieplnej wytworzonej w palenisku pieca lub kominka. Podobnie jak w przypadku akumulacji, możemy tutaj mówić o różnym udziale przekazywanej „na wodę” energii, w zależności od zastosowanej techniki.

Wodny wymiennik nasadowy

Podobnie jak w przypadku konwekcji czy akumulacji, również w przypadku techniki wodnej można kominkowy wkład wyposażyć w wodny wymiennik nasadowy. Dla amatorów „wody” to opcja umożliwiająca dogrzewanie domu i dająca możliwość dość swobodnego projektowania bryły kominka. Jest on zainstalowany w górnej części korpusu paleniska lub na króćcu dymowym, tam, gdzie temperatury są najwyższe. Dym, przepływając przez wymiennik, ogrzewa znajdującą się w wymienniku wodę, która trafia do obiegu centralnego ogrzewania. Większość wymienników jest podłączona na stałe, więc gdy korzystamy z kominka, zawsze grzejemy też wodę. Bywają jednak i rozwiązania umożliwiające odłączenie wymiennika wodnego, jeśli nie jest to potrzebne. Kotły nasadowe mogą być instalowane na wielu paleniskach i mogą pochodzić z tego samego „domu” co palenisko albo też od dostawcy zewnętrznego. Jednak obecnie, w związku z dyrektywą Ekoprojekt, taka dowolność jest raczej trudna do certyfikacji.

KOMINKI GODZIC

1. Elektroniczny sterownik; 2. Układ regulujący temperaturę wody na powrocie; 3. Zbiornik buforowy; 4. Rozdzielacz z układem mieszającym; 5. Ciepła woda użytkowa.

Płaszcz wodny, to dopiero grzanie!

Wkład z tzw. płaszczem wodnym pozwala przekazać na wodę powyżej 50% energii wyzwolonej z drewna i skierować ją do obiegu centralnego ogrzewania lub wody użytkowej. Dobre odizolowanie komory spalania od płaszcza wodnego (aby nie było wychładzania paleniska) oraz zabezpieczenia termiczne i ciśnieniowe to cechy podstawowe dobrego produktu z tej grupy. Ze względu na dużą wydajność palenisko z płaszczem wodnym powinno bezwzględnie współpracować ze zbiornikiem buforowym o odpowiednio dobranej pojemności. To już jest rozwiązanie, które może być z powodzeniem nie tylko uzupełniającym, ale podstawowym systemem grzewczym domu. Może też współpracować z pompą ciepła.

SPARTHERM

Co wybrać?

W stosunkowo krótkim tekście pokazałem kilka popularnych możliwości „tuningu” kominka, wyciągnięcia większej ilości ciepła, zatrzymania go na dłużej lub wyprowadzenia dalej. Są to różne rozwiązania, niektóre mało ingerujące, inne (woda) wręcz tworzące cały system grzewczy. Co wybrać? Ja tu tylko podpowiadałem różne dostępne rozwiązania, a każdy musi zadecydować sam. Może nie sam, ale z pomocą fachowca, co – ze względu na skomplikowanie niektórych rozwiązań i bezpieczeństwo – polecam.

Witold Hawajski

witek.h@ihz.pl

Więcej artykułów o podobnej tematyce znajdziesz na naszym portalu www.kominki.org