Расчет сопротивления сети вентиляции пример. Порядок расчета потерь давления в воздуховодах

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.

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

	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.

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.

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 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.

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 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

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.

Расчет воздуховода для монтажа 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.

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.

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

Схема приточной вентиляционной системы показана на рисунке 23. и включают в себя следующие основные элементы: 1- воздухоприемные устройства для забора наружного воздуха; 2- вентилятор с устройствами для очистки 3, охлаждения 4, осушки, увлажнения и нагрева 5 наружного воздуха; 6 система воздуховодов, по которым приточный воздух от вентилятора направляется в помещения.

1- воздухоприемные устройства, 2- вентилятор с устройствами для очистки 3, охлаждения 4, осушки, увлажнения и нагрева 5 наружного воздуха, 6- воздуховоды

Рисунок 23. Схема приточной вентиляционной установки

Аэродинамический расчет воздуховодов сводится к определению размеров поперечного сечения воздуховода и к расчету потерь давления в сети.

Исходными данными для его проведения являются:

значения расходов воздуха на каждом участке V (м 3 /час); длина участка Li (м); предельные значения скоростей движения воздуха на участках w i (м/с); а также значения коэффициентов местных сопротивлений Z i .

Расчет поперечных сеченийотдельных участков воздуховодов (fк) при выбранной скорости воздуха и определенном его расходе производится по формуле:

где V - расход воздуха, проходящего через рассматриваемое сечение, м 3 /ч;

ω - скорость воздуха в этом же сечении, м/с.

При расчете нагнетательных воздуховодов скорость воздуха в них принимают в диапазоне от 6 до 12 м/с. Скорость воздуха на выходе из решеток у вагонов с установками охлаждения должна быть не выше 0,25 м/с. При отсутствии охлаждения скорость выхода воздуха из вентиляционной решетки должна быть зимой 0,3-0,6 м/с, летом 1,2-1,5 м/с.

При расчете гидравлических потерь в воздуховодах следует учитывать, что вентилятор в процессе своей работы выполняет две задачи:

Переводит воздух из состояния покоя в состояния движения с некоторой скоростью w;

Преодолевает сопротивление трению, возникающее в воздуховоде при движении воздуха со скоростью w.

Схема приточной вентиляционной установки и эпюры давления в воздуховодах показана на рисунке 24. Для перемещения воздуха по прямолинейному участку нагнетательного воздуховода со скоростью w 2 вентилятор должен обеспечить полное давление (Н п), которое складывается из динамического (скоростного) и статического давления Н ст.

, (2.3)

Динамическое давление обусловлено наличием движущейся массы воздуха со скоростью w 2 и определяется из выражения:

где - плотность воздуха кг/м 3 ;

v - скорость движения воздуха в воздуховоде м/с;

g – ускорение силы тяжести м/с 2 .

Статическое давление необходимо для преодоления сопротивления движению потока воздуха по длине воздуховода (), а также на преодоление местного сопротивления (Z 2).

, (2.5)

где R – потери давления на единицу длины воздуховода;

L – длина воздуховода, м.

Суммарные потери давления Н р во всасывающем и нагнетательном воздуховодах составляют:

, (2.6)

где Rв и Rн - потери на трение на 1-м погонном метре длины всасывающего и нагнетательного воздуховода соответственно, мм. вод. ст.;

l В и l Н - соответственно длина всасывающего и нагнетательного воздуховода, м;

Z в и Z н - потери давления в местных сопротивлениях, соответственно всасывающего и нагнетательного воздуховода, мм. вод. ст.

Потери давления на единицу длины круглого воздуховода определяются по формуле:

, (2.7)

где λ - коэффициент сопротивления трению воздуха о стенки;

d - диаметр воздуховода, м.

Для воздуховодов прямоугольного сечения со сторонами а и b потери давления на единицу длины составят:

, (2.8)

Величина коэффициента сопротивления трению λ зависит от режима движения воздуха, характеризующегося числом Рейнольдса, и от состояния внутренних поверхностей воздуховода. Число Рейнольдса, как известно, определяется из выражения.