Расчет сопротивления сети вентиляции пример. Аэродинамический расчет воздуховодов приточной системы вентиляции

где R - потери давления на трение в расчете на 1 погонный метр воздуховода, l - длина воздуховода в метрах, z - потери давления на местные сопротивления (при переменном сечении).

1. Потери на трение:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,

z = Q* (v*v*y)/2g,

Метод допустимых скоростей

При расчете сети воздуховодов по методу допустимых скоростей за исходные данные принимают оптимальную скорость воздуха (см. таблицу). Затем считают нужное сечение воздуховода и потери давления в нем.

Данный метод предполагает постоянную потерю напора на 1 погонный метр воздуховода. На основе этого определяются размеры сети воздуховодов. Метод постоянной потери напора достаточно прост и применяется на стадии технико-экономического обоснования систем вентиляции:

В диаграмме потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов . Если вместо них используются воздуховоды прямоугольного сечения, то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной ниже таблицы.

Примечания:

Если места недостаточно (например, при реконструкции), выбирают прямоугольные воздуховоды . Как правило, ширина воздуховода в 2 раза больше высоты).

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:

Скорость растет по мере приближения к вентилятору.

По приложению Н из принимают ближайшие стандартные значения: D CT или (а х b) ст (м).

Гидравлический радиус прямоугольных воздуховодов (м):

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховодов.

Местные сопротивления на границе двух участков (тройники, крестовины) относят к участку с меньшим расходом.

Коэффициенты местных сопротивлений даны в приложениях.

Схема приточной системы вентиляции, обслуживающей 3-этажное административное здание

Пример расчета

Исходные данные:

№ участков	подача L, м 3 /ч	длина L, м	υ рек, м/с	сечение а × b, м	υ ф, м/с	D l ,м	Re	λ	Kmc	потери на участке Δр, па
решетка рр на выходе				0,2 × 0,4	3,1	-	-	-	1,8	10,4
1	720	4,2	4	0,2 × 0,25	4,0	0,222	56900	0,0205	0,48	8,4
2	1030	3,0	5	0,25× 0,25	4,6	0,25	73700	0,0195	0,4	8,1
3	2130	2,7	6	0,4 × 0,25	5,92	0,308	116900	0,0180	0,48	13,4
4	3480	14,8	7	0,4 × 0,4	6,04	0,40	154900	0,0172	1,44	45,5
5	6830	1,2	8	0,5 × 0,5	7,6	0,50	234000	0,0159	0,2	8,3
6	10420	6,4	10	0,6 × 0,5	9,65	0,545	337000	0,0151	0,64	45,7
6а	10420	0,8	ю.	Ø0,64	8,99	0,64	369000	0,0149	0	0,9
7	10420	3,2	5	0,53 × 1,06	5,15	0,707	234000	0,0312 ×n	2,5	44,2
Суммарные потери: 185
Таблица 1. Аэродинамический расчет

Воздуховоды изготовлены из оцинкованной тонколистовой стали, толщина и размер которой соответствуют прил. Н из. 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 .

Коэффициенты местных сопротивлений

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

№ участков	Вид местного сопротивления	Эскиз	Угол α, град.	Отношение			Обоснование	КМС
№ участков	Вид местного сопротивления	Эскиз	Угол α, град.	F 0 /F 1	L 0 /L ст	f прох /f ств	Обоснование	КМС
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
6а	Конфузор перед вентилятором			D г =0,42 м			Табл. 25.12	0
7	Колено		90	-	-	-	Табл. 25.1	1,2
	Решетка жалюзийная						Табл. 25.1	1,3
							∑ =	1,44
Таблица 2. Определение местных сопротивлений

Краснов Ю.С.,

Когда известны параметры воздуховодов (их длина, сечение, коэффициент трения воздуха о поверхность), можно рассчитать потери давления в системе при проектируемом расходе воздуха.

Общие потери давления (в кг/кв.м.) рассчитываются по формуле:

1. Потери на трение:

В круглом воздуховоде потери давления на трение P тр считаются так:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,

где x - коэффициент сопротивления трения, l - длина воздуховода в метрах, d - диаметр воздуховода в метрах, v - скорость течения воздуха в м/с, y - плотность воздуха в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

Замечание: Если воздуховод имеет не круглое, а прямоугольное сечение, в формулу надо подставлять эквивалентный диаметр, который для воздуховода со сторонами А и В равен: dэкв = 2АВ/(А + В)

2. Потери на местные сопротивления:

Потери давления на местные сопротивления считаются по формуле:

z = Q* (v*v*y)/2g,

где Q - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховода, для которого производят расчет, v - скорость течения воздуха в м/с, y - плотность воздуха в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Значения Q содержатся в табличном виде.

Метод допустимых скоростей

Порядок действий при аэродинамическом расчете воздуховодов по методу допустимых скоростей:

Начертить схему воздухораспределительной системы. Для каждого участка воздуховода указать длину и количество воздуха, проходящего за 1 час.
Расчет начинаем с самых дальних от вентилятора и самых нагруженных участков.
Зная оптимальную скорость воздуха для данного помещения и объем воздуха, проходящего через воздуховод за 1 час, определим подходящий диаметр (или сечение) воздуховода.
Вычисляем потери давления на трение P тр.
По табличным данным определяем сумму местных сопротивлений Q и рассчитываем потери давления на местные сопротивления z.
Располагаемое давление для следующих ветвлений воздухораспределительной сети определяется как сумма потерь давления на участках, расположенных до данного ветвления.

В процессе расчета нужно последовательно увязать все ветви сети, приравняв сопротивление каждой ветви к сопротивлению самой нагруженной ветви. Это делают с помощью диафрагм. Их устанавливают на слабо нагруженные участки воздуховодов, повышая сопротивление.

Таблица максимальной скорости воздуха в зависимости от требований к воздуховоду

Примечание: скорость воздушного потока в таблице дана в метрах в секунду

Метод постоянной потери напора

В зависимости от назначения помещения по таблице допустимых скоростей воздуха выбирают скорость на магистральном участке воздуховода.
По определенной в п.1 скорости и на основании проектного расхода воздуха находят начальную потерю напора (на 1 м длины воздуховода). Для этого служит нижеприведенная диаграмма.
Определяют самую нагруженную ветвь, и ее длину принимают за эквивалентную длину воздухораспределительной системы. Чаще всего это расстояние до самого дальнего диффузора.
Умножают эквивалентную длину системы на потерю напора из п.2. К полученному значению прибавляют потерю напора на диффузорах.

Теперь по приведенной ниже диаграмме определяют диаметр начального воздуховода, идущего от вентилятора, а затем диаметры остальных участков сети по соответствующим расходам воздуха. При этом принимают постоянной начальную потерю напора.

Диаграмма определения потерь напора и диаметра воздуховодов

Использование прямоугольных воздуховодов

В диаграмме потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов. Если вместо них используются воздуховоды прямоугольного сечения, то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной ниже таблицы.

Примечания:

Если позволяет пространство, лучше выбирать круглые или квадратные воздуховоды;
Если места недостаточно (например, при реконструкции), выбирают прямоугольные воздуховоды. Как правило, ширина воздуховода в 2 раза больше высоты).

В таблице по горизонтальной указана высота воздуховода в мм, по вертикальной - его ширина, а в ячейках таблицы содержатся эквивалентные диаметры воздуховодов в мм.

Таблица эквивалентных диаметров воздуховодов

Целью аэродинамического расчета является определение потерь давления (сопротивления) движению воздуха во всех элементах системы вентиляции - воздуховодах, их фасонных элементах, решетках, диффузорах, воздухонагревателях и других. Зная общую величину этих потерь, можно подобрать вентилятор, способный обеспечить необходимый расход воздуха. Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета. Прямая задача решается при проектировании вновь создаваемых систем вентиляции, состоит в определении площади сечения всех участков системы при заданном расходе через них. Обратная задача – определение расхода воздуха при заданной площади сечения эксплуатируемых или реконструируемых систем вентиляции. В таких случаях для достижения требуемого расхода достаточно изменения частоты вращения вентилятора или его замены на другой типоразмер.

Аэродинамический расчет начинают после определения кратности воздухообмена помещений и принятия решения по трассировке (схеме прокладки) воздуховодов и каналов. Кратность воздухообмена является количественной характеристикой работы системы вентиляции, показывает, сколько раз в течение 1-го часа объем воздуха помещения полностью заменится новым. Кратность зависит от характеристик помещения, его назначения и может отличаться в несколько раз. Перед началом аэродинамического расчета создается схема системы в аксонометрической проекции и масштабе М 1:100. На схеме выделяют основные элементы системы: воздуховоды, их фасонные части, фильтры, шумоглушители, клапана, воздухонагреватели, вентиляторы, решетки и другие. По этой схеме, строительным планам помещений определяют длину отдельных ветвей. Схему делят на расчетные участки, которые имеют постоянный расход воздуха. Границами расчетных участков являются фасонные элементы – отводы, тройники и прочие. Определяют расход на каждом участке, наносят его, длину, номер участка на схему. Далее выбирают магистраль – наиболее длинную цепь последовательно расположенных участков, считая от начала системы до самого удаленного ответвления. Если в системе несколько магистралей одинаковой длины, то главной выбирают с большим расходом. Принимается форма поперечного сечения воздуховодов – круглая, прямоугольная или квадратная. Потери давления на участках зависят от скорости воздуха и состоят из: потерь на трение и в местных сопротивлениях. Общие потери давления системы вентиляции равны потерям магистрали и состоят из суммы потерь всех ее расчетных участков. Выбирают направление расчета – от самого дальнего участка до вентилятора.

По площади F определяют диаметр D (для круглой формы) или высоту A и ширину B (для прямоугольной) воздуховода, м. Полученные величины округляют до ближайшего большего стандартного размера, т.е. D ст , А ст и В ст (справочная величина).

Пересчитывают фактические площадь сечения F факт и скорость v факт .

Для прямоугольного воздуховода определяют т.н. эквивалентный диаметр DL = (2A ст * B ст ) / (A ст + B ст ), м.

Определяют величину критерия подобия Рейнольдса Re = 64100* D ст * v факт. Для прямоугольной формы D L = D ст .

Коэффициент трения λ тр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λ тр = 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000.

Коэффициент местного сопротивления λм зависит от их типа, количества и выбирается из справочников.

Сопротивление прохождению воздуха в вентиляционной системе, в основном, определяется скоростью движения воздуха в этой системе. С увеличением скорости возрастает и сопротивление. Это явление называется потерей давления. Статическое давление, создаваемое вентилятором, обуславливает движение воздуха в вентиляционной системе, имеющей определенное сопротивление. Чем выше сопротивление такой системы, тем меньше расход воздуха, перемещаемый или . Расчет потерь на трение для воздуха в воздуховодах, а также сопротивление сетевого оборудования (фильтр, шумоглушитель, нагреватель, клапан и др.) может быть произведен с помощью соответствующих таблиц и диаграмм, указанных в каталоге. Общее падение давления можно рассчитать, просуммировав показатели сопротивления всех элементов вентиляционной системы.

Определение потерь давления в воздуховодах.

Определение потерь давления в обратном клапане.

Подбор необходимого вентилятора.

Определение потерь давления в шумоглушителях.

Определение потерь давления на изгибах воздухуводов.

Определение потерь давления в диффузорах.

Основой проектирования любых инженерных сетей является расчет. Для того чтобы правильно сконструировать сеть приточных или вытяжных воздуховодов, необходимо знать параметры воздушного потока. В частности, требуется рассчитать скорость потока и потери давления в канале для правильного подбора мощности вентилятора.

В этом расчете немаловажную роль играет такой параметр, как динамическое давление на стенки воздуховода.

Поведение среды внутри воздухопровода

Вентилятор, создающий воздушный поток в приточном или вытяжном воздуховоде, сообщает этому потоку потенциальную энергию. В процессе движения в ограниченном пространстве трубы потенциальная энергия воздуха частично переходит в кинетическую. Этот процесс происходит в результате воздействия потока на стенки канала и называется динамическим давлением.

Кроме него существует и статическое давление, это воздействие молекул воздуха друг на друга в потоке, оно отражает его потенциальную энергию. Кинетическую энергию потока отражает показатель динамического воздействия, именно поэтому данный параметр участвует в расчетах .

При постоянном расходе воздуха сумма этих двух параметров постоянна и называется полным давлением. Оно может выражаться в абсолютных и относительных единицах. Точкой отсчета для абсолютного давления является полный вакуум, в то время как относительное считается начиная от атмосферного, то есть разница между ними — 1 Атм. Как правило, при расчете всех трубопроводов используется величина относительного (избыточного) воздействия.

Вернуться к оглавлению

Физический смысл параметра

Если рассмотреть прямые отрезки воздуховодов, сечения которых уменьшаются при постоянном расходе воздуха, то будет наблюдаться увеличение скорости потока. При этом динамическое давление в воздуховодах будет расти, а статическое — снижаться, величина полного воздействия останется неизменной. Соответственно, для прохождения потока через такое сужение (конфузор) ему следует изначально сообщить необходимое количество энергии, в противном случае может уменьшиться расход, что недопустимо. Рассчитав величину динамического воздействия, можно узнать количество потерь в этом конфузоре и правильно подобрать мощность вентиляционной установки.

Обратный процесс произойдет в случае увеличения сечения канала при постоянном расходе (диффузор). Скорость и динамическое воздействие начнут уменьшаться, кинетическая энергия потока перейдет в потенциальную. Если напор, развиваемый вентилятором, слишком велик, расход на участке и во всей системе может вырасти.

В зависимости от сложности схемы, вентиляционные системы имеют множество поворотов, тройников, сужений, клапанов и прочих элементов, называемых местными сопротивлениями. Динамическое воздействие в этих элементах возрастает в зависимости от угла атаки потока на внутреннюю стенку трубы. Некоторые детали систем вызывают значительное увеличение этого параметра, например, противопожарные клапаны, в которых на пути потока установлены одна или несколько заслонок. Это создает повышенное сопротивление потоку на участке, которое необходимо учитывать в расчете. Поэтому во всех вышеперечисленных случаях нужно знать величину динамического давления в канале.

Вернуться к оглавлению

Расчеты параметра по формулам

На прямом участке скорость движения воздуха в воздуховоде неизменна, постоянной остается и величина динамического воздействия. Последняя рассчитывается по формуле:

Рд = v2γ / 2g

В этой формуле:

Рд — динамическое давление в кгс/м2;
V — скорость движения воздуха в м/с;
γ — удельная масса воздуха на этом участке, кг/м3;
g — ускорение силы тяжести, равное 9.81 м/с2.

Получить значение динамического давления можно и в других единицах, в Паскалях. Для этого существует другая разновидность этой формулы:

Рд = ρ(v2 / 2)

Здесь ρ — плотность воздуха, кг/м3. Поскольку в вентиляционных системах нет условий для сжатия воздушной среды до такой степени, чтобы изменилась ее плотность, она принимается постоянной — 1.2 кг/м3.

Далее, следует рассмотреть, как участвует величина динамического воздействия в расчете каналов. Смысл этого расчета — определить потери во всей системе приточной либо вытяжной вентиляции для подбора напора вентилятора, его конструкции и мощности двигателя. Расчет потерь происходит в два этапа: сначала определяются потери на трение о стенки канала, потом высчитывается падение мощности воздушного потока в местных сопротивлениях. Параметр динамического давления участвует в расчете на обоих этапах.

Сопротивление трению на 1 м круглого канала рассчитывается по формуле:

R = (λ / d) Рд, где:

Рд — динамическое давление в кгс/м2 или Па;
λ — коэффициент сопротивления трению;
d — диаметр воздуховода в метрах.

Потери на трение определяются отдельно для каждого участка с различными диаметрами и расходами. Полученное значение R умножают на общую длину каналов расчетного диаметра, прибавляют потери на местных сопротивлениях и получают общее значение для всей системы:

HB = ∑(Rl + Z)

Здесь параметры:

HB (кгс/м2) — общие потери в вентиляционной системе.
R — потери на трение на 1 м канала круглого сечения.
l (м) — длина участка.
Z (кгс/м2) — потери в местных сопротивлениях (отводах, крестовинах, клапанах и так далее).

Вернуться к оглавлению

Определение параметров местных сопротивлений вентиляционной системы

В определении параметра Z также принимает участие величина динамического воздействия. Разница с прямым участком заключается в том, что в разных элементах системы поток меняет свое направление, разветвляется, сходится. При этом среда взаимодействует с внутренними стенками канала не по касательной, а под разными углами. Чтобы это учесть, в расчетную формулу можно ввести тригонометрическую функцию, но тут есть масса сложностей. Например, при прохождении простого отвода 90⁰ воздух поворачивает и нажимает на внутреннюю стенку как минимум под тремя разными углами (зависит от конструкции отвода). В системе воздуховодов присутствует масса более сложных элементов, как рассчитать потери в них? Для этого существует формула:

Z = ∑ξ Рд.

Для того чтобы упростить процесс расчета, в формулу введен безразмерный коэффициент местного сопротивления. Для каждого элемента вентиляционной системы он разный и является справочной величиной. Значения коэффициентов были получены расчетами либо опытным путем. Многие заводы-производители, выпускающие вентиляционное оборудование, проводят собственные аэродинамические исследования и расчеты изделий. Их результаты, в том числе и коэффициент местного сопротивления элемента (например, противопожарного клапана), вносят в паспорт изделия или размещают в технической документации на своем сайте.

Для упрощения процесса вычисления потерь вентиляционных воздуховодов все значения динамического воздействия для разных скоростей также просчитаны и сведены в таблицы, из которых их можно просто выбирать и вставлять в формулы. В Таблице 1 приведены некоторые значения при самых применяемых на практике скоростях движения воздуха в воздуховодах.