Дымоходы из нержавеющей стали

Полное описание работы с программой Jeremias EN 13384 (PDF — 1,04 Мб)

Все сведения настоящего материала относятся к индивидуальным установкам, работающим под разрежением, как наиболее распространенным.

Задачей дымохода является отвод продуктов сгорания от присоединенной топки и их рассеивание в пространстве и обеспечение притока воздуха для горения. Необходимая для этого тяга возникает вследствие разности плотности отходящих газов в дымоходе и столба наружного воздуха такой же высоты. Для атмосферных газовых котлов тяга, создаваемая дымоходом, должна преодолевать сопротивление движению приточного воздуха для горения снаружи в помещение котельной, сопротивление топки по отходящим газам и гидравлические потери по длине и на местные сопротивления в соединительной линии и канале дымохода. Вентиляторные горелки современных конструкций развивают больший напор, достаточный для преодоления сопротивления топки, поэтому требуемое разрежение в канале дымохода может быть несколько меньшим. Расчет сечения дымохода по EN 13384 сводится к проверке одновременного выполнения двух условий: по давлению и по температуре. Условие по давлению заключается в том, что разрежения на входе в дымоход при любых погодных условиях, в особенности летом, при минимальной разности температур продуктов сгорания и наружного воздуха и на всех режимах работы установки должно быть достаточно для преодоления сопротивлений теплогенератора PW, соединительной линии PFV и обеспечения притока воздуха для горения PL.

Невыполнение этого условия означает, что в топочной установке (котле и дымоходе) может возникать избыточное давление, а продукты сгорания могут поступать в помещение котельной. Условие по температуре ограничивает минимальную температуру внутренней поверхности дымохода. Для газовых дымоходов из каменных материалов в стационарном режиме работы нужно обеспечить температуру в любой точке внутренней поверхности выше точки росы для того, чтобы исключить постоянное образование конденсата и увлажнение конструкции. Для дымоходов, выполненных из влагостойких материалов, например, дымоходов из нержавеющей стали, температура внутренней поверхности должна быть выше 0° С для предотвращения намерзания конденсата, которое может привести к уменьшению живого сечения канала и нарушить нормальное функционирование установки.

В расчете по EN 13384 используются следующие обозначения:

PH (давление покоя) — разрежение на входе в дымоход, возникающее при покоящемся столбе отходящих газов;
PR (давление сопротивления) — часть давления покоя, необходимая для преодоления гидравлических потерь по длине и на местные сопротивления;
PZ — разрежение на входе в дымоход, определяемое как разность давления покоя PH и давления сопротивления PZ;
PZe — требуемое разрежение на входе в дымоход, необходимое для преодоления сопротивления теплогенератора PW и соединительной линии PFV и создания достаточного разрежения для притока воздуха PL;
Te — температура продуктов сгорания на входе в дымоход;
Tg — допустимая граничная температура продуктов сгорания;
Tiob — минимальная устоявшаяся (при тепловой инерции) температура внутренней поверхности дымохода в районе устья;
TL — температура наружного воздуха;
Tm — средняя температура отходящих газов в дымоходе;
TmV — средняя температура отходящих газов в соединительной линии;
Tob — температура отходящих газов в районе устья дымохода;
Tp — температура точки росы;
Tu — температура окружающего воздуха;
Tuo — температура окружающего воздуха на устье;
TW — температура отходящих газов на выходе из теплогенератора.

Tiob должна быть не ниже граничной температуры Tg: Tiob ≥ Tg = Tp для обычных дымовых труб и 0° С для влагостойких дымоходов. Разрежение на входе в дымоход PZ должно быть не менее требуемого значения PZe: PZ = PH — PR ≥ PW + PFV + PL = PZe.

Исходной точкой для выполнения расчета EN 13384 являются:

• Характеристики теплогенератора: массовый поток продуктов сгорания, их температура, сопротивление топки, размеры патрубка отходящих газов;
• Необходимое разрежение для притока воздуха для горения PL;
• Материал дымохода и соединительной линии с известными характеристиками (шероховатость внутренней поверхности и теплопроводность);
• Заданные строительные размеры дымохода (внутренние размеры сечения или диаметр, действительная высота дымохода H и соединительной линии HV, полная длина L и LV, доля поверхности или длина участков, проходящих вне отапливаемых помещениях или снаружи);
• Температуры окружающего воздуха для дымохода и соединительной линии (Tu, Tuo, TL) и атмосферное давление p L. Температура окружающего воздуха Tu определяется как средняя для всей поверхности дымохода и соединительной линии.

Для дымохода, проходящего большей частью через отапливаемые помещения, может приниматься Tu = 288,15 K (tu = 15° С), в противном случае средняя температура определяется по относительным долям общей поверхности дымохода и соответствующим значениям температур или расчет проводится по отрезкам с различными для каждого отрезка значениями Tu. Температуры окружающего воздуха на устье Tuo и наружного воздуха TL служат для проверки условий по температуре и подавлению соответственно. Для проверки выполнения условий принимаются неблагоприятные значения температур.

Условие по давлению проверяется для значения TL = 288,15 K (tL = 15° С), когда тяга, создаваемая дымоходом, минимальна. Условие по температуре проверяется для холодного времени года, когда температура внутренней поверхности дымохода в районе устья Tiob также минимальна. При этом различают, что для обычных дымоходов необходимо исключить их увлажнение (Tiob ≥ Tp), а для влагостойких — намерзание конденсата (Tiob ≥ 273,15 К). Поскольку для обычных дымоходов небольшое временное увлажнение, как правило, не создает серьезных проблем, проверка может выполняться для Tuo = 273,15 K (tuo = 0° С). Намерзание конденсата в области устья, напротив, угрожает нормальному функционированию топочной установки, поэтому для влагостойких дымоходов принимается Tuo = 258,15 K (tuo = -15° С). Такие значения расчетных температур определены непосредственно в EN 13384.

На основании этих данных по уравнениям EN 13384 определяются температуры и давления отходящих газов в соединительной линии и дымоходе. Расчет температур проводится для условий тепловой инерции и ее отсутствия (неустоявшийся и стационарный тепловые режимы).

Теплопроводность многих строительных материалов возрастает с повышением температуры, и компьютерная программа Viessmann EN 13384 учитывает эту зависимость в расчете сопротивления теплопередаче. Кроме того, в начальный момент разогрева дымохода (при пуске установки из холодного состояния) его сопротивление теплопередаче определяется в основном коэффициентом тепловосприятия на внутренней поверхности, остальные слагаемые известного выражения умножаются на поправочный коэффициент SH. Для способа регулирования котла вкл/выкл значение поправки на отсутствующую инерцию SH принимается равным 0,5. Проверка условия по температуре, как правило, производится для стационарного режима работы, поскольку образовавшееся при пуске незначительное количество конденсата может затем испариться, например, после останова горелки. Проверка условия по давлению всегда производится при отсутствии тепловой инерции, так как даже непрерывно эксплуатируемая установка, по крайней мере в пусковой фазе, работает в нестационарном режиме. При этом главным требованием к топочной установке как единому целому, образованному теплогенератором и установкой отвода продуктов сгорания, является ее работоспособность на всех режимах при любых погодных условиях. Возможные небольшие отступления от проекта при установке дымохода, его монтаже и эксплуатации учитываются в расчете гидравлическим коэффициентом безопасности SE = 1,5. Для дымоходов с внутренними размерами в свету, превышающими 0,5 м, значение коэффициента может быть снижено в обоснованных случаях до SE = 1,2.

В общем виде связь между сечением дымохода и результатами проверки условий заключается в следующем:

• невыполнение условия по давлению означает, что необходимо снизить гидравлические потери, возникающие при движении продуктов сгорания, например, увеличить сечение или изменить геометрию дымохода и соединительной линии;
• невыполнение условия по температуре означает, что охлаждение продуктов сгорания в канале дымохода слишком велико и необходимо повысить их среднюю температуру, например, за счет уменьшения сечения дымохода и увеличения скорости их движения, или использовать дополнительную теплоизоляцию.

Расчет по EN 13384 проводится итерационным методом, является сложным и требует больших трудозатрат. Поэтому большое распространение получили диаграммы для определения сечения дымоходов в зависимости от их высоты и мощности теплогенератора (например, Schiedel для круглых сечений и Plewa для квадратных). При этом нельзя не учитывать, что присоставлении таких диаграмм были сделаны определенные допущения, например, по температуре продуктов сгорания, соотношению длины соединительной линии действительной высоты дымохода, сумме коэффициентов местных сопротивлений. В случаях, когда ситуация не соответствует принятым допущениям, использование таких диаграмм может привести к серьезным ошибкам. Наиболее мощным и универсальным инструментом являются компьютерные программы для расчета.

Для работы с программой требуется минимальное знание метода расчета по EN 13384. Кроме того, необходимо и знакомство с самой программой, поскольку главным требованием к пользователю является полный и правильный ввод исходных данных. Программа самостоятельно проводит проверку вводимых значений на соответствие прежде всего здравому смыслу, например, при выборе санирования, то есть монтажа трубы-вставки из нержавеющей стали в существующий каменный канал, прежде всего будет проверено соответствие их размеров друг другу.

При работе с программой последовательно открываются следующие окна:

• выбор типа нового проекта (индивидуальный или коллективный дымоход с присоединением нескольких теплогенераторов к одной установке отвода продуктов сгорания) или открытие существующего проекта;
• данные проекта (номер проекта, дата разработки, адресат, местонахождение установки);
• устройство топочной установки (тип дымохода, место установки дымохода — внутри здания, у здания, свободностоящий, тип теплогенератора, наличие экономайзера и устройства пропуска воздуха УПВ (ограничителя тяги));
• основные данные для расчета (геодезическая высота расположения установки для определения атмосферного давления, значения поправочных коэффициентов, температур окружающего воздуха в теплом и холодном помещениях и снаружи для проверки соответствующих условий, а при необходимости — температуру дополнительного воздуха, пропускаемого в канал дымохода через УПВ, в зависимости от места установки дымохода).

Программа предлагает значения температур в соответствии с указаниями EN 13384. Вы можете установить значения расчетных температур воздуха самостоятельно; характеристики теплогенератора, которые Вы можете перенести из существующего справочника котлов Viessmann, задать все характеристики вручную либо воспользоваться сведениями DIN 4702 для автоматического приблизительного определения характеристик котла по его номинальной мощности и виду топлива. Далее в последовательно открывающихся окнах производится ввод данных для отдельных участков установки. К таким участкам относятся прежде всего соединительная линия и, собственно, канал дымохода.

Для каждого участка необходимо:

• Выбрать систему для монтажных дымоходов (например, ew для одностенного дымохода);
• Указать геометрические размеры:
  — действительную высоту (разность в отметках начала и конца участка по его оси);
  — полную длину, то есть фактическую длину по оси (прямой или ломаной линии);
  — сечение (диаметр для круглого, один размер в свету для квадратного и два размера для прямоугольного канала);
• Выбрать окружающие условия, указав долю поверхности участка в пространстве (снаружи) или в холодной области (в неотапливаемом помещении, окружающая температура 0° С для проверки условия по температуре), оставшуюся часть программа автоматически определит как установленную в теплой области.
• Указать количество и тип местных сопротивлений в соответствующем поле. При этом нужно учесть, хотя это и кажется несколько нелогичным, что участок входа в дымоход будет относиться к дымоходу или его первому отрезку, а не к соединительной линии. Кроме того, если соединительная линия или дымоход выполнены из разных материалов или с разными сечениями, расчет можно выполнить по отрезкам, при этом количество отрезков указывается в окне ввода общих данных топочной установки.

Для наглядности и дополнительного контроля вводимых данных и результата расчета предназначена функция программы «Навигатор», отображающая схему установки, выделяющая обрабатываемый участок (отрезок) установки и т.д. По окончании ввода данных программа может сообщить об имеющихся ошибках или неточностях введенных данных, для исправления которых можно пролистать все страницы ввода, где ошибочные значения будут выделены красным фоном соответствующих ячеек данных. Если же данные были введены полностью и правильно, программа выполнит расчет по EN 13384 и отобразит его результат. При выполнении условий по температуре и давлению фон полей результата будет зеленым, иначе программа сообщит на красном фоне о невыполнении какого-либо условия, а в автоматически отображаемом окошке информации к результату будут выданы некоторые указания о том, каким образом можно добиться выполнения всех условий.

Режим автоматического вызова информации к результату является отключаемым, но в нижней части этого окошка расположена кнопка вызова каталога мероприятий. В зависимости от выбранного типа установки и невыполненного условия каталог мероприятий содержит актуальные способы улучшения общих характеристик установки, такие, как оптимизация (изменение) сечения, установка дымососа или устройства пропуска воздуха, использование другого типа газового дымохода и другие. В ходе оптимизации сечения программа проверит выполнение условий по температуре и давлению для всех размеров, имеющихся в выбранной Вами системе монтажных дымоходов для Вашей установки, и отобразит результат оптимизации в виде таблицы, выделив зеленым цветом сечения, для которых все условия одновременно выполняются.