Аэродинамический расчет систем вентиляции

Аэродинамический расчет систем вентиляции

Аэродинамический расчет систем это очень важная составляющая проекта. Ведь именно за результатами этого расчета подбирается вентиляционное оборудование, а также в процессе подбирают размеры воздуховодов. Это прям можно назвать «сердцем» проекта. Расчет производится для круглых и прямоугольных воздуховодов, также значение имеет их материал и параметры воздуха. Разберем аэродинамический расчет воздуховодов на примере общеобменной вентиляции. Для систем аспирации и некоторых других местных вентиляционных систем расчет немножко другой.

Основные формулы аэродинамического расчета

Первым делом необходимо сделать аэродинамический расчет магистрали. Напомним что магистральным воздуховодом считается наиболее длинный и нагруженный участок системы. За результатами этих вычислений и подбирается вентилятор.

Рассчитывая магистральную ветвь желательно, чтобы скорость в воздуховоде увеличивалась по ходу приближения к вентилятору!

Только не забывайте об увязке остальных ветвей системы. Это важно! Если нет возможности произвести увязку на ответвлениях воздуховодов в пределах 10% нужно применять диафрагмы. Коэффициент сопротивления диафрагмы рассчитывается за формулой:

Если неувязка будет больше 10%, когда горизонтальный воздуховод входит в вертикальный кирпичный канал в месте стыковки необходимо разместить прямоугольные диафрагмы.

Основная задача расчета состоит из нахождения потерь давления. Подбирая при этом оптимальный размер воздуховодов и контролирую скорость воздуха. Общие потери давления представляют собой сумму двух компонентов — потерь давления по длине воздуховодов (на трение) и потерь в местных сопротивлениях. Расчитываются они по формулам

Эти формулы правильны для стальных воздуховодов, для всех остальных вводится коэффициент поправки. Он берется из таблицы в зависимости от скорости и шероховатости воздуховодов.

Для прямоугольных воздухопроводов расчетной величиной принимается эквивалентный диаметр.

Рассмотрим последовательность аэродинамического расчета воздуховодов на примере офисов , приведенных в предыдущей статье, по формулам. А затем покажем как он выглядит в программке Excel.

Пример расчета

По расчетам в кабинете воздухообмен составляет 800 м3/час. Задание было запроектировать воздуховоды в кабинетах не больше 200 мм высотой. Размеры помещения даны заказчиком. Воздух подается при температуре 20°С, плотность воздуха 1,2 кг/м3.

Проще будет если результаты заносить в таблицу такого вида

Сначала мы сделаем аэродинамический расчет главной магистрали системы. Теперь все по-порядку:

  • Разбиваем магистраль на участки по приточным решеткам. У нас в помещении восемь решеток, на каждую приходится по 100 м3/час. Получилось 11 участков. Вводим расход воздуха на каждом участке в таблицу.

  • Записываем длину каждого участка.
  • Рекомендуемая максимальная скорость внутри воздуховода для офисных помещений до 5 м/с. Поэтому подбираем такой размер воздуховода, чтобы скорость увеличивалась по мере приближения к вентиляционному оборудованию и не превышала максимальную. Это делается для избежания шума в вентиляции . Возьмем для первого участка берем воздуховод 150х150, а для последнего 800х250.

V1=L/3600F =100/(3600*0,023)=1,23 м/с.

V11= 3400/3600*0,2= 4,72 м/с

Нас результат устраивает. Определяем размеры воздуховодов и скорость по этой формуле на каждом участке и вносим в таблицу.

  • Начинаем расчеты потерь давления. Определяем эквивалентный диаметр для каждого участка, например первого dэ=2*150*150/(150+150)=150. Затем заполняем все данные необходимые для расчета из справочной литературы или вычисляем: Re=1,23*0,150/(15,11*10^-6)=12210. λ=0,11(68/12210+0,1/0,15)^0,25=0,0996 Шероховатость разных материалов разная.
    • Динамическое давление Pд=1,2*1,23*1,23/2=0,9 Па тоже записывается в столбец.
    • Из таблицы 2.22 определяем удельные потери давления или рассчитываем R=Pд*λ/d= 0,9*0,0996/0,15=0,6 Па/м и заносим в столбик. Затем на каждом участке определяем потери давления на трение: ΔРтр=R*l*n=0,6*2*1=1,2 Па.
    • Коэффициенты местных сопротивлений берем из справочной литературы. На первом участке у нас решетка и увеличение воздуховода в сумме их КМС составляет 1,5.
    • Потери давления в местных сопротивлениях ΔРм=1,5*0,9=1.35 Па
    • Находим суму потерь давления на каждом участке = 1.35+1.2=2,6 Па. А в итоге и потери давления во всей магистрали = 185,6 Па. таблица к тому времени будет иметь вид

    После этого аэродинамический расчет можно считать завершенным. Для круглых воздуховодов принцип расчета такой же, только эквивалентный диаметр приравнивается к диаметру воздуховода.

    Поэтапная работа с аэродинамическим расчетом в Excel

    Если вам нужно сделать аэродинамический расчет, но вы не готовы просчитывать эти колоссальные формулы вручную, тогда поможет Excel.

    По ссылке размещен файл Excel , который можно скачать или редактировать онлайн. Для получения результата необходимо заполнить всего 6 столбцов таблицы, а далее программа сделает все сама. Возьмем все те же офисы для достоверности результатов. Поэтапно вводим:

    1. Расход воздуха на каждом участке.
    2. Длину каждого из них.
    3. Рекомендуемую скорость. После заполнения, в файле уже будет рассчитано минимальная необходимая площадь сечения.
    4. Ориентируясь по рекомендуемой площади нужно подобрать размер воздуховода. Просто введите высоту и ширину в столбик F и G, как тут же рассчитается скорость на участке и эквивалентный диаметр. В итоге и число Рейнольдса.
    5. Эквивалентная шероховатость вводится также вручную.
    6. На каждом участке необходимо будет посчитать сумму КМС и также занести в таблицу.
    7. Наслаждаться результатом расчетов!

    Напомним, аэродинамический расчет в Excel сделан для прямоугольных стальных воздуховодов при температуре подаваемого воздуха 20°С. Если у вас параметры другие, замените значение плотности, шероховатости и вязкости на ваши. Таблица полностью отвечает расчетным формулам и готова к использованию. Успешных вам аэродинамических расчетов.

    АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

    6.1. Аэродинамический расчет приточных систем вентиляции.

    Аэродинамический расчет проводится с целью определения размеров поперечного сечения воздуховодов и каналов приточных и вытяжных систем вентиляции и определения давления, обеспечивающего расчетные расходы воздуха на всех участках воздуховодов.

    Аэродинамический расчет состоит из двух этапов:

    1. Расчет участков воздуховодов основного направления – магистрали;

    2. Увязка ответвлений.

    Аэродинамический расчет выполняется в следующей последовательности:

    1) Система разбивается на отдельные участки. Длины всех участков и расходы на них выносятся на расчетную схему.

    2) Выбирается основная магистраль. В качестве основной магистрали выбирается ветка максимальной протяженности и максимальной загруженности.

    3) Производим нумерацию участков, начиная с наиболее удаленного участка магистрали.

    4) Определяем размеры сечений расчетных участков по формуле:

    Подбор размеров поперечного сечения воздуховодов проводят по оптимальным скоростям воздуха. Максимальные допустимые скорости для приточной механической системы вентиляции приняты по таблице 3.5.1 источника [1]:

    – для магистрали 8 м/с;

    – для ответвлений 5 м/с.

    5) По расчетной площади f подбирают размеры воздуховода.

    После чего уточняют скорость по формуле:

    6) Определяем потери давления на трение:

    где R – удельные потери давления на трение, Па/м.

    Принимается по табл. 22.15 Справочника проектировщика (вход по эквивалентному диаметру dэ и скорости движения воздуха v ).

    l – длина участка, м.

    Вш – коэффициент учитывающий шероховатость внутренней поверхности канала воздуховода (для стальных Вш =1, для каналов в кирпичных стенах Вш = 1,36). Принимается по табл. 22.12 Справочника проектировщика.

    7) Определяем потери давления в местных сопротивлениях по формуле:

    где ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений участка, принимается по Справочнику проектировщика;

    pД – динамическое давление, Па.

    8) Определяем общие потери давления на расчетном участке

    9) Определяем потери давления в системе по формуле:

    где N – число участков магистрали.

    p – потери давления в вентиляционном оборудовании.

    10) Проводим увязку ответвлений, начиная с наиболее протяженного ответвления. Потери давления в ответвлении равны потерям давления в магистрали от периферийного участка до общей точки с ответвлением:

    Невязка потерь давления по ответвлениям воздуховодов не должна превышать 10% от потерь давления на параллельных участках магистрали. Если в процессе расчета оказывается, что за счет изменения диаметра уровнять потери нельзя, то устанавливаем диафрагмы, дроссель – клапаны или уравниваем решетками (решетки типа Р и РР регулируемые).

    Аэродинамический расчет системы П1, П2, П3, П4, В1, В2, В3, В4, В5, В6, В7, В8 сведены в таблицы №№ 6-16. После расчета на схемы наносятся сечения воздуховодов с указанием расходов.

    6.2. Аэродинамический расчет систем вентиляции с естественным побуждением движения воздуха.

    При расчете естественной системы вентиляции необходимо чтобы потери в системе были меньше, чем давление создаваемое разностью плотностей (располагаемое давление).

    При расчете стараемся выдерживать невязку 5-10% между потерями давления в системе и располагаемым давлением, но в случае если надо увеличить потери в системе, то используем регулируемые решетки.

    Располагаемое давление рассчитываем по формуле:

    где ρн , ρв – плотности воздуха при tн и tв соответственно (расчет ведется при температуре наружного воздуха tн = 5 о C);

    h – высота воздушного столба, м.

    Высота воздушного столба зависит от наличия или отсутствия приточной системы вентиляции в данном помещении:

    – если в помещении есть приточная система вентиляции, то высота воздушного столба равна расстоянию от середины высоты помещения до устья вытяжной шахты;

    – если в помещении только вытяжная система, то высота воздушного столба равна расстоянию от середины вытяжного отверстия

    до устья вытяжной шахты.

    Расчет системы вентиляции с естественным побуждением проводится в следующем порядке:

    1) Определяем магистраль. Для естественной вытяжки это будет ветвь, для которой располагаемое давление будет наименьшим.

    2) Определение поперечного сечения каналов производится аналогично приточной механической системе.

    3) Рассчитываем остальные ветви аналогично магистрали, сравнивая по невязке с располагаемым давлением.

    7. ПОДБОР ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

    7.1. Подбор неподвижных жалюзийных решеток.

    Роль воздухоприемного устройства выполняют жалюзийные решетки типа СТД. Они монтируются в отверстие в стене вентиляционной камеры. Такое конструктивное решение воздухозаборного устройства не противоречит санитарно-гигиеническим требованиям, поскольку близ него отсутствуют какие-либо внешние загрязнители атмосферного воздуха. Воздухозабор осуществляется в соответствии с требованиями, согласно которых воздухозаборные устройства не должны быть ниже 2 м от уровня земли.

    Подбор производится в следующем порядке:

    1) по заданному расходу воздуха подбирают одну или несколько решеток с суммарным живым сечением

    где v – рекомендуемая скорость движения воздуха в сечении решетки. Принимается равной 2 – 6 м / с;

    Lобщ – объемный расход воздуха проходящего через решетку, м 3 /ч.

    f = 13386 / (3600 · 4) = 0,93 м 2

    Количество решеток определяется как

    где f1 – площадь живого сечения одной решетки, м 2 .

    n = 0,93 / 0,183 =5 шт.

    принята решетка типа СТД 302 с площадью живого сечения f1 =0,183 м 2

    2) Уточняем скорость по формуле

    где fфакт – фактическая суммарная площадь сечения, м 2 .

    v = 13386 / (3600 · 0,915) = 4 м/с

    3) Вычисляем потери давления в решетках по формуле:

    p= ζ · (ρ · v 2 ) / 2,

    где ζ – коэффициент местного сопротивления. Для решеток типа СТД равен 1,2.

    ρ – плотность наружного воздуха в холодный период года при температуре -32 0 C, ρ = 1,48319 кг/м .

    ∆p = 1,2 · (1,48319 · 4 2 ) / 2 = 14,2 Па.

    Читайте также:  Узел водяной

    Подбор неподвижной жалюзийной решетки. Таблица 17

    № системыL, м 3 /чМаркаКоличествоРазмер, мм
    П1-П413386СТД-3025750´1160

    7.2. Подбор фильтров

    1) Подбор фильтров для системы П1 (приточная в зрительный зал):

    Определяется число ячеек фильтра по формуле:

    где L – объемный расход воздуха подаваемого в зал – 13386м 3 /ч.

    Li – пропускная способность одной ячейки фильтра, для фильтров ФЯПб равна 1500 м 3 /ч. Размер одной ячейки 518´518 мм.

    n’ = 13386 / 1500 = 8,9

    Аэродинамическое сопротивление ячейкового типа: ∆р=150 Па.

    Подбор фильтров Таблица 18

    № системыL, м 3 /чМаркаРазмер, мм
    П113494ФЯПб518´518
    П2648ФЯПб518´518
    П3576ФЯПб518´518
    П4234ФЯПб518´518

    7.3. Подбор клапана воздушного утепленного.

    Клапан воздушный утепленный предназначен для предотвращения необоснованных теплопотерь в то время, когда система вентиляции не работает. По заданному расходу подбирается тип заслонки, габаритные размеры и площадь живого сечения для прохода воздуха.

    Методика подбора заслонок:

    1) по данному расходу воздуха выбирают по таблице тип заслонки и площадь живого сечения.

    2) Определяем скорость движения воздуха в живом сечении

    клапана по формуле:

    v = 13386 / (3600 · 1,48) = 2,5 м/с;

    3) Определяем потери давления в клапане:

    Δp = ζ · (ρ · v 2 ) / 2, Па

    ρ – плотность наружного воздуха в холодный период года,

    ρ = 1,48319 кг/м 3 .

    ζ – коэффициент местного сопротивления заслонки, ζ = 0,2;

    ∆p =0,2 · (1,48319 · 2,5 2 )/2 = 0,92 Па;

    Подбор утепленного клапана Таблица 19

    № системыL, м 3 /чМаркаРазмер, мм
    П1+П413386КВУ1600´1000Б

    Вентилятор подбирается по двум параметрам:

    * производительность (общий расход в системе). При подборе вентилятора вводим запас равный 10% от общей производительности.

    L П1 = 13386 · 1,1 = 14724,6 м 3 / ч;

    * общие потери в системе складываются из:

    – потерь давления в системе

    – потерь давления в вентиляционном оборудовании

    а) в вентиляторе. Принимаем как 10% потерь самой системы

    б) в клапане воздушном утепленном

    в) в неподвижных жалюзийных решетках

    г) в фильтрах. Потери давления на фильтрах системы П1 равны 150 Па.

    К рассчитанным общим потерям системы необходимо добавить запас 10%:

    p сист = 711,74 Па;

    р вент = p сист · 1,1= 711,74 · 1,1 = 782,91 Па.

    По номограмме подбора вентиляторов подбирается номер комплекта, а по прилагаемым таблицам по номеру вентилятора определяются все необходимые характеристики. Результаты подбора сведены в таблицу №20.

    Подбор вентилятора Таблица 19

    МаркаИспол- нениеnВ, об/минТипN, ВтnДВ, об/минП1ВР 86-77-101750АИР160М47,5750П2ВР 86-77-3,1511500АИР63А40,251500П3ВР 86-77-3,1511500АИР63А40,251500П4ВР 86-77-2,511500АИР56В40,181500В1ВР 86-77-2,511500АИР56В40,181500В2ВР 86-77-3,1511500АИР63А40,251500В3ВР 86-77-2,511500АИР56В40,181500В4ВК100Б23850,0762385В5ВК100Б23850,0762385В6ВК100Б23850,0762385В7ВК100Б23850,0762385

    8. СПЕЦИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

    № п/пОбозначениеНаименованиеКол-воМасса кгПрим.
    123456
    1ВР 86-77-2,5Вентилятор радиальный общего назначения N=0,18кВт, п=1500 об/мин223шт.
    2ВР 86-77-3,15Вентилятор радиальный общего назначения N=0,25кВт, п=1500 об/мин228шт
    3ВР 86-77-10Вентилятор радиальный общего назначения N=7,5кВт, п=750 об/мин1592шт
    4ВК 100БВентилятор прямоугольный канальный N=0,076кВт, п=2385 об/мин43шт
    5ФЯПбФильтр ячейковый9шт
    6КВУ600*1000БКлапан воздушный утепленный135шт
    7СТД 302Неподвижная жалюзийная решетка53,24шт
    8Н.00.04Гибкая вставка11,1шт
    9В.00.04Гибкая вставка11,5шт
    10РВ 100*100Вентиляционная решетка7шт
    11РВ 150*15044шт
    12РВ 200*2006шт
    13РВ 400*40017шт
    14150*150, δ =0,5ммВоздуховод27,6м
    15150*200, δ =0,5мм2,5м
    16200*200, δ =0,5мм76,9м
    17200*250, δ =0,5мм2,2м
    18250*205, δ =0,5мм14,9м
    19250*300, δ =0,7мм3,3м
    20300*300, δ =0,7мм10,6м
    21500*500, δ =0,7мм3,8м
    22500*600, δ =0,7мм1,8м
    23600*600, δ =0,7мм2,8м
    24600*800, δ =0,7мм3,0м
    25800*800, δ =0,7мм7,5м
    26800*1000, δ =0,7мм10,4м
    27Ø200, δ =0,5мм11,3м
    28Ø250, δ =0,7мм5,2м
    29Ø890, δ =0,7мм4,8м

    СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

    1. Латыпова Л.М., Королева Н.М. “Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине “Вентиляция”.-Ижевск.:

    2. СНиП 23.01-1999″Строительная климатология и геофизика”

    / -М.:Стройиздат, 2000-136 с.

    3. СНиП 41.01-2003 “Отопление, вентиляция и кондиционирование

    4. СНиП 2.08.02-89 “Общественные здания и сооружения”.

    Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

    Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 11137 – | 8280 – или читать все.

    Аэродинамический расчет системы вентиляции

    Что такое аэродинамический расчёт и зачем он нужен? Мы попытаемся донести до Вас важность проведения грамотного аэродинамического расчёта простым и общедоступным языком на примере системы вентиляции, хотя, всё, что здесь будет сказано, в равной степени будет относится и к системам отопления, и системам кондиционирования.

    Система вентиляции , как Вы уже понимаете, состоит из множества элементов. Некоторые из них:

    • защитная наружная решётка;
    • обратный клапан;
    • фильтр;
    • подогреватель воздуха;
    • вентилятор;
    • глушитель шума;
    • сеть воздуховодов;
    • приточно-вытяжные решётки.
    • забрать свежий воздух с улицы;
    • очистить воздух от пыли и пуха;
    • подогреть воздух (в зимний период года);
    • понизить уровень звукового давления;
    • распределить подготовленный воздух по помещениям;
    • равномерно раздать подготовленный свежий воздух по каждому помещению;
    • собрать отработанный воздух по каждому помещению;
    • собрать отработанный воздух со всех помещений;
    • удалить отработанный воздух на улицу.

    В данной системе это воздух. В выше приведённом списке слово воздух употреблялось 8 из 9 раз. Любое рабочее тело, будь это либо воздух, либо вода, либо фреон, либо любое другое, характеризуется такими основными (с точки зрения аэродинамического расчёта) физическими величинами как:

    • плотность;
    • динамическая вязкость;
    • кинематическая вязкость.

    Причём значения этих величин зависят от температуры рабочего тела.

    Как Вы видите из задач оборудования Системы Вентиляции, чтобы забрать, подготовить, доставить, раздать, собрать и удалить воздух его необходимо пропустить через целый ряд оборудования. Одно и то же количество воздуха, проходя через отверстия с разной площадью сечения, соответственно, будет иметь разную скорость. Отсюда мы формулируем второй очень важный параметр.

    2. Скорость движения рабочего тела.

    При движении воздух “сталкивается” с различными элементами системы вентиляции, которые препятствуют движению воздуха. Эти элементы получили название:

    3. Местные сопротивления , которые характеризуются соответствующим коэффициентом местного сопротивления, а величина препятствия движению воздуха получила название:

    4. Потеря давления.

    Теперь обобщим все основные параметры, необходимые для проведения аэродинамического расчёта:

    r – плотность рабочего тела.

    v – скорость движения рабочего тела.

    x – коэффициент местного сопротивления.

    DP – потеря давления.

    Все эти параметры “связываются” следующей формулой:

    Теперь мы можем сформулировать задачу проведения аэродинамического расчёта – определить суммарную величину потери давления на всех элементах Системы Вентиляции (в данном примере). Располагая величиной суммарной потери давления, мы наконец-то имеем право подобрать – вентилятор (Системы Отопления – насос, Системы Кондиционирования – компрессор).

    Абсолютно любой вентилятор имеет “напорно-расходную” характеристику. Чем больше потеря давления в сети Системы Вентиляции, тем меньше расход воздуха вентилятора, вплоть до полного прекращения подачи воздуха. И наоборот, чем меньше потеря давления в сети Системы Вентиляции (вплоть до нуля), тем больше расход воздуха вентилятора.

    Сейчас мы заострим Ваше внимание на очень любопытном моменте. Значения и характеристики располагаемого напора очень сильно различаются. Как такое может быть? Абсолютно один и тот же вентилятор у разных фирм-продавцов имеет разную производительность. Если Вы сами можете ответить на этот вопрос, значит, наша статья была написана не напрасно и Вы не зря потратили Ваше время. Всё верно. “Фирма-продавец” не знает характеристику Вашей вентиляционной сети и сознательно указывает значение производительности вентилятора при “нулевой” потере давления. В данном конкретном примере производительность вентилятора составляет 1260 м3/час при потере давления в сети 0Па.

    Как Вы понимаете – это практически не возможно. Любая вентиляционная сеть создает определенное сопротивление движению воздуха. Следовательно, Вы никогда не получите от вентилятора производительность 1260 м3/час.

    Но как Вы теперь уже знаете, для определения реальной производительности данного вентилятора необходимо провести аэродинамический расчёт Системы Вентиляции.

    В заключение хочется сказать несколько слов о местных сопротивлениях. Для примера возьмём такой элемент системы отопления как тройник. Многие считают, что коэффициент местного сопротивления тройника – величина постоянная, абсолютно не учитывая направление движения водяного потока (либо прямо, либо по отводу в сторону), не учитывают – разделяется водяной поток или наоборот, потоки объединяются. Также не учитывают процентное соотношение разделяющихся/соединяющихся потоков относительно общего потока воды. А если учесть все выше описанные аспекты, то величина коэффициента местного сопротивления данного тройника даже в первом приближении может варьироваться в следующем диапазоне 0,9. 90. Как Вы видите, возможная ошибка – два порядка. А из скольких элементов состоит Система отопления? Это сотни, тысячи элементов. И какова тогда может быть величина ошибки. Как следствие – неправильно подобранный насос, который либо никогда не выдаст требуемых параметров, либо очень скоро выйдет из строя. Это еще раз подтверждает необходимость проведения аэродинамического расчёта.

    Аэродинамический расчет воздуховодов

    Создание комфортных условий пребывания в помещениях невозможно без аэродинамического расчета воздуховодов. На основе полученных данных определяется диаметр сечения труб, мощность вентиляторов, количество и особенности ответвлений. Дополнительно может рассчитываться мощность калориферов, параметры входных и выходных отверстий. В зависимости от конкретного назначения комнат учитывается максимально допустимая шумность, кратность обмена воздуха, направление и скорость потоков в помещении.

    Современные требования к системам вентиляции прописаны в Своде правил СП 60.13330.2012. Нормированные параметры показателей микроклимата в помещениях различного назначения даны в ГОСТ 30494, СанПиН 2.1.3.2630, СанПиН 2.4.1.1249 и СанПиН 2.1.2.2645. Во время расчета показателей вентиляционных систем все положения должны в обязательном порядке учитываться.

    Аэродинамический расчет воздуховодов – алгоритм действий

    Работы включают в себя несколько последовательных этапов, каждый из которых решает локальные задачи. Полученные данные форматируются в виде таблиц, на их основании составляются принципиальные схемы и графики. Работы разделяются на следующие этапы:

    1. Разработка аксонометрической схемы распределения воздуха по системе. На основе схемы определяется конкретная методика расчетов с учетом особенностей и задач вентиляционной системы.
    2. Выполняется аэродинамический расчет воздуховодов как по главным магистралям, так и по всем ответвлениям.
    3. На основании полученных данных выбирается геометрическая форма и площадь сечения воздуховодов, определяются технические параметры вентиляторов и калориферов. Дополнительно принимается во внимание возможность установки датчиков пожаротушения, предупреждения распространения дыма, возможность автоматической регулировки мощности вентиляции с учетом составленной пользователями программы.
    Читайте также:  Конвектор газовый настенный

    Разработка схемы системы вентиляции

    В зависимости от линейных параметров схемы выбирается масштаб, на схеме указывается пространственное положение воздуховодов, точки присоединения дополнительных технических устройств, существующие ответвления, места подачи и забора воздуха.

    На схеме указывается главная магистраль, ее расположение и параметры, места подключения и технические характеристики ответвлений. Особенности расположения воздуховодов учитывают архитектурные характеристики помещений и здания в целом. Во время составления приточной схемы порядок расчета начинается с самой удаленной от вентилятора точки или с помещения, для которого требуется обеспечить максимальную кратность обмена воздуха. Во время составления вытяжной вентиляции главным критерием принимаются максимальные значения по расходу воздушного потока. Общая линия во время расчетов разбивается на отдельные участки, при этом каждый участок должен иметь одинаковые сечения воздуховодов, стабильное потребление воздуха, одинаковые материалы изготовления и геометрию труб.

    Отрезки нумеруются в последовательности от участка с наименьшим расходом и по возрастающей к наибольшему. Далее определяется фактическая длина каждого отдельного участка, суммируются отдельные участки и определяется общая длина системы вентиляции.

    Во время планирования схемы вентиляции их допускается принимать общими для таких помещений:

    • жилых или общественных в любых сочетаниях;
    • производственных, если они по противопожарной категории относятся к группе А или Б и размещаются не более чем на трех этажах;
    • одной из категорий производственных зданий категории В1 – В4;
    • категории производственных зданий В1 м В2 разрешается подключать к одной системе вентиляции в любых сочетаниях.

    Если в системах вентиляции полностью отсутствует возможность естественного проветривания, то схема должна предусматривать обязательное подключение аварийного оборудования. Мощности и место установки дополнительных вентиляторов рассчитываются по общим правилам. Для помещений, имеющих постоянно открытые или открывающиеся в случае надобности проемы, схема может составляться без возможности резервного аварийного подключения.

    Системы отсосов загрязненного воздуха непосредственно из технологических или рабочих зон должны иметь один резервный вентилятор, включение устройства в работу может быть автоматическим или ручным. Требования касаются рабочих зон 1-го и 2-го классов опасности. Разрешается не предусматривать на схеме монтажа резервного вентилятора только в случаях:

    1. Синхронной остановки вредных производственных процессов в случае нарушения функциональности системы вентиляции.
    2. В производственных помещениях предусмотрена отдельная аварийная вентиляция со своими воздуховодами. Параметры такой вентиляции должны удалять не менее 10% объема воздуха, обеспечивающего стационарными системами.

    Схема вентиляции должна предусматривать отдельную возможность душирования на рабочее место с повышенными показателями загрязненности воздуха. Все участки и места подключения указываются на схеме и включаются в общий алгоритм расчетов.

    Запрещается размещение приемных воздушных устройств ближе восьми метров по линии горизонтали от мусорных свалок, мест автомобильной парковки, дорог с интенсивным движением, вытяжных труб и дымоходов. Приемные воздушные устройства подлежат защите специальными приспособлениями с наветренной стороны. Показатели сопротивления защитных устройств принимаются во внимание во время аэродинамических расчетов общей системы вентиляции.
    Расчет потерь давления воздушного потока Аэродинамический расчет воздуховодов по потерям воздуха делается с целью правильного выбора сечений для обеспечения технических требований системы и выбора мощности вентиляторов. Потери определяются по формуле:

    Ryd — значение удельных потерь давления на всех участках воздуховода;

    Pgr – гравитационное давление воздуха в вертикальных каналах;

    Σl – сумма отдельных участков системы вентиляции.

    Потери давления получают в Па, длина участков определяется в метрах. Если движение воздушных потоков в системах вентиляции происходит за счет естественной разницы давления, то расчетное снижение давления Σ = (Rln + Z) по каждому отдельному участку. Для расчета гравитационного напора нужно использовать формулу:

    Pgr – гравитационный напор, Па;

    h – высота воздушного столба, м;

    ρн – плотность воздуха снаружи помещения, кг/м 3 ;

    ρв – плотность воздуха внутри помещения, кг/м 3 .

    Дальнейшие вычисления для систем естественной вентиляции выполняются по формулам:

    Площадь поперечного сечения определяется по формуле:

    FP – площадь сечения воздушного канала;

    LP – фактический расход воздуха на рассчитываемом участке вентиляционной системы;

    VT – скорость движения воздушных потоков для обеспечения требуемой кратности обмена воздуха в нужном объеме.

    С учетом полученных результатов определяется потери давления при принудительном перемещении воздушных масс по воздуховодам.

    Для каждого материала изготовления воздуховодов применяются поправочные коэффициенты, зависящие от показателей шероховатости поверхностей и скорости перемещения воздушных потоков. Для облегчения аэродинамических расчетов воздуховодов можно пользоваться таблицами.

    Табл. №1. Расчет металлических воздуховодов круглого профиля.

    Таблица №2. Значения поправочных коэффициентов с учетом материала изготовления воздуховодов и скорости воздушного потока.

    Используемые для расчетов коэффициенты шероховатости по каждому материалу зависят не только от его физических характеристик, но и от скорости движения воздушных потоков. Чем быстрее перемещается воздух, тем большее сопротивление он испытывает. Эту особенность обязательно нужно принимать во внимание во время подбора конкретного коэффициента.

    Аэродинамический расчет по расходу воздуха в квадратных и круглых воздуховодах показывает различные показатели скорости передвижения потока при одинаковой площади сечения условного прохода. Объясняется это отличиями в природе завихрений, их значения и способности оказывать сопротивление движению.

    Основное условие расчетов – скорость движения воздуха постоянно возрастает по мере приближения участка к вентилятору. С учетом этого предъявляются требования к диаметрам каналов. При этом обязательно учитываются параметры обмена воздуха в помещениях. Места расположения притока и выхода потоков подбираются с таким условием, чтобы пребывающие в помещении люди не ощущали сквозняков. Если прямым сечением не удается достичь регламентируемого результата, то в воздуховоды вставляются диафрагмы со сквозными отверстиями. За счет изменения диаметра отверстий достигается оптимальная регулировка воздушных потоков. Сопротивление диафрагмы рассчитывается по формуле:

    Общий расчет вентиляционных систем должен учитывать:

    1. Динамическое давление воздушного потока во время передвижения. Данные согласовываются с техническим заданием и служат главным критерием во время выбора конкретного вентилятора, места его расположения и принципа действия. При невозможности обеспечить планируемые режимы функционирования системы вентиляции одним агрегатом, предусматривается монтаж нескольких. Конкретное место их установки зависит от особенностей принципиальной схемы воздуховодов и допустимых параметров.
    2. Объем (расход) перемещаемых воздушных масс в разрезе каждого ответвления и помещения в единицу времени. Исходные данные – требования санитарных органов по чистоте помещения и особенности технологического процесса промышленных предприятий.
    3. Неизбежные потери давления, возникающие в результате вихревых явлений во время движения воздушных потоков на различных скоростях. Кроме этого параметра в расчет принимается во внимание фактическое сечение воздуховода и его геометрическая форма.
    4. Оптимальная скорость передвижения воздуха в главном канале и отдельно по каждому ответвлению. Показатель влияет на выбор мощности вентиляторов и мест их установки.

    Практические советы по выполнению расчетов

    Для облегчения производства расчетов допускается использовать упрощенную схему, она применяется для всех помещений с некритическими требованиями. Для гарантирования нужных параметров подбор вентиляторов по мощности и количеству делается с запасом до 15%. Упрощенный аэродинамический расчет систем вентиляции производится по следующему алгоритму:

    1. Определение площади сечения канала в зависимости от оптимальной скорости движения потока воздуха.
    2. Выбор приближенного к расчетному стандартного сечения канала. Конкретные показатели всегда следует подбирать в сторону увеличения. Воздушные каналы могут иметь увеличенные технические показатели, уменьшать их возможности запрещается. При невозможности подобрать стандартные каналы в технических условиях предусматривается их изготовление по индивидуальным эскизам.
    3. Проверка показателей скорости движения воздуха с учетом реальных значений условного сечения основного канала и всех ответвлений.

    Задача аэродинамического расчета воздуховодов – обеспечить планируемые показатели вентилирования помещений с минимальными потерями финансовых средств. При этом одновременно следует добиваться снижения трудоемкости и металлоемкости строительно-монтажных работ, обеспечения надежности функционирования установленного оборудования в различных режимах.

    Специальное оборудование должно монтироваться в доступных местах, к нему обеспечивается беспрепятственный доступ для производства регламентных технических осмотров и иных работ для поддержания системы в рабочем состоянии.

    Согласно положениям ГОСТ Р ЕН 13779-2007 для расчета эффективности вентиляции ε v нужно применять формулу:

    сЕНА – показатели концентрации вредных соединений и взвешенных веществ в удаляемом воздухе;

    с IDA – концентрация вредных химических соединений и взвешенных веществ в помещении или рабочей зоне;

    c sup – показатели загрязнений, поступающих с приточным воздухом.

    Эффективность систем вентиляции зависит не только от мощности подключенных вытяжных или нагнетающих устройств, но и от места расположения источников загрязнения воздуха. Во время аэродинамического расчета должны приниматься во внимания минимальные показатели по эффективности функционирования системы.

    Удельная мощность (P Sfp > Вт∙с / м 3 ) вентиляторов рассчитывается по формуле:

    де Р – мощность электрического двигателя, установленного на вентиляторе, Вт;

    q v – расход воздуха, подаваемого вентиляторов при оптимальном функционировании, м 3 /с;

    р – показатель перепада давления на входе и выходе воздуха из вентилятора;

    η tot – общий коэффициент полезного действия для электрического двигателя, воздушного вентилятора и воздуховодов.

    Во время расчетов имеются в виду следующие типы воздушных потоков согласно нумерации на схеме:

    Схема 1. Типы потоков воздуха в системе вентиляции.

    1. Наружный, поступает в систему кондиционирования помещений из внешней среды.
    2. Приточный. Потоки воздуха, подающиеся в систему воздуховодов после предварительной подготовки (подогрева или очистки).
    3. Воздух, находящийся в помещении.
    4. Перетекающие воздушные потоки. Воздух, переходящий из одного в другое помещение.
    5. Вытяжной. Воздух, отводящийся из помещения наружу или в систему.
    6. Рециркуляционный. Часть потока, возвращаемого в систему для поддержания внутренней температуры в заданных значениях.
    7. Удаляемый. Воздух, выводящийся из помещений бесповоротно.
    8. Вторичный воздух. Возвращается обратно в помещение после очистки, нагрева, охлаждения и т. д.
    9. Потери воздуха. Возможные утечки из-за негерметичности соединений воздуховодов.
    10. Инфильтрация. Процесс поступления в воздух в помещения естественным путем.
    11. Эксфильтрация. Естественная утечка воздуха из помещения.
    12. Смесь воздуха. Одновременное пресечение нескольких потоков.

    По каждому типу воздуха имеются свои государственные стандарты. Все расчеты вентиляционных систем должны их учитывать.

    Основы аэродинамического расчета воздуховодов. Подбор вентиляторов

    Этап первый

    Сюда входит аэродинамический расчёт механических систем кондиционирования или вентиляции, который включает ряд последовательных операций.Составляется схема в аксонометрии, которая включает вентиляцию: как приточную, так и вытяжную, и подготавливается к расчёту.

    Читайте также:  Отопление частного дома электричеством

    Размеры площади сечений воздуховодов определяются в зависимости от их типа: круглого или прямоугольного.

    Формирование схемы

    Схема составляется в аксонометрии с масштабом 1:100. На ней указываются пункты с расположенными вентиляционными устройствами и потреблением воздуха, проходящего через них.

    Выстраивая магистраль, следует обратить внимание на то какая система проектируется: приточная или вытяжная

    Приточная

    Здесь линия расчёта выстраивается от самого удалённого распределителя воздуха с наибольшим потреблением. Она проходит через такие приточные элементы, как воздуховоды и вентиляционная установка вплоть до места где происходит забор воздуха. Если же система должна обслуживать несколько этажей, то распределитель воздуха располагают на последнем.

    Вытяжная

    Строится линия от самого удалённого вытяжного устройства, максимально расходующего воздушный поток, через магистраль до установки вытяжки и дальше до шахты, через которую осуществляется выброс воздуха.

    Если планируется вентиляция для нескольких уровней и установка вытяжки располагается на кровле или чердаке, то линия расчёта должна начинаться с воздухораспределительного устройства самого нижнего этажа или подвала, который тоже входит в систему. Если установка вытяжки находится в подвальном помещении, то от воздухораспределительного устройства последнего этажа.

    Вся линия расчёта разбивается на отрезки, каждый из них представляет собой участок воздуховода со следующими характеристиками:

    • воздуховод единого размера сечения;
    • из одного материала;
    • с постоянным потреблением воздуха.

    Следующим шагом является нумерация отрезков. Начинается она с наиболее удалённого вытяжного устройства или распределителя воздуха, каждому присваивается отдельный номер. Основное направление – магистраль выделяется жирной линией.

    Далее, на основе аксонометрической схемы для каждого отрезка определяется его протяжённость с учётом масштаба и потребления воздуха. Последний представляет собой сумму всех величин потребляемого воздушного потока, протекающего через ответвления, которые примыкают к магистрали. Значение показателя, который получается в результате последовательного суммирования, должно постепенно возрастать.

    Определение размерных величин сечений воздуховодов

    Производится исходя из таких показателей, как:

    • потребление воздуха на отрезке;
    • нормативные рекомендуемые значения скорости движения воздушного потока составляют: на магистралях — 6м/с, на шахтах где происходит забор воздуха – 5м/с.

    Рассчитывается предварительное размерная величина воздуховода на отрезке, которая приводится к ближайшему стандартному. Если выбирается прямоугольный воздуховод, то значения подбираются на основе размеров сторон, отношение между которыми составляет не более чем 1 к 3.

    Исходные данные для вычислений

    Когда известна схема вентиляционной системы, размеры всех воздухопроводов подобраны и определено дополнительное оборудование, схему изображают во фронтальной изометрической проекции, то есть аксонометрии. Если ее выполнить в соответствии с действующими стандартами, то на чертежах (или эскизах) будет видна вся информация, необходимая для расчета.

    1. С помощью поэтажных планировок можно определить длины горизонтальных участков воздухопроводов. Если же на аксонометрической схеме проставлены отметки высот, на которых проходят каналы, то протяженность горизонтальных участков тоже станет известна. В противном случае потребуются разрезы здания с проложенными трассами воздухопроводов. И в крайнем случае, когда информации недостаточно, эти длины придется определять с помощью замеров по месту прокладки.
    2. На схеме должно быть изображено с помощью условных обозначений все дополнительное оборудование, установленное в каналах. Это могут быть диафрагмы, заслонки с электроприводом, противопожарные клапаны, а также устройства для раздачи или вытяжки воздуха (решетки, панели, зонты, диффузоры). Каждая единица этого оборудования создает сопротивление на пути воздушного потока, которое необходимо учитывать при расчете.
    3. В соответствии с нормативами на схеме возле условных изображений воздуховодов должны быть проставлены расходы воздуха и размеры каналов. Это определяющие параметры для вычислений.
    4. Все фасонные и разветвляющие элементы тоже должны быть отражены на схеме.

    Если такой схемы на бумаге или в электронном виде не существует, то придется ее начертить хотя бы в черновом варианте, при вычислениях без нее не обойтись.

    2. Вычисление потерь на трение

    Потери
    энергии потока вычисляются пропорционально
    так называемому
    «динамическому» напору, величине
    pW2/2,
    где р -плотность
    воздуха при температуре потока
    (определяется по таблице (1)
    и (2)), a
    W
    — скорость в том или ином сечении контура
    циркуляции воздуха.

    Падение
    давления воздуха вследствие действия
    трения вычисляют
    по формуле Вейсбаха:

    =

    гдеl
    — длина участка контура циркуляции, м,
    dэкв-эквивалентный
    диаметр поперечного сечения участка,
    м,

    dэкв=

    -коэффициент
    сопротивления трения.

    Коэффициент
    сопротивления
    трения определяется режимом течениявоздуха
    в рассматриваемом сечении контура
    циркуляции, или величиной
    критерия Рейнольдса:

    Re=dэкв

    где
    Widэкв
    — скорость и эквивалентный диаметр
    канала
    и
    кинематический коэффициент вязкости
    воздуха (определяется по таблицам
    /1/ и /2/,
    м
    /с.

    для значенийReв
    интервале 105
    -10
    8
    (развитое
    турбулентное
    значение) определяется по формуле
    Никурадзе:

    =3,2
    .
    10
    -3
    0,231
    .Re-0,231

    Более
    подробные сведения по выбору
    можно получить из /4/ и /5/ В
    /5/
    приведена диаграмма для нахождения
    значения
    ,
    облегчающая
    расчеты.
    Вычисленные значения
    выражаются в паскалях (Па).

    В
    таблице 3 сведены значения исходных
    данных для каждого канала
    скорость,
    длина, поперечное сечение,
    эквивалентный диаметр,
    величина
    критерия Рейнольдса, коэффициент
    сопротивления,
    динамический
    напор и величина вычисленных потерь на
    трение.

    Задача аэродинамического расчета систем вентиляции

    Создание оптимально работающей системы воздуховодов невозможно без проведения аэродинамических расчетов. Эти данные позволяют подобрать диаметр сечения, мощность труб и вентиляторов, количество разветвлений, материалы. Современные требования регламентированы сводом правил СП 60.13330.2012, а также в ГОСТ и СанПиН. Расчет производится по строго определенному алгоритму с использованием известных формул. Чтобы точно определить все критерии, можно воспользоваться помощью специалистов или рассчитать параметры самостоятельно.

    Виды воздуховодов

    Современные воздуховоды можно классифицировать по нескольким параметрам: способ монтажа, материал изготовления, форма сечения.

    По монтажу выделяют наружные и встроенные каналы. Первые устанавливаются поверх стен и заметны глазу. Внутренние монтируют в стенах и конструкции дома.

    Материал труб может быть разным. Это различные металлы (медь, сталь, алюминий) и пластик. Металлические изделия отличаются своей прочностью и надежностью, но их установка сложнее. Монтировать пластиковые устройства проще, но они не применяются при высоких температурах.

    Сечение может быть прямоугольных и круглым. Прямоугольные трубы отличаются универсальностью, но на углах могут создаваться завихрения. Круглые модели не имеют такого недостатка.

    Пошаговый аэродинамический расчет воздуховодов

    Работа включает в себя несколько этапов, на каждом из которых решается локальная задача. На основании полученных данных высчитываются различные параметры воздуховодов.

    Основные задачи оборудования системы вентиляции:

    • Забор свежего воздуха с улицы и перенос его внутрь помещения. Дополнительной функцией является обогрев воздушных масс зимой и охлаждение летом.
    • Очистка воздуха от грязи, пыли и пуха.
    • Уменьшение звукового давления.
    • Равномерное распределение свежего воздуха по квартире.
    • Удаление отработанного воздуха и его отвод на улицу.

    Система вентиляции характеризуется следующими параметрами:

    • Рабочее тело. В данном случае это воздух. Оно характеризуется плотностью, динамической вязкостью, кинетической вязкостью. Эти значения зависят от температуры рабочего тела.
    • Скорость движения рабочего тела.
    • Местное аэродинамическое сопротивление воздуховодов.
    • Потери давления.

    Алгоритм проведения аэродинамических расчетов:

    • Разработка аксонометрической схемы распределения воздушных масс по каналам. На ее основе выбирается лучшая методика расчетов с учетом особенностей вентиляции.
    • Проведение аэродинамических расчетов по главным и дополнительным магистралям.
    • Подбор геометрической формы и сечения труб. Определение технических характеристик вентиляторов и калориферов. Определение возможности установки датчиков тушения пожара, автоматического управления мощностью вентиляции.

    Это основные этапы проведения расчетов.

    Все полученные данные можно собрать в таблицу, после чего выбирать материалы для создания канала.

    Проведение расчетов

    Основной целью аэродинамического расчета является определение сопротивления циркуляции воздуха в каждой части системы.

    Существует прямая и обратная задачи аэродинамического расчета. Прямая занимается решением проектирования систем вентиляции и состоит в определении площади сечения каждого участка системы. Обратная задача решается путем определения расхода воздуха в заданной площади.

    Для расчета необходимо определить кратность воздухообмена. Это количественная характеристика работы системы, которая показывает, сколько раз за час в комнате обновился воздух. Показатель зависит от особенностей помещения, его назначения.

    Создание схемы системы в аксонометрической проекции делают в масштабе М 1:100. Необходимо нанести на схему воздуховоды, фильтры, глушители шума, клапаны и прочие составляющие вентиляции. По полученным данным определяют длину ответвления, расход на каждом участке, делается расчет сопротивления воздуховода.

    После выбирается оптимальная магистраль прокладки труб. Это наиболее длинная цепь последовательно расположенных участков.

    Если в схеме имеется несколько магистралей, главной считается та, в которой больше расход.

    Основные формулы при расчете

    Сечение воздуховода может быть круглым и квадратным. Оно рассчитывается по формуле F=Q/v, где под Q обозначается расход воздуха, а v – рекомендуемая скорость воздуха (справочная величина).

    Из площади определяется диаметр сечения D, если трубы имеют круглую форму, или высота и ширина А и В для прямоугольной. Величины округляют до ближайшего большего стандарта и получают Аст и Вст.

    Для прямоугольных воздуховодов рассчитывается эквивалентный диаметр по формуле DL = (2Aстст) / (Астст).

    Величина критерия подобия Рейнольдса высчитывается как Re = 64100 *Dст *vфактич. От этого показателя зависит коэффициент трения, который определяется по формуле λтр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λтр = 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000.

    Коэффициент местного сопротивления λм выбирается из справочника и затем подставляется в формулу потери давления на расчетном участке Р = ((λтр*L) / Dст + λм) *0,6* v 2 факт. L – длина расчетного участка.

    При суммировании всех потерь получаются общие потери магистрали и вентиляционной системы. По этим значениям выбирается вентилятор с запасом в 10%. Из его характеристик считают КПД n, а затем и мощность N = (Qвент*Pвент) / (3600*1000 * n). Здесь Qвент, Pвент – расход воздуха и давление, создаваемое вентилятором.

    Расчет потери давления в воздуховоде можно выполнить по формуле DP=x*r*v 2 /2, где r – плотность воздуха, v – скорость движения, x – коэффициент местного сопротивления.

    Возможные ошибки

    Расчет системы вентиляции длительный и состоит из нескольких этапов, на каждом из которых можно допустить ошибки. Наиболее распространенные проблемы:

    • Округление сечения газопроводов в меньшую сторону. Тогда может появиться избыточный шум или невозможность прохода необходимого количества воздушных потоков в единицу времени.
    • Неверный расчет длины отрезка воздуховода. Приводит к некорректному выбору оборудования и ошибке в расчете скорости движения.

    Весь проект требует внимательного и грамотного расчета аэродинамики. В случае невозможности самостоятельно посчитать систему, можно воспользоваться онлайн калькулятором или обратиться за помощью к специалистам.

    Добавить комментарий