Основы аэродинамического расчета воздуховодов. Подбор вентиляторов

Любое здание, будь то жилое или производственное, непременно оснащено системой вентиляции. Она необходима для периодического обновления воздуха внутри помещений.

Формула расчета

Вообще, любой расчет воздуховодной системы производится на основе некоторых данных:

  1. объем обрабатываемого воздуха;
  2. скорость потока;
  3. конфигурация воздухораспределительной сети.

Формула расчета скорости воздуха такова: p = ρU²/2, здесь под p понимается давление в Па., ρ – это плотность воздуха, а U – сама скорость. Конечно, это несовершенная формула, и ее нужно преобразить. Тогда получается вот так: U² = p/ρ/2. Как видно, здесь нет ничего сложного, нужно лишь большое внимание.

Расчет скорости воздуха в воздуховоде должен производиться крайне точно. Если обратиться в интернет, то можно найти специальный калькулятор расчетов. С помощью него можно рассчитать любые данные по системе или же проверить свои уже имеющиеся расчеты. Лишним этот калькулятор точно не будет.

При любом расчете следует учесть все мельчайшие подробности вентиляционной системы. Важно, какого типа трубы (жесткие, полугибкие или гибкие), важно так же сечение труб и в какой фигуре оно выполнено (круглое, прямоугольное или квадратное). Стоит обратить внимание и на то, какой стоит фильтр в данной системе. Так же важно знать саму длину системы и сколько в ней поворотов. Расчёт скорости потока воздуха – самый главный расчет. От скорости воздушного потока зависят все остальные данные. Для того, чтобы скорость была желаемой, нужно выбрать подходящие трубы с конкретным сечением и диаметром. Нужно правильно проложить эти трубы, правильно закрепить их.

Несколько полезных советов и замечаний

Как можно понять из формулы (или при проведении практических расчетов на калькуляторах), скорость воздуха увеличивается при уменьшении размеров трубы. Их этого факта можно извлечь ряд преимуществ:

  • не возникнет потерь или необходимости в прокладке дополнительного вентиляционного трубопровода для обеспечения необходимого расхода воздуха, если габариты помещения не позволяют провести каналы больших размеров;
  • можно прокладывать трубопроводы меньших размеров, что в большинстве случаев проще и удобней;
  • чем меньше диаметр канала, тем дешевле его стоимость, снизится цена и на доборные элементы (заслонки, клапаны);
  • меньший размер труб расширяет возможности монтажа, их можно расположить так, как нужно, практически не подстраиваясь под внешние стесняющие факторы.
Несколько полезных советов и замечаний

Однако при прокладке воздуховодов меньшего диаметра необходимо помнить, что при повышении скорости воздуха повышается динамическое давление на стенки труб, увеличивается и сопротивление системы, соответственно потребуется более мощный вентилятор и дополнительные расходы. Поэтому до монтажа необходимо тщательно провести все расчеты, чтобы экономия не обернулась большими затратами или даже убытками, т.к. постройку, не соответствующую нормам СНиП могут не допустить до эксплуатации.

Программное обеспечение для выполнения расчетов

Все расчеты можно выполнять вручную, но удобнее и быстрее воспользоваться специализированными программами.

С помощью таких программ можно не только точно выполнить необходимые вычисления, но и подготовить чертежи.

При необходимости для выполнения расчетов можно воспользоваться специальным программным обеспечением. Это исключит возможные ошибки, которые могут сыграть фатальную роль в процессе эксплуатации. В программу вводятся первичные значения и уже через несколько секунд можно получить точные результаты вычислений

VentCalc – функциональное приложение для расчета воздуховодов. Для вычислений используются значения расхода и скорости воздуха, а также температуры.

Программное обеспечение для выполнения расчетов

MagiCAD – выполняет все виды вычислений для инженерных сетей, изображения представлены в 2D и 3D форматах.

GIDRV – программа для расчетов всех параметров воздуховодов. Предусмотрена возможность подбора любых комбинаций параметров для достижения лучших показателей работы.

Ducter 2.5 – утилита, точно вычисляющая диаметры сечений воздуховодов. Идеально подходит для подбора их типов.

Чертежи, которые составляются в данных программах, позволяют более точно увидеть схему расположения всех компонентов системы и обеспечить их наиболее эффективную работу.

Расход воздуха

Как правило, потребность в воздухообмене рассчитывается двумя способами с последующим выбором большего из значений.

Читайте также:  Вентилятор роторный: устройство и рейтинг моделей

Расчет возможен:

  • По кубатуре помещения с учетом его функциональности и наличия в нем разнообразных источников загрязнения воздуха.
  • По максимальному количеству находящихся в нем людей.

Расчет по объему помещения

В этом случае используется несложная формула вида L=NV, где L — потребность в производительности вентиляции, V — объем помещения, а N — кратность воздухообмена. К значению L могут прибавляться фиксированные величины для тех или иных подсобных помещений или типов оборудования.

Приведем некоторые значения кратности воздухообмена и потребности в воздухе для бытовых устройств.

Как пользоваться этими значениями?

Вот пример расчета системы вентиляции для офиса площадью 150 м2 с трехметровыми потолками, снабженного уборной с тремя унитазами.

  1. Суммарный объем помещения равен 150*3=450 м3.
  2. При кратности воздухообмена, равной 1,5, и с учетом оборудования уборной расчетный расход воздуха составит 450*1,5+50*3=825 м3/час.

Расчет по количеству людей

Базовые значения таковы:

  • 60 м3/час для бодрствующего человека, занимающегося активной деятельностью;
  • 40 м3/час для бодрствующего человека в состоянии покоя;
  • 30 м3/час для спящего человека.

Предположим, что в нашем офисе одновременно присутствует 15 человек. Поскольку они едва ли будут заниматься тяжелым физическим трудом, в расчетах можно использоваться расход воздуха в 40 м3/час на человека. 40х15=600.

Поскольку 825 кубометров в час, полученные первым способом, больше, чем 600, именно первое значение и будет использоваться в качестве базового при дальнейших расчетах.

Особый случай

Особой статьей идет расчет аварийной вентиляции. Ее функция сводится к нейтрализации превышения предельно допустимой концентрации вредных веществ при их выбросе. Типовые значения кратности воздухообмена — 5-10.

Однако: точное значение кратности могут выдать лишь технологи предприятия с учетом содержания возможного выброса и предельно допустимых концентраций соответствующих веществ.

Как расчитать потери напора воздуха в системе вентиляции

Назначение Основное требование
Бесшумность Мин. потери напора
Магистральные каналы Главные каналы Ответвления
Приток Вытяжка Приток Вытяжка
Жилые помещения 3 5 4 3 3
Гостиницы 5 7.5 6.5 6 5
Учреждения 6 8 6.5 6 5
Рестораны 7 9 7 7 6
Магазины 8 9 7 7 6

Исходя из этих значений следует рассчитывать линейные параметры воздуховодов.

Расчет нужно начинать с составления схемы системы вентиляции с обязательным указанием пространственного расположения воздуховодов, длины каждого участка, вентиляционных решеток, дополнительного оборудования для очистки воздуха, технической арматуры и вентиляторов.

Потери определяются вначале по каждой отдельной линии, а потом суммируются.

По отдельному технологическому участку потери определяются с помощью формулы P = L×R+Z, где P – потери воздушного давления на расчетном участке, R – потери на погонном метре участка, L – общая длина воздуховодов на участке, Z – потери в дополнительной арматуре системы вентиляции.

Для расчета потерь давления в круглом воздуховоде используется формула Pтр. = (L/d×X) × (Y×V)/2g.

X – табличный коэффициент трения воздуха, зависит от материала изготовления воздуховода, L – длина расчетного участка, d – диаметр воздуховода, V – требуемая скорость воздушного потока, Y – плотность воздуха с учетом температуры, g – ускорение падения (свободного). Если система вентиляции имеет квадратные воздуховоды, то для перевода круглых значений в квадратные следует пользоваться таблицей № 2.

Табл. № 2. Эквивалентные диаметры круглых воздуховодов для квадратных

Размеры 150 200 250 300 350 400 450 500
250 210 245 275
300 230 265 300 330
350 245 285 325 355 380
400 260 305 345 370 410 440
450 275 320 365 400 435 465 490
500 290 340 380 425 455 490 520 545
550 300 350 400 440 475 515 545 575
600 310 365 415 460 495 535 565 600
650 320 380 430 475 515 555 590 625
700 390 445 490 535 575 610 645
750 400 455 505 550 590 630 665
800 415 470 520 565 610 650 685
850 480 535 580 625 670 710
900 495 550 600 645 685 725
950 505 560 615 660 705 745
1000 520 575 625 675 720 760
1200 620 680 730 780 830
1400 725 780 835 880
1600 830 885 940
1800 870 935 990

По горизонтали указана высота квадратного воздуховода, а по вертикали ширина. Эквивалентное значение круглого сечения находится на пересечении линий.

Потери давления воздуха в изгибах берутся из таблицы № 3.

Как расчитать потери напора воздуха в системе вентиляции

Табл. № 3. Потери давления на изгибах

Для определения потерь давления в диффузорах используются данные из таблицы № 4.

Табл. № 4. Потери давления в диффузорах

В таблице № 5 дается общая диаграмма потерь на прямолинейном участке.

Табл. № 5. Диаграмма потерь давления воздуха в прямолинейных воздуховодах

Все отдельные потери на данном участке воздуховода суммируются и корректируются с таблицей № 6. Табл. № 6. Расчет понижения давления потока в системах вентиляции

Читайте также:  Где установить насосную станцию в частном доме

Во время проектирования и расчетов существующие нормативные акты рекомендуют, чтобы разница в величине потерь давления между отдельными участками не превышала 10%.

Вентилятор нужно устанавливать в участке системы вентиляции с наиболее высоким сопротивлением, самые удаленные воздуховоды должны иметь минимальное сопротивление.

Если эти условия не выполняются, то необходимо изменять план размещения воздуховодов и дополнительного оборудования с учетом требований положений.

Калькулятор

Вычисление потерь на трение

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

Падение давления воздуха вследствие действия трения вычисляют по формуле Вейсбаха:

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

dэкв=

-коэффициент сопротивления трения.

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

Re=dэкв

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

Значение

для значенийReв интервале 105 -108 (развитое турбулентное значение) определяется по формуле Никурадзе:

=3,2 . 10-3— 0,231 .Re-0,231

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

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

Таблица 3

№ канала (рис5)

W,

м/с

F,

м2

dэкв

М

l, м

W2/2, Н

Re

, Па

1

15

0.8

0,77

1,0

76,5

3,5 . 105

0,015

1,5

2

25

0,87

0,88

1,75

212,5

6,7 . 105

0,013

5,5

3

21,7

1,0

0,60

3,0

160,1

3,9 . 105

0,014

11,2

4

28,9

0,75

0,60

1,75

283,9

5,3 . 105

0,0135

11,2

Расчеты сопротивлений трения в каналах печи

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=W2/2, умножая его на так называемый «коэффициент местного сопротивления» :

Сумма

местн =/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,

Совершенно аналогично вычисляются другие местные потери. Необходимо отметить, что в ряде случаев местные потери обусловлены действием сразу двух видов сопротивлений. Например, имеет место поворот канала и одновременно изменение его сечения (сужение или расширение) следует провести вычисление потерь для обоих случаев и результаты сложить. Результаты вычислений местных потерь сведены в таблицу 4

Тип местного сопротивления

W,

м/с

Па

Прим.

Внезапное сужение

43,4

0,125

160

Нах. по табл

1-1

Поворот на 90°

25

1,5

318

~

2-3

Скругленный поворот

25

О,1

21,3

~

3

Диафрагмы в

потоке (калориферы)

35,8

3,6

601

~

3-4

Скругленный поворот

21,7

0,28

44,8

~

4-1

Поворот на 90 с раширением

28,9

0,85

241

~

4-1

Внезапное сужение

28,9

0,09

25,5

~

Сумма =1411,6 Па

Суммарные потери:

=30 + 1410 =1440 Па

Вентиляторы выбираем по характеристикам центробежных

вентиляторов , предположительно для типа ВРС № 10 (рабочее

колесо диаметром 1000 мм).

Для производительности 21,5 м3/с и необходимого напора Н>1440

Па.. Получаем: n=550 об/мин; ,5; Nуст 25 кВт.

Привод вентилятора от асинхронного двигателя, мощностью 30 кВт типа АО при 720 об/мин, через клиноременную передачу.

Расчет естественной вентиляции жилых помещений

Расчет заключается в определении расхода приточного воздуха L в холодный и теплый период года. Зная эту величину, можно подобрать площадь сечения воздуховодов.

Дом или квартиру рассматривают как единый воздушный объем, где циркуляция газов происходит через открытые двери или подрезанное на 2 см от пола полотно.

Приток происходит сквозь негерметичные окна, наружные ограждения и путем проветривания, удаление – через вытяжные вентканалы.

Монтаж вентиляцииИсточник

Объем находят по трем методикам – кратности, санитарным нормам и площади. Из полученных значений выбирают наибольшее. Перед тем, как рассчитать вентиляцию, определяют назначение и характеристики всех помещений.

Читайте также:  Рассмотрим схему естественной вентиляции гаража

Основная формула для первого расчета:

L=nхV, м³/ч, где

  • V – объем комнаты (произведение высоты на площадь),
  • n – кратность, определяемая по СНиП в зависимости от расчетной температуры в помещении в зимний период.

По второй методике объем рассчитывают исходя из удельной нормы на человека, регламентируемой СНиП 41-01-2003. Учитывают количество постоянно проживающих людей, наличие газовой плиты и санузла. По расход 60 м³/чел в час.

Третий способ – по площади.

L=Axk, где

  • А – площадь помещения, м²,
  • k – нормативный расход на м².

Расчет системы вентиляции: пример

Трехкомнатный дом общей площадью 80 м². Высота помещений 2,7 м. Проживает три человека.

  • Гостиная 25 м²,
  • спальня 15 м²,
  • спальня 17 м²,
  • санузел – 1,4² м²,
  • ванна – 2,6 м²,
  • кухня 14 м² с четырехкомфорной плитой,
  • коридор 5 м².

Требуется рассчитать воздушный баланс.

Отдельно находят расход по притоку и вытяжке, чтобы объем входящего воздуха был равен удаляемому.

Расчет естественной вентиляции жилых помещений

Приток:

  • гостиная L=25х3=75м³/ч, кратность по СниП.
  • спальни L=32х1=32 м³/ч.

Общий расход по притоку:

L общ=Lгост.+Lспал.=75+32=107 м³/ч.

Вытяжка:

  • санузел L= 50 м³/час ( 41-01-2003),
  • ванна L= 25 м³/час.
  • кухня L=90 м³/час.

Коридор по притоку не нормируется.

По вытяжке:

L=Lкух.+Lсануз.+ L ванны=90+50+25=165 м³/ч.

Приточный расход меньше вытяжки. Для дальнейших расчетов принимается наибольшая величина L=165 м³/ч.

По санитарным нормам расчет проводят исходя из количества жильцов. Удельный расход на одного человека составляет 60 м³.

L общ.=60х3=180м/ч.

С учетом временных посетителей, для которых установленный расход воздуха 20м/ч, можно принять L=200 м³/ч.

По площади расход определяют с учетом нормативной скорости воздухообмена 3м²/час на 1 м² жилого помещения.

L=57х3=171 м³/ч.

По результатам расчетов расход по санитарным нормам 200 м³/ч, кратности 165 м³/ч, по площади 171 м³/ч. Хотя все варианты правильны, при первом для проживающих условия будут комфортнее.

Расчетный воздухообмен

За расчетное значение воздухообмена принимают максимальное значение из расчетов по теплопоступлениям, влагопоступлениям, поступлением вредных паров и газов, по санитарным нормам, компенсации местных вытяжек и нормативной кратности воздухообмена.

Воздухообмен жилых и общественных помещений обычно рассчитывают по кратности воздухообмена или по санитарным нормам.

После расчета требуемого воздухообмена составляется воздушный баланс помещений, подбирается количество воздухораспределителей и делается аэродинамический расчет системы. Поэтому советуем вам не пренебрегать расчетом воздухообмена, если хотите создать комфортные условия вашего пребывания в помещении.

Измерение параметров воздушного потока и наладка системы

Приточная и вытяжная вентиляционная система смонтирована. Для того чтобы она работала в соответствии с расчетными параметрами, необходимо провести ее диагностику и наладку. Это касается в основном  механической вентиляции.

Диагностика осуществляется путем измерения скорости воздушного потока в каналах. Для этого используются специальные приборы, которые называются анемометрами.

Различают 3 основных типа этих приборов:

  1. механические, оборудованные крыльчаткой. Измеряют скорость в пределах 0.2 -5 м/с;
  2. чашечные.  Диапазон измерений  – 1-20 м/с;
  3. электронные термоанемометры.
Измерение параметров воздушного потока и наладка системы

Первые 2 вида анемометров могут проводить замеры только через специальные лючки, устроенные в вентиляционных каналах. Для электронных приборов этого не требуется.

Они могут измерять скорость воздушного потока в любых воздуховодах при помощи специальных датчиков.

После необходимых замеров проводится регулировка вентиляционной системы и наладка оборудования. Регулировка нужной скорости перемещения воздушных потоков осуществляется при помощи дроссель-клапанов и воздушных заслонок.

Подведем итоги

В заключение хочется сказать, что правильная подготовка стен для будущих отделочных работ имеет почти что первостепенное значение. Особенно, когда речь начинает идти о грунтовке перед шпаклевкой. Несмотря на распространенное заблуждение, что если ремонт – косметический, то вполне можно обойтись обычной штукатуркой, окрасить стены или поклеить обои без предварительной подготовки и обработки поверхности стен, — это всего лишь очередная ошибка любителей всё сделать «на скорую руку». Результатом такой халатности по отношению к работе, которую можно назвать искусством, – ремонту – станут осыпавшаяся кусками штукатурка, пролезшие сквозь красочные слои и обои плесень, грибки, а обои постепенно сползут на пол или отслоятся кусками.

Вы уже догадались, в чём причина? В отсутствии качественно нанесенного грунта перед нанесением шпаклевки.

Согласитесь, лучше сделать один раз, но качественно, и потратить средств на пару сотен рублей больше, чем планировалось изначально, но выполнить работы со стенами качественно и надолго, чем в будущем тратиться на повторный ремонт, сделанный однажды без должного отношения и ответственности.

Вы сможете платить за свет на 30-50% меньше в зависимости от того, какими именно электроприборами Вы пользуетесь.