Потери в вентиляционных каналах. Что такое потеря давления

При перемещении воздуха в системах вентиляции происходит потеря энергии, которая обычно выражается в перепадах давлений воздуха на отдельных участках системы и в системе в целом. Аэродинамический расчёт проводится с целью определения размеров поперечного сечения участков сети.

В последнем случае подбор размеров поперечного сечения воздуховодов, как правило, проводят по предельно допустимым скоростям воздуха.

Аэродинамический расчёт вентиляционной системы состоит из двух этапов: расчёта участков основного направления – магистрали и увязки всех остальных участков системы.

Расчёт ведётся в такой последовательности.

1. Определяют нагрузки отдельных расчётных участков. Для этого систему разбивают на отдельные участки. Расчётный участок характеризуется постоянным по длине расходом воздуха. Границами между отдельными участками служат тройники.

Расчётные расходы на участках определяют суммированием расходов на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значения расхода и длину каждого участка указывают на аксонометрической схеме рассчитываемой системы

2. Выбирают основное (магистральное) направление, для чего выявляют наиболее протяжённую цепочку последовательно расположенных расчётных участков. При равной протяжённости магистралей в качестве расчётной выбирают наиболее нагруженную.

3. Нумерацию участков магистрали обычно начинают с участка с меньшим расходом. Расход, длину и результаты последующих расчётов заносят в табл. аэродинамического расчёта.

4. Задаваясь скоростями движения воздуха u рек и расходом воздуха на участке, определяют сечение воздуховода:

Скорость расчет по мере приближения к вентилятору.

5. определяют диаметр d, мм, фактическую скорость движения воздуха в нём u факт, м/с, удельную потерю давления на трение R, Па/м и общие потери давления по длине Rl. Если материал воздуховода отличен от стали, то вводится поправочный коэффициент n в зависимости от материала применяемых воздуховодов:

Для круглых воздуховодов:

Для прямоугольных воздуховодов:

6. Далее определяют потери давления на местные сопротивления. для каждого участка отдельно выписываются все местные сопротивления и производят суммирование их по участкам. Следует помнить, что местные сопротивления тройников надо относить к участку с меньшей нагрузкой.

7. Потери давления DР, Па, на участке воздуховода определяют по формуле:

DР = Rnl + Z,

где R – удельная потеря давления на 1 м стального воздуховода, Па/м;

Z – потеря давления в местных сопротивлениях;

n- поправка на шероховатость стенок воздуховода Принимается в зависимости от материала воздуховода

8. Потерю давления в местных сопротивлениях Z, Па, рассчитывают по формуле

где Р д – динамическое давление воздуха на участке, Па

Sx – сумма коэффициентов местных сопротивлений

r – плотность воздуха, кг/м 3 ;

u – скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с.

9. Общие потери давления в системе равны сумме потерь по магистрали и в вентиляционном оборудовании:

DR = S (Rnl+ Z) маг

Для систем с механическим побуждением движения воздуха по значению общих потерь давления в системе определяется требуемое давление вентилятора. Результаты расчёта заносятся в табл..

10. Увязку остальных участков (ответвлений) проводят, начиная с наиболее протяжённых ответвлений. Методика увязки ответвлений аналогична расчёту участков основного направления. При увязке ответвления, ранее рассчитанные потери давления в магистрали и диаметры воздуховодов пересчету не подлежат:

Р расп.отв = S (Rnl+ Z) парал.уч

Размеры сечений ответвлений считаются подобранными, если относительная невязка потерь в параллельных участках не превышает 15 %:

Чтобы определиться с размерами сечений на любом из отрезков воздухораспределительной системы, необходимо произвести аэродинамический расчет воздуховодов. Показатели, полученные при таком расчёте, определяют работоспособность как всей проектируемой системы вентиляции, так и отдельных её участков.

Для создания комфортных условий в кухне, отдельной комнате или помещении в целом необходимо обеспечить правильную проектировку воздухораспределительной системы, которая состоит из множества деталей. Важное место среди них занимает воздуховод, определение квадратуры которого оказывает влияние на значение скорости воздушного потока и шумность вентиляционной системы в целом. Определить эти и ряд других показателей позволит аэродинамический расчет воздуховодов.

Последовательность выполнения

Включает несколько этапов, каждый из них определяет ряд показателей, а также их суммарные значения. Все элементы формируются в виде таблиц.

1. Разрабатывается аксонометрическая схема воздухораспределительной системы и подготавливается к расчёту и выбору сечений воздуховодов.
2. Рассчитываются аэродинамические сопротивления.
3. Производится увязка основной линии (магистрали) и ответвлений.

Этап первый

Сюда входит аэродинамический расчёт механических систем кондиционирования или вентиляции, который включает ряд последовательных операций.Составляется схема в аксонометрии, которая включает вентиляцию: как приточную, так и вытяжную, и подготавливается к расчёту.

Размеры площади сечений воздуховодов определяются в зависимости от их типа: круглого или прямоугольного.

Формирование схемы

Схема составляется в аксонометрии с масштабом 1:100. На ней указываются пункты с расположенными вентиляционными устройствами и потреблением воздуха, проходящего через них.

Здесь следует определиться с магистралью – основной линией исходя из которой проводятся все операции. Она представляет собой цепь последовательно соединённых отрезков, с наибольшей нагрузкой и максимальной протяжённостью.

Выстраивая магистраль, следует обратить внимание на то какая система проектируется: приточная или вытяжная.

Приточная

Здесь линия расчёта выстраивается от самого удалённого распределителя воздуха с наибольшим потреблением. Она проходит через такие приточные элементы, как воздуховоды и вентиляционная установка вплоть до места где происходит забор воздуха. Если же система должна обслуживать несколько этажей, то распределитель воздуха располагают на последнем.

Вытяжная

Строится линия от самого удалённого вытяжного устройства, максимально расходующего воздушный поток, через магистраль до установки вытяжки и дальше до шахты, через которую осуществляется выброс воздуха.

Если планируется вентиляция для нескольких уровней и установка вытяжки располагается на кровле или чердаке, то линия расчёта должна начинаться с воздухораспределительного устройства самого нижнего этажа или подвала, который тоже входит в систему. Если установка вытяжки находится в подвальном помещении, то от воздухораспределительного устройства последнего этажа.

Вся линия расчёта разбивается на отрезки, каждый из них представляет собой участок воздуховода со следующими характеристиками:

• воздуховод единого размера сечения;
• из одного материала;
• с постоянным потреблением воздуха.

Следующим шагом является нумерация отрезков. Начинается она с наиболее удалённого вытяжного устройства или распределителя воздуха, каждому присваивается отдельный номер. Основное направление – магистраль выделяется жирной линией.

Далее, на основе аксонометрической схемы для каждого отрезка определяется его протяжённость с учётом масштаба и потребления воздуха. Последний представляет собой сумму всех величин потребляемого воздушного потока, протекающего через ответвления, которые примыкают к магистрали. Значение показателя, который получается в результате последовательного суммирования, должно постепенно возрастать.

Определение размерных величин сечений воздуховодов

Производится исходя из таких показателей, как:

• потребление воздуха на отрезке;
• нормативные рекомендуемые значения скорости движения воздушного потока составляют: на магистралях - 6м/с, на шахтах где происходит забор воздуха – 5м/с.

Рассчитывается предварительное размерная величина воздуховода на отрезке, которая приводится к ближайшему стандартному. Если выбирается прямоугольный воздуховод, то значения подбираются на основе размеров сторон, отношение между которыми составляет не более чем 1 к 3.

Этап второй

Здесь рассчитываются аэродинамические показатели сопротивления. После выбора стандартных сечений воздуховодов уточняется величина скорости воздушного потока в системе.

Расчёт потерь давления на трение

Следующим шагом является определение удельных потерь давления на трение исходя из табличных данных или номограмм. В ряде случаев может пригодиться калькулятор для определения показателей на основе формулы, позволяющей произвести расчёт с погрешностью в 0,5 процента. Для вычисления общего значения показателя, характеризующего потери давления на всём участке, нужно его удельный показатель умножить на длину. На этом этапе также следует учитывать поправочный коэффициент на шероховатость. Он зависит от величины абсолютной шероховатости того или иного материала воздуховода, а также скорости.

Вычисление показателя динамического давления на отрезке

Здесь определяют показатель, характеризующий динамическое давление на каждом участке исходя из значений:

• скорости воздушного потока в системе;
• плотности воздушной массы в стандартных условиях, которая составляет 1,2 кг/м3.

Определение значений местных сопротивлений на участках

Их можно рассчитать исходя из коэффициентов местного сопротивления. Полученные значения сводят в табличной форме, в которую включаются данные всех участков, причём не только прямые отрезки, но и по несколько фасонных частей. Название каждого элемента заносится в таблицу, там же указываются соответствующие значения и характеристики, по которым определяется коэффициент местного сопротивления. Эти показатели можно найти в соответствующих справочных материалах по подбору оборудования для вентиляционных установок.

При наличии большого количества элементов в системе или при отсутствии определённых значений коэффициентов используется программа, которая позволяет быстро осуществить громоздкие операции и оптимизировать расчёт в целом. Общая величина сопротивления определяется как сумма коэффициентов всех элементов отрезка.

Вычисление потерь давления на местных сопротивлениях

Рассчитав итоговую суммарную величину показателя, переходят к вычислению потерь давления на анализируемых участках. После расчёта всех отрезков основной линии полученные числа суммируют и определяют общее значение сопротивления вентиляционной системы.

Этап третий: увязка ответвлений

Когда проведены все необходимые расчёты необходимо произвести увязку нескольких ответвлений. Если система обслуживает один уровень, то увязывают ответвления не входящие в магистраль. Расчёт проводят в том же порядке, что и для основной линии. Результаты заносятся в таблицу. В многоэтажных зданиях для увязки используются поэтажные ответвления на промежуточных уровнях.

Критерии увязки

Здесь сопоставляются значения суммы потерь: давления по увязываемым отрезкам с параллельно присоединённой магистралью. Необходимо чтобы отклонение составляло не более 10 процентов. Если установлено, что расхождение больше, то увязку можно проводить:

• путём подбора соответствующих размеров сечения воздуховодов;
• при помощи установки на ответвлениях диафрагм или дроссельных клапанов.

Иногда для проведения подобных расчётов необходим всего лишь калькулятор и пара справочников. Если же требуется провести аэродинамический расчёт вентиляции больших зданий или производственных помещений, то понадобится соответствующая программа. Она позволит быстро определить размеры сечений, потери давления как на отдельных отрезках, так и во всей системе в целом.

http://www.youtube.com/watch?v=v6stIpWGDow Video can’t be loaded: Проектирование систем вентиляции. (http://www.youtube.com/watch?v=v6stIpWGDow)

Целью аэродинамического расчета является определение потерь давления (сопротивления) движению воздуха во всех элементах системы вентиляции - воздуховодах, их фасонных элементах, решетках, диффузорах, воздухонагревателях и других. Зная общую величину этих потерь, можно подобрать вентилятор, способный обеспечить необходимый расход воздуха. Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета. Прямая задача решается при проектировании вновь создаваемых систем вентиляции, состоит в определении площади сечения всех участков системы при заданном расходе через них. Обратная задача – определение расхода воздуха при заданной площади сечения эксплуатируемых или реконструируемых систем вентиляции. В таких случаях для достижения требуемого расхода достаточно изменения частоты вращения вентилятора или его замены на другой типоразмер.

Аэродинамический расчет начинают после определения кратности воздухообмена помещений и принятия решения по трассировке (схеме прокладки) воздуховодов и каналов. Кратность воздухообмена является количественной характеристикой работы системы вентиляции, показывает, сколько раз в течение 1-го часа объем воздуха помещения полностью заменится новым. Кратность зависит от характеристик помещения, его назначения и может отличаться в несколько раз. Перед началом аэродинамического расчета создается схема системы в аксонометрической проекции и масштабе М 1:100. На схеме выделяют основные элементы системы: воздуховоды, их фасонные части, фильтры, шумоглушители, клапана, воздухонагреватели, вентиляторы, решетки и другие. По этой схеме, строительным планам помещений определяют длину отдельных ветвей. Схему делят на расчетные участки, которые имеют постоянный расход воздуха. Границами расчетных участков являются фасонные элементы – отводы, тройники и прочие. Определяют расход на каждом участке, наносят его, длину, номер участка на схему. Далее выбирают магистраль – наиболее длинную цепь последовательно расположенных участков, считая от начала системы до самого удаленного ответвления. Если в системе несколько магистралей одинаковой длины, то главной выбирают с большим расходом. Принимается форма поперечного сечения воздуховодов – круглая, прямоугольная или квадратная. Потери давления на участках зависят от скорости воздуха и состоят из: потерь на трение и в местных сопротивлениях. Общие потери давления системы вентиляции равны потерям магистрали и состоят из суммы потерь всех ее расчетных участков. Выбирают направление расчета – от самого дальнего участка до вентилятора.

По площади F определяют диаметр D (для круглой формы) или высоту A и ширину B (для прямоугольной) воздуховода, м. Полученные величины округляют до ближайшего большего стандартного размера, т.е. D ст , А ст и В ст (справочная величина).

Пересчитывают фактические площадь сечения F факт и скорость v факт .

Для прямоугольного воздуховода определяют т.н. эквивалентный диаметр DL = (2A ст * B ст ) / (A ст + B ст ), м.

Определяют величину критерия подобия Рейнольдса Re = 64100* D ст * v факт. Для прямоугольной формы D L = D ст .

Коэффициент трения λ тр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λ тр = 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000.

Коэффициент местного сопротивления λм зависит от их типа, количества и выбирается из справочников.

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.

Табл. № 1. Рекомендованная скорость движения воздуха для различных помещений

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

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.