Аэродинамический расчет параметров дымовой трубы котельной

Подбор оптимального дымохода

Оптимальный вариант дымовой трубы обычно выбирается еще на стадии проектирования дома во время разработки системы отопления. Нередко также приходится подбирать дымоход после завершения строительства здания. В любом случае учитываются параметры постройки

Обязательно принимается во внимание, например, высота одноэтажного дома с крышей в виде мансарды или нежилого чердачного пространства

При расчете дымохода всегда учитывают высоту домаИсточник myhome.ru

Дымовые трубы для котельных частных домов изготавливают из следующих материалов:

• нержавейки;
• кирпичей;
• керамики.

Каждый из материалов выдерживает высокие температуры, обладает стойкостью к агрессивным средам и влаге. Кроме того, котлы в частных домах также могут подключаться к бетонным и даже стеклянным каналам для удаления дыма. Однако последний вариант используется еще очень редко. Хотя он обладает абсолютной коррозионной стойкостью. Чаще устанавливают асбестоцементные трубы. Ведь это пожаробезопасный и экологически чистый вариант.

При выборе дымохода учитываются личные предпочтения домовладельца и архитектурный стиль здания. При этом всегда приходится предварительно выполнять расчет высоты конька крыши, чтобы определить соответствующий размер дымовой трубы. Кроме того, ориентируются на вид и характеристики котельного оборудования. Обязательно учитывается:

• давление в трубе;
• температура дыма;
• наличие конденсата;
• устойчивость материала дымохода к самовозгоранию сажи;
• количество продуктов сгорания;
• высота конька двухскатной крыши или нормативное расстояние от плоской кровли.

Нормативная минимальная высота дымоходаИсточник genrealtor.ru

Ранее кирпич повсеместно использовался для строительства дымовых труб. Сейчас это тоже популярный материал. Тем более кирпич и кладочный раствор предлагают многие производители. Кроме того, существует большое количество компаний, где можно заказать профессиональную кладку дымохода. Выбрав этот вариант, домовладелец получит гарантию качества. Он может не беспокоиться о целостности кладки, фундамента и безопасности дома.

Дымоход из кирпича монтируют при установке твердотопливного котла. Если кладка выполнена качественно, канал спокойно выдерживает высокие температуры. Ему даже не будет нанесен существенный вред при возгорании сажи. При этом кирпичные дымовые трубы не устанавливают, если котел работает на газе или жидком горючем. Ведь температура сгорания такого топлива ниже, а это способствует образованию конденсата, отрицательно влияющего на целостность кладки.

Варианты устройства дымовой трубы от газового котлаИсточник in4o.ru

Керамические и сэндвич-дымоходы тоже сегодня доступны из-за наличия на рынке большого количества производителей

Во время выбора дымоотводящих каналов из таких материалов обращают внимание на их качество и способы крепления конструкций. При этом монтаж нужно доверять только профессионалам

При установке газовых, жидкостных, пиролизных и пеллетных котлов в последнее время все чаще выполняют установку керамической дымовой трубы. Этот вариант отличается высокой прочностью, стойкостью к коррозии и долговечностью. Он ничем не хуже трубы из стали.

Керамический дымоход – это многослойная конструкция. Внутри ее находится труба из керамики. Она изолируется минеральной ватой. Сверху теплоизоляционный материал защищается кожухом из нержавеющей стали или даже пенобетона. Керамические дымоходы отличаются более высокой стоимостью и долговечностью по сравнению с другими подобными конструкциями. Монтаж выполняется по инструкции производителя. Для некоторых керамических дымоходов требуется создание усиленного основания.

Устройство керамического дымоходаИсточник tildacdn.com

Если в котельной отсутствует дымоотводящий канал, в этом случае оптимальным бюджетным вариантом является дымоход из стальных сэндвич-труб. Они отличаются:

• маленьким весом;
• доступной ценой;
• гладкой внутренней поверхностью, что исключает засорение;
• простым монтажом и обслуживанием.

Дымоходные сэндвич-трубы можно крепить в помещениях и на улице. При этом во время монтажа наружного участка дымохода учитывается высота конька крыши, и расстояние от него до дымоотводящего канала.

Если дом отапливается двумя котлами с разными характеристиками, выполняют установку дымохода, который выдержит нагрузки от более мощного оборудования. Вместе с твердотопливными агрегатами не используются тонкостенные дымоотводящие трубы из стали, так как они быстро прогорают.

Вариант подключения двух котлов к одному дымоходуИсточник gazcomplect.ru

Строительные нормативы

Основные нормативные документы для дымоходов в котельных:

• СНиП ІІ-35-76 «Нормы проектирования. Котельные установки»;
• СП13-101-99 «Правил надзора, обследования, проведения технического обслуживания и ремонта промышленных дымовых и вентиляционных труб»;
• Правила эксплуатации и ремонта металлических труб котельных регламентируются инструкцией РД-34.0-21.562-93, железобетонных — РД34.21.562-93;
• ОНД №86 –для расчета высоты;
• СНиП 2.01.07-85 «Определение ветровых нагрузок»;
• Для определения прочности фундамента – СниП 2.03.01-84, 2.02.01-83;
• Для стальных труб требуется соблюдение СП53-101-98.

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.

Определение 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.

Следует учитывать также рекомендации, изложенные в инструкции к котлу, в частности, следующие их требования:

1. От колосников до верхней точки трубы не должно быть меньше 5 м.
2. Над плоской кровлей без высокого ограждения труба должна возвышаться не менее чем 0,5 м.
3. 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.
4. 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:

1. Коэффициент А характеризует метеорологическую обстановку региона.
2. Мi – масса дымовых газов, которые проходят через трубу за единицу времени.
3. F – скорость с которой оседают частицы, образующиеся во время горения.
4. Спдкi и Сфi – показатели концентрации разных веществ в дымовом газе.
5. V – объем газа.
6. 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.

Вычисление диаметра трубы

Для расчета диаметра трубы существует формула:

S = m/(ρr х w),

Здесь m – расход топлива за 1 час, w – скорость движения дымовых газов, ρr — 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 = √4 x 92 : 3,14 = 10,83 см.

Диаметр цилиндрического дымохода можно рассчитать и по другой формуле: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), 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.

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.

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.

Для каких параметров нужен расчет

Основные параметры любого вертикального дымохода – длина и внутреннее (рабочее) сечение дымоотводящего канала. Вся приведенная ниже информация одинаково верна для отопительных приборов на любом виде топлива, но параметры дымоходов для газовых котлов рассчитывают специалисты лицензированной проектной организации.

Длина

Длина дымохода определяется СП 7.13130.2013. Его длина (или высота) измеряется от оголовка вверху трубы до колосниковой решетки отопительного котла. Норматив предусматривает минимальную высоту дымохода и высоту оголовка относительно конька кровли.

Следует иметь в виду, что определенная расчетами высота – номинальная. Фактически дымоход у современного котла расположен сбоку, выпускной патрубок котла расположен в верхней части агрегата на некоторой высоте относительно низа топки. Поэтому фактическая длина вертикальной части дымопровода будет немного меньше, чем расчетные данные – на расстояние от низа топки до выпускного патрубка. Это расстояние можно определить по чертежу агрегата или измерить.

Не стоит думать, что удлинение дымохода – это хорошо. Тяга основана на подъеме вверх горячих отходящих газов, а при слишком большой длине трубы газы охлаждаются и тяга уменьшается. По этой же причине дымоход должен быть утеплен. В утеплении нуждаются даже традиционные печные дымоходы из красного кирпича. Ситуация с тягой усугубляется еще и тем, что отходящие газы от современных котлов с высоким КПД имеют невысокую температуру.

При умеренно удлиненном дымоходе тяга увеличивается, при этом больше тепла вылетает в атмосферу. Слишком сильный ток газов будет гасить газовые отопительные агрегаты. Тягу можно регулировать задвижками.

Диаметр дымохода

Не менее важен для создания тяги и диаметр дымохода. При установке современных отопительных агрегатов минимальный диаметр определяется просто – по паспорту агрегата (и диаметру выходного патрубка). Кроме того, в нормативных документах приведены минимальные размеры сечения дымоходов, соответствующие агрегату определенной мощности. Эти данные приведены в паспорте агрегата.

При использовании уже существующей традиционной печи дымоход оставляют прежним. При устройстве кирпичной печи и дымовой трубы своими руками необходимо пользоваться проектом (желательно не скачанным в интернете!) и выкладывать трубу в точном соответствии с чертежом. То же относится и к отдельно стоящим кирпичным конструкциям.

Как устроен дымоход

В случае, если конструкция дымохода не соответствует техническим требованиям, сажа, пепел, дым, копоть оседают на стенках канала, забивают его и затрудняют отвод газов. Избежать данной ситуации можно только соблюдая все нормы и правила устройства промышленных дымоходов.

Основные элементы котельной с кирпичной трубой:

1. Фундамент (цоколь);
2. Ствол;
3. Молниеотвод;
4. Футеровка.

Кладка ствола выполняется поэтапно, по 5-7м. Толщина стенок уменьшается в направлении снизу вверх. Ее минимум -180мм. Трубы имеет форму конуса (для придания устойчивости). Низ конструкции изнутри футеруют огнеупорным кирпичом. Между футеровкой и трубой оставляют зазор, компенсирующий тепловые расширения материала.

Общая высота кирпичных дымоотводов 30-70м, диаметр – от 0.6м.

Элементы котельной с металлической трубой:

1. Ствол;
2. Растяжки;
3. Чугунная плита;
4. Фундамент.

Стальные трубы для котельных производятся из листовой стали, толщиной от 3 до 15мм. Отдельные участки трубы соединяются с помощью сварки. Чугунная плита закрепляется на фундамент, к ней монтируется ствол. Для обеспечения устойчивости конструкции на высоте равной 2/3 от высоты общего дымохода, устанавливают растяжки. Растяжка — это стальной канат, из проволоки диаметром 5-7мм.

Высота металлической трубы – не более 30- 40м. Диаметр – 0.4-1м. Основное достоинство – легкость, простота монтажа и демонтажа и низкая цена элементов конструкции. Основной недостаток стали — весьма короткий срок службы (обычно до 10-25лет).

Кроме металлических и кирпичных, дымовые каналы для котельной могут быть железобетонными. Железобетонные трубы прочны, но обладают низкой коррозионной стойкостью, поэтому выполняются с укладкой внутренней отделки, защищающей внутренние стенки канала от агрессивных газов.

Методика самостоятельного расчета

Какой высоты должен быть дымоход? Этот параметр регламентируется СНиП 2.04.05-91 (с оригиналом документа можно познакомиться здесь).

Согласно данному документу:

• минимальная высота дымоотводящего канала от колосника до оголовка составляет 5 м;
• оптимальная высота – 6 м.

Параметры, влияющие на высоту дымохода

Как рассчитать высоту дымохода? Специалисты рекомендуют пользоваться следующей формулой.

Как самостоятельно вычислить высоту дымового канала

Исходя из представленной формулы, можно определить параметры, которые существенно влияют на высоту дымоотводящей трубы:

• метеорологические условия окружающей местности (параметр А). Для северных районов значение коэффициента принимается равным 160. Для других районов значение можно найти в описательных документах;
• масса вещества, проходящего через трубы за единицу времени (Мi). Данные можно определить на основании документации, прилагаемой к отопительному оборудованию;
• скорость оседания частиц, образующихся в результате горения (F). Для золы при дровяном отоплении данный коэффициент принимается равным 25, а при использовании электрического нагревательного прибора F=1;
• концентрация различных веществ в газе, который следует вывести (Спдкi и Сфi). Показатели берутся из описательной характеристики отопительного оборудования;
• объем выводящего газа (V);
• разница между температурой поступающего воздуха и выходящего из трубы (Т).

Произвести расчет самостоятельно достаточно трудно, поэтому рекомендуется обращаться за помощью к специалистам.

Оптимальная высота трубы на крыше

Высота дымохода над крышей также определяется СНиП 2.04.05 и формой крыши. Регламентируется данный показатель следующим образом:

1. Для плоской крыши высота дымоотводящей трубы определяется так:
   • при отсутствии парапетов и иных устройств минимальная высота дымовой трубы над кровлей составляет 120 см;
   • при наличии защитных бордюров и иного оборудования длина трубы должна быть увеличена. Рассчитать параметр можно, увеличив максимальную длину оборудования на 1 м;
   • если на крыше располагается вентиляционная труба, то высота дымоходного канала должна быть на 50 см больше высоты вентиляционного канала. При этом следует учесть, что дымоотводящая труба должна располагаться минимум в 5 м от вентиляционной шахты.

Определение высоты дымоотводящего канала для плоской крыши

1. Какая высота дымохода должна быть на скатной крыше? Параметр следует определять исходя из месторасположения дымовыводящего канала, а именно от его удаленности от конька крыши, то есть:
   • если труба от отопительного прибора выходит ближе 1,5м от конька крыши, то ее минимальная высота должна составлять 500 мм;
   • высота дымохода от конька при удалении трубы на расстояние 1,5 – 3 м должна быть равна максимальной высоте крыши;
   • если дымоотводящий канал выходит на крышу на расстоянии более 3 м от конька, то между горизонтальной линией конька и окончанием дымохода должен образовываться угол в 10º.

Определение длины дымового канала для скатной крыши

Высота дымовой трубы на крыше зависит от ее месторасположения и определяется нормативными документами.

Высота дымохода над коньком также определяется на основании сторонних факторов, таких как расположенные рядом высокие деревья или строения. При наличии сторонних помех образуется так называемая зона ветрового подпора, в которой невозможно обустроить тягу, достаточную для корректной работы отопительного прибора. Для улучшения тяги требуется минимум на 50 см увеличить высоту трубы для выхода из ветровой зоны.

Как рассчитать длину дымохода при наличии высоких предметов рядом с домом

Аналогичная ситуация складывается при установке отопительного оборудования в подсобном помещении, расположенном в пристройке к основному дому.

Расчет высоты трубы при расположении прибора отопления вне основного дома

Для улучшения тяги в дымоходе важно, чтобы оголовок дымовыводящего канала располагался выше зоны ветрового подпора. О том, как правильно рассчитать высоту дымовыводящей трубы в зависимости от вида крыши и места расположения канала, а также при образовании ветрового подпора можно посмотреть на видео

О том, как правильно рассчитать высоту дымовыводящей трубы в зависимости от вида крыши и места расположения канала, а также при образовании ветрового подпора можно посмотреть на видео.

Определение высоты дымового канала необходимо для корректной работы отопительного оборудования. Произведение расчетов желательно доверить опытным специалистам, так как неправильное определение параметра может привести к непоправимым последствиям и нанести вред не только имуществу, но и здоровью окружающих людей.

Виды дымоходов

Дымоходы предназначены для отведения дыма и вредных для человека продуктов горения от печи или иного отопительного устройства за пределы помещения. В любом дымоходе тяга дымовой трубы, образуемая в процессе наполнения последней газами должна производиться естественным образом, то есть без применения дополнительных приспособлений.

В настоящее время дымоходы изготавливаются:

из кирпича. Для такого дымохода дополнительно сооружается прочный фундамент. В состав соединительной смеси, применяемой для кладки кирпича, желательно добавлять известь. Это позволит избежать излишнего скопления конденсата, способного разрушить стенки изделия;

Дымоотвод из кирпича пользуется большой популярностью

из сэндвич труб, произведенных из двух слоев металла, между которыми проложен утеплитель. В большинстве случаев для изготовления сэндвич труб применяется нержавеющая сталь, а в качестве утеплителя используется базальт;

Сэндвич трубы имеют слой утеплителя внутри

из керамики. Такие дымоходы отличаются высокой прочностью, но и большой стоимостью. Поэтому применяются для обустройства промышленных дымоходов. Из-за большого веса керамический дымоход, так же как и кирпичный требует изготовления дополнительного фундамента;

Дымоходы из керамики обладают довольно высокой стоимостью

из полимера. Такой дымоход не может подвергаться воздействию слишком больших температур, поэтому может применяться для отведения вредных веществ от газовых колонок и небольших котельных. Полимерный дымоход отличается высокой прочностью при небольшой стоимости и легкости установки.

Изделие из полимера легче устанавливать

В некоторых случаях материалы для изготовления дымоходов могут комбинироваться. Например, полимерный дымоход обложен кирпичам.

Комбинированный из полимера и кирпича дымоход