Komínový efekt
Dočetl jsem se, že dobrý tah komínu je založen na přírodním zákonu který říká, že teplý vzduch stoupá vzhůru. Proto účelem komínu je odvést s teplým vzduchem i plyn a kouř vznikající spalováním. Teplý vzduch, proudící komínem směrem vzhůru vytváří na spodním konci komínu podtlak a tím nasává studený vzduch z okolí spodního konce komína. To umožňuje přísun kyslíku k hořícímu palivu v topeništi. Komínový tah je vytvářen kombinací dvou jevů, nižší hmotností horkého plynu a jeho objemovými změnami. Horký vzduch se spalinami z topeniště je lehčí a studený vzduch má snahu ho tlačit nahoru, ten zmíněný studený vzduch se nasává do topeniště. To by ale samo o sobě údajně dostatečný komínový tah nevytvořilo a kamna by hořela mizerně, přidává se k tomu efekt, kdy se spaliny v kouřovodu a pak v komínu postupně ochlazují a zmenšuje se jejich objem. To vytváří podtlak v komínové šachtě.Podstata věci je údajně v chování plynů. Plyn se při zahřívání rozpíná, zvětší svůj objem. Při chladnutí se jeho objem zase zmenšuje. Když horký plyn proudí a chladne (a zmenšuje svůj objem) v dlouhé trubce, tak v části trubky, hlavně v té kudy do ní přitéká, vzniká podtlak (pokud do trubky není hnán tlakem).
A teď se zeptám. Obecně přece platí, že plyny se zahřátím roztahují a tím zvětšují svůj tlak. Jak je tedy možné, že v komíně, kde je horký vzduch, je tlak nižší?
Nebo to je myšleno tak, že horký vzduch proudící komínem zvětšuje svůj objem a snižuje hustotu, je lehčí, rozpíná se a tím roste jeho tlak, putuje pak směrem vzhůru a opustí komín, tím vlastně dojde k poklesu tlaku v komíně. I když Vzduch při rozpínání zvětšuje svuj objem a roste tlak, tak ve finále způsobí pokles tlaku v komíně tím, že horký vzduch vyvolá proudění v komíně a komín opustí. Kdyby byl například horký vzduch v uzavřené nádobě, tak způsobí přetlak, ale jelikož, tady putuje směrem vzhůru, tak způsobí pokles tlaku, tedy podtlak.
A co se týká hlavně těch spalin, tak když horké spaliny zmenší zpátky svůj objem, chladnou, smršti se, tak tlak klesne, vytvoří se znovu podtlak, to znamená, že je v komíně tlak nižší než okolní atmosférický tlak, což způsobí další nasávání spalin. Chápu to nějak správně?
Komínový tah, tedy podtlak, je tedy vyvolán nejenom stoupajícím horkým vzduchem, který ve finále zapříčiní to, že například krbová nasáváji studený vzduch, což uz umožňuje přísun kyslíku k hořícímu palivu v topeništi. Ale i tou objemovou změnou spalin.
Nebo není to ještě třeba myšlene tak, že v uzavřené nádobě tlak horkého plynu rozpínáním roste, ale v komíně klesá pouze tím, že horký vzduch není uzavřený. To by pak při ochlazení musel zase ten tlak zpátky nárůst a kdyby ochlazením spalin tlak naopak vzrostl, tak přece nemůže být vyvolán znovu podtlak, protože podtlak je stav, kdy je tlak nižší.
Ahoj Libore,
děkujeme za dotaz do naší poradny, těší mě, že při pohledu do krbových kamen si užíváš nejen pohodu, ale i fyzikální bádání.
Myslím, že máš vesměs pravdu, pouze bych neviděl zásadní vliv ve změně tlaku teplého plynu. Pokusím se celý jev hlouběji vysvětlit, abychom došli k tomu, proč je vliv změny tlaku plynu nepodstatný.
Fungování komína (tzv. komínový jev) je stejně jako let balónů či vaření horké vody v rychlovarné konvici založeno na proudění tekutin. To je jev, při kterém tekutina s vyšší teplotou stoupá vzhůru a její místo zaujme tekutina chladnější. Je to způsobeno tím, že částice v teplejší tekutině se rychleji pohybují, tudíž do sebe více a častěji narážejí, a to vede k nárůstu objemu, a tudíž k poklesu hustoty teplejší tekutiny. Toho využíváme i při umisťování topení – dáváme ho pod okno, aby se ohřál studený vzduch, který je za oknem a teplo tak v místnosti cirkulovalo. Podmínkou proudění je gravitační pole, takže ve stavu beztíže by k proudění nedocházelo.
Jak správně píšeš – teplý vzduch, který vznikne hořením stoupá komínem vzhůru a na jeho místo se dostane chladnější vzduch (a tudíž i kyslík – ve stavu beztíže by plamen samovolně nehořel). V komíně se vzduch sice bude ochlazovat, ale stále bude mít nižší hustotu než chladný vzduch, a proto bude stoupat vzhůru. Jen bude při stoupání zpomalovat, protože jeho hustota se bude zvětšovat. Pokud by byl komín hodně chladný, mohlo by se stát to, že se vzduch se spalinami tak ochladí, že se jeho pohyb zastaví, nebo dokonce začne klesat dolů. Proto se při roztopení často nechávají průduchy u kamen otevřené, aby byl plamen co největší, a tudíž spaliny co nejteplejší a komín se prohřál.
Tlak bude ale stále stejný (pokud zanedbáme vliv různé výšky kamen a komína a také snížení tlaku vlivem pohybu plynu). Pokud dojde ke snížení tlaku uvnitř komína, tak tlak uvnitř vyrovná okolní vzduch, který začne do komína vlivem atmosférického tlaku proudit. Ale bude proudit jak horem (tudíž zpomalovat pohyb spalin směrem nahoru), tak i zespodu (a bude tak zrychlovat pohyb spalin směrem vzhůru). Tlak v komíně bude tedy stále stejný (přesněji nejníže budě větší, protože velikost atmosférického tlaku závisí na nadmořské výšce). To, že tlak plynu závisí na teplotě pozorujeme v uzavřených soustavách (vzduch v balónku), ale v tomto případě jsou změny tlaku kompenzovány nárůstem/poklesem částic.
U vysokých komínů bych očekával jiný problém – protože teplý vzduch se v komíně pohybuje zrychleně směrem vzhůru, měl by se komín zužovat (což je také u vysokých komínů vidět), aby byl průtok vzduchu stále stejný. Podobně, jako se zužuje proud vody z kohoutku (takže komín by měl mít obrácený tvar, jako má voda, když teče).
Doufám, že jsem osvětlil proudění plynu v komíně a přeji klidné večery (a nejen ty) u hřejících krbových kamen.
4
Máš nějaký dotaz?
Pokud se chceš na něco zeptat, napiš nám e-mail s předmětem „Fyzikální poradna“ na adresu: poradna@svetenergie.cz
