Печи камины и строительство бани
 
Печи.
Русская печь
Камины
и очаги
Бани
и сауны
Обратная
связь
 
 

Основные параметры каминов и их расчет

Структура раздела:

Примеры расчетов и таблицы параметров
Сводная таблица с комментариями
Анализ работоспособности и хромые камины

Инженерный, теплотехнический расчет каминных труб достаточно сложен. Исходными условиями задается такая скорость воздуха (0,25 м/сек), поступающего в портал (окно) камина, поток которого должен обеспечить запирание портала камина от исходящих из очага дымовых газов. В конечном итоге расчет сводится к определению параметров трубы, ее высоты и проходного сечения, аэродинамические показатели которой и должны обеспечить работоспособность данного, конкретного камина.

В расчетах используются различные факторы (основным фактором является разница температур внешнего воздуха и дымовых газов), такие как: допустимая (желательная) скорость прохождения газов в трубе, гладкость (чистота) внутренней поверхности трубы, возможные (допустимые) отклонения от вертикали отдельных участков трубы (изломы трубной оси) и другие показатели, непосредственно влияющие на сопротивление тяге в трубе. Кроме того, учитывается также и давление воздуха, влияние воздушных потоков и пр. Целый ряд реальных показателей в расчетах может учитываться эмпирически, через введение поправочных коэффициентов, они зачастую носят субъективный характер, что может также влиять на результаты расчетов.

Не следует удивляться тому, что в различных источниках (таблицах, диаграммах, номограммах и пр.) встречаются рекомендации, которые могут существенно отличаться друг от друга. Вот и другие факторы, влияющие на точность расчетов и вносящие в них элемент неопределенности:

— реальные показатели температуры наружного воздуха и дымовых газов обычно отличаются от средних расчетных,

— неучтенный подсос воздуха через возможные неплотности, например, в трубе, увеличивает количество дымовых газов и понижает их общую температуру,

— на тягу в трубе влияет количество и влажность реально горящего топлива в камине, которые могут существенно отличаться от расчетного.

Диаграмма

Рис. 3.1. Диаграмма, где: Н — высота трубы в м; f—площадь сечения трубы (проходное сечение) в см2; F — площадь портала камина (размеры Ах В) в см2; (f/Fj х 100 — процент площади fom площади F. Вверху показана конфигурация трубных сечений

Как же решаются такие сложные задачи на практике? Существуют несколько путей, направленных на упрощенное решение проблемы, перечислим их:

1. Формализация инженерных расчетов в компьютерные программы. Использование таких программ значительно облегчает и ускоряет решение практических задач. Такой подход наиболее желателен, но проблема состоит в том, что он не может быть общедоступным. Типовых программ не существует, а их составление под силу только специалистам высокой квалификации, хорошо владеющим теорией и практикой теплотехнических, гидравлических и газодинамических расчетов, о которых говорилось выше. Одновременно не менее важно и хорошее владение такими специалистами компьютерной практикой.

2. Чаще всего для практического применения принято пользоваться табличными данными, в которых задаются заранее просчитанные результаты для каминов. Таких таблиц существует множество, например, в Указателе [10] их собрано около 20, все они заимствованы из различных зарубежных источников1. В них рекомендуемые размеры, как правило, увязываются друг с другом без указания на возможные отклонения. В таблицы включаются и размеры, которые к разряду основных (к первой категории) не относятся, что может вводить в заблуждение исполнителя.

Исполнителю желательно знать, какие размеры в таблице являются «главными» и какие размеры «неглавные» (если они включены в таблицу). Ему также нужно знать: в каких пределах рекомендуемые табличные размеры можно изменять без риска получить в итоге своей работы отрицательный результат в виде дымящего камина.

3. Использование различного рода графических материалов в виде номограмм и диаграмм. В них результаты расчетов сводятся в графические показатели. Такой подход имеет свои преимущества: зачастую хорошо составленные диаграммы представляют наглядную графическую картину, которая может показывать общие закономерности по расчетам. Ее невозможно уловить, если пользоваться другими методами (в т.ч. и разовыми теплотехническими и др. расчетами).

Преимущество (одновременно и недостаток) указанного метода состоит в том, что в виде исходных показателей можно задавать и показатели вспомогательного характера. Например, вводить в номограммы и вторую категорию размеров. Однако зачастую такие номограммы становятся не только сложными для практического применения, но и теряют главное: преимущество в наглядности. По этой причине не все, что создано по этой части для расчетов каминов, может быть рекомендовано для практического использования.

Попутно заметим, что графическим, упрощенным методом пользуются наиболее авторитетные фирмы по производству каминов и дымоходных труб1. Такие фирмы создают собственные номограммы, что позволяет им унифицировать подход к расчетам во всех своих многочисленных подразделениях. Это в свою очередь позволяет им не допускать возможного разнобоя в расчетах при подборе труб для своих потребителей. Одна из таких номограмм приведена ниже (рис. 3.2).

В отечественной практике нашла применение и прошла всестороннюю проверку диаграмма, составленная шведскими исследователями {1}, она воспроизводится на рис. 3.1. Поясним ее.

Наличие трех кривых на диаграмме объясняется следующим: геометрия проходного сечения труб является определяющим показателем для дымовых труб, т.к. при равных площадях сечений труб разной геометрии (круглой, квадратной и прямоугольной, что помечено на диаграмме), равную тягу трубы создают на разных высотах.

Например, при f/F = 10% труба с круглым сечением создаст достаточную тягу при высоте трубы Н = 7 м, труба с квадратным сечением на высоте 9,2, а труба с прямоугольным сечением на высоте 10,8 м.

Обратим внимание на довольно неожиданный результат, который показывает диаграмма: слишком существенная разница в высотах труб (до 3,8 метров, что практически соответствует полутора этажам здания!).

Подчеркнем, что такая разница в высоте труб и составляет цену возможной ошибки при неквалифицированном подборе трубы.

Номограмма (диаграмма с номограммой), разработанная фирмой «ШИДЕЛЬ»

Рис. 3.2. Номограмма (диаграмма с номограммой), разработанная фирмой «ШИДЕЛЬ», отражает подбор каминных труб круглого сечения для открытых каминов. Правая часть предназначена для определения сечения каналов для подвода воздуха в камин извне, необходимого для его нормальной работы

Поясним причину этого эффекта.

Поведение газов в трубе дается на рис. 3.3. Видно, что дымовые газы завихряются, и вихревым, винтовым потоком проходят по трубе. Основной поток газов располагается вокруг оси трубы. На рисунке показан поперечный срез этого вихря. В углах трубы создаются самостоятельные вихревые потоки, которые не способствуют основному потоку, а мешают ему.

дымовые газы в трубе

В трубах круглого сечения дополнительные потоки-завихрения отсутствуют, а в прямоугольных трубах они больше, чем в квадратных.

Вернемся к диаграмме (рис. 3.1), к вертикали, проведенной на показателе f/F = 10% и точкам высот на ней 7 м, 9,2 м и 10,8 м. Выше сказано, что трубы с одинаковой площадью сечения, но разной геометрии (круг, Рис. 3.3. Движение дымовых газов квадрат, прямоугольник) в трубе (срез) создают равную тягу на указанных высотах. Рассмотрим вариант установки одного и того же камина (камина с равными параметрами) в разновысотных домах и схему подбора трубы к этому камину. Например.

1. 3-этажный дом (высота 10,8 м),

2. Коттедж (высота 9,2 м),

3. Дом с мансардой (высота 7 м).

Подбор трубы для этого камина может оказаться совершенно разным. Камин, которому требуется 10,8-метровая труба прямоугольного проходного сечения (вариант 1), во втором варианте (9,2-метровая труба) потребуется, по меньшей мере, установить трубу с квадратным сечением, т.к. прежняя труба с меньшей высотой не обеспечит нормальную работу камина. В третьем варианте работа этого камина может быть обеспечена уже трубой круглого сечения, т.к. трубы прямоугольного и квадратного сечений не смогут обеспечить работу этого камина. Повторим для ясности, что в рассмотренном примере, при разной геометрии площади поперечного сечения труб одинаковы.

На той же диаграмме проведем горизонтали на высотах 5 м, 7 м и 10 м. Эти высоты являются обобщенными, они характерны: первая для скромного дачного дома, вторая для дома с мансардой и третья для коттеджа.

Этим высотам будут соответствовать показатели:

1. Для Н = 5 м — 11,2% (труба круглого сечения), 12,4% (труба квадратного сечения) и 13,2% (труба прямоугольного сечения). 

2. Для Н = 7 м — 10 % (труба круглого сечения), 11 % (труба квадратного сечения), 11,7 % (труба прямоугольного сечения).

3. Для Н = Юм — 8,7% (труба круглого сечения), 9,7 % (труба квадратного сечения), 10,2% (труба прямоугольного сечения).

Именно эти показатели лежат в основе подбора каминных труб, они получены с помощью инженерных расчетов, затем обобщены в приведенную диаграмму и из нее же и выведены.

Точность приведенных показателей может различаться в пределах десятых долей (0,2% для горизонтальной оси и 0,2 м для оси вертикальной), что для практического применения вполне приемлемо, и на конечные результаты существенного влияния не оказывает.

Эти показатели можно запомнить:

для трубы прямоугольного сечения 13,2 — 10,2%;
для трубы квадратного сечения 12,4 — 9,7%;
для трубы круглого сечения 10,0— 8,7%.

Причем важна общая закономерность: большие значения предназначены для труб с меньшей высотой.

Опытные мастера на них опираются (обычно запоминают крайние значения 13,2 и 8,7), к ним всегда можно вернуться, обратившись к диаграмме. На них же (включая и другие высоты) и строятся табличные рекомендации, которые обычно встречаются в различных источниках.

Из сказанного выше можно сделать некоторые выводы для практической работы: в ряду предпочтений при выборе круглое сечение трубы на первом месте, на втором — квадратное, на последнем — прямоугольное. Это отражает положение кривых на диаграмме. Здесь же и ответ на вопрос: почему фирменные каминные топки снабжаются круглым патрубком, задающим сечение нержавеющей трубе, которая на него насаживается. Заметим, что трубы круглого сечения экономичнее по части материалоемкости, чем трубы квадратного или прямоугольного сечений. Особенно это касается нержавеющих труб, так как стоимость нержавеющих сталей значительно превышает стоимость черных металлов.

При использовании труб с квадратными и прямоугольными сечениями желательно делать скругления углов (обратим внимание: при том, что площадь сечения трубы f уменьшается), что помогает свести до минимальных вредные вихревые потоки или вовсе от них избавиться. Это легко достижимо при формовании блочных труб или при использовании варианта «труба в трубе», например, круглая вставка в кирпичную трубу.

И еще два вывода.

1) В связи с тем, что результаты расчетов труб с разной геометрией сечения (круглой, квадратной и прямоугольной) показывают существенную разницу, можно рекомендовать для практического использования три разных (соответствующих сечениям) таблицы1.

2) Конструктивные размеры (вторая группа размеров) в указанные таблицы включать нецелесообразно.

bottom
Карта сайта
bottomline
Дизайн