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.

Устанавливая дымоходную трубу , очень важно рассчитать правильный диаметр дымохода , этому вопросу нужно уделить особое внимание при проектировании автономной системы отопления. Часто дымоходная труба подбирается на основе примерных параметров. Многие обыватели считают, что будет лучше сделать диаметр сечения дымохода побольше, однако это совсем не так. Чтобы отопительная система функционировала в оптимальном режиме, требуется произвести точный расчет диаметра дымохода.

Исходные параметры расчет дымоходной трубы.

Для расчёта дымохода вы можете воспользоваться калькулятором расчета дымохода .

На характеристики будущей дымоходной трубы непосредственно влияют определенные параметры, из которых самыми важными являются:

1. Тип отопительного прибора. Организация системы газоотведения в большинстве случаев необходима для твердотопливных котлов и печей. В расчет принимается объем камеры сгорания, а также площадь проема камеры поступления воздуха в топку - зольника. Часто расчет производится и для самодельных котлов, которые работают на дизельном топливе или газе.

2. Общая длина дымохода и его конфигурация. Самой оптимальной считается конструкция длиной 5 метров и с прямой магистралью. Дополнительные вихревые зоны, отрицательно сказывающиеся на тяге создаются каждым поворотным углом.

3. Геометрия сечения дымохода. Идеальным вариантом является цилиндрическая конструкция дымохода. Но такой формы очень тяжело добиться для кирпичной кладки. Менее эффективно прямоугольное (квадратное) сечение дымохода, но для него потребуется и меньше трудозатрат.

Приблизительный и точный расчет диаметра дымохода.

На сложной математической платформе базируются точные вычисления. Чтобы рассчитать диаметр дымохода , необходимо знать его основные характеристики, а также характеристики топлива и прибора отопления. Для примера можно взять расчет стандартной трубы с круглым сечением без поворотных узлов, подключенной к печи и работающей на дровах. Берутся следующие входные параметры вычисления:

• температура газов при входе в трубу t- 150°С;
• средняя скорость прохождения газов по всей длине - 2 м/с;
• скорость сжигания дров (топлива) при одной закладке B= 10 кг/час.

Следуя этим данным можно переходить непосредственно к расчетам. Сначала требуется узнать какой объем выходящих газов, он определяется по формуле:

Где V - это объем воздуха, необходимый для поддержания процесса горения со скоростью 10 кг/час. Он равняется - 10 м³/кг.

Подставив данное значение получим результат:

Затем подставляем это значение в формулу, по которой вычисляется диаметр дымохода :

Чтобы произвести такой расчет, нужно точно знать все параметры в будущей системы отвода газов. Данная схема очень редко применяется на практике, особенно в случае организации бытовой автономной системы отопления. Определить диаметр дымохода можно и другими способами.

Например, исходя из габаритов камеры сгорания. Поскольку количество сжигаемого топлива зависит от ее размеров, значит объем входящих газов тоже зависит от нее. Если открытая топка и дымоход с круглым сечением, то соотношение принимается 1:10. То есть когда размер камеры сгорания равняется 50*40 см, значит оптимальный диаметр дымохода будет составлять 18 см.

При возведении кирпичной конструкции дымохода соотношение равно 1:1,5. Диаметр дымоходной системы в этом случае должен быть больше размера поддувала. Квадратное сечение будет не меньше 140*140 мм (это связано с создающимися в кирпичной трубе завихрениями).

Шведский метод расчета диаметра дымохода.

В вышеописанных примерах во внимание не берется высота газоотводной системы. Для нее применяют соотношение площади камеры сгорания к сечению трубы, учитывая и ее высоту. Значение трубы определяется по графику:

Где f — площадь дымохода, а F - площадь топки.

Однако такой метод применим больше к каминным системам, поскольку в расчет не берется объем воздуха для топки.

Можно выбирать различные методы расчета диаметра дымохода , но при установке сложных систем отопления важно оптимально точная схема, особенно это относится к низкотемпературным отопительным приборам длительного горения.

29673 0 17

Как сделать расчет дымовой трубы – 4 важные момента, которые нужно учитывать при монтаже дымохода

Для обогрева частных домов в холодное время года, чаще всего применяются, либо обычные кирпичные печи и камины, либо бытовые отопительные котлы на твердом, жидком или газообразном топливе. Непременным условием для нормальной работы таких отопительных приборов, является свободное поступление достаточного количества свежего воздуха в зону горения пламени, и быстрый отвод в атмосферу отработанных продуктов сгорания топлива. Чтобы обеспечить соблюдение этих условий, перед монтажом печного дымохода, очень важно выполнить грамотный расчет дымовой трубы при естественной тяге, поскольку от этого будет зависеть не только эффективность работы отопительных приборов, но и безопасность жильцов частного дома.

За счет чего образуется естественная тяга в печи

Большинство отопительно-варочных печей и котлов автономного отопления не оборудованы системой принудительного поддува свежего воздуха и удаления отработанных дымовых газов, поэтому процесс сгорания топлива в них, напрямую зависит от наличия естественной тяги в трубе дымохода.

Теоретически, методика расчета дымовой трубы довольно проста. Чтобы читателю стало понятно, откуда берется естественная тяга, далее я постараюсь вкратце объяснить физику тепловых и газодинамических процессов, которые происходят в печи во время горения топлива.

1. Печной дымоход всегда устанавливается вертикально (за исключением отдельных горизонтальных или наклонных участков). Его канал начинается в верхней части свода топки, и заканчивается на улице, на некотором возвышении над крышей дома;

1. Раскаленные дымовые газы в зоне горения топлива имеют очень высокую температуру (до 1000° C), поэтому, согласно законам физики, быстро устремляются вверх;
2. Подымаясь вверх по дымоходной трубе со скоростью около двух метров в секунду, дымовые газы создают в печи область пониженного давления;
3. За счет естественного разрежения в топке, обеспечивается приток свежего воздуха через поддувало и колосниковую решетку в зону горения пламени;
4. Таким образом, несложно понять, что для образования хорошей естественной тяги необходимо соблюдение сразу несколько условий:

• Дымовая труба должна быть расположена строго вертикально . Кроме того, ода должна иметь достаточную высоту и максимально прямолинейную конфигурацию, без лишних изгибов и поворотов под углом более 45°.

• Внутреннее сечение дымового канала должно быть рассчитано таким образом, чтобы он позволял беспрепятственно пропускать в атмосферу весь объем дымовых газов , которые образуются в процессе сгорания топлива;
• Чтобы не создавать значительное аэродинамическое сопротивление движению дыма, внутренние стенки трубы должны иметь максимально ровную и гладкую поверхность с минимальным количеством переходов и стыков;
• По мере продвижения по трубе, дымовые газы постепенно остывают, что приводит к увеличению их плотности, и склонности к образованию . Чтобы этого не происходило, труба дымохода должна иметь хорошую теплоизоляцию .

Существенное положительное влияние на силу естественной тяги оказывает ветер на улице. Это объясняется тем, что непрерывный поток воздуха, направленный перпендикулярно оси дымохода, создает в нем пониженное давление. Поэтому в ветреную погоду всегда наблюдается хорошая тяга в печи.

Момент 1. Выбор материала и конструкции дымохода

В нормативно-технической строительной документации не оговариваются какие-либо жесткие требования по обустройству печных дымоходов, поэтому каждый владелец жилья изготавливает дымовую трубу на свое усмотрение. В то же время, я должен сказать, что все виды дымоходов отличаются между собой не только по конструктивным и внешним признакам, но также и по теплотехническим, весовым и газодинамическим характеристикам.

1. Дымовая труба из кирпичной кладки характеризуется высокой прочностью и долговечностью, хорошо выдерживает длительное воздействие высоких температур, однако плохо противостоит воздействию агрессивного дымового конденсата. Благодаря массивным кирпичным стенкам, она отличается высокой теплоемкостью и удовлетворительными теплоизоляционными свойствами. Что касается вопроса конденсации водяных паров и газодинамики кирпичного дымохода, то здесь не все так хорошо.

• Массивная кирпичная труба имеет значительный вес , поэтому для ее установки необходим собственный фундамент, который в свою очередь, также требует отдельных расчетов;

• Прямоугольная или квадратная форма поперечного сечения дымовых каналов, в сочетании с неровными и шероховатыми внутренними стенками, создают значительное сопротивление движению дымовых газов , поэтому сечение таких дымоходов следует подбирать с небольшим запасом;
• Отсутствие дополнительной теплоизоляции может привести к образованию конденсата внутри дымохода , поэтому ее стенки должны иметь достаточную толщину для того, чтобы температура дымовых газов внутри не опускалась ниже точки выпадения росы.

1. Асбоцементные и керамические трубы продаются в готовом виде, и легко монтируются своими руками, поэтому их нередко применяют в строительстве частных домов для подключения газовых или твердотопливных котлов. Многих хозяев жилья привлекает их не очень невысокая цена, однако я хочу напомнить, что при монтаже дымохода из асбоцементных труб, нужно принимать во внимание следующие моменты:

• Асбоцементные трубы обладают высокой теплопроводностью и плохо сохраняют тепло дымовых газов , за счет чего внутри может образовываться конденсат, который быстро приведет к разрушению стенок;
• Чтобы этого не произошло, при монтаже асбоцементного дымохода важно правильно подобрать теплоизоляционный материал, и рассчитать его толщину таким образом, чтобы температура дымовых газов на выходе не опускалась ниже 110° C;
• При температурах выше 350° C, асбоцемент может растрескиваться и разрушаться , поэтому между входным патрубком дымохода и выходным патрубком котла, я советую установить дистанционную проставку из утепленной металлической трубы;
• Ее длину следует рассчитать таким образом, чтобы температура дымовых газов на входе в асбоцементную трубу не превышала 300-350° C;
• Асбоцементная труба, сама по себе обладает достаточной жесткостью. Несмотря на это, для лучшей теплоизоляции и защиты от механических повреждений, я рекомендую устанавливать такой дымоход внутри защитной рубашки из кирпичной кладки толщиной в полкирпича .

1. Металлические сэндвич трубы из нержавеющей стали, на мой взгляд, являются наиболее удачным вариантом домашнего дымохода, который одинаково хорошо подходит, как для массивной кирпичной плиты, так и для современного компактного отопительного котла. Они набираются из отдельных секций, поэтому позволяют своими руками изготовить наружный или внутренний дымоход практически любой конфигурации.

• Внутренняя гильза из жаростойкой нержавеющей стали имеет идеально гладкую поверхность и круглую форму поперечного сечения, поэтому создает минимальное аэродинамическое сопротивление потоку дымовых газов . По этой причине, внутренний диаметр дымового канала должен соответствовать минимальному значению расчетных характеристик;

• Утепленная металлическая сэндвич труба обладает хорошими теплоизоляционными свойствами , и не нуждается в дополнительном утеплении, поэтому теплотехнические расчеты, в данном случае, проводить не обязательно;
• При установке и сборке дымохода, каждую секцию нужно монтировать с таким расчетом, чтобы она крепилась к внутренней стене или фасаду здания как минимум в двух точках. При этом расстояние между монтажными кронштейнами должно составлять не более 1200 мм.

1. Сборные утепленные керамические дымоходы обладают похожими характеристиками, и также могут использоваться практически без ограничений, в сочетании с любыми типами печей, каминов или бытовых отопительных котлов.

• Они проектируются и производятся в заводских условиях, с соблюдением всех необходимых теплотехнических расчетов и требований правил противопожарной безопасности;
• Это дает возможность монтировать их в том виде, в котором они есть, не задумываясь о собственных дополнительных расчетах;
• Несмотря на это я хочу напомнить, что такой бутерброд из керамзитобетонных блоков, минераловатного утеплителя и вставки из керамической трубы, в сборе может иметь большой вес, поэтому для него также необходимо рассчитывать и изготавливать отдельный фундамент.

1. С недавнего времени на рынке строительных материалов начал появляться относительно новый вид полимерных дымоходов, более известный под торговым названием «Furan Flex». Он представляет собой гибкий армированный рукав, который устанавливается в существующий дымовой канал, а затем заполняется горячим паром под высоким давлением. Под действием давления и высокой температуры рукав распрямляется и полимеризуется, в результате чего полностью заполняет просвет дымового канала, и укрепляет изнутри стенки трубы.

• Монтаж такой полимерной вставки требует использования специального оборудования и строгого соблюдения технологических режимов, поэтому может быть выполнен исключительно квалифицированными специалистами;
• Исходя из этого, в данном случае я не рекомендую забивать себе голову сложными формулами, и доверить выполнение всех расчетов инженерам подрядной организации, которая будет выполнять монтаж.

Асбоцементная труба имеет шероховатую внутреннюю поверхность, которая способствует быстрому налипанию сажи и копоти. Со временем, нарастающий слой сажи уменьшает площадь внутреннего сечения и увеличивает аэродинамическое сопротивление дымового канала, поэтому я не рекомендую использовать такие трубы для печей и котлов на твердом и жидком топливе.

Момент 2. Расчет внутреннего диаметра дымовой трубы для твердотопливных печей и каминов

Чтобы выполнить правильный расчет тяги дымовой трубы, нужно, прежде всего, определить необходимую площадь внутреннего поперечного сечения. В данном разделе я расскажу, как это делается, на примере расчета сечения дымохода для отопительных печей и каминов на твердом топливе.

1. Прежде всего, нужно определить, какой объем дымовых газов будет вырабатываться при сжигании определенного вида топлива в печи за один час. Такой расчет выполняется по следующей формуле:

V газ = В * V топл * (1 + Т / 273) / 3600 , где

• V газ – объем дымового газа, который будет проходить по трубе за один час (м³/час);

• B – максимальная масса топлива, которая сгорает в течении одного часа в топке (кг);

• V топл – коэффициент объема дымовых газов, которые выделяются при сгорании определенного вида топлива (м³/кг).

• Эта величина определяется по специальным таблицам, и ее значение составляет: для сухих дров и кускового торфа – 10 м³/кг, для брикетированного бурого угля – 12 м³/кг, а для каменного угля и антрацита – 17 м³/кг;

• Т – температура дымовых газов на выходе из трубы (°C). При нормально утепленном дымоходе ее значение может составлять от 110 до 160°C.

1. Имея полученное значение суммарного объема газа, проходящего по трубе за единицу времени, несложно будет рассчитать необходимую площадь поперечного сечения канала дымохода. Она определяется как отношение полученного объема к скорости движения дымовых газов, и рассчитывается по следующей формуле:

S дым = V газ / W , где

• S дым – площадь поперечного сечения дымового канала (м²);
• V газ – объем дымовых газов за единицу времени, который мы получили в предыдущей формуле (м³/час);
• W – приведенная скорость восходящего движения газодымового потока внутри трубы (м/с). Здесь я должен сказать, что это величина условно-постоянная, и ее значение составляет 2 м/с.

1. Для того чтобы понимать, какой диаметр трубы нам понадобится для изготовления дымохода, исходя их полученного значения площади круга, нужно определить его диаметр. Для этого применяется следующая формула:

D = √ 4 * S дым / π , где

• D – внутренний диаметр круглой дымоходной трубы (м);
• S дым – площадь внутреннего сечения дымохода, полученная в предыдущих расчетах (м²)

Чтобы читателю было понятно, я предлагаю рассмотреть простой пример расчета дымовой трубы для печи-каменки, если известно, что во время протапливания, в ней за час сгорает 8 кг сухих дров, а температура дымовых газов на выходе составляет 140 °C.

1. По первой приведенной формуле определяем максимальный объем дыма, который может выделиться за один час горения 8 кг сухих дров: V газ = 8 * 10 * (1 + 140 / 273) / 3600 = 0,033 м³/час;
2. По второй формуле нужно вычислить необходимую площадь сечения дымового канала: S дым = 0,034 / 2 = 0,017 м²;
3. Последняя формула позволяет определить нужный диаметр трубы, исходя из известной площади ее поперечного сечения: D = √ 4 * 0,017 / 3,14 = 0,147 м;
4. Таким образом, мы определили, что для данной печи в баню понадобится дымовая труба с внутренним диаметром не менее 150 мм.

Если во время расчетов у вас получается не целое число, то я советую округлять его до целого значения в большую сторону, однако такие округления допускается проводить в разумных пределах, потому что в данном случае, очень большой диаметр — это не значит очень хорошо.

Момент 3. Расчет трубы дымохода для бытовых котлов

В этой статье я намеренно не стал приводить отдельных расчетов для бытовых твердотопливных и газовых котлов заводского изготовления, поскольку любая инструкция по применению котельного оборудования уже содержит всю необходимую техническую информацию.

Зная паспортную тепловую мощность вашего газового котла, диаметр дымохода несложно подобрать, в соответствии с заранее рассчитанными параметрами .

1. Для небольших отопительных котлов с максимальной тепловой мощностью не более 3,5 кВт, достаточно будет трубы с внутренним диаметром 140-150 мм;

1. Для бытового котельного оборудование средней мощности (от 3,5 до 5 кВт), потребуются дымовые трубы диаметром от 140 до 200 мм;
2. Если мощность отопительного котла составляет от 5 до 10 кВт, то для него нужно будет использовать трубы диаметром от 200 до 300 мм.

Если газовый котел оборудован встроенной турбиной для создания принудительной тяги, то диаметр выхлопной трубы может быть намного меньше приведенных выше значений. В таком случае, рекомендуемый размер трубы должен быть указан в техническом паспорте изделия.

Момент 4. Определение высоты трубы и места расположения на крыше

Сила естественной тяги во многом зависит от перепада высот между уровнем колосниковой решетки топливника в нижней части печи, и ветрозащитным дефлектором или устьем дымового канала в верхней части печной трубы.

Для того чтобы разогретые дымовые газы максимально эффективно расходовали свою энергию на создание естественной тяги, очень важно выполнить правильный расчет высоты дымовой трубы относительно колосниковой решетки, и относительно конька кровли.

1. Относительная высота печного дымохода, от уровня колосниковой решетки, до устья дымовой трубы, должна составлять не менее 5000 мм;

1. На жилых домах с эксплуатируемой плоской кровлей, устье дымовой трубы должно быть расположено, не менее чем на 500 мм выше, чем максимальная высота бокового парапета или ограждения крыши;
2. На домах с двухскатной или вальмовой наклонной крышей, устье дымохода должно быть расположено не ниже чем 500 мм от уровня конька кровли;
3. Если на наклонной крыше дымоход расположен на одном из скатов, на расстоянии не дальше чем 1500 мм от конька кровли, то он также должен возвышаться на 500 мм над уровнем конька;

1. В том случае, если это расстояние составляет от 1500 до 3000 мм, ветрозащитный дефлектор дымаря может быть расположен на уровне конька кровли;
2. На пологих наклонных крышах с маленьким углом наклона скатов, дымоход может располагаться на расстоянии более 3000 мм от конька. В таком случае, его оптимальная высота рассчитывается в соответствии с представленной схемой на рисунке ниже.

Неправильный выбор высоты трубы или расположения ее относительно конька крыши, при неблагоприятном направлении ветра может служить причиной образования обратной тяги. Такое явление очень опасно, поскольку оно может привести к выбросу горящих угольков и ядовитого угарного газа из поддувала или топливника в жилое помещение.

Заключение

Подводя итог, я хочу отметить, что при выборе материалов, размеров и конфигурации дымоходной трубы, прежде всего, следует исходить из максимальной тепловой мощности отопительного прибора. При этом также нужно учитывать свои финансовые возможности, и то, на какие виды топлива рассчитана ваша печь или отопительный котел.

Более подробно обо всех описанных видах дымоходов можно узнать из приложенного видео в этой статье, а если у вас возникнут какие либо вопросы или замечания, я предлагаю их обсудить в форме для комментариев.

14 сентября 2016г.

Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!

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:

1. 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.
2. 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.

При самостоятельном устройстве дымоотводящей конструкции необходимо точно рассчитать параметры сечения дымовой трубы, ее общую высоту и уровень циркуляции воздуха – тяги, которая будет поддерживать процесс сгорания топлива и отводить в атмосферу токсичные продукты горения, содержащиеся в дыме. Такие расчеты довольно сложны, но важны для обеспечения эффективной и бесперебойной работы теплового агрегата и безопасности жителей.

Для нормального функционирования отопительных приборов, генерирующих тепло при сжигании топлива, необходим дымоход.

Дымоотводящая конструкция обеспечивает приток кислорода, без которого не горит ни газ, ни твердое или жидкое топливо. Кроме того, через дымоотвод удаляется дым, содержащий продукты горения, что является залогом безопасности отопительной системы – ведь задымление помещений смертельно опасно для человека. Такой газообмен называется тягой.

Котлы внутреннего сгорания оснащаются коаксиальными дымоходами, которые создают тягу принудительно, выводя через одну трубу дым и засасывая через другую свежий воздух. Дровяные печи и большинство бытовых котлов работают на естественной тяге, которая образуется из-за разницы температур и давления в тепловом приборе и у выходного отверстия дымохода.

Принцип работы дымохода прост:

• выделяемые при сгорании топлива газы имеют высокую температуру, низкую плотность и высокое давление и им становится тесно внутри отопительного прибора;
• дым направляется туда, где для него нет препятствий, то есть движется в том направлении, где давление ниже, стремясь заполнить относительно свободное пространство, кроме того, из-за низкой плотности газы стремятся вверх;
• если дымоход устроен правильно, то на выходе из трубы холодный воздух имеет низкое давление и не является препятствием для выхода горячего дыма;
• так как как область низкого давления находится выше котла, то дым идет по самому удобному пути – вверх по дымоходу на улицу.

Для чего нужны расчеты

Естественный воздухообмен, при котором продукты сгорания удаляются в атмосферу, происходит только в том случае, если дымоотводящая конструкция имеет правильную форму и размер.

При наличии препятствий – поворотов, углов, участков дымового канала с низкой пропускной способностью – дым может пойти в другом направлении, где его распространению ничто не будет мешать. При малой высоте трубы разница температур окажется недостаточной для образования тяги или появится ветровой подпор, который будет мешать дыму выходить из трубы, практически вгоняя его обратно.

Обратите внимание! Недочеты в устройстве дымохода приведут к тому, что тяга либо будет недостаточной для нормальной работы нагревательного прибора, либо появится обратная тяга и продукты горения топлива будут поступать в помещения, что может стать причиной отравления или пожара.

Однако, про размеры дымовой трубы нельзя сказать, что чем больше, тем лучше. Слишком длинный или широкий дымовой канал увеличит расходы на возведение дымохода. Печь или котел с таким дымоходом будет работать на износ в условиях избыточной тяги, сжигая топливо быстрее, чем это нужно для прогревания помещений. Полученное же при сжигании тепло будет частично улетать в трубу, отчего затраты на отопление увеличатся.

Поэтому чтобы тепловой агрегат работал эффективно и не ломался, важно точно рассчитать основные параметры дымохода, которые обеспечат оптимальный уровень тяги.

Как рассчитать параметры для дымохода

Для возведения дымоотводящей конструкции, обязательно провести расчеты:

• общей высоты и высоты относительно крыши,
• внутреннего диаметра дымовой трубы,
• образуемой тяги.

Все эти параметры взаимосвязаны. Геометрические размеры дымохода необходимо рассчитать для составления его проекта, а величину тяги – для определения работоспособности дымоотвода в обычных для местности погодных условиях.

Расчет внутреннего диаметра

Основным нормативным требованием к размеру дымоходной трубы является ее соответствие выходному патрубку теплового прибора.

Обратите внимание! Для теплогенерирующих агрегатов заводского изготовления достаточно выбрать трубу, имеющую такое же сечение, как у выходного патрубка, или немного большего размера. Выполнение этого условия обеспечит необходимую пропускную способность дымохода.

Для дровяной печи или бытового котла, не имеющего заводского патрубка, необходимо рассчитать параметры внутреннего сечения дымовой трубы, при которых дымоход будет иметь необходимую пропускную способность.

Чтобы вычислить диаметр круглой трубы или ширину и длину прямоугольной, нужно найти площадь ее внутреннего сечения. Расчет проводится в несколько этапов.

Сначала вычисляют объемный выход дымовых газов в единицу времени (Vг):

Vг=Mт*Vт*(tг+273)÷273,

• где Mт – расход топлива в единицу времени, указанный в сопровождающей документации отопительного прибора,
• Vт – коэффициент дымовыделения используемого топлива,
• а tг – температура дымовых газов на входе в дымоход, обычно указываемая в документации к отопительному прибору и равная 120-150ºС.

Коэффициент дымовыделения различается для разного топлива:

Для расчета площади сечения (S) достаточно разделить полученное значение (Vг) на скорость отведения дыма (v):

S=Vг÷v.

Оптимальной считается скорость, равная 1-2 м/с. При такой скорости сажа и конденсат не успевают осесть на стенках трубы, но и тепло остается в помещении, а не вытягивается на улицу.

Обратите внимание! Для точных расчетов важно привести все величины к единому параметру времени. Если скорость для расчета используется в м/с, то и расход топлива нужно перевести в кг/с.

Например, если для дровяной печи-каменки стандартный расход – 8 кг/ч, то при переводе необходимо разделить эту величину на 3600. Таким образом, расход составит 0,0022 кг/с.

Для круглой трубы диаметр (D) рассчитывается из формулы площади круга:

D=2√S÷3,14.

Для квадратной ширина (a) рассчитывается из формулы площади квадрата:

a≥√S.

Для прямоугольного сечения подбираются ширина (a) и длина (b) таким образом, чтобы их произведение было больше или равно S:

S≥a*b.

Определение высоты дымоотводящей трубы

Для образования достаточной разницы в давлении и температуре в котле и на улице минимальная необходимая высота дымоходной трубы должна составлять 5 метров. Но кроме минимального значения необходимо рассчитать и высоту выходного отверстия над кровлей.

В этих расчетах учитывается тип крыши, расположение дымохода по отношению к коньку кровли и наличие близко расположенных строений или иных высоких объектов.

Обратите внимание! При проектировании дымохода необходимо учесть расположение крепежных элементов. Через каждые 2 м высоты труба фиксируется к стенам и перекрытиям, если дымоход возвышается над кровлей более чем на 1,2 м, для дополнительной фиксации используют растяжки.

Расчет тяги

Для проверки работоспособности дымохода, который будет возведен в соответствии с выполненными расчетами высоты и внутреннего сечения трубы, дополнительно проводят расчет тяги.

Тяга, то есть разница давления на входе и выходе из дымохода (P) рассчитывается по формуле:

ΔP=hд*(ρв-ρг),

где hд– высота дымохода над отопительным прибором,

в– плотность воздуха на улице,

г– плотность дыма.

Высота дымохода уже рассчитана, а вот плотность воздуха и дымовых газов потребуется вычислить. В зависимости от погодных условий, показатель плотности воздуха меняется.

ρв=ρн*273÷tв,

где н=1,29 кг/куб.м – плотность воздуха в нормальных условиях,

а tв – температура окружающей среды.

Это важно! Для расчета тяги берут самые неблагоприятные климатические условия в регионе – теплое время года. Для расчетов используется температура в Кельвинах, поэтому к температуре в градусах Цельсия прибавляем 273.

Плотность дымовых газов рассчитывается по аналогичной формуле, исходя из средней температуры дымовых газов в трубе (tг):

ρг=ρн*273÷tг.

Δtг=(tг+tд),

где tг – температура газов на выходе из отопительного прибора, указанная в сопроводительной документации,

а tд – температура дыма на выходе из трубы.

Но температура дымовых газов, выбрасываемых дымоходом в атмосферу, требует дополнительных расчетов и зависит от мощности теплового прибора (Q) и высоты дымовой трубы (hд):

tд=tг-hд*В*√1000÷Q,

где В – коэффициент теплоотдачи дымоходной трубы, зависящий от материала, из которого выполнен дымоход и уровня его теплоизоляции.

Если после проведения всех расчетов уровень тяги получился в диапазоне 10-20 Па, то спроектированный дымоход справится со своей задачей и обеспечит бесперебойную работу тепловому агрегату. В противном случае потребуется увеличить высоту дымовой трубы или оснастить оголовник дефлектором или дымососом для создания искусственной тяги.

Обратите внимание! Расчет тяги требует точности, поэтому все промежуточные подсчеты необходимо записывать, чтобы была возможность их проверить. Чтобы исключить возможную ошибку в вычислениях, можно воспользоваться онлайн-калькулятором или обратиться к специалистам.

Особенности расчетов параметров дымохода для бытовых котлов

Тепловые приборы заводского изготовления обычно не требуют проведения серьезных расчетов дымохода – основные параметры указываются в сопроводительной документации. Отличительной особенностью проведения расчетов для бытовых котлов является их простота.

• Высоту определяют по общим правилам, учитывая особенности расположения дымоотводящей конструкции относительно крыши дома и близлежащих строений.
• Диаметр внутреннего сечения дымовой трубы выбирают в соответствии с мощностью теплогенерирующего агрегата, не беря во внимание ни тип топлива, ни объем выделяемых газов. Так как заводские приборы выпускаются по стандартам изготовления, все параметры давно посчитаны и собраны в таблицу.