Rookgasafvoer voor stookruimte: berekening van hoogte en doorsnede volgens technische normen

De belangrijkste functie van een rookkanaal voor een stookruimte is het afvoeren van rookgassen van de ketels naar de atmosfeer en ze daarin te verspreiden. Daarnaast heeft het een bijkomende functie: het moet een natuurlijke trek creëren die ontstaat door het temperatuurverschil tussen de verbrandingskamer en de buitenlucht.

Wij maken u vertrouwd met de soorten rookkanalen, die worden geclassificeerd op basis van constructieve kenmerken en het materiaal van de pijpen. Bij ons leert u hoe de geometrische parameters worden berekend aan de hand van een specifiek voorbeeld. Onze adviezen helpen u bij het kiezen van het type en de afmetingen van de schoorsteen.

Soorten rookkanalen

In grote stookruimtes kan natuurlijke trek niet voor een volledige verbranding zorgen; hier wordt deze geforceerd gecreëerd met behulp van rookgasafvoerpompen. Het verbrandingsproces en het vrijkomen van de verbrandingsproducten in de atmosfeer moeten zo min mogelijk schade toebrengen aan het milieu en mogen geen noodsituaties veroorzaken als gevolg van overdruk in de verbrandingskamers.

Constructief verschillen pijpen voor stookruimtes sterk van elkaar, zowel qua type draagconstructie als qua fabricagemateriaal. Op basis van het eerste kenmerk worden verschillende typen pijpen onderscheiden.

Zelfdragende pijpen voor stookruimtes

Dergelijke verticale constructies kunnen één- of meervoudig zijn. Ze voeren verbrandingsgassen af van ketelhuizen en ketels.

Ze worden gebruikt ongeacht het type brandstof, maar met inachtneming van enkele vereisten:

1. De temperatuur van de rookgassen die door zelfdragende schoorstenen stromen, mag niet hoger zijn dan 350 graden Celsius.
2. De verbrandingsproducten mogen niet chemisch agressief zijn.
3. De optimale sneeuwbelasting voor zelfdragende constructies is 250 kg per vierkante cm, windbelasting 30 kg per vierkante cm onder omstandigheden van windgebied II.

Een zelfdragende schoorsteen wordt op het dak geïnstalleerd en binnen het gebouw bevestigd. De constructieve kenmerken ervan maken transport en montage ter plaatse mogelijk, omdat deze bestaat uit afzonderlijke secties die drie-laags sandwichpijpen vormen. De constructie wordt aan de fundering bevestigd met behulp van ankers.

Binnenin de schoorsteen bevindt zich een laag van sterk staal dat bestand is tegen de stoffen die vrijkomen bij verbranding. De buitenlaag beschermt tegen weersinvloeden.

Schoorstenen voor grote ketelhuizen zijn meestal zelfdragend. Dit is een constructie die volgens een individueel project is gebouwd en over een eigen infrastructuur beschikt.

De parameters van schoorsteenconstructies moeten voldoen aan de eisen die in normatieve documenten zijn vastgelegd. De berekening ervan is gebaseerd op factoren zoals het aantal ketels, het vermogen en het type brandstof. De emissienormen voor de atmosfeer moeten verplicht in acht worden genomen. In sommige gevallen worden schoorstenen uitgerust met een platform, ladder, inspectieluik en lichtafscherming.

Kolomvormige rookconstructies

Een pijp van dit type bestaat uit een buitenmantel van koolstofstaal en daarin geplaatste binnenbuizen van roestvrij staal met verschillende diameters voor de afvoer van gassen. De constructie wordt bevestigd in een in de fundering gestorte ankerkorf. Er kan één of meerdere zijn. Om condensatie binnenin te voorkomen, wordt thermische isolatie toegepast.

Een deel van een kolomschoorsteen. Hier is in doorsnede te zien dat er meerdere buizen van verschillende diameters van roestvrij staal binnenin zijn geplaatst.

Het voordeel van een dergelijke constructieve oplossing is de lange levensduur en de mogelijkheid om meerdere ketels aan te sluiten. De staaldikte en de kwaliteit worden gekozen op basis van de temperatuur en de agressiviteit van de verbrandingsproducten.

De diameter van elke schacht kan anderhalve meter bedragen, en als het algemene rookkanaal voor meerdere ketels wordt gebruikt, dan is een diameter van ongeveer 3 m vereist. Om condensatie te voorkomen, worden de schachten bedekt met thermische isolatie.

Bijzonderheden van gevel- en nabijgevel schoorstenen

Bijgevelschoorstenen worden geïnstalleerd voor ketelhuizen die aan het huis zijn gebouwd of erin zijn geïntegreerd. Ze worden aan de muur van het gebouw bevestigd met behulp van beugels. De componenten van de schoorsteen zijn schachten en een frame of ankerbevestigingen.

De schacht heeft 3 lagen: binnenin roestvrij staal, dan thermische isolatie en gegalvaniseerd staal. De buizen zijn bedoeld voor ketelhuizen waar de ketels op gas of vloeibare brandstof werken.

Meestal worden gevelbuizen langs de buitenmuur van het gebouw geplaatst. Bij het kiezen van de staalsoort en de wanddikte van de buis wordt rekening gehouden met de chemische samenstelling van de afgevoerde gassen en hun temperatuur.

Bijgevel- en gevelbuizen dragen de gewichtsbelasting over via een extra onderfundering en de windbelasting via trillingsisolerende bevestigingen. Dit type rookafvoer is, vanuit het oogpunt van materiaalkosten, het meest economisch vanwege het ontbreken van draagconstructies en een stevige fundering.

Het modulaire systeem dat wordt gebruikt bij het creëren van gasafvoerschachten, zorgt voor een eenvoudige vervanging van beschadigde onderdelen.

Pijpen van het vakwerktype

Een dergelijke metalen constructie bestaat uit buizen die zijn bevestigd aan een stevige zelfdragende kolom van het vakwerktype. Het vakwerk is op zijn beurt bevestigd in een ankerkorf die in de fundering is gestort. Schoorstenen van het vakwerktype zijn geschikt voor gebruik in regio's met gevaarlijke seismologische omstandigheden.

De constructie van het vakwerktype omvat 1 tot 6 schachten. De kolom is gemaakt van buisprofiel. De profielbuis kan een vierkante of driehoekige doorsnede hebben. Dit hangt af van het aantal schachten.

Om corrosie te voorkomen, worden de gasafvoeren bedekt met een primer en vervolgens geverfd.

De schacht voor gasafvoer is opgebouwd uit modules bestaande uit 3 lagen:

• een binnenlaag, die direct in contact komt met de verbrandingsproducten en is gemaakt van speciale soorten roestvrij staal;
• een laag van 5-6 cm dik, die als thermische isolatie dient;
• een buitenlaag, die de thermische isolatielaag beschermt tegen schadelijke omgevingsinvloeden.

Voor de anticorrosiecoating worden verven gebruikt met een hoog percentage zink. In sommige constructies kunnen zich in de kolom ladders en platforms bevinden die het onderhoud vergemakkelijken. De constructieve elementen van dit type buizen zijn relatief licht, wat zowel het transport als de montage vergemakkelijkt.

Mastachtige schoorsteenpijpen

Het centrale element van een mastschoorsteen is een steuntoren – met drie of vier masten, waaraan de schoorstenen zijn bevestigd. Alle constructiedelen worden op een basis in de vorm van een betonnen kussen gemonteerd, beginnend van onderen en geleidelijk omhoog werkend. Bij de montage wordt gebruik gemaakt van klinknagelverbindingen of zelftappende schroeven.

De draagconstructie van een mastschoorsteen is samengesteld uit stalen profielen, verbonden door diagonale schoren en hoekprofielen. Met de voet rust de kolom op de fundering en wordt bevestigd met ankerbevestigingen.

Meestal worden de afzonderlijke onderdelen naar de montageplaats vervoerd en als een bouwdoos in elkaar gezet. Dit proces kost maar weinig tijd – een paar uur. De schoorsteen kan een maximale hoogte van 28,5 m bereiken. De stabiliteit wordt verzekerd door verstijvingsribben – stalen tuien met een doorsnede van 1,6 tot 2 cm. Ze compenseren de werking van dwarskrachten.

Materialen voor de bouw van stookruimtepijpen

Rookafvoersystemen worden opgebouwd uit verschillende materialen – baksteen, staal, keramiek, polymeer. Een schoorsteen van baksteen, gebouwd boven bakstenen ovens en open haarden, onderscheidt zich door een goede mechanische weerstand, uitstekende warmtecapaciteit en een vrij hoge mate van brandveiligheid.

Deze constructies hebben ook veel nadelen, daarom komen in de moderne bouw volledig bakstenen schoorstenen steeds minder vaak voor. Normatieve documenten beperken de hoogte van bakstenen buizen tot 30-70 m en de diameter tot 0,6-8 m.

Op de wanden van een bakstenen buis met vele uitsteeksels en uithollingen aan de binnenkant, slaat altijd veel condensaat en roet neer, dat zwaveloxiden bevat. Deze reageren met water en vormen zuren die de baksteen actief aantasten.

Oneffenheden van het oppervlak en de vernauwing van de doorgang als gevolg van een geleidelijke ophoping van roet, veroorzaken een vermindering van de snelheid van de rookdoorgang en het omvallen van de trek in het rookafvoerkanaal.

Bestand tegen condensaat en invloeden van buitenaf zijn schoorstenen van keramiek; ze hebben een hoge vuurvastheid. Maar dit systeem heeft een groot gewicht, omdat er zich binnenin metalen staven bevinden die extra stevigheid geven. Hieruit vloeien de vereisten voort voor een verplichte aanleg van een aparte fundering en steunen, wat de arbeidsintensiteit en montagekosten verhoogt.

Polymere rookafvoerbuizen zijn geschikt in stookruimtes met een maximale temperatuur van 250°C, bij montage van gasboilers. Ze zijn licht, flexibel en duurzaam, maar alleen relevant voor gasapparatuur.

Een rookafvoerapparaat van roestvrij staal – een samenstel bestaande uit afzonderlijke schoorsteenelementen die met elkaar verbonden zijn door middel van vormstukken: T-stukken, pijpen, deflectoren, T-stukken, bochten. Stalen schoorstenen worden voornamelijk gebruikt voor gasgestookte ketels.

Montage van een dergelijke schoorsteen kan ook na de bouw van het gebouw in korte tijd worden uitgevoerd. Er is een groot assortiment verbindingsonderdelen, zodat de buis elke gewenste configuratie kan krijgen.

Een modulaire schoorsteen kan zonder veel moeite worden gedemonteerd en naar een andere locatie worden verplaatst. Voordelen van de constructie zijn het lichte gewicht, waardoor een fundering overbodig is, de weerstand tegen vocht, geringe roetafzetting op de binnenwanden en een hoge snelheid van de rookgassen.

De sanitaire en technische normen staan toe om stalen buizen te gebruiken voor de constructie van schoorstenen met een hoogte van meer dan 30 m, een uitzondering is alleen mogelijk wanneer er per dag minder dan 5 ton hoog-assige brandstof wordt verbruikt. De reden is dat de levensduur van dergelijke constructies 10 jaar bedraagt, en als er brandstof met een hoog zwavelgehalte wordt gebruikt, wordt deze aanzienlijk verkort.

Tot de varianten met een behuizing van staallegering behoren coaxiale schoorstenen. Wij raden u aan om u te verdiepen in hun constructieve specificiteit en operationele kenmerken.

Berekening van pijpparameters

Om de hoogte en diameter van de schoorsteen voor de stookruimte te bepalen, is het nodig om een aerodynamische berekening van de constructie uit te voeren. De diameter hangt af van het vermogen van de individuele ketels of van de gehele stookruimte.

Op de verbranding van brandstof en de effectieve afvoer van rook heeft de trek een enorme invloed. Om deze trek te creëren is een constante toevoer van lucht naar de vuurhaard nodig. Dit wordt zowel op natuurlijke als op kunstmatige wijze gewaarborgd.

Als er een rookafzuigventilator in het systeem is ingebouwd, dan heeft de hoogte van de buis geen doorslaggevende betekenis. Deze parameter is vooral belangrijk voor de registratie van schadelijke emissies in de atmosfeer. Om de natuurlijke trek te bepalen, is een verplichte berekening van zowel de hoogte als de doorsnede van de buis nodig.

Bepaling van de pijphoogte bij natuurlijke trek

Om een normale natuurlijke trek te creëren, moet worden voldaan aan de voorwaarde van gelijkheid van de trekkracht en de totale weerstand die optreedt tijdens de verplaatsing van rookgassen door de gasleidingkanalen van de ketel en het traject van de schoorsteen. Een dergelijke trek kan worden verzekerd onder voorwaarde van een lage gasweerstand, wanneer de buishoogte niet hoger is dan 60 m.

Dit schema vereenvoudigt het proces van het berekenen van de belangrijkste parameters van de buis voor de afvoer van verbrandingsproducten van elke brandstof in de verbrandingsovens van de stookruimte.

De normatieve documenten die de locatie en berekening van schoorstenen qua hoogte regelen, zijn SNiP 41-01-2003, SP 7.13130.2009.

Er moet ook rekening worden gehouden met de aanbevelingen in de instructie van de ketel, in het bijzonder de volgende vereisten:

1. Van het rooster tot het bovenste punt van de buis mag niet minder dan 5 m zijn.
2. Boven een plat dak zonder hoge afscheiding moet de buis minstens 0,5 m uitsteken.
3. Ten opzichte van de hoogte van de afscheiding en de nok van het dak moet de buis hun niveau met 0,5 m overschrijden, als deze zich binnen anderhalve meter van deze constructies bevindt.
4. Wanneer de schoorsteen zich op een afstand van 1,5 tot 3 m van de borstwering en de nok bevindt, moet het bovenste punt overeenkomen met hun hoogteniveau.

Bij een onjuist berekende schoorsteenhoogte kunnen er veel problemen ontstaan, en het belangrijkste is luchtwervelingen of een zone van windtegenstand. Sterke windvlagen kunnen het vuur in de vuurhaard doven.

Bij het plaatsen van een schoorsteen moet u rekening houden met de dakconstructie, de dikte van het dakpakket, de afstand tot omringende elementen en de nok, evenals de brandveiligheidsvoorschriften (+)

Het naleven van de brandveiligheidsregels is ook een verplichte voorwaarde bij het ontwerpen van de schoorsteen van de stookruimte. De constructies die de schoorsteen raken, moeten worden geïsoleerd.

Om te voorkomen dat vonken uit de ventilatieopeningen op de schoorsteen het dak bereiken wanneer dit van brandbaar materiaal is gemaakt, wordt de hoogte van de constructie met 0,5 m verhoogd. De schoorsteen van de stookruimte moet zich op minimaal 2 m afstand van hoge gebouwen en bomen bevinden.

De hoogte van de schoorsteen wordt bepaald afhankelijk van de dakconstructie. Als het dak meerdere niveaus heeft, wordt er rekening gehouden met hoogteverschillen, maar de basis is in alle gevallen hetzelfde: de hoogte van de nok (+)

Omdat de optimale trek ontstaat door het verschil tussen de totale dichtheid van de gassen die de schoorsteen verlaten en de buitenluchtkolom van gelijke hoogte, wordt de berekening uitgevoerd met de volgende formule:

De hoogte van het rookkanaal wordt met deze formule zelf berekend. Alle waarden kunnen worden overgenomen uit de documentatie van het verwarmingsapparaat.

De berekening is vrij ingewikkeld; het is beter als deze door specialisten wordt uitgevoerd. Parameters die de hoogte van de schoorsteen beïnvloeden:

1. Coëfficiënt A karakteriseert de meteorologische omstandigheden van de regio.
2. Mi – de massa rookgassen die per tijdseenheid door de schoorsteen gaan.
3. F – de snelheid waarmee de deeltjes die tijdens de verbranding ontstaan, bezinken.
4. Spdki en Sfi – indicatoren van de concentratie van verschillende stoffen in het rookgas.
5. V – volume van het gas.
6. T – het verschil tussen de temperaturen van de lucht die de schoorsteen binnenkomt en verlaat.

Als de stookruimte in een aanbouw van het huis is geplaatst, wordt dit een obstakel. Het is noodzakelijk dat de schoorsteenkop in dit geval zich boven de zone van winddruk bevindt. Anders kan het verwarmingsapparaat niet normaal functioneren.

Om te bepalen met hoeveel de schoorsteen moet worden verlengd, wordt het hoogste punt van het huis gevonden en wordt er een rechte lijn door getrokken die een hoek van 45 graden met het grondoppervlak maakt. De ruimte onder deze lijn is de zone van winddruk, en het rookkanaal moet zich erboven bevinden.

Berekening van de pijpdiameter

Voor het berekenen van de diameter van de schoorsteen bestaat de volgende formule:

S = m/(ρr x w),

Hier is m – het brandstofverbruik per uur, w – de snelheid van de rookgassen, ρr – de dichtheid van de lucht onder bedrijfsomstandigheden, deze wordt bepaald met de formule: pv = pBnu x 273⁄273 x tos. Waarbij to – de buitentemperatuur, pBnu – de dichtheid van lucht onder normale omstandigheden = 1,2932 kg/m³.

De tabel helpt u om de waarde van de luchtdichtheid ρg in werkomstandigheden te bepalen zonder ingewikkelde berekeningen uit te voeren. De dichtheid van rookgassen wordt voor vereenvoudiging van de berekeningen aangenomen gelijk te zijn aan de dichtheid van lucht (+)

Stel dat in de ketel 50 kg vaste brandstof per uur wordt verbrand, dan is dat per seconde 50 : 3600 = 0,013888 kg. De snelheid van de rookgassen is 2 m per sec. Bij een luchttemperatuur van -4 °C is de luchtdichtheid 0,6881 kg per kubieke meter. Dan is S = 0,013888 : (0,6881 × 2) = 0,010092 vierkante meter = 92 vierkante cm. Voor een ronde doorsnede is d = √4 × 92 : 3,14 = 10,83 cm.

De diameter van een cilindrische schoorsteen kan ook met een andere formule worden berekend: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), waarbij r een coëfficiënt is die afhangt van het type brandstof. Voor kolen is dit 0,03, voor hout 0,045, voor gas 0,016, voor vloeibare brandstof 0,024.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video met een visuele demonstratie van het berekeningsproces van de hoogte van het rookkanaal voor het inrichten van een stookruimte:

Hier deelde de auteur van de video zijn eigen ervaring met het berekenen en installeren van een schoorsteen voor een ketel op vaste brandstof:

Nog een video ter ondersteuning van de amateur-ontwerper:

Het is niet zo belangrijk op welke brandstof de ketels in de ketelruimte werken. In ieder geval is een rookgasafvoersysteem onmisbaar. De belangrijkste vereisten waaraan schoorsteenpijpen moeten voldoen zijn een goede trek en doorlaatcapaciteit, en het naleven van milieunormen.

Wilt u een vraag stellen over een omstreden of onduidelijk punt dat u tegenkwam bij het doornemen van de informatie? Hebt u nuttige gegevens over het onderwerp van het artikel die u met de bezoekers van de site wilt delen? Schrijf dan uw opmerkingen in het onderstaande blok.