DGP - sposób na ciepło w domu

Ostatnie miesiące to renesans systemów grzewczych na bazie paliw stałych. Wysokie ceny prądu i gazu powodują, że teoretycznie mało innowacyjne i nowoczesne instalacje ogrzewania wracają do łask. Można się z tego cieszyć bądź nie, natomiast w przypadku ogrzewania drewnem (czy to kawałkowym, czy pelletem) to informacja dobra, bo drewno to odnawialne paliwo, a nowoczesne urządzenia, które są obecnie dostępne na rynku, pozwalają na jego bardzo efektywne spalanie, zarówno pod kątem sprawności, jak i emisji cząstek stałych.

Wraz z wielkim „comebackiem” kominków na polskim rynku, bardzo na czasie stają się kominkowe systemy grzewcze. W końcu kominek to nie tylko piękna dekoracja, ale skuteczne źródło ciepła. Przez ostatnie lata ta funkcja była nieco pomijana, ale ostatnio zarówno systemy ogrzewania wodnego, jak i powietrznego znów zyskują uznanie.

Warto więc przypomnieć o podstawowych zasadach działania i elementach składowych bardzo popularnego systemu grzewczego na bazie kominka – potocznie zwanego DGP (dystrybucja gorącego powietrza).

Jak to działa?

Działanie systemu dystrybucji gorącego powietrza jest bardzo proste. Ogień w kominku rozgrzewa wkład kominkowy, który z kolei, dzięki swojej konstrukcji, bardzo wydajnie oddaje ciepło powietrzu, które znajduje się w jego pobliżu. Powietrze jest również ogrzewane od rury spalinowej odprowadzającej produkty spalania drewna do komina.

Powietrze dostaje się w okolice kominka na różne sposoby, w niektórych instalacjach jest doprowadzane z zewnątrz (wraz z powietrzem do procesu spalania) przez specjalny kanał nawiewny, przenika poprzez szczelinę między obudową a wkładem kominkowym albo jest dostarczane przez kratki w dolnej części obudowy kominka. Ogrzane w ten sposób powietrze jest transportowane za pomocą instalacji DGP do różnych pomieszczeń w budynku.

Zwykle pierwsze pytanie, które się nasuwa, dotyczy tego, czy kominkiem możemy skutecznie ogrzać cały dom. Niestety, nie zawsze będzie to możliwe – lepiej więc wyjść z założenia, że warto skutecznie dogrzać kilka pomieszczeń, niż nieefektywnie wszystkie. 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, aby pokonać odległość od wentylatora do wylotu i opory przepływu kształtek, a przy tym nie może się nadto ochłodzić oraz nie może powodować powstawania nadmiernego hałasu. Zresztą nowoczesne wkłady kominkowe to nie kotły – ich piękno to wizja ognia, no a każde przeszklenie to ograniczenie mocy grzewczej. Generowana przez nie moc, w okolicach 10 kW, zwykle nie wystarcza, aby ogrzać cały dom, nawet jeśli jest on bardzo dobrze zaizolowany. Dlatego dobrzej jest zachować umiar w planowaniu rozległości instalacji, zwłaszcza że (z powodów praktycznych) zwyczajowo nie doprowadzamy DGP do pomieszczeń sanitarnych.

Trudno jednoznacznie określić, jaka powierzchnia jest możliwa do dogrzania, 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). W przypadku budowy systemów wymuszonych z dużą dozą ostrożności można przyjąć, że odległość od wentylatora do najdalszego wylotu nie powinna przekraczać 10 metrów. W przypadku systemów grawitacyjnych skutecznie można dogrzać pomieszczenia oddalone o 4−5 metrów od kominka.

Pamiętajmy też, że idea kominkowego ogrzewania powietrznego jest prosta – w tym jest jego siła, ale też generuje ona ograniczenia, więc wymuszanie dużego ruchu powietrza w układzie (np. przez stosowanie dużych wentylatorów) nie podniesie istotnie efektywności grzewczej. Powierzchnia wymiany ciepła z wkładu kominkowego będzie niewystarczająca, aby wystarczająco go nagrzać (powietrze ogrzewa się opływając wkład kominkowy, im wolniej i dłużej jest w jego bezpośrednim otoczeniu, tym bardziej się nagrzewa – wymuszanie więc szybszego ruchu będzie skutkowało jego niższą temperaturą).

Dystrybucja Gorącego Powietrza – zasada działania

System DGP – grawitacyjny czy wymuszony?

Jeśli chcemy ogrzewać dom kominkiem z systemem powietrznym, pierwszą decyzją, jaką należy podjąć, to wybór rodzaju systemu DGP – czy ma być grawitacyjny, czy wymuszony. Grawitacyjny układ DGP wykorzystuje naturalny wypór termiczny powietrza. Ciepłe powietrze, jako lżejsze od chłodnego, jest wprawiane w ruch, który dodatkowo usprawniają różnice ciśnień występujące w budynku przy spełnieniu konkretnych warunków: odpowiedniego nawiewu powietrza z zewnątrz oraz starannie dobranych przewodów dystrybucji powietrza do innych pomieszczeń. Przy tym systemie ważne jest, aby wszystkie przewody rozprowadzające były możliwie jak najkrótsze (do 3 m), w miarę równej długości, możliwie jak największej średnicy (a więc o niskich oporach przepływu) i dobrze izolowane. Warto rozważyć instalację z wykorzystaniem sztywnych przewodów rurowych lub prostokątnych, jako że posiadają one stosunkowo niższe opory przepływu w porównaniu do swoich elastycznych odpowiedników.

Grawitacyjny układ Dystrybucji Gorącego Powietrza jest w pełni niezależny i niezawodny, nie pozwala jednak na ogrzanie większych powierzchni oraz na sterowanie jego wydajnością. Mimo swojej prostoty posiada pewne wymagania, które są wyższe, aniżeli w przypadku układów wymuszonych, również bardzo ważna jest kwestia właściwej filtracji gorącego powietrza. Charakterystyczną cechą tego typu układów jest bardzo wysoka temperatura nawiewu (z kratek lub anemostatów), co jest powodowane niewielką odległością nawiewów od paleniska oraz małą prędkością przepływu powietrza, które przez to bardzo mocno ogrzewa się od wkładu kominkowego.

Grawitacyjny układ DGP z kształtkami okrągłymi

Wymuszony układ DGP z kształtkami okrągłymi

Wymuszony układ Dystrybucji Gorącego Powietrza

Wymuszony układ Dystrybucji Gorącego Powietrza charakteryzuje dużo większy zasięg instalacji, a co za tym idzie – większa powierzchnia możliwa do ogrzania. Kluczowym ogniwem systemu jest aparat nawiewny zasysający gorące powietrze, ogrzane przez wkład kominkowy, i tłoczący je do wszystkich odnóg systemu. Wymuszony system DGP pozwala również na istotnie lepszą kontrolę temperatury w układzie dzięki regulacji prędkości powietrza w systemie, co osiąga się za pomocą sterowania obrotami turbiny kominkowej. Zwyczajowo systemy wymuszone nie są załączane automatycznie po rozpaleniu w kominku, ale dopiero wtedy, gdy temperatura w układzie przekroczy określoną wartość – o to dba termostat (albo wbudowany w aparacie nawiewnym, albo jako osobny element).

Elementy systemu DGP

Instalacja kominkowa z ogrzewaniem powietrznym w najbardziej rozbudowanych wariantach zawiera trzy niezależne układy: układ zasilania powietrzem zewnętrznym do spalania, wentylacji i ogrzewania, układ dystrybucji ciepłego powietrza, a także układ odprowadzania spalin z kominka.

Układ nawiewu świeżego powietrza do kominka

Ma on za zadanie doprowadzenie powietrza z zewnątrz do spalania w kominku, jak również do „podmieszania” powietrza ogrzewanego. Pierwsza funkcja układu jest szczególnie ważna, zwłaszcza w obliczu walki o jak najlepszą izolację budynków. Świeże (zazwyczaj zimne) powietrze ma bardzo utrudniony do niego dostęp. Może rodzić to niebezpieczne sytuacje, ponieważ kominek, potrzebując do procesu spalania dużo powietrza, może pobierać je z otworów wentylacyjnych wywiewnych (np. kratek łazienkowych), zaburzając wentylację wywiewną. W skrajnych przypadkach kominek może spowodować niebezpieczne dla zdrowia i życia zasysanie spalin z przewodów spalinowych (wywołując w nich ciąg wsteczny). Na szczęście zdecydowana większość wkładów kominkowych (a wszystkie nowoczesne, spełniające normy Ecodesign) posiada bezpośredni dolot powietrza do spalania. Przewód z zewnątrz należy do takiego dolotu podłączyć, najlepiej z wykorzystaniem skrzynki rozprężnej, rozdzielającej powietrze do procesów spalania i z tym do wentylacji i ogrzewania. Druga funkcja zapobiega nadmiernemu przesuszeniu powietrza w pomieszczeniach i ogranicza zjawisko brudzenia się nawiewów (mniej powietrza cyrkuluje z pomieszczeń, przenosząc kurz). Przewód doprowadzający powietrze do spalania i wentylacji powinien być wyposażony w przepustnicę, która może odciąć dopływ powietrza w czasie, gdy kominek nie jest użytkowany.

Układ dystrybucji gorącego powietrza – grawitacyjny lub wymuszony

Jest to system przewodów, kształtek i osprzętu pozwalający na dostarczenie ogrzanego przez kominek powietrza do różnych, nawet odległych od kominka pomieszczeń. Może być to układ działający w sposób naturalny (grawitacyjny wypór powietrza) lub wymuszony (za pomocą wentylatora).

Układ odprowadzania spalin z kominka

Jest to układ, który pozwala na bezpieczne wyprowadzenie produktów spalania drewna na zewnątrz budynku. Sam komin może być ceramiczny (tzw. komin systemowy) lub wyposażony w wkład wykonany z wysokogatunkowej stali kwasoodpornej, natomiast przyłącze od kominka do komina najczęściej wykonywane jest z użyciem stali węglowej czarnej 2 mm, pokrytej odporną na wysoką temperaturę farbą. Na przyłączu warto zainstalować radiator, istotnie zwiększający odzysk ciepła z przewodu spalinowego.

Jak powinien być zbudowany kominek?

Okap kominka powinien posiadać kilka wydzielonych komór, dzięki czemu jego praca będzie najbardziej efektywna.

Pierwsza komora znajduje się pod specjalnym metalowym dystrybutorem (część wkładów już takowy posiada, ale można też zakupić dystrybutor jako osobny element), z którego jest pobierane gorące powietrze bezpośrednio przez aparat nawiewny, tak aby zapewnić najbardziej efektywne działanie systemu.

W drugiej komorze chłodne powietrze, zasysane za pośrednictwem bocznej kratki oraz szczelin między obudową kominka a dystrybutorem nad wkładem kominkowym, ogrzewane jest od zewnętrznej strony metalowego dystrybutora (niektóre wkłady kominkowe są już fabrycznie wyposażone w dystrybutor) oraz od rury spalinowej. Rura spalinowa może osiągnąć temperaturę nawet 700°C, ponieważ następuje w niej proces dopalania gazów powstałych podczas zgazowania drewna. Aby w pełni wykorzystać ciepło spalin, stosuje się rury spalinowe ze specjalnym radiatorem, który zwiększa efektywność oddawania ciepła. Układ odprowadzenia spalin powinien posiadać szyber, za pomocą którego można zmniejszyć ciąg kominowy, gdy jest on zbyt duży (jeśli wkład kominkowy nie jest w takowy wyposażony). Ciepłe powietrze z drugiej komory jest odprowadzane grawitacyjnie bezpośrednio do pomieszczenia, w którym znajduje się kominek, oraz – opcjonalnie – za pomocą rur do sąsiednich pomieszczeń.

Trzecia komora jest komorą dekompresyjną, spełniającą zadanie odizolowania stropu od gorącego okapu kominka. Powinna być wyposażona w dwie kratki umieszczone niesymetrycznie po przeciwnych stronach okapu kominka, w celu zapewnienia swobodnej cyrkulacji powietrza i chłodzenia tej przestrzeni. Izolacja okapu kominka jest rzeczą nieodzowną nie tylko ze względu na ograniczanie strat cieplnych, ale też ze względu na bezpieczeństwo użytkowania kominka, który mógłby w przeciwnym wypadku bardzo mocno nagrzewać przylegające ściany i stropy. Izolacja powinna być wykonana ze specjalnej wysokotemperaturowej wełny mineralnej lub przy pomocy płyt krzemianowo-wapniowych, które jednocześnie służą jako budulec kominka.

Darco, Turbina DGP klasyczna

Wentylator kominkowy – serce układu systemu DGP

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, oraz ciśnieniem tłoczenia, które ma za zadanie pokonać opory przepływu w instalacji. Można pomyśleć, że im więcej, tym lepiej, ale nie do końca. Powinno się dobierać rodzaj aparatu do wielkości i złożoności instalacji DGP. Zbyt duży wentylator nie dość, że jest droższy, pobiera więcej energii elektrycznej, to jeszcze obniży skuteczność grzewczą układu (tłoczone powietrze będzie miało większą prędkość i przez to słabiej ogrzeje się od wkładu kominkowego, będzie więc miało niższą temperaturę na wylotach). Aby temu zaradzić, trzeba będzie dokupić regulator obrotów i ustalić właściwy poziom prędkości do wielkości instalacji.

Należy pamiętać, że sam wentylator ma swoje wymagania, zwłaszcza dotyczące jego umiejscowienia, a także warunków, w jakich ma działać. Maksymalna temperatura powietrza dopływającego do takiego aparatu nie może przekraczać 150°C. Aparatu nawiewnego nie wolno zabudowywać materiałem izolacyjnym (komora przepływowa aparatu jest izolowana), a odległość ustawienia urządzenia od kominka nie powinna przekroczyć 4 metrów. Część aparatów jest fabrycznie wyposażona w termostat, załączający go przy odpowiedniej temperaturze napływającego powietrza (w ten sposób zapewniając minimalną automatyzację jego działania). Tę funkcję jednak lepiej zapewni instalacja dodatkowego termostatu z sondą umieszczoną bezpośrednio w okapie kominka – wtedy reakcja aparatu nawiewnego na wzrost temperatury będzie natychmiastowa, jak również nie będzie ryzyka, że ciepłe powietrze konwekcyjnie nie napłynie do aparatu nawiewnego i nie spowoduje jego załączenia (co może zdarzyć się w rozbudowanych instalacjach lub gdy wentylator jest umieszczony w piwnicy pod kominkiem). 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 króciec do wydzielonego pomieszczenia. Ponadto bypass spełnia dodatkową funkcję, gdy aparat nawiewny pracuje, a temperatura przepływającego powietrza jest zbyt wysoka. Wtedy przez króciec bypassu automatycznie pobierane jest chłodne powietrze, które miesza się z gorącym, dopływającym z okapu kominka, ograniczając maksymalną temperaturę doprowadzonego do kratek powietrza do 110°C. Zastosowanie bypassu umożliwia zasilanie układu DGP powietrzem o temperaturze nawet 180°C. Bypass dodatkowo posiada metalowy filtr oczyszczający powietrze, które dostaje się do aparatu. Gdy nie przewidujemy zastosowania bypassu, przed wlotem do aparatu nawiewnego powinien zostać zainstalowany filtr metalowy, wychwytujący cząsteczki pyłu.

Układ nawiewu świeżego powietrza do kominka

Elementy DGP – system kształtek, regulacja pracy aparatu nawiewnego

Ciepłe powietrze rozprowadzane jest do poszczególnych pomieszczeń za pomocą izolowanych rur elastycznych lub prostokątnych kanałów ocynkowanych i dodatkowo izolowanych, o odpowiednich przekrojach i właściwej odporności termicznej. Przekroje dobieramy w zależności od wielkości pomieszczenia i długości przewodu (oczywiście im większe przekroje, tym lepiej, ponieważ ich opory przepływu są niższe oraz niższa prędkość, a co za tym idzie mniejszy hałas). Koniecznie należy pamiętać, aby rury łączące okap kominka z aparatem nawiewnym miały możliwie maksymalne przekroje. Izolacja termiczna kanałów zapobiega stratom ciepła oraz zaburzeniom strumienia powietrza, a także spełnia rolę tłumika akustycznego instalacji grzewczej. Maksymalna odległość wylotów ciepłego powietrza od aparatu nawiewnego powinna być wyznaczona za pomocą obliczeń.

Kształtki okrągłe zapewniają mniejsze opory przepływu, są stosunkowo łatwe w montażu oraz izolacji. Stosowane są w przypadku instalacji przewodów rozprowadzających na nieużytkowanych poddaszach w istniejących budynkach. Najczęściej jako przewody rozprowadzające powietrze wykorzystywane są elastyczne rury izolowane. Poszczególne elementy łączy się ze sobą za pomocą złączek i opasek oraz uszczelnia taśmą aluminiową. Typowe średnice „spiro” przewodów i kształtek okrągłych wynoszą 100, 125 i 150 mm.

Kształtki prostokątne doskonale spełniają swoją rolę w instalacjach projektowanych w sufitach podwieszanych lub w wylewkach, najlepiej gdy system jest już wykonywany lub przewidziany na etapie budowy domu. Standardowo występują dwa systemy kształtek: o przekrojach 150 × 50 i 200 × 90 mm. Odpowiadają one pod względem przepływu powietrza przewodom okrągłym o średnicach 75 i 125 mm. Układy oparte na kształtkach prostokątnych wymagają izolacji wełną mineralną, w postaci maty lub płyt, albo za pomocą rękawów izolujących. Poszczególne elementy łączy się ze sobą za pomocą złączek oraz przytwierdza blachowkrętami.

Na wylotach przewodów nawiewnych montuje się kratki lub anemostaty z regulacją strumienia powietrza. Powinny mieć minimum taki przekrój, jak kanał doprowadzający, jak również zalecane jest, aby posiadały dodatkowy filtr w kasecie dolotowej. Wyloty przewodów montuje się w pobliżu okien lub ścian zewnętrznych w stropie, ścianie lub podłodze, tak aby cyrkulacja powietrza zapewniała prawidłowy rozkład ciepła w pomieszczeniu.

Łukasz Darłak

lukasz.darlak@darco.pl