Как самостоятельно рассчитать диаметр и высоту дымохода, сделав печь безопасной

Я приветствую моего уважаемого читателя и предлагаю вашему вниманию статью о том, как правильно сделать расчет дымохода в своем доме.

Основная составляющая комфорта в доме – тепло. Решать проблемы отопления частного дома приходится хозяину дома. Для отопления используют небольшие агрегаты, которые можно смонтировать самостоятельно (кроме газовых), в том числе и дымовые трубы.

Чтобы обеспечить полный отвод дымовых газов из помещения, хорошую тягу и предупредить опрокидывание тяги, необходимо соблюдать требования нормативной документации.

Для чего требуется расчет дымохода

Именно дымоход обеспечивает безопасность жильцов. Неправильно спроектированный дымоход неспособен полностью удалить токсичные продукты сгорания (углекислый и угарный газ, окислы серы), дым и копоть. Возможен даже пожар при попадании горячего дыма в помещение. Особенно опасно опрокидывание тяги – поворот движения дыма в обратном направлении.

Поэтому при монтаже дымохода необходим правильный расчет его параметров – именно они обеспечивают создание идеальной тяги и полное удаление вредных веществ.

Для каких параметров нужен расчет

Основные параметры любого вертикального дымохода – длина и внутреннее (рабочее) сечение дымоотводящего канала. Вся приведенная ниже информация одинаково верна для отопительных приборов на любом виде топлива, но параметры дымоходов для газовых котлов рассчитывают специалисты лицензированной проектной организации.

Длина

Длина дымохода определяется СП 7.13130.2013. Его длина (или высота) измеряется от оголовка вверху трубы до колосниковой решетки отопительного котла. Норматив предусматривает минимальную высоту дымохода и высоту оголовка относительно конька кровли.

Следует иметь в виду, что определенная расчетами высота – номинальная. Фактически дымоход у современного котла расположен сбоку, выпускной патрубок котла расположен в верхней части агрегата на некоторой высоте относительно низа топки. Поэтому фактическая длина вертикальной части дымопровода будет немного меньше, чем расчетные данные – на расстояние от низа топки до выпускного патрубка. Это расстояние можно определить по чертежу агрегата или измерить.

Не стоит думать, что удлинение дымохода – это хорошо. Тяга основана на подъеме вверх горячих отходящих газов, а при слишком большой длине трубы газы охлаждаются и тяга уменьшается. По этой же причине дымоход должен быть утеплен. В утеплении нуждаются даже традиционные печные дымоходы из красного кирпича. Ситуация с тягой усугубляется еще и тем, что отходящие газы от современных котлов с высоким КПД имеют невысокую температуру.

При умеренно удлиненном дымоходе тяга увеличивается, при этом больше тепла вылетает в атмосферу. Слишком сильный ток газов будет гасить газовые отопительные агрегаты. Тягу можно регулировать задвижками.

Установка низкого дымохода в жилом доме совершенно недопустима – в нем не возникает достаточного разрежения, газы поднимаются с меньшей скоростью, из-за чего тяга уменьшается. Допускается устанавливать невысокие дымоходы на отдельно стоящих печах, например в саду для барбекю и т.д.).

Диаметр дымохода

Не менее важен для создания тяги и диаметр дымохода. При установке современных отопительных агрегатов минимальный диаметр определяется просто – по паспорту агрегата (и диаметру выходного патрубка). Кроме того, в нормативных документах приведены минимальные размеры сечения дымоходов, соответствующие агрегату определенной мощности. Эти данные приведены в паспорте агрегата.

Если внутреннее сечение дымохода по каким-то причинам выбрано квадратным, то его площадь должна быть не меньше круглой конструкции.

При использовании уже существующей традиционной печи дымоход оставляют прежним. При устройстве кирпичной печи и дымовой трубы своими руками необходимо пользоваться проектом (желательно не скачанным в интернете!) и выкладывать трубу в точном соответствии с чертежом. То же относится и к отдельно стоящим кирпичным конструкциям.

Способы расчета

Профессионалы используют несколько методов расчета параметров дымохода. При монтаже больших промышленных труб проектантам поручаются очень сложные расчеты. Они учитывают:

• количество и состав дымовых газов;
• концентрацию вредных веществ в продуктах сгорания;
• материал трубы;
• шероховатости внутренней поверхности борова;
• метеорологическую обстановку в регионе.

Расчет больших труб нередко служит темой для дипломной работы в институте. К счастью, размеры дымоходов в частном доме меньше, мощность отопительных агрегатов также уступает промышленным объектам.

При проектировании небольшой трубы для частного дома пользуются более простыми, хотя и довольно точными расчетами. Полученные в результате расчетов параметры дымохода обеспечивают полную эвакуацию продуктов сгорания из топки и обеспечивают безопасность жильцов. Такие расчеты позволяют избежать ошибок в выборе параметров и при монтаже дымохода, избежать последующей переделки конструкций. Подобные переделки в уже построенном и отделанном доме намного сложнее, чем в процессе строительства.

При расчетах параметров дымовых труб частного дома пользуются точным и приближенным (шведским) методами расчета.

Точный метод

Для отопления чаще устанавливают готовые отопительные или отопительно-варочные агрегаты промышленного производства с определенным диаметром дымохода. С каменками для бани или масляными печками для гаража обычно также монтируют готовые сэндвич-дымоходы небольшого диаметра (100 мм).

Для более точных расчетов необходимо знать характеристики топлива и отопительного котла, скорость подъема дымовых газов, количество сжигаемого топлива, форму дымохода (форму сечения, количество изгибов). Расчеты достаточно сложны и требуют применение некоторых специальных данных, поэтому рассмотрим расчет для отопительного агрегата (камина) на дровах – их чаще делают оригинальными, полагаясь только на опыт печника, поэтому расчет сечения необходим.

Дымоход пусть будет круглого сечения, без поворотов. Данные для расчета:

• среднюю скорость движения дымовых газов по борову v принимаем равной 2 м/с;

• масса дров, сгорающих в течение часа в топке – В=5 кг/ч (влажность 25 %);

• температура исходящих газов – t = 160°С.

Формула для определения объема исходящих газов:

где V – объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива. Для дров с влажностью 25% для сгорания 1 кг необходимо 10 м3 воздуха.

Значение, полученное в результате расчетов, округляется в сторону увеличения до ближайшего типоразмера круглых труб (например, 125 мм). Квадратный или прямоугольный дымоход из кирпича не делают меньше, чем 140×140 мм. Сечение трубы для традиционной печки должно быть больше размера поддувала в полтора раза.

Объем продуктов горения при нормальных условиях и температура исходящего дыма – нормативные данные. См. таблицу:

Вид топлива	Объем продуктов горения при давлении 760 мм рт. столба и 0° С	Температура исходящих газов, ° С
Дрова (влажность 25%)	10	160
Торф кусковой	10	150
Торфяные брикеты	11	160
Уголь бурый	12	140
Уголь каменный; антрацит	17	120

Шведский метод расчета

Существует так называемый шведский метод расчета, основанный на выборе высоты дымопровода в зависимости от соотношения площади пода печи и сечения трубы. Обычно метод применяют для дровяных каминов. Рассчитывают отношение:

затем переводят отношение в проценты и по графику в зависимости от получившейся величины и формы борова выбирают высоту дымопровода.

При использовании шведского метода расчета можно вычислить площадь сечения борового канала исходя из площади пода топки и высоты трубы, определенной в соответствии с СП 7.13130.2013 в зависимости от высоты конька кровли и расположения дымопровода относительно конька (см. ниже).

Как правильно сделать расчет параметров дымохода

После проведения расчетов высоту трубы сверяют с требованиями нормативного документа – она должна быть не ниже, чем того требует СП 7.13130.2013. В любом случае принимают большее значение длины.

Лучший диаметр дымохода – соответствующий паспорту отопительного агрегата.

Определение высоты дымохода

Высота дымохода определяется еще на этапе проектирования дома в зависимости от расположения трубы на кровле, расстояния до конька или до соседних высоких объектов (домов, больших деревьев).

Зачем нужен этот параметр

От высоты дымохода зависит тяга, а значит, надежность и безопасность работы отопительного агрегата и безопасность жильцов дома. При недостаточном удалении дымовых газов падает КПД котла, печи или камина, возникает опасность отравления жильцов угарным или углекислым газом и опасность пожара.

Требования СНиП

В соответствии с СП 7.13130.2013, минимальная высота дымоотводящей трубы от оголовка до колосниковой решетки отопительного агрегата должна составлять не менее 5 м. При выходе трубы на плоскую кровлю ее высота должна быть не менее 0,5 м. Максимальная длина горизонтального участка не должна превышать 1 м.

Для создания нужного разрежения при выходе дымопровода из кровли высота оголовка трубы над кровлей также оговорена (см. ниже в таблице).

Существует еще понятие ветрового подпора. Если дымовая труба находится поблизости от высокого здания, дерева или невысокая отдельно стоящая труба находится близко к дому, то эти объекты могут загораживать дымоход от ветра и уменьшать тягу. Чтобы определить, не попадает ли труба в зону ветрового подпора, необходимо через верхнюю точку дома или дерева провести наклонную линию под углом 45° к горизонтали. Оголовок трубы должен быть выше этой линии.

Из двух значений высоты выбирают большее. Если для соблюдения нормативных требований придется сооружать очень высокую дымовую трубу (намного выше 5 м), то придется монтировать дымосос, обеспечивающий достаточную тягу при любой длине трубы.

Таблица высоты печной трубы над коньком

Высота дымопровода над коньком должна соответствовать СП 7.13130.2013. Информация приведена в таблице:

Расстояние до конька или парапета здания, м	Высота трубы относительно уровня конька, м
До 1,5	выше на 0,5 м
До 3 м	на одном уровне с коньком
Более 3 м	угол между линией, соединяющей конек с оголовком и горизонталью должен быть не более 10°

Расстояние от конька до трубы измеряют строго по горизонтали.

Расчет сечения дымового канала

СП 7.13130.2013 определяет минимальные сечения дымоходного канала кирпичного или бетонного дымопровода в зависимости от мощности отопительного агрегата:

• до 3,5 кВт – 140×140 мм (Ø не менее 158 мм);
• 3,5-5,2кВт – 140×200 мм (Ø не менее 189 мм);
• 5,2-7,0 кВт – 140×270 мм (Ø не менее 219 мм).

При модернизации печей с неизвестной мощностью либо оставляют дымопровод существующего сечения, либо вставляют внутрь круглый вкладыш из нержавейки подходящего диаметра. Если к старой печи устанавливают современные керамические или сэндвич-трубы, то внутренний диаметр модулей должен быть не меньше, чем диаметр вкладыша, который бы поместился при установке в старую трубу. Теоретически можно поискать проект старой печи, но в большинстве случаев это невозможно.

Чаще всего приглашали печника, и тот складывал печи и дымоходы 2-3 освоенных типоразмеров безо всяких проектов и расчетов. Реально определить все особенности устройства печи из кирпича по внешнему виду невозможно, и единственный ориентир при выборе сечения вкладыша или нового дымохода – сечение борова уже существовавшего дымохода (при условии, что он хорошо работал). Если дымоход обеспечивал недостаточную тягу, то при его замене или модернизации лучше пригласить специалиста-теплотехника и поручить ему соответствующие расчеты.

Диаметр труб с внутренней поверхностью из гладкой керамики или нержавейки может быть немного меньше (на 30%). В задвижках печей, работающих на твердом топливе, должно быть не перекрываемое отверстие сечением не меньше 15×15 мм.

Внутреннее сечение дымохода: какое лучше?

В дымоходе квадратной или прямоугольной формы в углах будут завихрения дыма, слегка тормозящие поток газов и способствующие оседанию конденсата и сажи. По этой же причине углы трубы практически не участвуют в токе газов. Кроме того, у боровов квадратного и прямоугольного сечения больше площадь поверхности стенок, чем у боровов круглого сечения – это увеличивает трение поднимающихся газов о стенки и сильнее тормозит их.

Поэтому желательно выбирать дымоход круглой формы, а современные трубы из сэндвича или керамики выпускают именно круглого сечения, как и трубы из нержавеющей стали, асбоцемента. Квадратная или прямоугольная форма встречается у старых кирпичных дымоходов. Но для современных котлов, печей и каминов в кирпичный короб нужно вставлять круглый вкладыш из нержавейки.

Что делать, если сечение дымохода квадратное

Но возможно использовать и дымопровод квадратного сечения – квадратная или прямоугольная форма не очень существенно влияет на тягу, а полная переделка трубы сложна и затратна. Кирпичные дымоходы традиционных печей испокон веку имели квадратную или прямоугольную форму, при необходимости можно использовать старую трубу и сейчас.

Следует иметь в виду, что с современным отопительным агрегатом кирпичная труба без вкладыша долго не проработает – ее разрушит химически агрессивный конденсат.

Кирпичная труба должна иметь сечение примерно в полтора раза больше, чем у круглого дымопровода с гладкими стальными стенками. Поэтому установка вкладыша не ухудшает дымоотводящую способность квадратной кирпичной трубы.

Каким должен быть диаметр дымохода для печки

В идеальном случае диаметр дымохода должен быть равен диаметру выходного патрубка котла или немного больше (если патрубок имеет нестандартное сечение).

Диаметр дымохода для печки определяется из площади сечения по вечной школьной формуле: s=πd2/4. Площадь сечения должна быть равна или немного меньше значения площади сечения квадратного борова, определяемого по нормативным документам в зависимости от мощности котла.

Как влияет диаметр дымоотвода на его высоту

При устройстве дымоотвода существует непреложная зависимость: чем уже сечение борова, тем выше должна быть труба. Более высокая труба увеличивает тягу и скорость подъема дымовых газов. Но чрезмерно высокая начинает тормозить тягу – горячие газы охлаждаются, их тормозит и трение о стенки борова, особенно шершавого кирпичного.

Расчет оптимального показателя тяги

Тяга – уменьшение давления в дымоходе. Расчет тяги нужен для проверки, правильно ли определена высота и сечение борова дымохода.

где ∆P – разница давлений на входе и выходе из трубы, Па;

a – атмосферное давление, Па;

h – высота трубы, м;

Ti – средняя температура внутри помещения, К;

To – внешняя температура, К.

Для неспециалиста показатель тяги не дает достаточной информацией, поэтому обычно рассчитывают величину объема отходящего дыма, которую обеспечивает наличие тяги в дымовой трубе. Именно объем отходящих газов показывает, насколько труба обеспечивает полное удаление отработанных газов с токсичными веществами и безопасность жильцов.

Формула точна только для воздуха, для дыма формула получается приблизительной. Но и по приближенному значению можно оценить, обеспечивает ли безопасность людей дымоход. Расчетная величина удаляемых газов должна быть больше или равна расчетной величине исходящих газов (см. выше).

где Vрасч – поток удаляемых газов, м/с3;

S – площадь сечения борова, м2;

С – коэффициент, учитывающий потери на трение; обычно принимают равным 0,65-0,7;

g – ускорение свободного падения, 9,807 м/с2;

h – высота трубы, м;

Ti – средняя температура внутри помещения, К (температура в кельвинах на 273 единицы больше температуры в °С);

To – внешняя температура, К.

За счет чего образуется естественная тяга в печи

Естественная тяга в дымоходе возникает вследствие подъема горячего и менее плотного дыма вверх. Снизу в топку подсасывается плотный холодный воздух, кислород реагирует с топливом, воздух с дымом разогревается в топке, поднимается и так далее.

Пример расчета

Для примера покажу расчет объема удаляемого воздуха для трубы с внутренним диаметром 0,125 м, площадью 0,012266 м2 и высотой, например, 6 м, внутренней температурой 20 °С и минимальной наружной температурой -20 °С.

Вывод: такая труба обеспечивает полное удаление дымовых газов из топки. Vрасч заметно превышает Vисх, поэтому для удешевления дымохода стоит просчитать Vрасч для более короткой или узкой трубы и рассмотреть возможность их установки.

При выборе дымохода меньшего сечения и высоты необходимо обязательно просчитать тягу при 10 °С – она будет меньше, чем при низких температурах, но Vисх должен быть равен или больше Vрасч и при положительных температурах, иначе не будет обеспечена полная эвакуация угарного и углекислого газа из помещения при теплой погоде.

В данном случае Vрасч значительно больше Vисх, так как в расчетах мы взяли конструкцию длиной 6 м (а не оптимальные 5 м) и округлили расчетный диаметр 0,118 м в большую сторону.

Онлайн-калькуляторы

Значительно облегчают расчеты параметров дымовой трубы готовые онлайн-калькуляторы .

Заключение

Я прощаюсь со своим уважаемым читателем. Когда будете строить новый коттедж или модернизировать старый дом, особое внимание уделите проектированию дымохода – это залог безопасности вашей семьи. Получайте новые статьи сайта, приводите на сайт друзей, делитесь интересной и полезной информацией с подписчиками в соцсетях.