Расчет сопротивлений в системах вентиляции. Расчет воздуховодов вентиляции для помещений Расчет давления в воздуховоде онлайн

Расчет приточных и вытяжных систем воздуховодов сводится к определению размеров поперечного сечения каналов, их сопротивления движению воздуха и увязки напора в параллельных соединениях. Расчет потерь напора следует вести методом удельных потерь напора на трение.

Методика расчета:

Строится аксонометрическая схема вентиляционной системы, система разбивается на участки, на которые наносятся длина и значение расхода. Расчетная схема представлена на рисунке 1.

Выбирается основное (магистральное) направление, которое представляет собой наиболее протяженную цепочку последовательно расположенных участков.

3. Нумеруются участки магистрали, начиная с участка с наименьшим расходом.

4. Определяются размеры поперечного сечения воздуховодов на расчетных участках магистрали. Определяем площади поперечного сечения, м 2:

F р =L p /3600V p ,

где L р – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;

По найденным значениям F р ] принимаются размеры воздуховодов, т.е. находится F ф.

5. Определяется фактическая скорость V ф, м/с:

V ф = L p / F ф,

где L р – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;

F ф – фактическая площадь поперечного сечения воздуховода, м 2 .

Определяем эквивалентный диаметр по формуле:

d экв = 2·α·b/(α+b) ,

где α и b – поперечные размеры воздуховода, м.

6. По значениям d экв и V ф определяются значения удельных потерь давления на трение R.

Потери давления на трения на расчетном участке составят

P т =R·l·β ш,

где R – удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка воздуховода, м;

β ш – коэффициент шероховатости.

7. Определяются коэффициенты местных сопротивлений и просчитываются потери давления в местных сопротивлениях на участке:

z = ∑ζ·P д,

где P д – динамическое давление:

Pд=ρV ф 2 /2,

где ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ;

V ф – фактическая скорость воздуха на участке, м/с;

∑ζ – сумма КМС на участке,

8. Рассчитываются полные потери по участкам:

ΔР = R·l·β ш + z,

l – длина участка, м;

z - потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.

9. Определяются потери давления в системе:

ΔР п = ∑(R·l·β ш + z) ,

где R - удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка, м;

β ш – коэффициент шероховатости;

z- потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.

10. Проводится увязка ответвлений. Увязка производится, начиная с самых протяженных ответвлений. Она аналогична расчету основного направления. Сопротивления на всех параллельных участках должны быть равны: невязка не более 10%:

где Δр 1 и Δр 2 – потери в ветвях с большими и меньшими потерями давления, Па. Если невязка превышает заданное значение, то ставится дроссель-клапан.

Рисунок 1 – Расчетная схема приточной системы П1.

Последовательность расчета приточной системы П1

Участок 1-2, 12-13, 14-15,2-2’,3-3’,4-4’,5-5’,6-6’,13-13’,15-15’,16-16’:

Участок 2-3, 7-13, 15-16:

Участок 3-4, 8-16:

Участок 4-5:

Участок 5-6:

Участок 6-7:

Участок 7-8:

Участок 8-9:

Местные сопротивления

Участок 1-2:

а) на выход: ξ = 1,4

б) отвод 90°: ξ = 0,17

в) тройник на прямой проход:

Участок 2-2’:

а) тройник на ответвление

Участок 2-3:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

Участок 3-3’:

а) тройник на ответвление

Участок 3-4:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

Участок 4-4’:

а) тройник на ответвление

Участок 4-5:

а) тройник на прямой проход:

Участок 5-5’:

а) тройник на ответвление

Участок 5-6:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

Участок 6-6’:

а) тройник на ответвление

Участок 6-7:

а) тройник на прямой проход:

ξ = 0,15

Участок 7-8:

а) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

Участок 8-9:

а) 2 отвода 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

Участок 10-11:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) на выход: ξ = 1,4

Участок 12-13:

а) на выход: ξ = 1,4

б) отвод 90°: ξ = 0,17

в) тройник на прямой проход:

Участок 13-13’

а) тройник на ответвление

Участок 7-13:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

в) тройник на ответвление:

ξ = 0,8

Участок 14-15:

а) на выход: ξ = 1,4

б) отвод 90°: ξ = 0,17

в) тройник на прямой проход:

Участок 15-15’:

а) тройник на ответвление

Участок 15-16:

а) 2 отвода 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

Участок 16-16’:

а) тройник на ответвление

Участок 8-16:

а) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

б) тройник на ответвление:

Аэродинамический расчет приточной системы П1

Выполним невязку приточной системы П1, которая должна составить не более 10 %.

Так как невязка превышает допустимые 10%, необходимо поставить диафрагму.

Диафрагму устанавливаю на участке 7-13, V = 8,1 м/с, Р С = 20,58 Па

Следовательно для воздуховода диаметром 450 устанавливаю диафрагму диаметром 309.

Сердцем любой вентиляционной системы с механическим побуждением воздушного потока является вентилятор, который создает этот поток в воздуховодах. Мощность вентилятора напрямую зависит от напора, который необходимо создать на выходе из него, а для того, чтобы определить величину этого давления, требуется произвести расчет сопротивления всей системы каналов.

Для расчета потерь давления нужна схема и размеры воздуховода и дополнительного оборудования.

Исходные данные для вычислений

Когда известна схема вентиляционной системы, размеры всех воздухопроводов подобраны и определено дополнительное оборудование, схему изображают во фронтальной изометрической проекции, то есть аксонометрии. Если ее выполнить в соответствии с действующими стандартами, то на чертежах (или эскизах) будет видна вся информация, необходимая для расчета.

1. С помощью поэтажных планировок можно определить длины горизонтальных участков воздухопроводов. Если же на аксонометрической схеме проставлены отметки высот, на которых проходят каналы, то протяженность горизонтальных участков тоже станет известна. В противном случае потребуются разрезы здания с проложенными трассами воздухопроводов. И в крайнем случае, когда информации недостаточно, эти длины придется определять с помощью замеров по месту прокладки.
2. На схеме должно быть изображено с помощью условных обозначений все дополнительное оборудование, установленное в каналах. Это могут быть диафрагмы, заслонки с электроприводом, противопожарные клапаны, а также устройства для раздачи или вытяжки воздуха (решетки, панели, зонты, диффузоры). Каждая единица этого оборудования создает сопротивление на пути воздушного потока, которое необходимо учитывать при расчете.
3. В соответствии с нормативами на схеме возле условных изображений воздуховодов должны быть проставлены расходы воздуха и размеры каналов. Это определяющие параметры для вычислений.
4. Все фасонные и разветвляющие элементы тоже должны быть отражены на схеме.

Если такой схемы на бумаге или в электронном виде не существует, то придется ее начертить хотя бы в черновом варианте, при вычислениях без нее не обойтись.

Вернуться к оглавлению

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.

Когда известны параметры воздуховодов (их длина, сечение, коэффициент трения воздуха о поверхность), можно рассчитать потери давления в системе при проектируемом расходе воздуха.

Общие потери давления (в кг/кв.м.) рассчитываются по формуле:

P = R*l + z,

где R - потери давления на трение в расчете на 1 погонный метр воздуховода, l - длина воздуховода в метрах, z - потери давления на местные сопротивления (при переменном сечении).

1. Потери на трение:

В круглом воздуховоде потери давления на трение P тр считаются так:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,

где x - коэффициент сопротивления трения, l - длина воздуховода в метрах, d - диаметр воздуховода в метрах, v - скорость течения воздуха в м/с, y - плотность воздуха в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

• Замечание: Если воздуховод имеет не круглое, а прямоугольное сечение, в формулу надо подставлять эквивалентный диаметр, который для воздуховода со сторонами А и В равен: dэкв = 2АВ/(А + В)

2. Потери на местные сопротивления:

Потери давления на местные сопротивления считаются по формуле:

z = Q* (v*v*y)/2g,

где Q - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховода, для которого производят расчет, v - скорость течения воздуха в м/с, y - плотность воздуха в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Значения Q содержатся в табличном виде.

Метод допустимых скоростей

При расчете сети воздуховодов по методу допустимых скоростей за исходные данные принимают оптимальную скорость воздуха (см. таблицу). Затем считают нужное сечение воздуховода и потери давления в нем.

Порядок действий при аэродинамическом расчете воздуховодов по методу допустимых скоростей:

• Начертить схему воздухораспределительной системы. Для каждого участка воздуховода указать длину и количество воздуха, проходящего за 1 час.
• Расчет начинаем с самых дальних от вентилятора и самых нагруженных участков.
• Зная оптимальную скорость воздуха для данного помещения и объем воздуха, проходящего через воздуховод за 1 час, определим подходящий диаметр (или сечение) воздуховода.
• Вычисляем потери давления на трение P тр.
• По табличным данным определяем сумму местных сопротивлений Q и рассчитываем потери давления на местные сопротивления z.
• Располагаемое давление для следующих ветвлений воздухораспределительной сети определяется как сумма потерь давления на участках, расположенных до данного ветвления.

В процессе расчета нужно последовательно увязать все ветви сети, приравняв сопротивление каждой ветви к сопротивлению самой нагруженной ветви. Это делают с помощью диафрагм. Их устанавливают на слабо нагруженные участки воздуховодов, повышая сопротивление.

Таблица максимальной скорости воздуха в зависимости от требований к воздуховоду

Примечание: скорость воздушного потока в таблице дана в метрах в секунду

Метод постоянной потери напора

Данный метод предполагает постоянную потерю напора на 1 погонный метр воздуховода. На основе этого определяются размеры сети воздуховодов. Метод постоянной потери напора достаточно прост и применяется на стадии технико-экономического обоснования систем вентиляции:

• В зависимости от назначения помещения по таблице допустимых скоростей воздуха выбирают скорость на магистральном участке воздуховода.
• По определенной в п.1 скорости и на основании проектного расхода воздуха находят начальную потерю напора (на 1 м длины воздуховода). Для этого служит нижеприведенная диаграмма.
• Определяют самую нагруженную ветвь, и ее длину принимают за эквивалентную длину воздухораспределительной системы. Чаще всего это расстояние до самого дальнего диффузора.
• Умножают эквивалентную длину системы на потерю напора из п.2. К полученному значению прибавляют потерю напора на диффузорах.

Теперь по приведенной ниже диаграмме определяют диаметр начального воздуховода, идущего от вентилятора, а затем диаметры остальных участков сети по соответствующим расходам воздуха. При этом принимают постоянной начальную потерю напора.

Диаграмма определения потерь напора и диаметра воздуховодов

Использование прямоугольных воздуховодов

В диаграмме потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов. Если вместо них используются воздуховоды прямоугольного сечения, то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной ниже таблицы.

Примечания:

• Если позволяет пространство, лучше выбирать круглые или квадратные воздуховоды;
• Если места недостаточно (например, при реконструкции), выбирают прямоугольные воздуховоды. Как правило, ширина воздуховода в 2 раза больше высоты).

В таблице по горизонтальной указана высота воздуховода в мм, по вертикальной - его ширина, а в ячейках таблицы содержатся эквивалентные диаметры воздуховодов в мм.

Таблица эквивалентных диаметров воздуховодов