Φυσικός ελκυσμός καπνοδόχου

 Των κ.κ. 
• Ιωάννη Θ. Αραβανή, Ηλεκτρολόγου Μηχανικού, Καθηγητή Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, giannisaravanis@hotmail.com 
• Τρύφωνα-Χρυσοβαλάντη Ι. Αραβανή, Διπλ. Μηχανολόγου και Αεροναυπηγού Μηχανικού, Υποψήφιου Ph.D. Πανεπιστήμιου Πατρών, trifonation@hotmail.com
• Θεοφάνη Ι. Αραβανή, Διπλ. Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Τεχνολογίας Υπολογιστών, M.Sc. Ε.Μ.Π., M.B.A., Υποψήφιου Ph.D. Πανεπιστήμιου Πατρών, faravanis@hotmail.com

Ως καπνοδόχος θεωρείται το σύνολο των δομικών ή άλλων στοιχείων, που εξασφαλίζουν την απαγωγή των καυσαερίων, που προέρχονται από μια συσκευή καύσης, προς το εξωτερικό περιβάλλον του κτιρίου. Εκ πρώτης όψεως αυτή μοιάζει να είναι ένας όρθιος και κενός σωλήνας. Ο τρόπος λειτουργίας της, όμως, αξίζει να εξετασθεί. Ας ρίξουμε, λοιπόν, λίγο φως στη «φυσική» της, για να μπορέσουμε να καταλάβουμε τι ακριβώς συμβαίνει. Το πρώτο πράγμα που θα πρέπει να κατανοήσουμε είναι ότι, σε ένα κτίριο, αλληλεπιδρούν ένα σύστημα από διάφορες δυνάμεις, που δεν τις αντιλαμβανόμαστε άμεσα, παρά μόνο από τα αποτελέσματά τους. Ο εσωτερικός αέρας του κτιρίου κινείται ασταμάτητα, επηρεαζόμενος από τις εξωτερικές συνθήκες που επικρατούν ανά πάσα στιγμή έξω από αυτό, όπως το νερό της θάλασσας επηρεάζει το νερό στο εσωτερικό ενός βυθισμένου πλοίου. Κάθε κτίριο, πρακτικά, είναι βυθισμένο στον αέρα που μπαίνει και βγαίνει από αυτό, ακολουθώντας θεμελιώδεις νόμους της φυσικής.
Άξιο προσοχής είναι ότι, αν τοποθετήσουμε το χέρι μας επάνω από ένα θερμαντικό σώμα, θα παρατηρήσουμε ότι, θερμός αέρας κινείται ανοδικά προς το ταβάνι. Αυτό που, ίσως, δεν θα αντιληφθούμε είναι μια παράλληλη προς το έδαφος κίνηση κρύου αέρα προς το θερμαντικό σώμα, καθώς και μια καθοδική κίνηση αέρα, σε σημεία μακριά από αυτό. Αυτή η κίνηση των ρευμάτων, θερμά προς τα πάνω και ψυχρά προς τα κάτω, είναι ασταμάτητη σε κάθε χώρο που υπάρχει αέρας. Ένα μέρος αυτού του αέρα ανακυκλώνεται μέσα στον ίδιο χώρο, ακολουθώντας, συνήθως, μία συγκεκριμένη και συχνά μη αντιληπτή τροχιά, και ένα άλλο μέρος του ανανεώνεται με φρέσκο, που εισάγεται από τα εξωτερικά ανοίγματα του κτιρίου.
Ο θερμός αέρας που συσσωρεύεται στα ανώτερα στρώματα των εσωτερικών χώρων και όσο μάλιστα συνεχίζει να θερμαίνεται, πιέζεται και εξωθείται από το κτίριο, αναγκάζοντας νέο, πιο κρύο αέρα, να εισέλθει σε αυτό για να καλύψει το κενό. Όσο πιο στεγανό είναι το κτίριο, τόσο πιο δύσκολη και βίαιη γίνεται αυτή η προσπάθεια. Σε κάποιο νοητό επίπεδο, εντός του κτιρίου και παράλληλο προς το έδαφος, βρίσκεται το λεγόμενο θεωρητικό επίπεδο μηδενικής πίεσης. Πάνω από αυτό το επίπεδο η πίεση είναι μεγαλύτερη από αυτή του περιβάλλοντος, ενώ από κάτω μικρότερη. Η θέση αυτού του επιπέδου μεταβάλλεται διαρκώς σαν κάποιο σεντόνι που τινάζεται. Αυτό είναι αποτέλεσμα παραγόντων που διαμορφώνουν τη θερμοκρασία και την πίεση του αέρα. 

Η εξωτερική θερμοκρασία, η ηλιακή ακτινοβολία, τα ρεύματα αέρα, οι εσωτερικές συσκευές θέρμανσης, η παρουσία και η κίνηση ανθρώπων μέσα στον χώρο, ακόμα και το υλικό κατασκευής των επίπλων, επηρεάζει σημαντικά τις τιμές αυτές. Κάθε φορά, για παράδειγμα, που μία συσκευή καύσης, η οποία βρίσκεται κάτω από το επίπεδο μηδενικής πίεσης ενεργοποιείται, δημιουργεί ρεύμα θερμού αέρα προς τα πάνω και υποπίεση χαμηλά. Αυτό γίνεται ιδιαίτερα αισθητό σε κατοικίες που έχουν, π.χ., δύο εστίες τζακιού, τοποθετημένες σε διαφορετικά ύψη μεταξύ τους και μάλιστα όταν η μία βρίσκεται επάνω από το επίπεδο μηδενικής πίεσης και η άλλη από κάτω. Η επάνω εστία, εκμεταλλευόμενη την υπάρχουσα πίεση του ζεστού αέρα, απάγει άνετα τα δικά της καυσαέρια προς το εξωτερικό περιβάλλον. Ταυτόχρονα, όμως, προκειμένου να αναπληρωθεί το κενό, δημιουργείται η ανάγκη για νέο αέρα στο χώρο. Τότε, η καμινάδα τής κάτω εστίας λειτουργεί αντίστροφα, εισάγοντας φρέσκο αέρα από το εξωτερικό περιβάλλον, προς τον εσωτερικό χώρο της κατοικίας. Συνεκτιμώμενο, επίσης, ότι, συνήθως τέτοιου είδους καμινάδες δεν απέχουν πολύ η μία από την άλλη, η καμινάδα της κάτω εστίας, συχνά εισάγει εντός του χώρου της κατοικίας και τα δικά της καυσαέρια και τα καυσαέρια της επάνω.
Ακόμα όμως και αν δεν λειτουργεί καμία εστία, ακόμα και αν το σπίτι είναι ακατοίκητο, αρκεί μια ξαφνική ηλιοφάνεια ή ένας άνεμος για να μεταβάλλει τις συνθήκες με τον ίδιο τρόπο και να αναγκάσει την κάτω εστία να εισάγει αέρα από την καμινάδα της, φέρνοντας εντός της κατοικίας οσμές από τα παγιδευμένα σε αυτήν στερεά υπολείμματα της καύσης.
Η ηλιοφάνεια είναι εύκολο να αντιληφθούμε πώς επενεργεί σε αυτή την κίνηση, αφού ουσιαστικά οι ηλιακές ακτίνες θερμαίνουν τον αέρα των ανωτέρων στρωμάτων των χώρου, δημιουργώντας το προαναφερθέν αποτέλεσμα. Η επίδραση του εξωτερικού ανέμου, ως προς την εσωτερική κίνηση του αέρα, είναι λίγο διαφορετική. Στην πλευρά που χτυπά ο άνεμος δημιουργείται πίεση, ενώ στην αντίθετη υποπίεση. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το επίπεδο μηδενικής πίεσης μεταβάλλει τη θέση του και από παράλληλο προς το έδαφος κινείται σε θέση πιο κάθετη προς αυτό. Τον ρόλο της εισαγωγής και εξαγωγής του αέρα παίρνουν τα παράθυρα.
Αυτή η αλλαγή φυσικά αλλάζει και τη ροή αέρα της καμινάδας, με αποτέλεσμα, κάποιες φορές να εισάγει τα καυσαέρια μέσα στο σπίτι. Το ίδιο αποτέλεσμα δημιουργούν και διάφορες συσκευές, όπως απορροφητήρες, εξαεριστήρες και ηλεκτρικές σκούπες, που αντλούν τον αέρα από το εσωτερικό του σπιτιού, αυξάνοντας την ανάγκη για νέο, φρέσκο αέρα μέσα στο σπίτι. Κάθε καμινάδα φυσικής ροής, χωρίς δηλαδή κάποια υποβοήθηση και ειδικά όταν το κτίριο είναι πολύ στεγανό, εύκολα αλλάζει τη ροή της για να ικανοποιήσει αντίστροφα ως προς τη σωστή λειτουργία της την ίδια ανάγκη για ισορροπία πίεσης μέσα στο κτίριο. Η κίνηση του αέρα δεν διαφέρει από την κίνηση του νερού. Παρόλο που, ίσως, δεν το αντιλαμβανόμαστε, οι φυσικοί νόμοι είναι ακριβώς οι ίδιοι, με μόνη διαφορά ότι, οι τιμές πίεσης είναι αντίστροφες.
Αν αναλογισθούμε ένα φράγμα, θα διαπιστώσουμε ότι είναι κατασκευασμένο με μεγαλύτερο πάχος χαμηλά και μικρότερο ψηλά. Αυτό συμβαίνει γιατί, όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος μέσα στο νερό, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση και η δύναμη που ασκεί για να εκτονωθεί. Αν αντιστρέψουμε το φράγμα, μπορούμε να πάρουμε μια ιδέα για το πώς διαμορφώνονται οι πιέσεις στον αέρα. Ίσως, όμως, η καλύτερη μέθοδος είναι να σκεφτούμε τον τρόπο που λειτουργεί ένα κοινό καλαμάκι μέσα σε ένα ποτήρι με νερό. Αν φυσήξουμε αέρα από το περιβάλλον προς το νερό, μέσα από το καλαμάκι, αυτός, με μορφή φυσαλίδων και μέσα από το νερό, θα βρεθεί πάλι στο περιβάλλον. Δηλαδή εκεί που ήταν και πριν. Αυτό που συμβαίνει με τη σωστή λειτουργία μιας καμινάδας, είναι το αντίστοιχο του να ρουφήξεις νερό μέσα από το καλαμάκι. Η δύναμη που ασκείται από την πλευρά μας ονομάζεται ελκυσμός, από το «έλκω» που σημαίνει τραβώ. Αν σκεφθούμε δε ότι, αν σφίξουμε το καλαμάκι με τα χέρια μας και το στενέψουμε ή το πλατύνουμε ή το στραβώσουμε ή το κοντύνουμε ή το μακρύνουμε ή το τρυπήσουμε, τότε χρειαζόμαστε μεγαλύτερη δύναμη για να ρουφήξουμε την ίδια ποσότητα νερού.
Προσοχή, λοιπόν, στα κατασκευαστικά στοιχεία και μεγέθη μιας καμινάδας. Όλοι οι παράγοντες που διαμορφώνουν τη λειτουργία της καμινάδας μεταβάλλονται διαρκώς και αλληλεπιδρούν. Η καμινάδα μπορεί να φαίνεται ως ένα απλό καλαμάκι, στην πράξη όμως, πάντα υπάρχει κάποιος, έξω από το σπίτι, που ρουφά διαρκώς τον αέρα που κυκλοφορεί μέσα σε αυτό και παίζει, σφίγγοντας με τα χέρια του τους τοίχους και το καλαμάκι. Εμείς, μπορεί να μην τον βλέπουμε και να μην μπορούμε να τον ελέγξουμε, όμως μπορούμε να διαμορφώσουμε το ποτήρι και το καλαμάκι με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορεί και αυτός να χαίρεται το νερό του, και εμείς τον αέρα μας.