Устройство и расчёт дымовой трубы для котельной

Любая современная котельная установка обязана соответствовать экологическим стандартам, так как при сжигании того или иного типа топлива во внешнюю среду выбрасываются далеко не безобидные продукты его сгорания. Котельные в наши дни работают на твердом, жидком и газообразном топливе, что обуславливает широкий "набор" их вредных отходов, начиная от окислов азота и заканчивая углекислым газом.

Чтобы эффективно рассеять в окружающем воздухе эти и другие токсичные соединения, используются дымовые трубы для котельных, которые, кроме того, отвечают за создание качественной тяги, крайне важной для стабильного функционирования агрегатов в котельных.

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.

В цоколе обычно устраиваются окна для газоходов (их называют боровами). В газоходах организовываются проходы для осмотра.

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

Элементы котельной с  металлической трубой:

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

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.

Согласно СНиП высота любой трубы котельной должна быть на 5м выше конька кровли любого здания, находящегося на расстоянии до 25 метров. Эту величину можно увеличивать, но уменьшать нельзя.

Материалы дымохода для котлов

Выбор материала для дымохода это не только технический, но и эстетический вопрос: желательно, чтобы эти элементы не только не диссонировали, но даже подчеркивали общий стиль. И всё-таки основная задача, решаемая дымоходом – стабильная вытяжка продуктов сгорания. Надежная, не чадящая, пожаробезопасная, без подтеканий конденсата. Для этого нужно правильно выбрать сечение и материал труб, которые могут быть выполнены из:

• нержавеющей стали;
• сендвич-труб;
• керамики.

Нержавеющая сталь предпочтительнее других материалов подходит для дымоотведения от котлов с закрытой камерой сгорания. Сендвич-трубы – удобное решение, не требующее дополнительных работ по теплоизоляции, удачный элемент современного дизайна. Керамические дымоходы – высокая аккумуляция и стойкость к едкому конденсату. Керамика дымохода может стать отдельным дизайнерским объектам в классическом интерьере.

У каждого материала есть свои преимущества, слабые стороны, своя ценовая категория. Задать вопросы о целесообразности выбора материала или конструкции дымохода для котла, комплектности его составных частей, можно у наших менеджеров.

Параметры труб дымоходов

Перед тем как установить дымоход, необходимо правильно определиться с размерами конструкции. Сюда относят не только длину дымохода, но и диаметр поперечного сечения трубы дымохода. Чтобы сделать максимально правильный выбор, достаточно ознакомиться с нормативными требованиями СНиП. Подбирать диаметр рекомендуется согласно показателям тепловой мощности печи или котла.

Здесь опирайтесь на такие рекомендации:

• диаметр трубы не должен быть меньше диаметра выходного отверстия котла;
• если показатель тепловой мощности составляет менее трёх с половиной киловатт, оптимальный показатель сечения трубы должен составлять 14 сантиметров;
• если показатель тепловой мощности варьируется в пределах 3,5-5,5 киловатт, диаметр надо увеличить до двадцати сантиметров;
• если показатель тепловой мощности составляет 5,5-7,5 киловатт, необходимо провести монтаж дымовой трубы диаметром 27 сантиметров.

При этом длину дымохода надо определять согласно таким правилам:

• минимальный показатель высоты, который даст возможность создавать требуемую тягу, составляет 5 метров от камеры сгорания до верха;
• если плоская крыша, то дымовая труба обязательно должна возвышаться над крышей минимум на 0,5 метра;
• не забывайте обращать внимание и на кровельный материал, используемый при проведении строительных работ. Если кровля выполнена из легковоспламеняющегося кровельного материала, высота трубы над коньком должна составлять один метр. Оптимальный вариант – на полтора метра.

Высота дымоходной трубы

Да, конечно, существуют довольно громоздкие формулы, по которым с большой точностью можно рассчитать оптимальную высоту дымовой трубы. Но они становятся действительно актуальными при проведении проектирования котельных или иных промышленных установок, где оперируют совершенно другими уровнями мощности, объемами потребляемого топлива, высотами и диаметрами труб. Тем более что в эти формулы включена еще и экологическая составляющая по выбросу продуктов сгорания на определенную высоту.

Нет никакого смысла приводить эти формулы здесь. Практика показывает, и это еще, кстати, оговорено в строительных нормах, что для любого из теоретически возможных в частном доме твердотопливного прибора или сооружения будет достаточно дымоходной трубы (с естественной тягой) высотой не менее пяти метров. Можно встретить рекомендации ориентироваться все же на показатель в шесть метров.

При этом имеется в виду именно перепад высот между выходом из прибора (для печей часто считают – от колосниковой решетки) до верхнего обреза трубы, без учета надетого зонта, флюгарки или дефлектора. Это важно для тех дымоходов, на которых имеются горизонтальные или наклонные участки. Повторим – не общая длина используемой трубы, а только разница высот.

Высота дымохода – это именно разница высот между его входом и выходом, а не общая длина трубы, на которой могут быть горизонтальные или наклонные участки. Кстати, следует всегда стремиться к минимизации количества и длины подобных участков.

Итак, минимальная длина понятна – пять метров. Меньше – нельзя! А больше? Конечно, можно, и бывает даже — нужно, так как могут вмешаться дополнительные факторы, обусловленные спецификой здания (банально – высота дома) и расположением оголовка трубы относительно кровли или соседствующих объектов.

Это обусловлено и правилами противопожарной безопасности, и тем, что оголовок трубы не должен попасть в так называемую зону ветрового подпора. Если этими правилами пренебречь, то дымоход станет крайне зависимым от наличия, направления и скорости ветра, и в ряде случаев естественная тяга через него может вовсе пропасть или смениться на обратную («опрокинуться»).

Правила это – не столь сложны, и с их учетом уже можно точно намечать высоту дымоходной трубы.

Основные правила расположения дымовых труб относительно элементов крыши здания

• Прежде всего, через какую бы крышу дымоход ни проходил, обрез трубы не может быть ближе 500 мм от кровли (скатной или плоской – неважно).
• На крышах сложной конфигурации, или на кровле, соседствующей со стеной или другим объектом (скажем, краем кровли другого здания, пристройки и т.п.), зона ветрового подпора определятся линией, проведенной под углом в 45 градусов. Обрез дымохода должен быть выше этой условной линии не менее, чен на 500 мм (на верхнем рисунке – левый фрагмент)..
• Такое же правило, кстати, действует и тогда, года рядом с домом находится высокий сторонний объект – здание или даже дерево. Рисунок ниже показывает, как производится графическое построение в этом случае.
• Зону плотного ветрового подпора могут создавать и высокие деревья вблизи дома.
• На скатной крыше высота выступающего над кровлей участка трубы зависит от удаления от конька (левый фрагмент верхней схемы).
• труба, расположенная от конька на удалении до 1500 мм, должна своим обрезом подниматься над ним минимум на 500 мм.
• При удалении от 1500 до 3000 мм верхний край трубы должен быть не ниже уровня конька.
• Если расстояние до конка больше 3000 мм, минимально допустимое расположение обреза трубы определяется линией, проходящей через вершину конька, проведенной под углом в -10 градусов от горизонтали.

Для снижения зависимости тяги от ветра применяются специальные колпаки, дефлекторы, флюгарки. В ряде случаев требуется и использование искрогасителя – это особо актуально именно для твердотопливных приборов.

Остается засесть за чертеж своего дома (имеющегося или планируемого), определить место трубы и затем уже окончательно остановиться на какой-то ее высоте – от 5 метров и более.

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.

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.

Варианты монтажа дымоотводов

Под внутренний дымоход необходимо возводить фундамент. Если добавить еще и защитный кирпичный канал, то это сведет к минимуму количество конденсата. Иногда дымоходы пристраивают снаружи к стене, за которой находится агрегат.

Внутреннее исполнение дымохода

Прежде чем приступить к монтажу дымохода под него выбирают место. Затем размечают места, где он будет проходить через перекрытие и кровлю. Тщательно проверяют точность разметки и делают проемы. Следующий шаг — выполнение подсоединения патрубка котла к дымоходу, а далее монтируют ревизию и тройник.

Закрепляют лист из стали, устанавливают главный кронштейн, трубу наращивают, если требуется, применяют «колени». В районе контакта с перекрытием используют патрубки. Берут лист оцинкованной стали с таким отверстием, чтобы через него свободно проходила труба, крепят его к перекрытию. Для усиления стыков применяют хомуты. Каждые 2 м дымоход закрепляют хомутами, а каждые 4 м — кронштейнами.

Работу завершают проверкой швов на герметичность. Для этого берут мыльный раствор, наносят его на все стыки. Если все выполнено качественно, то при подключении агрегата к дымоходу, пузыри в этих местах не появятся.

Устройство наружной конструкции

Для выносного дымохода в глухой стене делают отверстие такого диаметра, чтобы через него свободно проходила труба с изоляцией. Установив в отверстие первый элемент будущего дымохода, закрепляют его, обматывают изоляцией. Следующие секции добавляют со стороны улицы, контролируя вертикальность при помощи отвеса.

Трубу к стене фиксируют кронштейнами до достижения ею нужной высоты. Завершают процесс креплением трубы к патрубку котла и герметизацией стыков. Чтобы наружный дымоход прогревался быстро, его по всей длине утепляют базальтовой ватой.

Установка коаксиального дымоотвода

Дымоход этого типа выводит продукты горения наружу и одновременно снабжает горелку котла воздухом, богатым кислородом. При наличии такой конструкции не нужна дополнительная вентиляция.

Дымоход изготовлен из круглых труб — наружная стальная сечением 10 см и толщиной стенок 0.1 – 0.2 см и внутренняя алюминиевая диаметром 6 см. Трубы не соприкасаются т.к. между ними имеются перемычки.

Монтируют коаксиальные дымоходы для котлов с закрытой камерой сгорания, выполненных для установки на стену и на пол, а также для колонок и других газовых агрегатов.

Такой газоотвод имеет несколько преимуществ:

• конструктивно труба устроена так, что одновременно с нагревом поступающего воздуха, происходит охлаждение отработанных газов;
• дымоход увеличивает КПД оборудования;
• имеет компактные габариты, поэтому используют его не только в частных домах, но и в городских квартирах;
• безопасен — выводящиеся газы не контактируют с воздухом помещения и выходят не через вентиляционный канал а прямо в атмосферу;
• прост в монтаже.

Устанавливают коаксиальный дымоход как горизонтально, так и вертикально. Независимо от способа установки наибольшая длина дымохода не должна быть больше 4 м. Существуют модели с основательными параметрами, созданные специально для дымоотвода на большое расстояние.

Непосредственно под монтаж коаксиального дымохода производители выпускают адаптеры специальной конструкции, используемые для вертикальных переходов через перекрытия и кровлю. Для предохранения системы от осадков и обеспечения герметичности в районе прохождения трубы сквозь перекрытие существуют специальные оголовки.

В случае применения коаксиального дымохода для котла, установленного на стене, его располагают горизонтально. При этом необходимо обеспечить 3-5% уклон, иначе в котел будет попадать конденсат.

Нормы регламентируют не только размеры самого дымохода для газового котла, но и расположение отверстия в стене. Оно должно быть удалено от окна, находящегося рядом, минимум на 50 см и не менее 25 см, если находится над окном.

Назначение искрогасителя на трубы дымохода

Искрогаситель для бани или другого сооружения предназначен для охлаждения раскаленных частиц, находящихся в дымоходе. Двигаясь по ровной трубе, они не остывают. И если их не охладить, частицы попадут на деревья или дом и воспламенятся. Поэтому на ободок дымоотвода монтируют искрогаситель. Конструкция дымохода устроена так, что охлаждение искр происходит поэтапно:

• Специальные препятствия в виде горизонтальных отводов и турбулентных потоков помогают частицам контактировать с поверхностью трубы, передавая ей свое тепло.
• В связи с этим происходит быстрое нагревание трубы и частицы перестают охлаждаться.
• Тяга внутри дымохода становится слабее из-за турбулентного потока.
• Установленный искрогаситель сдерживает частицы и охлаждает их. При этом в дымоходе сохраняется качественная тяга.

Нужно знать, что топливо высокого качества выделяет меньше несгораемых частиц, а топливо плохого качества — больше.

Как самому изготовить искрогаситель

Простой искрогаситель-кожух изготовить нетрудно. Бюджетным вариантом является проделывание перфораций в трубе дымохода, которая примыкает к оголовку. Затем на эту трубу надевают заглушку и искрогаситель готов. У такого устройства много слабых мест: оно уменьшает тягу, быстро забивается и может нарушать функционирование дымохода.

Еще один способ изготовления искрогасителя — сборка его из нескольких частей. Вначале создают цилиндр-патрубок. Его диаметр несколько больше диаметра дымохода.

Затем к патрубку крепят трубу с перфорациями, которая продается в магазине или создается собственноручно путем просверливания сквозных отверстий в обычной трубе. Вместо трубы можно взять сеточку со среднего размера отверстиями. Поверх сеточки крепится заглушка или зонтик.

Все элементы соединяются между собой с помощью сварочного аппарата или заклепок.

Сложнее изготовить искрогаситель-дефлектор. Для этого металлические листы необходимо сгибать под разными углами, создавать расширения и сужения. Их диаметр для лучшей аэродинамики рассчитать сложно.

Это важно! Помимо искрогасителя, при устройстве дымохода необходимо позаботиться о правильном его расположении. Существуют нормативы, которые определяют на каком участке крыши должен быть расположен дымоход, его высоту и расстояние от других предметов. Эти нормативы созданы для уменьшения риска возникновения пожара.