Vurdering af omfanget af dårlige skorstene til private brændeovne og brændekedler, regelgrundlag og løsningsmuligheder
5 Spredningsforhold for skorstene
Der er en række andre forhold, der har indflydelse på, om skorstenen har tilfredsstillende trækforhold og røgafkast, så det ikke giver lugt- og sundhedsmæssige gener for omgivelserne. Det er grundlæggende vindpåvirkningen, som afhænger af skorstenens højde og placering på tagfladen i forhold til husets størrelse og udformning, nærliggende bygninger og høje træer, og ikke mindst afstande til og højde af nabohuse.
Som udgangspunkt er det meget vanskeligt at beskrive vindpåvirkningen omkring bygninger, da selv små forskelle i bygningernes udformning kan have en væsentlig betydning for strømningsforholdene og dermed røgens spredning. Det er lidt nemmer at beskrive vindpåvirkningen i generelle termer og dermed give en forståelse for de mekanismer, der har betydning for vindpåvirkningen, og derved gøre det muligt at forstå og forudsige hvilke problemer en konkret skorsten kan forårsage.
En grundlægende forståelse for de meget komplicerede forhold omkring spredningen af røg omkring lave skorstene kan medvirke til:
• at identificere årsager til dårlige skorstensforhold og derved bedre kunne anvise forbedringsmuligheder.
• at vurdere de potentielle røggener for naboerne, ud fra de konkrete fysiske forhold for hus og skorsten, og nabobygningernes orientering i forhold hertil.
I dette kapitel gives en generel introduktion til vindpåvirkninger omkring bygninger, samt røgspredning omkring fritliggende bygninger.
I Bilag G er der en grundigere gennemgang af røgspredningen omkring fritliggende bygninger. Spredningsforholdene fra huse med forskellige taghældninger og skorstenshøjder illustreres ved at gengive udvalgte dele af undersøgelsen ”Røgspredningen omkring fritliggende bygninger”, baseret på forsøg i en vindtunnel af Civilingeniør Allan Bang Jensen fra dk-TEKNIK /11/.
5.1 Vindens strømningsforhold omkring bygninger
Strømningsforholdene omkring bygninger medfører ofte, at røgen fra lave skorstene spredes mod jordoverfladen, hvor det kan give anledning til gener. Når vinden blæser forbi en bygning, vil der på vindsiden dannes et overtryk, hvor vinden afbøjes udenom huset. Omkring huset og specielt på bagsiden (læsiden) vil der være hvirvlende luftbevægelser, og der vil være undertryk i forhold til barometertrykket. Forholdene er vist i Figur 15.
Figur 15: Vindens strømning omkring en bygning. Billedet til venstre viser, hvorledes en høj skorsten sender røgen ud i den rolige luftstrøm over bygningen, og røgfanen spredes frit i luften. I læsiden dannes et turbulensfelt, der suger røgfanen ned mod jorden, og røgfanen spredes langs jorden.
Vindtunnelforsøg /11/ har vist, at røgen fra en lav skorsten, der udmunder lige over tagfladen, hyppigt vil blive suget ned i dette hvirvelområde. Hvirvlerne vil føre røgen med sig ned mod jorden og ind mod husets tag og ydervægge, og røgfanen spredes langs jorden.
Anderledes forholder det sig med høje skorstene. Her udsendes røgen i en højde, hvor luftens bevægelse er jævn og uforstyrret. Det gælder om at gøre skorstenen så høj, at røgfanen bliver holdt fri af det hvirvelområde, der dannes i læ af de omkringliggende huse. Hermed opfylder skorstenen sine vigtigste formål at give træk til brændeovnen og sprede røgen, så den ikke giver gener i omgivelserne. Fri fortynding af røggassen kræver typisk en meget højere skorsten end den højde på 4 - 6 meter, der blot sikrer et tilstrækkeligt træk til brændeovnen.
Skorstene, der er placeret, så de påvirkes af bygningens turbulensfelt, medfører såedes meget nemt røg og lugtgener i de nære omgivelser.
Målinger og modelforsøg /8/ har vist, at afstrømningsvinkelen, d.v.s. den vinkel som hvirvelområdet udbreder sig med opad, er ca. 27°. På huse med taghældning på 27° vil hvirvelområdet derfor udbrede sig fra tagryggen med samme hældning som taget. På huse med mindre taghældning vil hvirvelområdet starte fra tagkanten med en vinkel på 27°, og på huse med større taghældning vil hvirvelområdet starte fra tagryggen. Det er illustreret i Figur 16, hvor det ses, at placeres skorstenen ved husets tagfod, så skal skorstenen være meget høj for at komme op over hvirvelområdet.
Figur 16. Skorstenen skal udmunde over de punkterede linier ved en vinkel på 27°, hvis bygningsnedsug skal undgås /16/.
Det ses tydeligt i Figur 16, at en skorsten placeret i tagrygningen på symmetriske bygninger vil resultere i det mindste krav til skorstenens højde over taget, når påvirkningen fra bygningens turbulensfelt skal begrænses, og vinden kan komme fra begge sider. På huse med ensidig hældning eller asymmetriske tagflader er den bedste skorstensplacering der, hvor 27° linjerne fra begge tagkanter mødes.
På huse med fladt tag er den bedste placering af skorstenen midt på taget, hvor højden til 27° linjerne er mindst. Udbredelsen af hvirvelområdet på flade tage er dog lidt mere kompliceret, idet det i høj gad også afhænger af tagets udformning, så vinklen kan være større end 27°. Hvis taget har tagfremspring, forøges hvirvelområdet, så vinklen er nærmere 45° /9/, hvilket betyder, at en skorsten placeret midt på taget skal være en halv tagbredde høj for at komme over hvirvelzonen, som vist i Figur 17. Dette betyder, at for at undgå røgnedslag, skal skorstenen på huse med flade tage i mange tilfælde være højere, end hvis huset havde høj rejsning.
Figur 17. skorstenshøjde over fladt tag for at komme over hvirvelzonen /16/.
Den nødvendige skorstenshøjde for at komme over hvirvelzonen afhænger i høj grad af bygningens og tagets udformning og skorstenens placering på tagfladen. Hvis skorstenen ikke placeres det optimale sted på tagfladen, skal den have en højde på flere meter over tagryggen, hvis røgen skal gå helt fri af bygningens turbulensområde og spredes frit i omgivelserne.
5.1.1 Røgspredning og vinden
Når skorstenen er placeret, så er det vinden, der har den afgørende betydning for spredningen af røgen, som bevæger sig bort fra skorstenen med samme hastighed som vinden. Koncentrationen af røg er størst i luften lige ved skorstenen og aftager udefter i røgfanen, efterhånden som røgen bliver mere og mere spredt.
Røgens fortynding afhænger af vindhastigheden, idet kraftig vind giver den bedste fortynding, fordi mængden af luft, der pr. tidsenhed passerer skorsten og fortynder røgen, er direkte proportional med vindhastigheden. Kraftigere vind giver dog også mere turbulens og et større bygningsnedsug, så røgfanen nemmere føres ned mod jorden.
Udover vindhastigheden har også vindretningen betydning for spredningsforholdene. Den største effekt af turbulensen i bygningens læside ses, når vinden rammer huset med en vinkel på mellem 45 og 75o. Blæser vinden på langs af en bygning med rejsning, vil forholdene nærme sig et fladt tag, fordi vinden blæser ind på gavlen og møder en kant som på et hus med fladt tag. Kanten er dog skrå ned til begge sider, så forholdene er mere komplicerede. Der vil dog være tale om et turbulensområde, som rækker højere op, end hvis vinden går vinkelret ind på den skrå tagflade.
Det er velkendt, at en skorsten placeret i en bygnings vindside kan have et dårligt træk på grund af det overtryk, der skabes, når vinden rammer en bygning. Dette fænomen er særlig udtalt for lave skorstene, der udmunder under tagryggen.
Som det ses af vindrosen herunder, er den fremherskende vindretning i Danmark vest/sydvest. Dermed vil en skorsten placeret på den vestlige side af en bygning være mere udsat for vindovertryk, end en tilsvarende skorsten placeret i bygningens østside. Til gengæld vil en skorsten placeret på den østlige side (læsiden) være påvirket af bygningens turbulensfelt, og dermed risiko for vindnedslag.
Figur 18. Vindrose fra Københavns Lufthavn med vindfordelingen i perioden 1973-2002. Det er tydeligt, at den overvejende vindretning er vest/sydvest.
Det skal dog bemærkes, at den viste vindrose kun er et eksempel, fordi der lokalt kan optræde vindforhold med vindretninger, der adskiller sig meget fra den viste fordeling for Kastrup Lufthavn. Lokale typografiske forhold kan medføre ændret vindretningen, ligesom bebyggelser, specielt rækkehus og større boligblokke kan få vinden til lokalt at følge husenes orientering i længderetningen. Der er også årstidsvariationer, f.eks. vil der i kolde vintre typisk være en større hyppighed af vind fra øst/nordøst, som blæser kold luft fra Sibirien, mens der i varme vinter hyppigere blæser varmere luft fra havene mod vest/sydvest.
5.1.2 Påvirkning fra andre bygninger og beplantning
Selv om skorstenen placeres og indrettes, så røgfanen ikke påvirkes af turbulens fra bygningen, kan der alligevel opstå røggener i de nære omgivelser. Dette kan f.eks. forekomme, hvis højden af omkringliggende bebyggelse er højere end den aktuelle skorsten. Den nødvendige afstand afhænger af højden på den omkringliggende bebyggelse. Normalt har en bygning indflydelse på spredningsforholdene i en zone, der svarer til 2 gange bygningshøjden /42/. Beplantninger kan både mindske og forværre røgnedslaget. Virkningen afhænger af beplantningens højde, afstand til bygningen og placering i forhold til vindretningen. Hække eller træer placeret i vindsiden kan mindske vindhastigheden ved husets vægge. Således har vindtunnelforsøg /11/ med en halvgennemtrængelig vindspærring med en højde svarende til ¼ hushøjde og i en afstand af 4 hushøjder fra det relevante hus vist en gunstig virkning på turbulensfeltet. Højere træer placeret tættere på bygningen forværrer røgnedslaget. Dette gælder både i vind- og læsiden.
5.1.3 Skorstensnedsug
Når vindhastigheden er større end eller lig med røgens hastighed ud af skorstenen, vil røgen suges ned på skorstenens læside. I teorien kan man modvirke denne tendens ved at lade røgen strømme ud af skorstenen med stor hastighed, men i praksis er det ikke muligt ved netop brændeovne, hvor den indfyrede effekt og dermed tilgængelige røggasmængde er meget begrænset.
Udslipshastigheden i skorstenen fra almindelige brændeovne er typisk under 1 m/s, og denne lave udslipshastighed medfører, at de meget ofte har skorstensnedsug. En hyppigt anvendt "tommelfingerregel" siger, at røghastigheden divideret med vindhastigheden skal være større end 1,5 for helt at undgå skorstensnedsug. Hvis røghastigheden er 1 m/s, så skal vindhastigheden være mindre end 0,7 m/s, d.v.s. næsten vindstille, for at undgå skorstensnedsug.
Skorstensnedsuget er størst ved brede, firkantede skorstene, hvor hvirvelområdet bliver kraftigere end bag mindre runde stålskorstene. Sværtningen afhænger selvfølgelig også af forbrændingen, da dårlig forbrænding giver mere sod og dermed mere sværtning.
Figur 19. Eksempler på sodsværtning af skorstene
Kraftig sodsværtning på en skorsten kan derfor være tegn på dårlig forbrænding, men det kan også være en gammel skade, for sværtningen forsvinder ikke af sig selv.
5.2 Diskussion
Når vinden blæser forbi en bygning, vil der dels opstå overtryk på forsiden af huset, og dels undertryk på husets bagside. Desuden vil der i varierende grad opstå hvirvler omkring og specielt bag huset. Hvis skorstenen udmunder inden for hvirvelzonen, vil røgen nemt, af dette bygningsnedsug, blive trukket helt ned til jorden bag ved huset, og spredes langs med jorden.
Hvis skorstenen udmunder i overtrykszonen, vil det generelt reducere skorstenstrækket. Hvis den udmunder i undertrykszonen vil det i princippet give lidt bedre skorstenstræk, men der vil kunne forekomme vindnedslag, dvs. vindhvirvler som blæser ned i skorstenen og ødelægger skorstenstrækket.
Hvis bygningsnedsug skal undgås, skal skorstenen udmunde over hvirvelzonen, som også angivet i SBI-anvisningen. Den mest hensigtsmæssige skorstensplacering er i tagryggen, fordi det giver den bedste spredning af røgen. Jo længere væk fra tagryggen skorstenen placeres, jo højere skal den være, for at opnå den samme spredning af røgen, som ved placering i tagryggen. På huse med flade tage er den mest hensigtsmæssige placering midt på taget. Flade tage kan være problematiske og kræver ofte en højere skorsten, end hvis huset havde høj rejsning, hvis de samme spredningsforhold skal opnås.
Placeres skorstenen ved tagkanten, så skal skorstenen være betydeligt højere (flere meter) end tagryggen, hvis røgen skal gå fri af hvirvelzonen. Hverken bygningsreglementet eller SBI-anvisningen tager rigtig højde for dette, selvom det nævnes, at skorstenen bør udmunde over hvirvelzonen, så er der ingen anvisninger for størrelsen af hvirvelzonen.
Uover vindhastigheden har også vindretningen betydning for spredningsforholdene. Det største bygningsnedsug i bygningens læside ses, når vinden rammer huset med en vinkel på mellem 45 og 75o. Blæser vinden på langs af en bygning med rejsning, vil forholdene nærme sig et fladt tag, fordi vinden blæser ind på gavlen og møder en kant som på et hus med fladt tag. Er det den fremherskende vindretning, og er der naboer lige netop i den retning, er der forøget risiko for røggener.
Spredningsforholdene omkring lave bygninger er således meget komplicerede, men det er muligt at forudse, om en given placering af en skorsten giver en stor risiko for at genere naboer. Dog vil en aktuel gene være stærkt afhængig af fyringsteknik og –vane, ligesom naboens vaner med udluftning og åbne vinduer i fyringssæsonen er betydende for oplevelsen af røggene inde i huset.
Det ville være meget hensigtsmæssigt med et PC-beregningsværktøj, som kunne beregne genepotentialet ud fra oplysninger om skorstenens højde og placering i forhold til naboernes huse (afstand, højde og retning). Forholdene er dog så komplicerede, at det nok ikke er realistisk. Det tidligere nævnte tyske PC-program til beregning af skorstene medregner afstand og størrelse af nabohuse, som anvist i standarden, men det er formentlig ikke nok til at sikre mod gener i alle situationer.
Version 1.0 Oktober 2007, © Miljøstyrelsen.