Cheminée pour chaufferie : calcul de la hauteur et de la section selon les normes techniques

La fonction principale que doit remplir une cheminée de chaufferie est d'évacuer les gaz de combustion des chaudières dans l'atmosphère et de les disperser dans cet espace.Ils ont également une fonction supplémentaire : ils doivent créer un tirage naturel résultant de la différence entre la température dans le foyer et celle extérieure.

Nous vous présenterons les types de canaux de fumée dont la classification est basée sur les caractéristiques de conception et le matériau des tuyaux. Ici, vous apprendrez comment calculer des paramètres géométriques à l'aide d'un exemple spécifique. Nos conseils vous aideront à décider du type et de la taille de la cheminée.

Types de cheminées

Dans les grandes chaufferies, le tirage naturel ne peut assurer une combustion complète ; il est ici créé de manière forcée à l'aide de pompes à fumée. Le processus de combustion et le rejet de ses produits dans l'atmosphère doivent causer le moins de dommages possible à l'environnement et ne pas provoquer de situations d'urgence en raison de l'apparition d'une pression dans les fours dépassant la norme.

Structurellement tuyaux pour chaufferies Ils sont très différents les uns des autres tant par le type de structure porteuse que par le matériau de fabrication. Sur la base de la première caractéristique, on distingue plusieurs types de canalisations.

Tuyaux de chaudière autoportants

De telles structures verticales peuvent être à un ou plusieurs canons. Ils éliminent les produits de combustion des chaudières et des chaudières.

Ils sont utilisés quel que soit le type de carburant, mais sous réserve de certaines exigences :

1. La température des fumées traversant les conduits autoportants ne doit pas dépasser 350 degrés C.
2. Les produits de combustion ne doivent pas être chimiquement agressifs.
3. La charge de neige optimale pour les structures autoportantes est de 250 kg par kW. cm, vent - 30 kg par kW. cm dans des conditions de région de vent II.

Un tuyau autoportant est installé sur le toit et fixé à l'intérieur du bâtiment. Ses caractéristiques de conception offrent la possibilité de transport et d'installation sur site, car il se compose de sections séparées, qui sont à 3 couches tuyaux sandwich. La structure est fixée à la fondation à l'aide d'ancrages.

À l'intérieur du tuyau se trouve une couche d'acier durable qui n'est pas affectée par les substances libérées lors de la combustion. La couche extérieure protège des influences atmosphériques.

Les cheminées des grandes chaufferies sont le plus souvent autoportantes. Il s'agit d'un bâtiment construit selon un projet individuel et disposant de sa propre infrastructure

Les paramètres des structures de fumée doivent être conformes aux exigences énoncées dans les documents réglementaires. Leur calcul repose sur des facteurs tels que le nombre de chaudières, la puissance, le type de combustible. Les normes d’émissions atmosphériques doivent être prises en compte. Dans certains cas, les cheminées sont équipées d'une plate-forme, d'une échelle, d'une trappe de visite et d'une clôture lumineuse.

Structures de fumée en colonne

Un tuyau de ce type se compose d'une enveloppe extérieure en acier à haute teneur en carbone et de fûts intérieurs de différents diamètres en acier inoxydable insérés à l'intérieur pour éliminer les gaz. La structure est fixée dans un panier d'ancrage coulé dans la fondation. Il peut y en avoir 1 ou plusieurs. Pour éviter que la condensation ne s'installe à l'intérieur, une isolation thermique est utilisée.

Partie d'un tuyau de colonne. Ici, vous pouvez voir sur la coupe transversale qu'il y a plusieurs fûts en acier inoxydable de différents diamètres à l'intérieur.

L'avantage de cette solution de conception est une longue durée de vie et la possibilité de raccorder plusieurs chaudières. L'épaisseur et la qualité de l'acier sont choisies en fonction de la température et de l'agressivité des produits de combustion.

Le diamètre de chaque tronc peut atteindre un mètre et demi, et si un conduit de gaz commun est prévu pour être utilisé pour plusieurs chaudières, alors un diamètre d'environ 3 m est nécessaire. Pour éviter l'apparition de condensation, les troncs sont recouverts de thermique isolation.

Caractéristiques des cheminées proches de la façade et de façade

Installez des cheminées proches de la façade pour les chaufferies attenantes à la maison ou encastrées. Ils sont fixés au mur du bâtiment à l'aide de supports. Les composants d'une cheminée sont des troncs et un cadre ou des ancrages.

Le fût comporte 3 couches : acier inoxydable à l'intérieur, puis isolation thermique et acier galvanisé. Les canalisations sont destinées aux chaufferies où les chaudières fonctionnent au gaz ou au combustible liquide.

Le plus souvent, les tuyaux de façade sont situés le long du mur extérieur d'un bâtiment. Lors du choix de la nuance d'acier et de l'épaisseur de paroi des tuyaux, la composition chimique des gaz d'échappement et leur température sont prises en compte

Les tuyaux situés à proximité de la façade et de façade transmettent la charge de poids via une fondation inférieure supplémentaire et la charge de vent via des fixations anti-vibrations. Ce type de cheminée, en termes de coûts de matériaux, est le plus économique en raison du manque de structures porteuses et d'une fondation solide.

Le système modulaire utilisé pour créer les barils d'échappement des gaz permet un remplacement facile des pièces endommagées.

Tuyaux de type ferme

Cette structure métallique est constituée de tuyaux montés sur une solide colonne autoportante de type ferme. La ferme, à son tour, est fixée dans un panier d'ancrage coulé dans la fondation.Les cheminées en treillis conviennent à une utilisation dans les régions présentant des conditions sismologiques dangereuses.

La conception de type ferme comprend de 1 à 6 troncs. La colonne est constituée de tuyaux roulés. Le tube profilé peut avoir une section carrée ou triangulaire. Cela dépend du nombre de lignes réseau

Pour éviter la corrosion, les sorties de gaz sont recouvertes d'un apprêt puis peintes.

Le baril d'échappement des gaz est composé de modules constitués de 3 couches :

• interne, en contact direct avec les produits de combustion et réalisé en qualités spéciales d'acier inoxydable ;
• 5-6 cm d'épaisseur, faisant office d'isolant thermique ;
• externe, protégeant la couche d'isolation thermique des influences environnementales négatives.

Pour le revêtement anticorrosion, des peintures contenant un pourcentage élevé de zinc sont utilisées. Dans certaines structures, des escaliers et des plateformes peuvent être présents à l’intérieur de la colonne pour faciliter l’entretien. Les éléments structurels des tuyaux de ce type sont relativement légers, ce qui facilite leur transport et leur installation.

Tuyaux de mât de cheminée

L'élément central du tuyau de mât est la tour de support - trois ou quatre mâts, à laquelle sont fixées les cheminées. Tous les éléments structurels sont assemblés sur une base en forme de dalle de béton, en commençant par le bas et en remontant progressivement. Lors de l'assemblage, utilisez une connexion rivetée ou utilisez des vis autotaraudeuses.

La structure porteuse du tube de mât est assemblée à partir de profilés en acier reliés entre eux par des entretoises et des angles. La base de la colonne repose sur la fondation et est fixée avec des ancrages

En règle générale, les éléments individuels sont transportés jusqu'au site d'installation et assemblés comme un jeu de construction. Ce processus prend très peu de temps – quelques heures.La hauteur de la cheminée peut atteindre un maximum de 28,5 m. La stabilité de la cheminée est assurée par des nervures de raidissement - des haubans en acier d'une section de 1,6 à 2 cm qui compensent l'effet des forces transversales.

Matériaux pour la construction de tuyaux de chaudière

Les systèmes de désenfumage sont construits à partir de différents matériaux - brique, acier, céramique, polymère. Cheminée en brique, construit sur des poêles et des cheminées en briques, se caractérise par une bonne résistance mécanique, une excellente capacité thermique et un degré de sécurité incendie assez élevé.

Ces structures présentent également de nombreux inconvénients, c'est pourquoi dans la construction moderne, les cheminées entièrement en brique sont de moins en moins courantes. Les documents réglementaires limitent la hauteur des tuyaux en brique à 30-70 m et leur diamètre à 0,6-8 m.

Sur les parois d'un tuyau en brique avec de nombreuses saillies et dépressions à l'intérieur, beaucoup de condensats et de suies contenant des oxydes de soufre se déposent toujours. Ce dernier, réagissant avec l'eau, forme des acides qui détruisent activement les briques.

Les irrégularités de la surface et le rétrécissement du passage résultant d'une augmentation progressive de la couche de suie provoquent une diminution de la vitesse de passage des fumées et poussée de basculement dans le conduit d'évacuation des fumées.

Plus résistant à la condensation et aux facteurs externes cheminées en céramique, ils ont une haute résistance au feu. Mais ce système a beaucoup de poids, car À l’intérieur se trouvent des tiges métalliques qui lui confèrent une solidité supplémentaire. Cela implique l'exigence de l'installation obligatoire d'une fondation et de supports séparés, ce qui augmente la complexité et le coût de l'installation.

Les tuyaux de cheminée en polymère conviennent aux chaufferies avec une température maximale de 250 degrés C, lors de l'installation geysers. Ils sont légers, flexibles et durables, mais ne concernent que les équipements à gaz.

Un dispositif de désenfumage de l'inox est un ensemble constitué d'éléments de cheminée individuels reliés entre eux à l'aide de pièces profilées : tés, tuyaux, déflecteurs, tés, coudes. Cheminées en acier principalement équipé de chaudières à gaz.

L'installation d'une telle cheminée peut être réalisée après la construction du bâtiment dans un court laps de temps. Il existe une large gamme de pièces de raccordement, de sorte que le tuyau peut avoir n'importe quelle configuration.

Une cheminée modulaire peut être facilement démontée et déplacée vers un autre endroit. L'avantage de la conception est son faible poids, qui permet de se passer de fondation, sa résistance à l'humidité, son léger dépôt de suie sur les parois intérieures et sa vitesse de passage élevée des fumées.

Les normes sanitaires autorisent l'utilisation de tuyaux en acier pour la construction de cheminées d'une hauteur supérieure à 30 m ; une exception n'est possible que si moins de 5 tonnes de combustible polyash sont consommées par jour. La raison en est que la durée de vie de telles structures est de 10 ans et que si un carburant à haute teneur en soufre est utilisé, elle est considérablement réduite.

Les variétés dont le corps est en alliage d'acier comprennent cheminées coaxiales, dont nous vous recommandons de vous familiariser avec les spécificités de conception et les caractéristiques de fonctionnement.

Calcul des paramètres de canalisation

Pour déterminer la hauteur et le diamètre de la cheminée de la chaufferie, il est nécessaire d'effectuer un calcul de conception aérodynamique. Le diamètre dépend de la puissance des chaudières individuelles ou de l'ensemble de la chaufferie.

La combustion du combustible et l'élimination efficace des fumées sont fortement influencées par le tirage, dont la création nécessite un apport constant d'air au foyer.Ceci est réalisé à la fois naturellement et artificiellement.

Si une pompe à fumée est intégrée au système, la hauteur du tuyau n'est pas critique. Ce paramètre est important principalement pour prendre en compte les émissions nocives dans l'atmosphère. Pour déterminer la gravité, un calcul obligatoire de la hauteur et de la section transversale du tuyau est requis.

Détermination de la hauteur du tuyau avec tirage naturel

Pour créer un tirage naturel normal, il est nécessaire de respecter la condition d'égalité de la force de tirage et de la résistance totale qui se produit lors du mouvement des fumées à travers les canaux de gaz de la chaudière et du conduit de cheminée. Il est possible d'assurer une telle traction à condition que la résistance des gaz soit faible, lorsque la hauteur de la conduite ne dépasse pas 60 m.

Ce schéma simplifiera le processus de calcul des principaux paramètres d'un tuyau d'évacuation des produits de combustion de tout combustible dans les fours de chaufferie

Les documents réglementaires réglementant l'emplacement et le calcul des hauteurs de cheminée sont SNiP41-01-2003, SP 7.13130.2009.

Vous devez également prendre en compte les recommandations figurant dans la notice de la chaudière, notamment leurs exigences suivantes :

1. La distance entre la grille et le sommet du tuyau ne doit pas être inférieure à 5 m.
2. Au-dessus d'un toit plat sans haute clôture, le tuyau doit s'élever d'au moins 0,5 m.
3. Par rapport à la hauteur de la clôture et du faîte du toit, le tuyau doit dépasser leur niveau de 0,5 m s'il se trouve à moins d'un mètre et demi de ces structures.
4. Lorsque la cheminée est retirée du parapet et du faîte à une distance de 1,5 à 3 m, son point culminant doit coïncider avec leur niveau en hauteur.

Si la hauteur de la cheminée est mal calculée, de nombreux problèmes peuvent survenir, le principal étant la turbulence de l'air ou une zone de pression du vent. Le feu dans le four peut être éteint par de fortes rafales de vent.

Lors de l'installation d'une cheminée, il est nécessaire de prendre en compte la structure du toit, l'épaisseur de la tourte de toiture, la distance par rapport aux éléments d'enceinte et au faîte, les règles de sécurité incendie (+)

Le respect des règles de sécurité incendie est également un préalable lors de la conception d'une canalisation de chaufferie. Il est nécessaire d'isoler les structures adjacentes au tuyau.

Pour éviter que des étincelles provenant des trous de ventilation du tuyau ne tombent sur le toit lorsqu'il est en matériau inflammable, la hauteur de la structure est augmentée de 0,5 m. Le tuyau de la chaufferie doit être à au moins 2 m des bâtiments de grande hauteur et des arbres. .

La hauteur du tuyau est déterminée en fonction de la structure du toit. Si le toit est à plusieurs niveaux, les différences de hauteur sont prises en compte dans le calcul, mais la base est la même dans tous les cas - la hauteur du faîte (+)

Étant donné que le tirage optimal est dû à la différence entre la densité totale des gaz s'échappant dans la cheminée et une colonne d'air extérieur de même hauteur, le calcul est effectué à l'aide de la formule :

La hauteur du canal de fumée est calculée indépendamment à l'aide de cette formule. Toutes les valeurs peuvent être extraites de la documentation fournie avec l'équipement de chauffage

Le calcul est assez compliqué, il vaut mieux qu'il soit effectué par des spécialistes. Paramètres affectant la hauteur du tuyau :

1. Le coefficient A caractérise la situation météorologique de la région.
2. Mi est la masse de fumées qui traversent le conduit par unité de temps.
3. F est la vitesse à laquelle les particules formées lors de la combustion se déposent.
4. Spdki et Cfi sont des indicateurs de la concentration de diverses substances dans les gaz de combustion.
5. V – volume de gaz.
6. T est la différence entre les températures de l'air entrant et sortant du tuyau.

Si chaufferie située dans un prolongement de la maison, cette dernière devient une gêne. Dans ce cas, il est nécessaire que la tête du tuyau soit située au-dessus de la zone de support au vent.Sinon, l'équipement de chauffage ne pourra pas fonctionner normalement.

Pour déterminer de combien le tuyau doit être augmenté, trouvez le point le plus élevé de la maison et tracez une ligne droite à travers celui-ci, formant un angle de 45 degrés avec la surface de la terre. L'espace en dessous de cette ligne est la zone de support du vent et la cheminée doit être située au-dessus.

Calcul du diamètre du tuyau

Pour calculer le diamètre du tuyau, il existe une formule :

S = m/(ρr x w),

Ici m est la consommation de carburant pour 1 heure, w est la vitesse des fumées, ρr est la densité de l'air dans les conditions de fonctionnement, elle est déterminée par la formule : pв = pBну x 273⁄273 x toс. Où est la température de l'air extérieur, pBnu est la densité de l'air dans des conditions normales = 1,2932 kg/m3.

Le tableau aidera à déterminer la valeur de la densité de l'air ρg dans les conditions de fonctionnement sans effectuer de calculs complexes. Pour simplifier les calculs, la densité des fumées est supposée égale à la densité de l'air (+)

Laissez 50 kg de combustible solide brûler dans la chaudière par heure, puis par seconde ce sera 50 : 3600 = 0,013888 kg. La vitesse de déplacement des fumées est de 2 m par seconde. À une température de l'air de -4 degrés C, la densité de l'air est de 0,6881 kg pour 1 mètre cube. m. Alors S = 0,013888 : (0,6881 x 2) = 0,010092 carré. m = 92 m². cm Pour une section circulaire d = √4 x 92 : 3,14 = 10,83 cm.

Le diamètre d'une cheminée cylindrique peut être calculé à l'aide d'une autre formule : d = 1000/1,163 x (r x Q√H), où r est un coefficient dépendant du type de combustible utilisé. Pour le charbon, il est de 0,03, pour le bois de chauffage de 0,045, pour le gaz de 0,016 et le combustible liquide de 0,024.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Une vidéo avec une démonstration visuelle du processus de calcul de la hauteur du canal de fumée pour l'aménagement d'une chaufferie :

Ici, l'auteur de la vidéo a partagé sa propre expérience dans le calcul et l'installation d'une cheminée pour une chaudière à combustible solide :

Une autre vidéo pour aider le designer amateur :

Le type de combustible utilisé par les chaudières de la chaufferie n'est pas si important. Dans tous les cas, vous ne pouvez pas vous passer d'un système d'évacuation des fumées. Les principales exigences auxquelles doivent répondre les conduits de cheminée sont un bon tirage, un bon débit et le respect des normes environnementales.

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