Расчет сопротивления сети воздуховодов онлайн калькулятор. Определение динамического давления в воздуховоде. Поведение среды внутри воздухопровода

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.

Рекомендуемая скорость движения воздуха в воздуховодах:

Определение скорости движения воздуха в воздуховодах:

V= L / 3600*F (м/сек)

где L - расход воздуха, м 3 /ч;
F - площадь сечения канала, м 2 .

Рекомендация 1.
Потеря давления в системе воздуховодов может быть снижена за счет увеличения сечения воздуховодов, обеспечивающих относительно одинаковую скорость воздуха во всей системе. На изображении мы видим, как можно обеспечить относительно одинаковую скорость воздуха в сети воздуховодов при минимальной потере давления.

Рекомендация 2.
В системах с большой протяженностью воздуховодов и большим количеством вентиляционных решеток целесообразно размещать вентилятор в середине вентиляционной системы. Такое решение обладает несколькими преимуществами. С одной стороны, снижаются потери давления, а с другой стороны, можно использовать воздуховоды меньшего сечения.

Пример расчета вентиляционной системы:
Расчет необходимо начать с составления эскиза системы с указанием мест расположения воздуховодов, вентиляционных решеток, вентиляторов, а также длин участков воздуховодов между тройниками, затем определить расход воздуха на каждом участке сети.

Выясним потери давления для участков 1-6, воспользовавшись графиком потери давления в круглых воздуховодах, определим необходимые диаметры воздуховодов и потерю давления в них при условии, что необходимо обеспечить допустимую скорость движения воздуха.

Участок 1: расход воздуха будет составлять 220 м 3 /ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 200 мм, скорость - 1,95 м/с, потеря давления составит 0,2 Па/м х 15 м = 3 Па (см. диаграмму определение потерь давления в воздуховодах).

Участок 2: повторим те же расчеты, не забыв, что расход воздуха через этот участок уже будет составлять 220+350=570 м 3 /ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 250 мм, скорость - 3,23 м/с. Потеря давления составит 0,9 Па/м х 20 м = 18 Па.

Участок 3: расход воздуха через этот участок будет составлять 1070 м 3 /ч.
Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость 3,82 м/с. Потеря давления составит 1,1 Па/м х 20= 22 Па.

Участок 4: расход воздуха через этот участок будет составлять 1570 м 3 /ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость - 5,6 м/с. Потеря давления составит 2,3 Па х 20 = 46 Па.

Участок 5: расход воздуха через этот участок будет составлять 1570 м 3 /ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость 5,6 м/с. Потеря давления составит 2,3 Па/м х 1= 2,3 Па.

Участок 6: расход воздуха через этот участок будет составлять 1570 м 3 /ч. Принимаем диаметр воздуховода равным 315 мм, скорость 5,6 м/с. Потеря давления составит 2,3 Па х 10 = 23 Па. Суммарная потеря давления в воздуховодах будет составлять 114,3 Па.

Когда расчет последнего участка завершен, необходимо определить потери давления в сетевых элементах: в шумоглушителе СР 315/900 (16 Па) и в обратном клапане КОМ 315 (22 Па). Также определим потерю давления в отводах к решеткам (сопротивление 4-х отводов в сумме будут составлять 8 Па).

Определение потерь давления на изгибах воздуховодов

График позволяет определить потери давления в отводе, исходя из величины угла изгиба, диаметра и расхода воздуха.

Пример. Определим потерю давления для отвода 90° диаметром 250 мм при расходе воздуха 500 м3/ч. Для этого найдем пересечение вертикальной линии, соответствующей нашему расходу воздуха, с наклонной чертой, характеризующей диаметр 250 мм, и на вертикальной черте слева для отвода в 90° находим величину потери давления, которая составляет 2Па.

Принимаем к установке потолочные диффузоры серии ПФ, сопротивление которых, согласно графику, будет составлять 26 Па.

Теперь просуммируем все величины потери давления для прямых участков воздуховодов, сетевых элементов, отводов и решеток. Искомая величина 186,3 Па.

Мы рассчитали систему и определили, что нам нужен вентилятор, удаляющий 1570 м3/ч воздуха при сопротивлении сети 186,3 Па. Учитывая требуемые для работы системы характеристики нас устроит вентилятор требуемые для работы системы характеристики нас устроит вентилятор ВЕНТС ВКМС 315.

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.

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:

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
				F 0 /F 1	L 0 /L ст	f прох /f ств
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:

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:

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

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.

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

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 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

Чтобы воздухообмен в доме был «правильным», еще на стадии составления проекта вентиляции нужен аэродинамический расчет воздуховодов.

Воздушные массы, движущиеся по каналам вентиляционной системы, при проведении расчетов принимаются в качестве несжимаемой жидкости. И подобное вполне допускается, ибо слишком большое давление в воздуховодах не образуется. По сути, давление образуется в результате трения воздуха о стенки каналов, а еще при появлении сопротивлений локального характера (к таковым можно отнести его – давления – скачки на местах изменения направления, при соединении/разъединении воздушных потоков, на участках, где установлены регулирующие приборы или же там, где изменяется диаметр вентиляционного канала).

Обратите внимание! В понятие аэродинамического расчета входит определение сечения каждого из участков сети вентиляции, обеспечивающих движение потоков воздуха. Более того, определяется также нагнетание, образующееся вследствие этих движений.

В соответствии с многолетним опытом можно смело заявить, что порой некоторые из данных показателей во время проведения расчета уже известны. Ниже приведены ситуации, которые нередко встречаются в подобного рода случаях.

1. Показатель сечения поперечных каналов в вентиляционной системе уже известен, требуется определить давление, которое может потребоваться для того, чтобы нужное количество газа перемещалось. Это зачастую случается в тех магистралях кондиционирования, где размеры сечения были основаны на характеристиках технического или же архитектурного характера.
2. Давление мы уже знаем, но нужно определить поперечное сечение сети для обеспечения вентилируемого помещения требуемым объемом кислорода. Данная ситуация присуща сетям естественной вентиляции, в которых уже наличествующий напор невозможно изменить.
3. Неизвестно ни об одном из показателей, следовательно, нам необходимо определить и напор в магистрали, и поперечное сечение. Такая ситуация и встречается в большинстве случаев в строительстве домов.

Особенности аэродинамических расчетов

Ознакомимся с общей методикой проведения такого рода расчетов при условии, если и сечение, и давление нам неизвестны. Сразу оговоримся, что аэродинамический расчет следует проводить исключительно после того, как будет определено требуемые объемы воздушных масс (они будут проходить по системе воздушного кондиционирования) и спроектировано приблизительное месторасположение каждого из воздуховодов в сети.

И дабы провести расчет, необходимо вычертить аксонометрическую схему, в которой будет присутствовать перечень всех элементов сети, а также их точные габариты. В соответствии с планом вентиляционной системы рассчитывается суммарная длина воздухопроводов. После этого всю систему следует разбить на отрезки с однородными характеристиками, по которым (только по отдельности!) и будет определен расход воздуха. Что характерно, для каждого из однородных участков системы следует провести отдельный аэродинамический расчет воздуховодов, потому что в каждом из них имеется своя скорость перемещения воздушных потоков, а также перманентный расход. Все полученные показатели необходимо внести в уже упомянутую выше аксонометрическую схему, а потом, как вы уже наверняка догадались, необходимо выбрать главную магистраль.

Как определить скорость в вентиляционных каналах?

Как можно судить из всего, сказанного выше, в качестве главной магистрали необходимо выбирать ту цепь последовательных отрезков сети, которая является самой протяженной; при этом нумерация должна начинаться исключительно с самого удаленного участка. Что же касается параметров каждого из участков (а к таковым относится расход воздуха, длина участка, его порядковый номер и проч.), то их также следует занести в таблицу проведения расчетов. Затем, когда с внесением будет покончено, подбирается форма поперечного сечения и определяются его – сечения – габариты.

LP/VT = FP.

Что обозначают эти аббревиатуры? Попытаемся разобраться. Итак, в нашей формуле:

• LP – это конкретный расход воздуха на выбранном участке;
• VT – это скорость, с которой воздушные массы по этому участку движутся (измеряется в метрах за секунду);
• FP – это и есть нужная нам площадь поперечного сечения канала.

Что характерно, во время определения скорости движения необходимо руководствоваться, в первую очередь, соображениями экономии и шумности всей вентиляционной сети.

Обратите внимание! По полученному таким образом показателю (речь идет о поперечном сечении) необходимо подобрать воздуховод со стандартными величинами, а фактическое его сечение (обозначается аббревиатурой FФ) должно быть максимально близким к рассчитанному ранее.

LP/ FФ = VФ.

Получив показатель требуемой скорости, необходимо рассчитать, насколько будет уменьшаться давление в системе вследствие трения о стенки каналов (для этого необходимо использовать специальную таблицу). Что же касается локального сопротивления для каждого из участков, то их следует рассчитывать по отдельности, после чего суммировать в общий показатель. Затем, суммировав локальное сопротивление и потери по причине трения, можно получить общий показатель потерь в системе кондиционирования воздуха. В дальнейшем это значение будет использоваться для того, чтобы вычислить требуемое количество газовых масс в каналах вентиляции.

Воздушно-отопительный агрегат

Ранее мы рассказывали о том что из себя представляет воздушно-отопительный агрегат, говорили о его приемуществах и сферах применения, в дополнение к этой статье советуем вам ознакомится с данной информацией

Как рассчитать давление в вентиляционной сети

Для того чтобы определить предполагаемое давление для каждого отдельного участка, необходимо воспользоваться приведенной ниже формулой:

Н х g (РН – РВ) = DPE.

Теперь попытаемся разобраться, что обозначает каждая из этих аббревиатур. Итак:

• Н в данном случае обозначает разницу в отметках шахтного устья и заборной решетки;
• РВ и РН – это показатель плотности газа, как снаружи, так и изнутри вентиляционной сети, соответственно (измеряется в килограммах на кубический метр);
• наконец, DPE – это показатель того, каким должно быть естественное располагаемое давление.

Продолжаем разбирать аэродинамический расчет воздуховодов. Для определения внутренней и наружной плотности необходимо воспользоваться справочной таблицей, при этом должен быть учтен и температурный показатель внутри/снаружи. Как правило, стандартная температура снаружи принимается как плюс 5 градусов, причем вне зависимости от того, в каком конкретном регионе страны планируются строительные работы. А если температура снаружи будет более низкой, то в результате увеличится нагнетание в вентиляционную систему, из-за чего, в свою очередь, объемы поступающих воздушных масс будут превышены. А если температура снаружи, напротив, будет более высокой, то давление в магистрали из-за этого снизится, хотя данную неприятность, к слову, вполне можно компенсировать посредством открывания форточек/окон.

Что же касается главной задачи любого описываемого расчета, то она заключается в выборе таких воздуховодов, где потери на отрезках (речь идет о значении?(R*l*?+Z)) будут ниже текущего показателя DPE либо, как вариант, хотя бы равняться ему. Для пущей наглядности приведем описанный выше момент в виде небольшой формулы:

DPE ? ?(R*l*?+Z).

Теперь более детально рассмотрим, что обозначают использованные в данной формуле аббревиатуры. Начнем с конца:

• Z в данном случае – это показатель, обозначающий снижение скорости движения воздуха вследствие местного сопротивления;
• ? – это значение, точнее, коэффициент того, какова шероховатость стенок в магистрали;
• l – еще одно простое значение, которое обозначает длину выбранного участка (измеряется в метрах);
• наконец, R – это показатель потерь на трение (измеряется в паскалях на один метр).

Что же, с этим разобрались, теперь еще выясним немного о показателе шероховатости (то есть?). Этот показатель зависит только от того, какие материалы были использованы при изготовлении каналов. Стоит отметить, что скорость перемещения воздуха также может быть разной, поэтому следует учитывать и этот показатель.

Скорость – 0,4 метра за секунду

В таком случае показатель шероховатости будет следующим:

• у штукатурки с применением армирующей сетки – 1,48;
• у шлакогипса – около 1,08;
• у обычного кирпича – 1,25;
• а у шлакобетона, соответственно, 1,11.

Скорость – 0,8 метра за секунду

Здесь описываемые показатели будут выглядеть следующим образом:

• для штукатурки с применением армирующей сетки – 1,69;
• для шлакогипса – 1,13;
• для обыкновенного кирпича – 1,40;
• наконец, для шлакобетона – 1,19.

Немного увеличим скорость воздушных масс.

Скорость – 1,20 метра за секунду

Для этого значения показатели шероховатости будут такими:

• у штукатурки с применением армирующей сетки – 1,84;
• у шлакогипса – 1,18;
• у обычного кирпича – 1,50;
• и, следовательно, у шлакобетона – где-то 1,31.

И последний показатель скорости.

Скорость – 1,60 метра за секунду

Здесь ситуация будет выглядеть следующим образом:

• для штукатурки с применением армирующей сетки шероховатость будет составлять 1,95;
• для шлакогипса – 1,22;
• для обыкновенного кирпича – 1,58;
• и, наконец, для шлакобетона – 1,31.

Обратите внимание! С шероховатостью разобрались, но стоит отметить еще один важный момент: при этом желательно учитывать и незначительный запас, колеблющийся в пределах десяти-пятнадцати процентов.

Разбираемся с общим вентиляционным расчетом

Производя аэродинамический расчет воздуховодов, вы обязаны учитывать все характеристики шахты вентиляции (эти характеристики приведены ниже в виде списка).

1. Динамическое давление (для его определения используется формула – DPE?/2 = Р).
2. Расход воздушных масс (он обозначается буквой L и измеряется в метрах кубических за час).
3. Потери давления в результате трения воздуха о внутренние стенки (обозначаются буквой R, измеряются в паскалях на метр).
4. Диаметр воздуховодов (для расчета данного показателя используется следующая формула: 2*а*b/(а+b); в этой формула значения а, b являются размерами сечения каналов и измеряются в миллиметрах).
5. Наконец, скорость – это V, измеряется в метрах за секунду, о чем мы уже упоминали ранее.

>

Что же касается непосредственно последовательности действий при вычислении, то она должна выглядеть примерно следующим образом.

Шаг первый. Вначале следует определить требуемую площадь канала, для чего используется приведенная ниже формула:

I/(3600xVpek) = F.

Разбираемся со значениями:

• F в данном случае – это, разумеется, площадь, которая измеряется в квадратных метрах;
• Vpek – это желательная скорость движения воздуха, которая измеряется в метрах за секунду (для каналов принимается скорость в 0,5-1,0 метр за секунду, для шахт – около 1,5 метра).

Шаг третий. Следующим шагом считается определение соответствующего диаметра воздуховода (обозначается буквой d).

Шаг четвертый. Затем определяются остальные показатели: давление (обозначается как Р), скорость движения (сокращенно V) и, следовательно, уменьшение (сокращенно R). Для этого необходимо использовать номограммы согласно d и L, а также соответствующие таблицы коэффициентов.

Шаг пятый . Используя уже другие таблицы коэффициентов (речь идет о показателях местного сопротивления), требуется определить, насколько уменьшится воздействие воздуха вследствие локального сопротивления Z.

Шаг шестой. На последнем этапе расчетов нужно определить общие потери на каждом отдельном отрезке вентиляционной магистрали.

Обратите внимание на один важный момент! Так, если общие потери ниже уже наличествующего давления, то такую систему вентиляции вполне можно считать эффективной. А вот если потери превышают показатель давления, то может потребоваться установка специальной дроссельной диафрагмы в вентиляционной системе. Благодаря этой диафрагме будет гаситься избыточный напор.

Также отметим, что если вентиляционная система рассчитывается на обслуживание сразу нескольких помещений, для которых давление воздуха обязано быть разным, то во время произведения расчетов требуется учитывать и показатель разряжения либо подпора, которое необходимо добавить к общему показателю потерь.

Видео – Как производить расчеты с помощью программы «ВИКС-СТУДИЯ»

Аэродинамический расчет воздуховодов считается обязательной процедурой, важной составляющей планирования вентиляционных систем. Благодаря данному расчету можно узнать, насколько эффективно вентилируются помещения при том или ином сечении каналов. А эффективное функционирование вентиляции, в свою очередь, обеспечивает максимальный комфорт вашего проживания в доме.

Пример проведения расчетов. Условия в данном случае следующие: здание административного характера, имеет три этажа.

Распределение давлений в системе вентиляции необходимо знать при наладке и регулировании системы, при определении расходов на отдельных участках системы и при решении многих других вентиляци­онных задач.

Распределение давлений в системах вентиляции с механическим побуждением движения воздуха. Рассмотрим воздуховод с вентилято­ром (рис. XI.3). В сечении 1-/ статическое давление равно нулю (т. е. равно давлению воздуха на уровне расположения воздуховода). Полное давление в этом сечении равно динамическому давлению рді, определяемому по формуле (XI.1). В сечении II-II статическое давле­ние рстіі>0 (численно равно потерям давления на трение между сече­ниями II-II и I-/). При постоянном сечении воздуховода линия ста­тического давления - прямая. Линия полного давления также прямая,

Параллельная линии рст. Расстояние между этими линиями по вертика­ли определяет динамическое давление рДі.

В диффузоре, расположенном между сечениями II-II и III-III, происходит изменение скорости потока. Динамическое давление по ходу воздуха уменьшается. В связи с этим статическое давление изменяется и может даже возрасти, как это показано на рисунке (рстіі>рстііі).

Полное давление в сечении III-III, создаваемое вентилятором, те­ряется на трение Дртр и в местных сопротивлениях (диффузоре Лрдиф, при выходе Арных). Общие потери давления со стороны нагнета­ния равны:

Статическое давление вне воздуховода со стороны всасывания рав­но нулю. В непосредственной близости от отверстия в пределах всасы­вающего факела поток воздуха уже обладает кинетической энергией. Разрежение в пределах всасывающего факела незначительно.

На входе в воздуховод скорость потока увеличивается, а значит увеличивается и кинетическая энергия потока. Следовательно, по зако­ну сохранения энергии потенциальная энергия потока должна умень­шиться. С учетом потерь давления Л/?ПОт в любом сечении со стороны всасывания

Per = 0 - рд - Дрпот - (XI. 24)

Во всасывающем воздуховоде так же, как и со стороны нагнетания, полное давление равно разности давления в начале воздуховода и по­терь давления до рассматриваемого сечения:

Рп = 0-ДрпОт. (XI.25)

Из формул (XI.24) и (XI.25) следует, что в каждом сечении воз­духовода со стороны всасывания величины р0т и рп меньше нуля. По абсолютному значению статическое давление больше полного давле­ния, однако формула (XI.2) справедлива и для этого случая.

Линия статического давления идет ниже линии полного давления. Резкое понижение линии статического давления после сечения VI-VI объясняется сужением потока на входе в воздуховод вследствие обра­зования вихревой зоны. Между сечениями V-V и IV-IV на схеме по­казан конфузор с поворотом. Снижение линии статического давления между этими сечениями происходит вследствие увеличения как скоро­сти потока в конфузоре, так и потерь давления. Эпюры статического давления на рис. XI.3 заштрихованы.

В точке Б наблюдается наименьшее в системе воздуховодов значе­ние полного давления. Численно оно равно потерям давления со сто­роны всасывания:

А - полного и статического в нагнетательном воздуховоде; б - то же, во всасывающем воздухово­де; в - динамического в нагнетательном воздуховоде; г - динамического во всасывающем воздухо­воде

Вентилятор создает перепад давления, равный разности макси­мального и минимального значения полного давления (рлл - Рпб)> увеличивая энергию 1 м3 воздуха, проходящего через него, на величину

Давление, создаваемое вентилятором, затрачивается на преодоле­ние сопротивления движению воздуха по воздуховодам:

Рвеит = ДРвс + Дрнагн. (XI. 27)

Профессор П. Н. Каменев предложил строить эпюры давлений на всасывающем воздуховоде от абсолютного нуля дав"лений (абсолютного вакуума). При этом построение линий рст. абс и рп. абс полностью соот­ветствует случаю нагнетания.

Давления в воздуховодах измеряют микроманометром. Для изме­рения статического давления шланг от микроманометра присоединяют к штуцеру, прикрепленному к стенке воздуховода, а для измерения пол­ного давления - к пневмометрической трубке Пито, отверстие которой направлено навстречу потоку (рис. XI.4, а, б).

Разность полного и статического давлений равна значению динами­ческого давления. Эту разность можно замерить непосредственно ми­кроманометром, как это показано на рис. XI.4, в, г. По значению рд определяют скорость, м/с:

V = V2prfp, (XI. 28)

По которой вычисляют расход воздуха в воздуховоде, м3/ч:

L = ЗбООу/. (XI. 29)

Распределение давлений в системах вентиляции с естественным по­буждением движения воздуха. Особенностями таких систем являются вертикальное расположение их каналов в здании, малые значения рас­полагаемых давлений и, следовательно, небольшие скорости. Работа систем с естественным побуждением движения воздуха зависит от кон­структивных особенностей системы и здания, разности плотности на­ружного и внутреннего воздуха, скорости и направления ветра. Однако при выборе конструктивных размеров отдельных элементов системы вентиляции (сечений каналов и шахт, площадей жалюзийных решеток) достаточно провести расчет для случая, когда здание не оказывает влияния на работу .

А - эпюры абсолютных аэростатичес­ких давлений в канале, закрытом за­глушками 1 - внутри канала; 2 - сна­ружи канала; б - эпюра избыточных давлений в том же канале; в - эпюры избыточных давлений прн движении воздуха по каналу; г - эпюры избыточ­ных давлений в шахте и в присоединен­ном к ней «широком канале»; д-эпюры избыточных давлений в канале и шах­те при наличии ответвления; е - эпюры избыточных давлений при естествен­ном побуждении движения воздуха в системе вентиляции многоэтажного здания; ж - эпюры избыточных давле­ний при механическом побуждении дви­жения воздуха; (рст> Рп~ линии соот­ветственно статического н полного давления внутри канала и шахты; Рн - линия статического давления сна­ружи канала н шахты)

Рассмотрим простейший случай, когда вертикальный канал высо­той Як, заполненный теплым воздухом с температурой tB, закрыт свер­ху и снизу заглушками. Канал окружен наружным воздухом с темпе­ратурой ta.

Предположим, что давление внутри и снаружи канала на уровне его верха равно ра (для обеспечения этого условия достаточно оставить в верхней заглушке небольшое отверстие). Тогда в соответствии с зако­ном Паскаля абсолютное давление на любом уровне (на расстоянии h от верха канала) равно: снаружи рст н=ра4-^рн£, а внутри рстк=ра4- --hpBg. Распределение абсолютных давлений внутри канала (линия 1) и снаружи него (линия 2) показано на рис. XI.5, а.

В системе «канал - окружающий воздух» можно пользоваться ус­ловными значениями избыточных давлений, т. е. условно принять аэро­статическое давление внутри канала на любом уровне за нуль. Эпюра этих давлений снаружи канала имеет форму треугольника (рис. XI.5,6J. Основанием треугольника

Дрк = Нк Дрg

Является располагаемое давление, Па, определяющее движение воздуха по каналу.

При движении воздуха по каналу (рис. XI.5, в) потери давления складываются из потерь на входе, на трение и на выходе. На рис. XI.5, в показано распределение полного и статического давлений (в избыточных относительно условного нуля давлениях). Динамическое давление рд равно разности рп и рст. Статическое давление (эпюра его на рисунке заштрихована) по всей длине канала меньше избыточного аэростати­ческого давления снаружи канала рн. В некоторых случаях в канале могут наблюдаться ЗОНЫ С Рст >рн. Например, в канале перед сужением (рис. XI.5, г) при определенных условиях статическое давление может превышать давление рн. Через неплотности в этой зоне канала будет происходить утечка загрязненного воздуха.

Если вертикальный вентиляционный канал объединяет два (рис. XI, 5,(3) или более (рис. XI.5, е) ответвлений, то рекомендуется присоединять их не на уровне входа воздуха в ответвление, а несколько выше (на один, два этажа и более). Эта рекомендация дана с учетом накопленного опыта эксплуатации. При присоединении ответвления на уровне точки А вместо уровня точки Б увеличивается располагаемое давление Дротв (см. рис. XI.5, д); следовательно, увеличивается также сопротивление канала и устойчивость работы системы.

На рис. XI.5, д, е эпюры статического давления заштрихованы. Пол­ное давление убывает по высоте до значения потерь на выходе, а дина­мическое давление при постоянном сечении канала увеличивается по вы­соте, так как после присоединения ответвления расход в канале увели­чивается.

В последнее время внедряются системы вентиляции с вертикальны­ми каналами и механическим побуждением движения воздуха. В этих системах воздух движется под действием вентилятора и гравитацион­ных сил. Построение распределения давлений в таких системах анало­гично рассмотренному выше. Особенность заключается в том, что ста­тическое давление перед вентилятором определяется разрежением, создаваемым вентилятором (см. схему на рис. XI.5,ж). В этом случае располагаемое давление для движения воздуха в системе

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:

1. HB (кгс/м2) — общие потери в вентиляционной системе.
2. R — потери на трение на 1 м канала круглого сечения.
3. l (м) — длина участка.
4. 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:

1. 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.