Аэродинамические сопротивления вентиляционных сетей

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

Общие сведения

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

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

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

Методика предполагает подбор площади и формы сечения для каждого участка вентиляционной системы. Если брать её за одно целое, то определение потерь будет условное, не соответствующее реальной картине. Кроме самого движения дополнительно вычисляется и нагнетание.

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

С чего начинать?

Диаграмма потери напора на каждый метр воздуховода.

Очень часто приходится сталкиваться с достаточно простыми схемами вентиляции, в которых присутствует воздухопровод одного диаметра и нет никакого дополнительного оборудования. Такие схемы просчитываются достаточно просто, но что делать, если схема сложная с множеством ответвлений? Согласно методике просчета потерь давления в воздуховодах, которая изложена во многих справочных изданиях, нужно определить самую длинную ветвь системы либо ветку с наибольшим сопротивлением. Выяснить таковую по сопротивлению на глаз удается редко, поэтому принято вести расчет по самой протяженной ветви. После этого пользуясь величинами расходов воздуха, проставленных на схеме, всю ветку делят на участки по этому признаку. Как правило, расходы меняются после разветвлений (тройников) и при делении лучше всего ориентироваться на них. Бывают и другие варианты, например, приточные или вытяжные решетки, встроенные прямо в магистральный воздуховод. Если на схеме это не показано, а такая решетка имеется, потребуется расход после нее высчитать. Участки нумеруют начиная от самого удаленного от вентилятора.

Вернуться к оглавлению

Порядок вычислений

Общая формула расчета потерь давления в воздуховодах для всей вентиляционной системы выглядит следующим образом:

H B = ∑(Rl + Z), где:

• H B – потери давления во всей системе воздуховодов, кгс/м²;
• R – сопротивление трению 1 м воздухопровода эквивалентного сечения, кгс/м²;
• l – протяженность участка, м;
• Z – величина давления, теряемого воздушным потоком в местных сопротивлениях (фасонных элементах и дополнительном оборудовании).

Примечание: значение площади поперечного сечения воздуховода, участвующее в расчете, принимается изначально как для круглой формы канала. Сопротивление трению для каналов прямоугольной формы определяется по площади сечения, эквивалентному круглому.

Расчет начинают от самого отдаленного участка №1, затем переходят ко второму участку и так далее. Результаты вычислений по каждому участку складываются, о чем и говорит математический знак суммирования в расчетной формуле. Параметр R зависит от диаметра канала (d) и динамического давления в нем (Р д), а последнее, в свою очередь, зависит от скорости движения воздушного потока. Коэффициент абсолютной шероховатости стенок (λ) традиционно принимается как для воздухопровода из оцинкованной стали и составляет 0,1 мм:

R = (λ / d) Р д.

Пользоваться этой формулой в процессе расчета потерь давления не имеет смысла, так как значения R для различных скоростей воздуха и диаметров уже просчитаны и являются справочными величинами (Р. В. Щекин, И.Г. Староверов – справочники). Поэтому просто необходимо найти эти значения в соответствии с конкретными условиями перемещения воздушных масс и подставить их в формулу. Еще один показатель, динамическое давление Р д, который связан с параметром R и участвует в дальнейшем подсчете местных сопротивлений, тоже величина справочная. Учитывая эту связь между двумя параметрами, в справочных таблицах они приводятся совместно.

Значение Z потерь давления в местных сопротивлениях рассчитывают по формуле:

Z = ∑ξ Р д.

Знак суммирования обозначает, что нужно сложить результаты расчета по каждому из местных сопротивлений на заданном участке. Кроме уже известных параметров, в формуле присутствует коэффициент ξ. Его величина безразмерна и зависит от вида местного сопротивления. Значения параметра для многих элементов вентиляционных систем посчитаны либо определены опытным путем, поэтому находятся в справочной литературе. Коэффициенты местного сопротивления вентиляционного оборудования зачастую указывают сами производители, определив их значения опытным путем на производстве или в лаборатории.

Вычислив длину участка №1, количество и вид местных сопротивлений, следует правильно определить все параметры и подставить их в расчетные формулы. Получив результат, переходить ко второму участку и далее, до самого вентилятора. При этом не следует забывать о том участке воздухопровода, который расположен уже за вентиляционной установкой, ведь напора вентилятора должно хватить и на преодоление его сопротивления.

Закончив расчеты по самой протяженной ветви, производят такие же по соседней ветке, потом по следующей и так до самого конца. Обычно эти все ветви имеют много общих участков, поэтому вычисления пойдут быстрее. Целью определения потерь давления на всех ветвях есть их общая увязка, ведь вентилятор должен распределить свой расход равномерно по всей системе. То есть в идеале потери давления в одной ветви должны отличаться от другой не более чем на 10%. Простыми словами, это значит, что самое ближнее к вентилятору ответвление должно иметь самое высокое сопротивление, а дальнее – самое низкое. Если это не так, рекомендуется вернуться к пересчету диаметров воздуховодов и скоростей движения воздуха в них.

echo get_the_author_meta(«display_name», $auhor); ?>

Главное требование ко всем типам систем вентиляции – обеспечивать оптимальную кратность обмена воздуха в помещениях или конкретных рабочих зонах. С учетом этого параметра проектируется внутренний диаметр воздуховода и подбирается мощность вентилятора. Для того чтобы гарантировать требуемую эффективность функционирования системы вентиляции, выполняется расчет потерь давления напора в воздуховодах, эти данные принимаются во внимание во время определения технических характеристик вентиляторов. Показатели рекомендуемой скорости воздушного потока указаны в таблице № 1.

Исходные данные

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

Типы воздуховодов

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

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

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

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

Особенности аэродинамического расчёта

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

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

Алгоритм расчета потерь напора воздуха

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

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.

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

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.

Методика расчёта

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

Скорость

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

υ фак = L/(3600×Fф), где

L — расход воздуха на исследуемом участке, м3/ч

Давление

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

Δре = h .g ( ρн –ρвн), где

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

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

Σ(R . L .βш +Z) ≤Δ ре, где

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

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

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

Важно заложить небольшой запас по давлению, будет вполне достаточно 5-10%.

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

dэкв= 2а . в /(а+в), где

а,в – геометрические размеры канала, см

Аэродинамический расчет системы вентиляции

Услуги по вентиляции › Проектирование вентиляции ›

Что такое аэродинамический расчёт и зачем он нужен? Мы попытаемся донести до Вас важность проведения грамотного аэродинамического расчёта простым и общедоступным языком на примере системы вентиляции, хотя, всё, что здесь будет сказано, в равной степени будет относится и к системам отопления, и системам кондиционирования.

Система вентиляции , как Вы уже понимаете, состоит из множества элементов. Некоторые из них:

• защитная наружная решётка;
• обратный клапан;
• фильтр;
• подогреватель воздуха;
• вентилятор;
• глушитель шума;
• сеть воздуховодов;
• приточно-вытяжные решётки.

Задачи оборудования системы вентиляции:

• забрать свежий воздух с улицы;
• очистить воздух от пыли и пуха;
• подогреть воздух (в зимний период года);
• понизить уровень звукового давления;
• распределить подготовленный воздух по помещениям;
• равномерно раздать подготовленный свежий воздух по каждому помещению;
• собрать отработанный воздух по каждому помещению;
• собрать отработанный воздух со всех помещений;
• удалить отработанный воздух на улицу.

Основные параметры, характеризующие Систему Вентиляции:

1. Рабочее тело.

В данной системе это воздух. В выше приведённом списке слово воздух употреблялось 8 из 9 раз. Любое рабочее тело, будь это либо воздух, либо вода, либо фреон, либо любое другое, характеризуется такими основными (с точки зрения аэродинамического расчёта) физическими величинами как:

• плотность;
• динамическая вязкость;
• кинематическая вязкость.

Причём значения этих величин зависят от температуры рабочего тела.

Как Вы видите из задач оборудования Системы Вентиляции, чтобы забрать, подготовить, доставить, раздать, собрать и удалить воздух его необходимо пропустить через целый ряд оборудования. Одно и то же количество воздуха, проходя через отверстия с разной площадью сечения, соответственно, будет иметь разную скорость. Отсюда мы формулируем второй очень важный параметр.

2. Скорость движения рабочего тела.

При движении воздух «сталкивается» с различными элементами системы вентиляции, которые препятствуют движению воздуха. Эти элементы получили название:

3. Местные сопротивления , которые характеризуются соответствующим коэффициентом местного сопротивления, а величина препятствия движению воздуха получила название:

4. Потеря давления.

Теперь обобщим все основные параметры, необходимые для проведения аэродинамического расчёта:

r — плотность рабочего тела.

v — скорость движения рабочего тела.

x — коэффициент местного сопротивления.

DP — потеря давления.

Все эти параметры «связываются» следующей формулой:

DP=x*r*v2/2

Теперь мы можем сформулировать задачу проведения аэродинамического расчёта — определить суммарную величину потери давления на всех элементах Системы Вентиляции (в данном примере). Располагая величиной суммарной потери давления, мы наконец-то имеем право подобрать — вентилятор (Системы Отопления — насос, Системы Кондиционирования — компрессор).

Абсолютно любой вентилятор имеет «напорно-расходную» характеристику. Чем больше потеря давления в сети Системы Вентиляции, тем меньше расход воздуха вентилятора, вплоть до полного прекращения подачи воздуха. И наоборот, чем меньше потеря давления в сети Системы Вентиляции (вплоть до нуля), тем больше расход воздуха вентилятора.

Сейчас мы заострим Ваше внимание на очень любопытном моменте. Значения и характеристики располагаемого напора очень сильно различаются. Как такое может быть? Абсолютно один и тот же вентилятор у разных фирм-продавцов имеет разную производительность. Если Вы сами можете ответить на этот вопрос, значит, наша статья была написана не напрасно и Вы не зря потратили Ваше время. Всё верно… «нулевой» потере давления. В данном конкретном примере производительность вентилятора составляет 1260 м3/час при потере давления в сети 0Па.

Как Вы понимаете — это практически не возможно. Любая вентиляционная сеть создает определенное сопротивление движению воздуха. Следовательно, Вы никогда не получите от вентилятора производительность 1260 м3/час.

Но как Вы теперь уже знаете, для определения реальной производительности данного вентилятора необходимо провести аэродинамический расчёт Системы Вентиляции.

В заключение хочется сказать несколько слов о местных сопротивлениях. Для примера возьмём такой элемент системы отопления как тройник. Многие считают, что коэффициент местного сопротивления тройника — величина постоянная, абсолютно не учитывая направление движения водяного потока (либо прямо, либо по отводу в сторону), не учитывают — разделяется водяной поток или наоборот, потоки объединяются. Также не учитывают процентное соотношение разделяющихся/соединяющихся потоков относительно общего потока воды. А если учесть все выше описанные аспекты, то величина коэффициента местного сопротивления данного тройника даже в первом приближении может варьироваться в следующем диапазоне 0,9…90. Как Вы видите, возможная ошибка — два порядка. А из скольких элементов состоит Система отопления? Это сотни, тысячи элементов. И какова тогда может быть величина ошибки?… Как следствие — неправильно подобранный насос, который либо никогда не выдаст требуемых параметров, либо очень скоро выйдет из строя. Это еще раз подтверждает необходимость проведения аэродинамического расчёта.

«ИНТЕХ» — инжиниринговая компания. На нашем ресурсе air-ventilation.ru Вы можете узнать необходимую информацию и получить коммерческое предложение.

Получите коммерческое предложение на email:

Нужна консультация? Звоните:

+7(495) 146-67-66

Отзывы о :

Информация, размещенная на сайте, носит ознакомительный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой.

Возможные ошибки и последствия

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

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

Пример проекта

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

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