Аэродинамический расчет дымовой трубы котельной

Аэродинамический расчет дымовой трубы котельной

Аэродинамический расчет параметров дымовой трубы котельной

Дымоход – неотъемлемая часть единой системы, состоящей из теплогенератора, воздуховодов и газовых труб. Дымоход выводит в атмосферу вредные выбросы, содержащиеся в выхлопных газах. Аэродинамические расчеты параметров дымовой трубы котельной необходимы для того, чтобы система эффективно выполняла свои функции и не представляла угрозы для здоровья человека.

Подбор дымохода для котельной и его монтаж осуществляется только на основании результатов предварительных расчетов, для чего используются специальные формулы или компьютерные программы.

Как производится расчет параметров дымовой трубы котельной с помощью компьютерных программ

Аэродинамический расчет дымохода для промышленной котельной – процесс очень сложный и хлопотный. В настоящее время такие расчеты выполняются с использованием различных компьютерных программ с учетом многих условий эксплуатации устройств. Цель этих расчетов – убедиться, что остатки сгорания переработанного топлива беспрепятственно выводятся через дымоход при максимальной нагрузке и выводятся наружу. С помощью компьютерных расчетов можно достоверно определить минимальную пропускную способность дымоходов. Ошибки в таких расчетах крайне нежелательны, так как могут вызвать опасное скопление газов.

Расчет дымохода с помощью компьютерной программы заключается во введении в систему данных показателей, касающихся:

    мощность котла; температура газообразования на выходе, указанная в сертификате. Если эти данные недоступны, обычное значение составляет 200ºC; температура наружного воздуха. Для включения отопления необходимо достичь температуры + 8ºC, для подачи горячей хозяйственной воды – + 20ºC; КПД котлов данного типа. При отсутствии этих данных в паспорте устройства значение для расчетов принимается равным 0,92; коэффициент избыточной воздушной массы для фитиля. Если данные не предоставлены, используется значение 1,4; Тип топлива; длина дымоходов, выходящих из котельного оборудования; материал, из которого изготовлен дымоход; температура в помещении; форма дымохода; размеры дымохода и др.

Тип дымохода и его размер зависят от типа котла и его мощности.

После ввода всех данных компьютерная программа выполняет расчет естественной тяги (собственной тяги). Если окажется, что потери большие, то необходимо изменить конструкцию, касающуюся формы, диаметра и высоты дымохода.

Показатели для практического аэродинамического расчета дымовой трубы

Дымовые трубы котельных и частных домов с твердотопливными котлами (каминами) требуют точных расчетов с учетом ряда показателей:

    климатические характеристики местности; Топография и тип земли, на которой возведено здание; региональная сейсмическая активность; скорость ветра, количество осадков и критические значения; вид кладки; динамические колебания устройств; материал, из которого изготовлен дымоход, и его тепловое расширение вид топлива, его тепловыделение технические характеристики, характерные для котла; температура газа на выходе.

Манипулируя такими данными, вы можете рассчитать:

    высота конструкции; оптимальный диаметр; допустимая масса дымохода и, следовательно, выбор материала, соответствующего планировке конструкции.

Результаты расчетов позволят определить диаметр будущего дымохода, его высоту и вес.

Правильно рассчитанная высота и проницаемость, подбор форм и материалов будут способствовать созданию естественной тяги, обеспечивая хорошую теплоотдачу. Правильному расчету способствует использование услуг профессиональных экспертов. Невнимательность приведет к ошибкам проектирования, которые будут:

    Внутренние поверхности будут подвержены чрезмерному отложению сажи и золы; Внутреннее сечение будет постепенно уменьшаться, что уменьшит тягу и проникновение образований угарного газа во внутренние помещения; увеличивается возможность возгорания скопившейся смолы и деформации трубы из-за колебаний температуры; риск возгорания увеличится.

Дымовая труба для котельной: конструкция и виды (типы)

Невозможно рассчитать высоту дымохода и других параметров котельной, без учета особенностей его структуры, в том числе:

    Фундамент и поддержка; Сливные газы вала; теплоизоляция; Защита от коррозии; Устройство, которое вводит дымоход.

Камень, керамические, оцинкованные или нержавеющие трубы из нержавеющей стали используются для построения дымоходов.

Дымовые газы охлаждают в очищающем устройстве – скруббером, до 60 ° С, очищаются в поглотителях и выделяются в атмосферу.

Строительство дымоходов может быть применено:

    кирпич. Кирпичная структура, установленная профессиональным дымоходом, не собирает сажа. Он характеризуется достаточной пожарной, механической прочности и теплоемкостью. Из-за разрушения кирпича по реакциям, которые возникают, когда оксиды серы осаждаются на стенках, вступают в контакт с водой, использование кирпичных структур резко уменьшилось; стали. Позволяет имитировать конфигурацию трубы. Это займет около десяти лет, если используется низкое содержание серы; керамика. Устойчив к эффектам конденсации водяного пара характеризуется огнестойкостью. Однако структура, загруженная металлическими стержнями, слишком много массивная, что затрудняет сбор; полимеры. Предназначен для монтажа на газовых колоннах и в котельной с температурой, не превышающей 250 ° С.

В зависимости от особенностей опорной структуры дымоходы могут быть:

    Самосвязка, изготовленная из слоистых труб. Может быть легко установлен на крышах с зданием внутри и, при необходимости, транспортировка, но обладает значительными ограничениями на использование – температура (350 º C), снежные нагрузки и ветра, уровень химической агрессивности продуктов сгорания; столбец. Можно установить многоцветную стальную конструкцию диаметром до трех метров при подключении к нескольким котлам; (почти) фасад. Эта конструкция рассматривается как наиболее экономичный, поскольку он не требует мощного фундамента и использования элементов несущих, а использование модулей обеспечивает простоту обмена; Ферма Обычно используется в областях с высокой сейсмической активностью; мачта Использование стальных ремней дает дополнительную устойчивость башни-носителя, состоящую из трех четырех мачтов с крепленными дымоходами.

Высокие дымоходы подвергаются воздействию ветра нагрузки, поэтому необходимо заботиться о дополнительном креплении

Как проводится расчет высоты дымовой трубы

Правильный расчет высоты дымохода влияет на эффективность нагревательного устройства, выраженное в достижении требуемого значения естественной строки. Согласно правилам, установленным SNIP, высота не может быть менее пяти метров. Зажигание этого кончика приводит к снижению естественной струны и неэффективной работы установки нагрева. Установка слишком высокого дымохода также уменьшит естественную строку, поскольку дым, проходящий через слишком удлиненный канал, будет нарушен и перемещен с меньшими и меньшей скоростью. Неправильные расчеты приводят к воздушным вихрям и проблемам ветровой зоны. Сильные порывы ветра могут даже погасить огонь в духовке.

Расчеты, выполненные при строительстве промышленных зданий, очень сложны и требуют многих различных показателей. При определении высоты дымохода для частного строительного проекта стоит соблюдать следующие рекомендации

Читайте также:  Основание стяжки: виды, характеристики, применение, применение и расход

    Длина должна быть не менее пяти метров на секции, соединяющей основание и самую высокую точку. Такая длина обеспечивает достаточную пожарную безопасность; Дымоход, установленная на плоской крыше, должна составлять не менее половины измерителя над поверхностью крыши; Если вы устанавливаете дымоход на наклонной крыше, дымоход, расположенный менее чем через полметра из хребта, должен быть поднят на полтора метра над хребтом. В этом случае он должен быть дополнительно защищен сооружениями для повышения его устойчивости, в противном случае он может быть уничтожен в результате прочного взрыва ветра. На расстоянии до трех метров от конька труба должна быть установлена ​​на одной высоте с коньком. Если расстояние превышает три метра, угол между горизонтальной линией конька крыши и виртуальной линией, проведенной между коньком и верхом дымохода, должен составлять 10 °; расстояние между дымоходом и высокими деревьями и постройками должно быть более двух метров; В том случае, если материал, из которого сделана кровля, легковоспламеняющийся, высоту дымохода следует дополнительно увеличить на полметра; в случае многоуровневой кровли с перепадом высоты расчет производится исходя из высоты конька; В случае, если котельная расположена в пристройке к дому, головка дымохода должна подниматься выше зоны ветровой нагрузки, определяемой линией 45 ° от верха дома до поверхности земли.

Если материал кровли негорючий, длину наружной части дымохода следует увеличить.

В прилагаемой к отопительному прибору документации указаны значения параметров, влияющих на выбор высоты дымохода.

Расчеты производятся по формулам:

Эта формула предусматривает использование следующих параметров: А – коэффициент, характеризующий региональную метеорологическую обстановку; Мi – масса газовых образований, проходящих через дымоход в единицу времени; F – скорость оседания частиц, образующихся при горении; Спdкi и Сфi – показатели уровня концентрации веществ, содержащих выхлопные газы; V – объем газа; Т – разница температур воздуха на входе в дымоход и на выходе из него.

Как рассчитывается диаметр дымовой трубы

Определение необходимого диаметра дымохода производится с целью расчета тяги. Если известен КПД отопительного прибора, можно полагаться на рекомендации, согласно которым:

    при мощности ниже 3,5 кВт достаточно дымохода сечением 0,14х0,14 м; при мощности от четырех до пяти кВт оптимальное сечение 0,14х0,2 м; при мощности пять-семь кВт – 0,14х0,27 м.

Для расчета сечения дымохода необходимы следующие данные

    количество израсходованного топлива в час (информация содержится в паспорте устройства). Этот параметр считается основным; температура газа, поступающего в дымоход (также паспортные данные, ок. 150-200 ° C); высота дымохода; Скорость потока газа в дымовой трубе, обычно принимаемая равной 2 м / с; естественная тяга, обычно принимаемая равной 4 Па.

Это легко вычислить, умножив высоту дымохода на разницу плотностей атмосферного воздуха и дымовых газов.

Можно использовать следующую формулу:

d2 = 4V / πW, где:

d2 – необходимое значение площади поперечного сечения; V – объем газа; W – скорость газа в дымоходе.

Формула для расчета диаметра:

S = m / ρw, где:

S – площадь поперечного сечения; m – количество израсходованного топлива в час; ρ – плотность газа в дымоходе. Как правило, для упрощения расчетов она принимается равной плотности воздуха; w – скорость газа в дымоходе. В случаях, когда значение диаметра дымохода необходимо определить с высокой точностью, лучше прибегнуть к помощи профессионалов, обладающих необходимой квалификацией. В случае устройства дымохода для частного дома достаточно следовать рекомендациям самого общего характера.

Достаточно грамотно выполненный аэродинамический расчет дымохода может обеспечить долгие годы успешной эксплуатации системы отопления. Если достигается хорошая естественная тяга и высокий расход, можно не беспокоиться о засорении дымохода сажей и необходимости ремонта. Правильно выполненные расчеты обеспечат работу котельного оборудования в полном соответствии с требованиями природоохранных норм. Будет достигнуто сочетание двух факторов, обеспечивающих существование, соответствующее стандартам современной цивилизации – комфортная температура в отапливаемых помещениях и отсутствие вреда для окружающей среды и здоровья человека.

Дымовая труба: расчет высоты и сечения

Одним из важнейших требований безопасной эксплуатации твердотопливных отопительных приборов является правильная организация утилизации продуктов сгорания. Их необходимо своевременно и полностью выпускать наружу, не заходя в помещение, обеспечивая подачу свежего воздуха, необходимого для непрерывного сгорания топливного заряда. Нарушение этих правил в лучшем случае приводит к неэффективной работе топки или котла. Но гораздо страшнее возможность отравления угарным газом или опасность пожара.

Дымоход: расчет высоты и сечения

В этой статье мы не будем рассматривать возможные варианты возведения дымоходных труб – информации по этой теме много в других публикациях нашего портала. Мы расскажем об основных параметрах дымохода – его сечении, обеспечивающем своевременный отвод продуктов сгорания при оптимальной скорости, и высоте, обеспечивающей производство необходимой естественной тяги.

Итак, тема сегодняшнего разговора – дымоход: расчет высоты и сечения, обоснование и удобные онлайн-калькуляторы.

Почему рассматриваются именно твердотопливные приборы?

Все просто – с ними в этих вопросах всегда больше проблем, чем с газовыми дымоходами. Поясним, почему:

    Во-первых, газовые обогреватели практически всегда являются заводскими изделиями. Это значит, что у них всегда есть определенная площадь поперечного сечения для подключения к дымоходу. Площадь сечения канала указывается в технической документации модели. Все довольно просто – ни одна часть дымохода не должна подниматься вверх, чтобы сузить канал.

Заводские котлы или печи всегда имеют ответвление для подключения дымохода. Так что с сечением дымохода проблем нет – оно не может быть меньше указанного в технической документации.

    Температура продуктов сгорания, выделяемых в дымовой газ из дымохода, непропорционально ниже, чем в случае древесины или другого твердого топлива. Также сложно сравнивать объемы газовых смесей, образующихся при сжигании «голубого» и твердого топлива. Разница очень важна!

Твердотопливные обогреватели, печи или котлы часто изготавливаются своими руками. Или они унаследованы от предыдущих домовладельцев. И здесь никогда не лишним будет проверить параметры дымохода, подключенного к такому устройству.

Читайте также:  Пространство под лестницей в частном загородном доме: идеи - 37 фото

Однако что касается высоты дымохода и проверки тяги – наверное, в полной мере относится и к газовым отопительным приборам. Сечение известно, но остальное не помешает.

Но начнем с поперечного сечения.

Как рассчитать площадь сечения дымовой трубы?

Существует несколько методов расчета оптимального сечения. Например, в зависимости от размера топочной камеры или поверхности зольника каменки. Однако в этой публикации мы сосредоточимся на методе, основанном на оценке объема выхлопных газов, образующихся при сгорании.

Сгорание дров и других видов твердого топлива всегда сопровождается очень сильным задымлением. Дымоход должен обеспечивать своевременный отвод этих количеств наружу.

На основе расчетов и экспериментов специалисты давно составляют таблицы, из которых можно получить информацию о удельном дымообразовании для различных видов твердого топлива. Другими словами, каков объем продуктов сгорания при сжигании, скажем, одного килограмма дров, угля, торфа и т. Д.

Приведем также такую ​​таблицу (сокращенный вариант). Помимо удельного дымовыделения, он показывает теплотворную способность топлива (количество тепла, выделяемого при сгорании одного килограмма) и приблизительную температуру продуктов сгорания на выходе из дымохода. Первая из этих характеристик в настоящий момент нас не интересует – она ​​дает лишь общее представление о топливной экономичности. Но температура, да, для расчетов нужна.

Тип топлива Удельная теплотворная способность топлива, ккал / кг, усредненная Удельный объем продуктов сгорания, выделяемых при сгорании 1 кг, м³ Рекомендуемая температура на выходе из дымохода, ° С
Древесина со средней влажностью 25%.330010150
Торф кусковой (рыхлый) воздушно-сушеный со средней влажностью не более 30%.300010130
Торф – брикеты400011130
Бурый уголь470012120
Каменный уголь520017110
Антрацит700017110
Пеллеты или брикеты древесные топливные48009150

Как видите, объемы впечатляют. Даже с минимальным количеством сжигаемых видов топлива – это уже около 10 кубометров на каждый сожженный килограмм. Следовательно, просто из-за физики и геометрии поперечного сечения дымохода он должен иметь возможность постоянно выводить эти значительные объемы наружу.

На это и «пляж» при расчете.

Цены на дымовую трубу

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

Vgh = Vud × Mtch × (1 + Td / 273))

Vgh – объем продуктов сгорания, производимых за час.

Vth – удельный объем образующихся продуктов сгорания для выбранного вида топлива, м³ / кг (из таблицы).

Мтч – масса топливной трубы, сгоревшей за час. Обычно это определяется отношением полной загрузки топлива ко времени его полного сгорания. Например, в печь за один раз загружается 12 кг дров, и они сжигаются в течение 3 часов. Следовательно, Мтч = 12/3 = 4 кг / час.

Td – температура газа (℃) на выходе из дымохода (из таблицы).

273 – постоянная, используемая для приведения температурных параметров к шкале Кельвина, которая используется в термодинамических расчетах.

Поскольку единица времени в нашей системе – секунда, вычислить объем в секунду несложно – достаточно разделить результат на 3600:

Vgc = Vgh / 3600

Чтобы узнать площадь поперечного сечения канала, обеспечивающую прохождение этого объема при определенной скорости газа, найдите их соотношение

Sc = Vgc / Fd

Sc – площадь сечения дымохода, м².

Fd – скорость потока газа в дымоходе, м / с

Несколько слов об этой скорости. Для отопительных приборов и объектов домашнего класса они обычно имеют тенденцию останавливаться в диапазоне от 1,5 до 2,5 м / с. На такой низкой скорости, с одной стороны, нет значительного сопротивления потоку и нет сильных вихрей, тормозящих поток газа. Тепловые потери сводятся к минимуму, температура газа на выходе из трубы снижается до нормальных значений. В то же время скорость достаточно высока, чтобы ограничить образование конденсата и отложения золы на внутренних стенках канала.

Если сечение найдено (а это его минимальное значение), то по известным геометрическим формулам можно найти либо диаметр для трубы с круглым сечением, либо длину стороны – для квадратного сечения, либо вы можно найти длины сторон для прямоугольного сечения.

Ниже представлен калькулятор, упрощающий этот расчет. В нем следует указать тип топлива, примерный расход (точнее, массу и время горения полной загрузки) и ожидаемый расход газа в дымовой трубе. Остальное делает сама программа.

Конечный результат представлен в трех представлениях:

– минимальный диаметр для круглого сечения;

– минимальная длина стороны для квадратного сечения;

– Площадь поперечного сечения, по которой можно определить, например, прямоугольную площадь поперечного сечения.

Калькулятор расчета параметров сечения дымоходной трубы

Высота дымоходной трубы.

Здесь можно обойтись без сложных вычислений.

Да, конечно, есть довольно хлопотные формулы, с помощью которых можно с большой точностью рассчитать оптимальную высоту дымохода. Однако они становятся действительно важными при проектировании котельных или других промышленных установок, где они работают с совершенно разными уровнями мощности, количеством потребляемого топлива, высотой и диаметром труб. Более того, эти формулы также содержат экологическую составляющую, касающуюся выброса продуктов сгорания до определенного количества.

Здесь нет смысла приводить эти закономерности. Практика показывает, и это, кстати, до сих пор прописано в строительных нормах и правилах, что для каждого из теоретически возможных стационарных приборов или топливных сооружений в частном доме будет достаточный дымоход (с естественной тягой) высотой не менее пяти метров. В любом случае можно следовать рекомендации ориентироваться на высоте шести метров.

Имеется в виду разница в высоте между выпускным отверстием прибора (в случае печей это часто считается от решетки) до верха дымохода, не считая изношенного зонта, флюгера или дефлектора. Это важно для тех дымоходов, которые имеют горизонтальные или наклонные участки. Опять же, дело не в общей длине дымохода, а просто в разнице в высоте.

Высота дымохода – это разница высот между входом и выходом, а не общая длина трубы, которая может быть горизонтальной или наклонной. Кстати, всегда нужно стараться минимизировать количество и длину таких участков.

Читайте также:  Неприятный запах из канализации в частном доме: 9 основных причин и способов устранения

Итак, минимальная длина понятна – пять метров. Меньше – это невозможно! И больше? Конечно, можно, а иногда и нужно, потому что могут быть дополнительные факторы, связанные со спецификой здания (банально – высота дома) и расположением головки трубы по отношению к крыше или соседним объектам. .

Это связано с правилами пожарной безопасности и тем, что головка трубы не должна находиться в т. н. ветровая зона. Если эти правила не соблюдаются, дымоход станет очень зависимым от наличия, направления и скорости ветра, а в некоторых случаях его естественная тяга может исчезнуть или быть заменена реверсом («переворачиванием»).

Правила не такие сложные, и с их учетом уже можно точно определить высоту дымохода.

Цены на дымоходную трубу

– Дымоход, расположенный от конька на расстоянии до 1500 мм, должен подниматься над коньком не менее чем на 500 мм.

– На расстояниях от 1500 до 3000 мм верхний край дымохода не должен быть ниже уровня конька.

– Если расстояние до гребня больше 3000 мм, минимально допустимое положение кромки трубы определяется линией, проходящей через вершину гребня под углом -10 градусов от горизонтали.

Для уменьшения зависимости тяги от ветра используются специальные кожухи, дефлекторы, лопасти. В некоторых случаях необходимо также использовать искрогаситель – это особенно важно для твердотопливных устройств.

Осталось сесть за чертеж вашего дома (существующего или планируемого) для определения места расположения трубы, а затем окончательно обосноваться на высоте 5 метров и более.

Проверка планируемой трубы на величину естественной тяги

Фактически мы уже установили основные параметры дымохода – достаточное сечение канала и его высоту. Однако для устройств с естественной тягой никогда не лишним будет проверить силу этой тяги. Чтобы не оказалось, что построенный дымоход вдруг отказался выполнять свои основные функции.

Тяга дымохода – это фактически разница давлений между горячими газами в дымоходе и воздухом снаружи. Именно эта разница стимулирует движение газовой струи по дымоходу.

Считается, что для нормальной работы дымохода разница должна быть не менее 4 Па на метр высоты трубы (0,408 мм водяного столба или 0,03 мм ртутного столба). Это значит, что для пятиметровой трубы (наш минимум) тяга должна быть не менее 20 Па. Он обеспечивает как нормальный отвод газов, так и необходимую подачу воздуха для непрерывного сгорания топлива.

Как рассчитать эту осадку. Конечно, это во многом зависит от плотности газов, которая, в свою очередь, тесно связана с температурой. В этом можно убедиться, посмотрев на паттерн, с которым мы будем работать:

ΔP = Ntr × g × Ratm × (1 / Tv – 1 / Tds) / 287,1

ΔP – естественная тяга в дымоходе, Па.

HtR – высота дымохода, м.

g – ускорение свободного падения (9,8 м / с²);

Ратм – атмосферное давление. Нормальным считается значение 750 мм рт. Ст. Однако местность, для которой производятся расчеты, может быть специфической. Следует правильно понимать, что уровень моря – это норма. По мере увеличения высоты над уровнем моря эта норма начинает снижаться. И – что очень важно. Так что в расчетах вам нужно будет руководствоваться нормой для вашего региона проживания.

Атмосферное давление обычно измеряется в миллиметрах ртутного столба. Однако для расчетов в системе СИ необходимо преобразовать ее в Паскаль. Это несложно, если знать, что 1 мм рт. Ст. = 133,3 Па.

TV – это температура наружного воздуха. Причем по шкале Кельвина, то есть C ° + 273.

Tds – средняя температура газов в дымоходе. Определяется как среднее арифметическое значений на входе и выходе и затем переводится в шкалу Кельвина.

287,1 – газовая постоянная воздуха. Правильнее было бы согласовать это значение с конкретным химическим составом направляемых газов. Однако в нашем случае ошибка существенная и существенно не повлияет на конечный результат.

Некоторые важные соображения о температурах на входе и выходе.

Мы всегда должны стремиться к его оптимальным значениям. Статистика показывает, что больше всего возгораний происходит в печах для сауны, где почти нет теплоотвода, быстро догоняющего тепло в парилке, а дымоход обычно нагревается до опасных температур. Следовательно, должна быть возможность регулировать температуру в дымоходе с помощью доступных средств – заслонок, заслонок, дополнительных устройств рекуперации тепла (например, баков с горячей водой).

В бытовых и отопительных печах это проще сделать, но контроль все же необходим. В котлах, где суть работы заключается в постоянном отводе тепла циркулирующему хладагенту, эти вопросы не столь актуальны.

Режим 900 ÷ 600 ℃ (вход и выход), встречающийся у некоторых на банных печах, очень опасен во всех отношениях и не должен даже приниматься во внимание! Разумный предел (верхний предел) – 600 ÷ 400 градусов для бытовых кирпичных и металлических печей. Обычно мы стараемся не выходить за пределы диапазона 400 ÷ 200 ℃. Для газовых приборов нижний предел может опускаться ниже 100 градусов.

Когда все начальные значения замен в формуле известны, можно переходить к расчетам. Для этого мы снова предлагаем воспользоваться опцией специального онлайн-калькулятора.

Калькулятор расчета естественной тяги дымовой трубы.

Если полученный перепад давления находится в пределах нормы (более 4 Па на метр высоты трубы) – то испытание можно считать успешным.

Основные параметры дымохода получены – можно переходить к выбору материалов и детальному проектированию.

На многих других тонкостях дымоходного дизайна предлагаемый фильм скажет:

Видео: Что важно знать для самостоятельного строительства дымохода?

Оцените статью
Добавить комментарий