Rozkład ciepła wokół wkładu kominkowego

 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.

Więcej ciekawych artykułów znajdziesz na stronie głównej KOMINKI.ORG.

Rozkład punktów pomiarowych [zbiory własne autora]

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. Wygląd okna pomiarowego aplikacji sterującej pokazano na rys. 2.

Wygląd okna pomiarowego aplikacji sterującej

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.

Odbarwienie zewnętrznej struktury przewodu dymowego

 Najwyższe osiągnięte temperatury w poszczególnych punktach pomiarowych zaprezentowano w tabeli.

Maksymalne temperatury w punktach pomiarowych [opracowanie własne autora]

W poniższej 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.

Początek rozkładu termicznego i temperatury samozapłonu wybranych materiałów.[1][M. Pofit-Szczepańska, T. Terlikowski. Katalog właściwości palnych i termicznych, materiałów i wyrobów celulozopochodnych, tworzyw oraz włókien syntetycznych. Firex Warszawa 1997 rok]

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.

Grzegorz Kotulek

Artykuł przygotowany na podstawie badań przeprowadzonych na wkładach żeliwnych.