Аэродинамический расчёт воздуховодов

6.1 Приточная система вентиляции (П)

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

Цель аэродинамического расчёта воздуховодов сводится:

а) определение размеров поперечных сечений воздуховодов;

б) определение потерь давления возникающих при движении воздуха в сети;

в) увязка потерь давления в ответвлениях.

Аэродинамический расчет выполняется отдельно для системы приточной, вытяжной и естественной вентиляции. Методика расчетов ответвлений аналогично расчету участков магистрали, при этом скорости в ответвлениях не должны быть больше рекомендуемых.

Последовательность расчёта:

1 Разрабатывается пространственная аксонометрическая схема системы вентиляции, на которой выделяются все фасонные части (решётки, воздухораспределители, повороты, тройники и т.п.).

2 Определяем нагрузки отдельных расчётных участков. Для этого систему разбиваем на расчетные участки. Расчётный участок характеризуется постоянным по длине и расходу воздуха. Границами между отдельными участками служат тройники. Расчётные расходы на участках определяют суммированием расходов на отдельных ответвлениях, начиная с отдаленных участков.

3 Выбираем основное (магистральное) направление, для чего выявляем наиболее протяжённую и наиболее нагруженную цепочку последовательно расположенных расчётных участков.

4 Нумерацию участков магистрали начинают с самого удалённого от вентилятора, и определяют на них расход воздуха и длину участка. Результаты расчётов заносятся в таблицу аэродинамического расчёта.

5 Размеры сечения расчётных участков определяют, задаваясь скоростью движения воздуха. Рекомендуемая скорость движения воздуха в воздуховодах устанавливается из экономических соображений. Малые скорости вызывают меньшие потери давления, но требуют большего расхода металла на воздуховоды. А большие скорости снижают капитальные затраты на воздуховоды, но увеличивают эксплуатационные расходы на электроэнергию, идущую на преодоление возросшего сопротивления в воздуховодах.

Рекомендуемые значения скоростей принимаются: до 8 м/с – в магистралях, до 5 м/с - в ответвлениях.

Расчетная схема приточной системы вентиляции представлена в приложении А.

Последовательность расчета на примере участка №1:

1) Расход воздуха на участке L₁ =2197 м³/ч

Длина участка l=28 м

Задаемся скоростью V_рек=5 м/с

2) Определяем ориентировочную величину площади поперечного сечения воздуховода по формуле:

(30)

3) По [Справочник проектировщика Ч.3, Кн.2, табл. 22.2] определяем размеры сечения воздуховода axb=400х250 мм, площадь сечения F₁=0,1 м².

4) Значение эквивалентного диаметра:

(31)

5) Определяем значение фактической скорости в воздуховоде по формуле:

(32)

Зная значения V_факт=5,01 м/с и d_экв=308 мм по [Спр-к проектировщика Ч.3, Кн.2, табл.22.15]

6) находим удельную величину потери давления на трение R=0,878 Па/м и динамическое давление P_v=15 Па.

7) Потери давления на трение на участке:

ΔР_тр=R*l*nПа (33)

где n=1 – поправка на шероховатость для стальных воздуховодов

ΔР_тр =0,878*28*1=24,584 Па

8) Сумма коэффициентов местных сопротивлений ∑ζ=2,18 [Спр-к проектировщика Ч.3, Кн.2, табл.22.20, 22.30, 22.31] и [Рекомендации по расчету воздухораспределения в общественных зданиях Москва Стройиздат 1988]

Потери давления в местных сопротивлениях:

Z=∑ζ* P_v, Па (34)

Z =2,18*12,1=26,38 Па

9) Общие потери:

ΔР_пот=R*l*n+∑ζ* P_v, Па (35)

ΔР_пот =4,98+32,67=37,65 Па

Общие потери от начала магистрали на данном участке равны общим потерям на данном участке. На последующих участках сумма общих потерь от начала магистрали, определяется как сумма потерь на расчетном участке воздуховода и сумма общих потерь на предыдущих участках от начала магистрали.

Значения коэффициентов местных сопротивлений приведены в табл. 8

Найденные, в результате расчета, величины сводятся в таблицу аэродинамического расчета табл.9

Таблица 8 Коэффициенты местных сопротивлений П1

№ участка	Наименование местного сопротивления	Значение к.м.с., x
	Решетка воздухораспределительная регулируемая РР 4 Колено 900 Тройник на проход	2,2 1,2 0,1 å=3,5
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист ПЗ 2	Тройник на проход	å=0,6
	Тройник на проход	å=0,1
	Тройник штанообразный на всасывание	å=0,1
	Колено 900	å=1,2
6	Решетка воздухораспределительная регулируемая РР Тройник на ответвление	2,2 0,69 å=2,89
	Решетка воздухораспределительная регулируемая РР Тройник на ответвление	2,2 0,51 å=2,71
	Решетка воздухораспределительная регулируемая РР Тройник на ответвление	2,2 å=2,89
	Решетка воздухораспределительная регулируемая РР Колено 900 Тройник на проход	2,2 1,2 å=3,4
	Тройник штанообразный на всасывание	0,6 å=0,6
	Решетка воздухораспределительная регулируемая РР Тройник на ответвление	2,2 0,37 å=2,57

Таблица 9. Аэродинамический расчёт воздуховодов

№ участка	Расход возду-ха L	Длина участка l	V	Размеры воз-дов	R	n	R×l×n	Pv	åx	Z= åx×Pv	R×l×n +Z	å(R×l××n +Z)
d	A х Б	F
	М3/ч	м	м/с	мм	мм	м2	Па/м		Па	Па		Па	Па	Па
П
Магистраль
			5,01		400х250	0,122	0,878		24,584
		4,4	5,08		400х600	0,24	0,579		2,547
		4,4	6,01		500х600	0,305	0,715		3,146	21,6
		5,6	6,1		500х800	0,4	0,546		3,057	21,6
			7,01		500х800	0,43	0,949		2,847	29,4
			7,5		600х600	0,5	0,822		2,466	33,7
ответвление
			5,01		400х500	0,200	0,664		9,96
			5,01		400х250	0,122	0,878		24,584
			5,01		400х250	0,122	0,878		24,584
			5,01		400х250	0,122	0,878		24,584
			5,01		400х250	0,122	0,878		24,584
В
Магистраль
		24,85	5,21		500х250	0,125	0,878		21,8		4,50	67,5	89,3	89,3
			6,52		500х400	0,2	0,937		5,6	25,4	1,6	40,6	46,3	135,6
			6,53		500х600	0,3	0,726		4,4	25,4	1,6	40,6	45,0	180,6
		23,7	7,24		600х600	0,36	0,725		17,2	29,4	3,60	105,8	123,0	303,6
Ответвления
		18,8	5,21		250х500	0,125	0,878		16,5		3,1	46,5
		18,8	5,21		250х500	0,125	0,878		16,5		3,1	46,5
		18,8	5,21		250х500	0,125	0,878		16,5		3,1	46,5

После расчета потерь давления на всех участках производится увязка потерь давления в узловых точках, общих для магистрали и ответвления.

Для увязки т.е уравнивание потерь давления в ответвлении с потерями в магистральных участках можно использовать следующие методы:

а) изменением размеров сечения ответвлений

б) установка на ответвлении дроссель клапана, диафрагмы. Назначение этих элементов погасить избыточное давление в ответвлении за счет потерь в дополнительных местных сопротивлениях

Увязка потерь в узлах не должна превышать 10%:

(36)

Узловая точка А:

∆Р_маг=∆Р₂=57,67 Па

∆Р_отв=∆Р_2’=57,25 Па

Поскольку невязка менее 10% установка дополнительных местных сопротивлений не требуется.

Узловая точка Б:

∆Р_маг=∆Р₃= 88,17 Па

∆Р_отв=∆Р_2”=48,75 Па

Т.к невязка более 10% требуется установка дополнительных местных сопротивлений в виде диафрагмы. Для этого необходимо определить величину избыточного давления:

∆Р_изб=88,17-48,75=39,45 Па

Далее определяется величина коэффициента местных сопротивлений дроссель клапана по формуле:

Зная размеры воздуховода участка №2”, на котором будет установлен диафрагма размерами (276х276) и коэффициент местного сопротивления (ζ=3,3) по табл.22.33 [10].

Узловая точка В:

∆Р_маг=∆Р₄=121,07 Па

∆Р_отв=∆Р₆=67,61 Па

Поскольку невязка более 10% требуется установка дополнительных местных сопротивлений в виде дроссель клапана. Для этого необходимо определить величину избыточного давления:

∆Р_изб=121,007-67,61=53,46 Па

Далее определяется величина коэффициента местных сопротивлений дроссель клапана по формуле:

Зная размеры воздуховода участка №6, на котором будет установлен дроссель клапан под углом 50° по табл.22.33 [10]