На что влияет диаметр дымохода
Диаметр или сечение дымохода напрямую влияют на его пропускную способность, которая определяет количество и скорость сгорания топлива. Недостаточное сечение ограничивает отвод продуктов сгорания, а слишком большой диаметр может привести к задуванию горелки газового котла или к слишком большому расходу топлива камина или печи для бани.
Еще одной опасностью неправильно выбранного сечения дымохода является задымление помещения котельной, при котором в жилое пространство попадают продукты сгорания топлива. Такая ситуация наиболее опасна для здоровья человека, а для предупреждения таких аварий разработан и принят к исполнению целый ряд нормативных документов.
Основные понятия и определения
Основным параметром, на который влияет диаметр дымохода котла или отопительной печи, является тяга. Эта характеристика определяет скорость движения газов внутри дымовой трубы и зависит от разности давления на входе и выходе дымовой трубы. Из данного определения можно сделать вывод, что тяга зависит не только от сечения дымохода, но и от его общей высоты.
Еще одним параметром эксплуатации дымохода является его внутреннее сопротивление движению газов, которое зависит от шероховатости стенок, скорости потока газа и выбранной формы сечения. Также на сопротивление достаточно сильно влияет конструкция дымовой трубы — количество изгибов, сужение или расширение, отводы, тройники и установленные дефлекторы.
Критерием работоспособности дымовой трубы выступает эффективное, но не чрезмерное, превышения тяги над сопротивлением, которое соблюдается при любых режимах эксплуатации и внешних климатических условиях — колебаниях температуры или скорости ветра.
Из главных последствий нарушения работоспособности дымовой трубы можно выделить несколько основных ситуаций, которые прямо влияют на работу отопительной системы:
- очень низкая тяга вызывает существенные затруднения при растопке печи или камина;
- чрезмерная тяга ведет к неоправданному расходу топлива, основной объем которого уходит на обогрев атмосферы;
- нарушение работоспособности дымовой трубы часто приводит к остановке работы газового котла, который выдает типовую ошибку.
Данный эффект особенно неприятен в холодное время года.
Верно рассчитанный дымоход гарантирует оптимальные режимы эксплуатации отопительного оборудования и высокую безопасность жильцов загородного дома или дачи.
Высота и диаметр — основные ошибки
Минимальная высота дымовой трубы для печей, каминов или котлов с открытой камерой сгорания нормируется в двух свода правил, которые выступают основными документами при проектировании систем отопления. В СП 402.1325800.2018 собраны основные правила проектирования систем дымоудаления для газовых котлов, а в СП 7.13130.2013 изложены основные требования по пожарной безопасности систем отопления любого профиля.
Нормативными документами вводится понятие минимальной высоты дымохода отопительных приборов, которая не должна быть меньше 5 метров. Измерение проводят от дна топки твердотопливной печи или от перехода горизонтального отвода газового котла в его вертикальный участок. При этом стоит обратить внимание, что речь о диаметре дымовой трубы в данном случае не идет, хотя именно комбинация сечения и высоты определяют тягу дымохода.
В самом простом случае минимальная длина дымовой трубы создает необходимые меры безопасности, однако при небольших диаметрах труб стоит принимать во внимание, что увеличение высоты, в небольших пределах, компенсирует недостаточное сечение. На практике это означает, что оптимальная тяга может быть достигнута простым увеличением высоты дымохода.
Еще одной ошибкой определения высоты является точное следование нормативным документам (5 метров), когда во внимание не принимается конфигурация здания и ветровые нагрузки. Любая труба должна быть выше самой высокой точки крыши здания и, если эта точка по высоте больше минимальной высоты дымохода, то высоту стоит увеличить.
При расчетах высоты и диаметра теплоизолированных труб необходимо помнить, что речь в параметрах расчетов идет только о сечении внутренней трубы, которая является непосредственным проводником для продуктов сгорания топлива. Также стоит еще раз обратить внимание на тот факт, что коаксиальные дымоходы для котлов с закрытой камерой сгорания к теме данной статьи не относятся.
Методы расчета внутреннего сечения дымовой трубы
В методологии расчетов сечений дымоходов для отопительных приборов различного назначения принято использовать три основных метода, каждый из которых обладает собственными достоинствами и недостатками. Метод грубой оценки позволяет оценивать необходимые диаметры дымоходов без базовых навыков в области газодинамики и применим для бытовых котлов на газе или твердом топливе.
Точный метод расчета на основе математических формул учитывает практически все нюансы дымоходной системы, однако его применение доступно для людей с серьезным техническим образованием. Как правило, такой метод расчета используется для сложных промышленных или бытовых систем отопления, ошибки в проектировании которых могут привести к тяжелым последствиям.
Компромиссом между формулами и методом грубой оценки выступает диаграммный метод расчета диаметра, для использования которого не требуется серьезного объема знаний. При этом его результаты существенно увеличивают точность расчетов, по сравнению с методом грубой оценки.
Какого диаметра должна быть труба дымохода — грубая оценка
Метод грубой оценки ориентировочно походит для котлов отопления на природном газе, у которых заранее известна мощность отопительного прибора. При такой оценке необходимо выбрать оценочный диапазон мощностей, в котором лежит мощность отопительного прибора и сопоставить этот диапазон с требуемым диаметром дымохода. Данные для выбора можно взять из следующего списка:
| Мощность | Сталь Aisi 409 | Сталь Aisi 430 | Сталь Aisi 304 | Сталь Aisi 321 |
| 3,5-10 кВт | 100 мм | 100 мм | 100 мм | 100 мм |
| 9,5-15,5 кВт | 125 мм | 125 мм | 125 мм | 125 мм |
| 7,0-19,5 кВт | 140 мм | 140 мм | 140 мм | 140 мм |
| 13,5-22,0 кВт | 150 мм | 150 мм | 150 мм | 150 мм |
| 18,7-30,5 кВт | 175 мм | 175 мм | 175 мм | 175 мм |
| 24,0-39,5 кВт | 200 мм | 200 мм | 200 мм | 200 мм |
| 37,5-61,5 Вт | 300 мм | 300 мм | 300 мм | 300 мм |
| 54,5-88,5 кВт | 350 мм | 350 мм | 350 мм | 350 мм |
На первом месте стоит диапазон мощности отопительного прибора, которому через дефис соответствует необходимый диаметр дымовой трубы.
Не сложно заметить, что мощность отопительного приборам может лежать в разных диапазонах с разным сечением дымовой трубы. Выбор в пользу того или иного значения диаметра зависит от высоты дымовой трубы. При ее нахождении на нижем рекомендуемом уровне (5 метров), лучше взять максимальный диаметр из предложенной таблицей выбора.
В качестве примера приведем газовый котел мощностью 24 кВт. Как видно из таблицы, для такого котла подходят трубы диаметром 175 и 200 мм. Если высота дымовой трубы не превышает рекомендуемые нормативными документами 5 метров, то выбираем диаметр 200 мм, а если высота дымохода будет больше, то можно остановиться на сечении 175 мм.
Как рассчитать диаметр дымохода по формулам газодинамики
Расчет по формулам газодинамики хорошо подходит для печей и котлов на твердом топливе, для которых отопительная мощность неизвестна или является достаточно ориентировочной. Формульный метод расчета предполагает использование нескольких параметров горения, величины которых можно взять из ГОСТ 2127-47. Этот документ хорошо описывает газодинамику отопительных печей.
Диаметр дымовой трубы (d) высчитывается по формуле:
где Vr является расчетной величиной и показывает объем отходящих газов при сгорании твердого топлива в топке печи, камина или котла. Этот объем также вычисляется по формуле, которая в общем виде выглядит так:
В этой формуле используются следующие величины:
- B – скорость и объем сгорания твердого топлива, величину которых определяет объем топки и вид используемого топлива. Для дров влажностью 25% с объемом одной закладки 10 кг, эта величина составляет 10 кг/час;
- t – обозначает температуру отходящих газов на выходе отопительного агрегата и при входе их в дымоход. Для обычных печей или котлов на твердом топливе с достаточно сложной конструкцией топки эта температура лежит в пределах от 130 до 160°С;
- V – объём продуктов горения топлива, который также показывает необходимую величину воздуха для горения со скоростью B. Из таблицы 10 (ГОСТ 2127-47) для указанных выше дров величина равняется 10 м³ на один килограмм топлива.
Методы расчетов с помощью формул дают необходимые результаты только для печей простейшей конструкции, которые не предполагают дополнительных мер по повышению КПД и экономии топлива. Для сложных печей самостоятельной сборки принято увеличивать диаметр дымовой трубы, а процесс регулировки тяги происходит опытным путем с помощью специальной шиберной заслонки. Такая заслонка позволяет регулировать сечение дымохода и выставлять оптимальную тягу для разных режимов горения и различных видов топлива.
Диаграммный метод расчета диаметра трубы для дымохода
Для определения сечения дымовой трубы для котлов и печей с известной отопительной мощностью хорошо подходят диаграммные методы расчетов, которые основаны на уже произведенных расчетах и сведены в наглядную диаграмму. В качестве примера таких расчетов можно привести следующую диаграмму:
По вертикальной оси этой диаграммы выбираем установленную мощность отопительного прибора, а по горизонтальной оси — эффективную высоту дымохода. На пересечении этих двух параметров находится рекомендуемый диаметр дымовой трубы. При использовании диаграммы, необходимо принимать во внимание тот факт, что при попадании точки рекомендованного диаметра на пересечение разных зон — лучше выбрать сечение большей величины.
В качестве примера расчета возьмем отопительный котел установленной мощностью 30 кВт. На горизонтальной кривой этой мощности хорошо видно, что для диаметра дымовой трубы значением 130 мм, понадобится необходимая высота ее установки величиной 12 метров. Дымоотводящая труба диаметром 150 мм потребует уже существенно меньшей высоты установки — от 7 до 8 метров. Самая оптимальная высота в 5 метров будет доступна при диаметре дымохода 180 миллиметров.
Как рассчитать сечение дымохода по размеру топки — шведский метод
Еще одним вариантом использования диаграмм является так называемый шведский метод, который базируется на предварительных теплотехнических расчетах и диаграмме следующего вида:
Данная диаграмма рассчитана на определение параметров дымоходов на основе площадей сечения топки и дымовой трубы, а также высоты ее установки. Использование этой диаграммы хорошо подходит для печей и котлов покупной или самостоятельной конструкции, отопительная мощность которых является неизвестной величиной. Также эту диаграмму можно использовать для дымоходов квадратной или прямоугольной формы, что является относительной редкостью для доступных расчетов такого типа.
На вертикальной оси диаграммы указана предполагаемая величина высота дымохода, а на горизонтальной оси — отношение площади топки (F) к площади отверстия дымовой трубы (f). Данное отношение указывается в процентах, для чего полученную простым делением величину умножаем на 100. Также на диаграмме присутствуют три варианта сечения дымохода — круглый, квадратный и прямоугольный.
Применение данной диаграммы для расчетов необходимой площади сечения или высоты дымовой трубы предполагает два основных метода:
- имея уже известные площади сечения топки и дымохода и расчетную величину f/F, можно определить необходимую величину высоты дымохода, которая находится в точке пересечения значения f/F с кривой выбранной формы;
- в основе второго метода выступает уже известная высота дымоотводящей трубы и площадь топки печи, котла или камина. На пересечении высоты дымохода с формой его конструкции получаем необходимую величину соотношения f/F, которая выражена в процентах. Требуемую площадь сечения дымовой трубы выбранной формы получаем простым умножением соотношения f/F в процентах на площадь топки и делением полученной величины на 100%.
Шведский метод определения сечения дымохода или его высоты является наиболее универсальным и наглядным способом расчетов, однако требует внимательности в соблюдение размерности вычисляемых площадей и обязательном применении процентного подхода.
Еще одним достоинством шведского метода является его полная отвязка от параметров мощности отопительного прибора, которые обычно недоступны при его самостоятельном изготовлении или при покупке печи или буржуйки нестандартной конструкции. Площадь топки таких приборов является весьма универсальной величиной, которая достаточно прямо связана с отопительной мощностью. Исключение составляют котлы или печи длительного горения с вертикальной конструкцией топки, для которых данный метод определения диаметра дымохода ведет к значительному снижению требуемой величины сечения.
Заключение
Приведенные методы расчетов диаметра дымоотводящих труб практически полностью охватывают весь спектр отопительного оборудования — от газовых котлов с атмосферной горелкой, до печей, каминов и буржуек с неизвестной отопительной мощностью. Также четыре способа определения сечения позволяют выбрать самый доступный или перепроверить результаты расчетов с помощью разных методов определения диаметра.
Еще одним достоинством приведенных способов является их доступность, которая не требует от человека специально технического образования в области газодинамики. Особенно это достоинство обосновано в диаграммных методах определения сечений, в которых все сложные газодинамические расчеты уже выполнены техническими специалистами и сведены в доступную для простейших расчетов форму.