Утепление дымовых труб

Холодная труба — это не только плохая тяга и дымное горение. Холодная труба — это возможное выделение росы из дымовых газов.

Дело в том, что при горении дров дымовые газы увлажняются за счёт воды, находившейся в дровах как естественная влажность, а также образовавшейся при окислении древесного вещества. Поэтому абсолютная влажность у дымовых газов значительно выше, чем у воздуха атмосферы. Так, массовое влагосодержание продуктов сгорания d(г/кг) теоретически равно d=d₀+(92,1+1,68w)/(0,072+α), где d₀(г/кг) — влагосодержание атмосферного воздуха, α (кг/кг) — коэффициент избытка воздуха, w% — относительная влажность воздуха. В самых жёстких реальных условиях влажных дров с w=100% и нехватки кислорода α=0,5 увеличение влагосодержания составит (d-d₀)=454 г/кг, то есть 454 г водяных паров в 1 кг влажных дымовых газов. Это настолько высокая цифра, что превышает равновесную плотность пара при температуре 100°С. Это означает, что гарантированно избежать конденсацию водяных паров в дымовой трубе при топке мокрыми дровами возможно лишь при прогреве трубы до 100°С и выше. Действительно, нормой считается температура выходящих из устья трубы дымовых газов на уровне 110-120°С в расчёте на зиму. В более реальных условиях w=30% и α=1 увеличение влагосодержания составляет (d-d₀)=133 г/кг. В пересчёте на нормальный воздух с плотностью 1,3 кг/м³ абсолютная влажность дымовых газов составит 0,172 кг/м³. Это означает, что при температурах внутренних стенок дымовой трубы ниже 70°С конденсация водяных паров в дымовой трубе неизбежна. Таким образом, основной задачей является как можно быстрый прогрев дымовой трубы хотя бы до температур порядка 70°С.

С этой задачей кирпичные трубы, конечно, не справляются — греются они долго. В охлаждающихся дымовых газах на этапе протопки печи неминуемо образуется конденсат либо в виде тумана (клубов пара, зачастую невидимых на фоне белого и чёрного дыма), либо в виде росы на внутренних стенках кирпичной трубы. Роса впитывается в кирпич, увлажняя его, а после намокания трубы начинает стекать вниз. На мокрую поверхность частично осаждаются сажистые частицы, зола, высококипящие продукты пиролиза (в виде креозота — смеси спиртов, альдегидов, кетонов, всевозможных ароматических углеводородов), а также газообразные соединения, образующие с водой кислоты (серную, азотную, муравьиную, уксусную, угольную и т. п.). Чёрная, коричневая или зеленоватая, остропахучая и химически агрессивная жидкость, стекающая по холодным трубам, получила название трубного конденсата. Кислотность конденсата обусловлена как составом топлива (например, наличием серы, наиболее характерной для углей и газа), так и организацией процесса сжигания. Так, для полностью сгоревшего креозота образование органических кислот не характерно, а вот окись и закись азота образуются (вернее, фиксируются) при резком захолаживании (закалке) дымовых газов. Во всяком случае кислотность конденсата всегда обеспечена наличием большого количества углекислого газа в дымовых газах (до 20% об. при α=1), соединяющегося с водой с образованием углекислоты CO₂+H₂O→Н₂СО₃.

Трубный конденсат проникает через щели и трещины наружу, загазовывает помещения, разрушает кирпич и швы химически, а зимой, замерзая, «рвёт» стенки трубы вспучиванием льда в порах. Поэтому трубы всегда изготавливают из наиболее качественного материала, стойкого не столько термически, сколько химически и механически, но главное — морозоустойчивого в сыром состоянии (то есть малопористого).

Появление трубного конденсата является штатной бытовой ситуацией, и к ней дачник должен быть готов зимой и морально, и методически. Растопку печи в морозы желательно вести как можно более сухим топливом, обращая внимание не столько на разжигание дров, сколько на прогрев трубы. Этому способствует наличие «летних» дымоходов (растопочных задвижек). Кирпичную трубу «высовывают» над крышей как можно меньше. В смысле борьбы с конденсатом трубы должны быть как можно более короткими (хотя и во вред тяге), а печи — безоборотными. Некоторые дачники предпочитают легко впитывающие (обычные) кирпичные дымовые трубы, справедливо полагая, что пусть лучше кирпич в трубе увлажнится, но не «потечёт» — всё равно труба при дальнейшей протопке нагреется и высохнет. Другие дачники, опасаясь зимних увлажнений, делают стенки труб влагонепроницаемыми (например, бетонными) и/или обрабатывают их водоотталкивающими составами. Часто в кирпичные дымоходы вставляют гладкие и водонепроницаемые асбоцементные, керамические или металлические трубы — вкладыши (гильзы). В последних случаях необходимо проследить, куда же потечёт невпитавшийся конденсат из трубы: если в кирпичную кладку нижележащих дымооборотов — это плохо, если в топливник на горящие дрова — это хорошо.

Технологий безопасного удаления трубного конденсата в дровяных и угольных печах пока нет. Только в газовых печах-водонагревателях отработана методика конденсации водяных паров из продуктов сгорания (причём с целью утилизации тепла конденсации и достижения коэффициента полезного действия свыше 100%) со сбросом конденсата в городскую канализационную сеть. Единственным способом улавливания трубного конденсата в дровяных печах является организация внутри труб специальных накопительных конденсатосборщиков, которые впоследствии должны осушаться за счёт испарения или опорожняться сливом через кран на дне. Лучше всего такой конденсатосборщик размещать на самом дне труб («в их основаниях и дымоходах») в кармане, предусмотренном п.6.6.13 СНиП 41-01-2003 для всех печей (см. далее поз. 11 на рис. 159). Заметим попутно, что этот обязательный с 1975 года карман «глубиной 250 мм с отверстиями для очистки, закрываемыми дверками» редко ещё предусматривается в кирпичных печах. После испарения воды от конденсата остаётся спёк чёрного цвета в виде слоистой достаточно твёрдой корки, не пачкающей руки, иногда пахнущей, но чаще без запаха. Такие корковые спёки образуются и на стенках труб. Иногда они отбиваются с трудом, но с увеличением толщины слоя хрупко отслаиваются (трескаются) под действием перепадов температур и обрушиваются вниз в виде крупки, засыпая переходы (повороты) горизонтальных участков в вертикальные, в том числе и вышеупомянутые карманы. Эта крупка в трубе не воспламеняется, видимо, ввиду окускования сажи и высокого содержания в ней золы. Кстати, именно такие сажистые корки могут образовываться и на стенках фильтрующих каменок, и выжигать их трудно, даже методом высокотемпературной газификации водяным паром.

Конденсатные сажистые спёки резко отличаются от пушистой печной сажи, очень рыхлой, легко возгораемой, сильно пачкающей руки и одежду, иногда «смолистой». Пушистая сажа образуется и осаждается на сухих участках внутренних стенок топки, дымооборотов и трубы. В частности, осаждается она и на дверке топливника (правда в смеси с окалиной и золой), так что свойства такой сажи дачнику хорошо известны. По характеру сажистых отложений легко определить, в сырых или сухих условиях находится изучаемый участок дымоходов в ходе протопки печи.

В отличие от теплоёмких кирпичных труб металлические дымовые трубы при растопке печи разогреваются очень быстро, быстро создают тягу, быстро перестают осаждать конденсат, а при малых (но частых) закладках дров быстро перестают дымить из трубы. Но тем не менее в плане конденсатообразования они могут доставить дачнику куда больше хлопот, чем кирпичные, особенно в холодные зимы. Во-первых, потому, что если конденсат образуется внутри металлической трубы, то он тотчас появляется и на наружной поверхности трубы или печи (то есть в помещении бани) путём банальной протечки через стыки металлических труб. А запах испаряющегося на горячей трубе конденсата порой просто невыносим, несмотря на вентиляцию. Во-вторых, потому, что в холодную погоду (или дождливую) в условиях сильного теплосъема с внешней стенки трубы, внутренняя поверхность тонкостенной и высокотеплопроводной трубы способна нагреться до температур выше 100°С только при интенсивном горении дров в топливнике. Стоит только бросить в печь на раскалённые угли зимой лишнее полено, тотчас в трубе потечёт конденсат. Поэтому необходимо строго выдерживать режим интенсивного горения с частым, но малым подбрасыванием дров, а лучше вообще топить в сильные морозы древесным углём. В режимах же тления дров дымоход зимой и вовсе работает как обратный холодильник — сколько воды поступает в трубу, столько же её и стекает обратно в топку, и печь буквально захлёбывается от накапливающейся воды.

Поэтому зимние печные трубы, особенно металлические, никогда не делают высокими, сильно высовывающимися над крышей. В сильные морозы конденсат в трубе может даже замёрзнуть, образуя ледяные пробки. Учитывая большую опасность ледяных пробок, способных потушить пламя в топке, во избежание возможных отравлений натуральным газом и продуктами сгорания (угарным газом) все газовые печи и агрегаты в обязательном порядке оборудуются утеплёнными трубами (вытяжками) с зонтами, не способными забиться инеем. В полной аналогии с трубами газовых печей, утепление стали применять и в металлических трубах дровяных печей.

Дымовая труба называется утеплённой, если её стенки имеют сопротивление теплопередаче более 0,3 м²•град/Вт. Эта величина соответствует термическому сопротивлению кирпичной трубы, сложенной толщиной в полкирпича (12 см). Считается, что при постоянной непрерывной круглосуточной работе печи (в том числе и газовой) кирпичная труба в полкирпича уже не образует конденсата. Конечно, такое мнение весьма условно: в сильные морозы, тем более в условиях крайнего Севера, такая труба наверняка потечёт, особенно при малом огне в топке. Но в целом по России принять более жёсткий норматив по утеплению труб нельзя по той простой причине, что тогда все печные кирпичные трубы окажутся в разряде неутеплённых и недопускаемых переводу на газ.

Если рассматривать проблему более широко, то дымовые трубы следует нормировать не по степени утепления, а наоборот, каждый тип трубы должен нормироваться по тепловой мощности печи. Каждая труба имеет свой диапазон рабочих тепловых мощностей. При этом верхний предел мощности будет представляться и степенью термостойкости материала трубы, и газодинамическим сопротивлением (турбулизацией дымовых газов). А вот нижний предел мощности может определяться условиями появления конденсата.

В настоящее время утеплённые трубы для металлических печей изготавливаются с применением термостойкой базальтовой ваты. Центральный дымоход в виде цилиндрической трубы из углеродистой или нержавеющей листовой стали толщиной не менее 0,7 мм либо обматывают (с прихваткой проволокой) рулонной мягкой минватой (матом), либо заключают в круглешки (шайбы), вырезанные из жёсткой плиты минваты. Утеплённый дымоход заключается в обечайку из оцинкованной кровельной стали толщиной 0,55 мм, защищающую утеплитель от механических повреждений и увлажнений. Толщина теплозащитного слоя минваты составляет не менее 1,5-2,0 см.

Рис. 159. Типы утеплённых металлических труб
Рис. 159. Типы утеплённых металлических труб: а — коренная; б — насадная; в — подвесная. 1 — стальной дымоход, 2 — подставка (эстакада), 3 — топливник печи, 4 — соединительный патрубок (колено), 5 — обечайка (чехол, кожух), 6 — базальтовая вата, 7 — кровля, 8 — герметик 9 — крыша, 10 — зонт, 11 — ёмкость для сбора конденсата, 12 — поддон обечайки с креплением саморезами, 13 — соединения секций обечайки и трубы, 14 — крышка для набивки базальтовой ватой центрирующая с креплением саморезами, 15 — кожух усиленный несущий, 16 — съёмный поддон для набивки базальтовой ватой, 17 — перекрытие, 18 — разделка негорючая термостойкая, 19 — кронштейн для подвешивания кожуха, 20 — карман, 21 — патрубок (в частности, гофрированный), 22 — хомуты.

Конструкций металлических утеплённых труб (и самодельных, и заводского изготовления) очень много. Они отличаются в первую очередь способом закрепления в пространстве. Известно, что кирпичные трубы и неутеплённые металлические трубы традиционно подразделяются на коренные (отдельно стоящие) и насадные (установленные непосредственно на печи). Утеплённые металлические трубы также могут быть коренными (приставными), насадными и, кроме того, подвесными (закреплёнными на перекрытиях или крышах). Наиболее надёжны и удобны коренные трубы (рис. 159,а). Дымовая труба 1 устанавливается на полу помещения на подставке 2 (эстакаде) и присоединяется к топливнику 3 с помощью колена 4 (также желательно из нержавеющей или жаростойкой стали). Дымовая труба 1 заключается в чехол 5 (обечайку). Зазор между трубой и обечайкой заполняется базальтовой ватой 6. Чехол 5 может изготавливаться по-разному, в данном случае цилиндрическая обечайка удерживается на цилиндрической трубе за счёт сил трения от с усилием запрессованных шайб из плотной (жёсткой) базальтовой ваты. Чехол удерживается в вертикальном положении вырезом в перекрытии или в кровле 7 с уплотнением 8 с помощью герметизирующей адгезионной ленты или эластичного герметика (например из полисульфидного не твердеющего на морозе каучука-тиокола или силикона). Зазор с базальтовой ватой защищается от осадков колпачком 9, а сама дымовая труба — зонтом 10. Возможный в сильные морозы конденсат улавливается конденсатосборником 11.

Насадные утеплённые трубы наиболее распространены в дачных домах и банях (рис. 159,б). Они опираются непосредственно на печь и удерживаются от опрокидывания отверстием в вышерасположенной плоскости 7 (перекрытии, крыше). Обечайка удерживается на трубе за счёт упорного поддона 12 (фланца), закрепляемого болтами, саморезами или сваркой. Дымовая труба и обечайка может наращиваться секциями с конусными или фланцевыми соединениями 13. Базальтовая вата в кусках набивается вручную в зазор так, чтобы обечайка была отцентрована относительно трубы. Отцентровке может помочь и верхний фланец 14. Особое внимание при набивке базальтовой ватой должно быть уделено зоне соединений секций 13. При этом стык 13 не должен располагаться в местах прохода через перекрытия и кровлю и должен визуально контролироваться.

Подвесные трубы (рис. 159,в) крепятся в проёмах перекрытия 17 за кожух 15, который в данном случае является несущим и должен быть механически прочным (например, изготовленным их сварного уголкового каркаса, обшитого листовой сталью). Кожух закрепляется на перекрытии через обязательные металлические разделки 18 с помощью подпятников 19. Обычно такую трубу собирают на земле (с набивкой базальтовой ватой или заполнением перлитом) и подвешивают в собранном состоянии. Коренные и подвесные трубы должны иметь в нижней части карман 20, предусматривавшийся ранее в кирпичных трубах для сбора выпадающих кирпичей и штукатурки и предупреждающий тем самым забивку дымохода и перешедший «по наследству» к металлическим и асбестовым трубам для сбора возможных сажистых спёков и конденсата. В кармане 20 должна предусматриваться герметичная дверца или съёмное донышко для чистки. Печь подсоединяется к трубе с помощью патрубка (колена) или гофрированной (сильфонной) трубы 21 из нержавеющей стали, закреплённой хомутами-уплотнителями 22.

Кирпичные трубы тоже утепляют, в частности оштукатуриванием на чердаках тёплыми растворами или облицовкой базальтовой ватой. Особенно это касается чердачных горизонтальных кирпичных коробов. В последнее время появились специальные бетонные блоки с центральным отверстием для выкладки вертикальных труб. В образующийся канал вкладывают металлическую, керамическую или асбоцементную трубу, а зазор между трубой и блоком набивают базальтовой ватой.

Рис. 160. Конструкция утеплённой асбоцементной трубы
Рис. 160. Конструкция утеплённой асбоцементной трубы: а — труба, закреплённая на перекрытии (вид сбоку); б — то же, вид сверху; в — труба, закреплённая на каменной стене здания (вид сбоку); г — то же, вид сверху. 1 — асбоцементная труба, 2 — хомут, 3 — болтовое крепление хомута, 4 — несущий уголок металлический, 5 — балка перекрытия, 6 — лага, 7 — стальной лист, закрывающий проём (отступку) в потолке (разделка), 8 — лист асбестового картона, 9 — подшивка потолка дощатая, 10 — крепление уголка к лаге, 11 — возможный уголок, соединяющий несущие уголки в сварную раму, 12 — выступающий торец трубы, 13 — обечайка, 14 — кровля, 15 — герметик, 16 — стекловата, 17 — зонт, 18 — крепление зонта, 19 — соединительный патрубок (муфта), 20 — тройник с карманом, 21 — кронштейн, 22 — кронштейн с подкосом, 23 — прямоугольная обечайка, закрепляющаяся на стене.

Кирпичные трубы с толщиной стенки в полкирпича считаются утеплёнными, если они проложены внутри здания (в том числе и во внутренних капитальных стенах) и высовываются лишь над кровлями. Если же труба проходит во внешней (наружной) стене здания, то утеплённой считается труба, имеющая толщину стенки со стороны улицы не менее 64 см (2,5 кирпича). Это значит, что высокие металлические утеплённые трубы, монтируемые на внешней стене (фасаде) здания (приставные трубы) должны иметь толщину теплоизоляции из базальтовой ваты не менее 8-10 см.

Нередко в дачном быту кирпичные трубы, выведенные выше потолка мансарды на чердак или даже выше кровли, удлиняют асбоцементными трубами, вставляемыми в дымовые отверстия труб и уплотняемыми смесью асбеста (картона, шнура, ткани) с глиной или цементом. Асбоцементные трубы можно применять при температуре входящих в трубу дымовых газов не выше 300°С, в то время как металлические трубы допускаются к применению при температурах дымовых газов до 500°С. Удлиняющие асбоцементные трубы также можно утеплять базальтовой ватой, используя обечайки из оцинкованной стали.

В качестве методической иллюстрации приведём широкораспространённую конструкцию утеплённой дымовой трубы для бытовых газовых отопительных котлов (рис. 160). Для металлических печей эта конструкция в большинстве случаев непригодна, так как в обязательном порядке использует нетермостойкие асбоцементные трубы 1, а при замене на стальные водопроводные трубы конструкция становится очень тяжёлой. Стандартная асбоцементная труба 1 (длиной 4 м и диаметром 100 мм или 150 мм) обхватывается хомутом 2 из полосовой стали толщиной 4-6 мм и шириной 30-50 мм и притягивается болтовыми соединениями 3 (не менее М10) к стальным уголкам или швеллерам 4 (с размером полки не менее 50 мм). Такое хомутовое соединение (заменяющее приварной кронштейн на стальных трубах) является основой всей конструкции. Хомутовое соединение может иметь и иную конструкцию, например, в виде двух симметричных (в полкольца) стянутых хомутов, опирающихся затем на огнестойкие несущие конструкции с обеих сторон трубы. Но в любом случае хомутовое соединение должно быть в высшей степени надёжным, поскольку в случае разрыва болтовых соединений или самого хомута асбоцементная труба проскальзывает вниз. Учитывая большой вес трубы (и наращенных частей), нахождение под ней отопительного агрегата (а тем более людей) недопустимо (хотя официально и не запрещено).

Закреплённый на трубе уголок 4 упирают (опускают) на балки перекрытия 5 или чаще на специально монтируемые лаги 6, чтобы увеличить расстояние от хомута до металлического листа обшивки проёма (разделки 7) и тем самым увеличить длину рычага, удерживающего трубу от опрокидывания (см. ниже). Уголок 4 надёжно закрепляется на лаге 6 болтовым соединением, крупным саморезом 10 или мощным гвоздём с загибом сквозной прошивки. Обычно в котельных устанавливают сразу две трубы<111>дымоход и вентиляционную вытяжку. Эти две трубы могут быть закреплены на одном уголке, но для удобства монтажа и снижения нагрузок каждую трубу чаще закрепляют на отдельных уголках, при этом уголки могут быть скреплены в раму с помощью перемычек 11 сваркой или болтами. После первичного закрепления уголков трубы примут какое-то наклонное положение, и чтобы зафиксировать их в строго вертикальном положении, снизу на обшивку потолка 9 прибивают металлический лист обшивки 7 (подшивка) с отверстиями для выпуска труб 12 на 1-10 см ниже потолка. В качестве металлического листа используется листовая кровельная сталь толщиной 0,55 м (лучше оцинкованная), и, несмотря на кажущуюся ненадёжность конструкции, трубы оказываются закреплёнными в строго вертикальном положении очень жёстко. На лист обшивки 7 в обязательном порядке настилается лист асбестового картона 8, причём смысл этой изоляции неясен, но её наличие строго контролируется пожарной охраной при приёмке трубы в эксплуатацию. Намного разумней было бы изолировать асбестовым картоном и сталью торцы досок потолка, балки 5 и лаги 6, которые должны быть удалены от трубы на 500 мм (при наличии изоляции потолка, балок и лаг — на 380 мм) в соответствии со СНиП 41-02-2003.

На вертикально зафиксированную трубу посекционно нанизывают через верх трубы обечайки из оцинкованной кровельной стали 13. Нижнюю обечайку устанавливают на уголки 4 или (при наличии в обечайке соответствующих вырезов) даже на лист обшивки 7. Затем, строго центрируя обечайку относительно труб, вручную набивают её стекловатой 16 (можно в мягких матах типа Ursa или Isover, но лучше в более жёстких плитах базальтовой ваты типа Rockwool или Рагос). Потом на первую обечайку нанизывают вторую обечайку и также набивают её стекловатой, имея в виду, что именно сама стекловата помогает центрировать трубу в обечайке. А так как обечайка удерживается в вертикальном положении отверстием в кровле 14, то и труба удерживается в вертикальном положении не только внизу листом 7, но и наверху уплотнённой стекловатой в районе отверстия в кровле 14. При необходимости трубу удлиняют с помощью цилиндрических патрубков 19 из оцинкованной стали, препятствующих сдвигу труб относительно друг друга. Встречаются случаи, когда хомут 2 удерживает 4-5 труб длиной по 4 м каждая; в этом случае, конечно, необходимо дополнительно предохранять трубу от опрокидывания, например, с помощью растяжек. Сверху трубу и теплоизоляцию защищают зонтом 17, закрепляемым лапками 18. Снизу в трубу вдвигают с натягом и с возможным закреплением саморезами тройник 20 с карманом и дымоподающим патрубком.

По указанной технологии можно изготавливать и приставные трубы на стенах здания (рис. 160 в и г). Отличие от вышерассмотренной конструкции заключается в применении уголков в виде кронштейнов в стене 21, в том числе с подкосами 22, и прямоугольных обечаек 23, прикрепляемых к стене дубелями.

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

поддержать Totalarch

Добавить комментарий

CAPTCHA
Этот вопрос задается для проверки того, не является ли обратная сторона программой-роботом (для предотвращения попыток автоматической регистрации)