Učinkoviti dimniški sistemi za nizkotemperaturne in kondenzacijske kotle

Osnovne naloge dimnika

Tehnični podatki kurilne naprave - ogrevalnega kotla, ki so potrebni pri dimenzioniranju dimnika so:
• največja in najmanjša toplotna moč kurilne naprave
• vrsta kuriva
• vrsta gorilnika
• temperature dimnih plinov pri največji in najmanjši toplotni moči
• vsebnost CO₂ v dimnih plinih pri največji in najmanjši toplotni moči
• tlačni padec oz. zahtevani vlek dimnika na kurilni napravi pri največji in najmanjši moči
• izkoristek kurilne naprave
• oblika, dimenzije in višina dimniškega nastavka

Vlek dimnika

Požarna varnost

Sanitarna varnost

Pregledovanje in vzdrževanje dimovodnih naprav

Oprema dimnika

Temperaturne razmere v dimniku

Iz kurilne naprave izhajajo dimni plini z določeno temperaturo. Pri trdnem gorivu se giblje med 160 in 300 °C, pri tekočem gorivu pri klasičnih kotlih med 160 in 240 °C in pri nizkotemperaturnih kotlih 100 do 120 °C. Za nekondenzacijske kurilne naprave je ta meja 80 °C. Če želimo doseči visok izkoristek kurilne naprave, moramo poleg popolnega zgorevanja zagotoviti tudi ohlajevanje dimnih plinov čim bližje spodnji meji..
Vlažnost ali suhost dimnika ugotavljamo tako, da preverimo, ali je notranja površinska temperatura dimniške tuljave tudi na vrhu dimnika nad temperaturo kondenzacije ali pod njo. Če velja prvo, je dimnik suh, sicer pa vlažen.
Iz tega lahko zaključimo, da moderne kurilne naprave z majhno toplotno močjo in nizkimi temperaturami dimnih plinov ne morejo biti priključene na navadne zidane dimnike oziroma take, ki niso odporni proti vlagi ("suhi" dimniki). To še zlasti velja za plinske grelnike majhnih toplotnih moči in zidane dimnike z veliko efektivno višino.

Dimniki za nizkotemperaturne in kondenzacijske kotle

V določenih primerih lahko tudi pri ogrevanju z nizkotemperaturnimi kotli pade temperatura dimnih plinov pod temperaturo rosišča, torej pod 45 do 55 °C. Na stenah dimne tuljave se pojavijo kapljice kondenzata. Poškodbe dimnika so neizogibne, če ta ni izdelan iz ustreznih materialov. Zato je treba v primeru zamenjave obstoječa klasičnega kotla z nizkotemperaturnim kotlom preveriti, če obstoječi dimnik ustreza glede na nizkotemperaturni režim ogrevanja.

Pri kondenzacijskih kotlih se dimni plini ohladijo pod temperaturo rosišča oziroma pod temperaturo, pri kateri se vlaga v dimnih plinih kondenzira, zato kondenzacijskih kotlov ne smemo priključiti na obstoječi dimnik. Obnova ali zamenjava dimnika je nujna, saj mora biti dimnik neobčutljiv na vlago in zgrajen absolutno tesno, da kondenzat ne more iztekati na prosto.
Kondenzat je po sestavi kondenzirana vodna para iz dimnih plinov. Dimni plini, ki nastajajo pri zgorevanju goriva (naravnega plina, utekočinjenega plina, kurilnega olja), so v pretežni meri sestavljeni iz ogljikovodikov in vodne pare. Vodna para na stenah prenosnika in dimnika kondenzira, zato jo moramo odvesti iz kotla. Količina vodne pare je odvisna od vrste goriva. Razen vode vsebuje kondenzat tudi raztopljeni CO₂, ki tvori z vodo šibko ogljikovo kislino. Vrednost pH kondenzata zemeljskega plina se giblje od 3 do 5. Vrednost pH kondenzata kurilnega olja - ekstra lahkega se giblje od 1,5 do 3,0 (ker vsebuje H₂SO₄ je agresivnejši od plinskega). Pri zgorevanju 1 m³ zemeljskega plina se sprosti približno 1 liter kondenzata, kar predstavlja pri enodružinski hiši z napravo toplotne moči 20 KW približno 3,5 m³ kondenzata na leto.

Za odvod plinov pri kondenzacijskem kotlu uporabljamo sesalne ventilatorje. Sistem obratuje pri nadtlaku, zato sistemi za odvod dimnih plinov pri kondenzacijskih kotlih spadajo med dimovode. Tako moramo pri zamenjavi starega kotla z kondenzacijskim upoštevati zahteve za odvod kondenzata. Pri kurilnih napravah manjših moči lahko kondenzat direktno odvajamo v kanalizacijo. Pri velikih ogrevalnih sistemih, če se količine kondenzata velike, lahko agresivni kondenzat uniči kanalizacijo. Zato moramo zgraditi napravo za nevtralizacijo kondenzata. Postopek nevtralizacije je nepotreben, če se kondenzat pred zlitjem v kanalizacijsko omrežje meša z večjimi količinami gospodinjskih odpadnih vod. Predpisi glede nevtralizacije kondenzata pri nas še niso dorečeni. Zato projektanti uporabljajo tuje predpise, predvsem nemške. V tabeli 1 so prikazane zahteve za nevtralizacijo kondenzata po nemškem delovnem listu ATV - M 251. Potreba za nevtralizacijo kondenzata je pri plinskih kotlih odvisna od toplotne moči kotla. Pri kotlih na kurilno olje pa je nevtralizacija kondenzata obvezna. Nevtralizacija se izvede v posodi, ki je lahko vgrajena v samem kotlu ali dimovodnem sistemu. Kot nevtralizacijsko sredstvo se običajno uporablja magnezijev hidrolit v obliki zrn.

Tabela 1

Kovinski dimniki

Dimnike iz nerjaveče jeklene pločevine uporabljamo tako za sanacijo obstoječih dimnikov in gradnjo novih. Pri vgradnji oziroma rekonstrukciji dimovodnih instalacij je potrebno upoštevati ustrezne predpise in standarde. Pri načrtovanju dimovodnih napeljav je potrebno upoštevati še zahteve požarne varnosti, sanitarne varnosti ter možnosti izvajanja dimnikarskih storitev, ker dimovodne naprave razen tega, da bistveno vplivajo na pravilno in varno delovanje kurilne naprave, predstavljajo tudi potencialno nevarnost za okolico.

Nerjaveče jeklo ima v primerjavi s klasičnimi materiali dimnikov, to je opeko, šamotom ali betonom precej prednosti in sicer:
• pretočni upori dimnih plinov so zaradi gladke notranje stene jeklene cevi majhni
• ohlajevanje dimnih plinov je manjše (segrevanje jeklene cevi je hitrejše v primerjav iz ostalimi materiali)
• dobra odpornost proti vlagi in koroziji
• dobra plinotesnost
• enostavna montaža
• neobčutljivost sistema na krčenje in raztezanje zaradi temperaturnih sprememb
• enostavna vgradnja dodatne izolacijske plasti
• v primeru rekonstrukcije je zaradi enostavne vgradnje mogoč ponoven hiter zagon ogrevalnega sistema

Pri sanaciji oziroma rekonstrukciji dimnika je treba na novo določiti presek dimniške tuljave. Izračun običajno izvedemo po metodologiji, ki je določena s standardom DIN 4705 prvi del. Pri sanaciji dimnika oziroma zamenjavi obstoječega dimnika z nerjavečim lahko uporabimo toge ali upogljive cevi. Toge cevi iz nerjaveče jeklene pločevine uporabimo, ko želimo zmanjšati presek dimnika. S pomočjo spojnih elementov je sestavljanje teh cevi zelo enostavno in bistveno poenostavi vgradnjo. Vsi elementi so izdelani zelo natančno in se med seboj sestavljajo z vtikanjem, ter ne potrebujemo objemk za pritrditev (vgrajujejo se tudi sistemi, kjer se cevi spajajo z vijačenjem). Za manjše ogrevalne sisteme in kurilne naprave lahko dimnik dimenzioniramo s pomočjo ustreznih diagramov in izkustvenih enačb.
Pri večjih sodobnih kurilnih napravah takšen način izračuna preseka dimniške tuljave ne zadošča in je potreben bolj natančen izračun posameznih elementov. Upoštevati moramo tudi priporočila proizvajalcev posameznih kurilnih naprav.

Preden se lotimo gradnje ali sanacije dimnika, je dobro vedeti, da lahko eno dimniško tuljavo priključimo glede :
• največ na tri kurilne naprave do toplotne moči 20 kW
• največ tri kurilne naprave z atmosferskim gorilnikom na plin do toplotne moči 30 kW
• samo eno kurilno napravo na trdna goriva s toplotno močjo do 20 kW
• samo eno kurilno napravo z atmosferskim gorilnikom na plin in s toplotno močjo nad 30 kW
• samo eno kurilno napravo s tlačnim gorilnikom
• samo eno kurilni napravo z odprtim kuriščem (kamin, krušna peč itd)
• minimalni svetli presek dimniške tuljave je 100 cm², oziroma premer 11 cm (zidane tuljave 13,5 x 13,5 cm)
• najmanjša efektivna višina dimnika za kurilne naprave na trdna in tekoča goriva je 5 m (za kotle z atmosferskim gorilnikom 4 m)
• največja dovoljena razdalja med spodnjim in zgornjim priključkom na dimnik je 6,5 m
• izpust dimnih plinov iz dimnika mora biti najmanj 1 m nad gorljivimi materiali, razen pri negorljivih kritinah

Višina dimnika je določena z višino zgradbe. Priporočljive višine dimnika, nad streho so prikazane na sliki št.1.

Za odvod dimnih plinov iz oljnih in plinskih kotlov za ogrevanje enodružinskih hiš v večini primerov zadošča dimniška tuljava premera od 110 do 130 mm. Na tržišču so dostopni sanacijski dimniški sistemi, kjer znašajo premeri dimniških tuljav od 110 do 250 mm.
V primeru da je nerjaveča cev - dimniška tuljava - vstavljena v obstoječi šamotni ali betonski dimnik, je potrebno vgraditi ustrezne distančne elemente ter na vrhu dimnika izvesti kompenzacijo toplotnih raztezanj. V primeru da so dimniške cevi daljše od 10 m in je potrebno narediti še dodatni priključek, moramo vgraditi dodaten dilatacijski element. Pred vgradnjo nove dimniške cevi iz nerjaveče pločevine je potrebno dimnik očistiti. Odstraniti moramo tudi vse ovire v obstoječem dimniku, da ne oviramo vgradnjo nove cevi. Ustrezne sestavne elemente vstavljamo skozi odprtine za čiščenje dimnika. Dimniško tuljavo na spodnjem in zgornjem koncu priključimo na obstoječi dimnik. Zapreti moramo tudi vse odprtine, ki smo jih naredili zaradi lažjega vstavljanja nove dimniške cevi. Po zaključenih delih v notranjosti na vrhu dimnika vgradimo ustrezen dilatacijski element in vstavimo dimniško kapo na strešni del dimnika. Izvedba vseh del zahteva malo časa, kar pomeni, da je tudi izpad ogrevalnega sistema kratek. Na sliki št. 2 in 3 je prikazano vstavljanje dodatne cevi (dimniške tuljave) v obstoječi dimnik, kar je najpogostejši način sanacije dimnika pri zamenjavi ogrevalne naprave.

V primeru da ima obstoječa tuljava premajhen svetli premer glede na zunanji premer sanacijske dimniške tuljave, moramo pred vstavitvijo tuljave izvesti povrtavanje dimniške tuljave. Povrtavanje po vsej višini je možno le, če obstoječa dimniška tuljava ni zamaknjena glede na vertikalo, če so stene ustrezne debeline in če je nosilni del v dobrem stanju.

V primeru »zamaknjene» dimniške tuljave lahko vstavimo na mesta zamaknitve ustrezna kolena (običajno dve) ali uporabimo namesto togih cevi upogljive cevi. Pri vgradnji dimniških gibljivih ceveh ne potrebujemo dilatacijskih elementov zaradi toplotnih raztezanj. Za toplotno izolacijo uporabimo nasipno toplotno izolacijo (perlit, vermekulit). Nasujemo jo okoli tuljave skozi odprtine, ki smo jih pripravili za montažo in z vrha dimnika. Nasipne izolacije pri togih ceveh zaradi oviranja pri raztezanju in krčenju tuljave zaradi temperaturnih sprememb ni priporočljivo vgraditi.

Če je potrebno toplotno izolacijo dimniške tuljave ali vmesni prostor med dimniško tuljavo in obstoječim dimnikom prezračevati, moramo izbrati takšno izvedbo, ki omogoča dovod zraka v ta prostor in odvod zraka s parami dimnih plinov v okolico.
Tudi dimniški priključek (povezava med kurilno napravo in dimnikom) ima pomembno vlogo pri odvajanju dimnih plinov. Za dimniški priključek veljajo enake zakonitosti kot za dimnik. Dolžina dimniška priključka je omejena na ¼ efektivne višine dimnika. Poleg te omejitve je potrebno upoštevati tudi omejitve dolžine glede na tlačno kontrolo dimnika. Da se temperatura dimnih plinov glede na izstopno temperaturo iz kurilne naprave čim manj zniža, naj bo dimniški priključek čim krajši. V kolikor pa je daljši, mora biti toplotno izoliran.

Ker je postavitev novega dimnika v notranjosti obstoječe hiše dejansko nemogoča, se ponavadi odločimo za postavitev dimnika na zunanji strani hiše. Pri tem je pomembna oddaljenost tople dimniške cevi od vnetljivih materialov, ki naj znaša najmanj 100 mm oziroma 200 mm za lahke vnetljive snovi. Če tega ni možno zagotoviti, moramo namestiti izolacijsko ploščo debeline 20 do 40 mm. Nerjavečo dimniško cev pritrdimo na zunanji zid s pomočjo pritrdilnih elementov iz nerjavečega jekla. Zunanje dimovodne cevi so najpogosteje dvocevne izvedbe z izolacijskim slojem iz mineralne volne med obema cevema.

V večini primerov je dimnik najvišji del stavbe, zato ga je potrebno opremiti s strelovodom. Zaradi varnosti je potrebno upoštevati, da je dimnik povezan z dimniškim priključkom, s kurilno ter preko ogrevalnega sistema z električno napeljavo v objektu. To pomeni, da moramo dimnik zaščititi tako, da ne bodo poškodovani tudi navedeni sistemi.

Dimniki iz plastičnih materialov

Dimne cevi - tuljave in ostali elementi (fazonski kosi, kolena spojke, odcepi, čistilne odprtine, odtoki) so izdelani iz visoko kakovostnih umetnih snovi - polimerov PVDF (Polivinildenflourid), brez dodatkov mehčalcev, stabilizatorjev ali podobnih snovi. Material je odporen na temperaturo, korozijo, staranje, UV žarke, ozonske spremembe in je difuzijsko nepropusten. Primeren je za vse vrste kurišč (olje, plin) s temperaturo dimnih plinov do 160 °C. Sistem odvoda dimnih plinov je predviden za sanacijo obstoječega dimnika ali novogradnje. Dimna tuljava je lahko izdelana kot gibljiva - fleksibilna, ali pa kot toga.
Pri novogradnji dimne tuljave vstavljamo kar med gradnjo ognjevarne obloge oziroma jaška, ki je lahko zidan iz enostavnih zidakov brez dodatne izolacije. Pri sanaciji obstoječega dimnika dimno tuljavo enostavno vstavimo oziroma povlečemo skozi dimnik. Dimne cevi iz PVDF spojene s stiki ali varjene (za maksimalne temperature dimnih plinov 160 °C) so lahko fleksibilne (DN 80 - 200 mm) ali toge (DN 75 - 315 mm). Področje uporabe PVDF znaša od – 40 °C do + 160 °C. Materiale iz PPs (Polipropilen) uporabljamo za dimne pline z maksimalno temperaturo dimnih plinov do 120 °C. Dimenzije cevi primerne za hišne dimnike so prikazane v tabeli 2.


Tabela 2

Dimniki z rekuperacijo toplote

Dimniki z rekuperacijo oziroma vračanjem toplote izkoriščajo toploto dimnih plinov in odpadnega oziroma odtočnega zraka iz sistema prezračevanja. Sestavljeni so iz dveh tuljav, od katerih služi notranja za odvod dimnih plinov, ki svojo toploto oddajajo svežemu ali odpadnemu zraku, ki ga kotlu dovajamo za zgorevanje skozi zunanjo tuljavo.

Pri plinskih kotlih za dovod zraka za zgorevanje in odvod dimnih plinov običajno uporabljamo dimnike z dvema koncentričnima postavljenima tuljavama, t.i. izvedbe LAS (Luft – Abgas - Sisteme). Pri teh dimnikih je konstrukcija tuljave izvedena koaksialno (cev v cevi), kjer po zunanji strani dimne tuljave vstopa v kurilno napravo deloma ogret zgorevalni zrak, dimni plini pa izstopajo na prosto iz notranje tuljave. Tuljave so izdelane iz materialov, ki dopuščajo kondenzacijo dimnih plinov, zato je na dnu tuljave izveden tudi sistem za zbiranje in odvajanje nastalega kondenzata.
Rezultati raziskav izkoriščanja toplote dimnih plinov so pokazali, da je možno pri kotlih toplotne moči 20 kW doseči vračanje toplote od 1 do 8% celotne moči kotla. Vračanje toplote je odvisno od temperature dimnih plinov in višine dimnika.

Povečano oddajanje toplote bi bilo še večje, če bi bila dimna cev narebričena in zato imela večjo površino za prenos toplote. Izračuni pokažejo, da se investicija v gradnjo ali rekonstrukcijo takšnega dimnika povrne že v kratkem času.

Za razliko od klasičnih dimnikov imajo dimniki z vračanjem toplote drugače izveden vrhnji del dimnika. S posebno izvedbo preprečimo mešanje dimnih plinov in zgorevalnega zraka, s toplotno izolacijo zgornjega dela cevi za dimne pline pa preprečimo prehitro ohlajevanje dimnih plinov.

V zadnjem času se vse več dimnikov z vračanjem toplote vgrajuje v nizkoenergijske hiše, kjer poleg toplote dimnih plinov izkoriščamo še tudi koristno toploto odpadnega – odtočnega zraka iz prostora. Temperatura zraka v bivalnih prostorih v ogrevalni sezoni znaša od 20 do 25 °C, povprečna temperatura zunanjega zraka pa od 0 °C do 5 °C. Toploto odpadnega zraka izkoriščamo tako, da povežemo odprtine za njegovo odsesavanje iz prostora z dimniško tuljavo. Pri tem moramo povezavo izvesti tako, da ne pride do povratnega toka, če prodrejo dimni plini v cev za dovod zraka.
Povečana vlažnost odpadnega zraka iz prostora pri izvedbi dimnika ne predstavlja problema in je celo zaželena, če imamo vgrajen kondenzacijski kotel.

Nevarnost prodora dimnih plinov v področje odpadnega zraka in nastanek nevarnosti za vstop dimnih plinov v bivalni prostor v veliki meri preprečimo s sistemom z ločenim tokom svežega in odpadnega zraka, kjer se samo na enem mestu v zgradbi naredi priključek. Za dodatno varovanje so vgrajeni senzorji, ki v primeru prisotnosti dimnih plinov v prostoru aktivirajo avtomatski spust lopute med kanaloma in povečajo učinek delovanja ventilatorja za odsesavanje.

Z vgradnjo dimnikov z vračanjem toplote, kjer izkoriščamo toploto dimnih plinov in toploto odpadnega zraka iz sistema prezračevanja, povečujemo energijsko učinkovitost hiše, zmanjšujemo stroške za porabljeno energijo in neposredno zmanjšujemo tudi emisijo škodljivih snovi v okolico. Na sliki 5 je prikazana izvedba z dodatno cevjo za odpadni zrak.

Izvedba dimnika

Dimnik je sestavni del ogrevalnega sistema v objektu in mora biti primerno izveden glede na ogrevalni sistem. Rekonstrukcija kurilne naprave, zamenjava s sodobnejšo ali sprememba goriva, to je predvsem prehoda iz trdnih goriv na plinasto in tekoče, zahteva tudi ustrezno prilagoditev dimnika. Poleg dimniških tuljav iz nerjaveče pločevine in plastičnih materialov vgrajujemo tudi tuljave iz keramike in stekla.


Avtor: Bojan Grobovšek