Jednym z najważniejszych wymagań zapewniających bezpieczeństwo pracy urządzeń grzewczych na paliwo stałe jest prawidłowa organizacja usuwania produktów spalania. Przy wyliczeniu, aby wyszły na zewnątrz terminowo i całkowicie, bez wchodzenia na teren obiektu, a ustąpiły miejsca dopływowi świeżego powietrza, niezbędnego do ciągłego spalania instalacji paliwowej. Naruszenie tych wymagań prowadzi w najlepszym przypadku do nieefektywnej pracy pieca lub kotła. Jednak znacznie bardziej przerażająca jest możliwość zatrucia tlenkiem węgla lub wystąpienia zagrożenia pożarowego. W tym artykule obliczymy rurę dymową – jej przekrój, który zapewnia terminowe usuwanie produktów spalania z optymalną prędkością, oraz wysokość, która zapewnia wytworzenie niezbędnego naturalnego ciągu.
Dlaczego rozważa się urządzenia na paliwo stałe?
To proste – zawsze jest z nimi więcej problemów w tych sprawach niż z gazowymi. Wyjaśnijmy dlaczego:
- Przede wszystkim gazowe urządzenia grzewcze są prawie zawsze produktami fabrycznymi. Oznacza to, że muszą mieć rurę o określonym przekroju do podłączenia do komina. Pole przekroju kanału jest określone w dokumentacji technicznej modelu. Oznacza to, że wszystko jest dość proste – nie wolno zwężać kanału w żadnym obszarze przechodzącym przez komin.
- Temperatura spalin z kotła gazowego jest znacznie niższa niż z kotła na paliwo stałe.
- Trudno jest porównywać produkty spalania błękitnego paliwa z jakimkolwiek paliwem stałym.
- Ale urządzenia grzewcze na paliwo stałe, piece lub kotły, bardzo często powstają niezależnie. Albo dostają „odziedziczone” od byłych właścicieli domu. I tutaj nigdy nie będzie zbędne sprawdzanie parametrów komina podłączonego do takiego urządzenia.
Natomiast to, co dotyczy wysokości rury i sprawdzenia ciągu, zapewne można w pełni przypisać urządzeniom grzewczym gazowym. Skrzyżowanie znane, ale nie zaszkodzi sprawdzić resztę.
Zacznijmy jednak od skrzyżowania.
Jak obliczyć pole przekroju komina?
Istnieje kilka opcji obliczania optymalnego przecięcia. Na przykład z wymiarów komory spalania lub z obszaru okna przedmuchu. Jednak w tej publikacji uwaga skupiona zostanie na metodzie polegającej na szacowaniu ilości gazów spalinowych powstających w procesie spalania.
Na podstawie obliczeń i doświadczenia specjalistów od dawna opracowywane są tabele, z których można uzyskać informacje na temat powstawania dymu z różnych rodzajów paliw stałych. Oznacza to, jaka objętość produktów spalania powstaje podczas spalania, powiedzmy, jednego kilograma drewna opałowego, węgla, torfu itp.
Udostępnimy również taką tabelę (w wersji skróconej). Pokazuje, oprócz powstawania dymu, wartość opałową paliwa (ilość ciepła wydzielanego podczas spalania jednego kilograma) i przybliżoną temperaturę produktów spalania na wyjściu z komina. Pierwsza z wymienionych cech nie jest dla nas szczególnie interesująca — po prostu daje ogólne pojęcie o efektywności paliwowej. Ale temperatura tak będzie potrzebna do obliczeń.
| Typ paliwa | Specyficzna wartość opałowa paliwa, kCal/kg, uśredniona | Objętość właściwa oddzielonych produktów spalania ze spalania 1 kg, m3 | Zalecana temperatura na wyjściu z komina, °С |
| Drewno opałowe o średnim poziomie wilgotności – 25% | 3300 | 10 | 150 |
| Torf grudkowaty (luźny), suszony na powietrzu, o średniej wilgotności nie wyższej niż 30% | 3000 | 10 | 130 |
| Torf – brykiety | 4000 | 11 | 130 |
| brązowy węgiel | 4700 | 12 | 120 |
| twardy węgiel | 5200 | 17 | 110 |
| Antracyt | 7000 | 17 | 110 |
| Pelety, brykiety opałowe z drewna | 4800 | 9 | 150 |
Jak widać, wolumeny robią wrażenie. Nawet rodzaje paliwa wytwarzające minimalną ilość dymu wynoszą około 10 metrów sześciennych na każdy spalony kilogram. Zatem ze względów fizycznych i geometrycznych przekrój kanału kominowego powinien umożliwiać ciągłe odprowadzanie znacznych objętości na zewnątrz.
Dlatego „tańczymy” podczas obliczeń.
Objętość produktów spalania uwalnianych podczas spalania paliwa stałego w ciągu godziny można określić za pomocą następującego wzoru (uwzględniając rozszerzalność cieplną gazów).
Vgh = Vud × Mch × (1 + T d / 273))
Vgch — objętość produktów spalania powstałych w ciągu godziny.
Vud — konkretna objętość produktów spalania powstająca dla wybranego rodzaju paliwa, m³/kg (z tabeli).
Mtch to masa tabletki spalonej w ciągu jednej godziny. Jest to zazwyczaj stosunek pełnego zbiornika paliwa do czasu jego całkowitego wypalenia. Na przykład do pieca ładuje się 12 kg drewna opałowego, które spala się w ciągu 3 godzin. Zatem Mtch = 12/3 = 4 kg / h.
Td to temperatura gazu (℃) na wyjściu z komina (z tabeli).
273 to stała służąca do sprowadzania parametrów temperatury do skali Kelvina, która jest wykorzystywana w obliczeniach termodynamicznych.
Ponieważ jednostką czasu w naszym systemie liczenia jest sekunda, określenie objętości na sekundę nie jest trudne – wynik dzieli się po prostu przez 3600:
Vgs = Vgh / 3600
Aby poznać pole przekroju poprzecznego kanału, które gwarantuje przejście przez niego tej objętości przy określonej prędkości ruchu gazu, konieczne jest znalezienie ich stosunku
Sc = Vgс / Fd
Sc to powierzchnia przekroju kanału kominowego, m².
Fd to natężenie przepływu gazu w kominie, m/s
Kilka słów o tej prędkości. W przypadku urządzeń grzewczych i budynków klasy domowej zwykle starają się zatrzymać w zakresie od 1,5 do 2,5 m / s. Przy takich, z jednej strony, małych prędkościach, nie obserwuje się znaczących oporów przepływu, nie powstają silne wiry utrudniające ruch gazów. Straty ciepła są zminimalizowane, temperatura gazów na wyjściu z rury zostaje obniżona do normalnych wartości. Jednocześnie prędkość jest wystarczająco duża, aby ograniczyć powstawanie kondensatu i osadzanie się popiołu na wewnętrznych ściankach kanału.
Jeśli zostanie znaleziony przekrój (i jest to jego minimalna wartość), to korzystając ze znanego wzoru geometrycznego, można znaleźć średnicę rury o przekroju kołowym lub długość boku – dla krzyża kwadratowego -przekrój lub wybierz długości boków dla prostokąta.
Wysokość komina
Tutaj będziemy mogli obejść się bez skomplikowanych obliczeń.
Tak, oczywiście, istnieją dość kłopotliwe wzory, za pomocą których można z dużą dokładnością obliczyć optymalną wysokość komina. Jednak nabierają one ogromnego znaczenia przy projektowaniu kotłowni czy innych instalacji przemysłowych, gdzie pracują z zupełnie inną mocą, ilością zużywanego paliwa, wysokościami i średnicami rur. Ponadto formuły te uwzględniają także składnik ekologiczny dotyczący emisji produktów spalania do określonej wysokości.
Nie ma sensu wymieniać tutaj tych formuł. Praktyka pokazuje, a nawiasem mówiąc, przepisy budowlane przewidują, że dla każdego z teoretycznie możliwych urządzeń lub konstrukcji na paliwo stałe w prywatnym domu wystarczy komin (z naturalnym ciągiem) o wysokości co najmniej pięciu metrów . Możesz znaleźć zalecenia, aby skupić się na wskaźniku sześciu metrów.
Jednocześnie mamy na myśli różnicę wysokości pomiędzy wyjściem z urządzenia (w przypadku pieców często uważa się, że jest to wyjście z pieca) a górną krawędzią rury, nie biorąc pod uwagę grzyba, wiatrowskazu czy deflektora. Jest to ważne w przypadku kominów, które mają sekcje poziome lub nachylone. Powtórzmy – nie całkowitą długość użytej rury, ale tylko różnicę wysokości.
Zatem minimalna długość jest jasna – pięć metrów. Mniej nie jest możliwe! I więcej? Oczywiście jest to możliwe, a czasem nawet konieczne, ponieważ mogą interweniować dodatkowe czynniki zdeterminowane specyfiką budynku (banalne – wysokość budynku) i położeniem głowicy rury w stosunku do dachu lub sąsiednich obiektów .
Wynika to z zasad bezpieczeństwa pożarowego oraz faktu, że głowica rury nie powinna wpadać w tzw. strefę podparcia wiatru. Jeśli te zasady zostaną zaniedbane, komin stanie się niezwykle zależny od obecności, kierunku i prędkości wiatru, a w niektórych przypadkach naturalny ciąg przez niego może całkowicie zniknąć lub zmienić się na przeciwny („przewrócenie”).
Zasady te nie są tak skomplikowane, a biorąc je pod uwagę, można dokładnie określić wysokość komina.
Po pierwsze, niezależnie od tego, przez który dach przechodzi komin, przecięcie rury nie może znajdować się bliżej niż 500 mm od dachu (skośnego czy płaskiego – nie ma to znaczenia).
Na dachach o złożonej konfiguracji lub na dachu sąsiadującym ze ścianą lub innym obiektem (na przykład krawędzią dachu innego budynku, aneksu itp.) strefa podparcia wiatru zostanie wyznaczona linią rysowane pod kątem 45 stopni. Wycięcie komina powinno znajdować się powyżej tej konwencjonalnej linii o co najmniej 500 mm.
Nawiasem mówiąc, ta sama zasada obowiązuje również wtedy, gdy obok domu znajduje się wysoki obiekt zewnętrzny – budynek, a nawet drzewo. Poniższy rysunek pokazuje, jak w tym przypadku przebiega konstrukcja graficzna.
Na dachu spadzistym wysokość odcinka rury wystającego ponad dach zależy od odległości od kalenicy.
- Rura znajdująca się w odległości do 1500 mm od kalenicy powinna wznieść się ponad nią o co najmniej 500 mm krawędzią.
- Przy usuwaniu od 1500 do 3000 mm górna krawędź rury nie powinna znajdować się niżej niż poziom kalenicy.
- Jeżeli odległość do kalenicy jest większa niż 3000 mm, minimalne dopuszczalne położenie cięcia rury wyznacza się linią przechodzącą przez szczyt kalenicy, narysowaną pod kątem 10 stopni od poziomu.
Aby zmniejszyć zależność ciągu od wiatru, stosuje się specjalne czapki, deflektory i wiatrowskazy. W niektórych przypadkach konieczne jest również zastosowanie łapacza iskier – jest to szczególnie istotne w przypadku urządzeń na paliwo stałe.
Pozostaje usiąść do rysunku domu (istniejącego lub planowanego), określić miejsce rury, a następnie ostatecznie zatrzymać się na pewnej jej wysokości – od 5 metrów lub więcej.
Sprawdzenie planowanej rury pod kątem naturalnego ciągu
W rzeczywistości ustaliliśmy już główne parametry komina — wystarczający przekrój jego kanału i wysokość. Ale w przypadku urządzeń z naturalną przyczepnością sprawdzanie siły tej samej przyczepności nigdy nie będzie zbędne. Aby nie zdarzyło się, że zbudowany komin nagle odmówi pełnienia swoich głównych funkcji.
Ciąg jest w rzeczywistości różnicą ciśnienia pomiędzy gorącymi gazami w rurze a powietrzem zewnętrznym. To właśnie ta różnica stymuluje ruch przepływu gazu wzdłuż kanału kominowego.
Uważa się, że dla normalnej pracy komina z naturalnym ciągiem różnica ta powinna wynosić co najmniej 4 paskale na każdy metr wysokości rury (0,408 mm słupa wody lub 0,03 mm słupa rtęci). Oznacza to, że w przypadku rury pięciometrowej (nasze minimum) ciąg powinien wynosić co najmniej 20 Pa. Zapewnia to zarówno normalne usuwanie gazów, jak i przepływ powietrza niezbędny do ciągłego spalania paliwa.
Jak obliczyć ten ciąg. Naturalnie zależy to w dużej mierze od gęstości gazów, która z kolei jest ściśle związana z temperaturą. Możesz się o tym upewnić, patrząc na wzór, z którego będziemy pracować:
Δ P = Htr × g × Patm × (1 / Tv – 1 / TDS) / 287,1
Δ P to naturalny ciąg w rurze, Pa.
Htr to wysokość komina, m.
g — przyspieszenie swobodnego spadania (9,8 m/s 2 );
Patm to ciśnienie atmosferyczne. Wartość 750 mm słupa rtęci uważa się za normalną. Jednakże obszar, dla którego dokonywane są obliczenia, może mieć swoją specyfikę. Konieczne jest prawidłowe zrozumienie, że poziom morza jest uważany za sto norm. Wraz ze wzrostem wysokości norma ta zaczyna się zmniejszać. I to jest dość znaczące. Dlatego przy obliczaniu konieczne będzie kierowanie się normą obowiązującą w Twoim regionie zamieszkania.
Ciśnienie atmosferyczne mierzy się zwykle w milimetrach słupa rtęci. Jednak do obliczeń w układzie SI należy go przeliczyć na Pascal. Nie jest to trudne, jeśli wiesz, że 1 mm Hg. Sztuka. = 133,3 Pa.
Telewizor to temperatura powietrza na zewnątrz. Co więcej, sprowadza się go do skali Kelvina, czyli C° +273.
Tds to średnia temperatura gazów w kominie. Definiuje się go jako średnią arytmetyczną wskaźników na wejściu i wyjściu, z późniejszym przeliczeniem na skalę Kelvina.
287,1 to stała gazowa powietrza. Bardziej poprawne byłoby wybranie tej wartości ze względu na konkretny skład chemiczny odprowadzanych gazów. Ale w naszym przypadku błąd jest znaczny, nie będzie miał większego wpływu na wynik końcowy.
Kilka ważnych uwag odnośnie temperatury na wejściu i wyjściu
Statystyki wskazują, że lepszy zapłon występuje w piecach kąpielowych, które praktycznie nie odprowadzają ciepła, ciepło w łaźni parowej oddaje się w krótkim czasie, a jednocześnie komin zwykle nagrzewa się do niebezpiecznych temperatur. Dlatego konieczna jest możliwość kontrolowania temperatur w rurze za pomocą dostępnych środków – żaluzji, zaworów, dodatkowych urządzeń do odzyskiwania ciepła (na przykład zbiorników do podgrzewania wody).
W piecach domowych i grzewczych jest to łatwiejsze, ale kontrola jest nadal konieczna. W kotłach, gdzie istota pracy polega na stałym odwrocie ciepła do krążącego płynu chłodzącego, pytania te nie są tak dotkliwe.
Tryb 900 ÷ 600 ℃ (wlot i wylot) występujący w niektórych piekarnikach jest niezwykle niebezpieczny pod każdym względem i nie powinien być nawet brany pod uwagę! Rozsądne granice (i to jest ich górna granica) to 600 ÷ 400 stopni dla domowych pieców ceglanych i metalowych. Zwykle starają się wytrzymać w przedziale 400 ÷ 200 ℃. W przypadku urządzeń gazowych dolna granica może spaść poniżej 100 stopni.
Jeśli znane są wszystkie początkowe wartości podstawienia we wzorze, możesz przystąpić do obliczeń.
Jeśli wynikowa różnica ciśnień mieści się w normie (ponad 4 Pa na metr wysokości rury), test można uznać za udany.
Uzyskuje się główne parametry komina – można przystąpić do doboru materiałów i szczegółowego projektu.