Как найти коэффициент сопротивления вентиляционной решетки. Расчет давления в воздуховодах. Определение коэффициентов местных сопротивлений тройников в системах вентиляции Коэффициент местного сопротивления врезки воздуховода

Аэродинамический расчет воздуховодов начинается с вычерчивания аксонометри­ческой схемы М 1:100, проставления номеров участков, их нагрузок Ь м /ч, и длин 1, м. Определяется направление аэродинамического расчета - от наиболее удаленного и на­груженного участка до вентилятора. При сомнениях при определении направления рас­считываются все возможные варианты.

Расчет начинают с удаленного участка, рассчитывается его диаметр Д, м, или пло-

Щадь поперечного сечения прямоугольного воздуховода Р, м:

Начало системы у вентилятора

Административные здания 4-5 м/с 8-12 м/с

Производственные здания 5-6 м/с 10-16 м/с,

Увеличиваясь по мере приближения к вентилятору.

Пользуясь Приложением 21 , принимаем ближайшие стандартные значения Дст или (а х Ь)ст

Затем вычисляем фактическую скорость:

2830 *д;

Или———————— ———— - , м/с.

ФАКТ 3660*(а*6)ст

Для дальнейших вычислений определяем гидравлический радиус прямоугольных воздуховодов:

£>1 =--,м. а + Ь

Чтобы избежать пользования таблицами и интерполяцией значений удельных по­терь на трение, применяем прямое решение задачи:

Определяем критерий Рейнольдса:

Яе = 64 100 * Ост * Уфакт (для прямоугольных Ост = Оь) (14.6)

И коэффициент гидравлического трения:

0, 3164*Яе 0 25 при Яе < 60 ООО (14.7)

0, 1266 *Ые 0167 при Яе > 60 000. (14.8)

Потери давления на расчетном участке составят:

Д.

Где КМС - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховодов.

Местные сопротивления, лежащие на границе двух участков (тройники, крестови­ны), следует относить к участку с меньшим расходом.

Коэффициенты местных сопротивлений приведены в приложениях.

Исходные данные:

Материал воздуховодов - оцинкованная тонколистовая сталь, толщиной и разме­рами в соответствии с Прил. 21 .

Материал воздухозаборной шахты - кирпич. В качестве воздухораспределителей используются 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 равно 132 Па (по отдельному расчету). Сопротивление фильтра 0-4 250 Па. Гидравлическое сопротивле­ние глушителя составляет 36 Па (по акустическому расчету). Исходя из архитектурных требований воздуховоды проектируются прямоугольного сечения.

	Подача L, м3/ч	Длина 1, м		Сечение а * Ь, м						Потери на участке р, Па
Решетка РР на выходе

250×250 Ь =1030

500×500 = Lc=6850

Л_ 0,5 *0,5 /с 0,6 *0,5

Можно также воспользоваться приближенной формулой:

0, 195 v 1 , 8

R ф . (10) d 100 1 , 2

Ее погрешность не превышает 3 – 5%, что достаточно для инженерных расчетов .

Полные потери давления на трение для всего участка, получают умножением удельных потерь R на длину участка l , Rl , Па. Если применяют воздуховоды или каналы из других материалов, необходимо ввести поправку на шероховатость βш по табл. 2. Она зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости материала воздуховода К э (табл.3) и величины v ф .

					Таблица 2
		Значения поправки βш
v ф , м/с			βш при значениях К э , мм

Таблица 3 Абсолютная эквивалентная шероховатость материала воздуховодов

						Штукатур-
						ка по сетке
К э , мм

Для стальных воздуховодов βш = 1. Более подробные значения βш можно найти в табл. 22.12 . С учетом данной поправки уточненные потери давления на трение Rl βш , Па, получают умножением Rl на величину βш . Затем определяют динамическое давление на уча-

дартных условиях ρв = 1.2 кг/м3 .

Далее на участке выявляют местные сопротивления, определяют коэффициенты местного сопротивления (КМС) ξ и вычисляют сумму КМС на данном участке (Σξ). Все местные сопротивления заносят в ведомость по следующей форме.

ВЕДОМОСТЬ КМС СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

И т.д.

В колонку «местные сопротивления» записывают названия сопротивлений (отвод, тройник, крестовина, колено, решетка, воздухораспределитель, зонт и т.д.), имеющихся на данном участке. Кроме того, отмечают их количество и характеристики, по которым для этих элементов определяют значения КМС. Например, для круглого отвода это угол поворота и отношение радиуса поворота к диаметру воздуховода r /d , для прямоугольного отвода – угол поворота и размеры сторон воздуховода a и b . Для боковых отверстий в воздуховоде или канале (например, в месте установки воздухозаборной решетки) – отношение площади отверстия к сечению воздуховода

f отв /f о . Для тройников и крестовин на проходе учитывают отношение площади сечения прохода и ствола f п /f с и расхода в ответвлении и в стволе L о /L с , для тройников и крестовин на ответвлении – отношение площади сечения ответвления и ствола f п /f с и опять-таки величину L о /L с . Следует иметь в виду, что каждый тройник или крестовина соединяют два соседних участка, но относятся они к тому из этих участков, у которого расход воздуха L меньше. Различие между тройниками и крестовинами на проходе и на ответвлении связано с тем, как проходит расчетное направление. Это показано на рис. 11. Здесь расчетное направление изображено жирной линией, а направления потоков воздуха – тонкими стрелками. Кроме того, подписано, где именно в каждом варианте находится ствол, проход и от-

ветвление тройника для правильного выбора отношений fп /fс , fо /fс и L о /L с . Отметим, что в приточных системах вентиляции расчет ведется обычно против движения воздуха, а в вытяжных – вдоль этого движения. Участки, к которым относятся рассматриваемые тройники, обозначены галочками. То же самое относится и к крестовинам. Как правило, хотя и не всегда, тройники и крестовины на проходе появляются при расчете основного направления, а на ответвлении возникают при аэродинамической увязке второстепенных участков (см. ниже). При этом один и тот же тройник на основном направлении может учитываться как тройник на проход, а на второстепенном

– как на ответвление с другим коэффициентом. КМС для крестовин

принимают в таком же размере, как и для соответствующих тройников.

Рис. 11. Схема расчета тройников

Примерные значения ξ для часто встречающихся сопротивлений приведены в табл. 4.

			Таблица 4
Значения ξ некоторых местных сопротивлений
Наименование		Наименование
сопротивления		сопротивления
Отвод круглый 90о ,		Решетка нерегулируе-
r /d = 1		мая РС-Г (вытяжная или
Отвод прямоугольный 90о		воздухозаборная)
Тройник на проходе (на-		Внезапное расширение
гнетание)
Тройник на ответвлении		Внезапное сужение
Тройник на проходе (вса-		Первое боковое отвер-
		стие (вход в воздухоза-
Тройник на ответвлении	–0.5* …	борную шахту)
Плафон (анемостат) СТ-КР,		Колено прямоугольное
		90о
Решетка регулируемая РС-		Зонт над вытяжной
ВГ (приточная)

*) отрицательный КМС может возникать при малых Lо /Lс за счет эжекции (подсасывания) воздуха из ответвления основным потоком.

Более подробные данные для КМС указаны в табл. 22.16 – 22.43 . Для наиболее часто встречающихся местных сопротивлений –

тройников на проходе – КМС можно приближенно вычислить также по следующим формулам:

	0. 41 f " 25 L " 0. 2 4			0. 25 при		0.7 и	f " 0 . 5 (11)
– для тройников при нагнетании (приточных);
при L "	0.4 можно пользоваться упрощенной формулой
			прох прит 0. 425 0. 25 f п " ;
		0. 2 1. 7 f "		0. 35 0. 25 f "		2. 4 L "		0. 2 2

– для тройников при всасывании (вытяжных).

Здесь L "						f о	и f "		f п
						f с

После определения величины Σξ вычисляют потери давления на местных сопротивлениях Z P д , Па, и суммарные потери дав-

ления на участке Rl βш + Z , Па.

Результаты расчетов заносят в таблицу по следующей форме.

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

Расчетный

Размеры воздуховода

давления

на трения

Rlβ ш

Рд ,

βш

d или

f ор,

fф ,

Vф ,

d экв

l , м

a×b,

Когда расчет всех участков основного направления закончен, значения Rl βш + Z для них суммируют и определяют общее сопро-

тивление вентиляционной сети Р сети = Σ(Rl βш + Z ).

После расчета основного направления производят увязку одного - двух ответвлений. Если система обслуживает несколько этажей, для увязки можно выбрать поэтажные ответвления на промежуточных этажах. Если система обслуживает один этаж, увязывают ответвления от магистрали, не входящие в основное направление (см. пример в п.4.3). Расчет увязываемых участков производят в той же последовательности, что и для основного направления, и записывают в таблицу по той же форме. Увязка считается выполненной, если сумма

потерь давления Σ(Rl βш + Z ) вдоль увязываемых участков отклоняется от суммы Σ(Rl βш + Z ) вдоль параллельно присоединенных участков основного направления на величину не более чем 10%. Параллельно присоединенными считаются участки вдоль основного и увязываемого направлений от точки их разветвления до концевых воздухораспределителей. Если схема выглядит так, как показано на рис. 12 (основное направление выделено жирной линией), то увязка направления 2 требует, чтобы величина Rl βш + Z для участка 2 равнялась Rl βш + Z для участка 1, полученной из расчета основного направления, с точностью 10%. Увязка достигается подбором диаметров круглых или размеров сечений прямоугольных воздуховодов на увязываемых участках, а если это невозможно, установкой на ответвлениях дроссель-клапанов или диафрагм.

Подбор вентилятора следует проводить по каталогам производителя или по данным . Давление вентилятора равно сумме потерь давления в вентиляционной сети по основному направлению, определенной при аэродинамическом расчете системы вентиляции, и сумме потерь давления в элементах вентиляционной установки (воздушном клапане, фильтре, воздухонагревателе, шумоглушителе и т.п.).

Рис. 12. Фрагмент схемы системы вентиляции с выбором ответвления для увязки

Окончательно можно подобрать вентилятор только после акустического расчета, когда будет решен вопрос об установке шумоглушителя. Акустический расчет может быть выполнен только после предварительного подбора вентилятора, так как исходными данными для него являются уровни звуковой мощности, излучаемой вентилятором в воздуховоды. Акустический расчет выполняют, руководствуясь указаниями главы 12 . При необходимости выполняют расчет и определение типоразмера шумоглушителя , , далее окончательно подбирают вентилятор.

4.3. Пример расчета приточной системы вентиляции

Рассматривается приточная система вентиляции для помещения обеденного зала. Наноска воздуховодов и воздухораспределителей на план приведена в п.3.1 в первом варианте (типовая схема для залов).

Схема системы

1000х400 5 8310 м3/ч

	2772 м3/ч2

Подробнее с методикой расчета и необходимыми исходными данными можно ознакомиться по , . Cоответствующая терминология приведена в .

ВЕДОМОСТЬ КМС СИСТЕМЫ П1

		Местные сопротивления
		924 м3 /ч
		1. Отвод круглый 90о r /d =1
		2. Тройник на проходе (нагнетание)
		fп / fc		Lo / Lc
		fп / fc		Lo / Lc
		1. Тройник на проходе (нагнетание)
		fп / fc		Lo / Lc
		1. Тройник на проходе (нагнетание)
		fп / fc		Lo / Lc
		1. Отвод прямоугольный 1000×400 90о 4 шт
		1.Воздухозаборная шахта с зонтом
		(первое боковое отверстие)
		1. Жалюзийная решетка воздухозабора
	ВЕДОМОСТЬ КМС СИСТЕМЫ П1 (ОТВЕТВЛЕНИЕ №1)
		Местные сопротивления
		1. Воздухораспределитель ПРМ3 при расходе
		924 м3 /ч
		1. Отвод круглый 90о r /d =1
		2. Тройник на ответвлении (нагнетание)
		fо / fc		Lo / Lc

ПРИЛОЖЕНИЕ Характеристики вентиляционных решеток и плафонов

I. Живые сечения, м2 , приточных и вытяжных жалюзийных решеток РС-ВГ и РС-Г

Длина, мм			Высота, мм

Скоростной коэффициент m = 6.3, температурный коэффициент n = 5.1.

II. Характеристики плафонов СТ-КР и СТ-КВ

Наименование		Размеры, мм		f факт, м 2
		Габаритный	Внутренний
Плафон СТ-КР
(круглый)
Плафон СТ-КВ
(квадратный)

Скоростной коэффициент m = 2.5, температурный коэффициент n = 3.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Самарин О.Д. Подбор оборудования приточных вентиляционных установок (кондиционеров) типа КЦКП. Методические указания к выполнению курсовых и дипломного проектов для студентов специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция». – М.: МГСУ, 2009. – 32 с.

2. Белова Е.М . Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях. – М.: Евроклимат, 2006. – 640 с.

3. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». – М.: ГУП ЦПП, 2004.

4. Каталог оборудования «Арктос».

5. санитарно-технические устройства. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.2. / Под ред. Н.Н.Павлова и Ю.И.Шиллера. – М.: Стройиздат, 1992. – 416 с.

6. ГОСТ 21.602-2003. Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации отопления, вентиляции и кондиционирования. – М.: ГУП ЦПП, 2004.

7. Самарин О.Д . О режиме движения воздуха в стальных воздуховодах.

// СОК, 2006, № 7, с. 90 – 91.

8. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.1. / Под ред. Н.Н.Павлова и Ю.И.Шиллера. – М.: Стройиздат, 1992. – 320 с.

9. Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция. – М.: АСВ, 2006. – 616 с.

10. Крупнов Б.А. Терминология по строительной теплофизике, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха: методические указания для студентов специальности "Теплогазоснабжение и вентиляция".

2017-08-15

УДК 697.9 Определение коэффициентов местных сопротивлений тройников в системах вентиляции О. Д. Самарин , к.т.н., доцент (НИУ МГСУ) Рассмотрена современная ситуация с определением значений коэффициентов местных сопротивлений (КМС) элементов вентиляционных сетей при их аэродинамическом расчёте. Дан анализ некоторых современных теоретических и экспериментальных работ в рассматриваемой области и выявлены недостатки существующей справочной литературы, касающиеся удобства использования её данных для осуществления инженерных расчётов с применением электронных таблиц MS Excel. Представлены основные результаты аппроксимации имеющихся таблиц для КМС унифицированных тройников на ответвлении при нагнетании и всасывании в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в виде соответствующих инженерных формул. Дана оценка точности полученных зависимостей и допустимого диапазона их применимости, а также представлены рекомендации по их использованию в практике массового проектирования. Изложение проиллюстрировано числовыми и графическими примерами. Ключевые слова: коэффициент местного сопротивления, тройник, ответвление, нагнетание, всасывание.

UDC 697.9 Determination of local resistance coeffi cients of tees in ventilating systems O. D. Samarin , PhD, Assistant Professor, National Research Moscow State University of Civil Engineering (NR MSUCE) The current situation is reviewed with the defi nition of values of coeffi cients of local resistances (CLR) of elements of the ventilation systems at their aerodynamic calculation. The analysis of some contemporary theoretical and experimental works in this fi eld is given and defi ciencies are identifi ed in the existing reference literature for the usability of its data to perform engineering calculations using MS Excel spreadsheets. The main results of approximation of the existing tables to the CLR for the uniform tees on the branch of the injection and the suction in the ventilating and air-conditioning systems are presented in the appropriate engineering formulas. The estimation of accuracy of the obtained dependencies and valid range of their applicability are given, as well as recommendations for their use in practice mass design. The presentation is illustrated by numerical and graphical examples. Keywords: coefficient of local resistance, tee, branch, injection, suction.

При движении воздушного потока в воздуховодах и каналах систем вентиляции и кондиционирования воздуха (В и КВ), кроме потерь давления на трение, существенную роль играют потери на местных сопротивлениях — фасонных частях воздуховодов, воздухораспределителях и сетевом оборудовании.

Такие потери пропорциональны динамическому давлению р д = ρv ²/2, где ρ — плотность воздуха, примерно равная 1,2 кг/м³ при температуре около +20 °C; v — его скорость [м/с], определяемая, как правило, в сечении канала за сопротивлением.

Коэффициенты пропорциональности ξ, называемые коэффициентами местного сопротивления (КМС), для различных элементов систем В и КВ обычно определяются по таблицам, имеющимся, в частности, в и в ряде других источников. Наибольшую сложность при этом чаще всего вызывает поиск КМС для тройников или узлов ответвлений. Дело в том, что в этом случае необходимо принимать во внимание вид тройника (на проход или на ответвление) и режим движения воздуха (нагнетание или всасывание), а также отношение расхода воздуха в ответвлении к расходу в стволе L´ о = L o /L c и площади сечения прохода к площади сечения ствола F´ п = F п /F с .

Для тройников при всасывании нужно учитывать ещё и отношение площади сечения ответвления к площади сечения ствола F´ о = F о /F с . В руководстве соответствующие данные приведены в табл. 22.36-22.40. Однако при проведении расчётов с использованием электронных таблиц Excel, что в настоящее время достаточно распространено в связи с широким использованием различного стандартного программного обеспечения и удобством оформления результатов вычислений, желательно иметь аналитические формулы для КМС, по крайней мере, в наиболее часто встречающихся диапазонах изменения характеристик тройников.

Кроме того, это было бы целесообразно в учебном процессе для сокращения технической работы обучающихся и переноса основной нагрузки на разработку конструктивных решений систем.

Подобные формулы имеются в таком достаточно фундаментальном источнике, как , но там они представлены в весьма обобщённом виде, без учёта особенностей конструкции конкретных элементов существующих вентиляционных систем, а также используют значительное число дополнительных параметров и требуют в ряде случаев обращения к определённым таблицам. С другой стороны, появившиеся в последнее время программы для автоматизированного аэродинамического расчёта систем В и КВ используют некоторые алгоритмы для определения КМС, но, как правило, они неизвестны для пользователя и могут поэтому вызывать сомнения в своей обоснованности и корректности.

Также в настоящее время появляются некоторые работы, авторы которых продолжают исследования по уточнению расчёта КМС или расширению диапазона параметров соответствующего элемента системы, для которых полученные результаты будут справедливы. Данные публикации возникают как в нашей стране, так и за рубежом , хотя в целом их число не слишком велико, и основываются преимущественно на численном моделировании турбулентных потоков с помощью ЭВМ или на непосредственных экспериментальных исследованиях. Однако полученные авторами данные, как правило, трудно использовать в практике массового проектирования, поскольку они пока не представлены в инженерном виде.

В связи с этим представляется целесообразным анализ данных, содержащихся в таблицах , и получение на их основе аппроксимационных зависимостей, которые имели бы по возможности наиболее простой и удобный для инженерной практики вид и одновременно достаточно адекватно отражали бы характер имеющихся зависимостей для КМС тройников. Для наиболее часто встречающихся их разновидностей — тройников на проходе (унифицированных узлов ответвлений) данная задача была решена автором в работе . В то же время для тройников на ответвлении аналитические соотношения найти труднее, поскольку сами зависимости здесь выглядят более сложно. Общий вид аппроксимационных формул, как и всегда в подобных случаях, получается исходя из расположения расчётных точек на поле корреляции, а соответствующие коэффициенты подбираются методом наименьших квадратов с целью минимизации отклонения построенного графика средствами Excel. Тогда для некоторых наиболее употребительных диапазонов F п /F с, F о /F с и L о /L с можно получить выражения:

при L´ о = 0,20-0,75 и F´ о = 0,40-0,65 — для тройников при нагнетании (приточных);

при L´ о = 0,2-0,7, F´ о = 0,3-0,5 и F´ п = 0,6-0,8 — для тройников при всасывании (вытяжных).

Точность зависимостей (1) и (2) демонстрируют рис. 1 и 2, где приведены результаты обработки табл. 22.36 и 22.37 для КМС унифицированных тройников (узлов ответвлений) на ответвлении круглого сечения при всасывании. В случае прямоугольного сечения результаты будут отличаться несущественно.

Можно отметить, что расхождение здесь больше, чем для тройников на проход , и составляет в среднем 10- 15 %, иногда даже до 20 %, но для инженерных расчётов это может быть допустимым, особенно с учётом очевидной исходной погрешности, содержащейся в таблицах , и одновременного упрощения расчётов при использовании Excel. В то же время полученные соотношения не требуют никаких иных исходных данных, кроме уже имеющихся в таблице аэродинамического расчёта. В самом деле, в ней в явном виде должны быть указаны и расходы воздуха, и сечения на текущем и на соседнем участке, входящие в перечисленные формулы. В первую очередь это упрощает вычисления при применении электронных таблиц Excel. Одновременно рис. 1 и 2 позволяют убедиться, что найденные аналитические зависимости вполне адекватно отражают характер влияния всех основных факторов на КМС тройников и физическую сущность происходящих в них процессов при движении воздушного потока.

При этом формулы, приведённые в настоящей работе, весьма просты, наглядны и легко доступны для инженерных расчётов, особенно в Excel, а также в учебном процессе. Их использование позволяет отказаться от интерполяции таблиц при сохранении точности, требуемой для инженерных расчётов, и непосредственно вычислять коэффициенты местного сопротивления тройников на ответвлении в весьма широком диапазоне отношений сечений и расходов воздуха в стволе и ответвлениях.

Этого вполне достаточно для проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха в большинстве жилых и общественных зданий.

1. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2 / Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. - М.: Стройиздат, 1992. 416 с.
2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. - Изд. 3-е. - М.: Машиностроение, 1992. 672 с.
3. Посохин В.Н., Зиганшин А.М., Баталова А.В. К определению коэффициентов местных сопротивлений возмущающих элементов трубопроводных систем // Известия вузов: Строительство, 2012. №9. С. 108–112.
4. Посохин В.Н., Зиганшин А.М., Варсегова Е.В. К расчёту потерь давления в местных сопротивлениях: Сообщ. 1 // Известия вузов: Строительство, 2016. №4. С. 66–73.
5. Аверкова О.А. Экспериментальное исследование отрывных течений на входе во всасывающие отверстия // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2012. №1. С. 158–160.
6. Kamel A.H., Shaqlaih A.S. Frictional pressure losses of fluids flowing in circular conduits: A review. SPE Drilling and Completion. 2015. Vol. 30. No. 2. Pp. 129–140.
7. Gabrielaitiene I. Numerical simulation of a district heating system with emphases on transient temperature behavior. Proc. of the 8th International Conference “Environmental Engineering”. Vilnius. VGTU Publishers. 2011. Vol. 2. Pp. 747–754.
8. Horikiri K., Yao Y., Yao J. Modelling conjugate flow and heat transfer in a ventilated room for indoor thermal comfort assessment. Building and Environment. 2014. No. 77. Pp. 135–147.
9. Самарин О.Д. Расчёт местных сопротивлений в системах вентиляции зданий // Журнал С.О.К., 2012. №2. С. 68–70.

Создание комфортных условий пребывания в помещениях невозможно без аэродинамического расчета воздуховодов. На основе полученных данных определяется диаметр сечения труб, мощность вентиляторов, количество и особенности ответвлений. Дополнительно может рассчитываться мощность калориферов, параметры входных и выходных отверстий. В зависимости от конкретного назначения комнат учитывается максимально допустимая шумность, кратность обмена воздуха, направление и скорость потоков в помещении.

Современные требования к прописаны в Своде правил СП 60.13330.2012. Нормированные параметры показателей микроклимата в помещениях различного назначения даны в ГОСТ 30494, СанПиН 2.1.3.2630, СанПиН 2.4.1.1249 и СанПиН 2.1.2.2645. Во время расчета показателей вентиляционных систем все положения должны в обязательном порядке учитываться.

Аэродинамический расчет воздуховодов – алгоритм действий

Работы включают в себя несколько последовательных этапов, каждый из которых решает локальные задачи. Полученные данные форматируются в виде таблиц, на их основании составляются принципиальные схемы и графики. Работы разделяются на следующие этапы:

1. Разработка аксонометрической схемы распределения воздуха по системе. На основе схемы определяется конкретная методика расчетов с учетом особенностей и задач вентиляционной системы.
2. Выполняется аэродинамический расчет воздуховодов как по главным магистралям, так и по всем ответвлениям.
3. На основании полученных данных выбирается геометрическая форма и площадь сечения воздуховодов, определяются технические параметры вентиляторов и калориферов. Дополнительно принимается во внимание возможность установки датчиков пожаротушения, предупреждения распространения дыма, возможность автоматической регулировки мощности вентиляции с учетом составленной пользователями программы.

Разработка схемы системы вентиляции

В зависимости от линейных параметров схемы выбирается масштаб, на схеме указывается пространственное положение воздуховодов, точки присоединения дополнительных технических устройств, существующие ответвления, места подачи и забора воздуха.

На схеме указывается главная магистраль, ее расположение и параметры, места подключения и технические характеристики ответвлений. Особенности расположения воздуховодов учитывают архитектурные характеристики помещений и здания в целом. Во время составления приточной схемы порядок расчета начинается с самой удаленной от вентилятора точки или с помещения, для которого требуется обеспечить максимальную кратность обмена воздуха. Во время составления вытяжной вентиляции главным критерием принимаются максимальные значения по расходу воздушного потока. Общая линия во время расчетов разбивается на отдельные участки, при этом каждый участок должен иметь одинаковые сечения воздуховодов, стабильное потребление воздуха, одинаковые материалы изготовления и геометрию труб.

Отрезки нумеруются в последовательности от участка с наименьшим расходом и по возрастающей к наибольшему. Далее определяется фактическая длина каждого отдельного участка, суммируются отдельные участки и определяется общая длина системы вентиляции.

Во время планирования схемы вентиляции их допускается принимать общими для таких помещений:

• жилых или общественных в любых сочетаниях;
• производственных, если они по противопожарной категории относятся к группе А или Б и размещаются не более чем на трех этажах;
• одной из категорий производственных зданий категории В1 – В4;
• категории производственных зданий В1 м В2 разрешается подключать к одной системе вентиляции в любых сочетаниях.

Если в системах вентиляции полностью отсутствует возможность естественного проветривания, то схема должна предусматривать обязательное подключение аварийного оборудования. Мощности и место установки дополнительных вентиляторов рассчитываются по общим правилам. Для помещений, имеющих постоянно открытые или открывающиеся в случае надобности проемы, схема может составляться без возможности резервного аварийного подключения.

Системы отсосов загрязненного воздуха непосредственно из технологических или рабочих зон должны иметь один резервный вентилятор, включение устройства в работу может быть автоматическим или ручным. Требования касаются рабочих зон 1-го и 2-го классов опасности. Разрешается не предусматривать на схеме монтажа резервного вентилятора только в случаях:

1. Синхронной остановки вредных производственных процессов в случае нарушения функциональности системы вентиляции.
2. В производственных помещениях предусмотрена отдельная аварийная вентиляция со своими воздуховодами. Параметры такой вентиляции должны удалять не менее 10% объема воздуха, обеспечивающего стационарными системами.

Схема вентиляции должна предусматривать отдельную возможность душирования на рабочее место с повышенными показателями загрязненности воздуха. Все участки и места подключения указываются на схеме и включаются в общий алгоритм расчетов.

Запрещается размещение приемных воздушных устройств ближе восьми метров по линии горизонтали от мусорных свалок, мест автомобильной парковки, дорог с интенсивным движением, вытяжных труб и дымоходов. Приемные воздушные устройства подлежат защите специальными приспособлениями с наветренной стороны. Показатели сопротивления защитных устройств принимаются во внимание во время аэродинамических расчетов общей системы вентиляции.
Расчет потерь давления воздушного потока Аэродинамический расчет воздуховодов по потерям воздуха делается с целью правильного выбора сечений для обеспечения технических требований системы и выбора мощности вентиляторов. Потери определяются по формуле:

R yd — значение удельных потерь давления на всех участках воздуховода;

P gr – гравитационное давление воздуха в вертикальных каналах;

Σ l – сумма отдельных участков системы вентиляции.

Потери давления получают в Па, длина участков определяется в метрах. Если движение воздушных потоков в системах вентиляции происходит за счет естественной разницы давления, то расчетное снижение давления Σ = (Rln + Z) по каждому отдельному участку. Для расчета гравитационного напора нужно использовать формулу:

P gr – гравитационный напор, Па;

h – высота воздушного столба, м;

ρ н – плотность воздуха снаружи помещения, кг/м 3 ;

ρ в – плотность воздуха внутри помещения, кг/м 3 .

Дальнейшие вычисления для систем естественной вентиляции выполняются по формулам:

Определение поперечного сечения воздуховодов

Определение скорости движения воздушных масс в газоходах

Расчет на потери по местным сопротивлениям системы вентилирования

Определение потери на преодоление трения

Определение скорости воздушного потока в каналах
Расчет начинается с наиболее протяженного и удаленного участка системы вентиляции. В результате аэродинамических расчетов воздуховодов должен обеспечиваться требуемый режим вентиляции в помещении.

Площадь поперечного сечения определяется по формуле:

F P = L P /V T .

F P – площадь сечения воздушного канала;

L P – фактический расход воздуха на рассчитываемом участке вентиляционной системы;

V T – скорость движения воздушных потоков для обеспечения требуемой кратности обмена воздуха в нужном объеме.

С учетом полученных результатов определяется потери давления при принудительном перемещении воздушных масс по воздуховодам.

Для каждого материала изготовления воздуховодов применяются поправочные коэффициенты, зависящие от показателей шероховатости поверхностей и скорости перемещения воздушных потоков. Для облегчения аэродинамических расчетов воздуховодов можно пользоваться таблицами.

Табл. №1. Расчет металлических воздуховодов круглого профиля.

Таблица №2. Значения поправочных коэффициентов с учетом материала изготовления воздуховодов и скорости воздушного потока.

Используемые для расчетов коэффициенты шероховатости по каждому материалу зависят не только от его физических характеристик, но и от скорости движения воздушных потоков. Чем быстрее перемещается воздух, тем большее сопротивление он испытывает. Эту особенность обязательно нужно принимать во внимание во время подбора конкретного коэффициента.

Аэродинамический расчет по расходу воздуха в квадратных и круглых воздуховодах показывает различные показатели скорости передвижения потока при одинаковой площади сечения условного прохода. Объясняется это отличиями в природе завихрений, их значения и способности оказывать сопротивление движению.

Основное условие расчетов – скорость движения воздуха постоянно возрастает по мере приближения участка к вентилятору. С учетом этого предъявляются требования к диаметрам каналов. При этом обязательно учитываются параметры обмена воздуха в помещениях. Места расположения притока и выхода потоков подбираются с таким условием, чтобы пребывающие в помещении люди не ощущали сквозняков. Если прямым сечением не удается достичь регламентируемого результата, то в воздуховоды вставляются диафрагмы со сквозными отверстиями. За счет изменения диаметра отверстий достигается оптимальная регулировка воздушных потоков. Сопротивление диафрагмы рассчитывается по формуле:

Общий расчет вентиляционных систем должен учитывать:

1. Динамическое давление воздушного потока во время передвижения. Данные согласовываются с техническим заданием и служат главным критерием во время выбора конкретного вентилятора, места его расположения и принципа действия. При невозможности обеспечить планируемые режимы функционирования системы вентиляции одним агрегатом, предусматривается монтаж нескольких. Конкретное место их установки зависит от особенностей принципиальной схемы воздуховодов и допустимых параметров.
2. Объем (расход) перемещаемых воздушных масс в разрезе каждого ответвления и помещения в единицу времени. Исходные данные – требования санитарных органов по чистоте помещения и особенности технологического процесса промышленных предприятий.
3. Неизбежные потери давления, возникающие в результате вихревых явлений во время движения воздушных потоков на различных скоростях. Кроме этого параметра в расчет принимается во внимание фактическое сечение воздуховода и его геометрическая форма.
4. Оптимальная скорость передвижения воздуха в главном канале и отдельно по каждому ответвлению. Показатель влияет на выбор мощности вентиляторов и мест их установки.

Для облегчения производства расчетов допускается использовать упрощенную схему, она применяется для всех помещений с некритическими требованиями. Для гарантирования нужных параметров подбор вентиляторов по мощности и количеству делается с запасом до 15%. Упрощенный аэродинамический расчет систем вентиляции производится по следующему алгоритму:

1. Определение площади сечения канала в зависимости от оптимальной скорости движения потока воздуха.
2. Выбор приближенного к расчетному стандартного сечения канала. Конкретные показатели всегда следует подбирать в сторону увеличения. Воздушные каналы могут иметь увеличенные технические показатели, уменьшать их возможности запрещается. При невозможности подобрать стандартные каналы в технических условиях предусматривается их изготовление по индивидуальным эскизам.
3. Проверка показателей скорости движения воздуха с учетом реальных значений условного сечения основного канала и всех ответвлений.

Задача аэродинамического расчета воздуховодов – обеспечить планируемые показатели вентилирования помещений с минимальными потерями финансовых средств. При этом одновременно следует добиваться снижения трудоемкости и металлоемкости строительно-монтажных работ, обеспечения надежности функционирования установленного оборудования в различных режимах.

Специальное оборудование должно монтироваться в доступных местах, к нему обеспечивается беспрепятственный доступ для производства регламентных технических осмотров и иных работ для поддержания системы в рабочем состоянии.

Согласно положениям ГОСТ Р ЕН 13779-2007 для расчета эффективности вентиляции ε v нужно применять формулу:

с ЕНА – показатели концентрации вредных соединений и взвешенных веществ в удаляемом воздухе;

с IDA – концентрация вредных химических соединений и взвешенных веществ в помещении или рабочей зоне;

c sup – показатели загрязнений, поступающих с приточным воздухом.

Эффективность систем вентиляции зависит не только от мощности подключенных вытяжных или нагнетающих устройств, но и от места расположения источников загрязнения воздуха. Во время аэродинамического расчета должны приниматься во внимания минимальные показатели по эффективности функционирования системы.

Удельная мощность (P Sfp > Вт∙с / м 3) вентиляторов рассчитывается по формуле:

де Р – мощность электрического двигателя, установленного на вентиляторе, Вт;

q v – расход воздуха, подаваемого вентиляторов при оптимальном функционировании, м 3 /с;

∆ р – показатель перепада давления на входе и выходе воздуха из вентилятора;

η tot – общий коэффициент полезного действия для электрического двигателя, воздушного вентилятора и воздуховодов.

Во время расчетов имеются в виду следующие типы воздушных потоков согласно нумерации на схеме:

Схема 1. Типы потоков воздуха в системе вентиляции.

1. Наружный, поступает в систему кондиционирования помещений из внешней среды.
2. Приточный. Потоки воздуха, подающиеся в систему воздуховодов после предварительной подготовки (подогрева или очистки).
3. Воздух, находящийся в помещении.
4. Перетекающие воздушные потоки. Воздух, переходящий из одного в другое помещение.
5. Вытяжной. Воздух, отводящийся из помещения наружу или в систему.
6. Рециркуляционный. Часть потока, возвращаемого в систему для поддержания внутренней температуры в заданных значениях.
7. Удаляемый. Воздух, выводящийся из помещений бесповоротно.
8. Вторичный воздух. Возвращается обратно в помещение после очистки, нагрева, охлаждения и т. д.
9. Потери воздуха. Возможные утечки из-за негерметичности соединений воздуховодов.
10. Инфильтрация. Процесс поступления в воздух в помещения естественным путем.
11. Эксфильтрация. Естественная утечка воздуха из помещения.
12. Смесь воздуха. Одновременное пресечение нескольких потоков.

По каждому типу воздуха имеются свои государственные стандарты. Все расчеты вентиляционных систем должны их учитывать.