t в - Kominek

Тяга в камине
Практика установки и эксплуатации дровяных каминов демонстрирует недостаточное
понимание условий работоспособности каминных топок не только у конечных
пользователей и представителей торгующих организаций, но и у проектировщиков.
Актуальными среди прочих являются вопросы размещения дымохода (и камина, конечно)
и организации притока воздуха (приточной вентиляции) для обеспечения
работоспособности камина и создания комфортных условий в жилых помещениях
здания. Современные загородные дома из кирпича или бетона, оснащенные
стеклопакетами, обшитые утеплителем, герметичны как закупоренная бутылка. И если
ещё в конце прошлого века в проектной документации была приемлема
формулировка «приток воздуха - через неплотности строительных конструкций», то
теперь, в условиях использования современных материалов и технологий нормальный
микроклимат в доме наряду с удалением загрязненного воздуха требует устройство для
его притока взамен удаленному. Массу неприятностей может доставить возникновение
обратной тяги в дымоходе – из неработающего камина дует холодный воздух, а при
попытке розжига дым попадает в помещение.
Основные термины и понятия.
Тяга трубы — вентиляционный эффект в зданиях и
трубах, который возникает за счёт разницы температур
воздуха снаружи и внутри трубы (здания). Эффект
возрастает с повышением разницы температур и высоты
здания. Иногда этот эффект называют естественной
вентиляцией. Плотность тёплого воздуха меньше, чем
плотность холодного воздуха, следовательно, давление
столба газа (ρgh) у тёплого воздуха меньше. Этот факт
приводит к появлению разности давлений внутри и
снаружи трубы (здания). Если здание не является
герметичным, то за счёт разницы давлений у подножия
здания, возникает поток воздуха, направленный внутрь.
При этом тёплый воздух вытесняется вверх и выходит
через отверстия вверху здания, а холодный воздух
проникает внутрь через отверстия внизу здания. Возникает
естественная вентиляция воздуха.
Естественное движение воздуха.
Так как никакое здание не может быть абсолютно
изолированно (по крайней мере всегда есть входная дверь), то эффект тяги приводит к
движению воздуха. Во время отопительного сезона тёплый воздух поднимается вверх и
выходит из здания через окна, вентиляционные отверстия или щели, а холодный воздух
проникает внутрь через двери, окна или щели. Если летом в здании работают
кондиционеры, то происходит обратный эффект — холодный воздух выходит наружу, а
тёплый проникает внутрь.
Тяга в дымоходах печей.
Эффект тяги в дымоходах похож на эффект тяги в зданиях, за исключением одного
факта — в печах образуются горячие газы продуктов горения, которые имеют большую
разницу температур с внешним воздухом. Кроме того трубы печей почти не создают
препятствий на пути газов, что приводит к большой тяге, настолько большой, что в
старых зданиях, которые обогревались печами, иногда засасывалось столько холодного
воздуха снаружи, что общий тепловой эффект был отрицательным — здание охлаждалось
сильнее, чем мог обогреть камин.
Источник тяги.
Тяга создаётся за счёт разницы давлений (ΔP) и может быть подсчитана следующим
образом. Уравнение даст точное значение для случая воздуха, как в трубе, так и снаружи
трубы высотой h. Если в трубе находится не воздух, а продукты горения, то формула даст
только приближённую (завышенную) оценку.
в единицах СИ:
где:
ΔP = разница давлений, в Па
C = 0.0342
a
= атмосферное давление, в Па
h
= высота трубы, в м
To = абсолютная внешняя температура, в К
Ti = абсолютная внутренняя температура, в К
Поток воздуха, вызванный тягой.
Поток воздуха за счёт тяги упрощенно может быть подсчитан следующим образом.
Формула действует с теми же ограничениями. A обозначает площадь сечения трубы.
в единицах СИ:
где:
Q = поток воздуха, в м³/с
A = площадь сечения трубы, м²
C = коэффициент, вводимый из-за трения (обычно берутся значения от 0.55 до 0.70)
g
= ускорение свободного падения, 9.807 м/с²
h
= высота трубы, в м
Ti = средняя внутренняя температура, в К
To = абсолютная внешняя температура, в К
Сколько воздуха удалено из здания – столько же должно в него поступить взамен
ушедшему, таким образом, объем необходимого притока равен потоку воздуха,
вызванного тягой. Теперь, обогатившись воспоминаниями из общей физики, рассмотрим
реальную ситуацию на примере двухэтажного здания, на первом этаже которого
планируется установить камин (или печь).
В контексте интересующих вопросов имеет смысл рассмотреть два варианта
расположения дымохода:
1 – дымоход проходит внутри отапливаемой части здания, не прислоняясь к внешней
стене.
2 – дымоход проходит внутри отапливаемой части здания, прислоняясь к внешней стене.
Вариант 1 – дымоход в виде кирпичной шахты проложен внутри двухэтажного здания.
Вентиляционные каналы сблокированы вместе с дымовым каналом и, следовательно,
находятся в идентичных с ним температурных условиях. Для простоты принудительные
вентиляционные системы пока рассматривать не будем, и ограничимся естественной
вентиляцией.
В холодное время года (а все рассматриваемые проблемы проявляются именно тогда),
если здание отапливается, за счет работы пассивных вытяжных вентиляционных каналов
(а также за счет неконтролируемой утечки воздуха через чердачное перекрытие) в здании
неминуемо будет создано некоторое разряжение: давление воздуха внутри будет ниже
атмосферного давления снаружи здания. Это разряжение противодействует уходу воздуха
через вентканалы, и при полном отсутствии притока воздуха, уход прекратился бы совсем.
Реальная картина не столь печальна: приток через неплотности, оконные клапаны
проветривания, приоткрытые форточки и т.п., определяют дебет приточного воздуха и
воздухообмен здания в целом. Поскольку вытяжные вентканалы находятся в одинаковых
температурных условиях в дымоходным каналом, дымоходный канал также работает как
вытяжной, только с меньшей эффективностью (Меньшая эффективность дымохода связана с
наличием температурного и плотностного градиента воздуха помещения по вертикали: чем выше
отверстие вытяжного канала, тем эффективнее его работа. Поскольку входное отверстие дымохода
расположено, как правило, близко к полу, удаление воздуха через него практически не происходит).
Розжиг камина сам по себе в описанных условиях произойдет без особых проблем
(конечно, предполагается, что характеристики каминной топки и дымохода соответствуют
друг другу), однако при скудном притоке характер движения воздуха может существенно
измениться. Температура газов в дымоходе может увеличиться на порядок, что создаст
заметное разряжение внутри топки, если это топка закрытого типа, или приведет к
интенсивному движению газов в дымоходе в случае топки открытого типа. В любом
случае потребуется дополнительный приток воздуха в здание: для топки закрытого типа –
в меньшем объеме, для открытой топки – в большем. Если объем притока останется на
низком уровне, может произойти опрокидывание тяги в вентиляционном канале (одном
или нескольких из тех, чье отверстие ниже), или процесс горения топлива в каминной
топке может стать вялым и коптящим. Как правило, открытие форточки в этом случае
решает проблему, но не стоит забывать, что за окном – холодное время года, и
комфортность дальнейшего пребывания в каминной комнате встает под сомнение.
Конечно, лучше открыть форточку в цокольной части дома (если она есть) или ином
служебном, нежилом помещении, которое по воздуху свободно сообщается с основной
частью здания. Тогда вошедший воздух успеет смешаться с теплым воздухом и не
доставит дискомфорта, кроме некоторого сквозняка в сторону камина. Поэтому
оптимально подать приток под камин (через перекрытие) и хорошо, если его удастся
заранее подогреть.
Оценить необходимый объем приточного воздуха можно по формуле расчета потока
воздуха, вызванного тягой (см. выше).
Вариант 2 - дымоход в виде кирпичной шахты проложен внутри двухэтажного здания, но
прислонен к его внешней стене. Вентиляционные каналы проложены во внутренних
стенах.
Исходное состояние дома: температура снаружи дома Тнаружн = −20?С (зима),
температура внутри дома Твнутр = +20?С (отопление включено), температура внутри
вентканала tв равна температуре внутри дымохода tд (нестационарное состояние) и
приблизительно равна комнатной, камин не работает, принудительный приток в
помещение не предусмотрен. Исходя из этих условий, первое время характер движения
воздуха будет напоминать уже рассмотренный вариант: удаление воздуха через
вентканал(ы) происходит в объеме, который адекватен сложившимся условиям притока
воздуха. Разряжение в помещении можно оценить по формуле «тяги трубы» вентканала,
движение в дымоходе практически отсутствует.
В процессе установления равновесного состояния распределения температур по сечению
стены и прислоненного к ней дымоходу, которое предполагает монотонное увеличение
температуры от внешней поверхности к внутренней, температура воздуха
внутри дымового канала будет снижаться, находясь в пределах:
Тнаружн < tд < Твнутр
и окажется ниже температуры воздуха в вентканале. Это уменьшение приведет к
увеличению плотности столба воздуха в дымоходе, и как следствие спровоцирует в
первый момент слабое движение этого столба вниз и забору холодного уличного воздуха
через дымоходное устье. Такой подсос холодного воздуха еще более увеличит плотность
столба воздуха в дымоходе, что в свою очередь, ускорит процесс подсоса холодного
воздуха с улицы, и этот процесс приобретет лавинный характер. Происходит
«опрокидывание» тяги, возникает устойчивая обратная тяга. Если дымоход не перекрыт
задвижкой – температура воздуха внутри него окажется не на много выше уличной. Это
означает, что теперь от уличного мороза в этом месте помещение защищает только стенка
канала дымохода. В итоге от неработающего камина (и возможно и дымохода) будет веять
холодом, а при попытке разжечь огонь в топке, дым и холодный воздух пойдут в
помещение.
Попытки
установить
заслонки,
перекрывающие
дымоход,
продемонстрировали лишь уменьшение мощности получившейся «холодильной»
установки и не снимают проблемы розжига камина. Для того чтобы всё-таки разжечь
огонь и восстановить тягу, придется на время прогрева дымохода открыть окно или даже
наружную дверь.
После прогрева дымохода вполне вероятно, что камин будет работать.
Существует некоторая опасность опрокидывания тяги после остывания дымохода, но, как
правило, за это время горение топлива в топке успевает полностью прекратиться.
Получить удовольствие от эксплуатации камина в описанных условиях практически
невозможно, но существуют способы эти условия изменить.
Способ 1 – организовать подогрев ствола дымохода. Задача, с которой надо справиться –
не допустить охлаждения воздуха в дымоходе ниже температуры воздуха в жилых
помещениях, причем конструкция и расположение обогревателя должны быть такими,
при которых он не пострадает от работы камина и не будет ему помехой.
Способ 2 – организовать принудительный приток воздуха в здание в объеме, который
обеспечит в нем небольшое избыточное давление, достаточное для слабого движения
столба воздуха в дымоходе вверх.
Способ 3 – установить на оголовье дымохода устройство принудительного
дымоудаления. Электрическая турбина создаст необходимое разряжение и
воспрепятствует опрокидыванию тяги и вымораживанию стенок дымоходного канала.
Для уменьшения энергопотерь выбранный подходящий способ желательно совместить с
устройством заслонки дымохода (желательно сдвоенной), расположив её в верхней
отапливаемой части дома (в нашем случае – у потолка второго этажа).
Источник: http://rossmaster.com.ua