Тяга — снижение давления воздуха или продуктов сгорания в каналах сооружений и технических систем, способствующее притоку среды в область пониженного давления. Может быть естественной (под действием Архимедовой силы ) либо принудительной (под действием технических устройств, обеспечивающих отток газов или воздуха, например, вентиляторов ).

Естественная тяга

Механизм

Плотность ${\displaystyle \rho }$ нагретого воздуха и любого другого газа меньше, чем плотность более холодного, следовательно, давление столба высотой h ( p = ρ g h ) у него меньше. Этот факт приводит к появлению разности давлений внутри и снаружи дымовой трубы или отапливаемого здания; наибольшее разрежение достигается снизу, где высота вышележащих столбов с разной плотностью максимальна: ${\displaystyle \Delta p=\rho g\Delta h}$ .

В системе вентиляции зданий

Если здание не является герметичным, то за счёт этой разницы давлений возникает поток холодного воздуха, направленный внутрь, а тёплый воздух вытесняется (всплывает) и выходит наружу (могут быть предусмотрены специальные вытяжные вентиляционные каналы). Движущая сила тяги определяется перепадом средних высот входа и удаления воздуха. Так обеспечивается работа вытяжной вентиляции с естественным побуждением.

Если летом в здании работают кондиционеры , то происходит обратный эффект — тёплый воздух входит к нам из улицы, а уже холодным проникает внутрь.

В современных высотных зданиях с замкнутыми внешними контурами эффект тяги может достигать больших масштабов. Поэтому при конструировании таких зданий уделяют внимание борьбе с этим эффектом. Частично это достигается за счёт принудительной вентиляции, частично за счёт встраивания внутренних перегородок. В случае пожара эффект тяги играет большую роль в распространении дыма.

В дымовых трубах

Аналогичный процесс протекает в печах и котлах . Воздух поступает в топку под колосник или подаётся на горелки . Там происходит горение , в ходе которого образуются горячие дымовые газы . Поверхностями нагрева котла или стенками печи тепловая энергия от них отбирается, иногда также в них проникает окружающий воздух, но на выходе они всё равно обычно гораздо горячее окружающего воздуха (даже если технически возможно охладить их сильнее, от этого обычно отказываются, чтобы предотвратить выпадение в системе едкого и токсичного конденсата ). Дымовая труба по своему первоначальному назначению требуется для создания как можно большего столба нагретых газов, который создаёт довольно значительную тягу (тем не менее многие высокие трубы создавались в основном из экологических соображений, для рассредотачивания продуктов сгорания). Газы эвакуируются через устье трубы, где разрежение (с поправкой на гидравлическое сопротивление выхода) равно нулю. Тем не менее, в тракте сужающейся трубы может (обычно если есть устройства принудительной тяги) возникать и зона с избыточным давлением .

В небольших котлах и печах естественная тяга бывает достаточна для преодоления аэродинамического сопротивления всего газовоздушного тракта, и даже требует ограничения. В плохо отрегулированных системах печного отопления зданий иногда засасывается столько холодного воздуха снаружи, что тепла, выделяемого камином , не хватает даже на его нагрев. Для регулировки тяги применяются шиберы , заслонки, а также несложные автоматические устройства, подающие в газоход воздух при слишком большом разрежении — .

Тяга может стать и недостаточной, что приводит к плохому горению в топке и выходу продуктов сгорания в помещение (наиболее опасен угарный газ ). При естественной тяге с этим ничего нельзя сделать, кроме как прочистить дымоход и облегчить доступ воздуха в помещение, откуда он забирается.

Недостатки

Естественная тяга зависит от атмосферных условий : чем выше температура наружного воздуха, тем, как правило, меньше разница плотностей его и газов. Существенно увеличить её напор можно, только значительно увеличив высоту трубы, что конструктивно сложно и дорого, а для паровозов невозможно по транспортным габаритам; чтобы избежать аэродинамических сопротивлений, требуется делать широкие газоходы с малой скоростью газов. При таких скоростях дымоходы могут легко загрязниться золой , что опять же снижает тягу.

Для увеличения тяги без применения механических устройств можно установить на устье трубы или вентиляционного канала дефлектор , преобразующий в разрежение энергию обтекающего его ветра . Он может обеспечить естественную вентиляцию даже без перепада температур. Но когда нет ветра, дефлектор не работает, к тому же установка дефлекторов и зонтов на трубах отопительного оборудования в России была запрещена до 2003 г. . На выходе можно также использовать диффузор . Однако для устройств с высокофорсированным горением экономически оправдано создание принудительной тяги при помощи дымососов .

Принудительная тяга

Принудительная тяга в котельных установках побуждается лопастными машинами — дымососами (были отдельные примеры применения и струйных вытяжных устройств ). В зданиях принудительная вытяжная вентиляция аналогичным образом обеспечивается вентиляторами . На всасе таких машин создаётся разрежение, которое так или иначе можно регулировать (поворотом направляющих аппаратов, скоростью вращения, (неэффективно) шиберами и т. п.). Разрежение, как правило, падает по мере удаления от машины. Часть тракта котельных установок, близкая (со стороны всаса) к дымососам, может работать под разрежением, а часть со стороны горелок и других дутьевых устройств — под избыточным давлением (под наддувом); котлы-утилизаторы ПГУ всегда оказываются под наддувом.

Для участков газового тракта с давлением выше давления окружающего воздуха (даже на наружной дымовой трубе, чтобы газы не проникали в толщу кирпичной или бетонной конструкции и не разрушали её) требуется газоплотность (герметичность). Технически её трудно достичь, особенно на больших установках, поэтому обычно стараются поставить дымососы достаточной мощности для создания разрежения по всему тракту, начиная от топки; синхронизированная таким образом работа тяговых и дутьевых устройств называется уравновешенной тягой .

Существуют небольшие котлы с дутьевым вентилятором, но без дымососа, если естественной тяги хватает. Дымососы требуют значительного расхода энергии на привод, создают сильный шум , а их лопасти в агрессивной среде быстро приходят в негодность. Снижение шума особенно важно для вытяжных устройств вентиляции, устанавливаемых внутри помещений.

Напор принудительной тяги во всех случаях складывается с напором естественной тяги (если только они сонаправленны).

Расчёт естественной тяги

Тяга создаётся за счёт разницы давлений ( ΔP ) и может быть подсчитана следующим образом. Уравнение даст точное значение для случая воздуха как в трубе так и снаружи трубы высотой h . Если в трубе находится не воздух, а продукты горения, то формула даст только приближённую оценку.

${\displaystyle \Delta P=\;C\,a\;h\;{\bigg (}{\frac {1}{T_{o}}}-{\frac {1}{T_{i}}}{\bigg )}}$ ,

где ( в единицах СИ ):
ΔP	= разница давлений, Па
C	= 0.0342
a	= атмосферное давление , Па
h	= высота трубы, м
T o	= абсолютная внешняя температура, К
T i	= абсолютная внутренняя температура, К

Поток воздуха, вызванный тягой

Поток воздуха за счёт тяги может быть подсчитан следующим образом. Формула действует с теми же ограничениями.

${\displaystyle Q=C\;A\;{\sqrt {2\;g\;h\;{\frac {T_{i}-T_{o}}{T_{i}}}}}}$ ,

где ( в единицах СИ ):
Q	= поток воздуха, м³ / с
A	= площадь сечения трубы, м²
C	= коэффициент, вводимый из-за трения (обычно берутся значения от 0.65 до 0.70)
g	= ускорение свободного падения , 9.807 м/с²
h	= высота трубы, м
T i	= средняя внутренняя температура, К
T o	= абсолютная внешняя температура, К

См. также

• Обратная тяга
• Энергетическая башня

Примечания