Что это такое и для чего он нужен
Самая большая дымовая труба находится в Казахстане и ее высота (только представьте) — целых 420м! ГРЭС, на которой она расположена, возведена на угольном разломе, и могла бы обеспечивать электроэнергией половину республики. В российских городах таких масштабных дымоходов не встретишь, но это не уменьшает их роль для нашего комфортного существования.
Дымовая труба – конструкция, предназначенная для отвода и рассеивания в атмосфере продуктов сгорания топлива. Без грамотно спроектированной и установленной трубы невозможна правильная работа котельной.
Кроме того, дымоотвод центрального и автономного отопления создает естественную тягу. Тяга возникает за счет разницы температур горячих газов внутри трубы и наружного воздуха.
Полезный совет
Конечно же, приведенные выше формулы позволяют рассчитать сечение дымохода с высокой точностью. Однако для небольшой котельной вычисления можно сделать и по упрощенной схеме. В этом случае сечение трубопровода определяется просто с учетом размеров топки.
Считается, что сечение прямоугольных отводящих труб в маленьких котельных должно быть равно 1/15 объема топки котла. Для круглых дымоходов этот показатель будет составлять 1/10.
В любом случае диаметр отводящей трубы по нормативам не может быть меньше диаметра того патрубка котла, к которому она присоединяется. При этом, согласно СНиП, котлы, оборудованные верхним патрубком, должны присоединяться к дымоходу вертикальным отрезком трубы длиной не менее 25 см;
Расчет параметров трубы
Для определения высоты и диаметра дымовой трубы для котельной необходимо выполнить аэродинамический расчет конструкции. Диаметр зависит от мощности отдельных котлов или в целом котельной. На горение топлива и эффективное удаление дыма огромное влияние оказывает тяга, для создания которой необходима постоянная подача воздуха в топку. Это обеспечивается как естественным, так и искусственным путем.
Если в систему встроен дымовой насос, то высота трубы решающего значения не имеет. Важен этот параметр в основном для учета вредных выбросов в атмосферу. Чтобы определить самотягу, нужен обязательный расчет и высоты, и сечения трубы.
Расчет высоты трубы при естественной тяге
Чтобы создать нормальную естественную тягу необходимо соблюсти условие равенства силы тяги и суммарного сопротивления, которое возникает во время продвижения дымовых газов по газоводным каналам котла и тракту дымовой трубы. Обеспечить такую тягу возможно при условии небольшого газового сопротивления, когда высота трубы не превышает 60 м.
Нормативными документами, регламентирующими расположение и расчет дымовых труб по высоте, являются СНиП41-01-2003, СП 7.13130.2009, рекомендации изложенные в инструкции к котлу, в частности, следующие их требования:
От колосников до верхней точки трубы не должно быть меньше 5 м.
Над плоской кровлей без высокого ограждения труба должна возвышаться не менее чем 0,5 м.
По отношению к высоте ограждения и конька крыши труба должна превышать их уровень на 0.5 м, если она находится в пределах полутора м от этих конструкций.
Когда дымоход удален от парапета и конька на расстояние от 1,5 до 3 м, его верхняя точка должна совпадать с их уровнем по высоте.
При неправильно подсчитанной высоте дымохода может возникнуть много проблем и главная – воздушные завихрения или зона ветрового подпора. Огонь в топке могут погасить сильные порывы ветра.
Выполнение правил пожарной безопасности также обязательное условие при проектировании трубы котельной. Необходимо изолировать конструкции, прилегающие к трубе. Чтобы искры из вентиляционных отверстий на трубе не попадали на кровлю в случае, когда она выполнена из горючего материала, высоту конструкции увеличивают на 0,5 м. Труба котельной должна быть удалена от высоких построек и деревьев минимум на 2 м.
Так как оптимальная тяга возникает за счет разности между суммарной плотностью газов, уходящих в дымоход и столбом воздуха снаружи равным по высоте, расчет выполняется по формуле:
Расчет довольно сложный, лучше, если его выполнят специалисты. Параметры, влияющие на высоту трубы:
Коэффициент А характеризует метеорологическую обстановку региона.
Мi – масса дымовых газов, которые проходят через трубу за единицу времени.
F – скорость с которой оседают частицы, образующиеся во время горения.
Спдкi и Сфi – показатели концентрации разных веществ в дымовом газе.
V – объем газа.
T – разница между температурами воздуха, поступающего в трубу и выходящего из нее.
Если котельная расположена в пристройке к дому, последний становится помехой. Необходимо, чтобы в этом случае оголовок трубы располагался выше зоны ветрового подпора. В противном случае функционировать нормально отопительное оборудование не сможет.
Чтобы определить, на какую величину нужно нарасти трубу, находят самую высокую точку на доме, проводят через нее прямую образовывающую угол 45 градусов с поверхностью земли. Пространство под этой линией – зона ветрового подпора, а дымоход должен располагаться над ней.
Расчет диаметра трубы
Для расчета диаметра трубы существует формула: S = m/(?r х w). Здесь m – расход топлива за 1 час, w – скорость движения дымовых газов, ?r — плотность воздуха в условиях работы, определяют его по формуле: pв = pBну х 273?273 х tос. Где tо – температура воздуха снаружи, pBну – плотность воздуха в нормальных условиях = 1,2932 кг/м3.
Пусть в котле сгорает 50 кг твердого топлива за час, тогда за секунду это будет 50 : 3600 = 0,013888 кг. Скорость движения дымовых газов – 2 м за сек. При температуре воздуха -4 градуса С плотность воздуха равна 0,6881кг на 1 куб. м. Тогда S = 0,013888 : (0,6881 х 2) = 0,010092 кв. м = 92 кв. см. Для круглого сечения d = v4 x 92 : 3,14 = 10,83 см.
Диаметр цилиндрического дымохода можно рассчитать и по другой формуле: d = 1000/1,163 x (r x QvH), где r — коэффициент, зависящий от вида используемого топлива. Для угля это 0,03, для дров 0,045, для газа 0,016, жидкого топлива — 0,024.
О чем стоит знать
Приведенные выше расчеты будут правильными только тогда, когда рядом с домом не растет никаких очень высоких деревьев и не расположено больших зданий. В этом случае дымоход высотой менее 10.5 м может попасть в зону так называемого «ветрового подпора».
Чтобы такого не произошло, отводную трубу котельной частного дома, расположенного в таком месте, стоит нарастить. При этом, чтобы выбрать оптимальный вариант высоты трубы, следует:
- найти самую высокую точку расположенного рядом большого здания;
- провести от нее вниз условную линию под углом 45° до самой земли.
В конечном итоге верхний край собранного дымохода должен располагаться выше найденной таким образом линии. В любом случае проектировать загородное здание следует таким образом, чтобы отводящая отработанные газы труба котельной в дальнейшем располагалась не ближе двух метров к высоким деревьям и соседним зданиям.
Увеличивают высоту дымохода обычно и в том случае, если кровля дома обшита горючим материалом. В таких зданиях отводящую трубу чаще всего наращивают еще на полметра.
Проверка планируемой трубы на величину естественной тяги
По сути, основные параметры дымовой трубы мы уже определили – достаточное сечение ее канала и высоту. Но для приборов с естественной тягой никогда не лишним будет проверить силу этой самой тяги. Чтобы не получилось, что построенный дымоход вдруг отказывается выполнять свои основные функции.
Тяга – это, по сути, разница давлений горячих газов в трубе и наружного воздуха. Именно эта разница и стимулирует движение газового потока по каналу дымохода.
Считается, что для нормальной работы дымохода с естественной тягой эта разница должна составлять не менее 4 паскаль на каждый метр высоты трубы (0,408 мм водяного столба или 0,03 мм ртутного столба). То есть для пятиметровой трубы (наш минимум) тяга должна быть не менее 20 Па. Это обеспечивает и нормальный отвод газов, и необходимый приток воздуха для непрерывного горения топлива.
Как просчитать эту тягу. Естественно, она во многом зависит от плотностей газов, которые, в свою очередь, тесно взаимосвязаны с температурой. В этом можно убедиться взглянув на формулу, с которой мы и будем работать:
ΔP = Hтр × g × Pатм × (1 / Тв – 1 / Тдс) / 287,1
ΔP — естественная тяга в трубе, Па.
Hтр — высота дымовой трубы, м.
g — ускорение свободного падения (9.8 м/с²);
Pатм — атмосферное давление. Нормальным считается значение в 750 мм ртутного столба. Однако, местность, для которой проводится расчет, может иметь и свою специфику. Надо правильно понимать, сто нормой считается уровень моря. А с ростом высоты эта норма начинает снижаться. Причем – довольно значительно. Так что при расчетах необходимо будет руководствоваться нормой для своего региона проживания.
Атмосферное давление обычно измеряется в миллиметрах ртутного столба. Однако, для расчета в системе СИ требуется перевести его в паскали. Это несложно, если знать, что 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.
Тв — температура воздуха на улице. Причем, приведенная к шкале Кельвина, то есть С° + 273.
Тдс — средняя температура газов в дымоходе. Определяется как среднее арифметическое показателей на входе и выходе, с последующим приведением к шкале Кельвина.
287,1 — газовая постоянная воздуха. Правильнее было бы подобрать эту величину под конкретный химический состав отводимых газов. Но в нашем случае ошибка значительной, сильно влияющей на конечный результат, не станет.
Несколько важных замечаний по температуре на входе и выходе.
Всегда следует стремиться к оптимальным ее значениям. Статистика показывает, что большинство возгораний происходит с банными печами, в который практически отсутствует теплоотвод, в короткие сроки нагоняется жар в парилке, и при этом дымоход обычно раскаляется до опасных температур. Поэтому нужно уметь управлять температурами в трубе, используя доступные средства – шиберы, задвижки, устройства дополнительной утилизации тепла (например, водогрейные баки).
В бытовых и отопительных печах с этим попроще, но все равно контроль необходим. В котлах, где сама суть работы заключается в постоянной отдаче тепла циркулирующему теплоносителю, эти вопросы так остро не стоят.
Режим 900 ÷ 600 ℃ (вход и выход), встречающийся у некоторых на банных печах — чрезвычайно опасен во всех отношениях, и даже не должен рассматриваться! Разумные рамки (и то – верхний их предел) это 600 ÷ 400 градусов для бытовых кирпичных и металлических печей. Обычно же стараются выдерживать в диапазоне 400 ÷ 200 ℃. Для газового оборудования нижняя граница может падать и ниже 100 градусов.
Если все исходные значения для подстановки в формулу известны – можно переходить к расчёту. Для этого опять предлагаем воспользоваться возможностями специального онлайн-калькулятора.
Калькулятор расчета естественной тяги дымовой трубы.
Перейти к расчётам
Если полученная разница давлений попадает в нормы (более 4 Па на метр высоты трубы) – то проверку можно назвать успешной.
Основные параметры дымовой трубы получены – можно переходить к выбору материалов и детальному проектированию.
О многих других тонкостях самостоятельного проектирования дымохода расскажет предлагаемое видео:
Расчет сечения дымохода для газового котла
Для точного определения параметров системы, через которую удаляются продукты горения, производятся сложные вычисления. При этом учитываются форма и материал трубы, средние значения температуры снаружи и внутри, шершавость стенок и другое. Однако рассчитать сечение дымохода (F, м²) с достаточной для практических целей точностью можно с помощью формулы:
F = (K ∙ Q) / (4,19 ∙ √ˉ Н),
- K – коэффициент от 0,02 до 0,03;
- Q – мощность котла в кВт, указанная в техпаспорте;
- Н – высота дымохода в метрах.
Полученный результат нужно проверить на соответствие СНИП 2.04.05-91 и при необходимости подкорректировать. В нормативном документе указано, что в зависимости от мощности внутреннее сечение дымохода круглой формы должно быть:
| Мощность, кВт | Диаметр, мм |
| 24 | 120 |
| 30 | 150 |
| 45 | 170 |
| 55 | 190 |
| 80 | 220 |
| 100 | 230 |
Для газовых котлов с прямоугольным дымоходом размер выбирается:
| Мощность, кВт | Сечение, мм |
| меньше 3,5 | 140×140 |
| 3,5 — 5,2 | 140×200 |
| 5,2 — 7,3 | 140×270 |
Возможна установка труб квадратной формы, если их параметры соответствуют требованиям, но следует учитывать, что им свойственно накапливать сажу. Поэтому такие изделия придется чаще чистить, иначе уменьшение отверстия негативно отразится на работе системы. Если к дымоходу предполагается присоединить два котла, сечение рассчитывается по их суммарной максимальной мощности.
Нормативы СНиП в отношении высоты дымоходов
Устанавливаться трубы, отводящие отработанные газы от оборудования домашних котельных, должны строго вертикально. СНиП допускает не более двух отклонений по высоте дымохода на угол максимум в 30° с относом до 1 м.
Минимальная высота отводящей газы трубы рассчитывается в зависимости от высоты здания. В том случае, если дымоход выходит из ската на расстоянии до 1.5 м от конька кровли, для измерения его общей длины используется следующая формула:
Нт = Нд + 0.5 м, где
Нд — высота жилого здания с котельной, Нт — искомая длина трубы. Вычисления по этой формуле выполнить очень просто. К примеру, если высота частного здания до конька равна 5 м, необходимой общей длиной дымохода будут 5 + 0.5 = 5.5 м. При выполнении расчета высоты трубы, помимо всего прочего, учитывают и то, что этот показатель в любом случае должен превышать 5 м, если считать от уровня колосника твердотопливного или горелки газового котла.
Если труба находится от конька здания в 1.5-3 метрах, для расчета ее высоты никаких формул обычно не используется. В данном случае необходимая длина дымохода будет равна высоте здания (но не меньше 5 м).
Если труба отстоит от конька на расстоянии более чем в 3 м, для расчета ее высоты применяется такая формула:
Нт = Нд — D*0.1763.
Здесь D — ближайшее расстояние от конька до дымохода, 0.1763 — тангенс угла 10°. Таким образом, к примеру, при высоте жилого дома в 10 м и расположении трубы на расстоянии в 3.5 м от конька ее высота будет равна:
10 — 3.5*0.1763 = 9.4 м.
Проектирование сооружения: правила и подходы
В основе всех проектных работ находятся функциональные требования, предъявляемые к дымоходам котельных:
- режимы работы должны соответствовать экологическим нормам;
- обеспечение хорошей проходимости газов и выбросов с последующим рассеиванием их в атмосфере;
- создание естественной тяги.
Установка дымоходных систем производится согласно проекту, разработанному в соответствии с правилами
Правильность выбора типа трубы, вычисления её диаметра, высоты, аэродинамики коренным образом влияет на выполнение вышеуказанных требований. Грамотный процесс проектирования предполагает проведение расчётов по определению устойчивости, прочности всех компонентов конструкции с учётом, как фундамента, так и механизмов крепления.
Последовательность этапов проектирования труб дымовых котельных выглядит следующим образом:
1. Определение типа конструкции. Критериями служат такие факторы:
- предполагаемое месторасположение трубы;
- существует ли необходимость в дополнительном креплении;
- технические характеристики котельного оборудования.
2. Расчёт аэродинамики конструкции. В учёт принимаются такие параметры, как вид тяги (она может быть нагнетаемая искусственно или естественная) и ветровая нагрузка.
3. Расчёт высоты дымовой трубы и её диаметра. Исходными данными для этого служат тип и объём сжигаемого топлива.
4. Расчёт устойчивости и прочности, определение типа и способа крепления.
5. Составление чертежа, технической документации и определение сметы затрат.
Для частного строительства возможно проведение самостоятельного расчёта дымохода, но получить паспорт, а также техническую документацию такой подход к решению вопроса не позволит.
Материалы для возведения труб котельных
Системы для отвода дыма возводят из разных материалов – кирпича, стали, керамики, полимера. Дымоход из кирпича, сооружаемый над кирпичными печами и каминами, отличается хорошей механической прочностью, отличной теплоемкостью, достаточно высокой степенью пожаробезопасности.
Недостатков у этих конструкций тоже немало, поэтому в современном строительстве полностью кирпичные дымоходы встречаются все реже. Нормативные документы ограничивают высоту кирпичных труб 30-70 м, а диаметр 0,6-8 м.
На стенках кирпичной трубы со множеством выступов и углублений внутри, всегда оседает много конденсата, копоти, содержащей оксиды серы. Последние, вступая в реакцию с водой, образует кислоты, активно разрушающие кирпич.
Неровности поверхности, сужение прохода в результате постепенного нарастания слоя сажи, становятся причиной снижения скорости прохода дыма и опрокидывания тяги в дымоотводном канале.
Более устойчивы к конденсату и воздействиям внешних факторов дымоходы из керамики, у них высокая огнеупорность. Но эта система имеет большой вес, т.к. внутри находятся металлические стержни, придающие ей дополнительную прочность. Отсюда вытекают требования по обязательной устройству отдельного фундамента, опор, что повышает трудоемкость и стоимость монтажа.
Полимерные дымоотводные трубы уместны в котельных с максимальной температурой 250 градусов С, при монтаже газовых колонок. Они легкие, гибкие и долговечные, но актуальны только для газового оборудования.
Устройство для отвода дыма из нержавеющей стали – сборка, состоящая из отдельных элементов дымохода, соединенных между собой при помощи фасонных деталей: тройников, патрубков, дефлекторов, тройников, отводов. Стальными дымовыми трубами оснащают преимущественно газовые котлы.
Монтаж такого дымохода может быть выполнен и после постройки здания в короткие сроки. Существует большой ассортимент соединительных деталей, поэтому трубе можно придать любую конфигурацию.
Модульный дымоход можно без особого труда демонтировать и перенести в другое место. Преимуществом конструкции является и ее небольшой вес, что позволяет обойтись без фундамента, устойчивость к воздействию влаги, незначительное отложение копоти на внутренних стенках, высокая скорость прохождения дымовых газов.
Санитарно-технические нормы разрешают применять стальные трубы для сооружения дымоходов высотой более 30 м, исключение возможно только в том случае, когда за сутки расходуется менее 5 т многозольного топлива. Причина в том, что срок службы таких сооружений составляет 10 лет, а если используется высокосернистое топливо, он существенно сокращается.
К разновидностям, корпус которых выполнен из стального сплава, относятся коаксиальные дымоходы, с конструктивной спецификой и особенностями эксплуатации которых рекомендуем ознакомиться.
Этапы проектирования промышленных дымовых труб
Проектирование является сложным процессом, в котором взаимосвязано большое количество исходных и расчетных данных, увязка технических параметров и характеристик, обеспечение соблюдения необходимых требований и норм, результатом которого становится проектная документация, прошедшая все необходимые согласования и утверждения. Можно выделить следующие основные этапы проектирования дымовых труб:
Этап 1: Сбор исходных данных для составления Технического Задания – на этом этапе происходит выяснение потребностей Заказчика, требований к конструкции, высоте, производительности и других значимых характеристик, в том числе и требований региональных надзорных органов, требований территориальных строительных норм и иных обстоятельств, имеющих влияние на проектирование, и, как результат, изготовление и эксплуатацию дымовой трубы.
Этап 2: Предварительные расчеты – этап определения основных технических, высотных, габаритно-массовых характеристик предполагаемой дымовой трубы, вследствие которого и достигается понимание целесообразности изготовления дымовой трубы того или иного типа, а также качественного выполнения проекта.
Выполнение предварительных расчетов представляется возможным разделить на некоторые составляющие стадии, например:
Определение типа конструкции дымовой трубы.
Определение возможности применения типового или реализованного проекта дымовой трубы.
Аэродинамический расчет отводящего газового тракта оборудования и аэродинамический расчет дымовой трубы.
Расчет минимально необходимой высоты дымовой трубы.
Расчет сечения газохода или газоходов дымовой трубы.
Выполнение предварительной калькуляции на изготовление и сметы на монтаж дымовой трубы.
Этап 3: Разработка Технического Задания
После проведения сбора исходных данных и выполнения предварительных расчетов, на основании полученных данных и с учетом всех требований Заказчика, происходит составление и согласование Технического Задания на проектирование дымовой трубы. Техническое Задание является документом, определяющим состав требований к проекту дымовой трубы, отправной точкой для выполнения проектных работ.
Этап 4: Создание рабочего проекта.
После подписания Сторонами согласованного Технического Задания, а так же Договора на выполнение проектных работ, специалисты проектного отдела приступают непосредственно к выполнению проекта дымовой трубы. Большой опыт, полученный в результате работы на рынке проектных услуг, а так же высокая квалификация проектировщиков, позволяют в сжатые сроки выполнить и согласовать проект дымовой трубы с Заказчиком, а, при необходимости, передать проектную документацию для проведения Экспертизы Промышленной Безопасности или Государственной Вневедомственной Экспертизы.
Этап 5: Экспертиза и согласование проектной документации в надзорных органах.
Срок выполнения работ по разработке проектной документации, а так же стоимость выполнения работ могут быть определены специалистами компании и Заказчиком в процессе предварительных переговоров, и составляют от 5 до 30 календарных дней в зависимости от сложности и объема проектирования.
Вычисление самотяги
Определяем степень охлаждения газа на 1 м дымохода. Учитывая, что за час печь расходует 10 кг топлива, рассчитываем мощность: Q =10∙3300∙1.16 = 38.28 кВт.
Тепловой коэффициент нашей трубы ─ 0.34. Следовательно, потери на одном метре: 0,34:0.196=1,73 градусов.
Отсюда получаем газовую температуру у выхода из ствола 3 м (из 5 м общей трубы исключаем 2 м печи): 150-(1.73∙3)=144,8градусов.
Значение самотяги при определении плотности воздуха, при 0 градусов ─ 1.2932, при 144,8 градусов ─ 0,8452. Вычисляем: 3∙(1,2932-0,8452). Итак, естественный напор газов ─ 1,34 ммН2О. Для эффективного использования дымохода вполне достаточно таких характеристик.
Размеры
Кроме вида материала, большое значение имеет и диаметр устанавливаемой трубы. Величина слоя теплоизоляции может достигать от 4 до 6 см, длина единичного фрагмента – от 500 до 1000 мм. Толщина внутреннего фрагмента в «сэндвичах» может составлять 1-5 мм. Внешний диаметр колеблется от 200 до 430 мм.
А вот внутреннее сечение часто составляет также:
- 110 мм;
- 115 мм;
- 120 мм;
- 125 мм.
Для источников тепла, мощность которых составляет до 3500 Вт, можно ограничиться дымоходом в 140 мм. Если котел или печь вырабатывают 3,5-5 кВт, рекомендован диаметр 0,2 м. В диапазоне от 5 до 7 кВт используется сечение труб 27-30 см.
Повысить точность подсчетов можно, если учесть:
- тип применяемого горючего;
- темп его сожжения;
- скорость тяги;
- высоту конструкции;
- скорость воздушного потока.
Заглушки и хомуты часто имеют диаметр 80 мм, хотя есть и вдвое большие изделия. Все ведущие производители предлагают также дымоходы сечением 130 и 180 мм. Взаимосвязь между величиной канала и пропускной не всегда бывает прямой; более того, очень широкие трубы часто работают плохо. Причина – образование завихрений и затруднение движения потока воздуха или дымовых газов. Площадь сечения круглых и прямоугольных участков не может различаться больше, чем на величину погрешности при расчете.
На 1 кВт мощности при использовании газа должно приходиться сечение хотя бы 5 кв. см. Для систем, использующих твердое топливо, этот показатель еще больше – он достигает 8 кв. см.
Дополнительно учитываются:
- площадь помещения;
- габариты топки;
- величина портала;
- сечение горловины, выводящей дым наверх.
