Расчет воздуховодов, площади сечения, сопротивления сети, мощности калориферов
В создании оптимального микроклимата помещений наиболее важную роль играет вентиляция. Именно она в значительной степени обеспечивает уют и гарантирует здоровье находящихся в помещении людей. Созданная система вентиляции позволяет избавиться от множества проблем, возникающих в закрытом помещении: от загрязнения воздуха парами, вредными газами, пылью органического и неорганического происхождения, избыточным теплом. Однако предпосылки хорошей работы вентиляции и качественного воздухообмена закладываются задолго до сдачи объекта в эксплуатацию, а точнее, на стадии создания проекта вентиляции. Производительность систем вентиляции зависит от размеров воздуховодов, мощности вентиляторов, скорости движения воздуха и других параметров будущей магистрали. Для проектирования системы вентиляции необходимо осуществить большое количество инженерных расчетов, которые учтут не только площадь помещения, высоту его перекрытий, но и множество других нюансов.
Расчет площади сечения воздуховодов
После того, как вы определили производительность вентиляции, можно переходить к расчету размеров (площади сечения) воздуховодов.
Расчет площади воздуховодов определяется по данным о необходимом потоке, подаваемом в помещение и по максимально допустимой скорости потока воздуха в канале. Если допустимая скорость потока будет выше нормы, то это приведет к потере давления на местные сопротивления, а также по длине, что повлечет за собой увеличение затрат электроэнергии. Также правильный расчет площади сечения воздуховодов необходим для того, чтобы уровень аэродинамического шума и вибрация не превышали норму.
При расчете нужно учитывать, что если вы выберете большую площадь сечения воздуховода, то скорость воздушного потока снизится, что положительно повлияет и на снижение аэродинамического шума, а также на затраты по электроэнергии. Но нужно знать, что в этом случае стоимость самого воздуховода будет выше. Однако использовать «тихие» низкоскоростные воздуховоды большого сечения не всегда возможно, так как их сложно разместить в запотолочном пространстве.
Поэтому при выборе воздуховодов обычно подбирают вариант, наиболее подходящий и по удобству монтажа, и по экономической целесообразности.
Площадь сечения воздуховода определяется по формуле:
Sс = L * 2,778 / V, где
Sс — расчетная площадь сечения воздуховода, см²;
L — расход воздуха через воздуховод, м³/ч;
2,778 — коэффициент для согласования различных размерностей (часы и секунды, метры и сантиметры).
Итоговый результат мы получаем в квадратных сантиметрах, поскольку в таких единицах измерения он более удобен для восприятия.
Фактическая площадь сечения воздуховода определяется по формуле:
S = π * D² / 400 — для круглых воздуховодов,
S = A * B / 100 — для прямоугольных воздуховодов, где
S — фактическая площадь сечения воздуховода, см²;
D — диаметр круглого воздуховода, мм;
A и B — ширина и высота прямоугольного воздуховода, мм.
Расчет сопротивления сети воздуховодов
После того как вы рассчитали площадь сечения воздуховодов, необходимо определить потери давления в вентиляционной сети (сопротивление водоотводной сети). При проектировании сети необходимо учесть потери давления в вентиляционном оборудовании. Когда воздух движется по воздуховодной магистрали, он испытывает сопротивление. Для того чтобы преодолеть это сопротивление, вентилятор должен создавать определенное давление, которое измеряется в Паскалях (Па). Для выбора приточной установки нам необходимо рассчитать это сопротивление сети.
Для расчета сопротивления участка сети используется формула:
P=R*L+Ei*V2*Y/2
Где R – удельные потери давления на трение на участках сети
L – длина участка воздуховода (8 м)
Еi – сумма коэффициентов местных потерь на участке воздуховода
V – скорость воздуха на участке воздуховода, (2,8 м/с)
Y – плотность воздуха (принимаем 1,2 кг/м3).
Значения R определяются по справочнику (R – по значению диаметра воздуховода на участке d=560 мм и V=3 м/с). Еi – в зависимости от типа местного сопротивления.
В качестве примера, результаты расчета воздуховода и сопротивления сети приведены в таблице:
| № уч. | Gм3/ч | Lм | Vм/с | dмм | МПа | RПа/м | R*LПа | Еi | WПа | РПа |
| 1 | 2160 | 5 | 2,8 | 560 | 4,7 | 0,018 | 0,09 | 2,1 | 9,87 | 9,961 |
| 2 | 2160 | 3 | 2,8 | 560 | 4,7 | 0,018 | 0,054 | 2,4 | 11,28 | 11,334 |
| 3 | 4320 | 3 | 4,5 | 630 | 12,2 | 0,033 | 0,099 | 0,9 | 10,98 | 11,079 |
| 4 | 2160 | 3 | 2,8 | 560 | 4,7 | 0,018 | 0,054 | 2,4 | 11,28 | 11,334 |
| 5 | 6480 | 2 | 6,7 | 630 | 26,9 | 0,077 | 0,154 | 0,9 | 24,21 | 24,264 |
| 6 | 2160 | 3 | 2,8 | 560 | 4,7 | 0,018 | 0,054 | 2,4 | 11,28 | 11,334 |
| 7 | 8640 | 3 | 8,9 | 630 | 47,5 | 0,077 | 0,531 | 0,6 | 28,50 | 29,031 |
Где М=V2 *Y/2, W=M*Ei
Pmax=P1+P3+P5+P7=74,334 Па.
Таким образом, потери давления в вентиляционной сети составляют Р=74,334 Па
Расчет мощности калорифера воздуховодов
После того как вы определили сопротивление сети, следует
Для этого необходимо учитывать желаемую температуру воздуха на выходе и минимальную температуру наружного воздуха.
Температура воздуха, поступающего в помещение, должна быть выше 18°С. Минимальная температура наружного воздуха зависит от конкретных климатических условий. Например в Московской области она составляет примерно –26°С в зимний период. Таким образом, включенный на полную мощность калорифер должен иметь потенциал для нагрева воздуха на 44°С. Для квартирного помещения расчетная мощность калорифера, как правило, варьируется от 1 до 5 кВт, а для офисов этот показатель составляет 5–50 кВт.
Для более точного расчета используйте следующую формулу:
P = ΔT * L * Cv / 1000, где
Р — мощность калорифера, кВт;
ΔT — разность температур воздуха на выходе и входе калорифера,°С.
Для Москвы ΔT=44°С, для других регионов — определяется по СНиП;
L — производительность вентиляции, м³/ч.
Cv — объемная теплоемкость воздуха, равная 0,336 Вт·ч/м³/°С. Этот параметр зависит от давления, влажности и температуры воздуха, но в расчетах мы этим пренебрегаем.
Для получения более подробной информации, расчета площади, стоимости и заказа воздуховодов обращайтесь в нашу компанию.
Выбор и расчет сечений воздуховодов.
В зависимости от имеющейся архитектурно-строительной ситуации инженером вентиляции может быть выбрана та или иная форма сечения воздуховодов – круглая, прямоугольная или плоскоовальная. Наиболее частое применение в системах вентиляции и кондиционирования нашли жесткие металлические унифицированные воздуховоды круглого сечения.
Номенклатура и основные размеры деталей металлических воздуховодов и их сечений регламентируются ведомственными строительными нормами. Кроме того, заготовочные материалы для изготовления воздуховодов, их толщину в зависимости от сечения воздуховодов устанавливают СНиП в разделе “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.
Общие требования к воздуховодам любых сечений.
В соответствии с вышеназванными нормативами все типовое оборудование вентиляции и детали воздуховодов любого сечения должны иметь стандартные размеры для присоединения их к воздуховодам. Строительные нормы и правила рекомендуют в большинстве случаев использование воздуховодов с сечением круглой формы. При наличии соответствующего технико-экономического обоснования в некоторых случаях допускается применять воздуховоды с сечением прямоугольного вида.Для вычисления перепадов и потерь давления воздуха в воздуховодах с сечением поперечника круглой формы предлагается оперировать таким характеристическим параметром, как удельное сопротивление трения в трубах. В отношении других вариантов сечений воздуховодов следует применять сравнительный анализ гидродинамических характеристик при помощи так называемого равнозначного (эквивалентного) диаметра.
Круглые поперечные сечения воздуховодов наиболее удобны в гидродинамическом отношении, так как такое сечение оказывает наименьшее сопротивление движению воздушного потока.
Но в целях экономии пространства приходится прибегать к воздуховодам с сечением прямоугольного плана, в связи с тем, что такие воздуховоды более компактно вписываются в интерьер.
Виды давления в сечениях воздуховодов.
Работоспособность системы вентиляции во многом зависит от того, насколько верно расчитаны статическое, динамическое и полное давление в сечениях воздуховодов. Статическое давление, действующее перпендикулярно стенке воздуховода с сечением любого вида, на практике может быть измерено посредством манометра как избыточное давление или как разрежение, будучи пересчитанным на атмосферное давление.
Сопротивления в сечениях воздуховодах – не единственный вид сопротивления в системе вентиляции, помимо него существуют потери давления, связанные с имеющимися в системе встроенными конструкционными и монтажными деталями и агрегатами. Кроме того, чем меньше сечение воздуховода, тем большим источником шума он становится при увеличении проходящего в единицу времени воздуха.
Правильный расчет вентиляции на семьдесят процентов состоит из подсчета сечений воздуховодов с целью достижения оптимального соотношения по производительности и энергозатратности на единицу объема перекачиваемого воздуха.
Обход воздуховода для определения средней скорости воздуха и объема воздуха — блог Dwyer Instruments
Скорость воздушного потока в воздуховоде неравномерна по поперечному сечению воздуховода. Это связано с тем, что трение о стенки воздуховода приводит к тому, что скорость воздуха по бокам становится ниже, чем скорость в центре, создавая параболический профиль скорости.
Вентиляторы, уголки, фитинги воздуховодов, тройники и змеевики создают турбулентность в воздуховоде, дополнительно изменяя скорость по поперечному сечению. Показания всегда следует снимать на расстоянии не менее 8 и 1/2 диаметра воздуховода вверх по потоку и 1 и 1/2 диаметра воздуховода вниз по потоку от любого устройства или вторжения, которое может вызвать турбулентность.
Исходя из этих условий, скорость воздуха должна быть усреднена по поперечному сечению воздуховода, чтобы получить точное измерение. Для получения средней скорости воздуха на поперечном сечении воздуховода берется формальная схема точек измерения. Они известны как поперечные показания. Существует два основных шаблона показаний хода: равновеликий и логарифмический.
Для прямоугольных воздуховодов, использующих метод равных площадей, поперечное сечение делится на небольшие прямоугольники одинаковой площади. Скорость берется в центральной точке каждого из этих прямоугольников, а затем усредняется для получения скорости воздуховода.
При использовании этого метода минимальное количество считываемых точек составляет 16, а максимальное – 64. Если берется менее 64 считываемых точек, расстояние между точками не должно превышать 6 дюймов. В показанном примере в стенке воздуховода просверливаются 4 отверстия, и в каждое отверстие вставляется трубка Пито или анемометр для получения четырех показаний по ширине или высоте воздуховода. Точки считывания находятся в центре каждого из прямоугольников.
Прямоугольный метод равных площадейДля круглых воздуховодов, использующих метод равных площадей, скоростное давление должно быть получено в центре равных концентрических площадей и усреднено. В показанном примере два отверстия просверлены по центральной линии воздуховода. Один набор точек считывания берется по вертикали, а второй набор — по горизонтали.
Если диаметр воздуховода больше 14 дюймов, используйте 20 точек измерения; если его диаметр составляет от 10 до 14 дюймов, используйте 16 точек считывания; и если он меньше 10 дюймов в диаметре, используйте 10 точек считывания с половиной точек на каждой плоскости считывания.
Равнины для чтения не обязательно должны быть вертикальными и горизонтальными, но они должны располагаться под углом 90 градусов друг к другу. Используйте приведенные формулы для глубины вставки каждого показания в соответствии с радиусом воздуховода.
При использовании трубки Пито скорость прямо пропорциональна скоростному давлению и может быть рассчитана по формуле для воздуха с V (скорость), d (плотность воздуха в приложении) и hv (скоростное давление от измерительное устройство).
По скорости легко рассчитать объемный расход, где расход Q равен скорости, умноженной на площадь поперечного сечения воздуховода или трубы.
Приложение для расчета скорости и расхода воздуха Компания Dwyer Instruments предлагает приложение для расчета скорости и расхода воздуха, которое можно загрузить для устройств iOS® и Android®. Этот калькулятор использует скоростное давление для расчета скорости и расчета объемного расхода воздуха с площадью поперечного сечения.
Он также предлагает возможность вносить поправки на плотность воздуха в зависимости от уровня влажности.
Для получения более подробной информации см. стандарты Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE), Национального бюро экологического баланса (NEBB), Международной ассоциации воздушного движения и управления (AMCA) или Национального совета по балансированию (NBC). .
Что такое потеря давления?
Сопротивление воздуха в системе вентиляции в основном определяется скоростью воздуха в этой системе. Сопротивление воздуха растет прямо пропорционально потоку воздуха. Это явление известно как потеря давления. Статическое давление, создаваемое вентилятором, вызывает движение воздуха в системе вентиляции с определенным сопротивлением. Чем выше вентиляционное сопротивление в системе, тем меньше воздушный поток вентилятора. Потери на трение воздуха в воздуховодах, а также сопротивление сетевого оборудования (фильтр, шумоглушитель, нагреватель, клапаны и заслонки и т.
д.) можно рассчитать по таблицам и диаграммам, содержащимся в каталоге. Полная потеря давления равна всем значениям потери давления в вентиляционной системе.
Рекомендуемая скорость движения воздуха внутри воздуховодов:
| Тип | Скорость воздуха, м/с |
|---|---|
| Главные воздуховоды | 6,0 – 8,0 |
| Боковые ответвления | 4,0 – 5,0 |
| Воздуховоды | 1,5 – 2,0 |
| Поставка потолочных решеток | 1,0 – 3,0 |
| Вытяжные решетки | 1,5 – 3,0 |
Расчет скорости воздуха в воздуховодах:
V= L / (3600*F) (м/с)
л – производительность по воздуху [ м 3 /час];
F – сечение воздуховода [м 2 ];
Рекомендация 1.
Потеря давления в системе воздуховодов может быть уменьшена за счет большего сечения воздуховода, что обеспечивает относительно равномерную скорость воздуха во всей системе. На рисунке ниже показано, как обеспечить относительно равномерную скорость воздуха в системе воздуховодов с минимальными потерями давления.
Рекомендация 2.
Для длинных систем с большим количеством вентиляционных решеток установите вентилятор посередине сети. Такое решение имеет ряд преимуществ. С одной стороны снижаются потери давления, с другой стороны используются воздуховоды меньшего размера.
Пример расчета системы вентиляции:
Начните расчет с чертежа системы, указав расположение воздуховодов, вентиляционных решеток, вентиляторов, а также длины участков воздуховодов между тройниками. Затем рассчитайте производительность по воздуху в каждой секции.
Для расчета потерь давления на участках 1-6 используйте диаграмму потерь давления для круглых воздуховодов.
Для этого требуемые диаметры воздуховодов и потери давления определяются из условия допустимой скорости воздуха в воздуховоде.
Секция 1: расход воздуха 200 м 3 /ч. Предположим, что диаметр воздуховода 200 мм и скорость воздуха 1,95 м/с, тогда потеря давления 0,21 Па/м x 15 м = 3 Па (см. диаграмму потери давления для воздуховодов).
Участок 2: те же расчеты провести, учитывая, что скорость воздуха на этом участке 220+350=570 м 3 /ч. Предположим, что диаметр воздуховода 250 мм и скорость воздуха 3,23 м/с, тогда потеря давления 0,9 Па/м x 20 м = 18 Па.
Секция 3: Расход воздуха через эту секцию составляет 1070 м 3 /ч. Предположим, что диаметр воздуховода 315 мм и скорость воздуха 3,82 м/с, тогда потеря давления составит 1,1 Па/м x 20 м = 22 Па.
Секция 4: Расход воздуха через эту секцию составляет 1570 м 3 /ч. Предположим, что диаметр воздуховода 315 мм и скорость воздуха 5,6 м/с, тогда потеря давления 2,3 Па/м x 20 м = 46 Па.
Секция 5: Расход воздуха через эту секцию составляет 1570 м 3 /ч. Предположим, что диаметр воздуховода 315 мм и скорость воздуха 5,6 м/с, тогда потеря давления 2,3 Па/м x 1 м = 23 Па.
Раздел 6: расход воздуха через эту секцию составляет 1570 м 3 /ч. Предположим, что диаметр воздуховода 315 мм и скорость воздуха 5,6 м/с, тогда потеря давления 2,3 Па/м x 10 м = 23 Па. Общее давление воздуха в системе воздуховодов 114,3 Па.
После завершения расчета потерь давления на последнем участке можно приступить к расчету потерь давления в элементах сети, таких как шумоглушитель СР 315/900 (16 Па) и обратный клапан КОМ 315 (22 Па). Рассчитайте также потери давления в ответвлениях к решеткам. Суммарное сопротивление воздуха в 4 ветвях составляет 8 Па.
Расчет потерь давления в тройниках воздуховодов.
Диаграмма позволяет рассчитать потери давления в ответвлениях исходя из угла изгиба, диаметра воздуховода и расхода воздуха.