Расчет дымохода для строящейся дровяной печи одно из самых важных условий для нормального и качественного функционирования и работы системы. Поэтому очень важно при строительстве максимально придерживаться принятых норм и правил. Далее поговорим о том, какие средние параметры нужно учитывать и как их определить самостоятельно.
Для чего требуется расчет дымохода?
Для того, чтобы ваша печь работала должным образом, важно, чтобы система дыма отведения была настроена, как положено. Огромную роль в этом играют два основных параметра, с которыми познакомимся немного ниже. От них будет зависеть, какая тяга будет, насколько эффективно будет удаляться дым из печи. Как правильно рассчитать трубу для дымохода будет зависеть не просто функционирование системы, но и безопасность людей живущих в помещении. Поэтому обращайте внимание на любые тонкости, изучайте теорию, чтобы потом можно было без проблем узнать и определить, как самостоятельно рассчитать дымоход.
Какие параметры требуется вычислить?
Для расчета нужно определить такие параметры:
- Длина. Первым делом вам необходимо обязательно определить максимальную высоту здания, сколько метров до конька крыши в том самом месте, где предполагается выход будущей трубы. Потому что от длины будут зависеть одни из самых важных характеристик будущей системы. Учитывайте тот факт, что слишком высокие каналы попросту будут «съедать» тягу, в итоге к источнику тепла будет она добираться с меньшей скоростью, а значит гореть ваша печь, будет намного хуже. Кроме того, «страшны» и слишком низкие дымоходы по отношению к кровле, об этом подробней будет ниже.
- Диаметр дымохода (сечение). Что касается данного параметра, то здесь нужно учитывать не столько сами размеры, сколько первоначально форму самой трубы. Не забывайте важное условие, если вы хотите получить качественную дымоходную систему, работающую по всем правилам, то труба должна быть цилиндрическая. То, есть стенки обязательно делайте круглыми, чтобы сажа и копоть меньше задерживалась в канале. Тем самым, вы отталкиваете момент . Что касается размера (диаметра), то его выбирать нужно исходя из сечения главного выходящего патрубка печи либо котла. Использовать трубы с диаметром больше или меньше патрубка, не рекомендуется. Высокая вероятность разгерметизации.
Как рассчитать параметры дымохода?
Как уже выше описывалось нужно знать определенные параметры. Если два главных параметра – это высота и сечение, то есть еще один показатель, которые нужно в обязательном порядке учитывать. Это характеристики самого отопительного оборудования.
Существует несколько форм расчета, подразделяющиеся на:
- Точные.
- Приблизительные.
- Автоматические.
Под первыми нужно понимать, что требуется учитывать массу факторов, среди которых показатели температуры газов, скорость отделения, высота и скорость к которой будет происходить горение, того или иного топлива. Данные значения нужно подставлять в специальную формулу, подробный расчет будет дан в конце статьи.
Что касается приблизительного расчета, то здесь во внимание берутся показатели размера камеры сгорания. Для примера, приведем классический размер обычной камеры в печи либо котле – это габариты в пределах 500 на 400 мм. Применяется системы подстановки, то есть 1:10. Тогда для круглых каналов, диаметр будет равен 180 — 190 мм.
Третий тип расчета – это использование специальных калькуляторов расчета. Как правило, они выдают более точные данные, однако нужно знать и больше исходных параметров. Грубо говоря – этот тот же первый способ подсчета, но выполняется он уже при помощи вычислительной машины.
Определение высоты дымохода
Мы уже знаем, что от подобного параметра зависит работоспособность системы. Поэтому учитывайте, что согласно СНиПов, высота в среднем должна составлять 5 метров, но не более 7 метров. При меньшей длине, не станет образовываться в достаточном количестве естественная тяга. При расчете следуйте описанным правилам:
- От основы до высшей точки более 5 метров.
- Выход на плоскую крышу знаменуется возвышением оголовка трубы на 500 мм.
- При возведении на скатной крыше, при трех метрах до конька, дымоход при проведении визуальной линии, должен располагаться под 10 градусным углом. Чем меньше расстояние до конька, тем соответственно больше градус.
На схеме показана правильная высота дымовых труб по отношению к различным типам крыши.
Определение сечения дымового канала
Чтобы не использовать сложные геометрические исчисления, рекомендуем вам обращать внимание на рекомендации специалистов. Итак, диаметр дымохода должен соответствовать таким критериям:
- В случае, если мощность не превышает 3,5 Квт, тогда достаточно диаметра в 0,14 см.
- Мощность в пределах до 5 кВт равняется диаметру в 0,20 см.
- Мощность до 7 кВт, равняется сечению трубы в 0,27 – 0,30 см.
Как влияет диаметр дымохода на его высоту?
Диаметр трубы дымохода отчасти только оказывает влияние на высоту. Грубо говоря, вам не получится расширить сечение, чтобы, к примеру, снизить длину канала – эти значения не взаимосвязаны, как многие считают. Поэтому не стоит «мудрить» с диаметром, подгоняя определенную высоту, которая будет ниже 5 метров либо выше 7 метров. Уровень тяги будет одинаковым на всей протяженности от 5 до 7 метров. А вот слишком большой диаметр, может снижать тягу, образовывать завихрения, хотя на первый взгляд это кажется абсурдным.
Расчет оптимального показателя тяги
Кроме расчета диаметра дымохода нужно знать и силу тяги. Для этого вам потребуется найти закон Бернулли и подставить данные внешней температуры, внутренней, а также уровень давления. Для окончательно расчета берется за внимание общая потеря давления в обеих зонах. Если показатели идентичны, значит, тяга находится в оптимальном диапазоне.
Пример расчета печи
Как и обещали, в конце приводим пример самостоятельного расчета. Итак, рассчитать диаметр дымохода для печи на дровах нужно по такой формуле:
D = 4*Vr/3.14*2 = 0.166 m.
Значения подбираются исходя из стандартных размеров и показателей по таблице. Где:
D – Сечение.
Vr – требующийся объем воздуха для горения.
4 – это стандартный параметр тяги.
Выбор дымовой трубы должен быть индивидуальным в каждом конкретном случае. Важен не только материал, из которого изготовлены составляющие дымохода, но и поперечное сечение канала. Оно будет зависеть от источника дыма, его типа, мощности, высоты дымовой трубы.
Расчёт дымовой трубы, чувствительной к влаге, выполняется таким образом, что в ней в течение длительного времени не должен выпадать конденсат. То есть даже в инерционном состоянии дымоходной системы температура внутренней стенки трубы на отметке устья должны быть выше температуры точки росы дымовых газов.
Нечувствительная к влаге дымоходная система UNI может быть установлена в той температурной области, которая недопустима для классических дымовых труб из-за опасности увлажнения всей конструкции дымовой трубы и проникновения влаги наружу.
Независимо от температуры дымовых газов и вида топлива система UNI может быть установлена в жилом доме в качестве дымовой трубы для:
- котла, работающего на твёрдом, жидком или газообразном топливе;
- камина с открытой топкой;
- отдельной печи;
- камина-печи;
- камина с закрытой топкой;
- газового котла, установленного на одном из этажей.
Система UNI в промышленном и индустриальном строительстве применяется для:
-
подключения паровых котлов;
- мусоросжигательных печей;
- обжиговых печей;
- хлебопекарных печей;
- фабрик-кухонь;
- печей, сжигающих дерево и древесные отходы;
- коптильных и сушильных установок;
А так же для отдельно стоящих дымовых труб в капитальном строительстве .
Многообразие типоразмеров в сочетании с расчётными диаграммами, позволяет сделать точный подбор диаметра дымовой трубы от 14 до 45 сантиметров для любой топливо сжигающей установки. Это обстоятельство позволяет обеспечить надёжную и безупречную эксплуатацию дымоходной системы в целом.
Грамотно подобранный диаметр поперечного сечения дымовой трубы является основной предпосылкой для правильного функционирования установки, сжигающей топливо. Соответствующее сечение дымовой трубы вместе с эффективной высотой дымовой трубы должны быть рассчитаны таким образом, чтобы не только преодолеть аэродинамическое сопротивление теплогенератора, но и обеспечить отвод дымовых газов в режиме разрежения через крышу в атмосферу. Под эффективной высотой понимается расстояние от точки подключения потребителя к дымовой трубе до устья. Использование хорошей изоляции, соответствующей каждому диаметру, обеспечивает сохранение высоких температур дымовых газов в устье дымовой трубы.
Для правильного подбора диаметра трубы можно воспользоваться таблицами, специально разработанными специалистами компании Schiedel, в зависимости от номинальной тепловой мощности котла и эффективной высоты дымовой трубы. Диаграммы построены на основании международной системы единиц измерений (номинальная мощность в кВт, тяга котла в Па) и включают также аэродинамическое сопротивление соединительных элементов между котлом и дымовой трубой.
При составлении диаграмм использованы следующие исходные данные:
- Термическое сопротивление дымовой трубы;
- Диаметры 12-20 см (1/λ) = 0,40 м2 К/Вт;
- Диаметры 25-60 см (1/λ) = 0,65 м2 К/Вт;
- Шероховатость внутренней поверхности стенки трубы r = 0,0015 м;
- Соединительных элементов:
- Термическое сопротивление (1/λv) = 0,65 м2 К/Вт
- Шероховатость rv= 0,001 м
- Длина соединительных элементов (дымоход, дымоотвод) максимум 2,0 м
- Высота соединительных элементов 0,5 м
- Местные сопротивления поворотов, участков с изменением конфигурации сечения, изменения скорости движения потока в соединительных элементах, а также на входе в дымовую трубу в сумме равны Σζ = 1,8.
Выбор диаграммы
Выбор диаграммы для расчёта осуществляется в зависимости от вида используемого топлива, конструктивных особенностей топливо использующей установки, а также температуры уходящих газов.
Диаграммы разработаны для следующих типов источников тепла:
| № | Тип источника тепла | Температура дымовых газов, от °С | Температура дымовых газов, до °С |
|---|---|---|---|
| 1 | Атмосферные газовые котлы со стабилизатором потока и с горелками без вентилятора (атмосферные горелки) | 80 | - |
| 2 | Отопительные газовые котлы с горелками с вентилятором и естественной тягой | 140 | - |
| 3 | Отопительные газовые котлы с горелками с вентилятором и тягой на выходе из котла ± 0 Па | 60 | - |
| 4 | Конденсационные котлы, температура дымовых газов от 30°С | 30 | - |
| 5 | Отопительные котлы на дизельном топливе с горелками с вентилятором и естественной тягой с температурой | 140 | - |
| 6 | Отопительные котлы на дизельном топливе с горелками с вентилятором и тягой на выходе из котла ± 0 Па | 60 | - |
| 7 | Отопительные котлы на твёрдом топливе | 140 | - |
| 8 | Отопительные котлы на древесных пеллетах | 140 | - |
| 9 | Камины с открытой топкой | 80 | 190 |
| 10 | Кафельные печи | 80 | 190 |
Рассмотрим такие диаграммы на примерах.
камин с открытой топкой . При этом условии и, что температура уходящих газов будет равно 80˚С, необходимо воспользоваться диаграммой 1.
В основе этой диаграммы лежит расход приточного воздуха на 1 квадратный метр площади открытой топки в размере 360 куб.м/час. При этом подразумевается, что никакие другие топливосжигающие устройства, которые бы могли забирать часть воздуха, в данном помещении не эксплуатируются.
Диаграмма 1
Пример расчёта:
Камин с открытой топкой, площадь сечения топки - 0,5 кв.м, общая эффективная высота дымовой трубы – 6,0 метров, длина соединительных элементов - 1 метр, объём помещения - 250 куб.м. Требуемое поперечное сечение дымовой трубы по диаграмме 1 – 25 см. Требуемое поперечное сечение воздуховода для подачи приточного воздуха - 260 кв.см (правая часть диаграммы 1, интерполяция между линиями 200 кв.см и 300 кв.см).
Рассмотрим пример расчёта поперечного сечения дымовой трубы, обслуживающей отопительный котёл с естественной тягой , работающей на древесных пеллетах. При этом условии и, что температура уходящих газов будет от 190˚С, необходимо воспользоваться диаграммой 2.
Диаграмма 2
Пример расчёта :
Тепловая мощность номинальная такого котла 30кВт, эффективная высота дымовой трубы 12 метров, общая длина соединительных элементов – 2 метра, два поворота на 90˚. Требуемое поперечное сечение дымовой трубы будет составлять 16 см. Такой дымоход может использоваться с тягой до 18 Па.<.p>
- Номинальная тепловая мощность отопительного аппарата, кВт;
- Расход дымовых газов, кг/ч;
- Температура дымовых газов, ˚С;
- Максимальная (требуемая тяга), Па;
- Содержание углекислого газа СО₂, %;
- Тип используемого топлива;
- сжигания топлива (для открытого камина параметры открытой топки);
- Эффективная высота дымохода;
Рассмотрим пример расчёта поперечного сечения дымовой трубы, обслуживающей отопительный котёл с горелками с вентилятором с естественной тягой , работающей на жидком топливе. Сжигание жидкого топлива в котлах этого типа происходит при разрежении в топке котла.
Аэродинамическое сопротивление котла и соединительных элементов со стороны дымовых газов преодолевается за счёт тяги, создаваемой дымовой трубой. При условии, что температура уходящих газов будет в диапазоне от 140 до 190˚С, необходимо воспользоваться диаграммой 3.
Пример расчёта :
При прочих выполненных условиях и номинальной тепловой мощности - 30 кВт, эффективной высотой дымовой трубы - 12 метров. Общая длина соединительных элементов - 2 метра, два поворота на 90 градусов. Требуемое поперечное сечение дымовой трубы определяется по диаграмме 3 и составляет 12 см. Могут использоваться котлы с тягой до 11 Па (правая шкала диаграммы 2).
Для получения более подробной информации рекомендуем обратиться к методической литературе, которую возможно изучить на нашем сайте в разделах дымоходов и вентиляционных каналов, Schiedel UNI Расчет поперечного сечения.
В случае возникновения затруднений, обращайтесь к специалистам Компании Славдом.
Я приветствую моего уважаемого читателя и предлагаю вашему вниманию статью о том, как правильно сделать расчет дымохода в своем доме.
Основная составляющая комфорта в доме – тепло. Решать проблемы отопления частного дома приходится хозяину дома. Для отопления , которые можно смонтировать самостоятельно (кроме газовых), в том числе и дымовые трубы.
Чтобы обеспечить полный отвод дымовых газов из помещения, хорошую тягу и предупредить опрокидывание тяги, необходимо соблюдать требования нормативной документации.
Именно дымоход обеспечивает безопасность жильцов. Неправильно спроектированный дымоход неспособен полностью удалить токсичные продукты сгорания (углекислый и угарный газ, окислы серы), дым и копоть. Возможен даже пожар при попадании горячего дыма в помещение. Особенно опасно опрокидывание тяги – поворот движения дыма в обратном направлении.
Поэтому при монтаже дымохода необходим правильный расчет его параметров – именно они обеспечивают создание идеальной тяги и полное удаление вредных веществ.
Для каких параметров нужен расчет
Основные параметры любого вертикального дымохода – длина и внутреннее (рабочее) сечение дымоотводящего канала. Вся приведенная ниже информация одинаково верна для отопительных приборов на любом виде топлива, но параметры дымоходов для газовых котлов рассчитывают специалисты лицензированной проектной организации.
Длина
Длина дымохода определяется СП 7.13130.2013. Его длина (или высота) измеряется от оголовка вверху трубы до колосниковой решетки отопительного котла. Норматив предусматривает минимальную высоту дымохода и высоту оголовка относительно конька кровли.
Следует иметь в виду, что определенная расчетами высота – номинальная. Фактически дымоход у современного котла расположен сбоку, выпускной патрубок котла расположен в верхней части агрегата на некоторой высоте относительно низа топки. Поэтому фактическая длина вертикальной части дымопровода будет немного меньше, чем расчетные данные – на расстояние от низа топки до выпускного патрубка. Это расстояние можно определить по чертежу агрегата или измерить.
Не стоит думать, что удлинение дымохода – это хорошо. Тяга основана на подъеме вверх горячих отходящих газов, а при слишком большой длине трубы газы охлаждаются и тяга уменьшается. По этой же причине дымоход должен быть утеплен. В утеплении нуждаются даже традиционные печные дымоходы из красного кирпича. Ситуация с тягой усугубляется еще и тем, что отходящие газы от современных котлов с высоким КПД имеют невысокую температуру.
При умеренно удлиненном дымоходе тяга увеличивается, при этом больше тепла вылетает в атмосферу. Слишком сильный ток газов будет гасить газовые отопительные агрегаты. .
Установка низкого дымохода в жилом доме совершенно недопустима – в нем не возникает достаточного разрежения, газы поднимаются с меньшей скоростью, из-за чего тяга уменьшается. Допускается устанавливать невысокие дымоходы на отдельно стоящих печах, например в саду для барбекю и т.д.).
Диаметр дымохода
Не менее важен для создания тяги и диаметр дымохода. При установке современных отопительных агрегатов минимальный диаметр определяется просто – по паспорту агрегата (и диаметру выходного патрубка). Кроме того, в нормативных документах приведены минимальные размеры сечения дымоходов, соответствующие агрегату определенной мощности. Эти данные приведены в паспорте агрегата.
Если внутреннее сечение дымохода по каким-то причинам выбрано квадратным, то его площадь должна быть не меньше круглой конструкции.
При использовании уже существующей традиционной печи дымоход оставляют прежним. При устройстве кирпичной печи и дымовой трубы своими руками необходимо пользоваться проектом (желательно не скачанным в интернете!) и выкладывать трубу в точном соответствии с чертежом. То же относится и к отдельно стоящим кирпичным конструкциям.
Способы расчета
Профессионалы используют несколько методов расчета параметров дымохода. При монтаже больших промышленных труб проектантам поручаются очень сложные расчеты. Они учитывают:
- количество и состав дымовых газов;
- концентрацию вредных веществ в продуктах сгорания;
- материал трубы;
- шероховатости внутренней поверхности борова;
- метеорологическую обстановку в регионе.
Расчет больших труб нередко служит темой для дипломной работы в институте. К счастью, размеры дымоходов в частном доме меньше, мощность отопительных агрегатов также уступает промышленным объектам.
При проектировании небольшой трубы для частного дома пользуются более простыми, хотя и довольно точными расчетами. Полученные в результате расчетов параметры дымохода обеспечивают полную эвакуацию продуктов сгорания из топки и обеспечивают безопасность жильцов. Такие расчеты позволяют избежать ошибок в выборе параметров и при монтаже дымохода, избежать последующей переделки конструкций. Подобные переделки в уже построенном и отделанном доме намного сложнее, чем в процессе строительства.
При расчетах параметров дымовых труб частного дома пользуются точным и приближенным (шведским) методами расчета.
Точный метод
Для отопления чаще устанавливают готовые отопительные или отопительно-варочные агрегаты промышленного производства с определенным диаметром дымохода. С каменками для бани или масляными печками для гаража обычно также монтируют готовые сэндвич-дымоходы небольшого диаметра (100 мм).
Для более точных расчетов необходимо знать характеристики топлива и отопительного котла, скорость подъема дымовых газов, количество сжигаемого топлива, форму дымохода (форму сечения, количество изгибов). Расчеты достаточно сложны и требуют применение некоторых специальных данных, поэтому рассмотрим расчет для отопительного агрегата (камина) на дровах – их чаще делают оригинальными, полагаясь только на опыт печника, поэтому расчет сечения необходим.
Дымоход пусть будет круглого сечения, без поворотов. Данные для расчета:
- среднюю скорость движения дымовых газов по борову v принимаем равной 2 м/с;
- масса дров, сгорающих в течение часа в топке – В=5 кг/ч (влажность 25 %);
- температура исходящих газов – t = 160°С.
Формула для определения объема исходящих газов:
где V – объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива. Для дров с влажностью 25% для сгорания 1 кг необходимо 10 м3 воздуха.
Значение, полученное в результате расчетов, округляется в сторону увеличения до ближайшего типоразмера круглых труб (например, 125 мм). Квадратный или прямоугольный дымоход из кирпича не делают меньше, чем 140×140 мм. Сечение трубы для традиционной печки должно быть больше размера поддувала в полтора раза.
Объем продуктов горения при нормальных условиях и температура исходящего дыма – нормативные данные. См. таблицу:
Шведский метод расчета
Существует так называемый шведский метод расчета, основанный на выборе высоты дымопровода в зависимости от соотношения площади пода печи и сечения трубы. Обычно метод применяют для дровяных каминов. Рассчитывают отношение:
затем переводят отношение в проценты и по графику в зависимости от получившейся величины и формы борова выбирают высоту дымопровода.
При использовании шведского метода расчета можно вычислить площадь сечения борового канала исходя из площади пода топки и высоты трубы, определенной в соответствии с СП 7.13130.2013 в зависимости от высоты конька кровли и расположения дымопровода относительно конька (см. ниже).
Как правильно сделать расчет параметров дымохода
После проведения расчетов высоту трубы сверяют с требованиями нормативного документа – она должна быть не ниже, чем того требует СП 7.13130.2013. В любом случае принимают большее значение длины.
Лучший диаметр дымохода – соответствующий паспорту отопительного агрегата.
Определение высоты дымохода
Высота дымохода определяется еще на этапе проектирования дома в зависимости от расположения трубы на кровле, расстояния до конька или до соседних высоких объектов (домов, больших деревьев).
Зачем нужен этот параметр
От высоты дымохода зависит тяга, а значит, надежность и безопасность работы отопительного агрегата и безопасность жильцов дома. При недостаточном удалении дымовых газов падает КПД котла, печи или камина, возникает опасность отравления жильцов угарным или углекислым газом и опасность пожара.
Требования СНиП
В соответствии с СП 7.13130.2013, минимальная высота дымоотводящей трубы от оголовка до колосниковой решетки отопительного агрегата должна составлять не менее 5 м. При выходе трубы на плоскую кровлю ее высота должна быть не менее 0,5 м. Максимальная длина горизонтального участка не должна превышать 1 м.
Для создания нужного разрежения при выходе дымопровода из кровли высота оголовка трубы над кровлей также оговорена (см. ниже в таблице).
Существует еще понятие ветрового подпора. Если дымовая труба находится поблизости от высокого здания, дерева или невысокая отдельно стоящая труба находится близко к дому, то эти объекты могут загораживать дымоход от ветра и уменьшать тягу. Чтобы определить, не попадает ли труба в зону ветрового подпора, необходимо через верхнюю точку дома или дерева провести наклонную линию под углом 45° к горизонтали. Оголовок трубы должен быть выше этой линии.
Из двух значений высоты выбирают большее. Если для соблюдения нормативных требований придется сооружать очень высокую дымовую трубу (намного выше 5 м), то придется монтировать дымосос, обеспечивающий достаточную тягу при любой длине трубы.
Таблица высоты печной трубы над коньком
Высота дымопровода над коньком должна соответствовать СП 7.13130.2013. Информация приведена в таблице:
Расстояние от конька до трубы измеряют строго по горизонтали.
Расчет сечения дымового канала
СП 7.13130.2013 определяет минимальные сечения дымоходного канала кирпичного или бетонного дымопровода в зависимости от мощности отопительного агрегата:
- до 3,5 кВт – 140×140 мм (Ø не менее 158 мм);
- 3,5-5,2кВт – 140×200 мм (Ø не менее 189 мм);
- 5,2-7,0 кВт – 140×270 мм (Ø не менее 219 мм).
При модернизации печей с неизвестной мощностью либо оставляют дымопровод существующего сечения, либо вставляют внутрь круглый вкладыш из нержавейки подходящего диаметра. Если к старой печи устанавливают современные керамические или сэндвич-трубы, то внутренний диаметр модулей должен быть не меньше, чем диаметр вкладыша, который бы поместился при установке в старую трубу. Теоретически можно поискать проект старой печи, но в большинстве случаев это невозможно.
Чаще всего приглашали печника, и тот складывал печи и дымоходы 2-3 освоенных типоразмеров безо всяких проектов и расчетов. Реально определить все особенности устройства печи из кирпича по внешнему виду невозможно, и единственный ориентир при выборе сечения вкладыша или нового дымохода – сечение борова уже существовавшего дымохода (при условии, что он хорошо работал). Если дымоход , то при его замене или модернизации лучше пригласить специалиста-теплотехника и поручить ему соответствующие расчеты.
Диаметр труб с внутренней поверхностью из гладкой керамики или нержавейки может быть немного меньше (на 30%). В задвижках печей, работающих на твердом топливе, должно быть не перекрываемое отверстие сечением не меньше 15×15 мм.
Внутреннее сечение дымохода: какое лучше?
В дымоходе квадратной или прямоугольной формы в углах будут завихрения дыма, слегка тормозящие поток газов и способствующие оседанию конденсата и сажи. По этой же причине углы трубы практически не участвуют в токе газов. Кроме того, у боровов квадратного и прямоугольного сечения больше площадь поверхности стенок, чем у боровов круглого сечения – это увеличивает трение поднимающихся газов о стенки и сильнее тормозит их.
Поэтому желательно выбирать дымоход круглой формы, а современные трубы из сэндвича или керамики выпускают именно круглого сечения, как и трубы из нержавеющей стали, асбоцемента. Квадратная или прямоугольная форма встречается у старых кирпичных дымоходов. Но для современных котлов, печей и каминов в кирпичный короб нужно вставлять круглый вкладыш из нержавейки.
Что делать, если сечение дымохода квадратное
Но возможно использовать и дымопровод квадратного сечения – квадратная или прямоугольная форма не очень существенно влияет на тягу, а полная переделка трубы сложна и затратна. Кирпичные дымоходы традиционных печей испокон веку имели квадратную или прямоугольную форму, при необходимости можно использовать старую трубу и сейчас.
Следует иметь в виду, что с современным отопительным агрегатом кирпичная труба без вкладыша долго не проработает – ее разрушит химически агрессивный конденсат.
Кирпичная труба должна иметь сечение примерно в полтора раза больше, чем у круглого дымопровода с гладкими стальными стенками. Поэтому установка вкладыша не ухудшает дымоотводящую способность квадратной кирпичной трубы.
Каким должен быть диаметр дымохода для печки
В идеальном случае диаметр дымохода должен быть равен диаметру выходного патрубка котла или немного больше (если патрубок имеет нестандартное сечение).
Диаметр дымохода для печки определяется из площади сечения по вечной школьной формуле: s=πd2/4. Площадь сечения должна быть равна или немного меньше значения площади сечения квадратного борова, определяемого по нормативным документам в зависимости от мощности котла.
Как влияет диаметр дымоотвода на его высоту
При устройстве дымоотвода существует непреложная зависимость: чем уже сечение борова, тем выше должна быть труба. Более высокая труба увеличивает тягу и скорость подъема дымовых газов. Но чрезмерно высокая начинает тормозить тягу – горячие газы охлаждаются, их тормозит и трение о стенки борова, особенно шершавого кирпичного.
Расчет оптимального показателя тяги
Тяга – уменьшение давления в дымоходе. Расчет тяги нужен для проверки, правильно ли определена высота и сечение борова дымохода.
где ∆P – разница давлений на входе и выходе из трубы, Па;
a – атмосферное давление, Па;
h – высота трубы, м;
Ti – средняя температура внутри помещения, К;
To – внешняя температура, К.
Для неспециалиста показатель тяги не дает достаточной информацией, поэтому обычно рассчитывают величину объема отходящего дыма, которую обеспечивает наличие тяги в дымовой трубе. Именно объем отходящих газов показывает, насколько труба обеспечивает полное удаление отработанных газов с токсичными веществами и безопасность жильцов.
Формула точна только для воздуха, для дыма формула получается приблизительной. Но и по приближенному значению можно оценить, обеспечивает ли безопасность людей дымоход. Расчетная величина удаляемых газов должна быть больше или равна расчетной величине исходящих газов (см. выше).
где Vрасч – поток удаляемых газов, м/с3;
S – площадь сечения борова, м2;
С – коэффициент, учитывающий потери на трение; обычно принимают равным 0,65-0,7;
g – ускорение свободного падения, 9,807 м/с2;
h – высота трубы, м;
Ti – средняя температура внутри помещения, К (температура в кельвинах на 273 единицы больше температуры в °С);
To – внешняя температура, К.
За счет чего образуется естественная тяга в печи
Естественная тяга в дымоходе возникает вследствие подъема горячего и менее плотного дыма вверх. Снизу в топку подсасывается плотный холодный воздух, кислород реагирует с топливом, воздух с дымом разогревается в топке, поднимается и так далее.
Пример расчета
Для примера покажу расчет объема удаляемого воздуха для трубы с внутренним диаметром 0,125 м, площадью 0,012266 м2 и высотой, например, 6 м, внутренней температурой 20 °С и минимальной наружной температурой -20 °С.
Вывод: такая труба обеспечивает полное удаление дымовых газов из топки. Vрасч заметно превышает Vисх, поэтому для удешевления дымохода стоит просчитать Vрасч для более короткой или узкой трубы и рассмотреть возможность их установки.
При выборе дымохода меньшего сечения и высоты необходимо обязательно просчитать тягу при 10 °С – она будет меньше, чем при низких температурах, но Vисх должен быть равен или больше Vрасч и при положительных температурах, иначе не будет обеспечена полная эвакуация угарного и углекислого газа из помещения при теплой погоде.
В данном случае Vрасч значительно больше Vисх, так как в расчетах мы взяли конструкцию длиной 6 м (а не оптимальные 5 м) и округлили расчетный диаметр 0,118 м в большую сторону.
Онлайн-калькуляторы
Значительно облегчают расчеты параметров дымовой трубы готовые онлайн-калькуляторы .
Заключение
Я прощаюсь со своим уважаемым читателем. Когда будете строить новый коттедж или модернизировать старый дом, особое внимание уделите проектированию дымохода – это залог безопасности вашей семьи. Получайте новые статьи сайта, приводите на сайт друзей, делитесь интересной и полезной информацией с подписчиками в соцсетях.
ДЫМОВАЯ ТРУБА , устройство для отведения газов, развивающихся при горении в топках, или ядовитых газов химических, металлургических и других заводов в относительно высокие слои атмосферы, а также для возбуждения тяги, вызывающей приток воздуха, необходимого для сгорания топлива. Образование тяги объясняется разностью между удельным весом горячих газов внутри трубы и удельным весом наружного воздуха. По конструкции дымовые трубы разделяют на кирпичные, железные и железобетонные.
Кирпичные дымовые трубы выполняются круглого, квадратного, шестиугольного и восьмиугольного поперечного сечения. В настоящее время кирпичные дымовые трубы делают исключительно круглого сечения, т. к. при этой форме влияние давления ветра, величина поверхности, отдающей тепло, и объем кирпичной кладки получаются наименьшими. Для кирпичных дымовых труб применяют специальный лекальный пустотелый кирпич (фиг. 1), имеющий форму части сегмента с несколькими вертикальными сквозными отверстиями.
Лекальный кирпич приготовляют из чистой глины. В дымовой трубе (фиг. 2) различают следующие главные части: 1) фундамент, подразделяющийся на бетонное основание и бутовую кладку; 2) постамент, подразделяющийся на: цоколь, ствол постамента и карниз; 3) ствол трубы, подразделяющийся на: нижний выступающий пояс, собственно ствол и головку.
Фундамент дымовой трубы обыкновенно книзу расширяется уступами, причем ширина уступа не должна превышать 2/3 его высоты. Если по состоянию грунта ширина уступа д. б. более 2/3 его высоты, то такие фундаменты рекомендуется выполнять железобетонными. Бетонное основание дымовых труб делается высотой не менее 600 мм. Бутовый камень фундамента и грунт необходимо хорошо изолировать от действия горячих газов, которые могут ослабить прочность бутовой кладки. Изоляция же достигается кирпичной кладкой толщиною приблизительно в 2,5 кирпича. Постамент и ствол также д. б. изолированы от вредного действия горячих газов; для этого при температуре газов >250° применяют свободно стоящую футеровку из огнеупорного кирпича на шамотном растворе. Ствол трубы возводится звеньями (барабанами), высота которых по возможности делается одинаковой в пределах 3-10 м. Толщина стенок трубы должна позвенно увеличиваться по направлению книзу, что соответствует общему уклону, который для внешней стороны равен 0,015-0,04, а для внутренней - 0,002-0,02.
Для защиты дымовой трубы от повреждения молнией на ней устанавливают громоотвод, состоящий из приемника, наружного провода и заземленного отвода в виде тонкой медной луженой пластины. Наружный провод громоотвода крепится в особых железных держателях, которые при возведении дымовой трубы заделываются в кладке на расстоянии приблизительно 2 м друг от друга. Возведение дымовой трубы производится без лесов; лесами пользуются обыкновенно только вначале, когда кладется нижняя часть дымовой трубы, а далее уже весь строительный материал подается с помощью несложных подъемных механизмов (фиг. 3 и 4). При возведении дымовой трубы необходимо наблюдать за тем, чтобы оси отдельных звеньев трубы в точности совпадали с осью трубы; последнее проверяется с помощью веска.
Из повреждений дымовой трубы наиболее важным является уклонение дымовой трубы от первоначального ее вертикального положения. Последнее обстоятельство чаще всего объясняется неравномерной осадкой фундамента. Выпрямление трубы производится следующим образом: в нижней части дымовой трубы со стороны, противоположной той, куда труба наклонилась, пробивают во всю толщину стенки ряд отверстий на протяжении более половины периметра трубы, которые заполняют более тонким слоем кладки, после чего оставшиеся промежуточные части кладки осторожно удаляют, и дымовая труба, оседая от собственного веса, постепенно выпрямляется, приближаясь к вертикальному положению. Исправление появившихся трещин, повреждения облицовки или швов, производится во время действия трубы, причем рабочие взбираются до места работ по железным скобам, расположенным с наружной ее стороны.
При проектировании дымовой трубы , прежде всего, определяют ее главные размеры, т. е. диаметр верхнего сечения и высоту, и затем производят статический расчет. Величина диаметра трубы зависит от допускаемой скорости выхода газов, которую во избежание нарушений в работе трубы не рекомендуется делать менее 2 м/сек. При меньшей скорости газов могут получиться обратные потоки и задувание ветром. Максимальной выходной скоростью газов считают 8 м/сек; превышение этой скорости влечет значительные потери на трение и поддержание скорости газов в трубе. Т. о., при определении площади верхнего сечения дымовой трубы желательно задаваться скоростью в 3-4 м/сек, чтобы, при всех возможных колебаниях нагрузки проектируемой установки, скорость газов при выходе из трубы оставалась в пределах 2-8 м/сек. Для определения площади верхнего сечения и высоты дымовой трубы предварительно вычисляют следующие величины: а) Полный объем дымовых газов V определяется по составу дымовых газов и расходу топлива, сгорающего в час (см. Газ топочный и дымовой). Для определения объема сухих газов, приходящегося на 1 кг топлива при 0° и 760 мм рт. ст., с достаточной точностью можно воспользоваться приближенной формулой Даша:
где Q - рабочая теплопроизводительность топлива в Cal/кг; а - коэффициент избытка воздуха, величина которого зависит от размеров обмуровки котла и экономайзера, ее плотности, длины борова, степени разрежения в газоходах и от многих других причин; в общем случае можно принять а = 1,6-2,0. Объем водяных паров при 0° и 760 мм рт. ст. определяется по формуле:
где Н - содержание водорода в рабочем топливе в % по весу; W - содержание влаги в рабочем топливе в % по весу; W ф. - количество пара (в кг), введенное в топку для сжигания 1 кг топлива, при наличии парового дутья или паровой форсунки. Т. о., приближенный полный объем продуктов сгорания при 0° и 760 мм рт. ст., получающихся при сгорании 1 кг топлива, определяется по следующей формуле:
б) Средняя теплоемкость 1 м 3 сухих газов в Cal определяется из уравнения:
в) Средняя теплоемкость 1 кг водяных паров в Cal определяется из уравнения:
причем вес водяных паров, образующихся при сгорании 1 кг топлива, определяется по формуле:
в уравнениях (4) и (5) t’ - температура газов при входе в дымовую трубу.
Расчет площади верхнего сечения дымовой трубы в свету производится по формуле:
где w - скорость газов в м/сек при выходе (желательно 3-4 м/сек), a V СК. - секундный объем газов, определяемый по формуле:
где В - часовой расход топлива в кг, V - полный объем газов, определяемый из формулы (3), Р б. - барометрическое давление в мм рт. ст., t" - температура газов при выходе из трубы, которая определяется по формуле:
где (G n.c. ·c n.c.) - тепло, отдаваемое газами при охлаждении на 1° и отнесенное к 1 кг сожженного топлива, определяемое из уравнения:
В - часовой расход топлива в кг, d cp. - средний диаметр дымовой трубы в свету в м; Н - высота дымовой трубы в м; t s. - температура воздуха; χ - коэффициенте теплопередачи дымовой трубы (в Cal/м 2 ·час·°С), принимаемый с достаточной точностью равным: 1 - для кирпичной трубы, 2 - для бетонной трубы (толщиной 100 мм) и 4 - для железной нефутерованной. Для определения высоты дымовой трубы, измеряемой от уровня колосниковой решетки, служит формула:
где S" - теоретическая тяга в мм вод. ст., развиваемая трубою, γ в. - удельный вес воздуха при 0° и 760 мм рт. ст., γ г. - удельный вес газов при тех же условиях, t cp. - средняя температура газов. Так как y в. ≈y г. ≈1,293, то формула (9) примет вид:
Чтобы знать действительную тягу проектируемой трубы, надо, кроме учитываемых потерь от охлаждения газов, определить также потери тяги на трение и создание скорости газов в трубе, а именно:
где γ ср. - удельный вес газов (вычисляется по состоянию газов в среднем поперечном сечении трубы); w cp. - средняя скорость газов в том же сечении; g = 9,81 м/сек 2 ; ψ - коэффициент, который в среднем можно принять 0,0007, при диаметре менее 0,5 м, и 0,0006 - для труб большего диаметра. Т. о. действительная тяга у основания трубы
Действительная тяга проектируемой дымовой трубы (формула 13) не д. б. менее всех сопротивлений установки. При расчете площади верхнего сечения дымовой трубы и ее высоты иногда пользуются и более простыми, довольно многочисленными эмпирическими формулами. Все эти формулы составлены на основании опытных данных и содержат целый ряд числовых коэффициентов, от правильного применения которых и зависит точность определения размеров дымовой трубы; однако, пользование эмпирическими формулами при расчете дымовой трубы не рекомендуется.
После определения площади верхнего сечения дымовой трубы приступают к статическому расчету, исследуя устойчивость трубы и краевые напряжения от действия ветра и веса кладки. Для определения основных величин рассматривают часть дымовой трубы (фиг. 5), лежащую выше сечения ВВ 1 и имеющую одинаковую толщину стенок δ.
В центре тяжести этого элемента S прикладывают силу давления ветра Р и силу Q, вызываемую весом кладки, лежащей выше рассматриваемого сечения. Равнодействующую силу R перемещают по ее направлению до пересечения с плоскостью сечения ВВ 1 в точке А, где ее снова разлагают на составляющие Р" и Q". Силой Р" обыкновенно пренебрегают, как силой, вызывающей незначительное срезывающее усилие, а по оси трубы прикладывают две взаимно уравновешивающиеся силы Q, из которых одна, направленная вниз, вызывает напряжение сжатия, а другая дает с составляющей Q" пару сил с плечом с. Напряжение сжатия от силы Q выражается уравнением:
1800 - вес в кг 1 м 3 кладки. Напряжение изгиба:
где M=Q·c = P·e и W-момент сопротивления площади сечения
площадь, на которую действует ветер, в м 2
давление ветра
где k - давление ветра, принимаемое равным 150 кг/м 2 и 0,67 - коэффициент, принимаемый при определении силы давления ветра для круглых труб. Момент сопротивления W для кольцеобразного сечения:
Таким образом,
двойной знак означает здесь, что максимальные напряжения являются сжимающими (+) с подветренной стороны и растягивающими (-) с наветренной стороны дымовой трубы. Искомое сложное краевое напряжение (в кг/м 2):
Уравнение (16) показывает, что в различных местах горизонтального сечения трубы, в зависимости от того, будет ли абсолютная величина σ 1 больше, меньше или равна σ 2 , возникают напряжения на сжатие, на растяжение или же напряжения будут равны нулю. Прямая, проходящая через точки нулевых напряжений, называется нейтральной осью N; эта ось находится в сопряжении с точкой приложения A эксцентричной силы Q. Кривая, описываемая точкой А, когда нейтральная ось принимает все положения, касательные к данному сечению, образует ядро сечения. Для круглых труб ядро сечения представляет собой круг, радиус которого
Ядро сечения есть площадь, внутри которой должна лежать точка приложения эксцентричной силы Q, если напряжения в рассматриваемом сечении д. б. только одного знака. Как только точка А выйдет за пределы ядра сечения, нейтральная ось пройдет через рассматриваемое сечение, разделив его на две части, напряженные противоположно. Для определения напряжений, возникающих в поперечном сечении любого звена дымовой трубы, ниже приводятся формулы, с помощью которых производится упрощенный расчет круглой дымовой трубы. Принимая k = 150 кг/м 2 и пользуясь формулой (16), краевое напряжение в основании верхнего звена дымовой трубы можно выразить следующим образом:
для 2-го звена
для n-го звена
где D 1 , D 2 , D 3 ,... - наружные диаметры у основания звеньев дымовой трубы в метрах, d 1 d 2 , d 3 ,... – внутренние диаметры у основания звеньев, d" 1 , d" 2 , d" 3 ... - внутренние диаметры у вершин звеньев, d 0 - диаметр верхнего отверстия дымовой трубы, D 0 - верхний наружный диаметр трубы, δ 1 , δ 2 , δ 3 ,... - толщины стенок по высоте звеньев, h 1 , h 2 , h 3 ,... - высоты отдельных звеньев и Н 1 , Н 2 , Н 3 ... - высоты, считая от вершины дымовой трубы до рассматриваемого сечения. Введя обозначения
Объем кирпичной кладки звеньев, лежащих выше рассматриваемого сечения, определяется по формуле:
Что касается фундамента дымовой трубы, то его глубина заложения h" определяется в каждом случае отдельно. Глубина фундамента не д. б. менее глубины промерзания грунта. Давление на грунт, вызываемое всем сооружением дымовой трубы, при фундаменте круглого сечения определяется по следующей формуле:
где, кроме вышепринятых обозначений, D - диаметр нижнего основания фундамента в м (внутренний диаметр d = 0), U - объем бутовой кладки фундамента и бетонного основания. Вес 1 м 3 кладки фундамента принимается равным 2260 кг. При расчете кирпичной дымовой трубы высотой до 30 м допускается напряжение на сжатие до 12 кг/cм 2 , а на растяжение - до 1,2 кг/см 2 . Для дымовой трубы большей высоты это напряжение уменьшается на каждый метр высоты на 0,05 кг/см 2 ; т. о., для дымовой трубы высотою более 54 метров напряжение на растяжение не допускается. При расчете же фундамента дымовой трубы в плоскости соприкосновения его с грунтом напряжение на растяжение вовсе не допускается. Во многих западных странах имеются специальные утвержденные требования, предъявляемые к кирпичным дымовым трубам.
Железные дымовые трубы применяют в большинстве случаев в дымососных установках, в установках, имеющих временное значение, а также при слабом грунте. Конструктивно железные дымовые трубы выполняются из конических железных барабанов, высотой каждый около 1 м, склепанных между собой таким образом, что каждый верхний барабан охватывает снаружи нижерасположенный. Такая конструкция дымовой трубы создает меньшее сопротивление проходу газов и, кроме того, устраняет возможность попадания в швы дождевой воды. Толщина железа, употребляемого для дымовых труб, 3-8 мм. Основанием железных дымовых труб служит чугунная фундаментная плита, которая крепится обыкновенно на кирпичном цоколе. Необходимая высота железных дымовых труб и их диаметры определяются, как и для кирпичных дымовых труб; при этом диаметры рекомендуется брать на 30% больше, чем для кирпичных труб, вследствие более сильного охлаждения газов. При статическом расчете железных дымовых труб т. о. приходится учитывать изгибающие усилия, вызываемые давлением ветра. Эти усилия воспринимаются обычно растяжками, которые прикрепляются к кольцам, охватывающим дымовую трубу (фиг. 6).
Растяжки делают из цепей, из стальных тросов или круглого железа. При расчете железных дымовых труб, как и кирпичных, принимают: а) k - давление ветра - равным 150 кг/м 2 ; б) коэффициент, принимаемый при определении силы давления ветра для круглых труб =2/3(≈0,67). Далее, примем следующие обозначения: Н - высота над крышей в см; h 1 - высота в см части дымовой трубы, расположенной выше кольца; h 2 - высота в см части, расположенной ниже кольца; h 3 - высота части, находящейся под крышей; D - внешний диаметр дымовой трубы в см; D 1 - внутренний диаметр в см; δ - толщина стенки дымовой трубы в см; Р - давление ветра на всю трубу в кг; S - натяжение растяжки в кг; α - угол наклона растяжек; 
- момент сопротивления поперечного сечения кругового кольца; σ - напряжение материала железной дымовой трубы в кг/см 2 .
В зависимости от высоты железной дымовой трубы могут быть три случая крепления: 1) труба растяжками не укрепляется вовсе, 2) труба укрепляется только в одном месте и 3) труба укрепляется по высоте растяжками в двух и более местах.
Случай 1 .
Изгибающий момент от силы давления ветра
напряжение изгиба
Железные дымовые трубы без растяжек строятся в последнее время весьма значительных размеров (высотой до 60 м); на фиг. 7 изображена такая дымовая труба высотой 45 м.
Случай 2 . Давление ветра на трубу (фиг. 6) Р = 0,01 DH кг. Натяжение наветренной растяжки
Ствол дымовой трубы испытывает следующие напряжения: 1) от продольного изгиба, вызываемого собственным весом дымовой трубы и вертикальной составляющей S 2 натяжения растяжек, и 2) от изгиба моментом М" вследствие давления ветра Р и момента М" вертикальной составляющей натяжения растяжек S. Влияние первого рода нагрузки незначительно и его учитывают пренебрегая заделкой нижнего конца дымовой трубы. Максимальные значения изгибающий момент приобретает в двух сечениях: у кольца, к которому крепятся растяжки, - М 1 , и в сечении, лежащем на высоте
от уровня крыши, - М 2 .
Для расчета отдельных частей железных дымовых труб, растяжек, колец и пр., пользуются обычными формулами сопротивления материалов; коэффициенты прочности на растяжение для растяжек k z ≤ 1000 кг/см 2 , на изгиб для трубы k b ≤ 800 кг/см 2 .
Т. к. давление ветра воспринимается гл. образом растяжками, то подошву основания дымовой трубы достаточно рассчитать на давление собственного веса
где G 1 - вес в кг самой трубы, определяемый по ее размерам, с добавлением около 25% на заклепки и перекрышку шва, и G 2 - вес в кг цоколя и фундамента; при этом допускаемое давление на грунт колеблется в среднем от 0,75 до 1,5 кг/см 2 .
Железобетонные дымовые трубы применяются реже, чем кирпичные и железные, что объясняется гл. обр. особенностями свойств железобетона. Бетон при продолжительном действии на него высокой температуры теряет прочность вследствие химического разложения некоторых составных частей; резкая разница температур между внутренней и внешней сторонами стенки дымовой трубы вызывает глубокие трещины и разрушения бетонной дымовой трубы. В последнее время за границей (особенно в Америке) тщательно изучают на опытах действие теплоты на всю конструкцию железобетонных дымовых труб. Как оказывается, главные напряжения материала в этих трубах вызываются высокими температурами, вследствие чего при проектировании на эту сторону расчета приходится обращать особое внимание. Согласно установленным правилам, железобетонная дымовая труба по всей высоте, от основания до устья, должна снабжаться надежной футеровкой, рассчитанной таким образом, чтобы перепад температур между внутренней и внешней сторонами стенки не превышал 80° (Δt ≤ 80°). Указанная величина Δt для дымовой трубы с футеровкой определяется следующей формулой:
где t i - температура газов у поверхности стенки футеровки, t n - температура окружающего воздуха, а i - коэффициент теплопередачи от газов к стенке в Cal/м 2 ·час·°С, а а - коэффициент теплопередачи от стенки к окружающему воздуху в Саl/м 2 ·час·°С, d f - толщина футеровки в м; λ f - средний коэффициент теплопроводности футеровки в Саl·м/м 2 ·час·°С, λ" - эквивалентный коэффициент теплопередачи через воздушную прослойку, d" - толщина воздушной прослойки в м, λ - средний коэффициент теплопроводности железобетонной стенки в Cal·м/м 2 ·час·°С, d - толщина железобетонной стенки в м. Для дымовой трубы без футеровки величина Δt определяется по более простой формуле:
Относительно числовых величин коэффициентов, входящих в формулы (28) и (29), необходимо отметить, что для уточнения их в Америке производятся обширные опыты. Коэффициент теплопроводности железобетонной стенки λ не следует брать слишком большим, и при расчете дымовой трубы его рекомендуется принимать в пределах 1,2-0,8. Коэффициент теплопередачи от газов к стенке a i определяется по следующей формуле:
где w - максимальная скорость газов в различных сечениях трубы; что касается коэффициента теплопередачи a a , то в отношении его пока нет достаточно обоснованных данных. Если окружающий воздух находится в состоянии покоя, что на практике бывает очень редко, то a a ≈ 6. При более неблагоприятных условиях a a может доходить до 20. Средний коэффициент теплопроводности футеровки λ f можно принимать около 0,7; λ" берут по формуле:
Давление ветра, которое кладется в основу статического расчета железобетонных дымовых труб определяется в каждом случае следующей формулой:
где Н - высота дымовой трубы от основания до устья в м. Сила давления ветра на всю трубу определяется, как и для кирпичных дымовых труб, по формуле
где χ для круглых труб = 0,67. Установленные за границей для железобетонных дымовых труб требования являются более жесткими и детальными, чем для кирпичных. Применение железобетона позволяет сооружать дымовые трубы весьма большой высоты, что является очень ценным для современных тепловых установок. Одна из самых высоких железобетонных дымовых труб построена в Америке в 1927 г. для Horne Copper С° (Канада). Эта труба предназначена для отведения газов от ряда печей с температурой 150-230° в высокие слои атмосферы. Высота дымовой трубы 129 м, диаметр верхнего сечения 3,96 м; ее фундамент расположен на скале, на высоте 270 м над уровнем моря. Разрежение, создаваемое этой трубой, колеблется в пределах 20-35 мм вод. ст., при температуре наружного воздуха от -20 до +32°. С внутренней стороны труба изолирована футеровкой с воздушной прослойкой в 50 мм. Футеровка выполнена из материалов, не поддающихся действию кислот. Фундамент представляет собой железобетонное кольцо с диаметрами 10670 и 7010 мм.
Одно из важнейших требований обеспечения безопасности эксплуатации твердотопливного отопительного оборудования – это правильная организация отведения продуктов сгорания. С тем расчетом, чтобы они своевременно и полностью выходили наружу, не проникая в помещение, и уступали место притоку свежего воздуха, необходимого для непрерывного горения топливной закладки. Нарушение этих правил приводит, в лучшем случае, к неэффективной работе печи или котла. Но гораздо страшнее – это вероятность отравления угарным газом или же возникновение пожароопасной ситуации.
В настоящей статье мы не станем рассматривать возможные варианты возведения дымоходных труб – об этом немало информации в других публикациях нашего портала. Разговор пойдет об основных параметрах трубы – ее сечении, обеспечивающем своевременный отвод продуктов сгорания с оптимальной скоростью, и высоте, обеспечивающей создание необходимой естественной тяги.
Итак, тема сегодняшнего разговора - дымовая труба: расчет высоты и сечения, обоснования и удобные онлайн-калькуляторы.
Почему рассматриваются именно твердотопливные приборы?
Всё просто – с ними в этих вопросах всегда больше проблем, если сравнивать с газовыми. Поясним почему:
- Прежде всего, газовые отопительные приборы – это практически всегда изделия заводского производства. То есть обязательно имеют патрубок определенного сечения для подсоединения к дымоходу. Оговаривается площадь сечения канала и в технической документации модели. То есть все довольно просто – ни на одном из участков уходящего вверх дымохода зауживать канал не допускается.
- Температура выходящих в дымоход продуктов сгорания газа несоизмеримо меньше, чем у образующихся при сгорании древесины или иного твёрдого топлива.
- Трудно сравнить и объёмы образующихся при сгорании «голубого» и твердого топлива газовых смесей. Разница здесь – весьма существенная!
А вот твердотопливные отопительные приборы, печи или котлы, очень часто создаются самостоятельно. Или же достаются «в наследство» от бывших владельцев дома. И вот здесь никогда не лишней будет проверка параметров подключённого к такому прибору дымохода.
Впрочем, то, что касается высоты трубы и проверки тяги – наверное, можно в полной мере отнести и к газовому отопительному оборудованию. Сечение-то известно, но остальное проверить не помешает.
Но начнем именно с сечения.
Как рассчитать площадь сечения дымовой трубы?
Существует несколько методик расчета оптимального сечения. Например, от размеров топочной камеры очага или от площади поддувального окна печи. Но в этой публикации внимание будет сконцентрировано на той методике, которая основана на оценке объема образующихся в процессе сгораний дымовых газов.
На основе расчётов и опытов специалистами давно уже составлены таблицы, из которых можно получить информацию об удельном дымообразовании для разных типов твердого топлива. То есть какой объем продуктов сгорания образуется при сжигании, скажем, одного килограмма дров, угля, торфа и т.п.
Приведем и мы такую таблицу (в сокращенном варианте). В ней, помимо удельного дымообразования, показаны калорийность топлива (количество тепла, выделяемого при сжигании одного килограмма) и примерная температура продуктов сгорания на выходе из дымоходной трубы. Первая из указанных характеристик нас в заданный момент особо не интересует - просто дает общее представление об эффективности топлива. А вот температура, да, понадобится для расчетов.
| Тип топлива | Удельная калорийность топлива, кКал/кг, усредненно | Удельный объем выделяемых продуктов сгорания от сжигания 1 кг, м³ | Рекомендуемая температура на выходе из дымохода, °С |
|---|---|---|---|
| Дрова со средним уровнем влажности - 25% | 3300 | 10 | 150 |
| Торф кусковой (россыпью), воздушной просушки, со средним уровнем влажность не выше 30% | 3000 | 10 | 130 |
| Торф - брикеты | 4000 | 11 | 130 |
| Уголь бурый | 4700 | 12 | 120 |
| Уголь каменный | 5200 | 17 | 110 |
| Антрацит | 7000 | 17 | 110 |
| Пеллеты или древесные топливные брикеты | 4800 | 9 | 150 |
Как видите, объемы впечатляют. Даже дающие минимальную дымность типы топлива – это уже около 10 кубометров на каждый сожженный килограмм. Значит, просто из соображений физики и геометрии сечение дымоходного канала должно быть в состоянии постоянно отводить эти немалые объемы наружу.
От этого и «пляшем» при расчёте.
Цены на дымовую трубу
дымовая труба
Объем продуктов сгорания, выделяемых при сжигании твёрдого топлива в течение часа можно определить по следующей формуле (с учетом температурного расширения газов).
Vgч = Vуд × Мтч × (1 + Тд/273))
Vgч - объем продуктов сгорания, образующийся в течение часа.
Vуд - удельный объем образующихся продуктов сгорания для выбранного типа топлива, м³/кг (из таблицы).
Мтч - масса топливной закладки, сгораемой в течение одного часа. Обычно находится отношением полной топливной закладки ко времени ее полного прогорания. Например, в печь загружается разом12 кг дров, и они прогорают за 3 часа. Значит, Мтч = 12 / 3 = 4 кг/час.
Тд - температура газов (℃) на выходе из дымоходной трубы (из таблицы).
273 - константа, для приведения температурных параметров к шкале Кельвина, использующейся в термодинамических расчетах.
Так как единица времени в нашей системе исчисления секунда, то узнать объем, получающийся за секунду, несложно – результат просто делится на 3600:
Vgс = Vgч / 3600
Чтобы узнать площадь сечения канала, который гарантированно пропустит через себя этот объем при определенной скорости движения газов, надо найти их отношение
Sc = Vgс / Fд
Sc - площадь поперечного сечения канала дымохода, м².
Fд - скорость потока газов в дымоходной трубе, м/с
Несколько слов об этой скорости. Для отопительных приборов и сооружений бытового класса обычно стремятся остановиться в диапазоне от 1,5 до 2.5 м/с. При такой, с одной стороны – невысокой скорости не наблюдается значительного сопротивления потоку, не возникает сильных завихрений, тормозящих движение газов. Минимизируются тепловые потери, снижается до нормальных величин температура газов на выходе из трубы. Вместе с тем, скорость в достаточной степени большая для того, чтобы уменьшить образование конденсата и оседание золы на внутренних стенках канала.
Если найдено сечение (а это – минимальная его величина), то по известным геометрическим формулам можно найти или диаметр для трубы круглого сечения, или длину стороны – при квадратном сечении, или подобрать длины сторон при прямоугольном.
Ниже предложен калькулятор, который до предела упростит проведение этих вычислений. В нем необходимо указать тип топлива, примерный расход его расход (точнее, массу и время прогорания полной загрузки) и ожидаемую скорость потока газов в дымоходе. Остальное программа выполнит сама.
Итоговый результат показывается в трех представлениях:
Минимальный диаметр для круглого сечения;
Минимальная длина стороны для квадратного сечения;
Площадь сечения, по которой можно, например, подобрать размеры сторон для прямоугольного сечения.