Дело – «труба»! « Строим русскую баню по уму

Дело – «труба»!

14 Сен

Уважаемый читатель!

Наверняка, если Вы подумываете или уже задумали строительство своей бани, Вашу голову, наверняка, могли посещать мысли подобные этим:

«Какую трубу лучше выбрать для своей банной печи?», «Что из себя должна представлять конструкция такой трубы?», «Как правильно установить трубу в бане с точки зрения пожарной безопасности?», «Как влияет конструкция трубы на образование в ней тяги?», «Как уберечься от образования конденсата в печной трубе?». И много еще других вопросов «Как?», «Каким образом?», «Сколько?», «Почему?», требующих на себя ответа в процессе строительства.

В настоящей статье кратко коснемся вопросов назначения дымовых труб, вопросов тяги, конденсатообразования и требований, предъявляемых к ним в свете указанных аспектов.

Итак, основным назначением любой трубы (а не только банной) является:

создание положительного перепада давлений (тяги) между внутренним пространством топливника печи и оголовком трубы для отвода образующихся в процессе горения дров дымовых газов;

организация направленного потока воздуха в топке печи, принимающего участие в процессе горения дров.

К тому же необходимо отметить, что размеры поперечного сечения дымоотводящего канала трубы оказывают непосредственное влияние на характер протекания процессов горения топлива.

Тяга определяется высотой трубы, перепадом плотностей дымовых газов и атмосферного наружного воздуха:

F=ά(ρ_в – ρ_д) h,

где F— тяга, ά – коэффициент пропорциональности, ρ_в, ρ_д_–плотности воздуха и дымовых газов, соответственно, h – высота трубы.

Плотность же воздуха и дымовых газов в свою очередь зависит от их температуры:

ρ_{д =}ρ_в(273+Т_в)/(273+Т_д),

где Т_ви Т_д– температуры наружного воздуха и дымовых газов в градусах Цельсия.

К тому же объемный расход дымовых газов через трубу, определяющий скорость процесса горения дров, зависит от поперечного сечения трубы S_д и разности температур наружного воздуха и дымовых газов (Т_д— Т_в), но не зависит от высоты трубы h:

Необходимо также отметить, что на работу трубы оказывают влияние не только теплотехнические, а и газодинамические факторы. Под газодинамическими факторами понимаются факторы, обуславливающие влияние на движение дымовых газов в трубе. К таким факторам можно отнести конструкцию дымоходного тракта печи и материал изготовления его стен, которые оказывают непосредственное сопротивление движущемуся газовому потоку и определяют характер его течения (турбулентный или ламинарный).

Эти факторы могут играть в определенных случаях как положительную, так и отрицательную роль. Не углубляясь в подробности, отметим, что для дымоходов банных печей целесообразно делать их внутренние стенки гладкими, оказывающими как можно меньшее сопротивление газовому потоку. Чем меньше газодинамическое сопротивление дымохода, тем больше расход через него дымовых газов, тем меньше вероятность его «запирания» (G=0), которое может наступить при стечении определенных обстоятельств.

Из приведенных соотношений следует ряд выводов.

Во-первых. Поскольку тяга пропорциональна высоте трубы, то в более высоких трубах менее вероятно опрокидывание тяги при ветровом подпоре, а, следовательно, менее вероятно возникновение ситуаций, когда дым может пойти не в трубу, а в помещение через топочную дверцу печи.

Опрокидывание тяги также может происходить и в случае, когда температура воздуха в помещении, где стоит печь, ниже температуры наружного воздуха, т.е. когда ρ_д > ρ_в. Эта ситуация может периодически возникать, например, ранней весной в долго не топленой бане. Попытки растопить печь заканчиваются тем, что дым никак не хочет идти в трубу, а норовит через топочную дверцу нырнуть в помещение.

Во-вторых. Расход воздуха через топливник можно регулировать не только поддувальной дверцей печи, но и путем изменения сечения дымового канала трубы при помощи каких-либо заслонок или задвижек, тем самым управляя процессом горения.

В-третьих. При невысоких температурах дымовых газов (Т_д~ Т_в) любое незначительное изменение их температуры может серьезно повлиять на расход воздуха через топливник, а, следовательно, привести к неустойчивому режиму горения. Данный факт объясняет неустойчивость работы трубы на этапе розжига печи.

В-четвертых. При высоких температурах дымовых газов расход воздуха G через печь перестает зависеть от температуры дымовых газов, а определяется только размером сечения трубы S.

В-пятых. Любые тепловые потери в трубе, вызывающие снижение температуры дымовых газов (излишние потоки воздуха в топливнике, вредные подсосы холодного воздуха через щели в стенках трубы) могут привести к полному прекращению расходу воздуха через трубу (G=0), т.е. труба запрется.

А теперь коснемся вопроса образования конденсата в печной трубе.

Конденсат в печных трубах представляет собой черную или темно-коричневую вязкую жидкость, имеющую острый неприятный запах и химически агрессивную.

Образуется конденсат в результате смешения водяных паров, находящихся в дымовых газах, и летучих продуктов горящих дров: частиц сажи (углерода С), креозота (смеси различных ароматических углеводородов) и других летучих соединений, образующих с водой различные кислоты (углекислую, азотную, муравьиную, уксусную и др.).

Конденсат, проникая в стенки трубы через имеющиеся в ней щели и трещины, разрушает трубу химически, а зимой, образуя в порах трубы лед, разрушает ее механически.

Непрогретая труба всегда является потенциальным источником и причиной образования конденсата на своих внутренних стенках.

Почему же это происходит?

В процессе горения дров испаряется имеющаяся в них влага. Необходимо отметить, что даже воздушно-сухая древесина (древесина, высушенная на воздухе под навесом в течение года) может иметь влажность w = 15 — 30%. Под влажностью здесь понимается относительная влажность древесины, численно равная отношению веса содержащейся в древесине влаги к весу абсолютно-сухой древесины. Свежесрубленная древесина имеет влажность w =50-100%.

При горении дров дымовые газы увлажняются за счет находящейся в древесине дров воды и водяных паров H₂O, образующихся в процессе термического разложения (окисления кислородом воздуха) древесного вещества.

Абсолютная влажность дымовых газов (d, г/м³) гораздо выше абсолютной влажности атмосферного воздуха. Напомню, что здесь под абсолютной влажностью понимается массовое содержание паров воды, содержащихся в 1 м³ воздуха.

В нашем случае при сжигании воздушно-сухой древесины с w=30% абсолютная влажность дымовых газов составит d=172 г/м³. Для этой величины влагосодержания точкой росы является температура 65⁰С. А это означает, что если не прогреть стенки трубы хотя бы до температуры порядка 70⁰С, то на них начнет конденсироваться влага из дымовых газов.

Для случая сжигания сырых дров (допустим с w=100%) 1 м³дымовых газов будет содержать до 590 г воды. И эти пары в газообразном состоянии способен удержать воздух, нагретый до температуры не ниже 110⁰С. При более низкой температуре водяные пары начинают конденсироваться.

Из приведенных цифр следует, что для того, чтобы избежать конденсатообразования в трубе, необходимо как можно быстрее прогреть ее стенки до температур не ниже 70-100⁰С.

Это довольно легко осуществить в печах с металлическими дымоходами, но довольно сложно достичь в кирпичных дымоходах. Обусловлено это высокой теплопроводностью и малой теплоемкостью металла по сравнению с низкой теплопроводностью и высокой теплоемкостью керамического кирпича из обожженной глины.

Однако это ни в коем случае не говорит о том, что от кирпичных труб в бане надо отказаться. О плюсах и минусах разных дымоходов нами будут посвящены отдельные статьи на страницах этого блога.

Сейчас же мы констатировали факт наличия в дымовых газах большого количества воды в газообразном состоянии и факт того, что чтобы избежать конденсации водяных паров внутри дымохода, необходимо как можно быстрее любыми путями прогреть стенки трубы до температур порядка 100⁰С.

Итак, подведем черту.

Из изложенного выше следует:

1) печная труба является важнейшим элементом печи, от конструктивного исполнения которого зависит качество протекания процесса сжигания топлива;

2) труба должна быстро прогреваться внутри, быть утепленной, для предотвращения быстрого охлаждения и образования конденсата на своих внутренних поверхностях;

3) труба должна иметь гладкие внутренние стенки для снижения газодинамического сопротивления движению дымовым газам;

4) труба должна иметь как минимум 1 дымовую заслонку (желательно как можно ближе к своему оголовку) с целью осуществления контроля и регулирования топочного процесса. Лучше иметь столько заслонок — сколько необходимо для обеспечения быстрого прогрева трубы и облегчения управления процессом топки;

5) высоту трубы для безоборотной банной печи, для которой не очень критичен уровень тяги, не следует делать выше 5 метров. Это целесообразно для облечения чистки трубы от сажи, образовавшегося конденсата и ледяных конденсатных пробок (возникновение которых возможно в случае установки внутри трубы искроуловительной сетки, небольшого сечения дымового канала или использования в печи тлеющих режимов горения дров);

6) трубу банной печи целесообразно выводить через «конек» крыши и делать ее выше «конька» не менее чем на 0,5 м с целью предотвращения опрокидывания тяги при порывах ветра. В любом случае, лучше иметь трубу пониже, но потеплее, чем повыше, но холоднее.

В последующем мы вернемся к рассмотрению других аспектов, являющихся важными при выборе того или иного вида трубы для своей банной печи, особенностей ее конструкции и установки.

А сейчас — это все!

Пока! 🙂