При експлуатації малопотужних теплогенераторів дуже велике значеннямає такий фактор, як правильно спроектований та коректно змонтований димар. Звичайно виникає необхідність розрахунку. Як і всякий теплотехнічний розрахунок, розрахунок димарів буває конструкційний та перевірочний.
Перший є послідовність вкладених ітерацій (тобто. на початку розрахунку ми задаємо деякі параметри, такі як висота і матеріал димоходу, швидкість димових газіві т.д., а потім шляхом послідовних наближень уточнюємо ці значення).
Однак на практиці набагато частіше доводиться стикатися з необхідністю перевірного розрахункудимоходу, так як зазвичай котел підключається до вже існуючій системідимовидалення. У цьому випадку ми вже маємо висота димової труби, матеріал і площу перерізу димоходу і т.д.
Стоїть завдання перевірки сумісності параметрів димового каналу та теплогенератора.
Тобто необхідною умовоюкоректної роботи димаря є перевищення самотяги над втратами напору в димарі на величину мінімально допустимого розрядження в димовідвідному патрубку теплогенератора. Величина природної тяги залежить від багатьох факторів
- Форми поперечного перерізу димоходу (прямокутна, кругла і т.д.)
- Температури димових газів на виході з теплогенератора
- Матеріалу димоходу ( нержавіюча сталь, цегла і т.д.)
- Шорсткості внутрішньої поверхнідимаря
- Нещільностей газоходу, при зчленування елементів (тріщини в покритті тощо)
- Параметрів зовнішнього повітря (температура, вологість)
- Висоти над рівнем моря
- Параметрів вентиляції приміщення, де встановлений котел
- Якості налаштування теплогенератора - повноти згоряння палива (співвідношення паливо/повітря).
- Типу роботи пальника (модуляційний або дискретний)
- Ступені забрудненості елементів газоповітряного тракту (котла та димоходу)
Величина самотягу
У першому наближенні величину самотягу можна проілюструвати з прикладу рис. 1 .
Де hc – величина самотягу;
Hд - ефективна висота димаря;
в – щільність повітря;
г – щільність димових газів.
Як видно з формули, основну змінну складову утворюють щільності димових газів та повітря, які є функціями від їхньої температури. 
Для того, щоб показати, наскільки сильно величина самотягу залежить від температури димових газів, ми наводимо наступний графік, що ілюструє цю залежність (див. рис. 2). 
Проте практично набагато частіше трапляються випадки, коли змінюється як температура димових газів, а й температура повітря. У таб. 1 наведено величини питомої самотяги на один метр висоти димової труби в залежності від температур продуктів згоряння та повітря. 
Природно, що таблиця дає дуже приблизний результат і для більш точної оцінки (щоб уникнути інтерполювання значень) необхідно підраховувати реальні значеннящільності продуктів згоряння та навколишнього повітря.
в - щільність повітря за робочих умов: 
де tос - температура довкілля, °С, приймається для найгірших умовроботи обладнання – літнього часу. За відсутності даних приймається 20 ° С;
зовні - щільність повітря за нормальних умов - 1,2932 кг/м3.
г - щільність димових газів за робочих умов: 
де гну - щільність продуктів згоряння за нормальних умов, пр= 1,2 для природного газуможна прийняти – 1,26 кг/м3.
Для зручності позначимо a=1/273
тоді
де 1 + a x t - температурна складова.
Для спрощення операцій вважатимемо щільність димових газів рівної щільностіповітря і зводимо всі значення густини, наведені до нормальним умовамна проміжку t = -20 +400 ° С, табл. 2 . 
Практичне обчислення самотягу
Для обчислення природної тяги необхідно уточнити середню температуру газів у трубі ϑcp. Температура на вході в трубу ϑ1 визначається із паспортних даних обладнання. Температуру продуктів згоряння на виході з гирла димоходу ϑ2 знаходять з урахуванням їхнього охолодження по довжині труби.
Охолодження газів у трубі на 1 метр її висоти визначається за такою формулою: 
де Q – номінальна теплова потужністьказана, кВт;
В – коефіцієнт: 0,85 – неізольована металева труба, 0,34 – ізольована металева труба, 0,17 – цегляна труба з товщиною кладки до 0,5 метра.
Температура на виході із труби:
де Hд – ефективна висота димової труби в метрах.
Середня температура продуктів згоряння в димарі: 
Насправді величину самотяги прораховують наступних граничних умов:
1. Для зовнішньої температури 20 °С ( літній режимроботи теплогенератора).
2. Якщо літня розрахункова температуразовнішнього повітря відрізняється більш ніж на 10 ° С від 20 ° С, приймається розрахункова температура.
3. Якщо теплогенератор експлуатується тільки в зимовий період, то розрахунок ведеться за середній температуріза опалювальний період.
Наприклад візьмемо установку з наступними параметрами (рис. 3) :
- потужність 28 кВт;
- температура димових газів 125 °С;
- висота димової труби 8 м;
- димова труба виконана з цегли.
Охолодження газів у трубі на 1 метр її висоти: 
Температура димових газів на виході з труби:
ϑ2 = 125 - 8 x 1,016 = 117, °С.
Середня температура продуктів згоряння в димарі по:
ϑср = (125 + 117)/2 = 121 °С.
Величину самотягу обчислюємо по:
hc = 8 (1,2049 - 0,8982) = 2,4536, мм вод.ст.
Обчислення оптимальної площіпоперечного перерізу димового каналу
1. Перший варіант визначення діаметра димаря
Діаметр труби приймається або за паспортними даними (за діаметром вихідного патрубка з котла) у разі монтажу окремої димової труби до кожного котла, або за формулою при об'єднанні кількох котлів у загальний димар ( сумарна потужністьдо 755 квт). 
Для циліндричних труб визначається діаметр: 
r - коефіцієнт, що залежить від виду палива, що використовується. Газ: r=0,016, рідке паливо: r=0,024, вугілля: r=0,030, дрова: r=0,045.
2. Другий варіант визначення діаметра димоходу (з урахуванням швидкості продуктів згоряння)
Згідно з Norma UNI-CTI 9615, площа поперечного перерізу димоходу можна обчислити за формулою: 
де mг
д - масова витратапродуктів згоряння, кг/годину.
Наприклад розглянемо наступний випадок:
- Висота димової труби 7 м;
- Масова витрата продуктів згоряння 81 кг/год;
- Щільність продуктів згоряння (при ϑср =120 °С) г = 0,8982 кг/м3;
- Швидкість продуктів згоряння (у першому наближенні) wг = 1,4 м/с.
За визначаємо орієнтовну площу перерізу димового каналу:
F = (0,225 кг/c)/(1,4 м/c x 0,8982) = 0,0178 м2 = 179 см2.
Звідси обчислюємо діаметр димового каналу та підбираємо найближчий стандартний димар: 150 мм.
За новим значенням діаметра димової труби визначаємо площу димового каналу та уточнюємо швидкість димових газів. 
wг = (0,225 кг/c)/(0,8982 кг/м3 x 0,01327 м2) = 1,89 м/c.
Після цього перевіряємо, щоб швидкість відпрацьованих газів укладалася в діапазон 1,5-2,5 м/с.
При занадто високої швидкостідимових газів збільшується гідравлічний опірдимоходу, а за занадто низькою - активно утворюється конденсат водяної пари.
Для прикладу прорахуємо також швидкість димових газів за кількох найближчих типорозмірів димоходу:
Ø 110 мм: wг = 2,64 м/с.
Ø 130 мм: wг = 1,89 м/с.
Ø 150 мм: wг = 1,42 м/с.
Ø 180 мм: wг = 0,98 м/с.
Результати подано на рис. 4 . Як бачимо, з отриманих значень швидкісним умовам задовольняють два типорозміри: Ø 130 мм і Ø 150 мм. В принципі, ми можемо зупинитися на будь-якому з цих значень, однак Ø 150 mm краще, оскільки втрати напору в цьому випадку будуть меншими. 
Для зручності підбору типорозміру димоходу можна використовувати діаграму рис. 5 .
Для прикладу:
- Витрата продуктів згоряння 468 м3/год; діаметр газоходу Ø 300 мм - швидкість продуктів згоряння wг = 1,9 м/с
- Витрата продуктів згоряння 90 м3/год; діаметр газоходу Ø 150 мм - швидкість продуктів згоряння wг = 1,4 м/с
Втрати напору в димарі
Сума опорів труби: 
Опір тертя:
Втрати у місцевих опорах: 
= 1,0; 0,9; 0,2-1,4 - коефіцієнти місцевого опору з вихідною швидкістю (на виході з труби), на вході в димову трубу та в поворотах - відводах та трійниках (коефіцієнт вибирають залежно від їх конфігурацій), відповідно.
- коефіцієнт опору тертя:
для цегляних труб = 0,05;
для сталевих труб = 0,02.
g - прискорення вільного падіння, що дорівнює 9,81 м/с2.
d – діаметр димової труби, м.
wг - швидкість продуктів згоряння у трубі:
Vдг - дійсний обсяг продуктів згоряння: 
BT - витрата палива з урахуванням теплотворної здатності палива: 
- ККД установки з паспортних даних на обладнання (0,9-0,95);
Qнр – нижча теплотворна здатність (залежно від складу палива), для газу – 8000 ккал/м3;
Voг - теоретичний обсяг продуктів згоряння, для газу можна прийняти 10,9 м3/м3;
Voв - теоретично необхідна кількістьповітря для спалювання 1 м3 природного газу 8,5-10
м3/м3;
- коефіцієнт надлишку повітря, для природного газу 1,05-1,25.
Перевірка тяги проводиться за формулою:
hбар - барометричний тиск, приймається 750 мм вод.
HП - перепад повних тисківгазового тракту, мм вод.ст., без урахування опору та самотягу труби.
1,2 - коефіцієнт запасу по тязі.
Перепад повних тисків по газовому тракту ( загальний виглядформули): 
де hT'' - розрядження на виході з топки, необхідне запобігання вибиванню газів, зазвичай приймається 2-5 мм вод.ст.
У даному випадкудля перевірки тяги перепад повних тисків береться без урахування сумарного опору h та самотягу труби hc.
Таким чином:
HП = hT'' = 2-5 мм вод.ст.
Для наочності зобразимо процеси, що відбуваються в димовому каналі на напірній діаграмі (рис. 6).
По горизонтальній осі відкладемо перепади тиску і втрати напору, а горизонтальною висоту димоходу.
Тоді відрізок DB позначатиме величину самотяги, а лінія DA - перепад тисків по висоті димової труби.
З іншого боку, від осі АВ відкладаємо втрати напору в димарі. Графічно втрати тиску по довжині димоходу символізуватиме відрізок АС.
Виробляємо дзеркальну проекцію відрізка ВС і отримуємо точку С'. Область, загашена зеленим кольором, символізує розрядження в димовому каналі.
Очевидно, що величина природної тяги зменшується за висотою димаря, а втрати напору зростають від гирла до основи димаря.
Приклад коректного монтажу димоходу та витримки з ДБН.В.2.5-20-2001 «Газопостачання»
При проектуванні та монтажі димарів обов'язково необхідно дотримуватись наступних пунктів вітчизняних норм і правил:
ДБН В.2.5-20-2001 Додаток Ж «Відведення продуктів згоряння».
Ж.З. Відведення продуктів згоряння від побутових газових приладів, печей та іншого побутового газового обладнання, у конструкції яких передбачено відведення продуктів згоряння в димар, слід передбачати від кожного приладу, агрегату або печі по відокремленому димарю.
У існуючих будинках допускається передбачати приєднання до одного димаря не більше двох водонагрівачів або опалювальних печей, розташованих на одному або різних поверхах будівлі, за умови введення продуктів згоряння в димар на різних рівнях, не ближче 0,5 м один від одного, або на одному рівні з пристроєм у димарі розсічки на висоту не менше ніж 0,5 м.
Ж.6. Площа перерізу димаря не повинна бути менше площіперерізу патрубка газового приладу, що приєднується до димаря. При приєднанні до димаря двох приладів, печей тощо. переріз димаря слід визначати з урахуванням одночасної їх роботи. Конструктивні розміридимарів повинні визначатися розрахунком.
Ж.7. Димарі слід виконувати з морозостійкої цегли (МРЗ 125), глиняної цегли, жаростійкого бетонудля багатоповерхових будівельта азбесто-цементних труб для одноповерхових будівель. Допускається відведення продуктів згоряння передбачати сталевими димовими трубами. Конструкції димових каналів можуть бути заводського виготовлення, що поставляються в комплекті з газовим обладнанням. При встановленні азбестоцементних і сталевих труб поза будівлею або при проходженні їх через горище будівлі вони повинні бути теплоізольовані для запобігання утворенню конденсату. Конструкція димових каналів у зовнішніх стінах та приставних до цих стін каналів також повинна забезпечувати температуру газів на виході з них вище за точку роси. Забороняється виконувати канали із шлакобетонних та інших нещільних або пористих матеріалів.
Ж.9. Приєднання газового обладнання до димарів слід передбачати з'єднувальними трубами, виготовленими з покрівельної або оцинкованої сталі товщиною не менше 1,0 мм, гнучкими гофрованими металевими патрубками або уніфікованими елементами, що поставляються в комплекті з обладнанням. Сполучна димовідвідна труба, що з'єднує газовий прилад з димоходом, повинна мати вертикальну ділянку. Довжина вертикальної ділянки сполучної труби, рахуючи від низу димовідвідного патрубка газового приладу до осі горизонтальної ділянки труби, повинна бути не менше 0,5 м. У приміщеннях висотою до 2,7 м для приладів зі стабілізаторами тяги допускається зменшення довжини вертикальної ділянки до 0,25 м, без стабілізаторів тяги до 0,15 м. Сумарна довжина горизонтальних ділянок з'єднувальних труб у нових будинках повинна бути не більше 3 м, існуючих будинках- не більше 6 м. Ухил труби повинен бути не менше 0,01 у бік газового приладу. На димовідвідних трубах допускається передбачати трохи більше трьох поворотів з радіусом закруглення щонайменше діаметра труби. Нижче місця приєднання димовідвідної труби від приладу до димаря повинен бути передбачений пристрій «кишені» перетином не менше перерізу димоходу і глибиною не менше 25 см, що має люк для очищення. Димовідвідні труби, що прокладаються через неопалювані приміщенняПри необхідності повинні бути покриті ізоляцією. Прокладка димовідвідних труб від приладів та печей через житлові кімнатине допускається
Ж.10. Відстань від сполучної труби до стелі або стіни з вогнетривких матеріалів приймається не менше 5 см, а з матеріалів, що згоряються і важкозгоряються, - не менше 25 см.
Ж.15. Димові труби від газових приладів у будинках мають бути виведені:
- вище межі зони вітрового підпору, але не менше 0,5 м вище ковзана даху при розміщенні їх (вважаючи по горизонталі) не далі 1,5 м від ковзана даху;
- у рівень з коником даху, якщо вони відстоять на відстані до 3 м від коника даху;
- не нижче прямої, проведеної від ковзана вниз під кутом 10° до горизонту, при розташуванні труб на відстані понад 3 м від ковзана даху. Зоною вітрового підпору димаря вважається простір нижче лінії, проведеної під кутом 45° до горизонту від найвищих точок поблизу розташованих споруд і дерев. У всіх випадках висота труби над прилеглою частиною даху має бути не менше 0,5 м, а для будинків з поєднаною покрівлею ( плоским дахом) - не менше 2,0 м. Установка на димарях парасольок та інших насадок не допускається.
Ж.20. Довжина горизонтальної ділянки димового каналу опалювального обладнанняз герметичною камерою згоряння при виході через зовнішню стінуприймається трохи більше 3 м.
Висновок
Як показує багаторічний досвідексплуатації теплогенераторів з відкритою камероюзгоряння, накопичений у нашій організації, від правильно спроектованого та коректно змонтованого димоходу великою мірою залежить надійна та стабільна роботатеплогенеруючої установки (див. рис. 7). 
Тому необхідно приділяти цьому питанню найпильнішу увагу вже на стадії проектування системи теплопостачання, а також проводити перевірочні розрахунки при ремонті, модернізації та заміні теплогенераторів. Сподіваємося, цей матеріал допоможе широким колам читачів розібратися з цим важливим питанням.
Визначимо площу гирла. Для того, щоб не було задування, швидкість у гирлі приймаємо W ус = 3,0 м/с.
F ус = V 1 /W ус = 6,27/3 = 2,09 м 2 .
Тоді діаметр гирла D ус = (4 * F ус / π) 0,5 = (4 * 2,09 / 3,14) 0,5 = 1,63 м.
Діаметр основи D осн = 1,5 * D ус = 1,5 * 1,63 = 2,45 м.
Швидкість руху димових газів на підставі:
W осн = 4 * V 1 / (π * D осн 2) = 4 * 6,27 / (3,14 * 2,45 2) = 1,33 м / с.
Справжнє розрядження, створюване трубоюмає бути на 20-40% більше втрат напору під час руху димових газів димовим трактом. Приймемо h днйст = 1,3 * ∑ ΔР = 1,3 * 185701 = 241411 Па.
Для визначення температури димових газів у гирлі труби приймаємо H тр = 40м. Падіння температур для цегляної труби приймаємо 1,5 º на 1м висоти: .
Температура на підставі прийнята Т осн = t осн + 273 = 573 К.
Тоді температура в гирлі труби Тус = Т осн - ΔТ = 573 - 60 = 513 К.
Знайдемо середній діаметр труби D порівн.
D ср = (D ус + D осн) / 2 = (1,63 + 2,45) / 2 = 2,04 м.
Середня площа перерізу:
F ср = π * D ср 2 / 4 = 3,14 * 2,04 2 / 4 = 3,27 м 2 .
Середня швидкість руху димових газів
W ср = V 1 / F ср = 6,27 / 3,27 = 1,91 м / с.
Приймемо λ дг для цегляної труби 0,05.
Середня температура димових газів у трубі:
T ср = (Т осн + Т ус) / 2 = (573 + 513) / 2 = 543 До.
Висота димаря знаходиться за формулою:
Н тр = Ч/З.
Ч = h днйст + ?
де ρ дг – щільність димового газу за нормальних умов, кг/м 3 .
Тоді чисельник дробу:
Ч = h днйст + ρ дг * (W ус 2 - W осн 2) / 2 * T ср / Т + ρ дг * W ус 2 / 2 * Т ус / Т о = 241411 + 1,295 * (3 2 - 1 ,33 2) / 2 * 543/273 + 1,295 * 3 2 / 2 * 513/273 = 241431
З = (ρ в * Т о / Т в - ρ дг * Т о / Т ср) * g - λ дг / D ср * ρ дг * W ср 2 / 2 * Т ср / Т о,
де в - щільність повітря за нормальних умов, кг/м 3 ;
Т в – температура довкілля, До.
Тоді знаменник дробу:
З = (ρ в * Т о / Т в - ρ дг * Т о / Т ср) * g - λ дг / D ср * ρ дг * W ср 2 / 2 * Т ср / Т о = (1,29 * 273/283 – 1,295*273/543)*9,81 – 0,05/2,04*1,295*1,91 2 /2*543/273 = 5,7055.
Тоді висота димаря: Н тр = Ч/З = 241431/5,7055 = 42315 м.
Приймаємо трубу 40 метрів з таких міркувань:
Основна висота забудови близько 30 м, а димові гази повинні розсіюватися з висоти вище за рівень забудови.
Будівництво труби більше 40 м економічно недоцільне, тому рекомендується встановити димосос біля основи труби, який компенсуватиме розрядження.
Визначимо втрати напору, які має компенсувати димосос. Для цього в Excel скористаємося процедурою Сервіс/Підбір параметра. Результат розрахунку показав, що при Н тр = 40 м компенсуються втрати напору ΔР = 207,96 Па, тоді втрати напору, що залишилися, 241411 - 207, 96 = 241203,04 Па повинні бути скомпенсовані за рахунок тяги димососа.
Висновок
Для нагрівання 23 т/год толуолу з 10ºС до 110ºС потрібен кожухотрубний теплообмінник з діаметром кожуха D = 400 мм, числом труб n=111, довгою труб l = 2 м, площею теплопередачі F = 16 м 
із запасом поверхні 0,57. Крім робітника встановлюється також запасний теплообмінник того ж типу.
Для нагріву потрібно 1,39 м 
/c газу, складу, наведеного за умови.
Для подачі толуолу із сховища необхідно встановити відцентровий насостипу 3К - 9 з продуктивністю V 2 = 40 м 
/год, натиском Н = 35 м, потужністю N = 7 кВт, діаметром робочого колеса D рк = 148 мм і ККД = 62%.
Опір дійсний димового тракту становить 241411 Па. Рекомендується для видалення димових газів встановити цегляну димову трубу висотою 40 м, в основі якої встановити димосос для створення розряджання не менше 241203,04 Па.
2008-01-11При експлуатації малопотужних теплогенераторів дуже велике значення має такий фактор, як правильно спроектований та коректно змонтований димар. Звичайно виникає необхідність розрахунку. Як і всякий теплотехнічний розрахунок, розрахунок димарів буває конструкційний та перевірочний. Перший є послідовність вкладених ітерацій (на початку розрахунку ми задаємо деякі параметри, такі як висота і матеріал димоходу, швидкість димових газів тощо, а потім шляхом послідовних наближень уточнюємо ці значення). Однак на практиці набагато частіше доводиться стикатися з необхідністю перевірочного розрахунку димаря, оскільки котел зазвичай підключається до вже існуючої системи димовидалення.
У цьому випадку ми вже маємо висота димової труби, матеріал і площу перерізу димоходу і т.д. Стоїть завдання перевірки сумісності параметрів димового каналу теплогенератора, тобто. необхідною умовою коректної роботи димаря є перевищення самотяги над втратами напору в димарі на величину мінімально допустимого розрядження в димовідвідному патрубку теплогенератора. Величина природної тяги залежить від багатьох факторів:
- форми поперечного перерізу димоходу (прямокутна, кругла тощо);
- температури димових газів на виході із теплогенератора;
- матеріалу димоходу (нержавіюча сталь, цегла тощо);
- шорсткості внутрішньої поверхні димоходу;
- нещільності газоходу, при зчленуваннях елементів (тріщини в покритті тощо);
- параметри зовнішнього повітря (температура, вологість);
- висоти над рівнем моря;
- параметрів вентиляції приміщення, де встановлено котел;
- якості налаштування теплогенератора - повноти згоряння палива (співвідношення паливо/повітря);
- типу роботи пальника (модуляційний чи дискретний);
- ступеня забрудненості елементів газоповітряного тракту (котла та димоходу).
Величина самотягу
У першому наближенні величину самотягу можна проілюструвати з прикладу рис. 1.
h c = H д (ρ - ρ г), мм вод. ст.,
де h c - Величина самотяги; H д - ефективна висота димаря; ρ в - Щільність повітря; ρ г – щільність димових газів. Як видно з формули, основну змінну складову утворюють щільності димових газів та повітря, які є функціями від їхньої температури. Для того, щоб показати, наскільки сильно величина самотягу залежить від температури димових газів, ми наводимо наступний графік, що ілюструє цю залежність (рис. 2).
Проте практично набагато частіше трапляються випадки, коли змінюється як температура димових газів, а й температура повітря. У табл. 1 наведено величини питомої самотяги на один метр висоти димової труби в залежності від температур продуктів згоряння та повітря. Природно, що таблиця дає дуже приблизний результат і для більш точної оцінки (щоб уникнути інтерполювання значень) необхідно підраховувати реальні значення щільності продуктів згоряння та навколишнього повітря. Щільність повітря в при робочих умовах:
де t ос – температура навколишнього середовища, °С, приймається для найгірших умов роботи обладнання – літнього часу, за відсутності даних приймається 20 °С; ρ в.ну - щільність повітря за нормальних умов, 1,2932 кг/м 3 ; ρ г - щільність димових газів за робочих умов:
де ρ г.ну — щільність продуктів згоряння за нормальних умов, при α= 1,2 для газу можна прийняти — 1,26 кг/м 3 . Для зручності позначимо:
де (1 + αt) - температурна складова. Для спрощення операцій вважатимемо густину димових газів рівної густини повітря і зводимо всі значення густини, наведені до нормальних умов на проміжку t = -20 ... +400 ° С, в табл. 2.
Практичне обчислення самотягу
Для обчислення природної тяги необхідно уточнити середню температуру газів трубі (символ) cp . Температура на вході в трубу (символ) 1 визначається із паспортних даних обладнання. Температуру продуктів згоряння на виході з гирла димоходу (символ) 2 знаходять з урахуванням їхнього охолодження по довжині труби.
Охолодження газів у трубі на 1 м її висотивизначається за формулою:
де Q – номінальна теплова потужність котла, кВт; В – коефіцієнт: 0,85 – неізольована металева труба, 0,34 – ізольована металева труба, 0,17 – цегляна труба з товщиною кладки до 0,5 м.
Температура на виході із труби:
де H д - Ефективна висота димової труби в метрах.
Середня температура продуктів згоряння в димарі:
Насправді величину самотяги прораховують наступних граничних умов:
- Для температури зовнішнього повітря 20 ° С (літній режим теплогенератора).
- Якщо літня розрахункова температура зовнішнього повітря відрізняється більш ніж 10-20 °С, то приймається розрахункова температура.
- Якщо теплогенератор експлуатується лише у зимовий період, то розрахунок ведеться за середньої температури за опалювальний період.
Наприклад візьмемо установку з наступними параметрами (рис. 3):
- потужність - 28 кВт;
- температура димових газів - 125 ° С;
- висота димової труби - 8 м;
- димова труба - з цегли.
Охолодження газів у трубі на 1 м її висоти (3):
Температура димових газів на виході з труби (4):
Середня температура продуктів згоряння в димарі (5):
Тоді величина самотягу буде: h c = 8. (1,2049 - 0,8982) = 2,4536 мм вод. ст.
Обчислення оптимальної площі поперечного перерізу димового каналу
1. Перший варіант визначення діаметра димаряДіаметр труби приймається або за паспортними даними (за діаметром вихідного патрубка з котла) у разі монтажу окремої димаря до кожного котла, або за формулою при об'єднанні кількох котлів у загальний димар (сумарна потужність до 755 кВт):
Для циліндричних труб визначається діаметр:
де r - коефіцієнт, що залежить від виду палива, що використовується: для газу - r = = 0,016, для рідкого палива - r = 0,024, для вугілля - r = 0,030, дрова - r = 0,045.
2. Другий варіант визначення діаметра димоходу (з урахуванням швидкості продуктів згоряння)
Згідно з Norma UNI-CTI 9615, площа поперечного перерізу димоходу можна обчислити за формулою:
де m г.д - масова витрата продуктів згоряння, кг/год. Наприклад розглянемо наступний випадок:
- висота димової труби - 7 м;
- масова витрата продуктів згоряння - 81 кг/год;
- r = 0,8982 кг/м 3;
- щільність продуктів згоряння (при (символ) ср = 120 ° С) ρ г = 0,8982 кг/м 3;
- швидкість продуктів згоряння (у першому наближенні) w г = 1,4 м/с.
По (8) визначаємо орієнтовну площу перерізу димового каналу:
Звідси обчислюємо діаметр димового каналу та підбираємо найближчий стандартний димар: 150 мм. За новим значенням діаметра димової труби визначаємо площу димового каналу та уточнюємо швидкість димових газів:
Після цього перевіряємо, щоб швидкість відпрацьованих газів укладалася в діапазон 1,5-2,5 м/с. При надто високій швидкості димових газів збільшується гідравлічний опір димоходу, а за надто низькою — активно утворюється конденсат водяної пари. Для прикладу прорахуємо також швидкість димових газів за кількох найближчих типорозмірів димоходу:
- Ø110 мм: w г = 2,64 м/с.
- Ø130 мм: w г = 1,89 м/с.
- Ø150 мм: w г = 1,42 м/с.
- Ø180 мм: w г = 0,98 м/с.
Результати подано на рис. 4. Як бачимо, з отриманих значень швидкісним умовам задовольняють два типорозміри: Ø 130 мм та Ø 150 мм. В принципі, ми можемо зупинитися на будь-якому з цих значень, проте Ø 150 мм краще, т.к. втрати напору у разі будуть менше.
Для зручності підбору типорозміру димоходу можна використовувати діаграму рис. 5. Наприклад: витрата продуктів згоряння — 468 м 3 /год; діаметр газоходу Ø 300 мм – швидкість продуктів згоряння w г = 1,9 м/с. Витрата продуктів згоряння – 90 м3/год; діаметр газоходу Ø 150 мм – швидкість продуктів згоряння w г = 1,4 м/с.
Втрати напору в димарі
Сума опорів труби:
∆h тр = ∆h тр + ∆h мс, мм вод. ст. (10)
Опір тертя:
Втрати у місцевих опорах:
де ζ= 1,0; 0,9; 0,2-1,4 - коефіцієнти місцевого опору з вихідною швидкістю (на виході з труби), на вході в димову трубу і в поворотах - відводах і трійниках (коефіцієнт вибирають залежно від їх конфігурацій), відповідно; λ-коефіцієнт опору тертя: 0,05 для цегляних труб, 0,02 для сталевих; g - прискорення вільного падіння, 9,81 м/с2; d - Діаметр димової труби, м; w г - швидкість продуктів згоряння в трубі:
V т.д - дійсний обсяг продуктів згоряння:
BT - витрата палива з урахуванням теплотворної здатності палива:
де - ККД установки з паспортних даних на обладнання, 0,9-0,95; Q нр - нижча теплотворна здатність (залежно від складу палива), для газу - 8000 ккал/м3; V р.о – теоретичний обсяг продуктів згоряння, для газу можна прийняти 10,9 м3/м3; V ст – теоретично необхідна кількість повітря, для спалювання 1 м3 природного газу 8,5-10 м3/м3; α-коефіцієнт надлишку повітря, для природного газу 1,05-1,25.
Перевірка тяги проводиться за формулою:
H бар - барометричний тиск, що приймається 750 мм вод. ст.; ∆Н п - перепад повних тисків газового тракту, мм вод. ст., без урахування опору та самотягу труби; h = 1,2 - коефіцієнт запасу по тязі. Перепад повних тисків газовим трактом(Загальний вид формули):
∆H п = h т + ∆h - h c . (17)
де h т ? - Розрядження на виході з топки, необхідне для запобігання вибиванню газів, зазвичай приймається 2-5 мм вод. ст. В даному випадку для перевірки тяги перепад повних тисків береться без урахування сумарного ∆h та самотягу труби h c опорів, таким чином:
∆H п = h т = 2-5 мм вод. ст.
Для наочності зобразимо процеси, які у димовому каналі, на напірної діаграмі (рис. 6). По горизонтальній осі відкладемо перепади тиску і втрати напору, а горизонтальною - висоту димоходу. Тоді відрізок DB позначатиме величину самотягу, а лінія DA - перепад тисків по висоті димової труби. З іншого боку, від осі АВ відкладаємо втрати напору в димарі. Графічно втрати тиску по довжині димоходу символізуватиме відрізок АС.
Виробляємо дзеркальну проекцію відрізка НД і отримуємо точку С. Область, затушкована зеленим кольоромсимволізує розрядження в димовому каналі. Очевидно, що величина природної тяги зменшується за висотою димаря, а втрати напору зростають від гирла до основи димаря.
Висновок
Як показує багаторічний досвід експлуатації теплогенераторів з відкритою камерою згоряння, від правильно спроектованого та коректно змонтованого димоходу великою мірою залежить надійна та стабільна робота теплогенеруючої установки (див. рис. 7). Тому необхідно приділяти цьому питанню найпильнішу увагу вже на стадії проектування системи теплопостачання, а також проводити перевірочні розрахунки при ремонті, модернізації та заміні теплогенераторів. Сподіваємося, стаття допоможе вам розібратися з цим важливим питанням.
8.10. Розрахунок димової труби
Розрахунок димової труби полягає у правильному виборі її конструкції та підрахунку висоти, що забезпечує допустиму концентрацію шкідливих речовин в атмосфері.
Розрахуємо мінімальну висоту димаря.
Діаметр гирла димової труби D 0 м визначається за формулою:
де N - передбачуване число димових труб(Приймаємо N = 1);
w 0 – швидкість димових газів у гирлі димової труби, м/с
(Приймаємо w 0 = 22 м / с / 8 /);
V – об'ємна витрата димових газів, м3/с,
V = V Г * B, (78)
де В – сумарна витрата палива на станцію, кг/с;
V Г – питомий обсяг димових газів, м 3 /кг,
де - питомий обсяг димових газів, що відповідає теоретично необхідному об'єму повітря, м 3 /кг,
Обсяги продуктів згоряння підраховуються за формулами:
де d Г – вологовміст палива (при температурі палива 20 0 С
d Р = 19,4 /8/);
Тоді дійсний обсяг газів:
З урахуванням щільності палива маємо:
Сумарна витрата палива всіма котлами:
В = В Р * n, (84)
де В Р - розрахункова витрата палива на один казан, кг/с;
n – кількість казанів.
В = 7,99 * 4 = 31,96 кг / с.
Тоді об'ємні витрати димових газів:
V = 19 * 31,96 = 607,24 м 3 / с.
Діаметр гирла димової труби:
Висота димової труби Н, м визначається за формулою:
, /12/
(85)
де F - поправочний коефіцієнт, що враховує вміст домішок у димових газах (для газоподібних домішок F = 1);
A – коефіцієнт, який залежить від температурної стратифікації атмосфери (для цього регіону А= 200);
m та n – коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші з труби;
ГДК - гранично допустима концентрація будь-якого елемента в атмосфері, мг/м 3 ;
C Ф – фонова концентрація шкідливих речовин, обумовлена зовнішніми джерелами загазованості, мг/м3;
М – масовий викид шкідливих речовин, у атмосферу, г/с;
Різниця температур газів і атмосферного повітря, 0С.
Різниця температур визначається формулою:
Т – температура повітря найспекотнішого місяця о 13 годині дня
150-20 = 1300С.
Фонова концентрація СФ залежить від промислової розвиненості району спорудження станції. Оскільки місто Сизрань є великим промисловим центром, то фонова концентрація велика: УФ = 0,025 мг/м 3 .
Оскільки в паливі відсутня сірководень, будемо вести розрахунок лише з викидів діоксиду азоту NO 2 . ГДК за вмістом у повітрі цього елемента становить 0,085 мг/м 3 .
Масовий викид діоксиду азоту визначається під формулою:
де q4 – втрати теплоти від механічної неповноти згоряння палива (при спалюванні газоподібного палива q4 = 0%);
Поправочний коефіцієнт, що враховує вплив на вихід оксидів азоту якості палива, що спалюється (для газоподібного палива, за відсутності вмісту в ньому N, =0,9);
Коефіцієнт, що враховує конструкцію пальників (для вихрових пальників = 1);
Коефіцієнт, що враховує вид шлаковидалення (= 1);
Коефіцієнт, що характеризує ефективність впливу рециркулюючих газів залежно від умов подачі їх у топку (=0);
r – ступінь рециркуляції димових газів (r = 0%);
Коефіцієнт, що характеризує зниження викиду оксидів азоту при подачі частини повітря, крім основних пальників (=1).
К – коефіцієнт, що характеризує вихід оксидів азоту, кг/т;
де D – паропродуктивність казана, т/год;
Отже масовий викид оксиду азоту:
М NO 2 = 0,034 * 8,57 * 0,9 * 31,96 * 34,32 = 287,6 г / с.
Для того щоб визначити коефіцієнти m і n, необхідно знати висоту труби. Тому розрахунок ведеться шляхом послідовних наближень.
Задаємося заввишки труби H = 150 м.
Коефіцієнт m визначаємо за такою формулою:
,
(89)
де f - безрозмірний параметр, який визначається за формулою:
p align="justify"> Коефіцієнт n залежить від параметра V М, який визначається за формулою.
Тяга – це рух димових газів вгору димарем будинку, з області підвищеного тискув ділянку зниженого тиску. У димарі(у трубі) встановленого діаметра, висотою не менше 5м., утворюється розрідження, це означає утворюється необхідний мінімальний перепад тиску між нижньою частиною димоходу і верхньою, повітря з нижньої частини, потрапляючи в трубу, йде вгору. Це і називають тягою. Тягу можна заміряти спеціальними чутливими приладами або взяти пушинку і піднести її до труби.
Відповідно, якщо взяти трубу достатнього діаметра, в якій повітря має можливість рухатися, і витягнути її високо вгору, то повітря від землі почне постійно витікати нагору. Це тому, що вгорі нижче тиск, а розрідження більше, і повітря прагне туди природним чином. А на його місце прийде повітря з інших боків.
В системі «топка + димохід» тяга діє, навіть якщо піч у приватному будинку не працює. При горінні дров утворюється підвищений тиск у внутрішній паливній камеріі димові гази, що утворюються при горінні, вимагають виходу. Всі топки та печі мають конструкцію, що виводить димові гази в димар.
Висота кожного димаря підібрана так, щоб утворилася тяга, створилося початкове розрідження. При горінні в камері топки, виділяється тепло, гази і виникає надлишковий тиск. Гази рухаються в димарі під впливом тяги, прагнуть йти з області підвищеного в область зниженого тиску. Працюють закони, створені природою.
Що ж таке «погана зворотна тяга»?
Зворотна тяга - це рух димових газів з області підвищеного тиску в область зниженого, але не вгору (як описано раніше), а вниз. Зворотний потяг утворюється при інверсії тиску - коли тиск вгорі вище, ніж унизу.
Причинами стають звичайнісінькі речі: якщо в приватному будинку або приміщенні герметично, стоять склопакети, а разом з димарем працює витяжка, що витягає повітря з приміщення. Тут і створюється знижений тиск щодо навколишнього середовища. Тому, при розпалюванні, коли димар поки ще холодний, повітря у верхній частині димаря має більший тиск, ніж у приміщенні. Дим, звичайно, піде туди, куди йому легше. Це називають «холодний стовп». При остиганні димаря, усередині утворюється повітряна маса низької температури, яка тисне вниз, виникає зворотний потяг. Якщо тиск у приватному будинку не знижений, то тепле повітряпіде вгору, в димар.
Таким чином, якщо в будинку немає кухонної витяжкиі він не герметичний, ніякого застою холодного повітря в топці не буде.
Перевірте: якщо взимку перед тим, як затопити камін, спершу підпалити газету і занести її в трубу (минаючи топкову частину), то вогонь не піде до приміщення, яким би не був стовп холодного повітря. Вогонь горітиме і виходитиме лише в трубу. Це вказує на те, що тиск у приміщенні не знижений і тепле повітря нормально прагне вгору.
При розпалюванні печі або каміна в приватному будинку іноді дим йде до приміщення. Пов'язано це з тим, що димові гази, що утворюються, при початковому розпалюванні ще не встигли нагрітися, і, при підйомі вгору стикаючись з холодними стінками, відразу охолоджуються. Після цього вони, природно, кинуться вниз. Знову виникає зворотний потяг у вентиляції димоходу. Щоб нормалізувати тягу в печі, важливо розтоплювати правильно, розуміючи процеси, що там відбуваються.
Перекидання тяги
Ще одне питання - це перекидання тяги. У яких випадках це відбувається?
Якщо димар протяжний і холодний (часто цегляний), а тиск знижений. Якщо співвідношення розмірів топки та перерізу димоходу відповідають, якщо у будинку нормальний тиск, все одно виникає ситуація, коли при розпалюванні полум'я не вистачає сили і димові гази, що відходять, встигають охолодитися в димарі і обрушуються вниз. Чому немає тяги в димарі? Відбувається подібне за похмурої погоди, вітру. Буває, що вогонь нормально розгоряється, але потім дим валить усередину будинку. Чому немає тяги у печі? Чому утворюється зворотний потяг у димарі? Повітря з дому забирається, і тиск знижується, припливу повітря немає. А димові гази, піднімаючись, охолоджуються і обрушуються вниз. Що треба знати у таких ситуаціях? Відкрийте кватирку, якщо приміщення має склопакети та герметично. Важлива підготовка дров, їхня якість.
Як правильно зібрати димар?
Сендвіч димарі (збірні), збираються по диму та по конденсату.
Існує думка, що збирати по диму правильніше. Пояснюють тим, що на стиках труб залишаються щілини, куди забиваються димові гази, що виходять у трубу. На противагу цьому вважається, що якщо зібрати по диму, то дим перестане виходити.
Вирішити таку суперечку можна, якщо в печі, що діє, будинку висвердлити в будь-якому місці димаря отвір і подивитися, а що ж станеться. Найцікавіше зробити це у нижній частині. Отвір висвердлюйте будь-який, хоч сантиметр у діаметрі. Що ви побачите? З цього отвору ніякого диму не виходитиме (якщо не закривати щільно димар зверху).
Що важливіше врахувати при складанні димаря?
Головне - врахувати те, що в кожному димарі будинку можливе виникнення конденсату, особливо коли він ще холодний і теплі димові гази, піднімаючись, сильно охолоджуються. На стінках може осідати конденсат, що стікає трубою.
Якщо димар зібраний по диму, то конденсат легко проникає в щілини та зволожує ізоляцію, повністю позбавляючи її теплоізолюючих властивостей. Тут і до пожежі недалеко. Тому збірка модульних димоходів ведеться лише з конденсату. Димарі збираються на чіткий стик, з герметиком по внутрішньої труби. Однак димарі самі по собі повинні бути якісними, щоб не залишалося сторонніх щілин. Якщо щілини залишаться - через них зайде повітря, і виходить, що тяги не буде.
Але ж димохід великий, високий! Не розуміючи у чому причина, викликають майстрів. Майстри використовують простий метод: накривають зверху димар і дивляться, звідки піде дим. Тут виявляються всілякі нестиковки в димарі, які і призводять до того, що підсмоктується повітря всередину димаря. Пам'ятаєте? Повітря прагне вгору, туди, де тиск нижчий. Тому чим більше щілин, тим гірша тяга внизу. Складання по диму, на жаль, не враховує саму суть тяги. В результаті вогонь горить, а дим пре на всі боки. Хоча логіка тут не складна. дим йдез області підвищеного в знижений тиск, туди, куди йому легше.
У чому вимірюється потяг?
Норма тяги для стандартного каміна або печі – в середньому 10 Паскаль (Па). Замірюється тяга за димовим патрубком, оскільки саме там видно швидкість евакуації димових газів та відповідність співвідношенню розмірів топки печі та діаметру димоходу.
Що впливає на величину тяги?
Насамперед, висота димаря. Мінімально необхідна висота – 5 метрів. Цього достатньо для виникнення природного розрідження та початку руху вгору. Чим вище димохід, тим сильніший потяг. Однак, у цегляному димаріперетином у середньому 140х140мм., при висоті понад 10-12 метрів, тяга не зростає. Це тому, що значення шорсткості стін зростає зі збільшенням висоти. Тому надмірна висота не впливає на тягу. Подібне питання виникає у охочих використовувати під димарі канали у будинках. Вони бувають великої висотиі вузького перерізу, тому серйозний камін рідко приєднують до такого димаря.
Чинники, що впливають на тягу:
- Температура відпрацьованих газів. Чим вища температура, тим швидше спрямовуються димові гази вгору, виникає велика тяга.
- Прогріваність димоходу. Чим швидше прогрівається димохід, тим швидше нормалізується погана тяга.
- Ступінь шорсткості димаря, внутрішніх стін. Шорсткі стінки тягу знижують, при гладких стінках тяга краще.
- Форма перерізу димоходу. Круглий переріз – це зразок; овальне, прямокутне і таке інше. Чим хитромудріша форма, тим це сильніше впливає на тягу, знижуючи її.
- Важливо відзначити, що впливає і співвідношення розмірів топки, діаметра вихідного патрубка та діаметру димохідної труби. При надмірній висоті проектованого димоходу слід подумати про те, щоб зменшити переріз димоходу в середньому на 10%. На топку, на димовий патрубок, встановити перехідник (наприклад з 200-го діаметра на 180-й) і саму трубу брати 180-ту. Це дозволяється виробниками. Якщо для прикладу говорити про "EdilKamin", видно, що він розписує в інструкціях до топок, якого діаметру брати димар залежно від висоти.
Наприклад:
- висота до 3 м – діаметр 250,
- висота від 3 м до 5 м – 200,
- висота від 5 м і вище – 180 чи 160. Суворі рекомендації.
Інші виробники (наприклад, фірма Supra) припускають, що можливі зміни. Дехто зовсім не допускає. Тому керуючись інструкціями, не варто забувати і про процеси, що відбуваються в димарі.
Як вимірюється потяг?
Спочатку затопіть піч чи камін у будинку. Топити щонайменше півгодини, щоб нормалізувалися процеси. Потім, проробивши отвір у трубі трохи вище від димового патрубка, вставте туди спеціальний датчик депримометра і виміряйте тягу. Перевірте, чи надмірна вона або її не вистачає. Факторів, що впливають на потяг, багато, розглянемо ще кілька.
Роза вітрів
Ситуація коли панівні вітру задують прямо в димар і знижують тягу або розгортають її. Димар ставлять з навітряного боку, звичайно якщо визначені напрямки вітрів. Якщо димар розташований далеко від ковзана і нижче, не можна використовувати підвітряну сторону. Багатоповерхові будинкиі дерева також впливають на тягу. Для компенсації поривів вітру та невдалого розташування димаря використовують антивітрові дефлектори. За нормативами димар виводиться на півметра вище ковзана. Якщо відстань від ковзана 1,5 м – 3 м, то виводиться в один рівень із ковзаном. Якщо відстань понад 3 метри, то далі діють за формулою: від горизонталі, проведеної від ковзана, 10 градусів вниз. На практиці димар роблять вище ковзана, або в один рівень з ковзаном. Важливо використовувати один димар для однієї печі в будинку.
