SCHIEDEL: Sisteme moderne de evacuare a gazelor de ardere (I)

In istoria dezvoltarii omenirii, o etapa deosebit de importanta a fost cea a descoperirii multiplelor utilitati ale focului. Evacuarea fumului rezultat in urma arderii a devenit o necesitate odata cu aparitia focarelor mai eficiente din punct de vedere al randamentului, semi-inchise la inceput, mai apoi inchise. Evolutia cosurilor de fum este strans legata de progresul inregistrat de-a lungul timpului de generatoarele de caldura utilizate in scop casnic sau industrial. Astfel, in secolul X a aparut primul focar inchis, iar concomitent cu realizarea primelor constructii etajate s-a pus mai accentuat problema evacuarii fumului, deoarece acest lucru nu se putea obtine prin aplicarea unui gol in acoperisul constructiei, solutie traditio­nala pana in acel moment. Atunci s-a nascut ideea „fabricarii“ unui canal special avand rolul de a conduce fumul in exteriorul casei [1]. Pentru inceput, s-a folosit ca material lemnul de esenta tare, care a fost protejat impotriva temperaturilor ridicate prin captusire cu un strat de argila. A urmat o perioada lunga de timp, in care solutia constructiva utilizata pe scara larga, mai ales in domeniul rezidential, a fost cea a cosului cu perete simplu din zidarie de caramida.

Criza de energie a anilor ´70 a avut drept consecinta extinderea cercetarilor in directia utilizarii judicioase a combustibililor si aparitia unor generatoare de caldura cu randament energetic ridicat.

Aparatele termice ale zilelor noastre, foarte performante, bazate pe arderea diferitelor tipuri de combustibili, creeaza conditii severe de exploatare pentru cosurile de fum aferente. Sistemele de evacuare, care servesc generatoare de caldura de ultima generatie, sunt supuse la actiuni interioare de natura fizica si chi­mica (temperaturi ridicate, socuri termice sau incendii in canalul de fum, actiunea coroziva a condensatului acid, evacuare cu suprapresiune) sau exterioare, de natura climatica (de exemplu inghet-dezghet) si mecanica (vant, seism) foarte complexe si, ca atare, trebuie sa corespunda unor cerinte severe de functionalitate si durabilitate. Adaptarea permanenta, de catre producatori, a cosurilor de fum la evolutia rapida a tehnicii incalzirii a condus la elaborarea unor solutii constructive fiabile, punandu-se, totodata, accent si pe siguranta in exploatare a instalatiilor termice.

Un cos de fum, chiar si in solutia cea mai simpla, este, dupa caz, un subansamblu de constructie sau chiar o constructie complexa, prin procesele termice si gazodinamice ale gazelor arse si prin cerintele de rezistenta mecanica si stabilitate pe care trebuie sa le indeplineasca [2]. Complexitatea problematicii se reflecta in standardele europene de specialitate din domeniu, care stabilesc criteriile fundamentale de performanta si de clasificare si prezinta metodele de determinare a caracteristicilor relevante, cu valori limita, daca e cazul, aplicabile diferitelor tipuri de cosuri de fum si canale de racordare, cum sunt: clasa de temperatura, clasa de presiune, clasa de rezistenta la condensat, la coroziune si la focul din canalul de fum [3].

Ca procedeu tehnic de executie, prefabricarea, datorita multiplelor avantaje pe care le prezinta, a devenit o necesitate, iar in prezent o realitate si in domeniul cosurilor de fum, cu preponderenta in cazul constructiilor civile.

Ne referim, in continuare, la doua tipuri de sisteme de cosuri de fum prefabricate, care difera din punctul de vedere al domeniului de utilizare, respectiv al principiilor de functionare.

Din prima categorie fac parte acele cosuri care au o arie de aplicabilitate foarte larga, incepand cu aparatele termice individuale pana la cazanele pentru incalzire centrala sau instalatiile termice industriale (cazane de abur, cuptoare, incineratoare etc.), echipate cu arzatoare atmosferice sau camere de ardere presurizate, utilizand combustibili solizi, lichizi sau gazosi. Aceste surse de caldura isi asigura aerul de combustie din spatiul de amplasare si sunt racordate la cos la un singur nivel.

Sistemele de cosuri de fum, care functioneaza dupa principiul tirajului natural, aferente generatoarelor termice precizate, dispun de o solutie constructiva a peretilor tip multistrat, fiecare element component avand un rol bine definit in cadrul ansamblului si caracteristici tehnice adecvate domeniului de utilizare.

Anvelopa exterioara, care are rol de protectie mecanica si de asigurare a stabilitatii sistemului, se executa din elemente prefabricate de manta, cu o grosime a peretilor de 40 ÷ 70 mm, turnate din beton usor cu o densitate cuprinsa intre 1400 ÷ 1800 Kg/m3. Aceste elemente prefabricate, cu o inaltime modulara 300 ÷ 500 mm, contin un gol central pentru canalul de fum, cu sectiune circulara sau patrata. In functie de nivelul de rezistenta la difuzia vaporilor de apa a canalelor interioare de evacuare, mantalele pot dispune de canale pentru ventilarea naturala a termoizolatiei, dispuse, in general, la colturi. De asemenea, pentru racordarea independenta a doua surse de caldura sau ventilarea naturala a unor incaperi din constructiile rezidentiale, mantalele se produc si in varianta cu doua canale de fum distincte sau cu canale de ventilare. In vederea maririi rigiditatii siste­mului la actiuni laterale, anumite tipuri de invelisuri exterioare includ si canale speciale pentru armarea verticala a sectiunilor. Rezistenta la compresiune a betonului utilizat la prefabricare este de minim 5 MPa.

Stratul termoizolant, cu o grosime care variaza intre 25 ÷ 50 mm, in functie de diametrul interior al cosului, se realizeaza din placi de vata minerala bazaltica semirigida, incombustibila, avand o densitate de circa 100 kg/m3 si conductivitatea termica de 0,04 W/mK. Prin preve­derea acestui strat, se imbunatatesc considerabil conditiile de tiraj, rezistenta la transfer termic a sistemului de cos fiind de 0,40 ÷ 0,65 m2K/W, si se reduce cantitatea de condensat format in canalele de fum in peri­­oadele cu temperaturi scazute ale aerului exterior. Materialul semirigid asigura dilatarea libera a tubulaturii de samota, dilatare care se dezvolta atat in sens transversal cat si in sens longitudinal, ca urmare a variatiilor de tempe­ratura ale gazelor arse. Termoizolarea sistemelor de cosuri de fum prefabricate mai este solutionata de diversi producatori prin crearea unor straturi de aer inchise in peretii mantalelor sau prin integrarea, inca din faza de turnare a anvelopelor exterioare, a unui strat de beton spumat, cu o densitate de 250 ÷ 300 Kg/m3.

Canalul interior de fum, care intra in contact direct cu reziduurile de ardere, se executa din tuburi de samota, caracterizate prin rezistenta la temperaturi ridicate si socuri termice de pana la 1.000 0C, etanseitate la gaze arse si umiditatea din cos, rezistenta la mediu puternic coroziv cauzat de condensatul acid. Astfel, in conformitate cu standardele europene de produs, pierderile de gaze de ardere maxime nu depasesc 2 ÷ 3 litri/sec.m2, la o presiune de incercare de 40 Pa respectiv 20 Pa, iar, in functie de compozitia chimica si de clasa de rezistenta la acizi a tubulaturii, pierderile de masa rezultate in urma efectuarii incercarilor accelerate prescrise pentru o durata de viata estimata a instalatiei la 100 de ani sunt de 2% pana la 5% [4].

Tipodimensiunile uzuale de tuburi includ sectiuni cu diametre interioare ce variaza intre 120 mm ÷ 500 mm, cu grosimea peretilor cuprinsa, in general, intre 15 mm ÷ 40 mm (fig. 2).

In cadrul unor proiecte speciale, in Europa au fost realizate sisteme de cosuri de fum prefabricate independente, cu diametre interioare ale canalelor de fum de pana la 1,00 m si inaltimi considerabile, atingand chiar 40,00 m. Conditiile de proiectare seismica au impus, in aceste cazuri, sectiuni superioare celor prezentate anterior. Elementele componente exterioare, turnate din beton greu, au o inaltime modulara de 1,00 m, iar grosimea peretilor variaza, in functie de tipodimensiunea cosului, intre 150 ÷ 250 mm. Dimensiunile in plan ale sectiunii sistemului de evacuare sunt reduse, respectiv de 1,00 ÷ 2,00 m. Armaturile longitudinale de rezistenta se introduc in canalele de armare cu diametrul de 100 mm (fig. 3).

Ca o consecinta a randamentului energetic foarte ridicat, gazele de ardere provenite din aparate termice de ultima generatie – cele in condensatie, de exemplu – au temperaturile extrem scazute (30 0C ÷ 40 0C ), eva­cu­area in aceste situatii nemaifiind posibila cu tiraj natural. Prin urmare, cazanele respective dispun de un arzator cu aer insuflat, ventilatorul avand in acelasi timp rol de aspirare a aerului si de evacuare, sub presiune, a gazelor arse.

Bibliografie

1. HAUSLADEN G. – Handbuch der Schornsteintechnik. Oldenbourg Verlag, München, 1994;

2. ANTONESCU N., STANESCU P. D., ANTO­NESCU N.N. – Cosuri si instalatii de tiraj. Editura Matrix Rom, Bucuresti, 2000;

3. SR EN 1443:2004 Cosuri de fum. Conditii generale;

4. SR EN 1457:2003 Cosuri de fum. Canale interi­oare de argila/ceramice. Conditii si metode de incercare;

5. Schiedel International Technician Conference, 2005;

6. MILOSAN I. – Tehnologii curate aplicate in ingineria protectiei mediului industrial, Editura Universitatii Transilvania Brasov, 2005.

(Continuare in numarul viitor)

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 63 – septembrie 2010, pag. 36

Autor:
drd. ing. Laszlo SCHRECK