Как рассчитать оптимальные аэродинамические показатели печной трубы

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.

Пропускная способность дымовых труб для бытовой и промышленной котельной

В настоящее время, не потеряли актуальности каналы, собранные из кирпича – они наиболее удерживают температуру отходящих газов, способствуя ровному горению. Прогрессивные конструкции из железобетона, стеклопластика и нержавеющей стали также имеют свои преимущества и недостатки. Во всяком случае, пропускная способность трубы не зависит от материала изготовления. До начала конструирования, важно получить проект одобренный службами города и содержащий параметры коллектора, в кои входит сечение канала, аэродинамический расчет, молниезащита, прочностные характеристики и многое другое.

На показатель пропускной способности дымохода влияют следующие факторы:

Факторы учитываются специалистами по профилю. Самостоятельно сделать правильный расчет пропускной способности трубы, затрагивающий все нюансы, тяжело. В случае неточной конструкции, дымоход дорабатывают принудительной вентиляцией или действуют кардинально, разрушая каналы, и создавая в процессе монтажа, новые.

Актуальность расчета параметров дымовой трубы

Высота трубы и ее диаметр, как и материалы, из которых она сооружена, напрямую влияют на работоспособность конструкции. Высота трубы и ее проходимость стимулируют тягу, обеспечивающую хорошее горение и теплоотдачу. Ошибки конструкции, возводимой на десятилетия, повлекут массу негативных последствий:

  • оседание сажи и золы на внутренних поверхностях;
  • постепенное уменьшение диаметра трубы, приводящее к уменьшению тяги и попаданию угарных газов внутрь помещения;
  • увеличение риска возгорания скопившихся смол и деформации или разрушения трубы из-за такого перепада температуры;
  • повышение пожароопасности.

Конструкция печной трубы

Ошибки в расчетах прочности фундамента конструкции могут повлечь ее обрушение даже из-за порывов ветра. Расчет фундамента дымовой трубы и ее аэродинамических свойств при отсутствии навыков лучше доверить специалисту, так как эта задача в малоэтажном строительстве является одной из самых сложных.

Изготовление труб для котлов

По действующим стандартам трубы для котлов могут быть изготовлены путем горячей, теплой или холодной деформации, с использованием технологии прессования, редуцирования или формования металлической трубной заготовки, отлитой на металлургическом комбинате.

Все готовые изделия проходят обязательную 100% проверку качества неразрушающими методами. Чаще всего для этого применяется оборудование ультразвукового контроля, которое способно обеспечить непрерывность процесса.

После формирования трубы и выполнения контрольных мероприятий производится маркирование труб в соответствии с маркой стали, использованной для ее изготовления. Для этого цветной краской окрашивается торец каждой трубы или, при малом диаметре и толщине, по всей длине трубы наносится цветная линия. Наносимые цвета означают соответствующую марку стали:

Изготовление труб для котлов
  • зеленый – Ст20;
  • голубой – Ст20-ПВ;
  • коричневый – 15ГС;
  • желтый – 15ХМ;
  • красный – 12Х1МФ;
  • оранжевый – 12Х1М1Ф;
  • белый – 15Х1М1Ф;
  • синий – 12Х2МФСР.

Выбор трубы из определенной марки стали для отдельных элементов, зависит от конструктивных особенностей и условий эксплуатации, а данные о необходимых материалах занесены в техническую документацию на изготовление котла и в его паспорт.

Правильная организация и нормативы

Естественное проветривание отличается разной эффективностью в зимний и летний период. Разница температур удаляющихся и входящих масс вызывает ускорение притока, что характерно для холодного времени. Летом температура за окном выше комнатных значений, скорость воздуха в естественной вентиляции замедляется. Работа воздухоотводящих шахт становится менее результативной.

Нормативные акты и условия расчета систем изложены в документе СНиП – 2003 «Отопление, кондиционирование и вентиляция». Требования к работе естественных воздуховодов содержатся и в СП – 2012 «Внутренние санитарно-технические системы зданий». Организация входного потока означает применение специальных клапанов в оконных рамах и стенах строения для оптимизации воздухообмена.

Расчет параметров дымовой трубы в частном доме

Чтобы определить параметры бытовой дымовой трубы, сложные расчеты не нужны

Что нужно знать при вычислениях

Чтобы определиться с параметрами дымовой трубы бытовой котельной нет необходимости производить серьезные вычисления. Достаточно воспользоваться упрощенной схемой расчетов.

Обратите внимание!

Читайте также:  Стиль лофт в современном интерьере

Чтобы сделать такой расчет надо знать мощность (теплоотдачу) котла или печи, иными словами: количество сжигаемого за час топлива. Данную цифру легко узнать, заглянув в паспорт оборудования.

Остальные параметры для всех бытовых конструкций примерно одинаковы:

  1. температура газов на входе в трубу – 150/200º;
  2. скорость их в дымоходе — не меньше 2 м/сек.;
  3. высота бытовой дымовой трубы, по СНиП, должна составлять не меньше 5м от колосника;
  4. естественный напор газов на 1м — не меньше 4 Па (или )

Чтобы узнать величину самотяги, стоит учесть, что это: разность плотностей, которую имеет воздух и дымовой газ, помноженные на высоту сооружения.

Иными словами: расчет диаметра дымовой трубы зависит от количества, сжигаемого за час топлива.

Допустим, что количество сжигаемого топлива вы уже знаете, тогда объем газов на входе в трубу, при определенной температуре t, таков:

Vг = B∙V∙(1+t/273)/3600, в м³/сек. Зная скорость, с которой газы должны передвигаться в трубе, вы можете вычислить площадь (F) ее сечения:

F = π∙d²/4, в м²

А, исходя из формулы определения площади круга, можно вычислить диаметр (d) круглой трубы:

dт = √4∙B∙V∙(1+t/273)/π∙ω∙3600, в метрах. Пример расчета трубы, находим нужный диаметр

Приведем конкретный пример, как производится расчет дымовых труб бытового назначения.

Пусть это будет металлическая изолированная труба.

  1. Допустим, что на колоснике топки сжигается 10 кг дров в час, имеющих влажность в 25%.
  2. Тогда объем газов (V) при нормальных условиях (учитывая коэффициент избытка воздуха), нужных для горения — 10 м³/кг.
  3. Температура на входе в трубу равна 150º.
  4. Следовательно, Vг = (10∙10∙)/3600. Произведя вычисления, получим объем газов, в м³/сек.
  5. Приняв скорость газов за 2м/сек., вычисляем диаметр трубы для дымохода: d² = (4∙)/3,14∙2, получаем значение 0,027.
  6.  Подставляем все цифры в формулу dт = √4∙∙∙(1+150/273)/∙10∙3600. Сделав вычисления, получим необходимый диаметр в м.

Определение самотяги

  1. Определим, как охлаждается газ на 1 м сооружения. Зная, что сжигается 10 кг дров в час, производим расчет мощности: Q =10∙3300∙, получаем цифру кВт.
  2. Тепловой коэффициент для нашей трубы равен , на один ее метр потери составят: :,73º.
  3. Поэтому, на выходе из 3 метрового ствола (из общих 5 м отнимаем 2 м печи) температура газов: 150-(∙3)=144,8º.
  4. Значение самотяги при определении плотности воздуха, в нормальных условиях при 0º = , при 144,8º = Производим вычисления: 3∙(). Получаем значение естественного напора газов, равное 1,34 ммН2О. Этого волне достаточно для нормальной эксплуатации трубы.

Как вы могли убедиться, расчет трубы дымовой бытового назначения не так уж и сложен, как могло бы показаться.

Твитнуть

Какого диаметра должен быть дымоход?

Если Вы покупаете отопительный агрегат заводского производства, то в паспорте к изделию производитель указывает диаметр дымохода. Если печь самодельная – кирпичная или сварная,  то диаметр дымохода расчетная величина. Диаметр такой трубы рассчитывается исходя из размеров печи и ее мощности.

Диаметр сэндвич трубы для дымохода

Например, в паспорте к печке указан диаметр дымохода 100 мм и Вы решили установить дымоход из нержавеющей стали. Диаметр стартового участка трубы будет 100 мм. После устанавливаем сэндвич трубу будущего дымохода. Такая труба состоит из внутреннего контура, который в нашем случае будет 100 мм, теплоизолятора толщиной  50 мм и наружного кожуха диаметром 200 мм.

Получается, что стартовый элемент дымохода и внутренний контур сэндвич трубы будут того диаметра, который рекомендует производитель отопительного агрегата, а диаметр наружного кожуха сэндвич трубы зависит от толщины теплоизоляции.

Рассчитать диаметр наружного контура сэндвич дымохода можно по формуле:

Этот параметр может пригодиться при проектировании, чтобы учесть габариты сэндвич дымохода и соблюсти нормы пожарной безопасности.

Наиболее распространенные диаметры дымохода:

       100 мм 115 мм  130 мм  150 мм  180 мм  200 мм 
диаметр дымохода для печи диаметр дымохода для печи диаметр дымохода для котла диаметр дымохода для печи — камина диаметр дымохода для камина или котла диаметр дымохода для камина

Производитель дымоходов может изготовить сэндвич трубы и комплектующие любого диаметра.

Изменение диаметра сэндвич трубы дымохода

Вот несколько ответов на самые популярные вопросы наших клиентов:

«В паспорте к печи-камину написано: Установить дымоход  диаметром 150 мм. Можно ли сделать дымоход меньшего диаметра?» Мы не рекомендуем уменьшать диаметр, поскольку может появиться эффект обратной тяги и дым попадет в помещение.

«Мне нужен дымоход диаметром 200 для камина. Могу  ли я на первом этаже дома сделать диаметр 200, а со второго этажа перейти на меньший диаметр?» Мы не рекомендуем уменьшать диаметр на протяжении всего дымового канала.

«У меня два отопительных агрегата – камин с диаметром дымохода 200 на первом этаже и печь с диаметром дымохода 150 на втором. Какого диаметра должен быть их общий дымоход?» Если камин и печь не будут работать одновременно, то диаметр дымохода делаем 200 (выбираем по максимальному диаметру). Если камин и печь могут работать одновременно, то диаметр дымохода делаем 250 (расчет произведен через суммирование площадей двух сечений).

Читайте также:  10 советов по выбору инфракрасного обогревателя

«У меня в доме сделан кирпичный канал. Хочу установить камин и сделать гильзу круглого сечения. Камин с каким диаметром дымохода я могу выбрать?» В вашем случае, диаметр дымохода рассчитывается через площадь сечения кирпичного канала.

Площадь сечения круглого дымохода должна быть не меньше площади сечения прямоугольного кирпичного канала. Так, например, если сечение кирпичного канала 120*240, то максимальный диаметр дымохода может быть 200 мм.

Выбирайте камин, в инструкции которого указан диаметр 200 мм или меньше.

Главные требования, которые предъявляются к дымоходу газового котла

Схема устройства газового котла.

  1. Рекомендуется располагать трубы во внутренней стене здания, которая является капитальной. В случае, если дымоход расположен снаружи строения, требуется утепление, чтобы не допустить промерзания. При выполнении канала внутри наружной стены следует делать толщину кирпичной кладки не менее 1,5 кирпича, а в условиях суровых зим – 2,5 кирпича.
  2. Дымоход газового котла должен располагаться вертикально с возможным небольшим уклоном не больше 30 °. Не допускается наличие расширений и сужений.
  3. Площадь сечения канала должна быть больше, чем площадь сечения газового оборудования, к которому он присоединен.
  4. Газовый котел должен соединяться с дымоходом через специальную гофру или при помощи стальных труб, имеющих жаропрочное эмалированное покрытие.
  5. Труба дымоотвода, через которую газовый котел подсоединяется к дымоходу, обязательно должна иметь вертикальный участок длинной не менее 0,5 м. Требования не допускают более трех поворотов труб дымоотвода.
  6. Место соединения патрубка газового котла с дымоотводом должно быть загерметизировано.
  7. Все составляющие должны плотно прилегать друг к другу, быть уплотнены и герметичны. Для этого используются герметизирующие средства, устойчивые к высоким температурам. Должна быть исключена возможность прогиба труб в местах их соединений.
  8. В помещениях высотой около 3 м длина горизонтальных участков труб, которые составляют дымоход, не должна превышать 3 м.
  9. Уклон трубы в сторону газового котла допускается не менее 0,1 °
  10. Обязательно должна быть предусмотрена емкость для сбора конденсата, имеющая окошко для чистки. Она обычно располагается ниже места входа дымоотводной трубы в канал.
  11. Расстояние, которое допустимо между поверхностями, изготовленными из термостойких материалов, и соединительными трубами, составляет 5 см и больше, а в случае легковоспламеняющихся поверхностей – не меньше 25 см.
  12. Дымовая труба над крышей должна возвышаться не менее, чем на 50 см, если труба расположена от края конька кровли на расстоянии не более 1,5 м. При удалении трубы до 3 м – она выставляется вровень с коньком крыши.
  13. Если имеется плоская крыша, то высота дымохода над ее уровнем должна быть не меньше 1 м.

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.

Для чего требуется расчет дымохода

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.
  • обеспечения надлежащей тяги, с помощью которой все вредные для здоровья человека вещества, образуемые в результате горения, выводились за пределы жилого помещения. Если недопустимые вещества будут попадать в дом, то человек может получить сильнейшее отравление, способное привести к летальному исходу;
Читайте также:  Газовый котел в частном доме: требования и установка

Обратная тяга в дымоходе, способная нанести вред здоровью

  • оптимизации получаемого тепла в соотношении затраченного топлива. Если большая часть прогретого воздуха будет выходить в дымоход, то для прогрева помещения потребуется большее количество дров. При правильном соотношении топлива и получаемого тепла прогретый воздух будет максимально нагревать стенки печи и дымоходного канала, что позволит сократить затрачиваемые ресурсы;
  • расчет дымохода также требуется для максимальной возможности обеспечения противопожарной обстановки. Сильно нагретый воздух, выходящий из дымового канала, или малая тяга могут привести к попаданию искр на горючие поверхности, что неминуемо приведет к возникновению возгорания.

Отопительный прибор с правильно рассчитанным и установленным дымоходом

Проведение расчета параметров трубы позволить не только сэкономить на топливных ресурсах, но и обеспечить комфортное и безопасное нахождение людей в жилом помещении.  

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 в зависимости от высоты конька кровли и расположения дымопровода относительно конька (см. ниже).