Canna fumaria per centrale termica: calcolo dell’altezza e della sezione secondo le normative tecniche

La funzione principale che una canna fumaria per caldaia deve svolgere è quella di condurre nell'atmosfera i gas di combustione delle caldaie e disperderli in quello spazio. Ha anche una funzione aggiuntiva: deve creare un tiraggio naturale, che si genera in seguito alla differenza di temperatura tra il focolare e l'esterno.

Le presenteremo le varietà di canali fumari, la cui classificazione si basa sulle caratteristiche costruttive e sul materiale dei tubi. Da noi Lei scoprirà come si effettua il calcolo dei parametri geometrici su un esempio concreto. I nostri consigli La aiuteranno a scegliere il tipo e le dimensioni del camino.

Tipi di canne fumarie

Nei grandi impianti di caldaie il tiraggio naturale non può garantire una combustione completa; qui viene creato forzatamente mediante pompe fumarie. Il processo di combustione e lo scarico dei suoi prodotti nell'atmosfera deve arrecare il minor danno possibile all'ambiente e non causare situazioni di emergenza a causa di una pressione nei focolari superiore alla norma.

Strutturalmente, i tubi per caldaie sono molto diversi tra loro sia per il tipo di struttura portante che per il materiale di fabbricazione. In base alla prima caratteristica si distinguono diversi tipi di tubi.

Tubi autoportanti per caldaie

Queste strutture verticali possono essere a uno o più fusti. Deviano i prodotti della combustione dalle caldaie e dai generatori.

Vengono utilizzati indipendentemente dal tipo di combustibile, ma rispettando alcuni requisiti:

1. La temperatura dei gas di scarico che passano attraverso i camini autoportanti non deve superare i 350 gradi Celsius.
2. I prodotti della combustione non devono essere chimicamente aggressivi.
3. Carico di neve ottimale per le strutture autoportanti – 250 kg per cm², carico eolico – 30 kg per cm² nelle condizioni della zona eolica II.

Il tubo autoportante viene installato sul tetto e fissato all'interno dell'edificio. Le sue caratteristiche costruttive ne consentono il trasporto e l'installazione in loco, poiché è composto da singole sezioni che sono tubi sandwich a 3 strati. La struttura viene fissata alla fondazione mediante ancoraggi.

All'interno del camino si trova uno strato realizzato in acciaio resistente, non soggetto all'azione delle sostanze rilasciate durante la combustione. Lo strato esterno protegge dagli agenti atmosferici.

I camini per le grandi caldaie sono spesso autoportanti. Si tratta di una struttura realizzata su progetto individuale e dotata di propria infrastruttura.

I parametri delle strutture dei camini devono essere conformi ai requisiti indicati nei documenti normativi. Il loro calcolo si basa su fattori come il numero di caldaie, la potenza, il tipo di combustibile. Devono essere obbligatoriamente presi in considerazione i limiti di emissione nell'atmosfera. In alcuni casi, i camini sono dotati di piattaforma, scala, portello di ispezione e barriera luminosa.

Camini a colonna

Il camino di questo tipo è costituito da un mantello esterno in acciaio ad alto tenore di carbonio e da canne interne di diversi diametri in acciaio inossidabile per lo scarico dei gas. La struttura viene fissata in una gabbia di ancoraggio colata nella fondazione. Possono essere una o più. Per evitare la formazione di condensa all'interno, si utilizza l'isolamento termico.

Parte di un camino colonnare. Qui in sezione si vede che all'interno sono posizionati diversi fusti di vari diametri in acciaio inossidabile.

Il vantaggio di questa soluzione costruttiva è la lunga durata di servizio e la possibilità di collegare più caldaie. Lo spessore dell'acciaio e il grado vengono scelti in base alla temperatura e all'aggressività dei prodotti della combustione.

Il diametro di ogni canna può raggiungere un metro e mezzo, e se si prevede di utilizzare un condotto comune per più caldaie, è necessario un diametro di circa 3 m. Per evitare la formazione di condensa, le canne sono rivestite con isolamento termico.

Caratteristiche dei camini da facciata e dei camini adiacenti alla facciata

I camini adiacenti alla facciata vengono installati per le caldaie annesse alla casa o integrate. Vengono fissati alla parete dell'edificio mediante staffe. I componenti del camino sono le canne e il telaio o gli ancoraggi.

La canna ha 3 strati: all'interno acciaio inossidabile, poi isolamento termico e acciaio zincato. I tubi sono progettati per caldaie a gas o combustibile liquido.

Spesso i tubi sulla facciata sono posizionati lungo la parete esterna dell'edificio. Nella scelta del tipo di acciaio e dello spessore della parete del tubo si tiene conto della composizione chimica dei gas di scarico e della loro temperatura.

I tubi adiacenti e sulla facciata trasmettono il carico verticale tramite una fondazione inferiore aggiuntiva e il carico del vento tramite fissaggi antivibranti. Questo tipo di scarico dei fumi è il più economico in termini di costi materiali, grazie all'assenza di strutture portanti e di una fondazione robusta.

Il sistema modulare utilizzato per la realizzazione delle canne di scarico dei gas consente una facile sostituzione delle parti danneggiate.

Tubi a traliccio

Questa struttura metallica è composta da tubi fissati su una robusta colonna autoportante a traliccio. Il traliccio, a sua volta, è fissato in un cestello di ancoraggio annegato nella fondazione. I camini a traliccio sono adatti per l'uso in regioni con pericolosità sismica.

La struttura a traliccio comprende da 1 a 6 canne. La colonna è realizzata in profilato tubolare. Il tubo profilato può avere sezione quadrata o triangolare, a seconda del numero di canne.

Per prevenire la corrosione, gli scarichi dei gas vengono rivestiti con primer e poi verniciati.

La canna per lo scarico dei gas è composta da moduli costituiti da 3 strati:

• quello interno, a diretto contatto con i prodotti della combustione, realizzato in acciaio inossidabile di qualità speciali;
• spesso 5-6 cm, che funge da isolamento termico;
• quello esterno, che protegge lo strato isolante dagli effetti negativi dell'ambiente.

Per il rivestimento anticorrosione si utilizzano vernici con un'alta percentuale di zinco. In alcune strutture, all'interno della colonna possono essere presenti scale e piattaforme per facilitare la manutenzione. Gli elementi strutturali di questo tipo di tubi sono relativamente leggeri, facilitandone sia il trasporto che l'installazione.

Camini a palo

L'elemento centrale del tubo a palo è una torre di supporto a tre o quattro pali, a cui sono fissati i camini. Tutti i componenti della struttura vengono assemblati su una base a cuscino di cemento, partendo dal basso e procedendo gradualmente verso l'alto. Per l'assemblaggio si utilizzano rivetti o viti autofilettanti.

La struttura di supporto del camino a traliccio è assemblata con profili in acciaio collegati tra loro da controventi e angolari. Con la sua base la colonna poggia sulla fondazione ed è fissata con ancoraggi.

Di solito i singoli elementi vengono trasportati sul luogo di montaggio e assemblati come un kit. Questo processo richiede pochissimo tempo – poche ore. L'altezza del camino può raggiungere al massimo 28,5 m. La stabilità del camino è garantita da nervature di irrigidimento – tiranti in acciaio con sezione da 1,6 a 2 cm. Essi compensano l'azione delle forze trasversali.

Materiali per la costruzione di canne fumarie per caldaie

I sistemi di evacuazione dei fumi sono realizzati con diversi materiali – mattoni, acciaio, ceramica, polimero. Il camino in mattoni, costruito sopra forni e caminetti in mattoni, si distingue per una buona resistenza meccanica, un'ottima capacità termica e un grado di sicurezza antincendio piuttosto elevato.

Anche gli svantaggi di queste strutture non sono pochi, perciò nell'edilizia moderna i camini interamente in mattoni sono sempre meno frequenti. I documenti normativi limitano l'altezza dei tubi in mattoni a 30-70 m e il diametro a 0,6-8 m.

Sulle pareti di un tubo in mattoni con molte sporgenze e rientranze all'interno, si deposita sempre molta condensa e fuliggine contenente ossidi di zolfo. Questi ultimi, reagendo con l'acqua, formano acidi che distruggono attivamente il mattone.

Le irregolarità della superficie, il restringimento del passaggio a causa del progressivo accumulo di fuliggine, causano una riduzione della velocità di passaggio del fumo e il ribaltamento del tiraggio nel canale di evacuazione.

I camini in ceramica sono più resistenti alla condensa e agli agenti esterni, hanno un'elevata refrattarietà. Ma questo sistema ha un peso elevato, poiché all'interno ci sono barre metalliche che gli conferiscono ulteriore resistenza. Da ciò derivano i requisiti per la realizzazione obbligatoria di una fondazione e di supporti separati, il che aumenta la complessità e il costo di installazione.

I tubi per fumi in polimero sono adatti in locali caldaie con temperatura massima di 250 gradi Celsius, per l'installazione di scaldabagni a gas. Sono leggeri, flessibili e durevoli, ma sono adatti solo per apparecchiature a gas.

Il dispositivo per l'evacuazione dei fumi in acciaio inossidabile è un assemblaggio composto da singoli elementi del camino collegati tra loro mediante pezzi sagomati: raccordi a T, tubi di giunzione, deflettori, raccordi a T, curve. Le ciminiere in acciaio sono utilizzate principalmente per caldaie a gas.

L'installazione di tale camino può essere effettuata anche dopo la costruzione dell'edificio in tempi brevi. Esiste una vasta gamma di pezzi di collegamento, quindi al tubo può essere data qualsiasi configurazione.

Il camino modulare può essere smontato e spostato in un altro luogo senza particolare sforzo. I vantaggi della struttura sono il suo peso ridotto, che consente di fare a meno di una fondazione, la resistenza all'umidità, la scarsa deposizione di fuliggine sulle pareti interne e l'elevata velocità dei gas di combustione.

Le norme igienico-sanitarie consentono l'uso di tubi in acciaio per la costruzione di camini di altezza superiore a 30 m; un'eccezione è possibile solo se in un giorno vengono consumate meno di 5 tonnellate di combustibile con elevato contenuto di ceneri. Il motivo è che la durata di tali strutture è di 10 anni, e se viene utilizzato combustibile ad alto contenuto di zolfo, questa si riduce notevolmente.

Tra le varianti con corpo in lega di acciaio rientrano i camini coassiali, di cui si consiglia di conoscere le specifiche costruttive e le caratteristiche di funzionamento.

Calcolo dei parametri del tubo

Per determinare l'altezza e il diametro del camino per la centrale termica, è necessario eseguire un calcolo aerodinamico della struttura. Il diametro dipende dalla potenza dei singoli generatori o dell'intera centrale.

Il tiraggio ha un'enorme influenza sulla combustione del combustibile e sull'efficace rimozione dei fumi; per crearlo è necessario un apporto costante d'aria al focolare. Ciò è garantito sia in modo naturale che artificiale.

Se nel sistema è integrato un aspiratore di fumi, l'altezza del camino non ha un'importanza decisiva. Questo parametro è importante principalmente per tenere conto delle emissioni nocive nell'atmosfera. Per determinare il tiraggio naturale, è necessario un calcolo obbligatorio sia dell'altezza che della sezione del camino.

Determinazione dell'altezza del tubo a tiraggio naturale

Per creare un tiraggio naturale normale, è necessario rispettare la condizione di uguaglianza tra la forza di tiraggio e la resistenza totale che si verifica durante il passaggio dei gas di combustione attraverso i canali del generatore e il condotto del camino. È possibile garantire questo tiraggio a condizione che la resistenza dei gas sia bassa, quando l'altezza del camino non supera i 60 m.

Questo schema semplificherà il processo di calcolo dei parametri principali del camino per lo scarico dei prodotti della combustione di qualsiasi combustibile nei focolari della centrale termica.

I documenti normativi che regolano l'ubicazione e il calcolo dei camini in altezza sono SNiP41-01-2003, SP 7.13130.2009.

Si devono considerare anche le raccomandazioni riportate nelle istruzioni del generatore, in particolare i seguenti requisiti:

1. Dalla griglia alla sommità del camino non deve essere inferiore a 5 m.
2. Sopra un tetto piano senza parapetto alto, il camino deve sporgere di almeno 0,5 m.
3. In relazione all'altezza del parapetto e del colmo del tetto, il camino deve superare il loro livello di 0,5 m se si trova entro un metro e mezzo da queste strutture.
4. Quando il camino è distante dal parapetto e dal colmo da 1,5 a 3 m, il suo punto più alto deve coincidere con il loro livello in altezza.

Se l'altezza del camino è calcolata in modo errato, possono sorgere molti problemi, il principale è i vortici d'aria o la zona di contrasto del vento. Forti raffiche di vento possono spegnere il fuoco nel focolare.

Nella realizzazione della canna fumaria è necessario considerare la struttura del tetto, lo spessore del pacchetto di copertura, la distanza dagli elementi di recinzione e dal colmo, e le norme di sicurezza antincendio (+)

Il rispetto delle norme di sicurezza antincendio è anche una condizione obbligatoria nella progettazione della canna fumaria del locale caldaia. È necessario isolare le strutture adiacenti al tubo.

Per evitare che le scintille dalle aperture di ventilazione sul tubo cadano sul tetto nel caso in cui sia realizzato con materiale combustibile, l'altezza della struttura viene aumentata di 0,5 m. La canna fumaria del locale caldaia deve essere distante almeno 2 m da edifici alti e alberi.

L'altezza della canna fumaria è determinata in base alla struttura del tetto. Se la copertura è a più livelli, nel calcolo si considerano i dislivelli, ma la base in tutti i casi è la stessa: l'altezza del colmo (+).

Poiché il tiraggio ottimale si genera dalla differenza tra la densità totale dei gas che entrano nel camino e la colonna d'aria esterna di uguale altezza, il calcolo viene eseguito con la formula:

L'altezza del canale fumario viene calcolata autonomamente con questa formula. Tutti i valori possono essere presi dalla documentazione allegata all'apparecchiatura di riscaldamento.

Il calcolo è piuttosto complesso; è meglio se viene eseguito da specialisti. I parametri che influenzano l'altezza della canna fumaria:

1. Il coefficiente A caratterizza la situazione meteorologica della regione.
2. Mi – la massa dei gas di combustione che attraversano il camino per unità di tempo.
3. F – la velocità con cui si depositano le particelle formate durante la combustione.
4. Spdki e Sfi – gli indicatori di concentrazione di diverse sostanze nel gas di combustione.
5. V – il volume del gas.
6. T – la differenza tra le temperature dell'aria che entra nel camino e quella che ne esce.

Se la centrale termica è situata in un annesso alla casa, quest'ultima diventa un ostacolo. È necessario che in questo caso la sommità del tubo si trovi al di sopra della zona di sovrappressione del vento. In caso contrario, l'apparecchiatura di riscaldamento non potrà funzionare correttamente.

Per determinare di quanto sia necessario prolungare il tubo, si individua il punto più alto della casa, si traccia una linea che forma un angolo di 45 gradi con la superficie terrestre. Lo spazio sotto questa linea è la zona di sottovento, e il camino deve essere posizionato al di sopra di essa.

Calcolo del diametro del tubo

Per il calcolo del diametro del tubo esiste la formula:

S = m/(ρr x w),

Qui m è il consumo di carburante per 1 ora, w è la velocità di movimento dei gas di combustione, ρr è la densità dell'aria nelle condizioni operative, determinata dalla formula: pv = pVnu x 273/273 x tos. Dove to è la temperatura dell'aria esterna, pVnu è la densità dell'aria in condizioni normali = 1,2932 kg/m3.

La tabella aiuterà a determinare il valore della densità dell'aria ρg in condizioni operative senza eseguire calcoli complessi. Il valore della densità dei fumi per semplificare i calcoli viene assunto uguale alla densità dell'aria (+)

Supponiamo che in una caldaia brucino 50 kg di combustibile solido all'ora, quindi al secondo saranno 50 : 3600 = 0,013888 kg. La velocità di movimento dei fumi è di 2 m al secondo. Alla temperatura dell'aria di -4 gradi C la densità dell'aria è pari a 0,6881 kg per 1 metro cubo. Quindi S = 0,013888 : (0,6881 x 2) = 0,010092 mq = 92 cmq. Per una sezione circolare d = √4 x 92 : 3,14 = 10,83 cm.

Il diametro di un camino cilindrico può essere calcolato anche con un'altra formula: d = 1000/1,163 x (r x Q√H), dove r è un coefficiente che dipende dal tipo di combustibile utilizzato. Per il carbone è 0,03, per la legna 0,045, per il gas 0,016, per il combustibile liquido — 0,024.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video con dimostrazione visiva del processo di calcolo dell'altezza del canale fumario per l'allestimento di una centrale termica:

Qui l'autore del video ha condiviso la propria esperienza nel calcolo e nell'installazione di un camino per una caldaia a combustibile solido:

Un altro video in aiuto al progettista dilettante:

Non è così importante su quale combustibile funzionino le caldaie nella centrale termica. In ogni caso non si può fare a meno di un sistema di evacuazione dei fumi. I requisiti principali che i tubi del camino devono soddisfare sono buon tiraggio e capacità di passaggio, nel rispetto delle norme ambientali.

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