Пример конструктивного  расчета камина

Вернуться на предыдущую страницу

Исходные данные: площадь помещения 35 м², расчетная температура наружного воздуха для ото­пления камином 0 °С, высота трубы 7,5 м. Соглас­но планировке помещения площадь его наружных стен составляет 73,5 м², площадь перекрытия и полов по 35 м². Для летней дачи наружные стены принимаем облегченной конструкции (из досок).

    Согласно тепловому расчету коэффициент теплопередачи наружных стен составляет,   

        Вт/(м² ∙   ̊С)   [ккал/( м² ∙   ̊С ∙  ч)]:

         К_СТ = 1,85 [1,59] - для стены;

         К_ПТ = 1,1 [0,95] - для потолка;

         К_П = 1,05 [0,86] - для пола на лагах.

Определяем теплопотери наружных огражде­ний при расчетной нагрузке

Q = Q_СТ + Q_ПТ +  Q_П =

= (t_В - t_П) ∙ (K_СТ ∙ F_СТ ∙ K_ПТ ∙ F_ПТ ∙ K_П ∙ F_П) =

= (18 - 0) ) ∙ (73,5 ∙ 1,85 ∙ 35 ∙ 1,1 ∙ 35 ∙ 1) = 

 =3770 Вт  (3260 ккал/ ч) .


   Кроме теплопотерь через наружные ограж­дения камин должен возместить затраты тепла на нагрев неорганизованно подсасываемого воздуха.
   Количество инфильтрующегося воздуха со­ставит

V_Ф = Q  ∙ 10^-3 ∙ 1,09 ∙ а_втор =

=23,1 ∙ 1,09 ∙ 25 = 627 м³/ч .

Принимаем, что вторичный воздух до поступ­ления в камин подогревается до t=10°С. Тогда расход тепла на нагрев воздуха составит величину:  

Q_Ф = 627 ∙ 0,278  ∙ (10-0) = 1740 Вт  (1500 ккал/ ч).

Уточненная теплопроизводительность камина

Q_К = 3770 +1740 = 5510 Вт  (4750 ккал/ ч).

Полное тепловыделение камина

Q = 5510/ 0,2 = 27550 Вт (23700 ккал/ ч).

Задаемся предварительно коэффициентом избытка воздуха а_п = 2,5. Принимаем ориентиро­вочно, что расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха составляет 50% расчетных теп­лопотерь помещения, т. е.

Q_Ф = 0,5 ∙ 3770  = 1885 Вт  (1620 ккал/ ч).

Тогда полное тепловыделение в камине

Q = (3770+1885)/ 0,2 = 28275 Вт (24375  ккал/ ч).

отличается от первоначального на

[(28275-27550) / 27550] ∙ 100 = 2,6 % .

Пересчета теплопроизводительности печи не требуется, расчетное тепловыделение камина оста­ется прежним и равным 27 550 Вт (23 700 ккал/ч).
    Принимаем температуру излучения горяще­го слоя топлива и факелов t_Ф = 850 °С и по рис. 1.20 определяем коэффициент избытка пер­вичного  воздуха α_перв = 2,7.

     Определяем объемы продуктов сгорания

V_Г = Q ∙ 10^-3 ∙ (0,26 + 1,11 ∙ α_перв ) =

= 23700 ∙ 10^-3 ∙ (0,26 + 1,11 ∙ 2,7) = 71 м³/ ч .

 

Таблица 1.1

Размеры каминов, см, в зависимости от площади помещения

 

     По табл. 1.1 выбираем ориентировочные раз­меры камина: ширина отверстия в - 1, высота h = 0,8, глубина топки с = 0,7 м. Количество лу­чистой теплоты, переданной в топке, Q_л ⁼ 5510 Вт (4750   ккал/ч).
     Определяем температуру газов после охлаж­дения их за счет излучения в топке

t₂ = (c₁/c₂) ∙ t₁ - Q_Л / (V_Г  ∙ с₂) = 

= (0,340/0,337)   ∙  850 - 4750/ (77  ∙ 0,337) =692   °С .

    Итак, продукты сгорания охладились в ре­зультате излучения через топочное отверстие с 850 до 692 °С. Теперь они должны смешаться с дополнительным количеством холодного воздуха и уйти через вертикальный дымоход в атмосферу. В этой конечной стадии расчета необходимо вы­брать сечения отводящего вертикального дымо­хода и трубы, учитывая следующие обстоятель­ства. Чем больше поперечное сечение дымоходов, тем меньше скорость газов и соответственно аэро­динамическое сопротивление. За счет этого в дан­ном случае в топку может быть подсосано наи­большее количество атмосферного воздуха, кото­рый снижает температуру продуктов сгорания в дымовой трубе, что приводит к уменьшению по­лезной тяги.
    Наоборот, при уменьшении сечения дымохо­дов их сопротивление увеличивается, и подсос вторичного воздуха уменьшается. Это, в свою очередь, способствует повышению температуры газов в дымоходах, в силу чего увеличивается тя­га. Аэродинамический режим газоходов обладает свойством самовыравнивания, но лишь в извест­ной степени.
Таким образом, вторичный коэффициент избытка воздуха следует, определять методом подбора в зависимости от принимаемого сечения отводящих газоходов.
    Принимаем коэффициент вторичного возду­ха α_втор = 25. Тогда количество подсосанного вторичного  воздуха

V_втор = Q ∙ 10^-3 ∙ 1,09 ∙ α_втор = 

= 27550 ∙ 10^-3 ∙ 1,09 ∙ 25 = 638 м³/ч  .

Температуру продуктов сгорания на входе в дымоход определим из уравнения смешения

76,5 ∙ 0,385 ∙ 690 + 638 ∙ 0,364 ∙ 20 = (76,5 +638) ∙ 0,371 ∙ t'_Д ,

Откуда

t'_Д  = (17460 +4000) / 228 = 94   °С .

Принимаем в первом приближении, что ох­лаждение газов в дымоходе составляет 10 °С и

 t"_Д  =  94 - 10 = 84   °С .

Средняя температура газов

t_ср = (94+84) / 2 = 89    °С .

Объем газов при средней температуре

V_ср = V⁰_ср  ∙  t_ср / 273 =

= (76?5 +638) ∙ (89+273) / 273 =

 = 945 м³/ч = 0,262 м² / с .

Принимаем к установке газоход сечением 25x25 см (1x1 кирпич). Определяем скорость газов

W_ср = 0,262 / (0,25 ∙ 0,25) = 4,20  м/с .

Плотность газов в дымовой трубе

ρ_ср = 1,3 ∙ 273 / (273+ 89) = 0,97 кг / м³ .

Плотность воздуха

ρ_в = 1,293 ∙ 273 / (273+ 10) = 1,273    кг / м³ .

Уравнение баланса напоров

Σ ∙ ξ ∙ ρ ∙ W²/2 + R ∙ H = H ∙ (ρ_в -  ρ_ср) ∙ g ,

Рис.   1.20.   Зависимость температуры   газов   от величины коэффициента избытка воздуха

при        Σ ∙ ξ = 1,5     определяем R   (V_ср = 945   м³/ч, d-250 мм, R₀ =1,32 Па).

    Для кирпичных труб коэффициент шерохо­ватости K_Ш=1,86. Окончательно с пересчетом плотности газов по отношению к: плотности воз­духа- получим:

R = R₀ ∙ K_Ш ∙ K_Р = 1,48 ∙ 1,86 ∙ 0,97 / 1,2 = 2,26         Па ;

1,5 ∙ (0,97 ∙ 4,2²)/ 2 +2,26 ∙ 7,5 =

= 7,5 ∙ (1,293 - 0,97) ∙ 9,8  ;

12,9 +16,9 =29,8 ;         29,8 ≠ 23,8

    При принятом в расчете коэффициенте из­бытка воздуха α_общ  = 30 сопротивление дымохо­да получилось несколько больше располагаемого напора дымовой трубы. Следовательно, при вы­бранном сечении дымохода в нем установится несколько меньший по сравнению с принятым расход дымовых газов.
    Расчет показал, что действительный расход дымовых газов составляет 845 м³/ч, что соответ­ствует общему коэффициенту избытка воздуха α_общ = 26,4, из которых на долю первичного воздуха приходится α_перв = 2,7, а на долю вто­ричного воздуха α_втор = 23,7.

Перейти к расчету каминов с организованной подачей наружного воздуха в зону горения