Induljunk el a kályhától 5.

…És vegyünk egy mély levegőt!
 
Előző lapszámunkban tett ígéretünkhöz híven folytatjuk a levegő természetrajzával összefüggő, a kéménnyel, az égési levegővel és a friss légbevezetéssel kapcsolatos tudnivalók szélesebb kibontását. A szakmaiság szellemében arra is kísérletet próbálunk tenni, hogy a kufárszemlélettel megtermékenyített, profitéhségtől összekuszált információk tengerében rendet vágjunk. 
 
A kémény, mely égéstermék elvezető berendezés
 
Szándékos a címbe rejtett szóhasználat, mert a kémény önmagában egy építmény. Az épület tartozéka, de nem biztos, hogy alkalmas bármely tüzelőberendezés égéstermékének elvezetésére. Nem célunk az elkövetkezendőkben a kémények funkcionalitásával, tervezésével, méretezésével fogalalkozni; annál is inkább mert ez egy külön szakma területe. 
A fizikai alapismeretekből kiindulva rávilágítunk azokra a „rejtelmekre” melyeknek taglalása egyáltalán nem vagy csak ritkán fordul elő a szakirodalomban. Nézzük a fizika oldaláról, milyen feltételek kellenek ahhoz, hogy a kémény valóban égéstermék elvezető berendezés legyen. 
alt 
 
Az 1/a ábra egy olyan helyzetet szemléltet, amikor földfelszín közeléből egy határoló falat – nevezzük kéménynek – emelünk függőleges irányba, mely alsó és felső végeinél nyitott. F1 a felső, míg F2 az alsó nyitott felületre gyakorolt légnyomásból (p1, p2) származó erő. G a határoló falon belüli levegő tömegéből (m) és az erre ható gravitációból (g) adódó súlyerő. 
G = m x g 
F1 = A x p1
F2 = A x p2
ahol A a határoló fal (kémény) felső és alsó nyílásainak keresztmetszete.
 
Ha F2 = G + F1, a kéményen belüli levegő lebeg, vagyis mozdulatlan.
Ha F2 < G + F1, a levegő a kéményen belül lefele mozog.
Ha F2 > G + F1, a levegő a kéményen belül felfele mozog.
 
Könnyen belátható, hogy a kéményen belül lévő levegő mozgásirányát és sebességét ez a három faktor határozza meg. Mindhárom közül a legfontosabb tényező a G, mely a kéményben lévő levegő sűrűségével és a kémény térfogatával arányos. A kémény térfogata a belső keresztmetszetének és magasságának szorzata. Ezzel bővebben a kémény rendellenességeinek tárgyalásánál fogunk foglalkozni.
 
Az 1/b ábra szerint alulról melegíteni kezdjük a kéményen belüli levegőt, melynek sűrűsége és tömege (m) csökken, úgyszintén a G értéke. A kéményben elindul a helycserés folyamat. Vagyis a kéményen kívüli nagyobb sűrűségű levegő szorítja ki a helyéről a belül lévő meleg levegőt, amely ez által fölfelé torlódik. Itt megemlítjük, hogy amennyiben a határoló fal, vagy kémény nem légtömör, nagy mértékben változik a nyomásviszony és ezzel együtt csökken a légáramlás sebessége.
 
Az 1/c ábrán sematikusan azt az állapotot mutatjuk, amikor a hőforrást egy bővített határoló fallal burkoljuk (szabadban lévő tűztér-kéménnyel). Ha itt nem biztosítanánk kívülről a friss levegő beáramlását, rövid idő alatt elfogyna az oxigén és kialudna a tűz. Gondoljunk a régen használt petróleumlámpák működésére, melyeknél a lámpabúra alatt biztosították az égési levegő beáramlását. A kémény autonómiájába úgy tudunk beleszólni, ha biztosítjuk az égéshez szükséges levegő szabályozott és kontrollált beáramlását.
 
Nézzük meg, mi történik a kéményben és tűztérben, ha elvonjuk a levegő utánpótlását. (Ez egyébként a teljesen lezárt fűtőalkalmatosság esete.) A rendszeren belül elindul a helycsere. Egy le-fölirányuló anyagi részecske mozgás, melyek egymást akadályozva kiszámíthatatlan pályájú légáramlást eredményeznek. Kialakul egy kaotikus állapot: a mozgáskáosz. Akárcsak egy szűk folyósón, amikor mindkét irányból nagy tömegű sietős és fegyelmezetlen emberek egymással ütközve és küszködve célba akarnak jutni. A mi esetünk annyiban különbözik, hogy a gravitáció hatására a lefele mozgó, sűrűbb (hidegebb) anyagi részecskék szorítják ki helyükről a kevésbé sűrű (melegebb) részecskéket. Közben rugalmas ütközésük során hőátadás-hőelvétel törénik. Hosszas folyamat, amíg kialakul az egyensúlyi állapot, vagyis a külső környezet, a kémény és az ezen belüli levegő azonos energiaszintje.
 
 
A levegő, mely nemcsak az égés feltétele
 
Tovább bonyolítjuk a helyzetet, ha az 1/d ábra szerint egy újabb határoló falat építünk, mely esetünkben a „szakszerű” leszigetelt lakás légtömör állapotban. Ez a mi élletterünk. Mielőtt tovább gondolkodnánk, vegyünk egy mély levegőt, de talán előtte nyissuk ki az abalakot és néhány percig szellőztessünk, hogy tisztán tudjunk gondolkodni. Ne feledjük, az oxigén az égés elengedhetetlen kelléke, úgyszintén létünk feltétele. Hiszen valójában mi is azért élünk, mert folyamatosan égünk, ha nem is lánggal, mint a tűz. Vagyis használói vagyunk a bezárt levegőnek. Míg a kémény légszivattyúként a lakás levegőjét szorgalmasan üríti, addig mi gyanútlanul ugyanennek a légtérnek oxigénjét pusztítjuk. Ez utóbbira – számomra érthetetlen módon – nem fordítunk kellő figyelmet. Nézzük a tényeket: 10 kg fa elégetéséhez 35-40 m3 levegő oxigénje szükséges. Ennyi levegőt szív ki a kémény normál esetben adott famennyiség elégetésekor. 
Arra kellő gonddal figyelünk újabban, hogy ezt a levegő szükségletet biztosítsuk, pótoljuk. De hogyan? Sok esetben igen nagy anyagi áldozattal külső levegőt csatornázunk a fűtőberendezés égésterébe. Ezzel „letudtuk” a kályhát, kandallót. Elégedett a tervező, a kéményseprő, a kályhaépítő és boldog a végfelhasználó. Boldog, mert van egy „szakszerűen” szigetelt lakása és ugyancsak „szakszerűen” létesített kandallója. Nem számol azzal, hogy nincs szellőztetése (mert elspórolta vagy elfelejtette a tervező). Nem számol azzal, hogy személyenként 20-30 m3 levegő oxigénjét használjuk óránként, hogy közben testünk vizet párologtat, hogy főzünk, mosunk, fürdünk, és nem szellőztetünk. Nem számol azzal, hogy szellőztetés hiányában penészedni fog a fal, ami légúti betegséget okoz, hogy oxigénhiányos térben jelentkezik a rossz közérzet, fejfájás, stb. És míg kint tombol a hideg, bent meleg van és lobog a tűz, addig a végfelhasználó bágyadt és kedvetlen, de nem tudja mitől. Hiába vesz mély levegőt, oxigénhez nem tud jutni. Nyomatékkal hangsúlyozom, hogy az oxigénhiány is okozhat halált, akár a szénmonoxid. Manapság ez utóbbinak jobb a piárja. 
 
Határozott meggyőződésem, hogy a tűztérbe történő friss légbevezetés az esetek többségében nemcsak fölösleges, hanem hátrányos is, akkor, ha a lakóterünk konfortja nincs biztosítva kontrollált szenzoros szellőztetővel. Mielőtt bárki megrökönyödne, igyekszem megnyugtatni, hogy a friss légbevezetés nagyon is szükséges. Nem minden esetben direkt a tűztérbe, mint ahogy már korábban jeleztem, hanem a belső légtérbe, ahol a kandalló vagy kályha működik. Légfűtéses kandalló esetében a legcélszerűbb a konvekciós térbe bevezetni. Ez esetben az égést belső levegővel tápláljuk. A lakótér légutánpótlását a konvekciós térben felmelegített és sterilizált friss levegővel biztosítjuk. Amennyiben a levegő bevezetése a konvekciós térbe bonyolult és költséges lenne, úgy célszerű a kereskedelemben kapható passzív szellőztető légbevezetőt alkalmazni. Ám az ez ügyben meghozandó döntés előtt célszerű mérlegelni a szellőztetés megvalósítható körülményeit. Az a helyes, ha nem csupán a tüzelés oxigénigényét vesszük számba, hanem a lakók oxigénszükségletét is.
Tüzelőberendezésekkel, kéményekkel kapcsolatos gyakori panasz, hogy a lakásban kéménybűz terjeng (putriszag), melyre szomorú tapasztalatom szerint, rendszerint nem tudunk kielégítő magyarázatot adni. Pedig az ok megfejtése nagyon egyszerű. Néhány lehetséges gyakori okát ismertetjük. 
 
1.) A kémény alsó szekciójában (lakásunkban) depressziós, alulnyomásos állapot alakul ki. Erre többnyire a szellőztetés megoldatlansága ad magyarázatot.
 
2.) A kéményben lévő levegő hidegebb, vagyis sűrűbb, mint a külső környezetben lévő. Ez főleg átmeneti évszakokban szigeteletlen külső kéményeknél fordulhat gyakran elő, különösen akkor, ha az erős napsütés gyorsan felmelegíti a kinti levegőt. A hiba kijavítására vonatkozóan sokkal célszerűbb a kémény szigetelését javasolni, mint a magasság növelését. Átmeneti megoldásnak ajánlhatjuk a kéményben lévő levegő felmelegítését akár a tisztító ajtón keresztül, papír elégetésével. Eredményt hozó megoldás, ha a kandallóban elhelyezünk egy gyertyát, és hosszasan égetjük. Rövid idő alatt helyes irányba fordulhat az áramlás.
 
3.) Mély völgyben fekvő településen lehet olyan környezet, ahol nyomott légköri zóna alakul ki. Ez ritkán rövid ideig tartó állapot, de ilyenkor a kémények alkalmatlanok lehetnek a biztonságos üzemelésre.
 
4.) Akár egy közepes sebességű szél is okozhat akkora torló nyomást a kémény kiömlő nyílásában, hogy vissza tudja fordítani az áramlás irányát. Ennek kivédhető módja, ha szélkakast vagy egyéb, már nagy választékban beszerezhető kéményfödő idomot helyezünk a kémény nyílására.
 
Konklúzióképpen fontos rögzítenünk, hogy a kéményben az áramlás az égéstermék és a levegő sűrűségkülönbségéből keletkező felhajtóerő (huzat, vagy régiesen huzam) hatására alakul ki, vagy mesterségesen (ventillátorral) hozzák létre.
 
Gyergyay Csaba
Okl. gépészmérnök