Számítások 10. Kéményhuzatról

A kémény huzata

A kémény aszondják azért működik, mert a kéményben lévő füstgáz melegebb mint a kéményen kívül levő levegő, tehát sűrűsége kisebb, ezáltal a kéményben lévő füstgázoszlop nyomása kisebb mint a kéményen kívüli levegőé.

A nyomáskülönbség hatására a levegő betolul a kályhába (jobb esetben a kályhába, hacsak nem kap „farcs” levegőt a kéményfalon vagy a kályha köpenyén valahol ;-),

ezáltal égési levegőt szállít a tűznek, és ugyanazzal a slunggal a keletkező füstgázt kinyomja a kémény tetején (side effect :) .

A kémény tetején belekeveredik a „végtelen” mennyiségő levegőbe ami ott kint a szabadban van, tehát nem tudja megváltoztatni a kinti, kéményfal mentén lévő levegő hőmérsékletét lényegesen, ezáltal továbbra is fennál a hőmérsékletkülönbség, azaz a huzat kiváltó oka...

És ez így megy körbe-körbe, amígcsak a tűz ki nem alszik és nem melegíti fel újra és újra a kémény belsejét...

Lássuk ezt számokban:

A mellékelt rajzon a kéménytető síkjában a levegő nyomása P0 (ami tulajdonképpen az atmoszférában e sík fölött elhelyezkedő levegőréteg nyomását jelenti).

A kéménybekötés és kéménytető közti aktív kéménymagasság ‘h’.

A ‘h’ magasságú kéményben (aminek a keresztmetszete S) lévő füstgáz térfogata V=S*h, sűrűsége 'δ' , továbbiakban Róf=m/V (azaz tömeg per térfogat). 

A füstgázoszlop súlya = m*g (tömeg * gravitációs gyorsulás)

A nyomás definícióból (azaz egységnyi felületre ható nyomóerő) pedig:

P=m*g / S = (róf*V*)g / S = róf * S*h*g / S =  róf * h*g,

Azaz a nyomás csak a sűrűségtől és gáz/levegőoszlop magasságától függ(keresztmetszettől nem).

(

Az elegendően nagy keresztmetszet csak azért fontos egy kéménynél, hogy a kályha által termelt adott térfogatáramú gáz "kiférjen" rajta, azaz ne kelljen túl gyorsan rohannia, mert a nagy sebesség sem jó (megnő a súrlódás és veszélyeztetné egyáltalán a kijutását).

A túl nagy keresztmetszetű kémény azért lehet szintén nem jó, mert benne a kiterjedt gázak könnyebben lehűlnének, s megint nem biztos, hogy elegendő hőmérsékletkülönbséget, azaz nyomáskülönbséget szolgáltatnának, a vízgőz kéményfalon való kicsapódásáról nem is beszélve...

)

 

A fentiekből következik, hogy a kéménybekötés síkjában lévő füstgáz nyomása:

Pf=P0+róf*g*h,

A kéményen kívüli levegőé pedig:

Pl=P0+ ról*g*h , ahol 'ról' a levegő sűrűsége

A kémény huzata a két nyomás különbségéből adódik:

Pz(azaz huzat)=Pl-Pf=(ról-róf)*g*h  (Pascalban mérendő)

Persze a kéményben lévő gázak sűrűsége függ a hőmérsékletétől, ami a felfele utazás és folyamatos hőleadás következtében csökken, ezért átlagot (számtani középarányossal) számolok, figyelembe véve a tengerszint feletti magasságkorrekciós tényezőt, esetemben 1,07 –et is)  

Róf= róf/(ft*fs); 

ft=(1+t/273) ; fs=1,07 az én esetemben.

1. A kinti levegő sűrűsége 0 C fokon 1,293 kg/m3, a +15 C fokos levegőé pedig 1,293 / (1+15/273) = 1,225kg/m3 .

Ha azt szeretnénk, hogy a kéményünk +15 C fokos melegben is működjön, akkor ez utóbbival kell számolni, 0-val pedig egy átlag udvarhelyi télen....(sajnos ide kerültünk :)

Ezeket még el kell osztani a magasságfaktorral, azaz   ról = 1,225 / 1,07 = 1,1449 kg/m3 (15 C fokon),

ról = 1,293 / 1,07 = 1,2084 kg/m3 (0 C fokon),

2. A füstgáz sűrűsége 0 C fokon Róf = 1,282 kg /m3 (tengerszinten),

Korrigálva a magasságot pedig  róf = 1,282 / 1,07 = 1,1981 kg/m3 (0 C fokon)

Ha pedig (160+80)/2, azaz 120 C átlaghőmérsékletet számolok a kéményben ( akárcsak itt:

http://tomegkalyha.blogspot.ro/2016/04/szamitasok-9-jaratok-meretezese.html )

róf = 1,1981 / (1+120/273)  kg / m3 = 0,832268 kg/m3      (120 C fokon)

Tételezzük fel, hogy 5,5 m aktív magasságú kéményünk van (azaz kéménybekötéstől felfele számolva, esetemben a kb. 1,2m-es segédkémény feletti részt jelentené), 

a huzata kinti +15 fokos hidegben:

Pz(huzat)= (ról-róf)*g*h= (1,1449 - 0,832268)*9,81*5,5= 16,86 Pa (Pascal).

Ugyanez 0 C fokos hidegben:

Pz(huzat)= (ról-róf)*g*h= (1,2084 - 0,832268)*9,81*5,5= 20,29 Pa (Pascal).

Nos, ezek a saccolt számok, a valóságban ennél sokkal komplexebb egy kéményszámítás, én most csak megpróbálok saccolni.

Ezekután ki kell számolni, vagy legalábbis meg kell saccolni a kályhában fellépő nyomásveszteséget, hogy kiderüljön: le tudja-e azt győzni a kémény huzata, vagypedig bentmarad a füst a házban és énnekem bűnhődnöm kell az idők végezetéig és / vagy új kályha építésébe kell fogjak...:-)

Van még más lehetőség is persze: pld. felavatjuk a házat szalonnafüstölőnek(drága, de "tudományosan alátámasztott" füstölő lesz mindenképp) és mi leköltözünk a pincébe.

S ja, harmadik lehetőség: a kályha rusztikus bútordarabbá való lefokozása :-)

Bárcsak az első lenne :-)

Folytatása következik...