Дымовая труба для котельной: расчет высоты и сечения по техническим нормативам

Основная функция, которую должна выполнять дымовая труба для котельной — отводить в атмосферу дымовые газы от котлов и рассеивать их в этом пространстве. Есть у нее и дополнительная функция: они должны создавать естественную тягу, возникающую в результате разницы между температурой в топке и снаружи.

Мы познакомим вас с разновидностями дымовых каналов, классификация которых производится на базе конструктивных особенностей и материала труб. У нас вы узнаете, как производится расчет геометрических параметров на конкретном примере. Наши советы помогут определиться с видом и размерами дымохода.

Типы дымовых труб

В больших котельных естественная тяга не может обеспечить полноценное горение, здесь ее создают принудительно при помощи дымовых насосов. Процесс горения и сброс его продуктов в атмосферу должен приносить как можно меньше вреда окружающей среде и не вызывать аварийных ситуаций в результате возникновения в топках давления, превышающего норму.

Конструкционно трубы для котельных очень отличаются друг от друга и по виду несущей конструкции, и по материалу изготовления. По первому признаку выделяют несколько типов труб.

Самонесущие трубы котельных

Такие вертикальные конструкции бывают одно- или многоствольными. Они отводят продукты сгорания от котельных и котлов.

Используют их независимо от вида топлива, но при соблюдении некоторых требований:

1. Температура дымовых газов, проходящих по самонесущим трубам, не должна превышать 350 градусов С.
2. Продукты сгорания не должны быть химически агрессивными.
3. Оптимальная снеговая нагрузка для самонесущих конструкций – 250 кг на кВ. см, ветровая – 30 кг на кВ. см в условиях II ветрового района.

Устанавливают самонесущую трубу на крыше, а закрепляют внутри здания. Ее конструкционные особенности обеспечивают возможность перевозки и монтажа по месту, т.к. состоит она из отдельных секций, представляющих собой 3-слойные сандвич-трубы. К фундаменту сооружение крепится с использованием анкеров.

Внутри трубы находится слой, изготовленный из прочной стали, не поддающейся воздействию веществ, выделяемых при сгорании. Наружный слой защищает от атмосферных воздействий.

Дымовые трубы для крупных котельных чаще всего самонесущие. Это сооружение, возведенное по индивидуальному проекту и имеющее собственную инфраструктуру

Параметры дымовых конструкций должны соответствовать требованиям, изложенным в нормативных документах. Расчет их основан на таких факторах, как количество котлов, мощность, вид топлива. Обязательно должны быть учтены нормы по выбросам в атмосферу. В некоторых случаях дымовые трубы комплектуют площадкой, лестницей, люком для ревизии, световым ограждением.

Колонные дымовые конструкции

Труба этого вида состоит из наружной обечайки из высокоуглеродистой стали и вставленных в нее внутренних стволов разных диаметров из нержавеющей стали для отвода газов. Конструкцию закрепляют в залитую в фундамент анкерную корзину. Их может быть как 1, так и несколько. Чтобы внутри не оседал конденсат, используют термоизоляцию.

Часть колонной трубы. Здесь в разрезе видно, что внутри размещено несколько стволов различных диаметров из нержавеющей стали

Преимуществом такого конструктивного решения является большой эксплуатационный срок, перспектива подключения нескольких котлов. Толщину стали и марку выбирают, отталкиваясь от температуры и агрессивности продуктов сгорания.

Диаметр каждого ствола может достигать полутора метров, а если общий газоход планируют использовать для нескольких котлов, то необходим диаметр около 3 м. Чтобы не появлялся конденсат, стволы покрывают термоизоляцией.

Особенности околофасадных и фасадных дымоходов

Устанавливают околофасадные дымоходы для котельных, пристроенных к дому или встроенных. Крепят их к стене здания с использованием кронштейнов. Составляющими дымохода являются стволы и рама или анкерные крепления.

Ствол имеет 3 слоя: внутри нержавеющая сталь, затем теплоизоляция и оцинкованная сталь. Трубы предназначены для котельных, где котлы работают на газе или жидком топливе.

Наиболее часто фасадные трубы располагают вдоль наружной стены постройки. При выборе марки стали и толщины стенки трубы учитывают химический состав отводимых газов и их температуру

Околофасадные и фасадные трубы передают весовую нагрузку через дополнительный нижний фундамент и ветровую через виброизолирующие крепления. Этот вид дымоотводов, с точки зрения материальных затрат, самый экономичный из-за отсутствия несущих конструкций и прочного фундамента.

Модульная система, использованная при создании газоотводящих стволов, обеспечивает легкую замену поврежденных частей.

Трубы фермового вида

Такая металлоконструкция состоит из труб, закрепленных на прочной самонесущей колонне фермового типа. Ферма, в свою очередь, закреплена в анкерной корзине, залитой в фундамент. Дымоходы фермового типа подходят для использования в регионах с опасной сейсмологической обстановкой.

Конструкция фермового типа включает от 1 до 6 стволов. Колонна изготовлена из трубного проката. Профильная труба может иметь в сечении квадрат или треугольник. Зависит это от количества стволов

Для предотвращения коррозии газоотводы покрывают грунтовкой, затем окрашивают.

Ствол для отвода газов составлен из модулей, состоящих из 3 слоев:

• внутреннего, контактирующего непосредственно с продуктами сгорания и выполненного из нержавейки специальных сортов;
• толщиной 5-6 см, выполняющего роль теплоизоляции;
• наружного, защищающего теплоизолирующий слой от негативных воздействий окружающей среды.

Для антикоррозионного покрытия используют краски, содержащие большой процент цинка. В отдельных конструкциях внутри колонны могут присутствовать лестницы и площадки, облегчающие обслуживание. Конструктивные элементы труб этого типа относительно легкие и это облегчает как их транспортировку, так и работы по монтажу.

Мачтовые трубы дымоходные

Центральным элементом мачтовой трубы является опорная башня – трех- или четырехмачтовая, к которой прикреплены дымоходы. Все узлы конструкции собирают на основе в виде бетонной подушки, начиная снизу и постепенно продвигаясь вверх. Используют при сборке заклепочное соединение или применяют саморезы.

Опорная конструкция мачтовой трубы собрана из стальных профилей, соединенных между собой раскосами и уголками. Своим основанием колонна опирается на фундамент, а фиксируют ее анкерными креплениями

Обычно отдельные элементы перевозят на место монтажа и собирают, как конструктор. Занимает этот процесс совсем немного времени – несколько часов. По высоте дымоход может достигать 28,5 м максимум. Устойчивость дымоходу обеспечивают ребра жесткости – оттяжки стальные с сечением от 1,6 до 2 см. Они компенсируют действие поперечных сил.

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.

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.

Эта схема упростит процесс расчета основных параметров трубы для отвода продуктов сгорания любого топлива в топках котельной

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.

При устройстве дымовой трубы необходимо учитывать конструкцию кровли, толщину кровельного пирога, расстояние до ограждающих элементов и конька, правила пожбезопасности (+)

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.

Высоту трубы определяют в зависимости от конструкции крыши. Если кровля многоуровневая, в расчете учитывают перепады высот, но база во всех случаях одна – высота конька (+)

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:

Высоту дымового канала самостоятельно вычисляют по этой формуле. Все значения можно взять из документации, прилагаемой к отопительному оборудованию

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.

Таблица поможет определить значение плотности воздуха ρг в рабочих условиях без выполнения сложных вычислений. Значение плотности дымовых газов для упрощения расчетов принимают равной плотности воздуха (+)

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.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик с наглядной демонстрацией процесса расчета высоты дымового канала для обустройства котельной:

Здесь автор видео поделился собственным опытом расчета и монтажа дымохода для котла на твердом топливе:

Еще одно видео в помощь проектировщику-любителю:

Не столь важно, на каком топливе работают котлы в котельной. В любом случае не обойтись без системы отвода дымовых газов. Главные требования, которым должны соответствовать дымоходные трубы — хорошая тяга и пропускная способность, выдержанные нормы экологии.

Хотите задать вопрос по спорному или неясному моменту, который встретили при ознакомлении с информацией? Есть полезные сведения по теме статьи, которыми желаете поделиться с посетителями сайта? Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке.