Высота дымохода - единственный параметр системы дымоотведения, который нельзя скорректировать после завершения строительства без радикального вмешательства. Диаметр трубы можно сменить вкладышем, шибер - заменить, проходной узел - переделать. Трубу, не дотягивающуюся до нормативной отметки, придётся наращивать снаружи, нарушая согласованный облик фасада и кровли. Поэтому высоту проектируют один раз и с запасом.
В наших проектах мы руководствуемся двумя источниками одновременно: нормативными требованиями СП и аэродинамическим расчётом тяги. Норматив задаёт минимальный порог. Аэродинамика нередко требует большего.
Нормативные требования по СП: высота над коньком и над кровлей
Основной документ - СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Приложение к нему устанавливает три правила, применяемых в зависимости от взаимного расположения трубы и конька кровли.
Правило первое: если труба выходит из кровли не ближе 1,5 м от конька по горизонтали, её верхний срез должен быть не ниже уровня конька. На практике трубу делают выше конька минимум на 500 мм - это обеспечивает зазор от ветрового возмущения у конькового ребра.
Правило второе: если расстояние по горизонтали от трубы до конька составляет 1,5-3,0 м, верхний срез должен быть на уровне конька или выше. Здесь нормативный минимум совпадает с предыдущим случаем, но аэродинамически это наименее удобная зона.
Правило третье: если труба выходит далее 3,0 м от конька по горизонтали (то есть ближе к свесу), верхний срез должен быть выше линии, проведённой от конька под углом 10° к горизонту. На пологих кровлях с малым углом это правило фактически не налагает дополнительных требований; на крутых кровлях оно может потребовать значительного наращивания.
Минимальная высота трубы над плоскостью кровли - 500 мм вне зависимости от положения относительно конька. Это требование пожарной безопасности, а не аэродинамики.
Аэродинамика и тяга: как высота влияет на давление
Тяга в дымоходе обусловлена разностью давлений воздуха внутри трубы и снаружи. Горячий газ внутри трубы легче холодного воздуха снаружи - этот перепад плотностей создаёт восходящее движение. Чем выше столб горячего газа, тем больше суммарный перепад давления - тяга растёт пропорционально высоте.
Расчётная формула для ориентировочной тяги: ΔP = H × g × (ρ_нар - ρ_газ), где H - высота дымохода, g = 9,81 м/с², ρ - плотности газов. При наружном воздухе -10 °C и температуре дымовых газов 200 °C разность плотностей составляет около 0,95 кг/м³. Дымоход высотой 6 м в таких условиях создаёт тягу около 55 Па, высотой 8 м - около 75 Па. Минимально необходимая тяга для каминной топки закрытого типа мощностью 10-15 кВт - 12-15 Па. Запас более чем достаточный, но только при нормальной работе.
В переходный сезон, при наружной температуре +15 °C и не полностью прогретом дымоходе, запас по тяге резко снижается. Именно поэтому короткие дымоходы «работают зимой, но дымят осенью и весной» - это жалоба, которую мы слышим регулярно.
Типичные ошибки при занижении высоты
Дымоход, не достигающий нормативной высоты, проявляет себя тремя сценариями. Первый - постоянная слабая тяга, дым с трудом уходит даже при хорошем розжиге. Второй - нестабильная тяга, зависящая от направления ветра: при южном ветре камин тянет нормально, при северном - дымит. Третий - периодическая обратная тяга при определённых метеоусловиях.
Все три сценария чаще всего возникают из-за того, что оголовок трубы попадает в зону ветрового подпора - область повышенного давления с подветренной стороны конька или у вертикальной стены. Ветер, обтекая препятствие, создаёт зону турбулентности, давление в которой выше среднего. Если оголовок трубы находится в этой зоне, тяга снижается или опрокидывается.
Второй по частоте тип ошибки - труба выведена на достаточную высоту по нормативу, но в нескольких метрах от неё стоит стена мансарды или надстройки. Такие объекты создают собственную аэродинамическую тень.
Учёт соседних построек и деревьев
Нормативы оперируют только собственной кровлей здания. Реальная аэродинамическая обстановка на участке зависит от всех вертикальных объектов в радиусе 15-20 м: соседних домов, хозяйственных построек, зелёных насаждений с плотной кроной.
Зона ветрового подпора формируется с подветренной стороны любого вертикального препятствия на расстоянии от 2 до 10 высот объекта. Дерево высотой 12 м, стоящее в 10 м от дома, при определённом направлении ветра создаёт подпор на высоту до 8-9 м. Труба, выведенная на 5 м над уровнем земли, окажется в этой зоне.
В наших проектах на участках с плотным озеленением мы закладываем высоту трубы от уровня земли не менее 7 м, а при наличии двухэтажных соседних строений - не менее 9 м. Это превентивная мера, которая стоит дешевле, чем последующий ремонт с наращиванием трубы.
Методика расчёта
Практический алгоритм расчёта высоты выглядит следующим образом. Шаг первый: определить нормативный минимум по СП исходя из угла кровли и расстояния выхода трубы от конька. Шаг второй: проверить, не попадает ли оголовок в зону ветрового подпора от конька, парапетов и соседних объектов - для этого достаточно вычертить трубу на разрезе фасада и провести линию аэродинамической тени под углом 45° от вершины ближайшего препятствия. Шаг третий: сравнить полученную отметку с нормативной и взять большее значение.
Оголовок трубы должен располагаться выше линии аэродинамической тени не менее чем на 0,5 м. В районах с постоянными сильными ветрами (побережья, открытые равнины) этот запас увеличивают до 1,0-1,5 м.
Технический момент: расчёт высоты всегда ведётся от уровня колосника топки или от нижнего патрубка дымохода, а не от перекрытия или пола. Эту точку отсчёта легко спутать - и получить систему, которая на 400-600 мм ниже расчётной.
Дымоход, выведенный на правильную высоту и правильно выровненный по вертикали, не требует впоследствии установки ротационных дефлекторов или вентиляторов тяги. Это автономная пассивная система - при условии, что геометрия была выполнена корректно с самого начала. Дополнительные факторы, влияющие на тягу, рассмотрены в статье о физике тяги в дымоходе.