Аэродинамический расчет воздуховодов

Методика аэродинамического расчета воздуховодов — УКЦ


Этим материалом редакция журнала «Мир Климата» продолжает публикацию глав из книги «Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для произ-
водственных и общественных зданий». Автор Краснов Ю.С.

Аэродинамический расчет воздуховодов начинают с вычерчивания аксонометрической схемы (М 1: 100), проставления номеров участков, их нагрузок L (м 3 /ч) и длин I (м). Определяют направление аэродинамического расчета — от наиболее удаленного и нагруженного участка до вентилятора. При сомнениях при определении направления рассчитывают все возможные варианты.

Расчет начинают с удаленного участка: определяют диаметр D (м) круглого или площадь F (м 2 ) поперечного сечения прямоугольного воздуховода:

Рекомендуемую скорость принимают следующей:

в начале системы вблизи вентилятора
Административные здания 4-5 м/с 8-12 м/с
Производственные здания 5-6 м/с 10-16 м/с

Скорость растет по мере приближения к вентилятору.

По приложению Н из [30] принимают ближайшие стандартные значения: DCT или (а х b)ст (м).

Рис. 1. Аксонометрическая схема воздуховода

Фактическая скорость (м/с):

Гидравлический радиус прямоугольных воздуховодов (м):

(для прямоугольных воздуховодов Dст=DL).

Коэффициент гидравлического трения:

Ø0,64 8,99 0,64 369000 0,0149 0,9

Воздуховоды изготовлены из оцинкованной тонколистовой стали, толщина и размер которой соответствуют прил. Н из [30]. Материал воздухозаборной шахты — кирпич. В качестве воздухораспределителей применены решетки регулируемые типа РР с возможными сечениями: 100 х 200; 200 х 200; 400 х 200 и 600 х 200 мм, коэффициентом затенения 0,8 и максимальной скоростью воздуха на выходе до 3 м/с.

Сопротивление приемного утепленного клапана с полностью открытыми лопастями 10 Па. Гидравлическое сопротивление калориферной установки 100 Па (по отдельному расчету). Сопротивление фильтра G-4 250 Па. Гидравлическое сопротивление глушителя 36 Па (по акустическому расчету). Исходя из архитектурных требований проектируют воздуховоды прямоугольного сечения.

Сечения кирпичных каналов принимают по табл. 22.7 [32].

Коэффициенты местных сопротивлений

Участок 1. Решетка РР на выходе сечением 200×400 мм (рассчитывают отдельно):

KMC решетки (прил. 25.1) = 1,8.

Падение давления в решетке:

Расчетное давление вентилятора р:

Δрвент = 1,1 (Δраэрод + Δрклап + Δрфильтр + Δркал + Δрглуш)= 1,1 (185 + 10 + 250 + 100 + 36) = 639 Па.

Lвент= 1,1 х Lсист = 1,1 х 10420 = 11460 м 3 /ч.

Выбран радиальный вентилятор ВЦ4-75 № 6,3, исполнение 1:

L = 11500 м 3 /ч; Δрвен = 640 Па (вентагрегат Е6.3.090- 2а), диаметр ротора 0,9 х Dпом., частота вращения 1435 мин-1, электродвигатель 4А10054; N = 3 кВт установлен на одной оси с вентилятором. Масса агрегата 176 кг.

По аэродинамической характеристике вентилятора nвент = 0,75.

№ участков Вид местного сопротивления Эскиз Угол α, град. Отношение Обоснование КМС
F/F1 L/Lст fпрох/fств
1 Диффузор 20 0,62 Табл. 25.1 0,09
Отвод 90 Табл. 25.11 0,19
Тройник-проход 0,3 0,8 Прил. 25.8 0,2
∑ = 0,48
2 Тройник-проход 0,48 0,63 Прил. 25.8 0,4
3 Тройник-ответвление 0,63 0,61 Прил. 25.9 0,48
4 2 отвода 250 × 400 90 Прил. 25.11
Отвод 400 × 250 90 Прил. 25.11 0,22
Тройник-проход 0,49 0,64 Табл. 25.8 0,4
∑ = 1,44
5 Тройник-проход 0,34 0,83 Прил. 25.8 0,2
6 Диффузор после вентилятора h=0,6 1,53 Прил. 25.13 0,14
Отвод 600 × 500 90 Прил. 25.11 0,5
∑= 0,64
Конфузор перед вентилятором Dг=0,42 м Табл. 25.12
7 Колено 90 Табл. 25.1 1,2
Решетка жалюзийная Табл. 25.1 1,3
∑ = 1,44
Таблица 2. Определение местных сопротивлений

«Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для производственных и общественных зданий», глава 15. «Термокул»

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:

Формула расчета сопротивления

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

Потери давленияФормула Альтшуля

Таблица удельных потерь

Таблица удельных потерь окончание Таблица удельных потерь разрывТаблица удельных потерь продолжение

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

Таблица значений

Для прямоугольных воздухопроводов расчетной величиной принимается эквивалентный диаметр.

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.

Свойства воздуха

Проще будет если результаты заносить в таблицу такого вида

Пустая таблица

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.

Аксонометрическая схема

  • 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.

  • 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

Заполненная таблица

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!

Расчет в Ексель

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.

Как выполняется расчет воздуховодов вентиляции

Проектирование системы вентиляции промышленного, общественного или жилого объекта состоит из нескольких последовательных этапов, поэтому нельзя перескочить на выполнение следующего, не закончив предыдущий. Аэродинамический расчёт системы вентиляции – важная составная часть общего проекта, его целью является определение приемлемых размеров сечения венткоробов, для полноценного её функционирования. Выполняется вручную или посредством специализированных программ. Безошибочно выполнить важную часть проекта может только профессиональный проектировщик, учитывающий в работе нюансы конкретного здания, скорости и направления движения и требуемую кратность воздухообмена.

Общие сведения

Аэродинамический расчёт – методика определения размеров поперечного сечения воздуховодов для нивелирования потерь давления, сохранения скорости движения и проектного объёма перекачиваемого воздуха.

При естественном способе вентилирования требуемое давление дано изначально, но надо определить сечение. Это связанно с действием гравитационных сил, побуждающих воздушные массы к вытяжке в помещение из вентиляционных шахт. При механическом способе работает вентилятор, и необходимо рассчитать напор газа, а также площадь сечения короба. Используются максимальные скорости внутри вентканала.

Для упрощения методики воздушные массы принимаются за жидкость с нулевым процентом сжатия. На практике это действительно так, так как в большей части систем давление минимально. Оно образуется только от местного сопротивления, при его соударении со стенками воздуховодов, а также на местах изменения площади. Подтверждение тому нашли многочисленные опыты, проводимые по методике, описанной в ГОСТ 12.3.018-79 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний».

Расчёты воздуховодов для вентиляции, по аэродинамике, ведутся с различным числом известных данных. В одном случае вычисление начинается с нуля, а в другом — больше половины исходных параметров уже известно.

Исходные данные

  • Известны геометрические характеристики воздуховода, и надо рассчитать давление газа. Характерно для систем, где способ вентиляция основывается на архитектурных особенностях объекта.
  • Известно давление, и надо определить параметры воздуховода. Данная схема используется в естественных системах проветривания, где за всё отвечают гравитационные силы.
  • Сила напора и размер сечения неизвестны. Это самая распространённая ситуация, и большая часть проектировщиков сталкивается именно с ней.

Типы воздуховодов

Воздуховоды — это элементы системы, отвечающие за перенос отработанного и свежего воздуха. В состав входят основные трубы переменного сечения, отводы и полуотводы, а также разнообразные переходники. Различаются по материалу и форме сечения.

От типа воздуховода зависит область применения и специфика движения воздуха. Существует следующая классификация по материалу:

  1. Стальные — жёсткие воздуховоды с толстыми стенками.
  2. Алюминиевые — гибкие, с тонкими стенками.
  3. Пластиковые.
  4. Матерчатые.

По форме сечения подразделяются на круглые разного диаметра, квадратные и прямоугольные.

Особенности аэродинамического расчёта

Аксонометрия

Расчет аэродинамики выполняется строго тогда, когда рассчитаны требуемые объёмы воздушных масс. Это основное правило. Также заранее определяются с точками установки воздуховодов, а также дефлекторов.

Графическая часть для расчёта аэродинамики – это аксонометрическая схема. На ней указываются все устройства и протяжённость участков. Затем общая сеть дробится на отрезки со схожими характеристиками. Каждый участок сети рассчитывается на аэродинамическое сопротивление отдельно. После определения параметров на всех участках, они переносятся на аксонометрическую схему. Когда все данные внесены, то вычисляется главная магистраль воздуховода.

Методика расчёта

Самый распространенный вариант, когда оба параметра — сила напора и площадь сечения — неизвестны. В этом случае каждый из них определяется отдельно, с применением своих формул.

Скорость

Она необходима для получения параметров динамического давления на проектируемом участке. Надо помнить, что расход воздуха известен заранее, причем, не для всей системы, а для каждого участка. Измеряется в м/с.

L — расход воздуха на исследуемом участке, м 3 /ч

Давление

Вентиляционная система делится на отдельные ветки (участки) по местам изменения расхода воздуха или изменениям площади сечения. Каждый нумеруется. Естественное располагаемое давление определяется по формуле:

h – разница при подъёме между верхней и нижней точкой
ρн и ρвн – плотность внутри/снаружи

Плотности определяются с использованием параметров перепада температуры воздуха внутри и наружи помещения. Они указаны в СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Далее берётся формула:

Σ(R . L . βш +Z) – сумма расхода давления на рассматриваемом участке, где

R – удельные потери от трения (Па/м);
L – длина рассматриваемого участка (м);
βш коэффициент шероховатости стенок вентканалов;
Z – потери давления в местных сопротивлениях;
Δре – естественное располагаемое давление.

Подбор заканчивается, когда размер сечения воздушного канала удовлетворяет условию формулы. Возможные варианты размеров представлены в таблицах:

Подбор воздуховода ведётся по специальным таблицам. Если необходим квадратного или прямоугольного сечения, то его приводят по формуле эквивалента круглого канала:

dэкв= 2а . в /(а+в), где

а,в – геометрические размеры канала, см

Возможные ошибки и последствия

Сечение воздуховодов подбирается по таблицам, где указанны унифицированные размеры, зависящие от динамического давления и скорости движения. Часто неопытные проектировщики округляют параметры скорости/давления в меньшую сторону, отсюда следует изменение сечения в меньшую сторону. Это может привести к избыточному шуму или невозможности прохода требуемого объёма воздуха за единицу времени.

Ошибки допускаются и в определение длины отрезка воздуховода. Это ведёт к возможной неточности в подборе оборудования, а также к ошибке в расчёте скорости движения газа.

Пример проекта

Аэродинамическая часть, как и весь проект, требуют профессионального подхода и внимательного отношения к деталям конкретного объекта.

Компания «Мега.ру» выполняет квалифицированный подбор систем вентилирования по действующим нормам, с полным техническим сопровождением. Предоставляем услуги в Москве и области, а также соседних регионах. Подробная информация у наших консультантов, все способы связи с ними указаны на странице «Контакты».

Расчет аэродинамических параметров вентиляционной сети

Supply and exhaust flow regulators in each individual room are an integral attribute of ventilation systems. however, their use does not guarantee 100 % match of actual and design flows. And this means that the current approach to calculation of air duct networks does not allow for evaluation of indoor air parameters’ values. This article presents the results of an alternative approach to calculation of aerodynamic ventilation system parameters.

Регуляторы расхода на притоке и вытяжке в каждом отдельно взятом помещении являются неотъемлемым атрибутом вентиляционных систем. При этом их наличие не гарантирует 100 %-ного совпадения фактического и проектного расходов. А это означает, что существующий подход к расчету сетей воздуховодов не позволяет выполнять оценки значений параметров воздуха в помещениях.

В данной статье предлагаются вниманию результаты применения альтернативного подхода к расчету аэродинамических параметров систем вентиляции.

Расчет аэродинамических параметров вентиляционной сети

А. А. Бородкин, технический директор компании ООО «Инженерное бюро ВИНДЭКО»

Регуляторы расхода на притоке и вытяжке в каждом отдельно взятом помещении являются неотъемлемым атрибутом вентиляционных систем. При этом их наличие не гарантирует 100 %-ного совпадения фактического и проектного расходов. А это означает, что существующий подход к расчету сетей воздуховодов не позволяет выполнять оценки значений параметров воздуха в помещениях.

В данной статье предлагаются вниманию результаты применения альтернативного подхода к расчету аэродинамических параметров систем вентиляции. По мнению автора, именно значения реальных расходов приточного и вытяжного воздуха в каждом отдельно взятом помещении должны быть окончательным результатом расчета сети, а не величины падений давления. Информация о фактических величинах расходов позволяет оценить значения всех параметров, отвечающих за комфорт в помещении, а именно – концентрации СО2, уровня шума, скорости и переохлаждения воздуха в рабочей зоне (далее РЗ).

Стандартная процедура расчета параметров сети воздуховодов в первую очередь используется для подбора приточно-вытяжного агрегата. Для этого в сети выделяется наиболее нагруженная ветка, потери давления в которой достигают максимального значения. Расчеты потерь давления на проход, на поворот, на трение ведутся в предположении, что расходы воздуха на притоке и вытяжке в каждом помещении известны и равны проектным. Для обеспечения проектных расходов применяются регуляторы расхода – CAV-регуляторы, IRIS и т. п. Из того факта, что точность регуляторов не может быть равной нулю – например, для CAV она лежит в диапазоне ±5÷10 % в зависимости от расхода, – следует, что на практике величина фактического расхода всегда будет отличаться от проектной даже при применении регуляторов. Так, при использовании CAV-регуляторов фактический расход будет лежать в диапазоне Vфакт = Vпроект · (1 ± 0,05 ÷ 0,1). Причем заранее предсказать конкретное значение расхождения невозможно. В отсутствие информации о фактической величине расхода не представляется возможным оценить отклонения от нормируемых параметров в помещении, например концентрации СО2.

Идея альтернативной методики базируется на подходе, предложенном в [1] для расчета воздуховодов постоянного расхода. Отличие заключается в том, что для расчета изменения статического давления по длине воздуховода используются формулы для потерь давления на поворот и проход [2] и потери давления в воздухораспределительном устройстве (ВР) [6]. В отличие от существующей методики расчета потерь давления в сети, в которой местные потери представляют собой функции от скоростей, в предлагаемой методике эти же функции преобразуются к виду, где расходы воздуха на входе и выходе из помещения зависят от соответствующих значений падения давления. Применяя последовательно эти выражения для каждого отвода в уравнениях движения, от входа в приточный до выхода из вытяжного воздуховода, можно определить значения расходов воздуха в каждом отдельно взятом ВР в зависимости от величины полного давления и скорости воздуха на входе/выходе в приточный/вытяжной воздуховоды. Изменение величины полного давления на входе в приточный воздуховод и на выходе из вытяжного изменяет характер распределения статического давления по длине воздуховодов и, как следствие, меняет распределение расхода воздуха на каждом отдельно взятом ВР, установленном на приточном и вытяжном воздуховодах. Процедура считается завершенной, когда расходы воздуха на входе приточного воздуховода и на выходе из вытяжного достигают проектных величин.

В качестве иллюстрации предлагаются результаты расчета, реализованные для системы вентиляции 15 одинаковых помещений, присоединенных к одному приточному и одному вытяжному воздуховоду (рис. 1). Параметры воздуховода представлены в табл. 1. Предполагается, что приточный и вытяжной воздуховоды могут быть размещены за потолком в коридоре.

Для подачи и вытяжки воздуха в помещения применены жалюзийные решетки с регуляторами расхода с противовращением лопаток (–AG), см. табл. 2. 100 %-ное открытие соответствует полностью открытому регулятору расхода. Основные характеристики всех помещений сведены в табл. 3.

Цифра 1 в столбце «Гендерный состав» в табл. 3 означает, что 100 % людей в помещении – мужчины. Значения мощности источников СО2 взяты из [4].

Результаты расчета изменения полного, статического и динамического давления в приточном и вытяжном воздуховодах представлены на рис. 2 и 3 соответственно.

Величины расходов воздуха в каждой отдельно взятой приточной и вытяжной решетке представлены на рис. 4. Значения расходов воздуха в вытяжных решетках приняты отрицательными.

Изменение основного для вентиляции параметра воздуха в помещениях – концентрации СО2 – представлено на рис. 5.

Основные параметры, характеризующие комфорт в помещениях, сведены в табл. 4. Они иллюстрируют тот факт, что заявляемый метод позволяет делать возможным расчет основных параметров комфорта в каждом отдельно взятом помещении.

Последний столбец табл. 4 иллюстрирует, что наличие дисбаланса давлений в помещении ведет к появлению перетока воздуха между помещениями через коридор. В нашем конкретном случае движение воздуха идет в направлении из последних помещений в первые. Для расчета уровня шума и скорости воздуха в РЗ использовались соотношения из [5] и [3] соответственно.

Данный подход будет особенно востребованным, когда применение регуляторов расхода нежелательно, например при высоких требованиях к акустике помещений, отсутствии достаточного пространства для монтажа воздуховодов, регуляторов и глушителей шума, при необходимости применения протяженных воздуховодов и т. д.

По мнению автора, предлагаемый подход удобен для проектировщиков в качестве дополнения к существующему, т. к. позволяет при изменении любого одного или нескольких параметров из табл. 1, 2, 3, выполнив коррекцию величин полного давления на входе приточного и выходе вытяжного воздуховодов, оценить последствия своего решения по изменениям любого параметра в табл. 4 одновременно для всех помещений.

Литература

  1. Талиев В. Н. Аэродинамика вентиляции. – М.: Стройиздат, 1979.
  2. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М. О. Штейнберга. 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1992.
  3. Шепелев И. А. Аэродинамика воздушных потоков в помещениях. – М.: Стройиздат, 1978.
  4. Каменев П. Н. Отопление и вентиляция: Учебник для вузов. Ч. 2. 2-е изд. – М.: Стройиздат, 1964.
  5. Юдин Е. Я. Справочник проектировщика. Защита от шума. – М.: Стройиздат, 1974.
  6. VDI 2081 part 1. Noise generation and noise reduction in air-conditioning systems.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

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.

Аэродинамический расчет вентиляции

Эффективность работы систем вентиляции зависит от соответствия технических характеристик вентустановок и параметров сети, по которым предполагается перемещение воздуха. Аэродинамический расчет системы позволяет подобрать оптимальную комплектацию оборудования, устройств и воздуховодов, обеспечивающих требуемую кратность воздухообмена в обслуживаемых помещениях. Именно этот этап называют одним из основных при разработке проекта для объектов любого масштаба и назначения.

Что такое аэродинамический расчет

Аэродинамический расчет вентиляции — это теоретическое определение потерь давления, обусловленных сопротивлением потоку воздуха всех элементов системы. Каждый поворот, изменение диаметра воздуховода, подключение воздухонагревателей или кондиционирующих установок, врезка вентрешеток или диффузоров, все это влияет на производительность системы вентиляции.

Если следовать нормативным правилам, аэродинамический расчет необходим даже при установке вытяжного вентилятора в санузле или бытовой вытяжки на кухне. В противном случае можно нарушить весь воздухообмен в квартире, доме, а тем более на коммерческих или производственных объектах, отличающихся сложной конфигурацией сети.

Основные параметры для расчета

На практике аэродинамический расчет вентиляции применяется для решения двух типов задач, от которых зависят исходные параметры, которые необходимо учитывать. Проектировщикам приходится сталкиваться с такими ситуациями:

  • Необходим прямой аэродинамический расчет, позволяющий определить параметры воздуховодов и других элементов системы, при которых имеющаяся вентустановка способна обеспечить требуемый воздухообмен в обслуживаемых помещениях. Такой подход позволяет подобрать сечение воздуховодов, комплектующие с необходимыми характеристиками с учетом возможностей эксплуатируемого или выбранного по стоимости вентилятора;
  • Требуется обратный аэродинамический расчет вентиляции, который позволит подобрать оптимальную по техническим характеристикам модель вентустановки с учетом особенностей уже функционирующей сети. Эту задачу приходится решать при модернизации уже существующих вентсистем, переделка которых практически невозможна или требует серьезных финансовых вложений.

Аэродинамический расчет воздуховодов и всей сети потребует информацию по следующим параметрам:

  • Фактическая аксонометрическая схема сети, отображающая конфигурацию системы вентиляции как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости
  • Данные по протяженности всех ветвей системы
  • Размеры поперечного сечения воздуховодов на всех участках
  • Необходимая кратность воздухообмена в помещениях разного назначения
  • Сведения о технических характеристиках используемых вентиляторов и других устройств
  • Основные физические характеристики воздуха при разных температурах
  • Из каких материалов сделаны воздуховоды, вентиляционные шахты
  • Поправочные коэффициенты, учитывающие шероховатость материалов, из которых сделаны все участки воздуховодов
  • Допустимая скорость движения воздуха в сети, которая выбирается на основании действующих нормативных документов

Вся эта информация определяется по фактическим показателям и выбирается в специализированной справочной литературе/

Формула расчета

Чтобы правильно выполнить аэродинамический расчет, потребуется ряд формул, позволяющих получить необходимые показатели. Среди основных выделим:

Расчет необходимого сечения воздуховодов на основании необходимого расхода воздуха и допустимой скорости его движения

  • F — площадь сечения, м2;
  • Q — необходимый расход воздуха, м3/с;
  • V — допустимая скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с.

По полученному значению определяют диаметр круглого или стороны прямоугольного воздуховодов по простейшим математическим формулам, которые даже нет смысла приводить

Полученное значение округляют до первого ближайшего показателя Dст, Аст, Вст. На основании полученных данных рассчитывают фактическое сечение воздуховода Fфакт и скорость движения воздуха при нормированном расходе Vфакт

Для прямоугольных воздуховодов рассчитывают эквивалентный диаметр, который потребуется для дальнейших вычислений

DL = (2 Аст, х Вст)/( Аст, + Вст)

Определяют величину показателя подобия Рейнольдса по формуле:

Re = 64100 х Dст х Vфакт

Обратите внимание — для прямоугольных воздуховодов Dст = DL

Исходя из величины показателя подобия выбирают коэффициент трения воздуха о стенки воздуховодов. Если Re меньше или равно 60000, то выбирают коэффициент по формуле:

ʎтр = 0,3164/ Re – 0,25

Если Re больше 60000, применяют следующую формулу:

ʎтр = 0,1266/ Re – 0,167

Для определения потерь на отдельных участках используют формулу:

Р = ((ʎтр х L)/ Dст + ʎм) х 0,6 х V2 факт, где

L — фактическая длина расчетного участка, м

ʎм — коэффициент местного сопротивления, значение которого берется из справочной литературы

Полученные значения потерь давления на отдельных участках суммируются, что позволяет получить результат для всей системы вентиляции

На основании полученных данных выбирают подходящую модель вентилятора, учитывая то, что требуется запас в 10% по производительности и напорным характеристикам

На завершающем этапе определяют мощность, потребляемую электродвигателем вентилятора и сравнивают ее со значением, указанным заводом-производителем оборудования. Расчет выполняют по формуле:

N = (Qвент х Pвент)/(3600 х 1000 х ŋ), где

Qвент — расход воздуха, создаваемый вентилятором;

Pвент — создаваемое оборудованием давление;

ŋ — коэффициент полезного действия вентилятора.

Выполненный по этим формулам аэродинамический расчет воздуховодов и всей вентиляционной сети гарантирует, что система будет эффективно функционировать, но при условии, что на этапе монтажа все будет сделано правильно.

Пример аэродинамического расчета

Аэродинамический расчет начинают с аксонометрической проекции и разбиения системы на отдельные участки. Выбирают наиболее протяженную магистраль, с которой и начинают расчет. Если в схему включены магистрали с одинаковой протяженностью, то в первую очередь рассчитывают показатели по ветви с большим расходом. На следующих этапах проводят вычисления по всем остальным ветвям, а общий результат увязывается.

В качестве примера рассмотрим систему вентиляции со следующей схемой:

Исходные данные и результаты расчета:

По полученным данным выбираем модель вентилятора ВЦ4-75 № 6,3, который обеспечивает расход в пределах 11500 кубометров в час, развивая давление 640 Па. Проверяем мощность вентилятора:

N = (11500 х 640)/ (3600 х 1000 х 0,75) = 2,7 кВт.

Этот результат соответствует характеристикам, заявленным производителем, поэтому сможет обеспечить эффективность работы в этих условиях.

Несмотря на кажущуюся простоту расчета, выполнять его, особенно для сложных систем, должен квалифицированный специалист, это позволит избежать ошибок. На практике получило применение специальных программ, позволяющих упростить решение задачи. Выполнение сложных расчетов вручную занимает много времени, вероятность ошибок существенно возрастает. Именно поэтому рекомендуем обращаться в специализированные организации, когда возникает необходимость определить параметры системы вентиляции, которая будет эффективно работать в определенных условиях.

При грамотном подходе к решению задачи все расчеты могут быть выполнены буквально за несколько дней с гарантией того, что система будет функционировать как положено.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: