Дефлектор на дымоход: зачем и когда нужен, виды, выбор, самодельные варианты

Автор: Колесников Юрий Фёдорович, инженер-теплоэнергетик*

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

Если присмотреться к дымовым и вентиляционным трубам жилых домов, то разнообразие дымников на них (дефлекторов, флюгарок) поражает. Но главная задача дефлектора не украсить дымоход, а увеличить и стабилизировать тягу в зависимости от погоды, а тем самым улучшить КПД отопительного прибора и уменьшить расходы на отопление. Дефлектор на вентиляционной трубе может обеспечить энергонезависимую (и бесплатную) приточно-вытяжную вентиляцию, см. далее. Но вместе с тем противников установки дефлекторов на трубы жилых домов тоже хватает, и доводы в свою пользу они приводят веские. Цель настоящей статьи – помочь читателю разобраться, в каких случаях имеет смысл ставить дефлектор на дымоход или вентиляцию, как тогда выбрать подходящий или сделать его самому.

Дефлекторы на дымовых трубах жилых домов

Самый главный вопрос

Прежде чем подбирать или делать дефлектор на трубу, нужно решить – а нужен ли он вообще? Дефлектор может обмерзнуть, затянуться сажей или нагаром (закоксоваться), засорить палыми листьями, несомым ветром мусором или пылью. В любом из таких случаев, если дефлектор на дымовой трубе, обитатели дома рискуют угореть. КПД печи или котла дефлектор увеличивает ненамного, зато требует регулярного осмотра и чистки. Не реже раза в 3 месяца для печей на твердом топливе и не реже раза в полгода для печей и котлов на газе, жидком топливе или пиролизных. Подробнее об опасностях, которые может повлечь за собой установка на трубу неподходящего дефлектора, см. видео:

Видео: чем опасны дефлекторы, зонтики и флюгеры на дымоходе?

Поэтому, если у вас старая дровяная или угольная печка, но тяга неважная и ветер в трубу задувает, вместо сложного дефлектора лучше поставить простой дымник, напр. зонтик или шатер. А в прочих случаях надо хорошенько разобраться, какой именно дефлектор нужен для данной конкретной печи/котла с данным конкретным дымоходом. Важно также не перепутать дымовой дефлектор с вентиляционным – мелкие торговцы и авторы некоторых популярных публикаций разницы между ними не видят или не делают.

Эволюция дефлектора

Deflectio по-латыни значит «отражаю» в смысле «отбрасываю». Не направленно определенным образом, как рефлектор, а лишь бы в сторону. Колпак на трубу дымохода из шкур, больших ракушек и т.п. ставили уже первобытные люди, чтобы избежать задувания ветра в трубу.

О роли дефлектора в создании тяги, ее стабилизации вопреки капризам погоды и способности дефлектора увеличить КПД теплогенерирующих приборов впервые серьезно задумались в ЦАГИ почти 100 лет тому назад по заданию только что вылупившегося советского правительства. До того теплотехники пытались в этих целях усовершенствовать дымовые трубы. Видали на старых фотографиях огромные пузатые, как перевернутая груша, трубы американских паровозов или длинные тонкие, с розеткой наверху, английских?

В ЦАГИ дефлекторами занялся маститый авиаконструктор Д. П. Григорович в творческом содружестве с владевшим в совершенстве математическим аппаратом А. Ф. Вольпертом. Последний также, и даже более, известен работами в области радиотехники (диаграмма Вольперта-Смита и др.). Вместе и порознь Григорович с Вольпертом разработали несколько типов дефлекторов различного назначения, поэтому в специальной литературе описываются разные дефлекторы Григоровича, Вольперта и Вольперта-Григоровича.

Этапы эволюции дымового дефлектора от простого зонтика к дефлектору ЦАГИ

Григорович начал с того, что аэродинамически правильно рассчитал обычный дымник-зонтик, поз. 1 на рис. Это уже существенно улучшило показатели устройства; конус Григоровича – запомните, очень пригодится. Вольперт предложил снабдить дефлектор-зонтик аэродинамической юбкой-диффузором (поз. 2), но дефлектор оставался аэродинамически несовершенным, см. далее. Его дополняли обтекаемым телом вращения вместо колпака и цилиндрическим корпусом-обечайкой. В конце концов, после многократных продувок в аэродинамической трубе, правительственной комиссии был предъявлен дефлектор ЦАГИ (поз. 3), полностью удовлетворявший выданному ТЗ и намного его перекрывавший.

Дефлектор ЦАГИ до сих пор наиболее распространены в мире благодаря своему техническому совершенству. Существуют их модификации для разных целей, см. далее. Но и другие наработки Григоровича с Вольпертом не пропали даром – на их основе разрабатывается большинство моделей современных дымовых дефлекторов. Какой из них для чего более пригоден, об этом мы и поговорим далее.

Типы и схемы

Все разнообразие торговых наименований дымовых дефлекторов укладывается в ограниченное число конструктивных типов и аэродинамических схем. Прежде всего, по взаимодействию с естественной тягой дымохода дефлекторы делятся на:

• Активные – со встроенным рабочим дымососом. Для обеспечения заданных характеристик дефлектора дымосос должен работать постоянно, пока горит в топке.
• Активно-пассивные – дымосос маломощный на крайний случай: полное безветрие, буря, избыточно интенсивная топка и т.п. Минимально допустимые технические характеристики дымохода обеспечиваются и при выключенном дымососе.
• Пассивно-активные – дефлектор создает небольшую собственную тягу энергонезависимым способом.
• Пассивные – собственная тяга дефлектора отсутствует.

Активные дефлекторы как энергозависимые и не оптимальные для домовых отопительных приборов малой мощности мы далее не рассматриваем. Из активно-пассивных будет рассмотрен один, рассчитанный на маломощный 12 В вентилятор и пригодный для изготовления своими руками.

Аэродинамические схемы дефлекторов дымовых труб

По аэродинамической схеме дефлектор дымовой трубы возможно выполнить след. образом (вверху на рис.):

1. Аэродинамически несовершенный (неполный) – в занятом дефлектором пространстве имеется «карман» – область заветривания, в которой возможно скопление воздуха, дымовых газов или их смеси;
2. Аэродинамически полный открытый – ветрового кармана нет, но ветру открыт свободный доступ в рабочее пространство дефлектора;
3. Аэродинамически совершенный закрытый – ветрового кармана нет, ветер в рабочее пространство свободного доступа не имеет;
4. Дефлектор-флюгер (см. далее);
5. Вихревой дефлектор.

Аэродинамически совершенный закрытый дефлектор наиболее сложен конструктивно и технологически, но обладает огромным преимуществом: вследствие нагрева обечайки аэродинамически совершенные закрытые дефлекторы почти все дают собственную энергонезависимую тягу. Это единственный пассивный тип дефлектора, способный увеличить естественную тягу дымохода в полный штиль.

Примечание: аэродинамически совершенный закрытый дефлектор и есть упомянутый выше дефлектор ЦАГИ. Данная аэродинамическая схема изобретена именно в ЦАГИ.

Вихревые дефлекторы легко узнать по «рваной» конструкции с острыми выступами. В их аэродинамике, как и в вихревой аэродинамике вообще, еще много неясного (уравнение Навье-Стокса было решено в общем виде всего 2 года назад). Предсказать поведение вихревого дефлектора при любых внешних условиях с любым дымоходом точно невозможно. Поэтому далее вихревые дефлекторы не рассматриваются. Верить или нет их производителям – это ваше личное дело.

Аэродинамика

Схем тока дымовых газов в дефлекторах в общедоступных источниках достаточно. Но с точки зрения домовладельца и мастера важнее характер взаимодействия дефлектора с естественной тягой дымохода и ветром в след. аспектах:

• Не ухудшит ли дефлектор исходную тягу?
• Способен ли дефлектор увеличить исходную тягу в безветрие?
• Насколько и каким образом дефлектор увеличивает ветровые нагрузки на трубу?
• Насколько дефлектор данной схемы склонен к обледенению/засорению и удобен для чистки?

Ветер тогда лучше рассматривать не по метеошкале, а по грубой градации силы и динамике поля скоростей:

1. безветрие;
2. слабый/средний (умеренный) – до 6 баллов по метеошкале;
3. сильный – 6-8 баллов;
4. очень сильный – свыше 8 баллов;
5. порывистый – ветер любой силы действительно порывистый, или резкий (сильно скошенный верх либо вниз), или взвихренный.

Представление об аэродинамических свойствах пассивных дымовых дефлекторов дает рис. выше.

Простой колпак

Обычный дымник на печную трубу в виде зонтика, если он выполнен в виде конуса Григоровича, не так уж плох:

Дымоход с шатровым дымником-зонтом.

• С массивным теплоемким дымоходом держит тягу в допустимых для дровяной/угольной печи пределах на ровном ветру силой до жестокого шторма (10 баллов).
• На любом ветру вплоть до ураганного не создает разрушающих нагрузок на трубу; скорее сам сорвется и улетит.
• Конструктивно прост.
• Слабо закоксовывается и засоряется, легко чистится в порядке ежегодного осмотра и обслуживания дымохода.
• Вследствие несовершенной аэродинамики мало чувствителен к конфигурации зонта. Если дом в заветрии, дымник-зонтик можно сделать шатровым (см. рис. справа), что упрощает работу и дает большие возможности для его дизайна.
• С 2-3 канальным дымоходом (см. далее) обеспечивает технические показатели (кроме увеличения тяги в безветрие) не хуже, чем аэродинамически совершенный закрытый дефлектор.

Недостатки несовершенного дефлектора-дымника также достаточно серьезны:

1. В безветрие уменьшает исходную тягу тем сильнее, чем интенсивнее топится печь. Что особенно опасно суровой тихой зимой: печь может захлебнуться и пыхнуть угаром.
2. На сильном ветру способен создавать избыточную тягу, что резко уменьшает КПД компактных канальных печей (напр., голландских на 2,5-3,5 кирпича) и каминов.
3. На очень сильном/порывистом ветру не исключено задувание в трубу и появление обратной тяги.

В целом несовершенный дефлектор-зонт это оптимальный дымник на кирпичную трубу правильно построенной и ухоженной домовой печи на твердом топливе, эксплуатируемой в местах, где ураганы и бури крайне редки. Способы сделать дымник-зонтик незадуваемым есть (см. далее), но усложняют его до того, что чаще всего приходится выбирать аэродинамически полный или совершенный дефлектор.

Открытый

Аэродинамически открытый дефлектор не уменьшает исходную тягу и на любом ветру держит ее в пределах, допустимых для печей и котлов на твердом, жидком топливе и газе. Довольно сильно обмерзает, закоксовывается и замусоривается, но легко доступен для чистки. Недостатки его таковы:

• Обтекаемое тело вращения вместо колпака – технологически сложный узел.
• Результирующий вектор ветровых нагрузок таков, что аэродинамически открытый дефлектор стремится свернуть трубу, тогда как зонтик – сам с нее слететь.
• На ветру сильнее 8 баллов боковая нагрузка на трубу резко возрастает и далее растет по степенному закону.
• Плохо гасит динамическую нагрузку от порывов ветра, поэтому на кирпичную трубу открытый дефлектор ставить нельзя.
• Непригоден для пиролизных теплогенерирующих приборов: на сильном ветру сразу высасывает пиролизные газы и печь/котел гаснет.
• Мало пригоден под дизайн: нашлепки и фигурки портят общую аэродинамику. Единственно, где возможно разместить украшения – верхний полюс тела вращения и нижний обрез диффузора (см. далее).

Примечание: в свое время у нас и в США проводились опыты по применению открытых дефлекторов на паровозах, для увеличения КПД на малом ходу. Результат плачевный – на среднем ходу из трубы показывался язык пламени, и ни один не смог разогнаться до конструкционной скорости.

В целом аэродинамически открытый дефлектор пригоден для всех типов отопительных приборов, кроме пиролизных. При условии, что дефлектор осматривается и чистится не реже раза в 2 месяца, а перед каждой топкой тяга проверяется. Очень хорошо подходит для дымоходов с недостаточной тягой и, особенно, для банных печей: случаев угорания в банях из-за открытого дефлектора не отмечено. Правильно истопить баньку дело непростое, и проверка дефлектора заметно его не усложнит.

Примечание: существуют типы открытых дефлекторов, практически не создающих боковых нагрузок на трубу и пригодные для хрупких керамических и стеклянных дымоходов, см. рис. справа. Однако в открытом теле вращения скапливаются пыль, мусор и сажа, что портит аэродинамику устройства, а чистить его трудно. Поэтому производители рекомендуют такие изделия только для газовых котлов в местах с не сильно запыленным воздухом.

Совершенный

Достоинства аэродинамически совершенного закрытого дефлектора частично указаны выше. Кроме того:

• Аэродинамически совершенный закрытый дефлектор обеспечивает стабильность тяги в любых внешних условиях, достаточную для любых бытовых печей и котлов.
• Не засоряется и не обмерзает внутри, а наледь и пыль снаружи мало влияют на его работу.
• С небольшими модификациями пригоден для использования в качестве как дымового, так и вентиляционного энергонезависимого, см. далее.
• Отлично гасит динамическую нагрузку от порывов ветра и поэтому пригоден для установки на трубы из любых материалов.
• В одну овальную, треугольную или квадратную обечайку могут сходиться пучком 2-3-4 дымохода.

Недостатки закрытого дефлектора не столь существенны:

1. Боковое усилие на трубу на ветру до сильного дает большее, чем открытый, но далее с усилением ветра оно растет линейно, т.е. трубу под открытый дефлектор всегда можно усилить или укрепить оттяжками.
2. Достаточно сложен конструктивно и технологически.
3. Непригоден под дизайн: любые нашлепки и фигурки портят общую аэродинамику, а раскраска только усиливает утилитарный вид дефлектора.

Технологические хитрости

Неправильная конструкция зонта для дымохода

Первое правило – не делайте дымников наподобие двухскатной крыши или цилиндрового свода (см. рис. справа). Такие годятся по назначению только для передвижных приборов, когда ось зонта возможно произвольно ориентировать по ветру. Или в качестве декоративных на фальшдымоход. Есть такая мода в домах с биокаминами. А в прочих случаях тяга будет гулять по воле стихий вплоть до обратной.

Далее, чтобы сделать дефлектор на дымоход своими руками, нужно освоить некоторые приемы жестяницких работ. Прежде всего – соединение листов в фальц (сгиб), или фальцовку см. рис. ниже. Чаще всего детали дефлекторов соединяются одиночным лежачим фальцем, но для зонтов несовершенных дефлекторов в декоративных целях иногда используется двойной стоячий фальц.

Соединение листов тонкого металла в фальц (фальцовка)

Далее нужно научиться по наружным размерам размечать выкройки деталей дефлектора. Для тех, кто предпочитает учиться наглядно, даем подборку видеоуроков по изготовлению деталей дымовых дефлекторов:

Зонт круглый: