Аэродинамический расчет систем вентиляции

Этапы

Подбор оптимальной по мощности и стоимости системы воздухообмена проходит пошагово. Порядок проектирования очень важен, так как от его соблюдения зависит эффективность работы конечного продукта:

• Определение типа вентсистемы. Проектировщик анализирует исходные данные. Если требуется проветрить небольшое жилое помещение, то выбор падает на приточно-вытяжную систему с естественным побуждением. Этого будет достаточно, когда расход воздуха небольшой, вредных примесей нет. Если требуется рассчитать большой венткомплекс для завода или общественного здания, то предпочтение отдаётся механической вентиляции с функцией подогрева/охлаждения приточки, а если понадобится, то и с расчётом по вредностям.
• Анализ выбросов. Сюда входит: тепловая энергия от осветительных приборов и станков; испарения от станков; выбросы (газы, химикаты, тяжёлые металлы).
• Расчет воздухообмена. Задача систем вентилирования – удаление из помещения избытков тепла, влаги, примесей с равновесной или чуть отличающейся подачей свежего воздуха. Для этого определяется кратность воздухообмена, согласно которой подбирается оборудование.
• Подбор оборудования. Производится по полученным параметрам: требуемый объем воздуха на приточку/вытяжку; температура и влажность внутри помещения; наличие вредных выбросов, подбираются вентустановки или готовые мультикомплексы. Самый важный из параметров – объём воздуха, необходимый для поддержания проектной кратности. Фильтры, калориферы, рекуператоры, кондиционеры и гидравлические насосы идут как дополнительные устройства сети, обеспечивающие качество воздуха.

Расчёт выбросов

Объём воздухообмена и интенсивность работы системы зависят от двух этих параметров:

• Нормы, требования и рекомендации, прописанные в СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», а также другой, более узкоспециализированной нормативной документации.
• Фактические выбросы. Рассчитываются по специальным формулам для каждого источника, и приведены в таблице:

Тепловыделения, Дж
Двигатель электрический		N – мощность двигателя по номиналу, Вт; K1 – загрузочный коэффициент 0,7-0,9 k2η — коэффициент работы в одно время 0,5-1.
Приборы освещения
Человек		n – расчётное число людей для этого помещения; q – количество теплоты, которое выделяет организм одного человека. Зависит от температуры воздуха и интенсивности работы.
Поверхность бассейна		V – скорость движение воздуха над водной поверхностью, м/с;F – площадь водного зеркала, м2
Влаговыделение, кг/ч
Водная поверхность, например бассейн		Р — коэффициент массоотдачи; F-площадь поверхности испарения, м2; Рн1, Рн2 — парциальные давления насыщенного водяного пара при определенной температуре воды и воздуха в помещении, Па; РБ – давление барометрическое. Па.
Мокрый пол		F — площадь мокрой поверхности пола, м2;tс, tм – температуры воздушных масс, замеренные по сухому/мокрому термометру,С.

Используя данные, полученные в результате вычисления вредных выделений, проектировщик продолжает рассчитывать параметры вентиляционной системы.

Вычисление воздухообмена

Специалисты используют две основные схемы:

• По укрупненным показателям. В данной методике не предусматриваются вредные выбросы, такие как тепло и вода. Условно назовем его «Способ №1».
• Метод с учётом избытков тепла и влаги. Условное название «Способ №2».

Способ №1

Единица измерения — м³/ч (кубические метры в час). Применяют две упрощенные формулы:

L=K ×V(м³/ч); L=Z ×n (м³/ч), где

K – кратность воздухообмена. Отношение объёма приточки за одни час, к общему воздуху в помещении, крат в час; V – объём помещения, м³; Z – значение удельного обмена воздуха за единицу верчения, n – количество единиц измерения.

Подбор вентрешёток осуществляется по специальной таблице. При подборе также учитывается средняя скорость прохождение потока воздуха по каналу.

Способ №2

При расчёте учитывается ассимиляция тепла и влаги. Если в производственном или общественном здании избыток тепла, то используется формула:

Когда технологический процесс предполагает выделение большого объема влаги, то используется другая формула:

Существует несколько случаев, более подробно описанных в нормативной документации, когда требуемые воздухообмен определяется по кратности:

L=k×V, где

k – кратность смены воздуха в помещении, раз в час; V — объём помещения, м³.

Расчёт сечения

Площадь поперечного сечения воздуховода измеряется в м². Её можно посчитать по формуле:

где v – скорость воздушных масс внутри канала, м/с.

Различается для основных воздуховодов 6-12 м/с и боковых придатков не более 8 м/с. Квадратура влияет на пропускную способность канала, нагрузку на него, а также уровень шума и способ монтажа.

Расчёт потерь давления

Стенки воздуховода не гладкие, и внутренняя полость не заполнена вакуумом, поэтому часть энергии воздушных масс при движении теряется на преодоления этих сопротивлений. Величина потери рассчитывается по формуле:

где ג – сопротивление трению, определяется, как:

Формулы, приведенные выше, являются правильными для каналов круглого сечения. Если воздуховод квадратный или прямоугольный, то существует формула приведения к эквиваленту диаметра:

где a,b – размеры сторон канала, м.

Мощность напора и двигателя

Напор воздуха от лопастей H должен полностью компенсировать потери давления P, при этом создавая расчётное динамическое P_д на выходе.

H = P + P_д.

Мощность электрического двигателя вентилятора:

Подбор калорифера

Часто отопление интегрируется в систему вентиляции. Для этого используются калориферы, разные виды рекуператоров, а также метод рециркуляции. Выбор устройства осуществляется по двум параметрам:

• Q_в – предельный расход тепловой энергии, Вт/ч;
• F_k – определение поверхности нагрева для калорифера.

Расчёт гравитационного давления

Применяется только для естественной системы вентилирования. С его помощью определяется её производительность без механического побуждения.

Подбор оборудования

По полученным данным о воздухообмене, форме и размере сечение воздуховодов и решёток, количестве энергии для обогрева подбирается основное оборудование, а также фитинги, дефлектор, переходники и другие сопутствующие детали. Вентиляторы подбираются с запасом мощности под пиковые периоды работы, воздуховоды с учетом агрессивности среды и объёмов вентилирования, а калориферы и рекуператоры — исходя из тепловых запросов системы.

Ошибки при проектировании

На этапе создания проекта нередко встречаются ошибки и недоработки. Это может быть превышенный шумовой фон, обратная или недостаточная тяга, задувание (верхние этажи многоэтажных жилых домов) и другие проблемы. Часть из них можно решить и после завершения монтажа, с помощью дополнительных установок.

Яркий пример низкоквалифицированного расчета — недостаточная тяга на вытяжке из производственного помещения без особо вредных выбросов. Допустим, вентканал заканчивается круглой шахтой, возвышающейся над крышей на 2 000 – 2 500 мм. Поднимать её выше не всегда возможно и целесообразно, и в подобных случаях используется принцип факельного выброса. В верхней части круглой вентшахты устанавливается наконечник с меньшим диаметром рабочего отверстия. Создаётся искусственное сужение сечения, которое влияет на скорость выброса газа в атмосферу — она многократно увеличивается.

Методика расчёта вентиляции позволяет получить качественную внутреннюю среду, правильно оценив негативные факторы, её ухудшающие. В компании «Мега.ру» работают профессиональные проектировщики инженерных систем любой сложности. Мы оказываем услуги на территории Москвы и соседних областей. Также компания успешно занимается удалённым сотрудничеством. Все способы связи указаны на странице «Контакты», обращайтесь.

Не всегда есть возможность пригласить специалиста для проектирования системы инженерных сетей. Что делать если во время ремонта или строительства вашего объекта потребовался расчет воздуховодов вентиляции? Можно ли его произвести своими силами?

Расчет вентиляции и воздуховодов  позволит составить эффективную систему, которая будет обеспечивать бесперебойную работу агрегатов, вентиляторов и приточных установок. Если все подсчитано правильно, то это позволит уменьшить траты на закупку материалов и оборудования,а в последствии и  на дальнейшее обслуживание системы.

Расчет воздуховодов системы вентиляции для помещений можно проводить разными методами. Например, такими:

• постоянной потери давления;
• допустимых скоростей.

Оба они точны и позволяют рассчитать систему воздуховодов с нужными характеристиками производительности и шума. Выбор конкретного способа зависит от предпочтений проектировщика.

Содержание

Типы и виды воздуховодов

Перед расчетом сетей нужно определить из чего они будут изготовлены. Сейчас применяются изделия из стали, пластика, ткани, алюминиевой фольги и др. Часто воздуховоды изготовляют из оцинкованной или нержавеющей стали, это можно организовать даже в небольшом цеху. Такие изделия удобно монтировать и расчет такой вентиляции не вызывает проблем.

Кроме этого, воздуховоды могут различаться по внешнему виду. Они могут быть квадратного, прямоугольного и овального сечения. Каждый тип обладает своими достоинствами.

• Прямоугольные позволяют сделать системы вентиляции небольшой высоты или ширины, при этом сохраняется нужная площади сечения.
• В круглых системах меньше материала,
• Овальные совмещают плюсы и минусы других видов.

Для примера расчета вентиляции выберем круглые трубы из жести. Это изделия, которые используют для вентиляции жилья, офисных и торговых площадей. Расчет будем проводить одним из методов, который позволяет точно подобрать сеть воздуховодов и найти ее характеристики.

Способ расчета воздуховодов методом постоянных скоростей

Расчет воздуховодов вентиляции нужно начинать с плана помещений.

Используя все нормы определяют нужное количество воздуха в каждую зону и рисуют схему разводки. На ней показываются все решетки, диффузоры, изменения сечения и отводы. Расчет производится для самой удаленной точки системы вентиляции, поделенной на участки, ограниченные ответвлениями или решетками.

Схема разводки системы вентиляции.

Расчет воздуховода для монтажа системы вентиляции заключается в выборе нужного сечения по всей длине, а так же нахождение потери давления для подбора вентилятора или приточной установки. Исходными данными являются значения количества проходящего воздуха в сети вентиляции. Используя схему, проведём расчет диаметра воздуховода. Для этого понадобится график потери давления. Для каждого типа воздуховодов график разный. Обычно, производители предоставляют такую информацию для своих изделий, либо можно найти ее в справочниках. Рассчитаем круглые жестяные воздуховоды, график для которых показан на нашем  рисунке.

Номограмма для выбора размеров

По выбранному методу задаемся скоростью воздуха каждого участка. Она должна быть в пределах норм для зданий и помещений выбранного назначения. Для магистральных воздуховодов приточной и вытяжной вентиляции рекомендуются такие значения:

• жилые помещения – 3,5–5,0 м/с;
• производство – 6,0–11,0 м/с;
• офисы – 3,5–6,0 м/с.

Для ответвлений:

• офисы – 3,0–6,5 м/с;
• жилые помещения – 3,0–5,0 м/с;
• производство – 4,0–9,0 м/с.

Когда скорость превышает допустимую, уровень шума повышается до некомфортного для человека уровня.

После определения скорости (в примере 4,0 м/с) находим нужное сечение воздуховодов по графику. Там же есть потери давления на 1 м сети, которые понадобятся для расчета. Общие потери давления в Паскалях находим произведением удельного значения на длину участка:

Руч=Руч·Руч.

Элементы сети и местные сопротивления

Имеют значение и потери на элементах сети (решетки, диффузоры, тройники, повороты, изменение сечения и т. д.). Для решеток и некоторых элементов эти значения указаны в документации. Их можно рассчитать и произведением коэффициента местного сопротивления (к. м. с.) на динамическое давление в нем:

Рм. с.=ζ·Рд.

Где Рд=V2·ρ/2 (ρ – плотность воздуха).

К. м. с. определяют из справочников и заводских характеристик изделий. Все виды потерь давлений суммируем для каждого участка и для всей сети. Для удобства это сделаем табличным методом.

Расчетная таблица.

Сумма всех давлений будет приемлимой для этой сети воздуховодов, а потери на ответвлениях должны быть в пределах 10% от полного располагаемого давления. Если разница больше, необходимо на отводах смонтировать заслонки или диафрагмы. Для этого производим расчет нужного к. м. с. по формуле:

ζ= 2Ризб/V2,

где Ризб – разница располагаемого давления и потерь на ответвлении. По таблице выбираем диаметр диафрагмы.

Нужный диаметр диафрагмы для воздуховодов.

Правильный расчет воздуховодов вентиляции позволит подобрать нужный вентилятор выбрав у производителей по своим критериям. Используя найденное располагаемое давление и общий расход воздуха в сети, это будет сделать несложно.

Вентиляция служит для поддержания достаточного количества свежего чистого воздуха вВ помещении иВ для удаления отработанного загрязненного воздуха изВ помещения. Кроме того, вентиляция обеспечивает движение воздуха вВ помещении, что способствует устранению лишней влаги, сырости, застойного воздуха иВ накопившихся запахов. Для того, чтобы подобрать все необходимые комплектующие, требуется произвести расчёт системы вентиляции.

Расчёт приточной вентиляции

Расчёт приточной вентиляции выполняется для каждого изВ помещений вВ отдельности. Алгоритм расчёта зависит отВ назначения помещения. Так, для офисных помещений, фойе иВ переговорных будут применены различные зависимости.

ВВ первую очередь, выполняя расчёт приточной вентиляции, следует обратиться кВ нормативным документамВ — сводам правил (СП) для рассматриваемого типа объекта:

• СПВ 44.13330.2011В — Административные иВ бытовые здания
• СПВ 54.13330.2016В — Здания жилые многоквартирные
• СПВ 56.13330.2011В — Производственные здания
• СПВ 57.13330.2011В — Складские здания
• СПВ 113.13330.2016В — Стоянки автомобилей
• СПВ 118.13330.2012*В — Общественные здания иВ сооружения
• СПВ 278.1325800.2016В — Здания образовательных организаций высшего образования

ВВ сводах правил приведены таблицы кратностей воздухообмена для различных помещений. Например, согласноВ п.В 7.31В СП 118.13330.2012 кратность воздухообмена вВ магазине должна быть неВ менее 1. Напомним, что кратность воздухообмена показывает, сколько раз воздух вВ помещении должен смениться заВ один час. Следовательно, чтобы провести расчёт приточной вентиляции нужно определить объём помещения магазина.

Предположим, площадь магазина составляет 50В м², высота потолков 3В метра. Тогда объем помещения составит 150 м³, аВ требуемый расход приточного воздуха будет равен 150·1=150 м³/ч.

Для других типов объектов вВ нормах может быть указана неВ кратность воздухообмена, аВ расход воздуха, приходящийся наВ одного человека. Так, согласно таблице 7.3В СП 118.13330.2012В в зрительных залах кинотеатров расход воздуха наВ одного зрителя должен быть неВ менее 20В м³/ч. ВВ этом случае расчёт приточной вентиляции будет заключаться вВ подсчёте числа зрителей иВ умножении полученного значения наВ 20В м³/ч. Для зрительного зала вместимостью 300 человек получим: 300·20 = 6000 м³/ч.

Расчёт вытяжной вентиляции

Расчёт вытяжной вентиляции также ведётся сВ учетом требований сводов правил, список которых приведён выше. Например, однократный воздухообмен вВ магазине будет означать, что производительность вытяжной системы также должна составлять 1В объём помещения вВ час (150 м³/ч для рассмотренного магазина).

Однако при расчёте вытяжной вентиляции есть одна особенность. ВВ «чистых» помещениях (офисы, кабинеты, переговорные, жилые комнаты иВ другие помещения сВ постоянным пребыванием человека) рекомендуется, чтобы расход вытяжного воздуха был наВ <nobr>10-30 %</nobr> меньше расхода приточного воздуха. Это делается для того, чтобы «лишний» воздух уходил вВ смежные помещенияВ — вВ коридоры иВ технические помещения. Тем самым обеспечивается защита отВ перетекания запахов изВ смежных помещений иВ жилые иВ офисные зоны.

Кроме того, наВ любом объекте есть помещения, где предусматривается только вытяжкаВ — санузлы, душевые, технические помещения, гардеробы иВ другие. Как правило, нормы предписывают устраивать для них отдельные вытяжные системы. При этом расчёт вытяжных систем ведётся исходя изВ следующих цифр:

• Вытяжка отВ одного унитаза: 50В м³/ч
• Вытяжка отВ одной раковины: 25В м³/ч
• Вытяжка отВ одной душевой кабинки: 75В м³/ч
• Вытяжка изВ технических помещений: 1В крат.

Расчёт приточно-вытяжной вентиляции

Расчёт приточно-вытяжной вентиляции сводится кВ расчёту приточной иВ вытяжной систем вентиляции поВ отдельности. Далее, функцию двух систем может выполнять один агрегатВ — приточно-вытяжная установка.

Приточно-вытяжные установки обычно применяют для общеобменных систем вентиляции. Учитывая преобладание притока над вытяжкой, оВ котором говорилось выше, вВ таких установках расход приточного воздуха больше, чем вытяжного. Кроме того, аэродинамическое сопротивление приточной системы всегда выше, чем вытяжной ввиду наличия секций фильтрации, нагрева, аВ иногда иВ охлаждения. Поэтому вытяжные вентиляторы, как правило, предусматриваются меньшей мощности, нежели приточные.

Наконец, выполняя расчёт приточно-вытяжной вентиляции, можно сэкономить, предусмотрев рекуператор тепла. Это устройство, которое передаёт тепло отВ вытяжного воздуха приточному. ВВ зимнее время рекуператор способен достаточно сильно прогреть приточный воздух заВ счёт вытяжногоВ и, как следствие, существенно снизить мощность нагревателя.

Например, вВ приточной системе вентиляции требуется нагреть 1000 м³/ч воздуха с ‑26°С доВ +20°С.В Мощность нагревателя составит 0,335·1000·(20-(-26)) = 15,3В кВт.

Предположим, вВ рекуператоре удалось нагреть приточный воздух доВ температуры +7°С.В Тогда нагревателю останется лишь догреть его доВ искомых +20°С.В Мощность такого нагревателя составит 0,335·1000·(20-7)=4,3В кВт. Таким образом, применение рекуператора позволило понизить энергозатраты системы наВ 11В кВт или наВ 72%.

Расчёт естественной вентиляции

Суть естественной вентиляцииВ — обеспечение естественного воздухообмена вВ помещении. Приточная естественная вентиляция обычно представляет собой открытые окна. Естественная вытяжная вентиляцияВ — это шахта, которая поднимается наВ определенную высоту. Чем вышеВ — тем сильнее тяга, иВ тем интенсивнее будет работать естественная вентиляция вВ целом.

Естественная вентиляция.В 1В — вытяжная решетка, 2В — открытое окно, 3В — вытяжная шахта.

Расчёт естественной вентиляции позволяет определить сечение вытяжной шахтыВ и, при необходимости, высоту подъёма этой шахты. ВВ ходе расчёта определяется располагаемое гравитационное давление (тяга), подбирается сечение, рассчитываются аэродинамические потери иВ проверяется условие, чтобы потери неВ превышали тягу.

Располагаемое гравитационное давление определяется поВ формуле:

О”Р_Г=g·h·(ПЃ_Н-ПЃ_В),

где gВ — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²); hВ — высота шахты (м); ПЃ_НВ — плотность наружного воздуха (принимается для +5°С равной 1,27 кг/м³); ПЃ_ВВ — плотность внутреннего воздуха (принимается для +18°С равной 1,21 кг/м³).

Площадь сечения шахты рассчитывается исходя требуемого расхода иВ скорости воздуха. Скорость воздуха задаётся самостоятельно, рекомендуется принимать неВ более 1,5 м/с, желательноВ — 1 м/с.

S = LВ / (3600·v),

где LВ — расход воздуха (м³/ч), vВ — скорость воздуха (м/с).

ПоВ полученной площади сечения шахты определяется длинаВ А иВ ширинаВ В сечения (так, чтобы A·B ≈S) для прямоугольных шахт или диаметр круглых шахт (D=корень(4·S/p)).

Далее определяется аэродинамическое сопротивление шахты О”Р_Ш, включая сопротивление вытяжной решетки вВ помещении иВ дефлектора наВ улице. Оно должно быть как минимум наВ 10% меньше располагаемого гравитационного давления О”Р_Г:

О”Р_à ≥ 1,1·О”Р_Ш.

Если это условие неВ выполняется, следует принять меньшую скорость движения воздуха вВ шахте (это позволит снизить О”Р_Ш) или увеличить высоту шахты (это позволит увеличить О”Р_Г).

Расчёт воздуховодов вентиляции

Расчёт воздуховодов вентиляции сводится кВ определению сечения воздуховодовВ — сторон прямоугольных воздуховодов или диаметра круглых. Расчёт сечения вентиляции ведётся поВ формуле:

S = LВ / (3600·v),

где LВ — расход воздуха (м³/ч), vВ — скорость воздуха (м/с). Скорость воздуха вВ системах принудительной вентиляции принимается:

• ДоВ 15 м/с вВ системах противодымной вентиляции
• ДоВ 6 м/с вВ магистральных воздуховодах общеобменной вентиляции
• ДоВ 4 м/с вВ ответвлениях отВ магистральных воздуховодов общеобменной вентиляции.

Далее для прямоугольных воздуховодов подбираются такие размеры проходного сеченияВ А иВ В, чтобы А·В≈S. Кроме того, АВ иВ В должны быть кратны 50В миллиметрам. Например, для S=0,07 м² можно предложить А=350мм иВ В=200 мм или А=300 мм иВ В=250 мм.

Для круглых воздуховодов выполняется расчёт диаметра вентиляции D: D=корень(4·S/p).

Далее принимается ближайший больший диаметр воздуховода изВ ряда стандартных диаметров: 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 650, 800, 1000В миллиметров.

Например, для тойВ же площади сечения S = 0,07 м² получим D ≈ 300 мм. Ближайший больший круглый воздуховод имеет диаметр 315 миллиметровВ — именно его иВ следует принять.

Пример расчёта вентиляции

ВВ качестве примера рассмотрим небольшой офис компании, включающий ресепшен (2В рабочих места) иВ три кабинета (4, 6В иВ 8В рабочих мест иВ поВ 2В места для посетителей вВ каждом изВ них). Напомним, что наВ каждое постоянное рабочее место требуется 60В м³/ч, наВ каждого посетителяВ — 20В м³/ч. Расход приточного воздуха для такого объекта составит:

• Для ресепшенаВ — 2·60 = 120 м³/ч
• Для кабинета 1В — 4·60+2·20 = 280 м³/ч
• Для кабинета 2В — 6·60+2·20 = 400 м³/ч
• Для кабинета 3В — 8·60+2·20 = 520 м³/ч

Общий расход приточного воздуха составит 120+280+400+520 = 1320 м³/ч.

Примем скорость воздуха v = 4В м/с. Получим площадь сечения S = 1320/(3600·4) = 0,092 м². Примерно такую площадь сечения имеет круглый воздуховод диаметром 400 мм. НоВ такой диаметр считается слишком большим, рекомендуется применять прямоугольные воздуховоды.

Среди прямоугольных воздуховодов можно предложить, например, 400Г—250В ммВ — именно такого типоразмера далее следует подбирать вентилятор, шумоглушители, воздухонагреватель, фильтр иВ другие элементы приточной системы вентиляции.

Кстати, рассчитаем мощность воздухонагревателя для данной системы (нагрев с в€’26°С доВ +18°С):

Q_Н = 0,335·1320·(18-(-26)) = 19,4В кВт.

Заключение

Расчёт вентиляции следует выполнять вВ соответствии сВ требованиями Сводов Правил иВ иных нормативных документов РФ. ВВ ходе расчёта определяется производительность систем, сечение воздуховодов, подбираются все элементы, входящие вВ состав той или иной системы.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир климата»

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.

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

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

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.

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.

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

=

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

d_экв=

-коэффициент сопротивления трения.

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

Re=d_экв

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

Значение

для значенийReв интервале 1058 (развитое турбулентное значение) определяется по формуле Никурадзе:

.-3.Re-0,231

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

Таблица 3
W, м/с	F, м2	dэкв М	W2/2, Н	Re		, Па
1	15	0.8	0,77	1,0	76,5	0,015	1,5
2	25	0,87	0,88	1,75	212,5	0,013	5,5
3	21,7	1,0	0,60	3,0	160,1	0,014	11,2
4	28,9	0,75	0,60	1,75	283,9	0,0135	11,2

5.3. «Местные» потери — под этим термином понимают потери энергии в тех местах, где поток воздуха внезапно расширяется или суживается, претерпевает повороты и т.д. В проектируемой печи таких мест достаточно много — калориферы, повороты каналов, расширения или сужения каналов и др. Эти потери вычисляются также, как доля динамического напора p=W2умножая его на так называемый «коэффициент местного сопротивления»:

Сумма 29.4Па

=/2

Коэффициент местного сопротивления определяется но таблицам /1/ и /5/ в зависимости от типа местного сопротивления, и габаритных характеристик. Например, в данной печи местное сопротивление типа внезапного сужения имеет место в канале 1-2 (см. рис.7). Соотношение сечений (узкого к широкому).По приложению /1 / находим =0,25

= 160Па,

№	W, м/с		Па	Прим.
43,4	0,125	160	Нах. по табл
1-1	25	1,5	318	~
2-3	25	О,1	21,3	~
3	Диафрагмы в	35,8	3,6	601	~
3-4	21,7	0,28	44,8	~
4-1	28,9	0,85	241	~
4-1	28,9	0,09	25,5	~

Сумма=1411,6 Па

=30 + 1410 =1440 Па

Для производительности 3/с и необходимого напора Н>1440

Па.. Получаем: n=550об/мин;N_уст25 кВт.

Этап второй

Здесь рассчитываются аэродинамические показатели сопротивления. После выбора стандартных сечений воздуховодов уточняется величина скорости воздушного потока в системе.

Следующим шагом является определение удельных потерь давления на трение исходя из табличных данных или номограмм. В ряде случаев может пригодиться калькулятор для определения показателей на основе формулы, позволяющей произвести расчёт с погрешностью в 0,5 процента. Для вычисления общего значения показателя, характеризующего потери давления на всём участке, нужно его удельный показатель умножить на длину. На этом этапе также следует учитывать поправочный коэффициент на шероховатость. Он зависит от величины абсолютной шероховатости того или иного материала воздуховода, а также скорости.

Здесь определяют показатель, характеризующий динамическое давление на каждом участке исходя из значений:

• скорости воздушного потока в системе;
• плотности воздушной массы в стандартных условиях, которая составляет 1,2 кг/м3.

Их можно рассчитать исходя из коэффициентов местного сопротивления. Полученные значения сводят в табличной форме, в которую включаются данные всех участков, причём не только прямые отрезки, но и по несколько фасонных частей. Название каждого элемента заносится в таблицу, там же указываются соответствующие значения и характеристики, по которым определяется коэффициент местного сопротивления. Эти показатели можно найти в соответствующих справочных материалах по подбору оборудования для вентиляционных установок.

При наличии большого количества элементов в системе или при отсутствии определённых значений коэффициентов используется программа, которая позволяет быстро осуществить громоздкие операции и оптимизировать расчёт в целом. Общая величина сопротивления определяется как сумма коэффициентов всех элементов отрезка.

Рассчитав итоговую суммарную величину показателя, переходят к вычислению потерь давления на анализируемых участках. После расчёта всех отрезков основной линии полученные числа суммируют и определяют общее значение сопротивления вентиляционной системы.

Расчет воздуховодов приточных и вытяжных систем механической и естественной вентиляции

При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления: и полное.

определяет потенциальную энергию 1 м3 воздуха в рассматриваемом сечении (р_ст равно давлению на стенки воздуховода).

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Для определения Rсоставлены таблицы и номограммы. Номограммы (рис. 1 и 2) построены для условий: форма сечения воздуховода круг диаметром, давление воздуха 98 кПа (1 ат), температура 20°С, шероховатость= 0,1 мм.

■ по скорости

(6)

(7)

(8)

где

(9)

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.

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 потокаАэродинамический расчет воздуховодов по потерям воздуха делается с целью правильного выбора сечений для обеспечения технических требований системы и выбора мощности вентиляторов. Потери определяются по формуле:

R_yd — значение удельных потерь давления на всех участках воздуховода;

P_gr – гравитационное давление воздуха в вертикальных каналах;

Σ_l – 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:

P_gr – гравитационный напор, Па;

h – высота воздушного столба, м;

ρ_н – плотность воздуха снаружи помещения, кг/м³;

ρ_в – плотность воздуха внутри помещения, кг/м³.

Дальнейшие вычисления для систем естественной вентиляции выполняются по формулам:

Определение поперечного сечения воздуховодов</dt>Определение скорости движения воздушных масс в газоходах</dt>Расчет на потери по местным сопротивлениям системы вентилирования</dt>Определение потери на преодоление трения</dt></dl>Определение скорости воздушного потока в каналах Расчет начинается с наиболее протяженного и удаленного участка системы вентиляции. В результате аэродинамических расчетов воздуховодов должен обеспечиваться требуемый режим вентиляции в помещении.

Площадь поперечного сечения определяется по формуле:

F_P = L_P/V_T.

F_P – площадь сечения воздушного канала;

L_P – фактический расход воздуха на рассчитываемом участке вентиляционной системы;

V_T – 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:

с_ЕНА – 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, м³/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.

Хотите узнать стоимость изделия?

Заполните наш опросный лист

ЗаполнитьИспользуемые источники:

• https://m-e-g-a.ru/ventilyatsiya/poshagovaya-metodika-rascheta-ventilyatsii
• https://rems-info.ru/raschjot-vozdukhovodov-ventilyacii.html
• https://mir-klimata.info/learn/2751/
• https://mr-build.ru/newteplo/aerodinamiceskij-rascet-sistemy-ventilacii.html
• https://plast-product.ru/aerodinamicheskiy-raschet-vozduhovodov/