Выбор материала и расчёт параметров труб для дымохода

Диаметр дымохода

Диаметр дымоотводящей трубы  зависит от мощности теплогенератора (котла, топки). Слишком малое сечение дымохода не обеспечит отвод полного объема продуктов сгорания. При слишком большом — уменьшится тяга, поскольку возрастет сопротивление отходящим газам со стороны холодного воздуха.

Говоря о каминах с открытой топкой, общепринятое соотношение сечения дымохода и размера проема топки камина (ширина/высота) составляет 1:10. При этом форма сечения должна быть круглой – это оптимальный вариант. В конструкциях с квадратным или прямоугольным сечением в прямых углах возникают завихрения, препятствующие максимальному удалению дыма и приводящие к образованию сажи. Если вы все же склоняетесь к прямоугольному сечению — следует выбирать, чтобы стороны были в соотношении 1 к 1,5, и даже в таком случае углы внутри необходимо закруглять.

В случае установки печи, диаметр трубы должен быть не меньше диаметра поддувала. Минимальное сечение составляет 100 мм. Когда теплоотдача меньше 3000 ккал/ч сечение по правилам составляет — 140×140 мм, в противном случае — 140×270 мм.

Дымовой ствол должен быть вертикальным, без заужений. Допускается не более двух отклонений от вертикали на угол не более 30°, относом не более 1 метра. В отдельных случаях допустим угол отклонения канала от вертикали до 45°, а относ – до 1,7 метра.

Как рассчитать площадь сечения дымовой трубы?

Существует несколько методик расчета оптимального сечения. Например, от размеров топочной камеры очага или от площади поддувального окна печи

Но в этой публикации внимание будет сконцентрировано на той методике, которая основана на оценке объема образующихся в процессе сгораний дымовых газов

Горение древесины и другого твёрдого топлива всегда сопровождается весьма значительным дымообразованием. И дымоходная труба должна быть в состоянии своевременно отводить эти объемы наружу.

На основе расчётов и опытов специалистами давно уже составлены таблицы, из которых можно получить информацию об удельном дымообразовании для разных типов твердого топлива. То есть какой объем продуктов сгорания образуется при сжигании, скажем, одного килограмма дров, угля, торфа и т.п.

Приведем и мы такую таблицу (в сокращенном варианте). В ней, помимо удельного дымообразования, показаны калорийность топлива (количество тепла, выделяемого при сжигании одного килограмма) и примерная температура продуктов сгорания на выходе из дымоходной трубы. Первая из указанных характеристик нас в заданный момент особо не интересует — просто дает общее представление об эффективности топлива. А вот температура, да, понадобится для расчетов.

Тип топлива	Удельная калорийность топлива, кКал/кг, усредненно	Удельный объем выделяемых продуктов сгорания от сжигания 1 кг, м³	Рекомендуемая температура на выходе из дымохода, °С
Дрова со средним уровнем влажности – 25%	3300	10	150
Торф кусковой (россыпью), воздушной просушки, со средним уровнем влажность не выше 30%	3000	10	130
Торф – брикеты	4000	11	130
Уголь бурый	4700	12	120
Уголь каменный	5200	17	110
Антрацит	7000	17	110
Пеллеты или древесные топливные брикеты	4800	9	150

Как видите, объемы впечатляют. Даже дающие минимальную дымность типы топлива – это уже около 10 кубометров на каждый сожженный килограмм. Значит, просто из соображений физики и геометрии сечение дымоходного канала должно быть в состоянии постоянно отводить эти немалые объемы наружу.

От этого и «пляшем» при расчёте.

Цены на дымовую трубу

дымовая труба

Объем продуктов сгорания, выделяемых при сжигании твёрдого топлива в течение часа можно определить по следующей формуле (с учетом температурного расширения газов).

Vgч = Vуд × Мтч × (1 + Тд/273))

Vgч — объем продуктов сгорания, образующийся в течение часа.

Vуд — удельный объем образующихся продуктов сгорания для выбранного типа топлива, м³/кг (из таблицы).

Мтч — масса топливной закладки, сгораемой в течение одного часа. Обычно находится отношением полной топливной закладки ко времени ее полного прогорания. Например, в печь загружается разом12 кг дров, и они прогорают за 3 часа. Значит, Мтч = 12 / 3 = 4 кг/час.

Тд — температура газов (℃) на выходе из дымоходной трубы (из таблицы).

273 — константа, для приведения температурных параметров к шкале Кельвина, использующейся в термодинамических расчетах.

Так как единица времени в нашей системе исчисления —  секунда, то узнать объем, получающийся за секунду, несложно – результат просто делится на 3600:

Vgс = Vgч / 3600

Чтобы узнать площадь сечения канала, который гарантированно пропустит через себя этот объем при определенной скорости движения газов, надо найти их отношение

Sc = Vgс / Fд

Sc — площадь поперечного сечения канала дымохода, м².

Fд — скорость потока газов в дымоходной трубе, м/с

Несколько слов об этой скорости. Для отопительных приборов и сооружений бытового класса обычно стремятся остановиться в диапазоне от 1,5 до 2.5 м/с. При такой, с одной стороны – невысокой скорости не наблюдается значительного сопротивления потоку, не возникает сильных завихрений, тормозящих движение газов. Минимизируются тепловые потери, снижается до нормальных величин температура газов на выходе из трубы. Вместе с тем, скорость в достаточной степени большая для того, чтобы уменьшить образование конденсата и оседание золы на внутренних стенках канала.

Если найдено сечение (а это – минимальная его величина), то по известным геометрическим формулам можно найти или диаметр для трубы круглого сечения, или длину стороны – при квадратном сечении, или подобрать длины сторон при прямоугольном.

Ниже предложен калькулятор, который до предела упростит проведение этих вычислений. В нем необходимо указать тип топлива, примерный расход его расход (точнее, массу и время прогорания полной загрузки) и ожидаемую скорость потока газов в дымоходе. Остальное программа выполнит сама.

Итоговый результат показывается в трех представлениях:

— минимальный диаметр для круглого сечения;

— минимальная длина стороны для квадратного сечения;

— площадь сечения, по которой можно, например, подобрать размеры сторон для прямоугольного сечения.

Способы расчетов

Точный метод + формула

Рассчитать дымоход для печки, занятие не для новичков. Такую работу лучше доверить профессионалам. Но если вы решили рассчитать этот параметр самостоятельно вам понадобится знание основных данных и нескольких формул:

Для определения кубатуры выходящих газов важно знать мощность отопительного агрегата. Для расчетов применяем формулу:, где:

• В – коэффициент скорости сгорания твердого топлива. Это значение определяется исходя из данных таблицы №10 ГОСТа 2127;
• V – уровень объема сжигаемого топлива. Эта величина указывается на бирке промышленного прибора;
• Т – уровень нагрева отводящихся газов в месте выхода из дымохода. Для дровяных печей – 1500.

1. Общей площади дымохода. Ее высчитывают исходя из соотношения объемов газов, это значение обозначается «Vr» и скорости их продвижения в трубопроводе. Для бытовой печи, работающей на дровах, это число равно – 2 м/сек.
2. Диаметр круглой трубы высчитываем по формуле – d² = (4 * Vr) / (π * W), где W – это скорость продвижения газов. Все расчеты лучше выполнять на калькуляторе и внимательно вносить все величины.

Рассчитываем оптимальную величину тяги

Эта операция выполняется для контроля над расчетами оптимальной высоты и сечения дымохода. Такой расчет можно проводить по 2 формулам. Основную, но сложную мы приведем в этой главе, а основную, простую формулу приведем при выполнении пробного расчета данных:

, где:

• С – это постоянный коэффициент, равный для печей на дровах 0,034;
• литера «а» – величина атмосферного давления. Величина естественного давления в дымоходе – 4 Па;
• высота дымохода обозначается буквой «h».
• Т0 – средний уровень температур атмосферы;
• Тi – величина нагрева отработанных газов при выходе их из трубы.

Пример расчета сечения дымохода

Принимаем за основу:

• буржуйка работает на твердом топливе;
• в течение 60 минут в печи сгорает до 10 кг дров лиственных пород деревьев;
• уровень влажности топлива – до 25%.

Еще раз приведем основную формулу: 

Расчет проводим в несколько этапов:

1. Выполняем действие в скобках – 1+150/273. После вычислений получаем число 1,55.
2. Определяем кубатуру выходящих газов – Vr= (10*10*1,55)/3600. После вычислений получаем объем, равный 0,043 м3/сек.
3. Площадь трубы дымохода – (4*0,043)/3,14*2. Расчет дает значение – 0,027 м2.
4. Берем квадратный корень из площади дымохода и высчитываем его диаметр. Он равен 165 мм.

Теперь определяем величину тяги по простой формуле:

1. По формуле расчета мощности высчитываем эту величину – 10*3300*1.16. эта величина равна – 32,28 кВта.
2. Рассчитываем уровень потерь тепла на каждом метре трубы. 0,34*0,196=1,730.
3. Уровень нагрева газа на участке выхода из трубы. 150-(1,73*3)=144,80.
4. Атмосферное давление газа в дымоходе. 3*(1,2932-0.8452)=1,34 м/сек.

Важно! Используя данные вашей печи, вы сможете самостоятельно выполнить расчет, но для подстраховки лучше проконсультируйтесь со специалистами. От правильности расчета зависит безопасность вашего жилья и экономичность работы нагревательных приборов.

Шведский метод расчета

Размер дымохода для печи можно выполнить и по такой методике, но основное назначение шведского метода – расчет дымоходов каминов с открытой топкой.

В этой методике для расчета не используется величина топочного отсека и объем воздуха в нем.  Для определения правильности расчета используется график:

Здесь важно соответствие соотношения площади топочного отсека («F») и отверстия дымоотводящей трубы («f»). Для примера:

• габариты топки 770/350 мм. Высчитываем площадь отсека – 7,7*3,5=26,95 см2;
• размер дымохода 260/130 мм, площадь трубы – 2,6*1,3=3,38 м2;
• высчитываем соотношение. (338/2695)*100=12,5%.
• смотрим в нижней части таблицы величину 12,5 и видим, что расчет длины и диаметра произведен правильно. Для нашей печи необходимо построить дымоход, высотой 5 м.

Разберем еще один пример расчета:

• топка 800/500 мм, ее площадь – 40 см2;
• сечение дымохода 200/200 мм, площадь равна 4 см2;
• рассчитываем соотношение (400/4000)*100=10%.
• по таблице определяем длину дымохода. В нашем случае, для круглой сэндвич – трубы она должна быть 7 м.

Разновидности систем

Околофасадный дымоход

Тип несущей конструкции определяет категорию того или иного дымовывода. По этому показателю можно выделить:

• Самонесущие строения. Основу здесь составляют сэндвич-дымоходы. Особенностью последних является легкость монтажа на кровельном покрытии, где основание трубы опирается и закрепляется во внутреннем помещении здания. Системы имеют множество ограничений по применению начиная от температуры сгорающих продуктов и заканчивая химической неустойчивостью.
• Околофасадные конструкции закрепляют непосредственно на несущие стены строения, поэтому здесь не нужен дополнительный фундамент. Модули, из которых состоит труба, легко поддаются замене, поэтому такой вариант дымоотвода считается наиболее экономичным.
• Дымовыводы в виде колонн представляют собой кирпичные строения, в основании которых заложен мощный фундамент, обычно это круглые либо квадратные массивы, вертикально идущие вверх. Бывают колонны из металла, где в единый ансамбль собрано несколько строений, так называемая многоствольная система.
• Дымоотводы, собранные по принципу ферм, нашли применение в областях с неустойчивой сейсмической обстановкой, они имеют дополнительные опоры.
• Мачтовые строения состоят из опорной башни, растянутой на тросах, где внутри проходит одна или несколько труб.

Почему рассматриваются именно твердотопливные приборы?

Всё просто – с ними в этих вопросах всегда больше проблем, если сравнивать с газовыми. Поясним почему:

Прежде всего, газовые отопительные приборы – это практически всегда изделия заводского производства. То есть обязательно имеют патрубок определенного сечения для подсоединения к дымоходу. Оговаривается площадь сечения канала и в технической документации модели. То есть все довольно просто – ни на одном из участков уходящего вверх дымохода зауживать канал не допускается.

Котлы или печи заводской сборки всегда имеют патрубок для подключения дымохода. То есть проблема с сечением дымохода уже не стоит – оно должно быть не меньше указанного в технической документации.

• Температура выходящих в дымоход продуктов сгорания газа несоизмеримо меньше, чем у образующихся при сгорании древесины или иного твёрдого топлива.
• Трудно сравнить и объёмы образующихся при сгорании «голубого» и твердого топлива газовых смесей. Разница здесь – весьма существенная!

А вот твердотопливные отопительные приборы, печи или котлы, очень часто создаются самостоятельно. Или же достаются «в наследство» от бывших владельцев дома. И вот здесь никогда не лишней будет проверка параметров подключённого к такому прибору дымохода.

Впрочем, то, что касается высоты трубы и проверки тяги – наверное, можно в полной мере отнести и к газовому отопительному оборудованию. Сечение-то известно, но остальное проверить не помешает.

Но начнем именно с сечения.

Способы и правила расчета

Правила расчета имеют свои допуски, их надо знать, перед тем как рассчитать диаметр трубы. Имеется несколько методов расчета, они зависят от того кем и для каких условий будут они будут выполниться:

1. Высокоточные, применяются при производстве котлов и выполняются конструкторскими отделами заводов-изготовителейоборудования.
2. Ориентировочные расчеты, выполняемые не специалистами на основании графиков, диаграмм и таблиц.
3. Автоматические, получаемые на базе онлайн-расчета.

Под точными вычислениями понимаются такие, в которых учтено множество факторов:
температура уходящих газов на выходе из котла и из трубы, скорости перемещения газов в топке и на участках системы дымоотведения, потере давления газов по движению в газовоздушном тракте. Большинство таких данных параметров получены экспериментальным путем производителями котельного оборудования и зависят марки котла, поэтому данный вид расчета, практически, не доступен для пользователей.

В отношении ориентировочного метода, перед тем как рассчитать диаметр дымохода, во внимание берутся характеристики объема топочной камеры. Для определения геометрических параметров труб, существуют различные таблицы и графики. Например, с габаритами топки 500Х400 мм, потребуется круглая труба от 180 до190 мм

Например, с габаритами топки 500Х400 мм, потребуется круглая труба от 180 до190 мм.

Третий метод базируется на использовании специальных онлайн-калькуляторов. Они учитывают практически все важные параметры, поэтому выдают очень точные результаты. Для того чтобы ими воспользоваться оператору потребуется знать много отправных данных.

Точный метод

Точные расчеты основываются на достаточно трудоемкой математической базе. Для этого потребуется знать основополагающие геометрические характеристики трубы, теплогенератора и используемого топлива. Для такого расчета можно использовать следующий метод определения диаметра трубы круглого сечения для дровяной печи.

Входные параметры расчета:

• Показания Т газов на выходе из котла t – 151 С.
• Усредненная скорость движения уходящих газов – 2.0 м/с.
• Расчетная длина трубы, какая стандартно применяется для печек – 5 м.
• Масса сжигаемых дров B= 10.0 кг/час.

На базе этих данных вначале вычисляют объем уходящих газов:

V=[B*V*(1+t/272)]/3600 м3/сек

Где V – объем воздушных масс, который необходимы для полноты сжигания топлива – 10 м3/кг.

V=10*10*1.55/3600=0,043 м3/сек

d=√4*V/3,14*2=0,166 мм

Шведский метод

Расчет дымовой трубы часто выполняют по этому методу, хотя он более точен при расчете дымоотводящих систем каминов с открытыми топками.

По данному способу для расчета применяется размер топочной камеры и его газовый объем. Например, для камина с порталом в высоту 8 кладок в высоту и 3 кладки в ширину, что соответствует размеру F= 75.0 х 58.0 см = 4350 см2. Вычисляют отношение F/f = 7.6% и определяют по графику, что прямоугольный дымоход с таким размером работать не сможет, возможно, применение конструкции круглого сечения, однако длина ее должна быть не менее 17 метров, что не реально высоко. В этом случае выбор лучше производить от обратного, по минимально необходимому сечению диаметра. Его просто найти по высоте здания, например, для 2-х этажного дома, высота от камина до колпака дымохода – 11 м.

Соотношение F/f= 8.4%. f = Fх 0.085 = 370.0 см2

D= √4 х 370 / 3,14 = 21.7 см.

Количество дров на зиму

Один из парадоксов мироздания: чем обыденнее и привычнее объект естественного происхождения, тем сложнее его математическое описание. Для того, чтобы вычислить объем Галактики или звезды достаточно помнить школьный курс геометрии. Если же кому-то очень понадобится узнать точный объем бревна – без методов дифференциального исчисления обойтись невозможно. От ошибки астронома обывателю ни жарко, ни холодно; а вот при неправильном расчете запасов топлива на зиму холод в доме обеспечен.

Вроде все просто: продолжительность отопительного сезона в днях умножаем на площадь дома и на среднесуточный расход дров. Не верьте этой простоте, она обманчива и требует множества уточнений. На самом деле необходимо учесть еще высоту потолка, т.е. не площадь, а объем. Самое интересное начинается, когда речь заходит о среднесуточном расходе дров. Эта величина зависит от калорийности топлива, КПД печи, климатических условий, теплопотери и многих других факторов, включая радиус кривизны рук мастера. Последний параметр – величина иррациональная, способная свести эффективность отопления к нулю. Если задаться целью вывести универсальную формулу для точного расчета – материала вполне хватит не на один десяток диссертаций. Гораздо быстрее навести справки у соседей или бывших хозяев дома.

Если вы планируете установить твердотопливный котел, рассчитать его «аппетит» проще – основные технические характеристики известны. Проще всего получить ориентировочную цифру, воспользовавшись формулами или онлайн-калькуляторами, размещенными на специализированных сайтах.

Попробуем подсчитать.

В качестве эталона возьмем дом общей площадью 150 кв. м и утепленный соответственно СНиП. В самый холодное время для обогрева помещения понадобится порядка 100 Вт/м². Примем средний расход энергии за 50 Вт/м². Отопительный сезон длится 7 месяцев (214 дней). При непрерывном отоплении получаем:

150 м²•50 Вт/м²•24 ч•214 дн = 38,52 МВт•ч, что приблизительно соответствует 33 Гкал.

Удельная низшая теплота сгорания абсолютно сухих дров составляет 4440 ккал/кг. При естественной сушке в течение около двух лет остаточная влажность древесины составляет 20%, удельная теплота сгорания – 3400 ккал/кг. КПД твердотопливного котла примем за 70%.

Вычисляем необходимое количество дров: 33000ккал•1000/3400ккал/кг/ 0,7/0,730 кг/м³≈19 м³, где 0,730 кг/м³, – плотность дубовой древесины. В перерасчете на клен или березу искомая величина составляет 21,3 м³, на сосну – 26,4 м³. На практике дров может понадобиться меньше или больше, в зависимости от состояния теплоизоляции дома и особенностей погоды.

Всезнающая статистика утверждает, что для отопления небольшого утепленного бревенчатого дома в средней полосе России вполне достаточно 4-6 кубометров дров на сезон. Наиболее экономически оправдан запас дров на два-три сезона: текущий +1-2 следующих. В таком случае вам наверняка хватит топлива даже на самый затяжной холодный период. Еще один довод: дрова, как и хороший алкоголь, со временем становятся только лучше.

«Помилуй бог, какие дрова? Мы – цивилизованные люди, у нас есть газ!» – такая позиция в корне неверна. Во-первых, потому, что нам выпало счастье жить в самой удивительной стране мира. здесь испокон веков наблюдаются два варианта развития событий: маловероятный и наихудший. Во-вторых, цивилизованный мир возвращается к проверенным и, главное, возобновляющимся источникам энергии. Дрова, солома и торф – все то же самое, что и сотни лет назад, с поправкой на современные технологии.

Иметь твердотопливный котел и хотя бы годичный запас дров в газифицированном доме – не блажь, а вполне разумное решение. Оптимизм – хорошо, но вдвое лучше – оптимизм, подкрепленный стратегическими запасами.

Также можно воспользоваться нашим онлайн калькулятором расчета количества колотых дров для отопления загородного дома, коттеджа или бани.

Расчет требуемого сечения дымохода

Начинать расчет дымовой трубы рекомендуется с диаметра, который влияет на то, какой именно объем дымовых газов может и будет выводиться наружу от отопительного оборудования

Важно понимать, что расчеты должны быть максимально точными. Так, диаметр меньше требуемого будет препятствовать полному выводу дыма, что может привести к задымлению помещений, пожару или выходу из строя теплогенерирующего оборудования

Вместе с тем, увеличенный диаметр может создать проблемы с тягой, что повлияет на слишком быстрое горение топлива: тепловая энергия не будет успевать поступать в помещение и большое количество тепла будет в прямом смысле «уходить в трубу».

Расчет требуемого под конкретный отопительный прибор диаметра можно производить несколькими методами на основе:

• размеров, габаритов камеры сгорания отопительного прибора;
• площади, габаритов поддувала прибора;
• объема дымовых газов, формирующихся в процессе горения топлива в конкретно взятом отопительном приборе.

Последний метод является наиболее распространенным при расчете сечения газохода, так как требование удалять дымовые газы в том количестве, в котором они создаются в процессе горения топлива – является изначальной и самой главной функцией дымового канала.

Виды дымоходов

Два основных подвида – это внутренние и внешние. За исключением кирпичных, которые обустраиваются только внутри, все остальные универсальные, подробней о них ниже. Устройство дымоходов для твердотопливных печей, котлов должно соответствовать определенным требованиям. К примеру, для каждого типа существуют свои требования по высоте, температуре

Особое внимание уделяйте расчету высоты. Современный системы могут предоставить широкий выбор разновидностей из самых разных материалов

Отличия могут касаться стоимости, устойчивости к температуре, долговечности, процесса монтажа и установки

Итак, виды:

Отличия могут касаться стоимости, устойчивости к температуре, долговечности, процесса монтажа и установки. Итак, виды:

• Кирпичные
• Стальные
• Керамические
• Сэндвич панели

Дымоход из кирпича

Кирпичный, зачастую обходится гораздо дешевле, чем более современные системы. Но, несмотря на относительную дешевизну, сопутствующие растраты могут оказаться немного выше. К примеру, под кирпич нужен тяжелый фундамент, навыки по укладке (самостоятельно выложить кирпичный дымоход для котла, печи на твердом топливе сложно). Следует использовать огнеупорный кирпич, с маркировкой не меньше М125, раствор можно использовать самый обычный, к нему особых требований нет. Учитывайте особенность, как правильно класть кирпич, стенки не должны быть меньше 120 мм.

Выводящий канал должен быть выстроен из расчета размера кирпича и его кладки, к примеру, сечение 140*140 мм соответствует 1⁄2 * 1⁄2 кирпича

Обратите внимание, те участки, которые проходят через не отапливаемые помещения, должны быть утеплены и тщательно за герметизированы. Кирпичные дымоходы отлично подходят только для котлов на твердом топливе, для них обязательно нужно поддерживать высокую температуру выводящих газов

Дымоход из стали

Может быть изготовлен, как из черной стали, так и с «нержавейки». Несмотря на более высокую стоимость второго типа, его рекомендуется устанавливать и производителями печей. Для всех дымоходов подобного уровня, характерны преимущества:

• гладкость стенок;
• универсальность;
• возможность установки даже после финальной отделки дома;
• долговечность, даже с высоким КПД;
• отсутствие завалов.

Дымоход из сэндвич-панелей

Построить дымоход для твердотопливного котла своими руками реально и с относительно новых сэндвич конструкций. Такая система подразумевает наличие двух стальных труб, которые вставлены друг в друга, а между ними установлен термоизоляционный слой. Во время эксплуатации именно теплоизоляция принимает на себя все нагрузки и перепады температур, позволяя избегать образования конденсата. Наиболее оптимальным считается использование таких типов дымохода, в деревянных домах, где высокое положение отведено пожарной безопасности.

Керамический дымоход

Твердотопливный котел может функционировать в паре с керамическим отводом. Состоит он из труб, для которых использовался специальный огнеупорный материал, с дополнительной термоизоляцией. Материал невероятно устойчив к перепадам температур, а также к воздействию агрессивных сред. Кроме того, подобные конструкции оказались наиболее долговечными в плане использования без очистки и ремонта. Подбирая трубы, нужно ориентироваться на определенные требования, такие как температура отводящих газов. Для твердотопливных источников нужно использовать трубы с допуском 650 градусов.

Важное условие при эксплуатации подобных систем, за счет внешней теплоизоляции, особую роль играет вентиляция и проветривание. Они достаточно сильно вбирают влагу, поэтому позаботьтесь об этом заранее и продумайте надежную систему, чтобы воздух не застаивался

Иначе срок службы может значительно сократиться

Иначе срок службы может значительно сократиться.