Лекция № 18 Воздуховоды равномерной раздачи

План

17.1. Общие сведения

17.2.Аэродинамический расчет систем вентиляции с механическим побуждением движения воздуха

17.3.Аэродинамический расчет вытяжных систем вентиляции с естественным побуждением движения воздуха

17.1. Общие сведения

Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена, а также решения трассировки воздуховодов и каналов. Для проведения аэродинамического расчета вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции, на которой выделяют фасонные части воздуховодов. По аксонометрической схеме и планам строительной части проекта определяют протяженность отдельных ветвей системы.

Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета вентиляционных систем. Цель аэродинамического расчета зависит от типа задачи: для прямой – это определение размеров сечений всех участков системы при заданном расходе воздуха через них; для обратной – это определение расходов воздуха при заданных размерах сечений всех участков.

При аэродинамическом расчете вентиляционных систем схему разбивают на отдельные расчетные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным расходом воздуха. Границами между отдельными участками схемы служат тройники.

Намечается основное расчетное направление – магистраль, представляющая собой цепочку последовательно расположенных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления. При наличии двух и более таких цепочек, одинаковых по протяженности, за магистральное направление принимается наиболее нагруженная (имеющая больший расход).

Потери давления в системе равны потерям давления по магистрали, слагающимся из потерь давления на всех последовательно расположенных участках, составляющих магистраль, и потерь давления в вентиляционном оборудовании.

17.2. Аэродинамический расчет систем вентиляции с механическим побуждением движения воздуха

Аэродинамический расчет вентиляционной системы, состоящей из двух этапов: расчета участков основного направления – магистрали и увязка всех остальных участков системы проводится в такой последовательности.

1. Определение нагрузки отдельных расчетных участков. Систему разбивают на отдельные участки и определяют расход воздуха на каждом из них. Расходы определяют суммированным расходом на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значения расходов и длины каждого участка наносят на аксонометрическую схему.

2. Выбор основного (магистрального) направления. Выявляют наиболее протяженную цепочку последовательно расположенных расчетных участков. Фиксируют оборудование и устройства, в которых происходят потери давления. Воздухораздающие и воздухоприемные устройства, калориферы, фильтры и пр.

3. Нумерация участков магистрали. Участки основного направления нумеруют, начиная с участка с меньшим расходом. Расход и длину каждого участка основного направления заносят в таблицу аэродинамического расчета.

4. Определение размеров сечения расчетных участков магистрали. Площадь поперечного сечения расчетного участка, м², определяют по формуле

, (17.1)

где L_p – расчетный расход воздуха на участке, м³/с; – рекомендуемая скорость движения воздуха на участке, м/с (принимаются по табл.17.1).

Таблица 17.1

Рекомендуемые скорости движения воздуха на участках и в элементах вентиляционных систем

Участки и элементы вентиляционных систем	Рекомендуемые скорости, м/с, при побуждении движения воздуха в системе
естественном	механическом
общественные здания	промышленные здания
Жалюзи воздухозаборные	0,5-1	2-4	4-6
Приточные шахты	1-2	2-6	4-6
Горизонтальные воздуховоды и сбор-ные каналы	1-1,5	5-8	6-12
Вертикальные каналы	1-1,5	2-5	5-8
Приточные решетки у потолка	0,5-1	0,5-1	1-2,5
Вытяжные решетки	0,5-1	1-2	1-3
Вытяжные шахты	1,5-2	3-6	5-8

Рекомендуемые скорости определены из экономических и технических требований. Из условий снижения шума скорость в воздуховодах промышленных зданий принимается от 6 до 12 м/с, в общественных зданиях от 5 до 8 м/с. Рекомендуется меньшую скорость принимать на концевых участках системы, постепенно увеличивая ее для других участков магистрали. На участке с большим расходом принимается большая скорость.

По величине f_р подбирают стандартные размеры воздуховода или канала так, чтобы фактическая площадь поперечного сечения f_ф = f_р.

Результатом расчета в этом пункте являются величины d или а х в, соответствующие принятой площади поперечного сечения. Для прямоугольного воздуховода, кроме того, определяют эквивалентный диаметр. Эти величины заносят в расчетную таблицу.

5. Определение фактической скорости. Фактическую скорость определяют по формуле

. (17.2)

По этой величине вычисляют динамическое давление на участке.

6. Определение потерь давления на трение. По нанограммам или по таблицам определяют R = f (, d) и b_ш. Потери давления на трение на расчетном участке равны Rb_шl.

7. Определение потерь давления в местных сопротивлениях. Для каждого вида местного сопротивления на участке по таблицам определяют коэффициент местного сопротивления . По Sи динамическому давлению определяют потери давления в местных сопротивлениях на участке

. (17.3)

Если окажется, что коэффициент местного сопротивления относится не к скорости на расчетном участке, то необходимо сделать пересчет

, (17.4)

где _т – табличное значение коэффициента местного сопротивления; – скорость воздуха, рекомендуемая в таблицах для определения Z.

8. Определение потерь давления на расчетном участке. Потери давления на участке равны (Rb_шl + Z).

При температуре транспортируемого воздуха, не равной 20⁰С, на потери давления, подсчитанные по формуле (Rb_шl + Z), следует вводить поправочные коэффициенты k₁ и k₂ – соответственно на трение и местные сопротивления.

9. Определение потерь давления в системе. Общие потери давления в системе

, (17.5)

где 1 – N – номер участков основного (магистрального) направления; DР_об – потери давления в оборудовании и других устройствах вентиляционной системы.

При расчете вентиляционных систем для многоэтажных зданий или систем, обслуживающих несколько помещений, в которых поддерживается разное давление, необходимо учитывать избыточный подпор или разрежение в обслуживаемом помещении. Значение подпора или разрежения (± D Р_пом) определяется при расчете воздушного режима здания и добавляется к общим потерям давления. Тогда

. (17.6)

На этом заканчивается первый этап расчета системы; значение DР_п служит для подбора вентилятора.

10. Увязку всех остальных участков системы проводят, начиная с самых протяженных ответвлений. Методика увязки ответвлений аналогична расчету участков основного направления. Разница состоит лишь в том, что при увязке каждого ответвления известны потери в нем. Потери от точки разветвления до конца ответвления должны быть равны потерям от этой же точки до конца главной магистрали, т.е. (Rlb_ш + Z)_отв = (Rlb_ш + Z)_{парал. уч.} Для расчета ответвлений применяется способ последовательного подбора. Размеры сечений ответвлений считаются подобранными, если относительная невязка потерь не превышает 10 %

. (17.7)

В случае, если избыточные давления в помещениях, обслуживаемых концевыми участками главной магистрали, и ответвления разные, при увязке учитываются значения этих давлений

. (17.8)

Относительная невязка в этом случае также определяется с учетом этих давлений.

По конструктивным соображениям и из условий типизации деталей размеры поперечного сечения ответвлений принимаются одинаковыми. При этом для увязки отдельных ветвей устанавливают диафрагмы, назначение которых – погасить разницу между (Rlb_ш + Z)_отв и (Rlb_ш + Z)_{парал.уч.} Диафрагмы устанавливаются преимущественно на вертикальных участках.

17.4. Аэродинамический расчет вытяжных систем вентиляции

с естественным побуждением движения воздуха

В системах вентиляции с естественным побуждением расчет начинают с определения располагаемого давления. Расчет отличается малыми значениями рекомендуемых скоростей и заданным располагаемым давлением. В этом случае основное расчетное направление должно проходить через наиболее удаленную ветвь системы, имеющую наименьшее располагаемое давление

, (17.9)

где Н – расстояние от вытяжной решетки на входе воздуха в расчетное ответвление до среза вытяжной шахты; Dr - расчетная разность плотностей наружного и внутреннего воздуха.

При определении располагаемого естественного давления вытяжной вентиляции жилых и общественных зданий в качестве расчетной наружной температуры принимается температура наружного воздуха t_н=+5⁰С.

Далее по расчетным таблицам для определения потерь давления на трение в круглых воздуховодах назначают сечение (диаметр) воздуховодов (конструктивно или по скорости движения воздуха), соответственно принятому сечению и заданному количеству воздуха по тем же таблицам определяют гидравлические потери на преодоление сил трения.

Для каналов прямоугольного сечения находят эквивалентный диаметр по скорости круглого воздуховода. По полученному и скорости воздуха в канале, с помощью расчетных таблиц, определяют потери давления на трение.

По участкам вентиляционной сети определяют гидравлические потери на местные сопротивления. Затем выявляют суммарные фактические гидравлические потери на всех участках, входящих в расчетную ветвь. Потери давления по основному расчетному направлению должны быть меньше располагаемого давления на величину запаса 10 %, т. е.

. (17.10)

Если величина Р_ф>Р_расп, то необходимо соответственно увеличить сечение отдельных участков вентиляционной сети. Если величина Р_ф<Р_расп, то необходимо уменьшить сечение отдельных участков вентиляционной сети.

После расчета основного направления вентиляционной сети приступают к расчету ответвлений сети. Расчет ответвлений вентиляционной сети производят аналогично расчету основного направления. Предварительно находят располагаемое давление в ответвлении, назначают сечение воздуховода с помощью таблиц и определяют фактические гидравлические потери при движении воздуха по ответвлениям. Расчет считается законченным, если потери давления в ответвлении не больше располагаемого давления в ответвлении. Увязку ответвлений с основным направлением проводят с учетом разницы располагаемого давления для отдельных ответвлений. При этом желательно, чтобы запас располагаемого давления ответвления был примерно одинаков с запасом в расчетной ветви.

План

18.1. Прямоугольный воздуховод постоянного сечения со щелью переменной высоты

18.2. Воздуховод постоянного сечения с приточными отверстиями переменной площади

18.3. Конусный прямоугольный воздуховод

18.4. Прямоугольного воздуховод постоянного поперечного сечения с продольной щелью постоянной высоты

18.1. Прямоугольный воздуховод постоянного сечения со щелью переменной высоты

Равномерная раздача воздуха по длине воздуховода через щель, одно или несколько отверстий на его боковой стороне может быть обеспечена тремя способами: 1) изменением высоты продольной щели или площади отверстий при постоянном поперечном сечении воздуховода; 2) изменением площади поперечного сечения воздуховода при неизменной высоте щели или площади отверстий; 3) изменением отношения площади продольной щели или площади отверстий к площади поперечного сечения воздуховода (практически в пределах f_отв = (0,25… 0,3) F_В.

В первом случае равномерная раздача воздуха происходит с разными, а во втором – с одинаковыми скоростями истечения по длине продольной щели и по всем отверстиям, в третьем – достигается лишь приближенная равномерная раздача воздуха.

Прямоугольный воздуховод постоянного сечения со щелью переменной высоты (рис. VII.5) применяется в общественных зданиях с архитектурными требованиями и при допустимости разной скорости истечения воздуха по длине щели, например при осуществлении притока на значительной (более 4м) высоте.

Воздуховод рассчитывают, соблюдая условия

l < 3 P _д / R_н,

где P _д – динамический напор на входе в воздуховод, Па; R_н – удельные потери давления в начальном сечении, Па.

Вычисления выполняются в следующей последовательности:

– определяют конечную высоту продольной щели (d_к)

Рис. VII.5 Прямоугольный воздуховод постоянного сечения со щелью переменной высоты

где – длина воздуховода, м; – рекомендуемая скорость истечения, м/с.

– находят высоту щели в любом другом сечении на расстоянии Х от заглушенного конца воздуховода

где F – площадь сечения воздуховода, м²; m - коэффициент расхода щели, (принимается по справочной литературе).

При расчете, как правило, общую длину щели разбивают на несколько равных частей и d_х определяют для каждого полученного сечения. Результаты сводятся в таблицу;

– вычисляют скорость истечения на расстоянии х

;

– определяют полное давление в начале воздуховода

18.2. Воздуховод постоянного сечения с приточными отверстиями переменной площади

Воздуховод постоянного сечения с приточными отверстиями переменной площади(рис. VII.6) применяется там же, где и прямоугольный воздуховод постоянного сечения со щелью переменной высоты.

Расчет выполняют в такой последовательности:

Рис. VII.6 Общий вид воздуховода.

– определяют максимальное количество отверстий в боковой стенки воздуховода, которое не должно превышать

;

– определяют площадь первого приточного отверстия при заданной скорости истечения J_р

где – заданная скорость истечения, м/с.

– определяются площади последующих отверстий

;

Наименьшую площадь имеет первое отверстие, наибольшую отверстие i_х=2Р_д/Rl^/, i_х ³ n

– определяется скорость истечения воздуха из каждого отверстия

;

– определяется полное давление в начале воздуховода

;

Размеры отверстий определяют как

где – искомая ширина отверстия; – принятая высота его, постоянная для всех отверстий.

18.3. Конусный прямоугольный воздуховод

Конусный прямоугольный воздуховод предназначен для активной подачи воздуха в рабочую зону (рис. VIII.7) через щели шириной 30…80 мм, снабженные направляющими лопатками и экранами на выходе.

Рис. VII.7 Конусный воздуховод для активной подачи воздуха в рабочую зону.

Щели могут располагаться в нижней и боковой стенках воздуховода. Поступление приточного воздуха в рабочую зону осуществляется с заданной скоростью, обеспечивающей требуемые санитарно-гигиенические условия. Высота установки воздуховода 3,6… 3,8 м от уровня пола в проходах между технологическим оборудованием. Воздуховод преимущественно применяется в промышленных цехах при подаче воздуха в рабочую зону в проходах между технологическим оборудованием; в гражданских зданиях при подаче воздуха в коридоры с устройством подшивного потолка. Расчет активной подачи воздуха производится на основании зависимостей для плоской струи.

Назначается допустимая подвижность воздуха в рабочей зоне (_р.з.) (нормируемая величина) и определяется скорость истечения

где х – расстояние от выпуска до рабочей зоны, м; а_т – коэффициент турбулентной структуры (принимается по справоч ной литературе).

Принимают скорость воздуха в начале воздуховода в пределах

Определяют начальное сечение воздуховода и его размеры

Устанавливают высоту воздуховода в его конце в_к = 0,65 × в_н.

Вычисляют количество воздуха, выходящего из щели, при ее заданной ширине

Определяют скорость воздуха в конце воздуховода

где F_к – площадь конечного сечения воздуховода, м².

Определяют количество щелей и расстояние между ними:

;

Полное давление в начале воздуховода

;

18.4. Прямоугольный воздуховод постоянного поперечного сечения

с продольной щелью постоянной высоты

Прямоугольного воздуховод постоянного поперечного сечения с продольной щелью постоянной высоты (рис. VII.8) применяется в помещениях гражданского и промышленного назначения небольшой протяженности с пониженными требованиями к равномерной раздаче воздуха.

Рис. VII.8. Прямоугольный воздуховод со щелью постоянной высоты.

Расчет выполняют в такой последовательности.

Задаются максимально допустимым отклонением r_max» 10 – 15 %,по которому по графику определяют r_расч (рис. VII.9) (расчетное отклонение), параметр щели и коэффициент сопротивления воздуховода