Komínový tah – podstata, význam a měření
Princip komínového tahu a jeho význam pro funkčnost spalinové cesty. Změření komínového tahu nemůže nahradit povinnou kontrolu spalinové cesty, je jen jedním z mnoha okamžitých provozních parametrů.
V roce 2011 vstoupilo v platnost Nařízení vlády č. 91/2010 Sb., Nařízení vlády o podmínkách požární bezpečnosti při provozu komínů, kouřovodů a spotřebičů paliv, které upravilo problematiku revizí a kontrol spalinových cest. Díky značné medializaci a zejména stanovené povinnosti provádění kontrol komínů se dostalo do obecného povědomí a kontroly spalinových cest se rozběhly naplno. To způsobilo náhlý a prudký nárůst zájmu o kominické řemeslo. Sekundárními důsledky byly v následujících letech pokusy vymezit obsah provádění těchto kontrol, jakož i úpravy předpisů v dalších souvisejících oborech (patrně nejvýznamnější je novela TPG 704 01). Jako červená nit se těmito pokusy vinula snaha najít jakési jednoduché měření, které by stav spalinové cesty dostatečně osvětlilo, aniž by bylo nutné provádět poměrně náročnou komplexní kontrolu. Postupem času se objevil názor, že tímto měřením by mohlo být změření tzv. komínového tahu.
Nařízení vlády č. 91/2010 Sb., Nařízení vlády o podmínkách požární bezpečnosti při provozu komínů, kouřovodů a spotřebičů paliv, bylo zrušeno k 1. 1. 2016. Nicméně povinnosti z něj vyplývající byly v novém znění zaneseny do zákona č. 320/2015 Sb., Zákona o Hasičském záchranném sboru České republiky a o změně některých zákonů (zákon o hasičském záchranném sboru), který byl vyhlášen ve Sbírce zákonů dne 7. 12. 2015 s účinností od 01.01.2016.
Komínový efekt
Základním pojmem této problematiky je tzv. komínový efekt, což není totéž jako komínový tah, neboť jak bude popsáno dále, komínový tah nemusí být vyvolán pouze komínovým efektem.
Termínem komínový efekt se nazývá fyzikální jev, kdy vertikálně orientovanou dutinou začne proudit vzduch, přičemž toto proudění je vyvoláno pouze vlivem rozdílné teploty a tudíž i objemové hustoty (měrné hmotnosti) vzduchu na jednotlivých koncích dutiny. Vzhledem k tomu, že teplý vzduch je má nižší hustotu než studený, dochází ke stálému pohybu teplého vzduchu směrem nahoru. Tato definice platí obecně pro všechny svislé dutiny splňující podmínku rozdílných teplot na svém vstupu a výstupu (např.schodiště, výtahové šachty, větrací šachty apod.). Komínový efekt není plně vyvolán pouze u velmi malých a dlouhých dutin (je uváděn štíhlostní poměr 1:187).
Komínový tah
Komínový efekt, tedy proudění vertikální dutinou přirozeně způsobuje tlakovou diferenci mezi vnějším prostředím a vnitřkem dutiny. Neboť na spodu dutiny je do ní nasáván okolní vzduch. Pokud je touto dutinou spalinová cesta (komín) používá se termín komínový tah. Pojmem komínový tah se potom označuje tlaková diference (rozdíl tlaků) mezi vnějším prostředím a vnitřním prostředím v komínovém průduchu.
Jak již bylo zmíněno, tato tlaková diference nemusí být obecně způsobena pouze komínovým efektem, tedy čistě fyzikálním dějem, ale může být způsobena rovněž mechanicky, a to umělým vytvořením proudění nejčastěji pomocí elektricky poháněného ventilátoru.
Druhy komínového tahu
Podle toho, zda a případně kde je ventilátor osazen, můžeme rozlišit tři základní principy vytvoření komínového tahu:
- ventilátor není osazen – tzv. atmosférický provoz – v komíně je podtlak způsobený zejména vlivem komínového efektu – v tomto provozu pracuje absolutní většina spotřebičů na pevná paliva (krby, krbová kamna, kotle, atd.) a plynové spotřebiče v provedení B
- ventilátor je osazen na spodním okraji spalinové cesty – tzv. „přetlakový provoz“ – v komíně je přetlak způsobený mechanickým vtlačováním spalin – v tomto provozu pracují plynové spotřebiče v provedení C (Turbo), ale i některé speciální spotřebiče na pevná paliva (některé typy peletkových kotlů, atd.)
- ventilátor je osazen na vrchním okraji spalinové cesty – tzv. „podtlakový provoz“ – v komíně je podtlak způsobený mechanickým odsáváním spalin – tento provoz se používá jako alternativa pro spotřebiče využívající atmosférický provoz v případě, že spalinová cesta není schopna generovat sama o sobě dostatečný komínový tah (např. nízké nebo poddimenzované komíny, apod.).
Při přístupu k problematice komínového tahu můžeme uvažovat o tahu statickém vyvolaným pouze komínovým efektem, který se používá k základnímu výpočtu spalinové cesty, a o tahu dynamickém, který je ve spalinové cestě reálně změřitelný, a to bez ohledu na způsob jeho vzniku.
Statický komínový tah
Obr. 1
Jedná se především o veličinu výpočtovou a lze ho uvažovat pouze u soustav pracujících principiálně v atmosférickém provozu. Jedná se v podstatě o výpočet tlakové diference způsobené v jinak stabilním prostředí o stejném (atmosférickém) tlaku pouze s rozdílnou hustotou vzduchu (spalin) na vstupu a výstupu komínu. Výpočet nezohledňuje žádné další vlivy okolního prostředí a principiálně vychází ze „statických“ veličin.
U sestavy dle obr. 1 je možno výše uvedený, statický komínový tah spočítat z jednoduché rovnice:
kde je:
- h
- – výška v metrech – u komínu účinná výška
- g
- – tíhové zrychlení cca 9,81 m/s2
- Δρ
- – rozdíl hmotností vzduchu vstupujícího a okolního – Δρ = ρext − ρint v kg/m3
Podmínkou pro takový výpočet je ovšem nulová tlaková ztráta na vstupu do systému, což je u spalinové cesty dodrženo jen výjimečně.
Nicméně jsou z tohoto vzorce patrné následující skutečnosti:
- statický komínový tah je nejvíce ovlivněn účinnou výškou – s vyšší výškou stoupá
- statický komínový tah je při konstantní teplotě spalin ovlivněn teplotou okolí – s vyšší teplotou okolí klesá
- statický komínový tah NENÍ ovlivněn průměrem komínu (plochou průduchu) – při jinak stejných parametrech bude stejný statický komínový tah vykazovat dutina jakékoliv půdorysné plochy.
Zdálo by se tedy, že při návrhu spalinové cesty stačí navrhnout dostatečně vysoký komín bez ohledu na průměr. Respektive použít co nejmenší průměr, který minimalizuje náklady. Podmínka dostatečného statického tahu by byla v tomto případě splněna.
Praktický příklad
- výrobce krbových kamen požaduje minimální tah komínu 12 Pa a deklaruje teplotu spalin ve spalinovém hrdle 250 °C.
- provedeme výpočet statického tahu pro komín účinné výšky 5 m, průměru 100 mm a teplotu okolí 10 °C
- potom
h = 5 m = účinná výška komínu
g = 9,81 m/s2 = tíhové zrychlení
ρ250 = 0,675 kg/m3 = hustota vzduchu při 250 °C
ρ10 = 1,252 kg/m3 = hustota vzduchu při 10 °C
d = 100 mm = průměr komínu pro výpočet nepotřebujeme
Ps = 5 . 9,81 . (1,252 − 0,675) = 28,3 Pa – což požadavky výrobce vysoce překračuje
Z výše uvedeného je znovu jasné, že statický komínový tah nezávisí na průměru komínu a jeho výpočet tak může být (a také skutečně je) pouhou jednou ze součástí komplexního posouzení spalinové cesty.
Z praxe je ovšem zřejmné, že plocha komínového průduchu je pro provoz spotřebičů produkujících spaliny jedním ze základních parametrů. Plocha komínového průduchu vstoupí do hry a tedy výpočtu v okamžiku, kdy si uvědomíme, že nezáleží pouze na podtlaku nebo přetlaku ve spalinové cestě, ale také na množství spalin, které daná spalinová cesta musí transportovat.
Komíny průměru 100 mm a 200 mm vykazují sice při stejných vstupních teplotách a stejné výšce stejný statický komínový tah, nicméně rozdíl v průtoku (objemu procházejících spalin) je značný. Při uvažované rychlosti spalin 0,5 m/s je průtok komínem o průměru 200 mm zhruba 4násobný proti průměru 100 mm. Komín průměru 200 mm je tedy schopen odvést za stejný časový úsek 4násobně větší objem spalin.
Pro dostatečné ověření funkce spalinové cesty je tedy vždy třeba provést i výpočet průtoku. Nejjednodušší cestou je použít údaj o hmotnostním průtoku spalin uváděný výrobcem spotřebiče (pozor na nutnost případného přepočtu jednotek, lze využít pomůcku na TZB-info) a ten pomocí hustoty přepočítat na objemový. Bohužel data výrobců jsou často „zatížena“ snahou použít technické parametry jako součást reklamy a pak nemusí být přesná. Pokud nejsou k dipozici přesné údaje, je lepší zvolit cestu přes výpočet objemu spalin podle příslušného paliva. Toto ovšem není obsahem tohoto článku. (Je např. v článku Emise z kotelen a ochrana ovzduší)
Vraťme se tedy ke komínovému tahu. Jak již bylo výše uvedeno soustava dle obr. 1 je spíše teoretická a v praxi v podstatě nerealizovatelná a statický komínový tah je tudíž téměř neměřitelný. Na spalinovou cestu totiž působí množství dalších vlivů vyvolávajících další tlakové změny.
Pro praktický výpočet tlakové diference ve spalinové cestě se proto musí od vypočítaného statického komínového tahu odečíst tlakové diference způsobené dalšími spotřebiči, ztrátami na přívodu spalovacího vzduchu, ztrátami ve spotřebiči, kouřovodu a komínu, ztrátami působením větru, překážkami ve spalinové cestě apod. Výsledný vypočtený tah bude proto podstatně nižší než prostý tah statický a jeho výpočet je poměrně složitý a obsáhlý.
Pro praktické pochopení komínového tahu je proto výhodnější pracovat s komínovým tahem dynamickým.
Dynamický komínový tah
Obr. 2
Dynamický komínový tah lze uvažovat u všech soustav, tj. pracujících v atmosférickém, přetlakovém i podtlakovém provozu. Jedná se v podstatě o výpočet tlakové diference způsobené prouděním vzduchu, bez ohledu na způsob vzniku tohoto proudění. Výpočet vychází z „dynamické“ a tudíž vnějšími vlivy ovlivněné veličiny, a to rychlosti proudění. Výsledky jsou tedy prakticky relevantní a měřitelné.
Pokud je ve funkční spalinové cestě změřena hodnota komínového tahu, jedná se o tah dynamický, který můžeme vyjádřit základní rovnicí:
kde je:
- v
- – rychlost proudění spalin ve spalinové cestě v m/s
- ρstř
- – střední hustota spalin v kg/m3
- c
- – součinitel místního odporu bez rozměru
Stále se jedná o diferenční tlak, tedy v případě spalinové cesty rozdíl tlaků mezi vnitřkem spalinové cesty a okolím spotřebiče dle obr. 2.
Vzhledem k tomu, že pro konkrétní spalinovou cestu jsou hodnoty ρstř a c v podstatě konstanty, lze učinit závěr, že
1. – dynamický komínový tah je exponenciálně závislý na rychlosti spalin
Pokud definujeme rychlost jako poměr v = Průtok [m3/s] / Plocha [m2], tedy objemové množství spalin procházejících plochou průduchu, můžeme učinit závěr, že
2. – ani dynamický komínový tah NENÍ závislý primárně na ploše průduchu, ale pouze na poměru průtoku a plochy.
Při praktickém výpočtu při použití hodnoty např. ρstř = 1,25 kg/m3 nám aplikací výše uvedeného vzorce vyjde, že stejná rychlost spalin a tudíž i skutečně naměřený dynamický komínový tah bude v komínu průměru 100 mm při průtoku spalin 20 m3/hod (tj. cca 7 g/s) a v komínu průměru 200 mm při průtoku spalin 80 m3/hod (tj. cca 28 g/s).
Znovu se tedy potvrzuje již výše uvedené pravidlo, že komínový tah sám o sobě není dostatečně vypovídající veličinou pro ohodnocení stavu spalinové cesty.
Další ovlivňující faktory
Aby bylo téma komínového tahu kompletní, je třeba si uvědomit, že statický nebo dynamický diferenční tlak je pouze jednou z mnoha součástí poměrně složitého a velice proměnného tlakového systému. Součástí tlakového systému je množství dalších tlaků působících vně spalinové cesty.
Jedná se především o diferenční tlaky vyvolané vzduchovými ventilátory (různé větráky, digestoře, atd.) a dalšími spotřebiči. Nezanedbatelný je rovněž tlakový účinek větru, a to na vstupu i výstupu spalinové cesty, tepelné vzduchové proudy na stěnách budov apod. (obecně by se dalo říci počasí).
Změření komínového tahu diferenčním tlakoměrem (tahoměrem) by se dalo velice dobře přirovnat ke změření rychlosti vozu. Policista v tomto případě změří rychlost daného vozu na konkrétním místě za konkrétních povětrnostních podmínek a s konkrétním řidičem. Naměřenou hodnotu porovná s hodnotou obecně požadovanou pro konkrétní místo a vyhodnotí, zda se hodnota nacházela ve vymezeném intervalu (např. v obci 0–50 km/hod). Závěrem provede opatření, kterým je např. pokuta za překročení rychlosti. Z celého procesu je zřejmé, že se jedná o konkrétní případ, a že výsledek nelze zobecnit. To samé auto může druhý den projet stejné měřené místo zcela jinou rychlostí. Naměřená hodnota může obecně nabýt třech úrovní: kladná (auto jede kupředu), záporná (auto couvá) a nulová (auto stojí). Současně je zcela zřejmé, že celé měření nevypovídá nic o technickém stavu vozu.
Zcela identická situace nastává při změření komínového tahu. Získaná hodnota je pouze okamžitá a obecně velmi málo vypovídající. Tak jako okamžitá rychlost vozu je i komínový tah sám o sobě veličinou provozní, v čase a provozních podmínkách proměnnou a zejména provozovatelem přímo a zásadně ovlivňovanou. Provozovatel může ovlivnit komínový tah v podstatě všemi vstupy (typem paliva, množstvím přivedeného vzduchu, použitím digestoří a ventilátorů, otevřením dveří na schodiště apod.), provozním režimem spotřebiče (množství a kvalita paliva) a všemi výstupy (škrticí klapky, větrné nástavce, regulátor komínového tahu apod.). Při měření lze i zde dosáhnout v principu tří úrovní: kladná (ve spalinové cestě je přetlak), záporná (ve spalinové cestě je podtlak) a nulová (spalinová cesta je ucpaná).
Aby hodnota jednorázově změřeného komínového tahu měla dostatečnou vypovídající schopnost, musí být provedeno minimálně:
- vyčištění celé spalinové cesty
Tento úkon je zcela neopomenutelný. Bez vyčištění spalinové cesty před měřením může součinitel místního odporu (například hrubé nečistoty na vnitřním původně hladkém povrchu spalinové cesty) výrazně ovlivnit měření. Znečištění může i významně ovlivnit průměr (plochu průduchu) spalinové cesty. - kontrola plochy průduchu po celé délce spalinové cesty
Jak již bylo uvedeno, nestačí např. průměr spalinového hrdla, protože spalinová cesta může být v jiné části poškozena, což může být kompenzováno změnou rychlosti proudění. Součástí měření komínového tahu proto musí být ověření, že celá spalinová cesta má neporušenou a stálou plochu průduchu (průměr), a to včetně ústí a že ve spalinové cestě nejsou žádné překážky. To lze zjistit nejlépe komínovou kamerou, lze použít i endoskop, zrcátko, protažení apod. - zjištění okrajových tlakových podmínek
Jak již bylo uvedeno, každá spalinová cesta je součástí složitějšího tlakového systému (i klimatické vlivy), který je třeba v rámci měření zmapovat. Součástí měření komínového tahu proto musí být ověření a proměření přívodu vzduchu, kontrola provedení nadstřešní (exteriérové) části spalinové cesty z důvodu vlivu větru a obecně vzduchového proudění a posouzení vlivu další spotřebičů vzduchu ve společném prostoru.
Naměřená hodnota komínového tahu by se v žádném případě neměla přeceňovat a tím méně sloužit jako jakési laické prověření funkčnosti spalinové cesty a její vhodnosti pro připojení konkrétního spotřebiče.
Měření komínového tahu může být pouze jednou ze součástí komplexní kontroly spalinové cesty podle zákona č. 320/2015 Sb., Zákona o Hasičském záchranném sboru České republiky a o změně některých zákonů (zákon o hasičském záchranném sboru). Bez provedení souvisejících prací a bez jasně zapsaných a ověřených skutečností a okrajových podmínek dle výše uvedených bodů 1 až 3 by nikdy nemělo být použito k jakýmkoliv závěrům. A to bez ohledu na typ spotřebiče nebo paliva.
Měření komínového tahu může být samozřejmě použito při osazování nebo servisu spotřebiče paliv jako jeden z parametrů pro jeho nastavení. Ovšem pouze za předpokladu, že bezprostředně předtím byla revizním technikem spalinových cest nebo kominíkem provedena komplexní kontrola spalinové cesty, která fakticky osvědčila průchodnost spalinové cesty a popsala z části okrajové podmínky.
Revize a kontroly podle zákona č. 320/2015 Sb., Zákona o Hasičském záchranném sboru České republiky a o změně některých zákonů (zákon o hasičském záchranném sboru) nelze vykládat a tím méně provádět populisticky a nekvalifikovaně. Měření komínového tahu bývá zneužito „odborníky“, kteří tímto způsobem dokážou provést „kontrolu“ komínu během několika desítek sekund, aniž by si zašpinili ruce nebo lezli na střechu. Touto cestou se jako údajně dostatečným ověřením funkčnosti spalinové cesty vydávají někteří servisní technici spalovacích zdrojů tepla, kamnáři a bohužel i neodborně působí kominíci.
V praxi se denně setkáváme s absolutním nepochopením principu komínového tahu, a to i mezi osobami, které se vydávají za odborníky. Komínový tah sám o sobě nemůže z výše uvedených důvodů sloužit jako etalon popisující spalinovou cestu (komín), ani nemůže obecně sloužit jako parametr spojující spotřebič se spalinovou cestou. Přesto je běžným např. požadavek typu: „postavte mi komín s tahem 12 Pa“, nebo prohlášení: „kominík mi změřil tah a řekl, že je komín v pořádku“ a podobně.
Lze tedy závěrem shrnout, že výpočet a měření komínového tahu je nedílnou součástí revizí a kontrol spalinových cest a že pro odborníka a v kontextu s dalšími údaji může mít značnou vypovídací hodnotu. Sám o sobě, bez příslušných vazeb, má vypovídací hodnotu mizivou, a to zejména pro laika.
Pozitivem může být pouze to, že přístup k měření komínového tahu a jeho použití od sebe jasně oddělí profesionály od amatérů.
Aktualizováno 4.12.2019
This article aims to clarify especially for the general public, the principle of the chimney draft and simultaneously explain its importance to assess the functioning of the flue path. It demonstrates that the measure can not replace a chimney control, or clearly describe its functionality, but it is just one of the many immediate operational parameters.
