Формула расчета объема воздуха по скорости потока: Калькулятор скорости воздуха в воздуховоде. Формула

Содержание

Расчет воздуховодов по скорости и расходу и методы измерения расхода воздуха в помещениях

Аэродинамический расчет систем это очень важная составляющая проекта. Ведь именно за результатами этого расчета подбирается вентиляционное оборудование, а также в процессе подбирают размеры воздуховодов. Это прям можно назвать «сердцем» проекта.

Расчет производится для круглых и прямоугольных воздуховодов, также значение имеет их материал и параметры воздуха. Разберем аэродинамический расчет воздуховодов на примере общеобменной вентиляции.

Для систем аспирации и некоторых других местных вентиляционных систем расчет немножко другой.

  • Основные формулы расчета
  • Аэродинамический расчет в Excel 

Основные формулы аэродинамического расчета

Первым делом необходимо сделать аэродинамический расчет магистрали. Напомним что магистральным воздуховодом считается наиболее длинный и нагруженный участок системы. За результатами этих вычислений и подбирается вентилятор.  

Рассчитывая магистральную ветвь желательно, чтобы скорость в воздуховоде увеличивалась по ходу приближения к вентилятору!

Только не забывайте об увязке остальных ветвей системы. Это важно! Если нет возможности произвести увязку на ответвлениях воздуховодов в пределах 10% нужно применять диафрагмы. Коэффициент сопротивления диафрагмы рассчитывается за формулой: 

Если неувязка будет больше 10%, когда горизонтальный воздуховод входит в вертикальный кирпичный канал в месте стыковки  необходимо разместить прямоугольные диафрагмы.

Основная задача расчета состоит из нахождения потерь давления. Подбирая при этом оптимальный размер воздуховодов и контролирую скорость воздуха. Общие потери давления представляют собой сумму двух компонентов — потерь давления по длине воздуховодов (на трение) и потерь в местных сопротивлениях. Расчитываются они по формулам

Эти формулы правильны для стальных воздуховодов, для всех остальных вводится коэффициент поправки. Он берется из таблицы в зависимости от скорости и шероховатости воздуховодов.

Для прямоугольных воздухопроводов расчетной величиной принимается эквивалентный диаметр.

Рассмотрим последовательность аэродинамического расчета воздуховодов на примере офисов, приведенных в предыдущей статье, по формулам. А затем покажем как он выглядит в программке Excel.

Пример расчета

По расчетам в кабинете воздухообмен составляет 800 м3/час. Задание было запроектировать воздуховоды в кабинетах не больше 200 мм высотой.  Размеры помещения даны заказчиком. Воздух подается при температуре 20°С, плотность воздуха 1,2 кг/м3.

  • Проще будет если результаты заносить в таблицу такого вида
  • Сначала мы сделаем аэродинамический расчет главной магистрали системы. Теперь все по-порядку:
  • Разбиваем магистраль на участки по приточным решеткам. У нас в помещении восемь решеток, на каждую приходится по 100 м3/час. Получилось 11 участков. 0,25=0,0996 Шероховатость разных материалов разная.
  • Динамическое давление Pд=1,2*1,23*1,23/2=0,9 Па тоже записывается в столбец.
  • Из таблицы 2.22 определяем удельные потери давления или рассчитываем R=Pд*λ/d= 0,9*0,0996/0,15=0,6 Па/м  и заносим в столбик. Затем на каждом участке определяем потери давления на трение: ΔРтр=R*l*n=0,6*2*1=1,2 Па.
  • Коэффициенты местных сопротивлений берем из справочной литературы. На первом участке у нас решетка и увеличение воздуховода в сумме их КМС составляет 1,5.
  • Потери давления в местных сопротивлениях ΔРм=1,5*0,9=1.35 Па
  • Находим суму потерь давления на каждом участке = 1.35+1.2=2,6 Па. А в итоге и потери давления во всей магистрали = 185,6 Па. таблица к тому времени будет иметь вид

Далее производится по тому же методу расчет остальных ветвей и их увязка. Но об этом поговорим отдельно.

 При увязке ответвлений расхождение в потерях давления должно быть не более 15%, если воздух поступает в одно помещение (цех) и не более 10%, если в разные помещения

После этого аэродинамический расчет можно считать завершенным. Для круглых воздуховодов принцип расчета такой же, только эквивалентный диаметр приравнивается к диаметру воздуховода.

Поэтапная работа с аэродинамическим расчетом в Excel

Если вам нужно сделать аэродинамический расчет, но вы не готовы просчитывать эти колоссальные формулы вручную, тогда поможет Excel.

 По ссылке размещен файл Excel, который можно скачать или редактировать онлайн. Для получения результата необходимо заполнить всего 6 столбцов таблицы, а далее программа сделает все сама. Возьмем все те же офисы для достоверности результатов. Поэтапно вводим:

  1. Расход воздуха на каждом участке.
  2. Длину каждого из них.
  3. Рекомендуемую скорость. После заполнения, в файле уже будет рассчитано минимальная необходимая площадь сечения.
  4. Ориентируясь по рекомендуемой площади нужно подобрать размер воздуховода. Просто введите высоту и ширину в столбик F и G, как тут же рассчитается скорость на участке и эквивалентный диаметр. В итоге и число Рейнольдса.
  5. Эквивалентная шероховатость вводится также вручную.
  6. На каждом участке необходимо будет посчитать сумму КМС и также занести в таблицу.
  7. Наслаждаться результатом расчетов!

Напомним, аэродинамический расчет в Excel сделан для прямоугольных стальных воздуховодов при температуре подаваемого воздуха 20°С. Если у вас параметры другие, замените значение плотности, шероховатости и вязкости на ваши. Таблица полностью отвечает расчетным формулам и готова к использованию. Успешных вам аэродинамических расчетов!!!

Расчет скорости воздуха в воздуховоде по формуле и таблицам

В этой статье мы дадим ответ на вопрос — как правильно рассчитать скорости течения воздуха в воздуховодах различной формы.

Здесь приведены формулы расчета скорости воздуха и давления в воздуховоде (круглого или прямоугольного сечения) в зависимости от расхода воздуха и площади сечения. Для быстрого расчета можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Формула расчета скорости воздуха в метрической системе:

Q — расход воздуха, м3/час

S — площадь сечения воздуховода, м2

Простой способ расчета скорости воздуха в воздуховоде

Для расчета величины скорости воздуха нужно объем перемещаемого воздуха в м3/ч разделить на 3600 (количество секунд в часе) и разделить на площадь сечения воздуховода, либо введите значения в поля ниже.

Примеры расчета скорости воздуха в квадратном воздуховоде

Пример № 1 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 100 м3
  • воздуховод квадратный 200 мм на 200 мм

Скорость воздуха равна 100 / 3600 / 0,2 / 0,2 = 0,69 м/с

Пример № 2 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 500 м3
  • воздуховод квадратный 200 мм на 200 мм

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / 0,2 / 0,2 = 3,47 м/с

Примеры расчета скорости воздуха воздуховоде прямоугольного сечения

Пример № 3 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 100 м3
  • воздуховод прямоугольный  200 мм на 400 мм

Скорость воздуха равна 100 / 3600 / 0,2 / 0,4 = 0,35 м/с

Пример № 4 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 500 м3
  • воздуховод квадратный 200 мм на 400 мм

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / 0,2 / 0,4 = 1,74 м/с

Пример № 5 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 1000 м3
  • воздуховод квадратный 200 мм на 400 мм

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / 0,2 / 0,4 = 3,47 м/с

Примеры расчета скорости воздуха воздуховоде круглого сечения

Пример № 6 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 100 м3
  • воздуховод круглый диаметром  200 мм

Скорость воздуха равна 100 / 3600 / (3,14 * 0,2 * 0,2/4)  = 0,88 м/с

Пример № 7 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 500 м3
  • воздуховод круглый диаметром  300 мм

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / (3,14 * 0,3 * 0,3/4)  = 1,96 м/с

Пример № 8 расчета скорости воздуха:

  • объем перемещаемого воздуха = 1000 м3
  • воздуховод круглый диаметром  400 мм

Скорость воздуха равна 1000 / 3600 / (3,14 * 0,4 * 0,4/4)  = 2,21 м/с

Готовые таблицы определения скорости воздуха в воздуховоде

Для определения расчетной скорости воздуха в воздуховодах можно использовать готовые таблицы. Такие таблицы не сложно найти в открытых источниках информации. Скоростные характеристики важны для расчета эффективности работы системы вентиляции.

  • Таблица расчета скорости течения воздуха в круглом воздуховоде.
  • Таблица расчета скорости течения воздуха в прямоугольном воздуховоде.

Рекомендуемая скорость воздуха в вентиляционных воздуховодах

Скорость движения воздушных масс в каналах не ограничивается и не нормируется, ее следует принимать по результатам расчета, руководствуясь соображениями экономической целесообразности.

Рекомендуемая скорость воздуха для различных систем вентиляции:

  • для общеобменных систем вентиляции с сечением воздуховодов до 600×600 — менее 4 м/с;
  • для систем вентиляции с сечением воздуховодов более 600×600 — менее 6 м/с;
  • для систем дымоудаления и специфических систем вентиляции — менее 10 м/с. .

Правильный расчет скорости воздуха позволяет построить эффективную систему вентиляции!

Расчет воздуховодов по скорости и расходу методы измерения расхода воздуха в помещениях

Воздушный поток внутри воздухопровода получает импульс от вентилятора и под его воздействием перемещается в заданном направлении. При этом, общее давление складывается из двух самостоятельных величин:

  • статическое давление, обусловленное энергией взаимодействия молекул газа
  • динамическое давление, воздействующее на стенки трубы

Статическое давление P

измеряют с помощью специальных приспособлений (трубка Пито, соединенная с дифманометром). Динамическое давление представляет собой произведение плотности воздуха на квадрат скорости потока, деленное пополам.

P дин = ρ*(v2/2)

  • P дин  — динамическое давление
  • ρ — плотность воздуха (или перемещаемого газа)
  • v2 — квадрат скорости потока

Сумма обоих значений и будет составным общим давлением воздуха на данном участке воздуховода. Важно понимать, что давление всегда вычисляется только при заданном расходе, т. е. определенном режиме работы

. Увеличение скорости вращения или изменение размеров рабочего колеса автоматически вызовет изменение давления.

Смысл определения давления воздуха в воздуховодах заключается в сохранении параметров системы. Если имеется отрезок трубопровода, равномерно сужающийся от начала к концу (такие участки называются конфузорами), то в конечной точке будет наблюдаться изменение режима потока:

  • увеличение скорости
  • уменьшение статического давления
  • увеличение динамического давления

В результате, общее давление останется неизменным, а скорость потока возрастет. Расход воздуха в конечной точке пропорционально упадет, поэтому перед началом понадобится придать потоку дополнительный импульс для сохранения общего режима работы системы. Для определения величины дополнительной энергии надо предварительно рассчитать давление и все остальные параметры потока.

Если на участке воздуховода имеется расширение (диффузор), происходит обратное явление — возрастает расход, но падает скорость и давление. Для сохранения режима также необходимо заранее рассчитать начальные значения всех показателей воздушного потока в системе.

Сеть воздуховодов представляет собой сложную систему с большим количеством изгибов, ответвлений, переходов. Все они образуют динамическое сопротивление движению воздуха, которое надо учесть при расчете режима работы вентиляции. Определение давления при этом играет главную роль, позволяющую оперировать другими данными.

Зачем измеряют скорость воздуха

Система вентиляции — очень сложная система, которая состоит из многих функциональных составляющих, от воздуховодов до вентиляционных агрегатов.

Учитывая то, что для правильной работы такой системы берут во внимание множество показателей, выполнение любого более-менее серьезного проекта системы вентиляции и кондиционирования не обойдется без применения измерительных приборов.

А измерение скорости в воздуховодах играет одну из важнейших ролей, для правильного функционирования системы.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Освещение и вентиляция гардеробной виды способы

Для систем вентиляции и кондиционирования одним из важнейших факторов является состояние подаваемого воздуха. То есть, его характеристики.

К основным параметрам воздушного потока относятся:

  • температура воздуха;
  • влажность воздуха;
  • расход количества воздуха;
  • скорость потока;
  • давление в воздуховоде;
  • другие факторы (загрязненность, запыленность…).

В СНиПах и ГОСТах описаны нормированные показатели для каждого из параметров. В зависимости от проекта величина этих показателей может изменятся в рамках допустимых норм.

Скорость в воздуховоде строго не регламентируется нормативными документами, но в справочниках проектировщиков можно найти рекомендуемые значение этого параметра. Узнать как рассчитать скорость в воздуховоде, и ознакомится с ее допустимыми значениями можно прочитав данную статью .

Например, для гражданских зданий рекомендуемая скорость движения воздуха по магистральным каналам вентиляции лежит в пределах 5-6 м/с. Правильно выполненный аэродинамический расчет решит задачу подачи воздуха с необходимой скоростью.

Но для того чтобы постоянно соблюдать этот режим скорости, нужно время от времени контролировать скорость перемещения воздуха.

Почему? Через некоторое время воздуховоды, каналы вентиляции загрязняются, оборудование может давать сбои, соединения воздуховодов разгерметизируются.

Так же, измерения необходимо проводить при плановых проверках, чистках, ремонтах, в общем, при обслуживании вентиляции. Помимо этого, измеряют также скорость движения дымовых газов и др.

Все устройства такого типа компактны и несложны в использовании, хотя и тут есть свои тонкости.

Приборы для измерения скорости воздуха:

  • Крыльчатые анемометры
  • Температурные анемометры
  • Ультразвуковые анемометры
  • Анемометры с трубкой Пито
  • Дифманометры
  • Балометры

Крыльчатые анемометры одни из самых простых по конструкции устройств. Скорость потока определяется скоростью вращения крыльчатки прибора.

Температурные анемометры имеют датчик температуры. В нагретом состоянии он помещается в воздуховод и по мере его остывания определяют скорость воздушного потока.

Ультразвуковыми анемометрами в основном измеряют скорость ветра. Они работают по принципу определения разницы частоты звука в выбранных контрольных точках воздушного потока.

Анемометры с трубкой Пито оснащены специальной трубкой малого диаметра. Ее помещают в середину воздуховода, тем самым измеряя разницу полного и статического давления. Это одни из самых популярных устройств для измерения воздуха в воздуховоде, но при этом у них есть недостаток — невозможность использования, при высокой концентрации пыли.

Дифманометры могут измерять не только скорость, а и расход воздуха. В комплекте из трубкой Пито, этим устройством можно измерять потоки воздуха до 100 м/с.

Балометры наиболее эффективны при измерениях скорости воздуха на выходе из вентиляционных решеток и диффузоров. Они имеют раструб, который захватывает весь воздух, выходящий из вент-решетки, тем самым сводя погрешность измерения к минимуму.

Существуют некоторые нюансы работы с анемометрами разных видов. Как уже упоминалось, анемометры с трубкой Пито нельзя использовать при высоких концентрациях твердых частичек, иначе трубка быстро засоряется, а прибор выходит из строя. Термоанемометры не работают в условиях измерения высоких скоростей воздушного потока — свыше 20 м/с.

Измерения скорости воздуха можно проводить в воздуховодах, на выходе из воздуховодов, в вентиляционных решетках или диффузорах.

Когда измерение скорости проводят непосредственно в воздуховоде, то место измерения должно находится после прохождения потока через фильтры. На воздуховоде следует найти специальное отверстие, которое предназначено для контрольно-измерительных операций (такие отверстия часто закрывают питометражной заглушкой). Также можно использовать очистной лючок.

[important] Следует помнить , что отверстие для контрольно-измерительных операций должно находится на прямом участке воздуховода. Его длинна не менее 5 диаметров воздуховода [/important]

При произведении замеров трубкой Пито, ее вставляют в воздуховод, направляя против потока воздуха.

Заключение

С помощью современных приборов для измерения скорости воздуха можно точно и быстро определить характеристики воздушного потока с минимальной погрешностью, что позволит легко произвести техническое обслуживание системы вентиляции.

В СНиПах и ГОСТах описаны нормированные показатели для каждого из параметров. В зависимости от проекта величина этих показателей может изменятся в рамках  допустимых норм.

Скорость в воздуховоде строго не регламентируется нормативными документами, но в справочниках проектировщиков можно найти рекомендуемые значение этого параметра. Узнать как рассчитать скорость в воздуховоде, и ознакомится с ее допустимыми значениями можно прочитав данную статью. 

Например, для гражданских зданий рекомендуемая скорость движения воздуха по магистральным каналам вентиляции лежит в пределах 5-6 м/с. Правильно выполненный аэродинамический расчет решит задачу подачи воздуха с необходимой скоростью.

Все устройства такого типа компактны и несложны в использовании, хотя и тут есть свои тонкости.

Ультразвуковыми анемометрами в основном измеряют скорость ветра. Они работают по принципу определения разницы частоты звука в выбранных контрольных точках воздушного потока.

Анемометры с трубкой Пито оснащены специальной трубкой малого диаметра. Ее помещают в середину воздуховода, тем самым измеряя разницу полного и статического давления. Это одни из самых популярных устройств для измерения воздуха в воздуховоде, но при этом у них есть недостаток — невозможность использования, при высокой концентрации пыли.

Дифманометры могут измерять не только скорость, а и расход воздуха. В комплекте из трубкой Пито, этим устройством можно измерять потоки воздуха до 100 м/с.

Балометры наиболее эффективны при измерениях скорости воздуха на выходе из вентиляционных решеток и диффузоров. Они имеют раструб, который захватывает весь воздух, выходящий из вент-решетки, тем самым сводя погрешность измерения к минимуму.

Потери давления на изгибах

Изгибы воздуховодов создают сопротивление движению воздуха, в котором создаются турбулентные потоки и завихрения. Они гасят скорость и энергию, оказывая отрицательное влияние на режим перемещения среды. Величина падения напрямую зависит от угла изгиба.

Существует диаграмма, отображающая эту величину относительно разных углов изгиба, соответствующих параметрам стандартных фасонных изделий. По ней можно определить, насколько упадет давление при прохождении изгиба данной конфигурации. Эта диаграмма есть в таблицах СНиП, данные из нее учитываются при проектировании системы.

Потери давления на диффузорах

Диффузор — это участок воздуховода с равномерно расширяющимся сечением. Для определения падения давления может быть произведен специализированный расчет, но он сложен и недоступен для человека, не имеющего соответствующего образования и опыта.

Поэтому принято использовать диаграмму в таблицах СНиП, где заранее произведены все вычисления. Надо только найти начальное и конечное значение размеров и определить искомую величину. Поскольку все результаты одинаковы, делать каждый раз один и тот же расчет нецелесообразно.

Потери давления в прямолинейных воздуховодах

Прямые участки воздуховодов также создают определенное сопротивление потоку воздуха. Он теряет энергию из-за трения о стенки, турбулентности, ослабления общего импульса, полученного потоком от рабочего колеса вентилятора.

Зависимость падения от длины и размеров трубы линейная, поэтому ее не считают, а находят по диаграмме в таблицах СНиП или ином справочнике.

По вертикальной оси отображен объем перемещаемого воздуха (расход), по горизонтальной — величина потери давления.

Пользуются диаграммой не так, как обычно — сначала на вертикальной оси находят существующую величину расхода, потом совмещают ее с размером трубы на диаграмме и опускают перпендикуляр на горизонтальную ось, которая покажет требуемое значение.

Определение скорости воздуха в воздуховоде

Для разработки будущей системы вентиляции немаловажно определиться с габаритами каналов, которые нужно проложить в тех или иных условиях.

Во вновь строящемся здании это сделать проще, еще на стадии проектирования расположив все инженерные сети и технологическое оборудование в соответствии с нормативными документами.

Другое дело, когда идет реконструкция или техническое перевооружение производства, тут требуется прокладка трасс воздуховодов с учетом существующих условий. Размеры каналов могут сыграть большую роль, а чтобы их правильно вычислить, необходимо принять оптимальную скорость движения воздуха.

Таблица скорость воздуха в воздуховоде.

Порядок выполнения расчета

Имеется еще один вариант устройства приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением. Заключается он в том, чтобы использовать существующие воздухопроводы для новых вентиляционных установок. Тут также не обойтись без просчета скорости потока в этих старых трубопроводах на основании обследований и измерений.

Общая формула расчета величины скорости воздушных масс (V, м/с) происходит из формулы вычисления расхода приточного воздуха (L, м.куб/ч) в зависимости от размера площади сечения канала (F, м.кв.):

L = 3600 x F x V

Примечание: умножение на цифру 3600 необходимо для приведения в соответствие единиц времени (часы и секунды).

Процесс замера скорости воздуха.

Соответственно, формулу скорости потока можно представить в следующем виде:

V = L / 3600 x F

Рассчитать площадь сечения существующего канала не составляет труда, а если ее нужно вычислить? Тогда и приходит на помощь способ подбора размеров воздуховода по рекомендуемым скоростям воздушных потоков.

Изначально из трех параметров, участвующих в расчетах, на данном этапе четко должен быть известен один – это количество воздушной смеси (L, м.куб/ч), необходимое для вентиляции того или иного помещения.

Оно определяется в соответствии с нормативной базой в зависимости от назначения строения и его внутренних комнат. Выполняется расчет по числу людей в каждом помещении или по величине выделяющихся вредных веществ, излишков тепла или влаги.

После этого нужно принять предварительное значение скорости воздуха в воздуховодах, сделать это можно воспользовавшись таблицей рекомендуемых скоростей.

Тип воздухопровода Основная магистраль Разводящие каналы Распределение по помещению Раздающие приточные устройства Вытяжные панели, зонты, решетки
Рекомендуемая скорость 6 – 8 м/с 4 – 5 м/с 1,5 – 2 м/с 1 – 3 м/с 1,5 – 3 м/с

Расчёт воздуховодов систем вентиляции — Мир Климата и Холода

Расчёт воздуховодов вентиляции является одним из этапов расчета вентиляции и заключается в определении размеров воздуховода в зависимости от расхода воздуха, который должен проходить через рассматриваемый воздуховод. Кроме того, возникают задачи по определению площади поверхности воздуховода. Рассмотрим их более подробно.

Расчёт воздуховодов онлайн

Курс МП1 — расчет воздуховодов и воздухообмена

Для расчета воздуховодов рекомендуем воспользоваться онлайн-калькулятором, расположенным выше. Исходными данными для расчета являются расход воздуха и максимальная допустимая скорость воздуха в воздуховоде.

Преимуществом нашего калькулятора является то, что в результате расчета вы узнаете не только рекомендуемое сечение круглых и/или прямоугольных воздуховодов, но и фактическую скорость воздуха в них, эквивалентный диаметр и потери давления на 1 метр длины.

О расчете площади воздуховодов читайте в отдельной статье.

Расчёт сечения воздуховодов

Задача расчёта сечения воздуховодов вентиляции может звучать по-разному:

  • расчёт воздуховодов вентиляции
  • расчёт воздуха в воздуховоде
  • расчёт сечения воздуховодов
  • формула расчёта воздуховодов
  • расчёт диаметра воздуховода

Следует понимать, что все вышеперечисленные расчёты — по сути, одна и та же задача, которая сводится к определению площади сечения воздуховода, по которому протекает расход воздуха G [м3/час].

Алгоритм расчета сечения воздуховодов

Расчет сечения воздуховодов подразумевает определение размеров воздуховодов в зависимости от расхода пропускаемого воздуха. Он выполняется в 4 этапа:

  1. Пересчет расхода воздуха в м3/с
  2. Выбор скорости воздуха в воздуховоде
  3. Определение площади сечения воздуховода
  4. Определение диаметра круглого или ширины и высоты прямоугольного воздуховода.

На первом этапе расчёта воздуховода расход воздуха G, выраженный, как правило, в м3/час, переводится в м3/с. Для этого его необходимо разделить на 3600:

  • G [м3/c] = G [м3/час] / 3600

На втором этапе следует задать скорость движения воздуха в воздуховоде. Скорость следует именно задать, а не рассчитать. То есть выбрать ту скорость движения воздуха, которая представляется оптимальной.

Высокая скорость воздуха в воздуховоде позволяет использовать воздуховоды малого сечения. Однако при этом поток воздуха будет шуметь, а аэродинамическое сопротивление воздуховода сильно возрастёт.

Малая скорость воздуха в воздуховоде обеспечивает тихий режим работы системы вентиляции и малое аэродинамическое сопротивление, но делает воздуховоды очень громоздкими.

Для систем общеобменной вентиляции оптимальной скоростью воздуха в воздуховоде считается 4 м/с. Для больших воздуховодов (600×600 мм и более) скорость воздуха может быть повышена до 6 м/с. В системах дымоудаления скорость воздуха может достигать и превышать 10 м/с.

Итак, на втором этапе расчета воздуховодов задаётся скорость движения воздуха v [м/с].

На третьем этапе определяется требуемая площадь сечения воздуховода путем деления расхода воздуха на его скорость:

  • S [м2] = G [м3/c] / v [м/с]

На четвёртом, заключительном, этапе под полученную площадь сечения воздуховода подбирается его диаметр или длины сторон прямоугольного сечения.

Таблица сечений воздуховодов

В помощь проектировщикам разработано несколько таблиц сечений воздуховодов, которые позволяют быстро подобрать сечение в зависимости от полученной площади.

Пример расчёта воздуховода

В качестве примера рассчитаем сечение воздуховода с расходом воздуха 1000 м3/час:

  1. G = 1000/3600 = 0,28 м3/c
  2. v = 4 м/с
  3. S = 0,28 / 4 = 0,07 м2
  4. В случае круглого воздуховода его диаметр составил бы D = корень (4·S/ π) ≈ 0,3 м = 300мм. Ближайший стандартный диаметр воздуховода — 315 мм.

В случае прямоугольного воздуховода необходимо подобрать такие А и В, чтобы их произведение было равно примерно 0,07. При этом рекомендуется, чтобы А и В не отличались друг от друга более чем в три раза, то есть воздуховод 700×100 — не лучший вариант. Более хорошие варианты: 300×250, 350×200.

Эквивалентный диаметр воздуховода

При сравнении круглых и прямоугольных воздуховодов разного сечения с точки зрения аэродинамики прибегают к понятию эквивалентного диаметра воздуховода. С его помощью можно определить, какой из двух вариантов сечений является предпочтительным.

Что такое эквивалентный диаметр воздуховода

Эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода — это диаметр воображаемого круглого воздуховода, в котором потеря давления на трение была бы равна потере давления на трение в исходном прямоугольном воздуховоде при одинаковой длине обоих воздуховодов.

В книгах и учебниках В. Н. Богословского такой диаметр называется «Эквивалентный по скорости диаметр», в литературе П. Н. Каменева — «Равновеликий диаметр по потерям на трение».

Расчет эквивалентного диаметра воздуховодов

Эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода вычисляется по формуле:

  • Dэкв_пр = 2·А·В / (А+В), где А и В — ширина и высота прямоугольного воздуховода.

Например, эквивалентный диаметр воздуховода 500×300 равен 2·500·300 / (500+300) = 375 мм. Это означает, что круглый воздуховод диаметром 375 мм будет иметь такое же аэродинамическое сопротивление, что и прямоугольный воздуховод 500×300 мм.

Эквивалентный диаметр квадратного воздуховода равен стороне квадрата:

  • Dэкв_кв = 2·А·А / (А+А) = А.

И этот факт весьма интересен, ведь обычно чем больше площадь сечения воздуховода, тем ниже его сопротивление. Однако круглая форма сечения воздуховода имеет наилучшие аэродинамические показатели. Именно поэтому сопротивление квадратного и круглого воздуховодов равны, хотя площадь сечния квадратного воздуховода на 27% больше площади сечения круглого воздуховода.

В общем случае формула для эквивалентного диаметра воздуховода выглядит следующим образом:

  • Dэкв = 4·S / П, где S и П — соответственно, площадь и периметр воздуховода.

Используя эту формулу можно подтвердить правильность вышеприведённых формул для прямоугольного и квадратного воздуховодов, а также убедиться в том, что эквивалентный диаметр круглого воздуховода равен диаметру этого воздуховода:

  • Dкругл = 4·π·R2 / 2·π·R = 2R = D.

Кроме того, для расчета может помочь таблица эквивалентного диаметра воздуховодов

Пример расчета эквивалентного диаметра воздуховодов и некоторые выводы

В качестве примера определим эквивалентный диаметр воздуховода 600×300:

Dэкв_600_300 = 2·600·300 / (600+300) = 400 мм.

Интересно отметить, что площадь сечения круглого воздуховодам диаметром 400 мм составляет 0,126 м2, а площадь сечения воздуховода 600×300 составляет 0,18 м2, что на 42% больше. Расход стали на 1 метр круглого воздуховода сечением 400 мм составляет 1,25 м2, а на 1 метр воздуховода сечением 600×300 — 1,8 м2, что на 44% больше.

  • Таким образом, любой аналогичный круглому прямоугольный воздуховод значительно проигрывает ему как в компактности, так и в металлоемкости.
  • Рассмотрим ещё один пример — определим эквивалентный диаметр воздуховода 500×100 мм:
  • Dэкв_500_100 = 2·500·100 / (500+100) = 167 мм.

Здесь разница в площади сечения и в металлоемкости достигает 2,5 раз. Таким образом, формула эквивалентного диаметра для прямоугольного воздуховода объясняет тот факт, что чем больше «расплющен» воздуховод (чем больше разница между значениями А и В), тем менее эффективен этот воздуховод с аэродинамической точки зрения.

Это одна из причин, по которой в вентиляционной технике не рекомендуется применять воздуховоды, в сечении которых одна сторона превышает другую более чем в три раза.

Измерение работы, мощности и объемной скорости потока

Поиск по вики-сайту о сжатом воздухе

Изучив основы физики здесь, вы сможете узнать больше о физических единицах, используемых для измерения различных состояний материи. Это может быть очень полезно при работе со сжатым воздухом. В этой статье мы расскажем об основах измерения работы, мощности и объемной скорости потока.

Что такое механическая работа? Как она измеряется?

Механическую работу можно определить в виде произведения силы и расстояния, с которого сила воздействует на тело. В частности, что касается тепла, работа — это энергия, которая передается от одного тела другому. Разница заключается в том, что теперь мы рассматриваем силу вместо температуры. В качестве примера рассмотрим газ в цилиндре, сжимаемый движущимся поршнем. Сжатие происходит под действием силы, перемещающей поршень. Таким образом, энергия передается от поршня газу.

Такой перенос энергии осуществляется в термодинамическом смысле слова. Результат работы может быть выражен в разных формах, таких как изменения потенциальной, кинетической или тепловой энергии. Механическая работа, связанная с изменениями объема газовой смеси, является одним из важнейших процессов в инженерной термодинамике. В системе СИ единицей работы является джоуль: 1 Дж = 1 Нм = 1 Вт*с.

Как измерить мощность?

Мощность - это работа, выполняемая за единицу времени. Это показатель того, насколько быстро можно выполнить работу. Единицей СИ для измерения мощности является ватт: 1 Вт = 1 Дж/с. Например, мощность или поток энергии к приводному валу компрессора численно подобен теплоте, испускаемой системой, плюс тепло, приложенное к сжатому газу.

Как измеряется объемная скорость потока?

Объемный расход системы представляет меру объема жидкости, протекающего за единицу времени. Его можно рассчитать в виде произведения площади поперечного сечения потока и средней скорости потока. В системе СИ единицей объемной скорости потока является м3/с. Тем не менее, часто используется единица литры в секунду (л/с), когда речь идет об объемной скорости потока (также называемой производительностью) компрессора. Она обозначается в виде нормальных литров в секунду (н.л/с), либо в виде подачи атмосферного воздуха (л/с). При использовании н.л/с расход воздуха пересчитывается для «нормального состояния», т.е. обычно он выбирается при давлении 1,013 бар (а) и 0 °С. Нормальная единица измерения н.л/с в основном используется при определении массового расхода.

Для подачи атмосферного воздуха (FAD) выходной расход компрессора пересчитывается до объема атмосферного воздуха при стандартном состоянии на входе (входное давление 1 бар (a) и температура на входе 20 °C). Соотношение между двумя объемными скоростями потока (обратите внимание, что упрощенная формула, показанная выше, не учитывает влажность).

Что такое подача атмосферного воздуха?

FAD или подача атмосферного воздуха. Объясним этот термин на следующем примере. Что означает FAD = 39 л/с для компрессора, работающего при давлении 13 бар? Сколько времени необходимо для того, чтобы заполнить резервуар 390 л при давлении 13 бар? Чтобы вычислить это, нам нужно вернуться к условиям давления на входе, которое составляет 1 бар.

Если мы начинаем с пустого сосуда, то через 1 секунду в емкости будет объем 39 литров при давлении 1 бар. Через 10 секунд давление внутри сосуда составляет 1 бар. Через 20 секунд давление составляет 2 бар. Таким образом, через 130 секунд сосуд будет заполнен до 13 бар. Затем определяем разницу между исходными и нормальными условиями. Исходные условия характеризуются давлением 1 бар, температурой 20 °C и относительной влажностью 0% (RH). Нормальные условия характеризуются давлением 1 атм = 1,01325 бар, температурой 0 °C и влажностью 0% RH. Следующее определение - SER или удельное потребление энергии. Эта величина обозначает количество энергии, которое требуется для подачи 1 литра FAD при определенном давлении.

Другие статьи по этой теме

Измерение давления, температуры и теплоемкости

Чтобы понять процесс обработки сжатого воздуха, необходимо определить некоторые базовые физические понятия. Мы определим различные физические единицы измерения давления, температуры и теплоемкости. Узнайте больше.

Структура и различные состояния материи

Чтобы понять процесс получения сжатого воздуха, необходимо определить некоторые базовые физические понятия. Начнем с объяснения структуры и четырех различных состояний материи. Узнайте больше.

Измерение расхода воздуха с помощью анемометра

Применение анемометра позволяет практически точно определить расход воздуха. При использовании устройства диаметром 60–100 mm можно достичь минимальной погрешности измерений при определении скорости на вентиляционной решетке. Если предстоит снятие показателей внутри воздуховода, следует использовать анемометр с небольшим диаметром: в пределах 16–25 mm. Для определения скорости в труднодоступных участках воздуховодов рекомендуется воспользоваться телескопическим зондом.

Определение расхода воздуха

Этап первый. Определение зоны для создания рабочего отверстия. Основное требование — это должен быть прямой участок, минимальная длина которого составляет 5d, расстояние от изгиба трубы до точки сверления — не менее 3d, и до следующей смены направления — от 2d и более. (для справки: d=диаметр воздуховода). Важно! Необходимо позаботиться о том, чтобы диаметр отверстия совпадал с размером зонда.

Этап второй. Проведение нескольких измерений, количество определяется согласно ГОСТ 12.3.018–79. Расчет усредненной скорости в некоторых типах анемометров осуществляется автоматически. Если подобная функция отсутствует, рассчитать среднеарифметическое значение придется самостоятельно.

Полезные рекомендации

При осуществлении измерений стоит учитывать ряд ограничений.
Не использовать термоанемометры при предполагаемой скорости рабочей среды свыше 20 м/с, так как это может привести к повреждению датчика.
Трубку Пито не рекомендуется эксплуатировать в рабочей среде с большим количеством засоренности, аналогичное требование выдвигается и в отношении термоанемометра.

Ознакомление с рекомендациями изготовителя обязательно, так как каждое измерительное устройства рассчитано на эксплуатацию в определенных условиях. Игнорирование этих требований часто приводит к поломке прибора.

В газопроводах с высокой температурой рабочей среды недопустимо использование устройств, содержащих элементы из пластика, так как он с большой вероятностью может деформироваться.

Для расчета объемного расхода воздуха следует полученную скорость умножить на площадь сечения трубопровода. Есть и еще один существенный момент.

Для точного определения скорости следует воспользоваться формулой:
V=Vср.изм.+t*.+p* Vср. изм
Значения t и p необходимо взять из таблицы:
 

Температура воздуха p t Pa
50 0,03 0,05 720
40 0,02 0,03 730
30 0,01 0,02 740
20 0,01 0 750
10 0 -0,02 760
0 -0,01 -0,03 770
-10 -0,01 -0,05 780
-20 - -0,07 -
-30 - -0,09 -
-40 - -0,11 -
-50 - -0,13 -

Поправки на давление воздуха и его температуру позволяют уменьшить погрешность измерений. Для расчета площади сечения следует использовать формулу:
S=π(d/2)2
Объемный расход:
L=F*Vсредняя
При измерении скорости воздуха важно правильно расположить датчик устройства. Чем больше его отклонение от рекомендованного, тем существеннее будет погрешность расчетов.

Все публикации
Архив по годам: 2015; 2016;

Расчёт системы вентиляции

Этот материал любезно предоставлен моим другом — Spirit’ом.

Согласно санитарным нормам, система вентиляции должна обеспечивать замену воздуха в помещении за один час, это значит что за час в помещение должен поступить и удалиться из него объём воздуха, равный объёму помещения. Поэтому первым шагом мы считаем этот объём, перемножив площадь помещения на высоту потолков. Если у вас допустим помещение площадью 40 м2 с высотой потолков 2.5м, то его объём будет 40*2.5=100 м3. Значит производительность приточной и вытяжной систем должны быть по 100 м3/ч. Это минимальный расход, я рекомендую вдвое больше. Ищете вентилятор с такой производительностью, а лучше ещё больше, потому что производительность указывается при условии отсутствия противодавления, а когда вы поставите в приточную систему фильтр, противодавление появится и уменьшит производительность. Если у вас производительность 200 м3/ч, то в трубе 125мм примерная скорость потока будет 4.5 м/с, в трубе 100 мм  — 6.5 м/с, а в трубе 160мм – чуть меньше 3 м/с. Считается, что комфортная скорость воздуха для человека – до 2 м/с. Если у вас есть анемометр, то зная эти цифры вы можете проверить производительность системы вентиляции.

Далее, допустим вы хотите поставить в приточный канал нагреватель. С помощью четвёртой таблицы вы можете определить его мощность. Допустим на улице -10°С, а вам хочется чтобы в помещении было +20°С, значит разница температур 30°С. Находим строчку 200 м3/ч, смотрим пересечение столбца 30°С, получаем мощность 2010 Вт. Понятно, что это при отсутствии других источников тепла, так что в реале потребуется существенно меньше.

Следующий момент – расчёт влажности. В тёплом воздухе помещается больше воды, чем в холодном. Поэтому при нагревании его влажность уменьшается, а при охлаждении увеличивается. Допустим у нас за бортом -10°С при 80% влажности, а в помещении воздух нагревается до +20°С. Содержание воды в одном кубометре 2.1*0.8=1.68 г/м3, а влажность нагретого воздуха получится 1.68/17.3=0.097 то есть примерно 10%. Сколько же надо испарить воды, чтобы получить влажность, допустим, 50% при расходе 200 м3/ч?

Ответ: 200*(17.3*0.5-1.68)=1394 г/ч=1.4 кг/ч

Сечения и расходы

Диаметр круга, см

Площадь, м2

Относительно круга 10см

Габариты, см

Площадь, м2

Относительно круга 10см

10

0.00785

1

12х6

0.0072

0.92

12.5

0.0123

1.57

20х6

0.012

1.53

15

0.0177

2.26

30×20

0.06

7.64

16

0.020096

2.56

40×20

0.08

10.19

20

0.0314

4

50×25

0.125

15.92

25

0.0491

6.26

50×30

0.15

19.1

30

0.0707

9

60×30

0.18

22.93

40

0.126

16

50

0.196

24.97

 

Расход воздуха, м3 в час (без учёта турбулентностей)

 

Диаметр круглого сечения,см

Скорость потока

0.5

1

1.5

2

2.5

3

4

5

6

8

10

10

14.1 28.3 42.4 56.6 70.7 84.8 113 141 170 226 283

12.5

22.1 44.2 66.3 88.4 110 132 177 221 265 353 442

15

31.8 63.6 95.4 127 159 191 254 318 382 509 636

16

36.2 72.3 108.5 144.7 180.9 217 289 362 434 579 724

20

56.6 113 170 226 283 339 452 565 678 904 1130

25

88.4 177 265 353 442 530 707 883 1060 1413 1770

30

127 255 382 509 635 763 1017 1272 1526 2035 2550

40

226 452 679 905 1130 1357 1809 2261 2713 3617 4520

50

353 707 1060 1414 1766 2120 2826 3533 4239 5652 7070

В 1 часе 60*60=3600 секунд.

Площадь круга S=pr2=pd2/4

S=0.0000785*r2 m  W:=3600*S*V;

V=S*v*3600=0.000314*r2*3600=0.263*r2*v

 

Габариты воздуховода,см

Скорость потока

0.5

1

1.5

2

2.5

3

4

5

6

8

10

12х6

13 26 39 52 65 78 104 130 156 207 260

20х6

21.6 43.2 64.8 86.4 108 130 173 216 259 346 432

30×20

108 216 324 432 540 648 864 1080 1296 1728 2160

40×20

144 288 432 576 720 864 1152 1440 1728 2304 2880

50×25

50×30

60×30

Тепловая мощность, затрачиваемая на подогрев приточного воздуха, Вт

 

Объем,

м3

Разница температур

1

5

10

15

20

30

40

10 3.35 16.8 33.5 50.3 67 101
20 6.7 33.5 67 101 134 201
30 10.1 50.3 101 151 201 302
40 13.4 67 134 201 268 402
50 16.8 83.8 168 252 335 503
100 33.5 168 335 503 670 1005
150 50.3 251 503 754 1005 1508
200 67 335 670 1005 1340 2010
300 101 503 1005 1508 2010 3015

 

Зависимость количества воды в воздухе от температуры

(атмосферное давление, 100% влажность)

t(°С)

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

f max (г/м³)

0.29

0.81

2.1

4.8

9.4

17.3

30.4

51.1

83.0

130

198

293

423

598


Поделиться новостью в соцсетях