Виды печной трубы и особенности расчета

Печное отопление имеет ряд преимуществ: недорогое, простое, универсальное, может использовать топливо разных видов, обеспечивает длительную отдачу тепла, не нуждается в электрическом питании. Классические печные трубы устанавливались в дома без центрального теплоснабжения. Но современные аналоги дымохода используются для большинства частных домовладений, где установлены газовые котлы. Так, современные дымоходы выступают комплексным инженерным сооружением.

Что такое печная (дымовая) труба

Дымовая труба – инженерная система, спроектированная для отвода продуктов сгорания топлива в различных устройствах, генерирующих тепловую энергию. Это могут быть как новейшие двухконтурные котлы, так и дровяная печь. Классическая печная труба сейчас встречается редко, потому что печное отопление постепенно вытесняется современными системами. Но она нужна для бани, дровяного камина и других устройств, которые больше выполняют эстетическую функцию, чем служат для прямого обогрева жилья.

Физико-технические характеристики

В зависимости от материала, типа конструкции изменяются физико-технические характеристики изделия. Их важно учитывать при выборе, потому что труба должна строго соответствовать параметрам печи, котла, камина или другого нагревателя. Если единство системы будет нарушено, отвод продуктов горения не сможет производиться в нормальном режиме.

Главные физико-технические характеристики:

1. Механическая прочность. Она должна быть настолько высокой, чтобы конструкция не разрушалась даже во время пожара. Норматив – выдерживать 90 минут под воздействием открытого огня.
2. Теплоотдача. Она должна быть достаточно низкой, чтобы не нарушался теплообмен с крышей и другими элементами дома. Теплоотдача влияет на силу тяги и процесс образования конденсата. Нельзя, чтобы теплоотдача материала была слишком большой, иначе угарный газ и другие продукты горения будут быстро остывать в трубе, соответственно, не станут быстро подниматься. Это приведет к уменьшению тяги.
3. Термостойкость. Материал печных труб должен постоянно выдерживать температуру до 1000 °C. В среднем температура газов не поднимается выше 300 °C, но нужно помнить о риске воспламенения сажи. Термостойкой должна быть не только основа трубы, но и места-соединения. Места стыка трубы с перекрытиями не должны нагреваться выше 65 °C, а наружная плоскость трубы – выше 90 °C.

Все нормативы по дымоходам и печам описаны в СП 7.13130.2013. Этот документ закрепляет противопожарные нормативы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования в малоэтажных частных домах.

Функции

Все дымовые печные трубы выполняют комплекс функций по газо- и теплообмену системы здания.

Основные функции:

1. Отвод продуктов сгорания топлива: углекислого и угарного газов, водяного пара, дыма, пепла, сажи, сернистого газа и более редких химических соединений.
2. Обеспечение нормальной тяги в печи. Этот параметр напрямую связан с высотой и сечением дымового канала. Естественная тяга образуется, если температура газов при выходе из трубы составляет около 100 °C. Дым также «накапливает» тепло, что повышает эффективность горения, соответственно, и обогрева помещения.

Современные дымовые трубы оснащены дымниками, которые не только обеспечивают правильность функционирования печного отопления, но и служат защитой от осадков, листьев, мусора. Такие дымоходы украшают кровлю и выступают изюминкой крыши, придавая завершенности внешнему виду дома.

Особенности печных труб и их конструкция

Упрощенно конструкция состоит из основания, основной части (иногда она может быть самонесущей), оголовка.

Типичная печная труба для установки в частном доме состоит из таких элементов:

• оголовок;
• шейка;
• выдра;
• стояк;
• распушка;
• задвижка.

При необходимости система может иметь дымник (колпак) из металла или других материалов.

Нормы по обустройству

Одно из главных условий – для каждого теплогенератора должна обустраиваться собственная дымовая шахта. Вентиляционные и дымоходные системы категорически запрещено объединять, потому что это увеличивает потенциальную опасность для жильцов. Запрещено даже накрывать их одним колпаком. Также по действующим СП нельзя устанавливать трубы для печного отопления рядом с газовыми трубами, электрической проводкой, утеплителями, другими легковоспламеняющимися предметами.

Нормы по обустройству трубы:

1. Общая высота системы дымоотвода должна составлять не менее 5 м.
2. Минимальная высота дымохода над кровлей зависит от типа кровли и строго нормирована. Для плоской кровли она не должна быть меньше 0,5 м. Для скатной кровли нормы иные. Если дымоход расположен на расстоянии от 1,5 до 3 м от конька, выход должен быть не ниже парапета или конька. Если расстояние более 3 м, выход может быть чуть ниже конька – на уровне условной линии, которую нужно провести вниз под углом 10°.
3. Горючие материалы можно размещать на расстоянии более 1 м от шейки трубы.
4. Минимум, на который рассчитан дымоход при нагреве – 300-400 °C. Улучшенная огнеупорная печная труба должна выдерживать до 1000 °C.
5. Размер внутреннего диаметра дымохода зависит от мощности печи. При мощности до 3,5 кВт он должен быть не менее 16 см. При мощности от 3,5 до 5,2 кВт – не менее 19 см. При мощности от 5,2 до 7 кВт – более 22 см.
6. При использовании твердого топлива нужны задвижки с отверстиями не менее 15х15 мм.
7. Допустимы небольшие наклонные участки при прокладке дымохода, но не более, чем на 1 м или наклон более 30°.
8. Приточная вытяжная вентиляция не должна использоваться без принудительной приточной вентиляции.
9. Обязательно устанавливать зонты для защиты от осадков. При этом зонты или дефлекторы не должны нарушать нормальный выход дыма.
10. Если крыша покрыта горючими материалами (ондулином, гибкой черепицей, другой мягкой кровлей), дымоходы нужно оснащать искроуловителями с ячеей квадратного сечения размером от 1х1 до 5х5 мм.
11. Вокруг самой печи стены и пол должны быть защищены от возгорания, например, с помощью специальной негорючей пропитки.

Точные характеристики, какой должна быть печная труба, устанавливаются с учетом габаритов крыши, мощности обогревателя, системы дымоотвода, климата и других нюансов.

Принцип устройства

Функционирование дымоотвода максимально простое и основано на конвекционной силе газов. Горячие газы, образуемые при сжигании топлива, легкие, поэтому быстро поднимаются наверх. Низкое давление, образуемое в «пустотах», втягивает холодный воздух. Появляется так называемая дымовая тяга, которая далеко уводит продукты сгорания, не давая им загрязнять воздух рядом с домом. Что важно, холодный воздух богат кислородом, поэтому активно поддерживает горение.

Чем выше дымоход, тем лучше он рассеивает все газообразные выбросы. Но высоту нужно рассчитывать по формулам, иначе горение станет неправильным (слишком медленным или быстрым). Правильная печная труба должна защищать систему от возвращения дыма и других газов обратно в дом. Также она должна поддерживать температуру в здании на постоянном уровне. В отличие от бытовых, промышленные трубы настолько большие, что могут выступать держателями для антенн, телепередатчиков и даже в качестве опоры ЛЭП.

Виды печных труб в зависимости от материала

Выделяют разные варианты печных труб с учетом конструкционных материалов, используемых для их изготовления. Самые ходовые классические: кирпич и металл. Однако современные технологии предлагают композиты для создания необычных по свойствам конструкций.

Основные материалы:

1. Кирпич – вечная и практичная классика. Эстетичный и очень долговечный.
2. Керамика – редкий и дорогой материал. Обладает очень высокой огнеупорностью. Керамика химически стойкая, долговечная, не боится перепадов температур, имеет гладкую поверхность.
3. Асбестоцемент – тяжелый и имеет низкую герметичность, но дешевый. Такие дымоходы можно сделать самостоятельно. Материал пористый, легко впитывает конденсат.
4. Сталь – есть как классические железные печные трубы (из черного металла – чугуна или оцинкованной стали), так и из нержавеющего сплава.
5. Гофротрубы – для них используются алюминий или нержавейка. Такие печные трубы могут принимать любую форму, поэтому подходят для сложных систем или соединения разных участков. Алюминий – тугоплавкий, легкий и очень долговечный, но дорогой. Гофрированные варианты из нержавейки толще, но выдерживают больший нагрев.
6. Перлит и вермикулит – варианты типа «сэндвич», включающие стальную и перлитовую вермикулитную прослойки. Они выдерживают очень большие температуры.
7. Термостойкий пластик – идеален для маломощных кухонных плит. Пластик легкий, недорогой, прост в монтаже, но не выдерживает нагрева выше 200 °C.

Тип материала нужно выбирать с учетом условий эксплуатации и предполагаемой нагрузки.

Кирпичная

Классический, надежный, очень эстетичный материал. Кирпичные печные дымоходы оптимальны для частных домов. Желательно, чтобы тепловая мощность обогревателя была ниже 1000 °C. Но при необходимости можно выбрать специальную огнестойкую кладку. Кирпич нагревается медленно, но также медленно остывает, поэтому тяга получается мощной и стабильной в течение длительного времени.

Кирпич хорошо аккумулирует тепло, поэтому не дает ему покинуть здание. Таким образом энергоэффективность дома поддерживается на высоком уровне, позволяя экономить на обогреве.

Достоинства кирпича как материала для возведения труб:

• высокая теплоемкость;
• высокая пожарная безопасность;
• возможность подключения к разным теплогенераторам: газовым, твердотопливным;
• механическая прочность;
• долговечность – до 50 лет службы;
• эстетические свойства и стилистическая универсальность.

Чаще всего из кирпича строят трубы прямоугольного или квадратного сечения, потому что их трудно построить с небольшим диаметром. Закруглять дымоходы, изготовленные из кирпича, можно только на больших промышленных объектах.

К главному недостатку относится пористость материала. Кирпич адсорбирует сажу, которая при контакте с водяным паром приводит к химическому разрушению материала. Чтобы нивелировать этот эффект, нужно использовать только сухое топливо.

Основные недостатки кирпича:

• сложность расчета;
• трудоемкость монтажа;
• невозможность оборудовать дымоход с наклоном или ответвлениями;
• высокая масса конструкции, из-за чего дымоход нуждается в собственном фундаменте;
• пористость;
• восприимчивость к кислым газам, из-за которого быстро происходит разрушение кирпича;
• сложность обслуживания.

Чтобы улучшить долговечность и износостойкость, можно выбрать огнеупорный кирпич. В среднем для строительства дымохода нужно несколько кубических метров кирпича.

Стальная

Металлические печные трубы относительно недавно стали использоваться для частных домов. Есть модульные конструкции, поэтому легко нарастить их длину. Стенки тонкие – около 0,6 мм, что обеспечивает легкость дымопровода. Они быстро прогреваются, но быстро остывают, поэтому тяга не такая стабильная, как в керамических/кирпичных вариантах.

Если простые варианты, когда используется черный металл. Такая печная труба состоит из обычной нелегированной стали или чугуна. Подобные простые сплавы железа и углерода недорогие, но очень надежные.

Преимущества чугуна:

• устойчивость к высоким температурам;
• стойкость к влаге;
• гладкая поверхность;
• низкая стоимость;
• возможность сделать круглое сечение;
• высокая ремонтопригодность;
• низкий коэффициент теплопроводности, поэтому чугун очень безопасен.

В современных проектах чугун используется редко.

Главные недостатки:

• хрупкость чугуна;
• высокая масса.

Еще реже используется оцинкованная сталь. Такая печная труба пригодна только для газовых котлов с низкой температурой нагрева. При более высоких температурах оцинкованная сталь выделяет вредные газообразные вещества. Оцинковка также неустойчива к кислой среде и конденсату – даже хуже, чем обычный чугун.

Чаще всего используется нержавеющая сталь – в таком случае печная труба приобретает максимальную химическую стойкость.

Печные трубы и дымоходы из нержавеющей стали имеют такие преимущества:

• высокая термостойкость – до 700 °C;
• химическая стойкость, устойчивость к коррозии;
• небольшая масса;
• быстрый прогрев, что снижает риск образования конденсата;
• гладкость металла;
• простота обслуживания;
• большой ассортимент конструкций (разных размеров, форм, сложности);
• есть раструбные и модульные варианты.

Такой материал не имеет пор, поэтому удобен в уходе и эксплуатации.

Недостатки дымоходов из нержавейки:

• не самое долгое время эксплуатации (до 15 лет);
• плохая теплоемкость;
• нет утепления – соответственно, характерны потери тепла и неустойчивая тяга;
• сложность оформления в местах стыка с кровлей.

Из оцинкованной стали изготавливаются два варианта конструкций: простые одностенные (одноконтурные), «сэндвичи» (двухконтурные). Модульные включают утеплитель из минеральной ваты, потому ликвидируют основную массу недостатков, которые имеет одностенная печная труба. В таком случае нержавеющая конструкция подбирается с учетом марок индивидуально под каждый котел.

Виды печных труб по способу установки

Очень часто возникают вопросы, какие печные трубы лучше в зависимости от способа установки.

Виды дымоходов по способу монтажа:

1. Стеновые. Такие конструкции устанавливают непосредственно в толще стены (наружной или внутренней). Здания в этом случае получают максимальную энергоэффективность. Каналы дымохода связаны по типу вентиляционных. Печи и камины тоже монтируют в самих стенах. В целом стеновые дымоходы очень эстетичные. Но из-за высокого рассеивания тепла стеновые системы неэффективны, если котлы используются для обогрева.
2. Подвесные (насадные). Установка такой печной трубы проводится на наружных стенах дома. Самый распространенный вариант. Простой, может изготавливаться из разных материалов. Насадные трубы могут быть вертикальными или горизонтальными. За горизонтальным проще ухаживать, но теплоотдача конструкции ниже. Вертикальный имеет высокую теплоотдачу, из него хорошо выходят продукты горения, но их трудно чистить от сажи.
3. Коренные. Дымоходы в этом случае имеют собственный канал. Его монтируют отдельно на определенном удалении от котла. При этом конструкция довольно сложная: включает целый лабиринт из каналов. Из-за этого замедляется выход дыма, что повышает энергоэффективность здания.

В зависимости от способа монтажа конструкции тоже отличаются. Самые распространенные варианты: прямоточные, с рассечками, с перемычками, противоточные, «лабиринты», колпаковые (с одним или двумя колпаками).

Виды печных труб по положению на крыше

Также выделяют виды печных труб по их положению в пространстве.

Основные типы:

1. Горизонтальные. Такие дымоходы рассчитаны на увеличение забора тепла. Дым, проходя по горизонтальным путям, отдает тепло, поэтому все здание эффективно прогревается. Однако из-за снижения температуры выходящих газов усиливается выпадение конденсата. На горизонтальных частях легче скапливается пыль, зола, сажа, поэтому ухаживать за такой конструкцией сложнее и дороже. Чтобы упростить процесс чистки, предусматривают установку специальных смотровых лючков или оставляют съемные кирпичи в определенном порядке (через равные промежутки трубы).
2. Вертикальные. В этом случае печная труба быстрее проходит через крышу, сразу отдавая тепло в атмосферу. Горячие газы поддерживают сильную тягу на стабильном уровне, но увеличивают теплопотери дома. Есть два подтипа вертикальных дымоходов: однооборачиваемые (дым поворачивает вниз один раз) и многооборачиваемые (дым опускается и поднимается несколько раз). При нескольких оборотах улучшается прогрев дома, но выше риск задымления. Однооборотные конструкции прогреваются более равномерно, не нуждаются в установке сложных заслонок.

Независимо от типа дымохода, его нужно регулярно очищать от сажи и золы, чтобы система циркуляции не ухудшалась. Это очень важно, потому что сажа легко воспламеняется, может засорять дымоходы и даже перекрывать путь газам.

Расчет печных труб

Одно из старых правил, используемых в Европе много веков – правило «2-3-10». Оно заключается в следующем: «дымоход должен быть на 2 фута выше любой конструкции с радиусом 10 футов, но на 3 фута выше точки, в которой дымоход пересекает крышу». При учете, что 1 фут равен 30,48 см.

Диаметр

Параметры трубы нужно выбирать в соответствии с СП 7.13130.2013. Проще всего, когда сечение круглое – конические конструкции обеспечивают сильную и стабильную тягу. В прямоугольных трубах на углах может возникать турбулентное движение потоков газа, что снижает тягу и быстрее осаждает золу.

Определить приблизительный диаметр можно с помощью СП 7.13130.2013. Например при мощности печи в 4 кВт диаметр дымоотвода должен быть более 19 см. Эти нормативы описаны выше. Но они довольно приблизительны.

Для точных расчетов используется формула, учитывающая форму сечения, тип топлива, температуру образовываемых газов. За основу берется объем газов, образующихся при горении при нормальных условиях в физике: это 0 °C и давление в одну атмосферу (760 мм. рт. ст). Также важно знать температуру исходящих газов. Эти данные берутся для расчетов из справочников, которые составляются для разных видов топлива.

Vисх = (B*V*(1+(t/273)))/3600:

• где Vисх – искомый объем исходящих газов (м³/с);
• B – масса топлива, сгорающего за 1 час;
• V – требуемый объем воздуха для сгорания 1 кг топлива;
• t – температура образуемых газообразных продуктов.

Для примера будет взята печная труба круглого сечения при условии дровяного отопления. При учете, что обычные дрова имеют влажность сгорания 25%, для 1 кг им нужно 10 кубометров воздуха, а температура исходящих газов равна 160 °C. В среднем расход дров равен 5 кг для горения в топке в течение одного часа.

Подставив эти значения, получим:

• Vисх = (5*10*(1+(160/273)))/3600;
• Vисх = 0,022 м³/с.

Затем используется другая формула.

Ее внешний вид:

• Vисх = (π*d2*v),
• где v – средняя скорость движения газов, которую чаще всего принимают равно 2 м/с.

Если из этой формулы «достать» диаметр, он будет равен: D = 0,118 м.

Это число нужно округлить в большую сторону до ближайшего типоразмера трубы. Например, 125 мм.

Строгих формул нет для расчета квадратных или прямоугольных труб. Главное, их нельзя сделать менее 140х140 мм. А площадь трубы на выходе должна быть в полтора раза больше, чем поддувала.

Высота

Высоту выбирают исходя из действующих строительных правил – условия, что полная высота системы в месте выходе на крыше не должна быть менее 5 м. При этом печная труба может быть либо вровень с коньком, либо возвышаться минимум на 50 см для плоских крыш (см. СП 7.13130.2013).

На практике высоту выбирают с учетом СП 7.13130.2013, а потом проверяют фактически полученное значение с расчетным значением естественной тяги. Чем ближе реальное значение поучится к расчетному, чем больше вероятность, что выбор был сделан правильно.

Формула для проверки естественной тяги: ΔP = Hтр * g * Pатм * (1/Тв — 1/Тдс)/287,1, где:

• ΔP – искомая естественная тяга в трубе, измеряемая в паскалях;
• Hтр – высота дымовой трубы (в м);
• g – ускорение свободного падения (9,8 м/с²);
• Pатм – модальное атмосферное давление с учетом климата;
• Тв – средняя температура воздуха на улице в отопительный период;
• Тдс – табличное значение температуры газов, образующихся при сгорании топлива;
• 287,1 – газовая постоянная воздуха.

Эти расчеты довольно сложны, поэтому лучше воспользоваться специальными калькуляторами для определения параметров дымохода. Но наиболее надежно обратиться к специалистам, которые предложат проект системы дымоудаления для дома со всеми необходимыми расчетами. Как правило, такие услуги предлагают компании, у которых можно купить системы отопления и дымоходы – в этом случае печная труба будет изготовлена по индивидуальным замерам для конкретного здания. Купить модульные или другие универсальные модели легче на онлайн-площадках.

Выводы

Работа дымовой трубу основана на перемещении газов под воздействием разности температур. Нужна такая конструкция для удаления продуктов горения и поддержания естественной тяги. Нормативы по обустройству печной трубы закреплены в своде правил СП 7.13130.2013. Самые популярные материалы для изготовления дымоходов: сталь и кирпич. Классифицировать дымоходы можно по положению, способу установки. Расчет диаметра и высоты дымоотводов нужно проводить строго с учетом параметров здания. Купить печные трубы легче всего на онлайн-площадках. Самый большой выбор предлагает Москва, Санкт-Петербург и другие крупные города.