     
P 49 (2021/2022) 1 9
Zakaj dimnik »potegne«?
J̌ R
Ljudje radi opazujemo ogenj, gledamo rumene
in oranžne plamene, kako se zvijajo in vrtinčijo na
tisoče načinov. Zato ima marsikdo tudi v stanova-
nju s centralnim ogrevanjem v sobi peč ali kamin
s steklenimi vrati, da lahko opazuje to lepoto.
SLIKA 1.
Kovinske peči imajo po navadi priključek za di-
mnik na vrhu in zato vsaj nekaj kovinskega dimnika
kot priključek vanj tudi v zidu sobe – tako, kot pri
peči na levi sliki. Odvod dimnih plinov se potem na-
daljuje skozi zidan dimnik navzgor nad streho hiše,
včasih pa tudi kar skozi kovinsko cev.
Peč na sliki 1 ima spodaj dovod zraka, ki ga je
mogoče uravnavati. Dokler se ogenj še ne razžari,
mora biti ta povsem odprt, potem pa se dovod zraka
primerno zmanjša. Na zadnji steni namreč skozi lu-
knjice v peč vstopajo dodatni curki zraka. Ko pogle-
damo sliko ognja v peči podrobno (zgornji izrez), vi-
dimo, da ti curki zraka povzročijo, da se plameni uvi-
jajo okrog njih. Še dosti bolje to vidimo na video po-
snetku (www.presek.si/49/video.mp4). Opazimo
tudi, da plameni nad curki še nekoliko svetleje zago-
rijo v dodatnem zraku.
Dimnik »potegne« navzgor, ker je vzgon segretih
plinov navzgor v njem večji od njihove teže navzdol.
Potem se pojavi še sila trenja, ki zavira tok dimnih
plinov. Tlak pri peči v sobi je približno enak kot je
tlak na isti višini zunaj hiše. No, če peč, v kateri ku-
rimo, zajema zrak za gorenje iz sobe, je v resnici v
sobi nekaj podtlaka in prepiha. Kolikor se dimnih
plinov dvigne skozi dimnik, toliko zraka mora od zu-
naj prihajati v sobo; torej je zaradi vleka skozi di-
mnik v sobi res nekaj malega podtlaka in »prepiha«.
Celo obvezno je, da prepih zagotovimo: pri pečeh, ki
nimajo posebnega dovoda zraka (kar je za novogra-
dnje sicer obvezno), mora imeti soba zaradi varno-
sti zračnik s premerom najmanj 150 cm2 (www.szpv.
si/wp-content/uploads/SZPV-407.pdf). Kolikor
dimnih plinov skozi dimnik ven, toliko zraka noter
skozi zračnik!
Strojniki se s pridobivanjem toplote z izgoreva-
njem zelo resno ukvarjajo predvsem zaradi čim bolj-
ših izkoristkov, seveda pa tudi zaradi varnosti. Na
ljubljanski Fakulteti za strojništvo na katedri za
energetsko strojnišvo lab.fs.uni-lj.si/kes/ pro-
učujejo peči in kotle, prenose toplote iz peči v vodo v
kotlih ali v okolico peči, izračunavajo, kakšni morajo
     
P 49 (2021/2022) 110
biti dimniki glede na moč kurišč. Kako izračunajo,
kakšen mora biti dimnik, si lahko ogledamo na lab.
fs.uni-lj.si/kes/generatorji_toplote/gt-
v07-preracun_dimnika.pdf. Mi poskusimo bolj
preprosto odgovoriti na vprašanje, zakaj dimnik vča-
sih močno »vleče«, drugič pa ne. Naš razmislek bo
upošteval le malo podrobnosti in rezultat bodo le na-
čelne ugotovitve.
Ko se dimni plini dvigajo skozi dimnik, jih nav-
zgor potiska razlika med silo vzgona navzgor in težo
navzdol ter silo upora pri toku skozi dimnik, ki za-
vira; torej imata tako upor kot teža smer navzdol.
Kaj je teža, vemo: vsaka masa m ima v polju ze-
meljske težnosti težo mg. V zunanjem zraku je go-
stota zraka okrog 1 kg{m3 in torej masa zraka v
enem kubičnem metru okrog 1 kg. Če je bolj mraz,
je gostota večja, če je topleje, manjša. Po nižinah,
kjer je zračni tlak višji, je zrak gostejši, v višinah pa
redkejši. Gostota plinov je namreč sorazmerna tlaku
p in obratno sorazmerna temperaturi T , nanjo pa
vpliva tudi sestava plina, kar predstavlja specifična
plinska konstanta R: ρ “ p{RT ; za zrak, ki je me-
šanica predvsem dušika in kisika, je R “ 287 J{kg K.
Torej je masa 1 m3 zraka ponavadi okrog 1 kg, po-
zimi, ko je mraz, pa tudi kaj več kot 1,2 kg. Teža pa
je enaka masi, pomnoženi z g “ 9,81 N{kg.
Tudi upor Fu bolj ali manj poznamo: čim višja je
hitrost skozi dimnik, tem večji je; čim ožji in čim bolj
hrapav je dimnik, večji je upor.
Kaj pa vzgon? Kot je ugotovil že Arhimed več kot
200 let pr. n. št., je vzgon enak teži izpodrinjene
tekočine. Zakaj? Najprej povejmo, da v tekočinah
(kapljevinah in plinih) tlak z globino narašča oz. z
višino pada. In zakaj je npr. zračni tlak višje v ozra-
čju manjši? Na tla pritiska na enoto ploskve tal S
sila teže vsega zraka nad to ploskvijo od tal do vrha
ozračja. Če pa se dvignemo za ∆z, pa smo pod se-
boj pustili en del mase zraka s težo ∆mg “ ρS∆zg.
Zato je na tej višini nad nami manj zraka in sila za
∆pS manjša: ∆pS “ ´ρS∆zg oz. ∆p “ ´ρ∆zg. Ta
enačba ∆p “ ´ρg∆z velja za hidrostatične tlake za
vse tekočine – kapljevine in pline. V nestisljivi vodi
je gostota konstantna in tlak zato z globino enako-
merno narašča. V plinih pa je treba upoštevati, da se
z višino (oz. globino) spreminja tudi gostota: v zraku
pri tleh, kjer je gostota večja, pada z višino bolj, kot
v višinah, kjer je zrak redkejši. Sedaj si zamislimo
volumen zraka v ozračju z osnovno ploskvijo S in vi-
šino ∆z : ∆V “ S∆z. Ta zrak ima gostoto ρ in torej
težo ∆mg “ ρS∆zg. Če kljub svoji teži ne »pade
ne tla«, ampak lebdi v okolišnjem zraku, očitno sili
njegove teže navzdol drži ravnotežje neka enako ve-
lika sila – vzgon Fvzg navzgor. Zračni tlak pod delom
zraka povzroča silo na spodnjo ploskev ki je velika
pS, nad njim pa je tlak za ∆p manjši in zato sila
na zgornjo ploskev navzdol tudi manjša za ∆pS – in
razlika obeh je vzgon.
Vrnimo se k dimnim plinom v dimniku. Tako zrak
okrog dimnika kot dimni plini v dimniku so plini.
Kadar dim ni povsem prozoren, so v njem še kaki
delci pepela ali saj. V našem primeru je razlika tem-
peratur dosti, dosti večja od razlik tlakov in lastno-
sti zraka ter dimnih plinov, zato za p in za R pri-
vzamemo, da sta za v zraku in v dimnih plinih pri-
bližno enaka. Razlika gostot je zato ρzr ´ ρdim «
p
R
´
1
Tzr
´ 1
Tdim
¯
.
Torej je razlika med vzgonom in težo – čisti vzgon
Fnet “ ∆ρgS∆z “
p
R
ˆ
1
Tzr
´ 1
Tdim
˙
gS∆z
“ pgS∆Z
RTdimTzr
pTdim ´ Tzrq .
Vzemimo, da je povprečna temperatura dimnih pli-
nov skozi dimnik okrog 400 °C, zunaj hiše pa okrog
0 stopinj. Razlika temperatur je okrog 400 stopinj;
dimnik močno vleče navzgor! Kolikšen pa je čisti
vzgon? Ker sta masa mdim « pS∆ZRTdim in teža dimnih
plinov tem večja, čim večji (širši in višji) je dimnik
(S∆z), je smiselno oceniti čisti vzgon na masno enoto
Fneto
mdim
“ g Tdim´Tzr
Tzr
« 0,7 g. Torej je vzgon precejšen.
Goriva gorijo v ogljikov dioksid CO2 in v vodo H2O
(oba sta toplogredna plina). Vodna para H2O, ki je je
v dimnih plinih veliko, se v dimniku ne sme uteko-
činiti v tekočo vodo, saj bi dimnik to poškodovalo.
Tudi zato je treba kuriti tako, da je temperatura do-
volj visoka. S tem pa je tudi izkoristek kurjenja večji.
Ali ste že kdaj poskusili zakuriti v peči ali štedil-
niku na drva? Kadar je zunaj toplo, nikakor noče
dobro zagoreti in dim sili vse naokrog po kuhinji ali
sobi. Kadar pa je zunaj zares mraz, pa takoj, ko od-
prete vratca, začutite, da »potegne«, še preden ste
pritaknili vžigalico – že sam toplejši zrak v hiši zado-
stuje za nekaj začetnega vleka. Ko pa zares zagori,
pa tako vleče, da je morda dotok zraka v peč celo
treba pripirati.
ˆ ˆ ˆ