Výpočet spalinové cesty
Rychlost proudění spalin pro první orientační návrh průřezu komínu doporučujeme volit v rozmezí 0,5 - 2 m/s. Průměr kouřovodu od kotle po sopouch se zpravidla navrhuje stejný jako kouřové hrdlo kotle. Účinný tah komína pz je dán rozdílnou hmotností spalin a okolního vzduchu vlivem rozdílné teploty obou složek. Teplota spalin je uvažována jako střední v celé délce spalinové cesty (komínu), protože spaliny vlivem tepelných ztrát v komínu chladnou. Účinný tah je proto závislý na účinné výšce komína, hydraulickém průměru průduchu komína dh , střední drsnosti vnitřního povrchu komína r, na teplotě spalin v sopouchu a na součinitelích místních ztrát x.
Pokud je komín proveden dle požadavků ČSN a uvedených výpočtů nepřiblíží se tato teplota kritické hodnotě.
Množství spalin z plynných paliv se vypočte ze vzorce:
m = (0,5 až 0,65) • Q • 10-3 [kg/s]
Q - výkon spotřebiče (kW)
m - hmotnostní průtok spalin (kg/s)
Tahové poměry komínu se vypočítají ze vzorce:
pZ = pH - pE [Pa]
pZ - účinný tah komínu (Pa)
pH - statický tah komínu (Pa)
pE - tlakové ztráty v komíně (Pa)
Správná funkce komínu je zajištěna pokud pZ je kladné tzn. že komín má vyšší tah, než je tlaková ztráta celé spalinové cesty.
Statický tah komínu se vypočte ze vzorce:
pH = H • (rL - rM) • g • 0,7 [Pa]
pH - statický tah komínu (Pa)
H - výška komínu od zaústění spotřebiče po korunu komínu (m)
rL - měrná hmotnost okolního vzduchu
- v topném období = 1,242 kg/m3
- pro celoroční provoz = 1,162 kg/m3
rM - měrná hmotnost spalin (kg/m3) při střední teplotě spalin TM - orientačně 0,7 kg/m3 při 150 °C
g - zemské zrychlení = 9,81 m/s
Pro teplotní kontrolu komínu se používají vztahy:
TE = TL + (TW - TL) • e-K [°C]
TM = TL + [(TE - TL) / K] • (1 - e-K) [°C]
K = (H • k • U) / (m • c) [-]
TO = TL + (TE - TL) • e-K [°C]
TOi = (TO • k) / (αi • (TO - TL) [°C]
TE - teplota spalin v kouřovodu (°C)
TL - teplota spalovacího vzduchu (15 °C)
TW - teplota spalin v kouřovém hrdle kotle
e-K - funkce závislá na součiniteli chladnutí K, e = 2,718281
TM - střední teplota spalin v komínu (°C)
K - součinitel chladnutí spalin
H - výška komínu od zaústění spotřebiče po korunu komínu (m)
k - součinitel prostupu tepla stěnou komínu (W/m2.K), k = 1,5 - 2,0 u tepelně izolovaných komínů
U - vnitřní obvod komínového průduchu (m)
m - hmotnostní průtok spalin (kg/s)
c - měrná tepelná kapacita spalin, pro plyn cca 1050 J/kg.K
TO - teplota spalin v ústí komínového průduchu (°C)
TOi - teplota na vnitřním povrchu v ústí komínu, která musí být vyšší než rosný bod spalin (pro plynná paliva cca 60 °C, pro kapalná cca 50 °C)
αi - součinitel přestupu tepla v ústí komínového průduchu
Součinitel přestupu tepla v ústí komínového průduchu:
αi + 2 - 10 • √Vm
αi - součinitel přestupu tepla v ústí komínového průduchu
Vm - střední rychlost proudění spalin v komínovém průduchu (m/s)
Tlaková ztráta prouděním spalin v komínu PE se vypočítá dle vzorce:
PE = SE • [λ • (H/dh) + Σξ] • (rm/2) • Vm [Pa]
PE - tlaková ztráta prouděním spalin v komínu (Pa)
H - výška komínu (m)
Vm - střední rychlost proudění spalin v komínu (m/s)
SE - součinitel bezpečnosti 1,5 zohledňující nepřesnosti výpočtu (zvětšení průtoku spalin)
rM - měrná hmotnost spalin (kg/m3) při střední teplotě spalin TM:
- orientačně 0,7 kg/m3 při 150 °C
Σξ - součet místních ztrát, který se skládá:
- z tlakové ztráty nasáváním vzduchu do spotřebiče PL
- z tlakové ztráty vlastního spotřebiče PW
- z tlakové ztráty prouděním spalin v kouřové cestě PA
λ - součinitel tlakových ztrát třením
dh - hydraulický průměr komínu (m)
Součinitel tlakových ztrát třením při proudění spalin na vnitřním povrchu komínu se vypočte ze vztahu:
λ = r 0,25 / dh0,4 [-]
Hydraulický průměr dh komínu (pro kruhový profil dh = průměru komínu) je vypočten ze vztahu:
dh = (4 • A) / U [m]
A - plocha průřezu komínu (m2)
U - vnitřní obvod komínu (m)
r - střední drsnost povrchu komínu (m):
např. keramika (Schiedel) r = 0,0015
nerezová ocel, hliník ap. r = 0,0005
Vm - střední rychlost proudění spalin v komínu se vypočte ze vztahu:
Vm = m / (rM • A) [m/s]
m - množství spalin (kg/s)
rM - měrná hmotnost spalin (kg/m3)
A - průřez komínu (m2)
Celková tlaková ztráta před ústím sopouchu je dána vzorcem:
PZE = PL + PW + PA [Pa]
PA = SE • [λA • ( L/dh) + Σξ] • ( rM/2 ) • V2m [Pa]
PZE - celková tlaková ztráta v ústí sopouchu (Pa)
PL - tlaková ztráta nasáváním vzduchu spotřebiče 3 - 5 (Pa)
PW - tlaková ztráta průtokem spalin spotřebičem udává výrobce kotle (cca 5 Pa)
PA - tlaková ztráta prouděním spalin v kouřovodu (Pa)
SE - viz. vzorec výše
λA - součinitel ztrát třením v kouřovodu
L - délka kouřovodu (m)
dh - hydraulický průměr kouřovodu (m)