Расчет параметров дымохода печи и камина

При устройстве дымохода необходимо помнить, что большое значение имеет не только материал его изготовления, но и параметры трубы. Сам расчет дымохода включает в себя определение высоты ствола, диаметр будущей трубы, сечение, предельные температуры и объемы для газа на входе и на выходе.

Одной из важных задач при строительстве частного дома является установка в нем дымохода. Дымоход необходим, потому что через него выходят вредные продукты сгорания.

Стоит рассмотреть примеры расчетов таких дымовых конструкций для печей, отопительного котла или камина с учетом того, что изготовлены они из металла.

Классификация дымоходных систем

Дымоходы классифицируются на: кирпичные, стальные, полимерные и керамические.

Сегодня используются дымоходные системы самых различных конструкций, они могут быть изготовлены не только из традиционного кирпича, но и из керамики, металла, полимеров.

Наиболее популярными являются на данный момент металлические трубы цилиндрического сечения, так как именно они обеспечивают эффективную, правильную работу всей системы.

Классификация дымовых труб по используемым материалам включает в себя:

• кирпичные прямоугольные с толщиной стенок в один-два слоя. Сегодня все чаще встречаются комбинированные, имеющие металлические вставки в стенках;
• сборные из нержавеющей стали, состоящие из многих элементов, в том числе тройников, колен, переходников и прочего;
• керамические системы специально для котельных. У них есть один большой минус – большой вес труб, требующих установки специального отдельного фундамента под них;
• полимерные дымоходные системы являются относительной новинкой, использовать их можно для колонок, где температура газов на выходе не превышает 250 °С. Этого вполне достаточно для бытовых отопительных систем, работающих от газа.

Внутреннее сечение

Формы поперечного сечения дымоходов: а — наиболее оптимальная форма дымохода, б — хорошая форма дымохода, в — допустимая форма дымохода, 1 — места отложения сажи.

Важно при сооружении конструкции правильно определить ее сечение. Самой оптимальной формой является цилиндр, но многое зависит и от материала, из которого будет изготавливаться труба, и от конструкции печи. Рассмотрим основные формы, которые может принимать сечение:

• прямоугольные дымоходы большого размера способствуют возникновению вихрей, особенно при большой скорости тяги. То есть движение газов здесь затруднено. Сегодня такие конструкции выполняются только из кирпича, но использование их наблюдается все реже;
• для каминов прямоугольное сечение является предпочтительным, так как позволяет сохранить тепло, но площадь сечения должна быть как можно меньшей, чтобы обеспечить нормальный выход газов;
• для отопительных котлов и печей рекомендуется использовать цилиндрические дымоходы, которые позволяют обеспечить не только правильный отвод газов, но и быстрый прогрев всей системы. Тяга здесь лучше, а это оказывает положительное влияние на работу самого котла. Именно такое сечение необходимо применять для бытовой отопительной системы.

Чтобы узнать сечение дымохода, необходимо учесть множество факторов, оказывающих влияние на саму конструкцию. Подбор высоты трубы зависит от следующих параметров:

• метеорологический режим местности;
• ветровые нагрузки, то есть скорости воздушных потоков;
• рельеф;
• температура газов при входе и выходе.

При проектировании надо учесть максимальный выброс газов, который разрешен в данной местности и оптимальную высоту. Сечение дымохода из различного материала можно узнать из формулы (она приведена ниже), а нормативные показатели для выбросов лучше узнать в местных органах самоуправления.

Формулы для расчета бытового дымохода

Для расчета дымохода на сегодняшний день существуют специально разработанные программы.

Сегодня существует множество специальных программ, при помощи которых можно рассчитать бытовые дымоходы, есть и сложнейшие формулы, но применение их довольно редкое, пользуются такими расчетами преимущественно только специалисты. В быту для домашних котлов или камина можно воспользоваться упрощенной схемой.

Чтобы произвести такой упрощенный расчет, необходимо знать теплоотдачу, то есть мощность печей или котлов. Это значение выражается в количестве топлива, которое сжигается на один час работы котлов, данные эти указываются в паспорте к оборудованию.

Среди остальных параметров, которые необходимо знать, чтобы рассчитать дымовую трубу, следующие:

• температурное значение для газов при входе – 150-200 °С;
• скорость движения газов по дымоходной системе – от 2 м/с;
• высота дымоходной системы – согласно СНиП, составляет от 5 м от уровня колосника;
• уровень естественного напора газов из расчета на 1 м – от 4 Па (то есть, от 0,4 мм Н₂О).

Формула расчета самотяги дымохода.

Чтобы рассчитать величину самотяги, надо разность плотностей воздуха и дымового газа умножить на высоты трубы. То есть, диаметр полностью зависит от того, какой объем топлива сжигается за час работы печи.

Представьте, что количество объема топлива уже известно, тогда расчет для объема газов, которые поступают на входе, вычисляется таким образом:

Vг = B∙V∙(1+t/273)/3600,

полученное значение определяется в м³/с.

Теперь, когда известна скорость движения газов, можно приступить к вычислению площади (сечения) для трубы, печи или камина по формуле:

F = π∙d²/4,

полученное значение определяется в м².

Зная формулу для площади круга, можно определить и диаметр для круглых дымоходных труб для камина и котлов:

dт = √4∙B∙V∙(1+t/273)/π∙ω∙3600,

полученное значение определяется в м.

Пример расчета дымохода.

Пример расчетов, каким показателям должен удовлетворять металлический дымоход:

• представьте, что в топке сжигается объем обычных дров с влажностью 25% в количестве 10 кг/ч;
• объем для газов трубы печи при нормальных условиях составляет 10 м³/кг с учетом коэффициента избытка воздушной массы;
• температура на входе трубы печи для газов равна 150 °С;
• используя формулу, произведите расчет дымохода: Vг = (10∙10∙1,55)/3600=0,043 м³/с. Это объем газов, которые поступают внутрь;
• принимая скорость газов за 2 м/c, можно произвести расчет для диаметра трубы: d² =(4∙0,043)/3,14∙2=0,027;
• теперь подставьте эти значения в формулу и получите значение для диаметра дымохода для печи или камина: dт = √4∙0.34∙0,043∙(1+150/273)/3,14∙10∙3600 получается 0,165 м. То есть, диаметр дымохода для камина составляет 0,165 м.

Теперь приступайте к расчетам по определению самотяги

• сначала необходимо узнать, как именно охлаждается газ на каждый м трубы для камина или печи. Зная, что количество сжигаемого топлива составляет 10 кг/ч, проведите расчет для мощности печи: Q =10∙3300∙1,16= 38,28 кВт;
• тепловой эффект трубы равен 0,34, то есть потери на каждый м составляют 0,34/0,96=1,73 °С;
• из общих 5 м для дымохода печи либо котлов отнимите 2 м, которые уходят к конструкции самой печи, на выходе из оставшихся 3 м ствола получается, что температура газа равна: 150-(1,73*3) =144,8 °С;
• самотяга в нормальных условиях при 0 °С составляет 1,2932, а при температуре на выходе в 144,8 – 0,8452. Выполните расчет: 3*(1,2932-0,8452) получится 1,34 мм Н₂О. То есть естественный напор для газа будет составлять 1,34 мм Н₂О, что допустимо для нормальной эксплуатации дымоходной трубы для бытовых котлов, камина либо печи.

При сооружении дымохода необходимо обязательно учитывать не только особенности его конструкции, но и произвести все расчеты, чтобы узнать сечение трубы, диаметр, допустимые температуры газов на выходе. Все это позволит организовать безопасную эксплуатацию, определить предельные значения. При проведении расчетов надо не забывать о том, что конструкции всех труб различаются, расчет для металлической либо кирпичной будет несколько иным.