W niniejszym artykule opisuję kluczowe wytyczne dotyczące akumulacyjnych pieców mieszkaniowych oraz kominków z akumulacją, zawarte w normie PN-EN 15544. Norma ta precyzyjnie określa metody obliczeniowe, zasady projektowania oraz wartości emisyjne dla domowych urządzeń grzewczych z akumulacją opalanych drewnem. Materiał ten może okazać się szczególnie przydatny dla dwóch grup odbiorców.

Pierwszą grupę stanowią zduni oraz projektanci pieców i kominków z akumulacją – zarówno doświadczeni specjaliści, jak i osoby rozpoczynające swoją działalność w tej dziedzinie. Norma PN-EN 15544 wciąż nie doczekała się oficjalnego tłumaczenia na język polski ani szerokiego omówienia w naszym języku. Niniejszy artykuł jest więc próbą wypełnienia tej luki, a jednocześnie może zachęcić do poszerzenia wiedzy branżowej.

Drugą grupą odbiorców są gospodarze, którzy nie tylko myślą o budowie akumulacyjnego pieca zduńskiego lub kominka z akumulacją we własnym domu, ale chcą również poznać szczegóły i zasady związane z projektowaniem takich urządzeń zgodnie z najbardziej aktualną wiedzą i standardami. Całkiem możliwe że wnikliwy gospodarz po zapoznaniu się z tym tematem będzie oczekiwał a nawet wymagał od swojego projektanta lub wykonawcy, aby jego urządzenie grzewcze było zaprojektowane według wytycznych normy PN-EN 15544.

Krótka historia powstania normy PN-EN 15544

Pomysłodawcami i inicjatorami prac nad opracowaniem normy PN-EN 15544 były austriackie organizacje zduńskie. Zduństwo w krainie Mozarta ma wielowiekową i bogatą tradycję, a alpejscy gospodarze szczególnie cenią akumulacyjne piece kaflowe budowane przez lokalnych rzemieślników.

Pierwsze kroki zmierzające do stworzenia normy podjęto w połowie lat 2000. Proces opracowywania dokumentu trwał kilka lat i obejmował szeroko zakrojone badania emisji różnych, popularnych w Austrii modeli tradycyjnych palenisk oraz pieców zduńskich. Badania prowadzono na stanowiskach testowych, uzupełniając je o analizę istniejących praktyk, konsultacje z ekspertami oraz uwzględnienie specyficznych wymagań technicznych i środowiskowych. Prace zakończono w sierpniu 2009 roku, kiedy to norma PN-EN 15544 została oficjalnie opublikowana.

W lipcu 2023 roku, po 14 latach, dokonano aktualizacji dokumentu. W nowej wersji wprowadzono drobne korekty i uzupełnienia definicji, a także poszerzono zakres możliwości projektowych. Nowa norma pozwala na wybór docelowej efektywności grzewczej urządzenia w przedziale od 78% do 90% (wcześniej wynosiła ona 78%). Ponadto dopuszczono opcjonalne stosowanie nie tylko tradycyjnych, rzemieślniczych palenisk zduńskich, lecz także tzw. palenisk fabrycznych oraz wkładów kominkowych, które spełniają wymogi przynajmniej jednego z następujących badań typu:

• zgodnie z EN 15250 (lub EN 16510-2-51),
• zgodnie z EN 13229 (lub EN 16510-2-2),
• lub zgodnie z odpowiednimi normami krajowymi, np. austriacką ÖNORM B 8303.

Charakterystyka i zastosowanie dokumentu

Zawartość normy PN-EN 15544 nie jest obszerna. Dokument liczy zaledwie 24 strony i zawiera 34 wzory matematyczno-fizyczne oraz 3 tabele, którym towarzyszą zwięzłe i precyzyjne wyjaśnienia. To jednak nie wszystko. Z pierwszych akapitów tego dokumentu dowiadujemy się, że norma PN-EN 15544 nie funkcjonuje samodzielnie. Jest ona dodatkiem lub rozszerzeniem do normy PN-EN 13384-1 zatytułowanej „Kominy – Metody obliczeń cieplnych i przepływowych – Część 1: Kominy z podłączonym jednym urządzeniem grzewczym”. Ten drugi dokument jest znacznie bardziej rozbudowany – jego treść główna liczy 85 stron i zawiera 180 wzorów, a kolejne 20 stron zajmują 4 załączniki z tabelami, rysunkami i dodatkowymi wzorami.

Aby móc skutecznie korzystać z normy PN-EN 15544, konieczne jest opanowanie zarówno treści, jak i formuł zawartych w obu tych dokumentach. W praktyce oznacza to, że przydatne są umiejętności obsługi arkusza kalkulacyjnego, które pozwalają na szybkie i precyzyjne wykonywanie obliczeń. Równie ważna jest znajomość jednego z języków, w których te dokumenty są dostępne (np. angielskiego, niemieckiego lub francuskiego).

Obie normy mają charakter obliczeniowy, co oznacza, że do uzyskania wyników wystarczy podstawić odpowiednie wymiary i parametry urządzenia do zawartych w nich wzorów. Parametry te dotyczą m.in. pieca, paleniska, akumulacji, komina, króćca oraz kanału doprowadzającego powietrze do paleniska. Dzięki temu nie ma konieczności przeprowadzania dodatkowych badań z użyciem specjalistycznej aparatury pomiarowej – same obliczenia wystarczają, aby potwierdzić zgodność z normami.

W praktyce, po zakończeniu prac nad arkuszem kalkulacyjnym, warto kilkukrotnie sprawdzić poprawność obliczeń w rzeczywistych warunkach, np. poprzez pomiary temperatur w różnych punktach układu. Tego rodzaju weryfikacja pozwala upewnić się, że na etapie tworzenia arkusza, przepisywania danych lub przekształcania wzorów nie zostały popełnione błędy. Praktyczne testy zwiększają pewność co do poprawności arkusza kalkulacyjnego oraz obliczeń wykonywanych na jego podstawie.

Urządzenia zgodne z normą PN-EN 15544 

Norma PN-EN 15544 jest dedykowana akumulacyjnym, rzemieślniczym (ręcznie budowanym) piecom zduńskim, wykończonym kaflami, cegłami lub tynkiem, które spełniają następujące warunki:

• Materiały wewnętrzne: Piece są zbudowane z szamotu o gęstości pozornej od 1750 kg/m³ do 2300 kg/m³, porowatości od 17% do 33% objętościowo oraz przewodności cieplnej w zakresie od 0,90 W/mK do 1,35 W/mK (dla temperatur od 20°C do 400°C).
• Rodzaj paliwa: Opalane są wyłącznie szczapami drewna o wilgotności od 12% do 20%, średnicy od 5 cm do 10 cm, których długość wynosi od 25 cm do 50 cm i jest  dostosowana do wymiarów paleniska.
• Maksymalny załadunek paliwa: W przypadku rzemieślniczych palenisk zduńskich ilość maksymalnego załadunku drewna mieści się w przedziale od 10 kg do 40 kg. Dla gotowych palenisk fabrycznych (tzw. palenisk zduńskich lub wkładów kominkowych) wartość ta wynosi od 5 kg do 40 kg, pod warunkiem, że paleniska te przeszły badania typu.
• Czas spalania i magazynowania ciepła: Piece spalają jeden załadunek drewna na jeden okres magazynowania i oddawania ciepła, który trwa od 8 do 24 godzin.
• Konstrukcja masy akumulacyjnej: Masa akumulacyjna jest wykonana w konstrukcji jednowarstwowej lub dwuwarstwowej, z przerwą powietrzną o grubości co najmniej 2,5 cm między warstwami.
• Wloty powietrza: Wloty powietrza do paleniska muszą być zaprojektowane w sposób uniemożliwiający przypadkowe ich ograniczenie lub zatkanie paliwem. Mogą być zlokalizowane w ścianach paleniska, w obrębie ramy drzwiczek lub na samych drzwiczkach.
• Prędkości przepływów:
  • Prędkość przepływu powietrza do spalania: od 2 m/s do 4 m/s.
  • Prędkość przepływu spalin przez masę akumulacyjną, króciec i komin: od 1,2 m/s do 6 m/s.
• Kształt kanałów spalinowych: W przypadku prostokątnych odcinków kanałów spalinowych stosunek długości boków (szerokości w świetle) musi mieścić się w przedziale od 1 do 4.

Gotowe paleniska i wkłady kominkowe

Jeżeli w piecu wykorzystane jest gotowe palenisko, które pomyślnie przeszło badanie typu, musi ono spełniać następujące warunki:

• Stosunek powietrza do paliwa wynosi od 1,95 do 3,95 zgodnie z badaniem typu.
• Maksymalny załadunek paliwa mieści się w przedziale od 5 kg do 40 kg.
• Palenisko może być wykonane z innych odpowiednich materiałów lub szamotu.

Norma pozwala również na stosowanie gotowych palenisk i wkładów kominkowych przeznaczonych do spalania peletów w partiach, pod warunkiem że:

• Stosunek powietrza do paliwa mieści się w przedziale od 1,95 do 3,95.
• Czas spalania wynosi od 58 do 98 minut.

Wyłączenia z normy PN-EN 15544

Norma PN-EN 15544 nie ma zastosowania do:

• Rzemieślniczych pieców zduńskich połączonych z wodnymi wymiennikami ciepła do centralnego ogrzewania lub innymi elementami pochłaniającymi ciepło, takimi jak otwarte zbiorniki na wodę.
• Palenisk z przeszkleniem większym niż 1/5 powierzchni komory spalania.
• Pieców akumulacyjnych produkowanych masowo (o powolnym uwalnianiu ciepła) lub częściowo prefabrykowanych, opisanych w normie EN 15250 (lub EN 16510-2-51).

Dlaczego warto projektować piece zgodnie z normą PN-EN 15544?

W Polsce obecnie nie istnieje obowiązek projektowania akumulacyjnych urządzeń grzewczych zgodnie z normą PN-EN 15544. Zgodnie z art. 5 ust. 3 ustawy z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji, stosowanie Polskich Norm (PN) jest dobrowolne, chyba że przepisy prawne odwołują się bezpośrednio do konkretnej normy, czyniąc jej stosowanie obligatoryjnym. W przypadku normy PN-EN 15544 brak jest nadrzędnych przepisów prawnych, które wymagałyby od projektantów przestrzegania jej wytycznych.

Dlaczego zatem mielibyśmy podejmować dodatkowy wysiłek, gromadzić dane, wykonywać obliczenia, sporządzać raporty i projektować piece zgodnie z tą normą? Otóż korzyści płynące z jej stosowania są istotne i mają bezpośredni wpływ na efektywność energetyczną, co przekłada się na oszczędność opału, czasu i pieniędzy w trakcie użytkowania.

1. Optymalne dopasowanie do rzeczywistego zapotrzebowania na ciepło

Norma PN-EN 15544 w sposób pośredni wspiera projektantów w precyzyjnym dopasowaniu paleniska i masy akumulacyjnej do rzeczywistego zapotrzebowania na ciepło w konkretnym budynku. Dzięki temu można uniknąć przesadzania z wymiarami i mocą zarówno w jedną, jak i w drugą stronę. Zapewnia to bardziej wydajne działanie systemu grzewczego i minimalizuje straty energii.

2. Zintegrowane podejście do systemu grzewczego

Norma kładzie nacisk na traktowanie paleniska, masy akumulacyjnej i komina jako jednej spójnej całości, która współpracuje z budynkiem jako zintegrowany system. Taki holistyczny sposób projektowania zapewnia, że większość ciepła generowanego w palenisku zostanie przechwycona przez masę akumulacyjną, a spaliny wchodzące do komina będą miały maksymalny stopień wychłodzenia, jaki komin jest w stanie bezpiecznie obsłużyć. Jednym z kluczowych wymagań normy jest utrzymanie temperatury ścianki komina na jego szczycie powyżej 45℃, co zapobiega kondensacji gazów i zapewnia odpowiedni ciąg i prawidłowe działanie systemu.

3. Połączenie tradycyjnych rozwiązań z nowoczesną precyzją

Norma PN-EN 15544 umożliwia dostosowanie tradycyjnego, prostego, akumulacyjnego systemu grzewczego – sprawdzonego przez wieki – do współczesnych wymagań technicznych i użytkowych. Dzięki niej można w pełni wykorzystać potencjał systemu, który nie wymaga skomplikowanej elektroniki ani nowoczesnych technologii, pozostając jednocześnie skutecznym, ekologicznym i oszczędnym rozwiązaniem grzewczym.

PN-EN 15544 w kontekście przepisów antysmogowych i ekoprojektu

Często pojawiające się pytanie brzmi: czy zduński piec akumulacyjny spełniający wymagania normy PN-EN 15544 automatycznie spełnia również wymagania ekoprojektu oraz uchwał antysmogowych?

Krótka odpowiedź brzmi: czasami tak, czasami nie – wszystko zależy od rodzaju paleniska. Przyjrzyjmy się zatem bliżej paleniskom.

Rodzaje palenisk uwzględniane w normie PN-EN 15544

Norma PN-EN 15544 dopuszcza dwa rodzaje palenisk:

1. Ręcznie budowane, rzemieślnicze paleniska zduńskie,
2. Paleniska fabryczne lub wkłady kominkowe, które przeszły badania typu przeprowadzone przez akredytowaną i/lub notyfikowaną jednostkę badawczą.

Ręcznie budowane paleniska

Jeżeli w naszym piecu zastosujemy ręcznie budowane palenisko zduńskie, które zostanie wykonane zgodnie z wytycznymi normy PN-EN 15544, wówczas nasze urządzenie grzewcze będzie tylko częściowo spełniać wymagania ekoprojektu i uchwał antysmogowych. Aby mogło ono spełnić wszystkie wymagania, należy dodatkowo wykonać pomiary emisji pyłów oraz tlenków azotu.

Norma PN-EN 15544 z automatu przypisuje takim urządzeniom sprawność energetyczną na poziomie od 78% do 90% (wartość ta może być obliczona lub ustalona z góry) oraz określa następujące wartości graniczne emisji:

• Tlenek węgla (CO): 1500 mg/m³ (1000 mg/MJ),
• Dwutlenek azotu (NO₂): 225 mg/m³ (150 mg/MJ),
• Organiczne związki węgla (OGC): 120 mg/m³ (80 mg/MJ),
• Pyły (PM): 90 mg/m³ (60 mg/MJ).

Wyniki te, choć przyzwoite, nie do końca spełniają wymagania ekoprojektu, szczególnie w zakresie emisji pyłów i tlenków azotu. Dlatego warto wykonać dodatkowe testy emisji przy użyciu odpowiedniej aparatury pomiarowej (np. pyłomierza Testo 380 wraz z analizatorem Testo 330). Wówczas może się okazać, że ręcznie wykonane palenisko spełnia wszystkie wymagania ekoprojektu. Należy potwierdzić to raportem z przeprowadzonych pomiarów.

Dla przypomnienia zamieszczam poniżej zestawienie wymagań ekoprojektu w porównaniu z gwarancjami normy PN-EN 15544:

W tym momencie może zrodzić się następujące pytanie: dlaczego wartości graniczne normy PN-EN 15544 różnią się od wymagań ekoprojektu?

Pamiętajmy, że Austriacy pracowali nad tworzeniem tej normy w połowie lat 2000, na długo przed pojawieniem się ekoprojektu. Aby zebrać niezbędne dane i ustalić punkty odniesienia, musieli wykonać szczegółowe pomiary emisji dla wielu różnych, popularnych w Austrii palenisk i pieców zduńskich. Możemy bezpiecznie domniemywać, że cytowane powyżej wielkości, uznane za graniczne wartości emisji gwarantowane przez normę, odpowiadają wartościom emisyjnym tych pieców, które w badaniach wypadły najgorzej. A ponieważ nie było jeszcze wymagań ekoprojektu, twórcy normy nie mieli powodu, aby wykluczać popularne modele palenisk piecowych tylko dlatego, że wypadły słabiej w badaniach. Znacznie wygodniej było obniżyć wartości graniczne w normie i nadal budować popularne paleniska zgodnie z nową normą.

Z doświadczenia wiem, że jeśli zdun lub projektant pieców przeanalizował w trakcie swojej nauki i praktyki przynajmniej kilka różnych palenisk lub kominków, które swoją efektywnością przewyższają wymagania ekoprojektu, bez problemu może on powtórzyć budowę takiego samego lub podobnego paleniska samodzielnie z cegieł szamotowych. Należy to oczywiście potwierdzić odpowiednią aparaturą pomiarową. Niczego nie robimy „na oko”.

Podsumowując, ręcznie budowane, rzemieślnicze paleniska zduńskie mogą spełniać wymagania ekoprojektu i uchwał antysmogowych, jednak wiąże się to z koniecznością przeprowadzenia dodatkowych testów emisji i potwierdzenia zgodności odpowiednimi pomiarami. Istnieje jednak alternatywne rozwiązanie, które pozwala całkowicie ominąć te wyzwania i zapewnia zgodność z wymaganiami ekoprojektu w sposób automatyczny.

Fabryczne paleniska i wkłady kominkowe

Aktualizacja normy PN-EN 15544 z lipca 2023 roku otworzyła możliwość stosowania w zduńskich piecach akumulacyjnych tzw. fabrycznych palenisk zduńskich lub gotowych wkładów kominkowych. Urządzenia te zostały wcześniej przebadane pod kątem zgodności z wymaganymi przepisami dotyczącymi wartości emisji przez akredytowaną lub notyfikowaną jednostkę badawczą i spełniły wymogi co najmniej jednego z następujących badań typu:

• zgodnie z PN-EN 15250 – Akumulacyjne ogrzewacze pomieszczeń na paliwa stałe – Wymagania i metody badań (lub EN 16510-2-5, w trakcie opracowywania);
• zgodnie z PN-EN 13229 (zastąpiona przez PN-EN 16510-1 – Mieszkaniowe urządzenia spalające paliwo stałe – Część 1: Wymagania ogólne i metody badań)
• EN 16510-2-2 Mieszkaniowe urządzenia spalające paliwo stałe — Część 2-2: Urządzenia zabudowane, w tym z otwartym ogniem.

Wybór fabrycznego paleniska zduńskiego lub gotowego wkładu kominkowego oznacza, że urządzenie automatycznie spełnia wymagania ekoprojektu oraz lokalnych uchwał antysmogowych. Wraz z paleniskiem lub kominkiem otrzymujemy pełną dokumentację od producenta, w tym wyniki przeprowadzonych badań potwierdzające zgodność z jedną z wyżej wymienionych norm.

Proces projektowania pieca akumulacyjnego zgodnie z normą PN-EN 15544

Projektowanie pieca akumulacyjnego zgodnie z normą PN-EN 15544 to proces indywidualny, dostosowany do specyficznych warunków konkretnej lokalizacji. Każdy projekt uwzględnia unikalne cechy budynku, takie jak wysokość nad poziomem morza, straty ciepła, konstrukcja i wymiary komina oraz (opcjonalnie) przewód doprowadzający powietrze z zewnątrz budynku do paleniska. Pod uwagę bierze się również układ pomieszczeń oraz preferencje gospodarza dotyczące wyglądu, formy, zdolności akumulacyjnej i ciężaru pieca.

Projektując piec akumulacyjny zgodnie z normą PN-EN 15544, łączy się pięć kluczowych elementów, które wzajemnie na siebie oddziałują i muszą zostać starannie dopasowane:

1. System doprowadzenia powietrza

Powietrze do paleniska pieca akumulacyjnego może być doprowadzane na dwa sposoby: bezpośrednio z pomieszczenia, w którym znajduje się piec, lub z zewnątrz budynku za pomocą specjalnego kanału. Wybór odpowiedniej metody zależy od parametrów technicznych budynku, takich jak szczelność, rodzaj systemu wentylacyjnego oraz jego współpraca z piecem akumulacyjnym. W niektórych sytuacjach bardziej odpowiednie jest pobieranie powietrza z wnętrza pomieszczenia, natomiast w innych korzystniejsze może być czerpanie powietrza z zewnątrz.

Po więcej szczegółowych informacji na ten temat odsyłam do artykułu pt. “Dwa źródła poboru powietrza do reakcji spalania…”.

2. Palenisko

Palenisko może być:

• Tradycyjne, rzemieślnicze – projektowane zgodnie z wymogami normy PN-EN 15544, co pozwala dostosować jego parametry do specyficznych warunków.
• Fabryczne lub gotowy wkład kominkowy – takie urządzenia posiadają niezależną dokumentację potwierdzającą zgodność z wymaganiami prawnymi dotyczącymi emisji.

Wybór między rzemieślniczym a fabrycznym rozwiązaniem powinien uwzględniać zarówno parametry techniczne, jak i preferencje gospodarza.

 3. Masa akumulacyjna

Masa akumulacyjna odgrywa kluczową rolę w procesie przechwytywania, magazynowania i stopniowego oddawania ciepła do pomieszczeń. Jej kształt, wielkość i waga powinny być dostosowane do wymagań gospodarza, a także do parametrów paleniska i komina. Niewłaściwe dopasowanie może prowadzić do problemów z ciągiem kominowym (przy nadmiernym wychładzaniu spalin) lub strat energii cieplnej (przy zbyt wysokiej temperaturze spalin opuszczających system).

4. Króciec

Króciec, łączący masę akumulacyjną z kominem, odgrywa szczególnie ważną rolę w przypadkach, gdy palenisko i masa akumulacyjna są znacznie oddalone od komina. Jego długość i konstrukcja mogą wpływać na wychładzanie spalin i ciąg kominowy. W takich sytuacjach wymagane jest uwzględnienie dodatkowych parametrów w obliczeniach.

5. Komin

Komin pełni funkcję naturalnego grawitacyjnego generatora podciśnienia. W większości przypadków komin jest już zbudowany, zanim rozpocznie się projektowanie pieca. Nawet jeśli jego parametry nie są optymalne, norma PN-EN 15544 pozwala dostosować pozostałe elementy systemu – przewód powietrzny, palenisko, masę akumulacyjną i króciec – tak, aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie całego układu.

Dla każdego z tych elementów przeprowadzane są odpowiednie obliczenia i analizy. Następnie wyniki te są integrowane i poddawane weryfikacji pod kątem spełnienia warunków końcowych, co zapewnia zgodność projektu z normą PN-EN 15544. Szczegółowe informacje dotyczące poszczególnych etapów projektowania przedstawiam poniżej.

Etapy projektowania

Etap 1: Zebranie informacji o budynku, kominie i kanale doprowadzającym powietrze do paleniska.

Oto lista informacji i materiałów które są nam potrzebne do rozpoczęcia prac projektowych:

1. Dane dotyczące strat ciepła

Kluczową informacją jest zapotrzebowanie na moc grzewczą, które określa straty ciepła dla całego budynku lub tylko tych pomieszczeń, które mają być ogrzewane projektowanym piecem. Na tej podstawie wyznaczamy docelową moc grzewczą urządzenia. Dane te można znaleźć w dokumentacji projektowej budynku. W przypadku jej braku lub nieaktualności należy samodzielnie obliczyć straty ciepła, korzystając z darmowego kalkulatora dostępnego na stronie https://cieplo.app/. Wyniki obliczeń należy przesłać projektantowi.

2. Plany i rysunki budynku

Do prac projektowych konieczne jest dostarczenie zdjęć, rysunków lub skanów przedstawiających rzuty poziomów budynku, które mają być ogrzewane piecem akumulacyjnym. Na rysunkach powinny być uwzględnione:

• wymiary i układ pomieszczeń,
• lokalizacja komina (z wymiarami),
• stałe elementy, których nie można przestawić,
• proponowana lokalizacja pieca akumulacyjnego.

Centralne usytuowanie pieca jest najbardziej efektywne pod względem grzewczym. Alternatywnie, dobrym rozwiązaniem może być wkomponowanie pieca w ścianę działową pomiędzy dwiema dużymi przestrzeniami mieszkalnymi. Dostawianie pieca do zewnętrznych lub nośnych ścian budynku powinno być ograniczone, ponieważ zmniejsza to powierzchnię grzewczą. W przypadku, gdy piec musi być blisko ściany, należy zachować odstęp co najmniej 13 cm, aby umożliwić swobodną emisję ciepła. Jeśli zachodzi konieczność dostawienia pieca do ściany, wskazane jest oddzielenie go materiałem izolacyjnym, co pozwala na zachowanie większej efektywności grzewczej pozostałych ścian pieca.

Powyższe zalecenia dotyczące odstępu pieca od ścian dotyczą głównie pieców akumulacyjnych bez przewietrzania. W przypadku pieców z przewietrzaniem odstęp od ścian ma znacznie mniejszy wpływ na efektywność cieplną.

3. Zdjęcia budynku i pomieszczeń

Zaleca się dostarczenie zdjęć kluczowych pomieszczeń wewnątrz budynku oraz elewacji zewnętrznych, szczególnie w obszarze komina. W sytuacji, gdy projektant nie ma możliwości wizyty na miejscu, takie zdjęcia pozwalają na lepsze dostosowanie wyglądu i wykończenia pieca do charakteru budynku.

4. Komin

Jeśli komin jest już wybudowany, konieczne jest dostarczenie informacji na temat:

• rzeczywistej wysokości (od podstawy do szczytu),
• wysokości efektywnej (od przyłącza do szczytu),
• wymiarów lub średnicy przekroju,
• rodzaju materiałów użytych do budowy,
• oporu cieplnego (jeśli jest znany),
• liczby oraz kątów zmieniających kierunek przepływu spalin (jeśli występują).

5. Kanał doprowadzający powietrze z zewnątrz

W przypadku istniejącego lub planowanego kanału doprowadzającego powietrze konieczne jest zebranie danych dotyczących:

• całkowitej długości kanału,
• wysokości efektywnej (różnica poziomów między czerpnią a wlotem powietrza do paleniska),
• wymiarów lub średnicy przekroju,
• materiałów użytych do budowy kanału,
• liczby i kątów zmian kierunków przepływu powietrza.

Etap 2: Obliczenie optymalnej temperatury spalin na wlocie do komina

Jednym z kluczowych warunków, które należy spełnić, aby piec akumulacyjny spełniał wymagania normy PN-EN 15544, jest obliczeniowe sprawdzenie temperatury ścianki na szczycie komina (nie mylić z temperaturą spalin) podczas pracy urządzenia z nominalną mocą grzewczą. Temperatura ścianki komina nie może być niższa niż 45℃. Spełnienie tego warunku chroni komin i urządzenie grzewcze przed kondensacją gazów oraz problemami z ciągiem. Jednocześnie temperatura ta nie powinna być znacząco wyższa, aby uniknąć niepotrzebnych strat energii cieplnej.

W celu wyznaczenia optymalnej temperatury spalin na wlocie do komina należy wprowadzić wszystkie dane dotyczące komina do przygotowanego wcześniej arkusza kalkulacyjnego. Obliczenia mają na celu ustalenie minimalnej temperatury spalin, która pozwoli utrzymać temperaturę ścianki na szczycie komina w przedziale 45-50℃. Niezbędne wzory oraz szczegółowe wyjaśnienia dotyczące tych obliczeń znajdują się w normie PN-EN 15544 oraz w powiązanej normie PN-EN 13384, zatytułowanej “Kominy – Metody obliczeń cieplnych i przepływowych – Część 1: Kominy z podłączonym jednym urządzeniem grzewczym.”

Etapy od 3 do 7, mimo że są ponumerowane, mogą być wykonywane w dowolnej kolejności. Ważne jest jednak, aby wszystkie zostały zrealizowane.

Etap 3: Ustalenie optymalnej temperatury spalin na wyjściu z masy akumulacyjnej

Temperatura spalin na wyjściu z masy akumulacyjnej jest jednocześnie temperaturą spalin na wejściu do króćca, który łączy masę akumulacyjną z kominem. W tym etapie należy określić optymalną temperaturę spalin w tym punkcie.

Pod uwagę brane są parametry króćca, które decydują o stopniu schłodzenia spalin podczas przepływu przez ten element. W arkuszu kalkulacyjnym należy uwzględnić następujące informacje dotyczące króćca:

• długość,
• wymiary lub średnicę profilu,
• rodzaj użytych materiałów,
• opór cieplny (jeśli jest znany),
• liczbę oraz kąty zmieniające kierunek przepływu spalin (jeśli występują).

Materiał, z którego wykonany jest króciec, powinien zostać dobrany w sposób optymalny, uwzględniając wymagania techniczne i estetyczne (decyzja ta jest zwykle uzgadniana z właścicielem).

Po wprowadzeniu powyższych danych do arkusza kalkulacyjnego możliwe jest obliczenie stopnia schłodzenia spalin w króćcu. W efekcie uzyskuje się wartość optymalnej temperatury spalin w punkcie łączącym króciec z masą akumulacyjną, co pozwala na dalsze projektowanie układu zgodnie z wymaganiami normy.

Etap 4: Ustalenie nominalnej mocy cieplnej projektowanego urządzenia

Nominalna moc cieplna urządzenia grzewczego jest ustalana na podstawie wyników obliczeń strat ciepła w okresie największych mrozów. Zdolność grzewcza zduńskich urządzeń akumulacyjnych, które ogrzewają pomieszczenia ciepłem zgromadzonym w swojej masie, zależy również od intensywności ich opalania. Przy zwiększonej częstotliwości palenia możliwe jest podniesienie zdolności grzewczej nawet o 50%.

Z tego powodu, podczas projektowania pieca, nominalną moc cieplną można ustalić na poziomie 65-75% wartości wynikających z obliczonych godzinowych strat ciepła w ogrzewanych pomieszczeniach. Przyjmuje się, że podczas największych mrozów, występujących sporadycznie (kilka lub kilkanaście dni w roku), możliwe będzie pokrycie maksymalnego zapotrzebowania na ciepło poprzez dłuższe lub częstsze palenie.

Na przykład, jeśli straty ciepła budynku w okresie największych mrozów wynoszą 5 kW (czyli równoważną ilość energii 5 kWh w ciągu godziny przy maksymalnych mrozach), godzinowa zdolność grzewcza pieca powinna być ustalona jako:
5 kW × (wartość z przedziału 0,65 – 0,75).
Wynik mieści się w przedziale 3,25 kW – 3,75 kW i stanowi optymalną wartość nominalnej mocy cieplnej dla projektowanego urządzenia.

Etap 5: Określenie wymiarów paleniska

W przypadku korzystania z gotowego, certyfikowanego paleniska lub wkładu kominkowego od producenta, należy wprowadzić do arkusza kalkulacyjnego kluczowe informacje o tym produkcie, które są dostępne w dokumentacji produktowej. Do najważniejszych danych należą: moc nominalna, masa maksymalnego i minimalnego załadunku paliwa oraz temperatura spalin na wyjściu z paleniska.

Określanie wymiarów paleniska zgodnie z normą PN-EN 15544 dotyczy wyłącznie indywidualnie projektowanych, ręcznie budowanych palenisk zduńskich. Projektowanie wymiarów komory spalania służy dwóm głównym celom: zapewnieniu wystarczającej ilości miejsca na załadunek paliwa oraz spełnieniu wymagań związanych z czystym spalaniem. Norma PN-EN 15544, oprócz wzorów matematyczno-fizycznych, zawiera również ogólne wytyczne dotyczące wymiarów i konstrukcji paleniska, które wymieniam poniżej:

• Wymiary podstawy paleniska
  • Minimalna szerokość podstawy paleniska (przekrój poziomy na wysokości dolnej krawędzi otworu drzwiowego) powinna wynosić 23 cm.
  • W przypadku podstaw prostokątnych stosunek głębokości do szerokości może mieścić się w zakresie od 1:1 do 2:1.
• Dolna krawędź otworów paleniska
  • Dolna krawędź najniżej położonego otworu (np. drzwiowego lub wlotu powietrza) musi znajdować się co najmniej 5 cm powyżej dna komory spalania.
• Lokalizacja i wymiary wlotów powietrza
  • Wloty powietrza do paleniska muszą być zlokalizowane w sposób chroniący je przed przypadkowym ograniczeniem przepływu lub całkowitym zatkaniem. Preferowane miejsca to obramowanie drzwiczek paleniska lub pionowy ruszt na powierzchni drzwiczek.
  • Suma pól powierzchni wlotów powietrza powinna zapewniać prędkość przepływu powietrza w zakresie od 2 m/s do 4 m/s.
• Powierzchnia podstawy i objętość paliwa
  • Powierzchnia podstawy paleniska musi mieścić się w zakresie wyznaczonym przez wymóg, aby wysokość paliwa przy maksymalnym załadunku nie przekraczała 33 cm.
• Powierzchnia przeszklenia
  • Powierzchnia przeszklenia paleniska nie może przekraczać 1/5 powierzchni całkowitej komory paleniskowej.
• Obliczanie powierzchni paleniska
  • Przy obliczaniu całkowitej powierzchni paleniska wszystkie jego elementy – ściany, sufit, podstawa, a także powierzchnie otworu drzwiczek, wlotów powietrza i wylotów spalin – należy traktować jednakowo, ignorując obecność otworów.

Etap 6: Ustalenie pojemności akumulacyjnej

Norma PN-EN 15544 wymaga określenia czasu, w którym masa akumulacyjna będzie emitowała zmagazynowane ciepło do przestrzeni mieszkalnej. Zakres wynosi od 8 do 24 godzin, co oznacza, że norma jest przeznaczona wyłącznie dla pieców o średniej i dużej zdolności akumulacyjnej. Wybór konkretnej wartości z tego przedziału determinuje docelową pojemność grzewczą masy akumulacyjnej oraz jej właściwości cieplne.

Im lżejsza masa akumulacyjna, tym mniejsza zdolność akumulacyjna, cieńsze ściany zewnętrzne i mniejsza bezwładność cieplna. Taka masa nagrzewa się szybciej, ale równie szybko oddaje ciepło. Wybór wartości minimalnej (8 godzin) oznacza zaprojektowanie pieca o najmniejszej dopuszczonej przez normę zdolności akumulacyjnej, gdzie grubość zewnętrznych ścian akumulacyjnych wynosi około 4–5 cm.

Z kolei wybór wartości maksymalnej (24 godziny) oznacza zaprojektowanie pieca o największej przewidzianej przez normę zdolności akumulacyjnej. W tym przypadku grubość zewnętrznych ścian akumulacyjnych wynosi około 12–14 cm. Taka masa akumulacyjna charakteryzuje się dużą bezwładnością cieplną, co sprawia, że nagrzewa się długo, ale równie długo stygnie, emitując ciepło przez dłuższy czas.

Dobór właściwej pojemności akumulacyjnej zależy od specyfiki budynku oraz preferencji użytkownika. W niektórych przypadkach korzystniejszy będzie lżejszy piec o mniejszej zdolności akumulacyjnej, natomiast w innych sprawdzi się piec ciężki, z dużą bezwładnością cieplną. Temat ten został szerzej omówiony w artykule pt. “Pojemność akumulacyjna i bezwładność cieplna pieców zduńskich”.

Etap 7: Pozostałe parametry  masy akumulacyjnej

Znając temperaturę spalin na wyjściu z paleniska (w przypadku palenisk zduńskich norma określa ją na poziomie 550℃, a w przypadku palenisk fabrycznych poddanych badaniom typu, odczytuje się ją z dokumentacji dostarczonej przez producenta) oraz docelową temperaturę spalin na wejściu do króćca (obliczoną wcześniej w arkuszu kalkulacyjnym), można przystąpić do dalszych obliczeń związanych z masą akumulacyjną.

Efektywność, długość kanału i rodzaj konstrukcji ścian

Norma PN-EN 15544 definiuje sposób kalkulacji minimalnej i obliczeniowej długości kanału spalinowego w masie akumulacyjnej, uwzględniając zmienną efektywność pieca (w zakresie 78–90%) oraz rodzaj konstrukcji ścian masy akumulacyjnej.

Do wyboru są dwa rodzaje konstrukcji:

1. Jednowarstwowa – charakteryzująca się prostszą budową, krótszą minimalną długością kanału, szybszym nagrzewaniem, ale również szybszym oddawaniem ciepła.
2. Dwuwarstwowa z przerwą powietrzną – wymaga zachowania przerwy powietrznej o minimalnej grubości 2,5 cm pomiędzy warstwami. Taka konstrukcja zwiększa długość kanału spalinowego i zapewnia bardziej równomierne, długotrwałe oddawanie ciepła.

Wybór konstrukcji zależy od preferencji dotyczących szybkości nagrzewania i charakterystyki oddawania ciepła.

Optymalna powierzchnia chłonna masy akumulacyjnej

Obliczenie minimalnej długości kanału spalinowego jest ostatnim krokiem przed określeniem optymalnej powierzchni chłonnej masy akumulacyjnej. Chociaż norma PN-EN 15544 nie wymaga wyznaczenia tego parametru, etap ten jest kluczowy z punktu widzenia projektowania i wizualizacji przestrzennej.

Optymalna powierzchnia chłonna masy akumulacyjnej jest szczególnie istotna w przypadku projektów, które zakładają bardziej skomplikowane układy wewnętrzne. Zamiast jednolitego kanału o stałym przekroju, można zastosować kombinację kanałów i komór akumulacyjnych o różnych przekrojach. Takie podejście umożliwia:

• lepszą regulację temperatury w różnych częściach masy akumulacyjnej,
• większą swobodę w nadawaniu pożądanych kształtów,
• poprawę estetyki i funkcjonalności pieca.

Projektowanie masy akumulacyjnej w taki sposób pozwala na stworzenie bardziej zindywidualizowanego i wydajnego urządzenia, dopasowanego do specyficznych potrzeb użytkownika.

Etap 8: Sprawdzenie warunków końcowych

Sprawdzenie warunków końcowych jest kluczowym etapem projektowania pieców akumulacyjnych zgodnie z normą PN-EN 15544. Jego celem jest upewnienie się, że zaprojektowany piec spełnia wszystkie wymagania dotyczące bezpieczeństwa, efektywności cieplnej, emisji spalin oraz komfortu cieplnego użytkowników. Analizie podlegają: temperatura spalin, efektywność akumulacji ciepła oraz stabilność pracy komina.

Minimalna temperatura ścianki komina

Jednym z najważniejszych warunków końcowych jest utrzymanie temperatury ścianki komina na jego szczycie na poziomie nie niższym niż 45°C. Zbyt niska temperatura może prowadzić do kondensacji pary wodnej zawartej w spalinach, co sprzyja powstawaniu agresywnych kwasów niszczących konstrukcję komina. Aby tego uniknąć, należy odpowiednio dostosować długość kanałów spalinowych oraz masę akumulacyjną, tak aby spaliny były efektywnie wychładzane, jednocześnie utrzymując minimalną wymaganą temperaturę.

Efektywność cieplna i równowaga energetyczna

Norma PN-EN 15544 wymaga, aby efektywność cieplna pieca mieściła się w zakresie 78–90%. Sprawdzenie warunków końcowych obejmuje obliczenie bilansu energetycznego urządzenia, uwzględniającego straty ciepła podczas spalania i akumulacji. W przypadku nieosiągnięcia wymaganych wartości konieczne jest wprowadzenie korekt w projekcie, na przykład poprzez zwiększenie masy akumulacyjnej lub modyfikację geometrii kanałów lub komór w akumulacji.

Kontrola przepływu spalin

Prawidłowy przepływ spalin przez kanały akumulacyjne i komin jest niezbędny dla stabilnej pracy pieca. Sprawdzenie obejmuje obliczenie prędkości przepływu spalin oraz ciśnienia w kominie, co pozwala upewnić się, że urządzenie działa w optymalnych warunkach. W przypadku zbyt niskiego ciągu kominowego lub nadmiernego oporu spalin konieczna jest optymalizacja konstrukcji pieca, np. poprzez dostosowanie długości i profili kanałów lub komór akumulacyjnych.

Etap 9: Wykonanie projektu i przygotowanie dokumentacji

Po wykonaniu obliczeń i sprawdzeniu warunków końcowych określane są wszystkie kluczowe wymiary oraz ramy przestrzenne, w których można się poruszać podczas tworzenia lub modyfikowania projektu pieca dla konkretnej lokalizacji. Na tym etapie wykonywane są wizualizacje zewnętrzne, które łączą wizję i życzenia gospodarza z technicznymi możliwościami realizacyjnymi. Po akceptacji formy wizualnej pieca rozpoczyna się opracowywanie szczegółowego projektu technicznego.

Projekt techniczny jest tworzony etapami – warstwa po warstwie – zgodnie z wymiarami określonymi we wcześniejszych obliczeniach. Uwzględnia się wszystkie wybrane materiały (np. cegły, kafle, izolacje, metale) oraz detale konstrukcyjne, które mogą wpływać na wygląd, funkcjonalność i trwałość pieca.

Po zakończeniu fazy projektowania przygotowywana jest kompletna dokumentacja projektowa, która zazwyczaj obejmuje:

• opis pieca i paleniska,
• serię rysunków technicznych z kluczowymi wymiarami,
• raport z obliczeń,
• raport z badań efektywności spalania dla komory paleniskowej (jeśli takie badania zostały przeprowadzone),
• oświadczenie o zgodności z obowiązującą normą lub normami,
• instrukcję użytkowania pieca.

Opcjonalne elementy dokumentacji

Do dokumentacji mogą zostać dołączone dodatkowe materiały, takie jak:

• instrukcja budowy wraz z filmami instruktażowymi (dla gospodarzy planujących samodzielną budowę pieca),
• pełna lista materiałów i elementów niezbędnych do budowy pieca wraz z informacjami o miejscach, gdzie można je nabyć.

Wnioski końcowe

Projektowanie i budowa pieców akumulacyjnych zgodnie z normą PN-EN 15544 to proces wymagający, ale gwarantujący efektywność cieplną, bezpieczeństwo oraz ekologiczność urządzenia grzewczego. Norma wyznacza nie tylko precyzyjne kryteria techniczne, ale także stawia na indywidualne podejście do projektowania, uwzględniając specyfikę budynku, potrzeby użytkowników oraz lokalne warunki. Dzięki temu każdy projekt pieca może być zarówno funkcjonalny, jak i estetyczny, stając się integralną częścią przestrzeni mieszkalnej.

Wdrożenie wytycznych normy pozwala na stworzenie urządzenia o zoptymalizowanej efektywności energetycznej, które w pełni wykorzystuje potencjał akumulacyjny masy cieplnej. Jednocześnie przestrzeganie normy stanowi krok w kierunku zrównoważonego, nowoczesnego zduństwa, spełniającego wymagania współczesnych przepisów dotyczących emisji oraz oczekiwań świadomych użytkowników.

Norma PN-EN 15544, choć wymagająca w realizacji, otwiera przed projektantami i zdunami nowe możliwości doskonalenia swoich projektów. Piec zbudowany zgodnie z jej wytycznymi to inwestycja w komfort cieplny, oszczędność energii oraz trwałość, która wpisuje się w wielowiekową tradycję zduńską, jednocześnie odpowiadając na potrzeby nowoczesnych gospodarstw domowych.

Bibliografia:

1. Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1185 z dnia 24 kwietnia 2015 r. – pdf do pobrania: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/?uri=CELEX%3A32015R1185
2. Norma PN-EN 15544 –  link do sklepu PKN: https://sklep.pkn.pl/pn-en-15544-2023-07e.html
3. Przegląd uchwał antysmogowych – artykuł na stronie CzysteOgrzewanie.pl: https://czysteogrzewanie.pl/podstawy/uchwaly-antysmogowe/