Аэродинамический расчет сетей

Распределение воздуха в системах кондиционирования и вентиляции осуществляется по более или менее сложной системе воздуховодов. Речь может идти и о простейшем одиночном воздуховоде, и о сложной разветвленной системе воздуховодов, обслуживающих целый этаж или всё здание. В обоих случаях речь идет о воздухораспределительной сети, которая должна отвечать определенным требованиям;

• обеспечивать производительность по воздуху;

• иметь минимальные потери напора;

• иметь скорость потока воздуха удовлетворяющую требованиям санитарных норм;

• иметь уровень шумов, не превышающий допустимый по санитарным нормам;

• быть герметичной;

• при необходимости воздуховоды должны иметь соответствующую тепло- звуко- или пароизоляцию;

• пространство, занимаемое воздуховодами, должно быть минимальным.

Системы воздушных коммуникаций классифицируются по скорости потока воздуха и рабочему давлению.

Классификация по скорости подразделяет воздуховоды на малоскоростные (со скоростью воздуха в канале не превышающей 13 м/с) и высокоскоростные каналы (со значениями от 13 до 25 м/с). Вытяжные каналы всегда рассчитываются как малоскоростные.

Классификация по давлению подразделяет их на воздуховоды низкого давления со значениями до 900 Па; среднего давления со значениями от 900 до 1700 Па и высокого давления со значениями от 1700 до 3000 Па.

Для небольших помещений применяются исключительно системы воздуховодов низкоскоростные и низкого давления.

Установки высокоскоростные и высокого давления применяются в больших зданиях, особенно в зданиях повышенной высотности, так как дают большие преимущества при минимизации сечений вентиляционных каналов. Проблема использования таких воздуховодов заключается в их повышенной шумности, зависящей от скорости потока воздуха.

Общее давление, создаваемое вентилятором, представляет собой сумму статического и динамического давления и должно соответствовать общим потерям напора на пути движения воздуха. Такие потери напора возникают: за счет трения воздуха, из-за изгибов и поворотов, изменения сечений воздуховода и т.д. Все эти потери должны быть уравновешены общим давлением, создаваемым вентилятором. Указанные потери напора влияют в значительной мере на потребление электроэнергии вентилятором, поэтому целесообразно вести проектирование воздуховодов и осуществлять их монтаж по возможности с меньшим количеством изгибов, поворотов и изменений сечения.

Аэродинамический расчет воздуховодов

Аэродинамический расчет воздуховодов обычно сводится к определению размеров поперечных сечений всех участков сети, обеспечивающих перемещение необходимого количества воздуха, а также к определению суммарного сопротивления, возникающего при движении воздуха по воздуховодам. На практике встречаются следующие случаи определения некоторых величин:

1) располагаемое давление задано, требуется определить размеры поперечных сечений воздуховодов для перемещения по ним расчетного количества воздуха;

2) известны поперечные сечения воздуховодов, требуется опре­делить необходимое давление для перемещения по этим воздухо­водам заданного количества воздуха;

3) требуется определить размеры поперечных сечений воздуховодов и потребное давление для перемещения расчетного количест­ва воздуха.

Первый случай характерен для систем естественной вентиля­ции, когда располагаемое давление изменить нельзя. Второй слу­чай имеет место, когда размеры сечений воздуховодов заданы по конструктивным или архитектурным соображениям. Третий — наиболее общий в практике проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Рассмотрим методику аэродинамического расчета воздухово­дов применительно к третьему, наиболее общему случаю.

Аэродинамический расчет воздуховодов выполняют после оп­ределения количества перемещаемого воздуха и решения трасси­ровки воздуховодов. Для проведения аэродинамического расчета вычерчивают аксонометрическую схему вентиляции шли конди­ционирования воздуха, на которой указывают фасонные части и их конструкции, воздухораспределительные и запорно-регулирующие устройства, теплообменные аппараты и другие устрой­ства, входящие в состав системы.

По планам и разрезам строительной части проекта сооруже­ния определяют протяженность сети воздуховодов. Сеть воздухо­водов разбивают на отдельные участки и определяют расход воз­духа на каждом из них. Расчетным участком считается часть воздуховода с постоянными расходом и скоростью воздуха. Зна­чение расхода и длины каждого участка наносят на аксономет­рическую схему (рис.).

После этого выбирают магистраль. В качестве магистрали на­значают наиболее протяженную и нагруженную цепочку после­довательно расположенных расчетных участков. Участки магис­трали нумеруют, начиная с наиболее удаленного. Номер, расход воздуха и длина каждого участка магистрали заносят в таблицу аэродинамического расчета.

Далее выбирают форму поперечного сечения воздуховода и оп­ределяют размеры сечений расчетных участков магистрали. Пло­щадь поперечного сечения воздуховода расчетного участка (м²) определяют по формуле:

F_P=L_P/ν_T

Рис. Аксонометрическая схема системы вентиляции:

1-5- номера участков; А-Б- узловые точки; L- расходы воздуха, м³/ч; l- длина участка, м.

Где, L_p — расчетный расход воздуха на участке, м³/с; ν_Т — реко­мендуемая скорость движения воздуха на участке, м/с.

Рекомендуемые скорости определены из экономических сооб­ражений с учетом акустических требований. Наименьшие скорости рекомендуется принимать на участках, имеющих отверстия в помещении. Обычно скорости на таких участках не должны превышать 4 м/с. По мере приближения к вентилятору скорости увеличиваются.

По величине F_p подбирают стандартные размеры воздуховода (а×b или d) так, чтобы фактическая площадь поперечного сече­ния участка F_ф была близкой к F_p. Для прямоугольного возду­ховода определяют эквивалентный диаметр. По фактической пло­щади поперечного сечения определяют фактическую скорость воздуха на участке воздуховода:

ν_Ф=L_P/F_Ф

По таблицам или номограммам определяют удельные потери давления на трение и вычисляют потери давления на трение на расчетном участке R_трl. Для каждого вида местного сопротив­ления на участке определяют по таблицам коэффициент местно­го сопротивления ξ. По сумме ξ и динамическому давлению опре­деляют потери давления в местных сопротивлениях участка:

∆р_м.с=Σ ξ ∙(ρν_ф ²/2)

Потери давления на расчетном участке

∆р= R_трl+( ρν_ф ²/2)−

где R- потери давления на трение, Н/м² на 1 пог. М воздуховода;

l- длина воздуховода, м;

ρ- плотность воздуха, кг/м³.

При температуре воздушного потока, отличающейся от 20 °С, на потери давления, подсчитанные по вышеуказанной формуле, следует вводить поправочные коэффициенты, соответственно, на трение и на местные сопротивления.

Потери давления на трение в круглых воздуховодах можно определить по формуле:

∆Р_тр=λ/d∙(ν²ρ/2) ∙ l, кг/м²,

где λ- коэффициент сопротивления трению;

l- длина воздуховода, м;

d- диаметр воздуховода, м;

ν- скорость воздуха, м/с;

ν²ρ/2- динамическое давление, Н/м.

Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину диаметра, а принимается эквивалентный диаметр, который определяется по формуле:

d_экв=2∙А∙В/А+В,

где А и В- размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.

Общие потери давления в магистрали и» следовательно» во всей сети воздуховодов

∆Р_м= Σ^N_i=1(R_трl+ Σ ξ ∙(ρν_ф ²/2))+ Σ∆р_об,

где 1, …, N — номера участков магистрали; Δр_об — потери давле­ния в оборудовании и других устройствах системы,

Расчет всех ответвлений заключается в таком подборе сече­ний участков, составляющих ответвления, при котором потери дав­ления на преодоление сопротивлений были бы равны соответству­ющим узловым давлениям, т. е. давлениям в магистрали в мес­тах ответвлений. Расхождения не должны превышать 5 % от соответствующего узлового давления. Если с помощью нормализо­ванных размеров сечений воздуховодов этого добиться нельзя, не­обходимо установить дроссельную диафрагму для погашения из­быточного давления.