Bezpieczeństwo pożarowe przy stosowaniu wkładów kominkowych

Wkłady kominkowe są coraz powszechniej stosowanym rozwiązaniem ogrzewania budynków mieszkalnych. Poza walorami czysto użytkowymi, wkłady kominkowe poprawiają estetykę pomieszczeń przez wprowadzenie przyjemnego dla oka efektu spalania drewna. W przypadku budynków wykonanych klasycznie, w których elementy nośne są z materiałów niepalnych, stosowanie wkładów kominkowych nie stwarza tak dużego zagrożenia jak w przypadku budynków wykonanych w technologii szkieletowej drewnianej.

W Polsce nie istnieje statystyka, która określałaby ilość pożarów powstających w wyniku nieprawidłowego działania wkładów kominkowych, np. dane gromadzone przez Komendę Główną Państwowej Straży Pożarnej nie zawierają tego typu danych. Ogólne wymagania dotyczące montażu, dopuszczenia do użytkowania oraz eksploatacji wkładów kominkowych zawarte są w rozporządzeniach wydanych przez Ministra Infrastruktury[1] oraz Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji[2].

Możliwość instalowania wkładów kominkowych została ograniczona jedynie do niskich budynków mieszkalnych. Zgodnie z § 132, ust. 3. rozporządzenia Ministra Infrastruktury kominki opalane drewnem z otwartym paleniskiem lub zamkniętym wkładem kominkowym mogą być instalowane wyłącznie w budynkach jednorodzinnych, mieszkalnych w zabudowie zagrodowej i rekreacji indywidualnej oraz w niskich budynkach wielorodzinnych, w pomieszczeniach:

1) o kubaturze wynikającej ze wskaźnika 4 m³/kW nominalnej mocy cieplnej kominka, lecz nie mniejszej niż 30 m³,

2) spełniających wymagania dotyczące wentylacji, o których mowa w § 150, ust. 9 rozporządzenia,

3) posiadających przewody kominowe określone w § 140, ust. 1 i 2 oraz § 145, ust. 1 rozporządzenia,

4) w których możliwy jest dopływ powietrza do paleniska kominka w ilości co najmniej 10 m³/h na 1 kW nominalnej mocy cieplnej kominka – dla kominków o obudowie zamkniętej.

Jednocześnie przepisy techniczno-budowlane wskazują lokalizację paleniska oraz narzucają obowiązek zachowania odpowiednich odległości między poszczególnymi elementami układu grzewczego a palnymi elementami konstrukcji obiektu. Odległości uzależniono od materiału, z którego wykonany jest piec, a także od tego, czy materiały palne posiadają osłonę z tynku lub innego równorzędnego materiału, czy też takiej osłony nie posiadają. Zasadniczo wymagania sprowadzają się do zapewnienia swobodnego przepływu powietrza wokół elementów nagrzewających się podczas normalnej pracy pieca.

Również w przepisach przeciwpożarowych znajduje się obostrzenie co do stosowania materiałów palnych w pobliżu elementów instalacji, które nagrzewają się powyżej 100 °C elementów instalacji. Zgodnie z § 4, ust. 8 rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji zabronione jest przechowywanie materiałów palnych oraz stosowanie elementów wystroju i wyposażenia wnętrz z materiałów palnych w odległości mniejszej niż 0,5 m od urządzeń i instalacji, których powierzchnie zewnętrzne mogą nagrzewać się do temperatury przekraczającej 373,15 K (100 °C).

Zgodnie z zapisami Polskiej Normy[3] po podłączeniu wkładu kominkowego do przewodu kominowego wymagane są badania wykonane przez mistrza kominiarskiego. Najważniejszymi badaniami są sprawdzenie szczelności, prawidłowości ciągu oraz drożności przewodu dymowego.

Konserwacja podłączenia wkładu kominkowego sprowadza się do wykonywania oceny stanu technicznego przewodów kominowych oraz usuwania zanieczyszczeń z tych przewodów. Ocenę stanu technicznego przewodów kominowych narzuca art. 62 ustawy Prawo budowlane[4]. Zgodnie z zapisami powyższego przepisu ocena stanu technicznego przewodów kominowych wymagana jest co najmniej raz w roku. Oceny takiej może dokonywać wyłącznie osoba posiadająca kwalifikacje w rzemiośle kominiarskim. Dodatkowo właściciel, zarządca lub użytkownik obiektu zobowiązany jest do usuwania zanieczyszczeń z przewodów dymowych oraz wentylacyjnych. Zgodnie z § 30 przywoływanego już rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji wymagane jest usuwanie zanieczyszczeń z przewodów dymowych co najmniej  cztery razy w roku, a z przewodów wentylacyjnych co najmniej raz w roku. Usuwanie zanieczyszczeń z przewodów może wykonywać sam właściciel, zarządca lub użytkownik.

Wśród głównych nieprawidłowości w stosowaniu wkładów kominkowych można wymienić: nieszczelność układu odprowadzania dymu, zastosowanie niewłaściwych materiałów w konstrukcji układu grzewczego, niewłaściwą eksploatację układu grzewczego.

Niezachowanie szczelności układu odprowadzania dymu prowadzi do sytuacji, w której gazowe produkty spalania i rozkładu paliwa działają na palne elementy znajdujące się w pobliżu przewodów dymowych. Efektem tego działania jest zwęglenie i (lub) zapalenie się materiałów palnych. Występuje również zagrożenie zatrucia tlenkiem węgla, czyli czadem. Najczęściej spotykaną przyczyną takiego stanu rzeczy jest brak sprawdzenia szczelności całego układu przed dopuszczeniem do użytkowania, wymaganego Polską Normą (PN-89/B-10425).

Na fotografiach pokazano kilka przykładów zdarzeń (pożarów), będących konsekwencją nieprawidłowego wykonania układu grzewczego. Fot. 1 przedstawia często spotykaną sytuację montażu metalowego przewodu kominowego w budynku z drewnianą konstrukcją dachu. Wykonujący montaż nie zachowali wymaganych przepisami techniczno-budowlanymi odległości pomiędzy przewodem a elementami palnymi. Sytuację dodatkowo pogorszyło zastosowanie wełny mineralnej jako izolacji metalowego komina. Drewniana konstrukcja dachu najsilniej została zwęglona od dołu.

Na fot. 2 widoczne jest miejsce wprowadzenia dymu z komory spalania wkładu do komina usytuowanego na zewnątrz budynku. Podłączenie wykonano przez ścianę z materiałów palnych (drewno i materiały drewnopochodne). Przyczyną powstania pożaru był bezpośredni kontakt między drewnianym elementem a metalowym przewodem. Rażącym przykładem niedbalstwa, na szczęście rzadko spotykanym jest sytuacja w której wykonawca opiera drewnianą belkę, stanowiącą element dekoracyjny, bezpośrednio na powierzchni wkładu kominkowego.

Producenci wkładów kominkowych zalecają jako paliwo drewno drzew liściastych lub brykiety drzewne. W praktyce użytkownicy często nie stosują się do tych zaleceń i wykorzystują jako paliwo różne materiały. Wśród najczęściej spotykanych materiałów spalanych we wkładach kominkowych można wymienić drewno drzew iglastych, tworzywa sztuczne, a nawet śmieci. Spalanie drewna iglastego prowadzi do gromadzenia się na ściankach przewodu dymowego produktów spalania. Drewno to jest bowiem bogate w związki żywiczne. Przy niewłaściwym usuwaniu zanieczyszczeń dochodzi po pewnym czasie do zapalenia się sadzy wewnątrz przewodu dymowego. Sytuacja taka może spowodować rozszczelnienie przewodu i rozprzestrzenienie się ognia na konstrukcję budynku. Spalanie tworzyw sztucznych, takich jak polichlorek winylu (poza aspektem ochrony środowiska naturalnego – generacja dioksyn), prowadzi do tworzenia się dużych ilości chlorowodoru, który działa niekorzystnie na elementy układu odprowadzania dymu.

W Szkole Głównej Służby Pożarniczej zostało wykonane stanowisko badawcze, które umożliwia dokonywanie pomiarów w skali rzeczywistej (rys. 1). Celem badań jest określenie rozkładu strumienia ciepła przez pomiar temperatury wokół pracującego wkładu kominkowego.

Podstawą stanowiska badawczego jest wkład kominkowy o mocy cieplnej 14 kW, wraz z układem odprowadzania dymu – z metalowego przewodu dymowego izolowanego wełną mineralną. W celu wymuszenia przepływu powietrza zastosowano jednofazowy wentylator pożarowy, który umożliwia przepływ powietrza z szybkością 2 m/s. Rejestracja danych odbywa się poprzez układ elektroniczny połączony z komputerem klasy PC. Układ umożliwia ciągłą rejestrację 24 kanałów pomiarowych z zamienialną przez użytkownika częstotliwością. Do pomiaru wykorzystano termoelektryczne czujniki temperatury typu K o zakresie pomiarowym od 0 do 1000 °C oraz pirometr radiacyjny o zakresie pomiarowym od 0 do 900 °C. Aplikacja sterująca układem pomiarowym umożliwia ciągłą rejestrację wyników wraz z obrazowaniem na monitorze w czasie rzeczywistym w formie wykresu oraz wartości liczbowych. Zapis danych importowany jest do arkusza kalkulacyjnego.

Badanie polegało na zapaleniu drewna brzozowego lub dębowego wewnątrz komory spalania wkładu kominkowego i obserwacji zmian temperatury w poszczególnych punktach. W czasie pomiaru uzupełniano paliwo do czasu osiągnięcia maksymalnej temperatury dymu wewnątrz przewodu dymowego. Po osiągnięciu maksymalnej temperatury badanie kontynuowano do czasu obniżenia się temperatury we wszystkich punktach poniżej 100 °C.

Podczas badania zaobserwowano szybki wzrost temperatury spalin w pierwszej części pomiarów. Rozkład temperatur pozostałych elementów jest funkcją krzywej temperatury spalin. Zaobserwowano odbarwienie zewnętrznej części izolowanego komina w miejscu zmiany kierunku przepływu. Najwyższe osiągnięte temperatury w poszczególnych punktach pomiarowych zaprezentowano w tabeli. Przedstawiono temperatury początku rozkładu termicznego oraz temperatury samozapłonu najczęściej stosowanych w Polsce gatunków drewna i wyrobów drewnopochodnych. Tabela zawiera również informacje dotyczące zachowania wełny mineralnej, określanej jako materiał niepalny.

Zestawienie danych z tab. 1 i wykresu 1 prowadzi do wniosku, że we wszystkich punktach pomiarowych, za wyjątkiem nr 3 i 6, uzyskane zostały wartości zbliżone lub przekraczające temperatury początku rozkładu termicznego drewna oraz wyrobów drewnopochodnych. Wartości temperatur z punktów 12, 13, 16, 17, 18 oraz „Pirometr” przekroczyły wartości temperatur samozapłonu większości gatunków drewna. W punktach pomiarowych 12, 13, 16, 17, 18 oraz „Pirometr” uzyskano wartości przekraczające początek rozkładu termicznego wełny mineralnej. W punktach 12, 13, 16, 17, 18 oraz „Pirometr” osiągnięto temperatury umożliwiające tlenie się wełny mineralnej.

Zastosowanie w pobliżu wkładu kominkowego oraz układu odprowadzania dymu elementów palnych, będzie skutkowało zapoczątkowaniem ich procesu rozkładu termicznego. Największe zagrożenie wiąże się z rozszczelnieniem układu odprowadzania dymu lub z bezpośrednim kontaktem metalowego przewodu dymowego z elementami palnymi. Wprowadzanie wokół przewodu dymowego wełny mineralnej powoduje pogorszenie przepływu powietrza, a co za tym idzie odprowadzania ciepła. W skrajnej sytuacji stosowanie wełny mineralnej w pobliżu nagrzewających się elementów może prowadzić do zapoczątkowania tlenia się tego materiału. Tlenie się, jako spalanie bezpłomieniowe, przebiega znacznie wolniej niż spalanie płomieniowe. Podczas tlenia generowana jest mniejsza ilość ciepła, a efekty tego procesu mogą pozostać niezauważone przez dłuższy czas, a finałem tego może być pożar.

Kolejnym problemem, na który należy zwrócić uwagę, jest konieczność doprecyzowania wymagań zawartych w przepisach techniczno-budowlanych. Przepisy te w żaden sposób nie uwzględniają wpływu konwekcji na możliwość nagrzewania się materiałów zamontowanych ponad wkładami. Prowadzi to do powstawania pożarów nawet przy zastosowaniu minimalnych odległości pomiędzy elementami konstrukcji obiektu a elementami układów grzewczych z wkładami kominkowymi. Konieczne jest dalsze prowadzenie podjętych badań, np. w celu określenia wpływu różnych gatunków drewna opałowego na wysokość temperatur czy zastosowanych izolacji w pobliżu pracującego wkładu. Istniejące stanowisko badawcze umożliwia uwzględnienie powyższych czynników.

Grzegorz Kotulek

Artykuł przygotowany na podstawie badań przeprowadzonych na wkładach żeliwnych.

Tabela 1. Maksymalne temperatury w punktach pomiarowych (opracowanie własne autora).

Tabela 2. Początek rozkładu termicznego i temperatury samozapłonu wybranych materiałów.