Корзина
Разделы
Информация
Поиск
Новости
Интересные статьи
- Плюсы и минусы стальных печей
- Чугунные печи
- Почему дымит камин
- Как очистить трубу и стекло
- Техника безопасности при установке камина
- Кафельные печи
- «Горячий камень» талькохлорит
- Еще больше информации о печах и каминах!
Расчет обособленных дымоходов от газовых печей периодического действия
При проектировании и строительстве малоэтажных жилых домов с местным отоплением дымоходы от бытовых приборов выполняют в подавляющем большинстве случаев обособленными.
К обособленным дымоходам могут быть подключены газовые печи периодического и непрерывного действия. Методика расчета дымоходов для этих случаев неодинакова.
Данная методика расчета учитывает нестационарный процесс теплопередачи, происходящий
между продуктами сгорания и стенками дымоходов. Порядок расчета следующий.
Зная тепловую нагрузку горелки печи, высоту дымохода и место установки прибора в здании, можно ориентировочно определить площадь поперечного сечения дымохода F, см2, по следующей формуле:
F = (K ∙
Q)
/ (4,19 ∙ √ˉ Н),
где К = 0,02-0,03 - эмпирический коэффициент,
равный 0,02-0,03; Q - теплопройзводительность газового прибора, кДж/ч; Н -
высота дымохода, м.
Полученная площадь поперечного сечения дымохода должна быть скорректирована с «Временными техническими условиями по переводу отопительных и отопительно-варочных печей на газовое топливо».
Так, например, в этом документе указано, что для газовых бытовых печей сёчение
кирпичного дымохода должно быть
½
х ½ кирпича, а при устройстве дымохода из асбестоцементных труб его диаметр должен быть равен 100 мм независимо от того, на каком этаже установлена печь. Если на печи нет насадной трубы, то следует выбрать диаметр металлического патрубка или размеры кирпичного короба, с помощью которого газовая печь присоединяется к отдельно стоящему дымоходу.
Длина патрубка или короба не должна превышать 1 м. Зная конструктивные размеры дымохода, можно провести проверочный теплотехнический расчет, цель которого заключается в определении температуры уходящих газов на оголовке трубы. По этой температуре и коэффициенту избытка воздуха в уходящих газах можно определить, возможна или нет в зимнее время конденсация водяных паров на оголовке. Для расчета должны быть заданы: начальная температура газов на выходе из печи,
состав горючего газа и продуктов сгорания, конструктивные размеры дымового канала.
Пример 9.3.1. Печное отопление двухэтажного жилого дома (рис. 9.8) переведено на
газообразное топливо. Дымоходы печей расположены во внутренней капитальной стене. Печи второго этажа установлены на консолях. Соединительные патрубки изолированы асбестовым шнуром (толщина слоя асбеста 15 мм), подача горючего газа на каждую горелку 1,8 м3/ч, длительность топки 2 ч, теплота сгорания горючего газа QBH = 35 600 кДж/м3, температура уходящих газов из каждой печи (на входе в металлический патрубок) 213 °С,
барометрическое давление 100 кПа (1 бар), коэффициент избытка воздуха для печи
1-го этажа αт = 3, длина соединительного патрубка 1 м, температура: наружного
воздуха tнар = - 10°С, воздуха в помещении
tпом = 20 °С.
Рис.
9.8. Двухэтажный жилой дом с печным отоплением, переведенным на газообразное топливо
Требуется определить температуру уходящих газов на оголовке дымовой трубы печи 1-го
этажа, а также действительную тягу в этом дымоходе.
Предварительно найдем некоторые исходные величины. Вычислим объем уходящих газов,
образующийся при сжигании 1 м3 горючего газа
VГ = 10,61 + (αт - l)V°= = 10,61+
(3-1) • 9,5 = 29,61 м3.
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2 • °С), металлического патрубка,
изолированного слоем асбеста, определим по формуле
K = 1 / (Rвн + Rст
+ Rасб + Rнар),
где Rвн , Rст , Rасб , Rнар - термические сопротивления соответственно тепловосприятию от газов
металлической стенки патрубка, стальной стенки патрубка, асбестовой изоляции
толщиной 15 мм и теплоотдаче от наружной поверхности патрубка воздуху
помещений, м2 • °С/Вт.
Значения Rвн и Rнар найдем по табл. 9.1, а Rст и Rасб, м2 • °С/Вт
- по формулам
Rст = δ ст / λ ст = 0,001 / 58 = 0,000017;
Rасб = δасб / λасб = 0,015 / 0,35 = 0,043.
Таблица 9.1
Значения термических сопротивлений
Вид дымохода |
Rвн |
Rнар |
Стальная
Соединительная труба: |
|
|
неокрашенная |
0,056 |
0,086 |
оцинкованная |
0,076 |
0,12 |
Кирпичный дымоход: |
|
|
внутренний |
0,082 |
0,086 |
наружный |
0,082 |
0,043 |
Затем вычислим значение коэффициента
теплопередачи для присоединительного патрубка
K = 1/ (0,056 + 0,000017 +
0,043 + 0,086) = 5,4 Вт/(м2
• °С).
Падение температуры Δ t /, °С,
входящих газов в присоединительном патрубке можно определить по формуле
Δ
t = (KF • (tср
- tпом))
/ (Vг • cг ),
Где F
- площадь теплопередающей поверхности патрубка, м2; tcp, tлом - соответственно средняя температура входящих газов в патрубке и температура воздуха в помещении, °С; Vг - объем газов, м3/ч; сг -
удельная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м3 • °С).
Предварительно задаемся возможной конечной температурой уходящих газов в конце
присоединительного патрубка (195 °С). Тогда средняя температура уходящих газов
в патрубке окажется равной:
tcp = (213 + 195) / 2 =
204 °С.
Площадь теплопередающей поверхности патрубка будет равна:
F =πDL = 3,14
• 0,12 • 1 = 0,377 м2.
.
Вычисляем разность температур
Δ
t = (0,377 • 5,4 (204 - 20)) / (1,8 • 29,6 • 0,35) = 18
°С.
Действительный перепад температур почти не отличается от заданного, поэтому пересчета не требуется.
Итак, температура газов в конце присоединительного патрубка равна:
Площадь тепловоспринимающей поверхности дымохода сечением 1/2 х 1/2
кирпича и длиной 6,7 м составляет
Sдым вн = 0,52 • 6,7 = 3,48
м2.
Коэффициент избытка воздуха в обособленных кирпичных дымоходах большой длины, как правило, увеличивается за счет подсоса воздуха внутрь действующего канала из соседних смежных каналов через неплотности, а также за счет инфильтрации воздуха из помещений через поры кладки. Можно считать, что средний коэффициент избытка воздуха в дымоходе большой длины в 1,5 раза больше того, который фиксируется непосредственно в печи.
Поэтому принимаем
αдымт = 1,5 αт = 1,5;
Vг = 10,61 + (αт - 1) V0 =
=
10,61 + (4,5 - 1) • 9,5
= 43,91 м3.
Определим температуропроводность кладки
α = λ / (с • ρ) = 0,45 / (0,19 • 1600) = 0,00149 м2/ч.
Если принять, что подсос воздуха происходит в основном в нижней зоне дымохода, температура входящих газов в основании канала составит
tдымосн = (cг•Vг•tг + Vг•tг•cг) / (cсм•Vсм) =
= (0,35 • 29,61 • 195 + 14,3 • 20 •
0,31) / (0,35 • 43,91) = 138 °С
Температура продуктов сгорания на оголовке дымовой трубы равна 41 °С, конденсация водяных паров на оголовке дымовой трубы будет отсутствовать.
Средняя температура уходящих газов в кирпичном дымоходе равна:
Tсрдым = (tдымосн + tогух) / 2 = (138 +41) / 2 = 90 °С.
Зная среднюю температуру продуктов сгорания в дымоходе, можно провести его гидравлический расчет.
Выход продуктов сгорания из печи в атмосферу происходит под действием гравитационного напора ρгр, Па, который может быть представлен формулой
ρгр = 9,81 •
H • ((ρ0возд) / (1 + t возд / 273) - (ρ0ух) / (1 + tух
ср / 273)) • b / 760 ,
где Н - высота дымовой трубы, м; р0возд
, р0ух
- соответственно плотность наружного воздуха и уходящих газов при температуре 0 °С, кг/м3;
tвозд - температура наружного воздуха, 0 °С;
t ухcp - средняя температура уходящих газов, 0 °С;
b - барометрическое давление,
Па.
Подставляем в эту формулу исходные данные
ρгр = 9,81 •
6,7 ( 1,29 / (1 + 10 / 273) - 1,31 / (1 + 90 / 273) • 750 / 760 = 22,7 Па.
Часть гравитационного напора затрачивается на преодоление линейных и местных сопротивлений. Действительная тяга, которая создается в дымовой трубе, представляет собой разность между
гравитационным напором и суммой гидравлических сопротивлений. Определяем сопротивления
по участкам.
1. Металлический патрубок
Потеря на трение в патрубке
длиной 1 м
Скорость уходящих газов
Wпат = (V патух(1+β • t патср)) / (F • 3600) =
= (29,61 • 1,8 (1 + 204 / 273)) / (0,0113 •
3600) ≈ 2 м / с.
При этой скорости удельное линейное сопротивление составляет 0,6 Па. Сопротивление
участка в целом равно:
RL = 0,6 • 1 = 0,6 Па.
Потери на местные сопротивления
Коэффициенты местных сопротивлений в
пределах металлического патрубка равны:
выход из печи в патрубок.....................
0,5
поворот под углом 90°...........................
0,9
внезапное расширение потока при входе в
кирпичный дымоход и поворот под углом 90°............. 1,2
Σξ= 2,6
Потери на местные сопротивления равны
Δpм = (10 • Σ • ξ • W2пат • ρух) / (2 • g)
= (10 • 2,6 • 22 • 0,85) / (2 • 9,81) =
= 4,6 Па.
Гидравлические сопротивления в металлическом
патрубке составляют
RL + Δpм = 0,6 + 4,6 = 5,2 Па.
2. Дымоход длиной 6,7 м, сечением 0,1 Зх. 0,13м
Скорость уходящих газов
Wдым = (Vдымух (1 + β • tсрдым) / (F • 3600) =
= (43,91 • 1,8 (1 + 90 / 273)) / (0,0169 • 3600)
= 1,75 м / с.
Диаметр дымохода, эквивалентный сечению 0,13 x 0,13 м, равен: dЭKB = 0,138 м при скорости 1,75 м/с, удельное линейное сопротивление его
R будет при этом равно 0,4 Па.
Вследствие большой шероховатости стенок кирпичного дымохода его сопротивление трению Л
должно возрастать по сравнению с сопротивлением дымохода с гладкими стенками труб из кровельной стали (для которых составлена номограмма). Поэтому значение R для кирпичных дымоходов обычно удваивается, а при плохой кладке утраивается.
Потери на трение
Потери трения на линейные сопротивления в дымоходе длиной 6,6 м с учетом некачественной
кладки составят
51 =
3 • 0,4 • 6,7 = 8.Па.
Потери на местные
сопротивления
Коэффициент местного сопротивления при выходе уходящих газов из оголовка с учетом установки
на нем зонта равен 2,
Δpм = (10 • ξ • W2дым • ρух) / (2 • g)
=
= (10 • 2 • 1,752 • 0,97) / (2 • 9,81) = 3 Па.
Гидравлические сопротивления в кирпичном дымоходе
RL + Δpм = 8 + 3 = 11 Па.
Общая сумма гидравлических потерь в металлическом патрубке и кирпичном дымоходе
составляет
Σ(RL + Δpм) = 5,2 + 11 = 16,2 Па.
Действительная тяга в дымоходе
pтяг = pгр • Σ(RL + Δpм)
= 22,7 - 16,2 = 6,5 Па.
Фундаменты под печи, располагаемые у каменных стен (см. приложение 88), расположение фундаментов и разделок при установке печей у деревянных стен (см. приложение 89),
основания под печи, расположенные на верхних этажах у каменных стен (см. приложение 90), примыкание дымовых каналов к перекрытиям и расположение каналов в кирпичных стенах (см. приложение 91), изоляция деревянных перекрытий в местах примыкания дымоходов (см. приложение 92), расположение дымовых каналов во внутренних
стенах (см. приложение 93), схема установки печей на деревянных перекрытиях, установка перекидного рукава и циркуляционной решетки в отступке (см.
приложение 94), устройство части дымовой трубы, расположенной выше кровли
(см. приложение 95).