Łukasz Darłak
Po co kratki w kominku?
Oprócz niewątpliwie ważnej funkcji dekoracyjnej (która niejako jest pochodną faktu, że kratki w kominku muszą być montowane, a skoro tak jest – niech zdobią, a nie szpecą), kratki mają do spełnienia bardzo ważne zadania. Aby je lepiej opisać, trzeba nieco szerzej spojrzeć na całą instalację kominkową oraz sposób jej działania.
Wkład kominkowy rozgrzewa się i przekazuje ciepło powietrzu płynącemu wokół niego. W najprostszym przypadku kominka konwekcyjnego („powietrznego”) bez instalacji DGP ogrzane powietrze wydostaje się przez kratki kominkowe zamontowane w górnej części kominka. Wkład kominkowy i cała obudowa kominka ma pracować w wysokich temperaturach, ale nie na zasadzie: im wyższa temperatura, tym lepiej. Przegrzanie instalacji jest niezdrowe i niebezpieczne. Stalowe i żeliwne wkłady mają graniczne temperatury, przy których może nastąpić ich uszkodzenie. Powietrze musi więc odebrać z wkładu kominkowego odpowiednią ilość energii, aby do przegrzania nie doszło, czyli musi być odpowiednie natężenie przepływu tego powietrza. Z wymaganego natężenia przepływu powietrza przez kominek wynika wielkość potrzebnej kratki, a dokładniej wielkość pola czynnego kratki.
Kratki mogą również pełnić funkcję osłon otworów dostępowych do okapu kominkowego, elementów regulacyjnych kominka lub urządzeń podlegających konserwacji. Zwykle bowiem kratki osadzane są w sposób umożliwiający ich łatwe wyjęcie lub wręcz są otwierane, w ten sposób są równie funkcjonalne jak drzwiczki, przy zachowaniu znacząco mniejszych oporów przepływu.
Kratki kominkowe występują także w innych miejscach instalacji kominkowych. Jeśli ogrzewamy dom powietrznym systemem DGP, to spotkamy je w sufitach i na ścianach. Często będą to kratki z żaluzją, a ich funkcją będą w zasadzie: osłanianie przewodów nawiewających ciepłe powietrze, regulacja ilości napływającego powietrza oraz kierowanie jego strumieniem.
Kominek bez kratek
Czy może istnieć instalacja kominkowa bez kratek? Standardowy kominek, dobrze zaizolowany i obudowany, ale pozbawiony kratek, to swoista bomba zegarowa. Kwestią czasu jest poważne uszkodzenie (w wyniku przegrzania) wkładu kominkowego czy okapu kominka lub – w najgorszym wypadku – pożar. Są jednak kominki, w których kratek jest jak na lekarstwo. Kominki akumulacyjne są tworzone w sposób przemyślanie ograniczający cyrkulację powietrza w obudowie, dystrybucję ciepła organizując przez promieniowanie całej ściany kominkowej konstrukcji. Jednak te instalacje są zawsze wykonywane ze specjalistycznych materiałów (a tu mam na myśli przystosowane do pracy w wysokich temperaturach wkłady kominkowe, elementy odprowadzenia spalin oraz systemowe kształtki i masy akumulacyjne). Sam fakt parametrów działania takiej instalacji uzmysławia stopień ryzyka, z jakim mamy do czynienia przy braku wentylacji okapu kominka w standardowej wersji – temperatura w przewodach grzewczo-spalinowych osiąga tam sporo ponad 1200°C. Jeśli coś takiego zdarzyłoby się w „zwykłym” kominku – chyba byłoby już za późno, by dzwonić po straż pożarną.
Powierzchnia kratki kominkowej i jej opory przepływu – co to jest?
Kratki są konstrukcyjnie przystosowane do przepuszczania powietrza, ale jak każdy element w instalacji, stawiają przepływającemu powietrzu opór – w tym przypadku mówimy o oporach miejscowych (jest także inny rodzaj oporów – opory liniowe, które występują w kanałach). Kratka wentylacyjna umieszczona na drodze płynącego powietrza powoduje miejscowy spadek ciśnienia w tymże strumieniu. Spadek ciśnienia jest tym większy, im większy strumień powietrza płynie przez daną kratkę. Z punktu widzenia przepływów jest to właściwie jedyna informacja, która wystarczy projektantowi instalacji do prawidłowego dobrania kratki.
ZAWSZE powinniśmy sprawdzać charakterystyki przepływów podawane przez producenta. Teoretyczne wyliczenia dla niektórych produktów (zwłaszcza o nieregularnych kształtach lub posiadających nietypowe wzornictwo) są bardzo trudne do przeprowadzenia, dlatego bezwzględnie zaleca się wykonywanie badań strat ciśnienia przy tego typu kratkach, ponieważ wyniki teoretyczne i empiryczne mogą bardzo się różnić.
Wydaje się, że w naszych rozważaniach została pominięta jedna istotna rzecz – na rynku są przecież kratki wyposażone w ruchome żaluzje. Jak więc je potraktować? Dla tego rodzaju kratek określa się współczynnik strat miejscowych przy maksymalnie otwartych żaluzjach. Zamykanie żaluzji powoduje zwiększanie oporów przepływu, czyli zwiększanie współczynnika strat miejscowych. Teoretycznie, gdyby żaluzje były szczelne, współczynnik strat miejscowych rósłby do nieskończoności. Należy w tym miejscu przypomnieć, że kratek z żaluzją w okapie kominka się nie stosuje.
Jakie kratki w kominku?
Kratki w obudowie kominka powinny spełniać kilka wymogów. Przede wszystkim nie mogą posiadać żaluzji (ich zasłonięcie, celowe bądź nieświadome jest błędem takim samym, jak brak kratek w okapie w ogóle), muszą posiadać możliwie małe opory przepływu i rozmiary umożliwiające sprawne pełnienie opisanych wyżej funkcji.
Dobór powierzchni kratek jest sprawą bardzo ważną i niełatwą, warto więc pamiętać o kilku zasadach i dokładnej lekturze instrukcji obsługi wkładu kominkowego, gdyż tam zwykle producent opisuje, jaką powierzchnię czynną powinny mieć kratki w okapie. Generalnie rozmiary kratek powinny być proporcjonalne do mocy zainstalowanego wkładu grzewczego, czynna powierzchnia powinna wahać się pomiędzy 450 cm2, dla wkładu o mocy nominalnej kilku kilowatów, a ponad 1000 cm2 dla kilkunastokilowatowego wkładu.
Należy pamiętać, że teoretyczne wyliczenie zawiera bardzo dużo założeń (np. nie uwzględniony odzysk ciepła z instalacji spalinowej), które w praktyce mogą być różne. Inaczej bowiem wygląda konieczność instalacji kratek w kominku kaflowym czy kominku z płaszczem wodnym (mniejsza ilość ciepła oddawanego powietrzu), niż w standardowym rozwiązaniu powietrznym, dla którego przeprowadzaliśmy wyliczenia (patrz ramka) Chciałbym by było traktowane bardziej na zasadzie uzmysłowienia rzędu wielkości powierzchni kratek dla danego kominka, a nie jako wytyczne montażowe. Ale jakkolwiek lekko należy traktować takie wyliczenia i ich wyniki, nie będą już tak dziwne rozmiary kratek oferowane przez niektórych (zwłaszcza niemieckich) producentów, gdzie największe egzemplarze mają czynne przekroje o wielkości ponad… 1200 cm2.
Samych kratek w obudowie kominka powinno być kilka, najlepiej gdy umieszczone są niesymetrycznie, po dwóch jego stronach i na różnej wysokości. Dzięki temu będzie możliwy konwekcyjny ruch powietrza. Nie można bowiem nie zauważyć faktu, że część konwekcyjnego powietrza do kominka wraca właśnie przez kratkę w jego okapie, ogrzewa się i wypływa przez drugą kratkę.
Kluczową sprawą są niskie opory przepływu kratki. Tu cały czas wracamy do kwestii skutecznego oddawania ciepła z komory grzewczej kominka; jeśli opory kratki są duże, powietrze nie będzie mogło łatwo wydostać się z okapu kominka. Przy zakupie kratek powinniśmy więc poznać charakterystyki przepływu kratek, brak takich danych jest okazją do zastanowienia… Wbrew pozorom kratki wizualnie wyglądające na bardzo „przewiewne”, wcale nie muszą mieć niskich oporów – dość złożone sposoby rozchodzenia się powietrza przy przepływie przez kratkę sprawiają, że na przykład kratki z siatką metalową mają podobne lub wyższe opory niż kratki z otworami wybitymi w litej stali.
Dlaczego więc nie instaluje się kratek bez przesłon? Z przyczyn czysto praktycznych, po prostu do takiej kratki zbyt łatwo byłoby coś… wrzucić. Nie zmienia to faktu, że takie kratki na rynku są i zdobywają coraz większą rzeszę zwolenników. Jednak ich rozmiary (zwykle długie i wąskie) i sposób montażu (wysoko, tuż pod sufitem) skutecznie utrudniają wrzucenie do nich czegokolwiek.
Równie ważne w przypadku użytkowania kratek jest dbanie o ich czystość. Pole powierzchni czynnej oraz parametry przepływu wyliczane są dla kratki czystej, a pył i kurz, osadzający się na siatce lub w otworach, zaburza te charakterystyki. Dlatego cykliczne czyszczenie kratek jest bardzo ważne, nie tylko dla estetyki całego kominka.
W przykładowej kratce, powierzchnia przepuszczająca powietrze to prostokąt, w którym są wykonane otwory. Obliczamy pole tego prostokąta, nie zwracając uwagi na kształt i wielkość otworów. Do tego potrzebna jest nam jeszcze gęstość powietrza i już możemy zebrać dane, by dokonać obliczenia współczynnika strat miejscowych dla badanej kratki.
Na podstawie wyliczeń i badań empirycznych porównane zostały prędkości powietrza przepływającego przez kratkę. Wyniki badań są dość zaskakujące. Okazuje się, że w badanym przypadku prędkość obliczona, jak i zmierzona są do siebie bardzo podobne – te niewielkie różnice wynikają z niedokładności pomiaru. Możemy więc powiedzieć, że prawidłowo zostało określone pole czynne kratki.
Podobnie więc będzie w przypadku kolejnego parametru kratki, jakim jest współczynnik oporów miejscowych. Na wykresie 1 zostały przedstawione dwie krzywe. Jedna przedstawia wartość zmierzoną spadku ciśnienia, a druga wartość obliczoną za pomocą wyznaczonego współczynnika strat miejscowych. Obie krzywe są zbliżone do siebie. Wyraźnie widać, jak bardzo strata ciśnienia zależy od prędkości przepływającego powietrza. W przypadku niskich prędkości (wydajności) wielkości strat są niewielkie, im większa jednak prędkość, tym bardziej kratka zaburza ruch powietrza. Oczywiście nie można zakładać, że podobnie jest w innych przypadkach, ponieważ wyniki mogą być znacząco różne.
Obliczenie pola czynnego kratek kominkowych
Jeśli mielibyśmy się do tego zabrać w sposób bardzo teoretyczny, możemy przybliżyć sumę powierzchni czynnych kratek w funkcji mocy grzewczej. Próbę takiej symulacji przedstawiam w Tabeli 2. Przy czym wartości pola powierzchni nie uwzględniają powierzchni kratek osłaniających wloty powietrza do spalania i ogrzewania przez kominek (umiejscawianej pod wkładem) oraz tzw. kratek dekompresyjnych, małych kratek instalowanych tuż pod sufitem, służących ochronie go przed gorącem z kominka.
Wykres 1. Spadek ciśnienia w funkcji natężenia przepływu powietrza
