Аэродинамический расчет систем вентиляции.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы производят для подбора размеров поперечных сечений воздуховодов по рекомендуемым скоростям движения воздуха и определения потерь давления в системе.

Потери давления в системах вентиляции складываются из потерь давления на трение и потерь давления в местных сопротивлениях, Па:

DPсети = DPтр + Z . (1)

Потери давления на трение, Па:

DРтр= Rln, (2)

где R – удельные потери давления на трение в гидравлически гладком канале, Па/м; l – длина участка воздуховода, м; n – поправочный коэффициент, который зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости воздуховодов.

Удельные потери давления на трение, Па/м:

R =(lг/dэ)*Pд (3)

где lг – коэффициент гидравлического сопротивления трению для гидравлически гладкого канала; dэ – эквивалентный (гидравлический) диаметр воздуховода, м; Рд – динамическое давление, Па.

Коэффициент гидравлического сопротивления трению для гидравлически гладкого канала, при турбулентном режиме течения, рассчитывается по закону Блазиуса:

lг =0,3164/Re0,25 (4)

где Re – критерий Рейнольдса.

Re =ud/n (5)

где u – скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; n – кинематическая вязкость воздуха, м2/с.

Динамическое давление, Па:

Pд =ru2/2 (6)

Потери давления в местных сопротивлениях, Па,

Z =å xru2/2=åx Pд (7)

где åx – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода, коэффициенты местных сопротивлений на границе двух участков относят к участку с меньшим расходом и определяют по таблицам местных сопротивлений; ρ – плотность воздуха, кг/м3.

При расчетах можно пользоваться справочными таблицами или номограммами, которые построены на основании формул (3) – (6) при различных скоростях для различных диаметров круглых металлических воздуховодов (при r = 1,2 кг/м3, n = 15,06 · 10-6 м2/с), принимаемыми гидравлически гладкими.

Если пользоваться указанными таблицами и номограммами для воздуховодов из других материалов, необходимо вводить поправочный коэффициент п, который зависит от материала воздуховода и скорости движения воздуха и определяется по формуле:

n =lш / lг (8)

где lш – коэффициент сопротивления трению с учетом шероховатости канала (воздуховода), рассчитывается по формуле Альтшуля:

lш = 0,11 ((kэ/d) + (68/Re))0,25 (9)

где kэ – абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховода.

Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину d принимают эквивалентный диаметр dэ, мм, при котором потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости будут равны потерям давления в прямоугольном воздуховоде:

dэ = 2ab/(a + b) (10)

где а, b – стороны прямоугольного воздуховода или канала, мм.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов:

1. Расчет участка основного направления магистрали (наиболее протяженной и нагруженной ветви воздуховодов).

2. Увязка всех остальных участков системы.

При невозможности увязки потерь давления по ответвлениям воздуховодов в пределах 10–15 % следует устанавливать диафрагмы. Диафрагма (металлическая пластина с отверстием) – местное сопротивление, на котором гасится избыточное

давление. Коэффициент местного сопротивления диафрагмы определяется по формуле:

Хдиафр = DPнеувязки / Pд = (DPраспDPотв ) / Pд (11)

где Рд – динамическое давление на участке, на котором устанавливается диафрагма, Па; Ррасп – располагаемые потери давления на ответвлении, Па;

Ротв – потери давления на увязываемом ответвлении, Па.

По значению Х и по размерам воздуховода, на котором устанавливается диафрагма, подбирают размер диафрагмы.

Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена в помещениях и принятия решения по трассировке воздуховодов и каналов и конкретизации местных сопротивлений вдоль них. Для проведения аэродинамического расчета на основе архитектурно-строительной и технологической частей проекта вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции, по которой определяют протяженность отдельных ее ветвей и размещают элементы сети.

Схему разбивают на отдельные расчетные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным расходом воздуха.

Потери давления на участке зависят от скорости движения воздуха и складываются из потерь на трение и потерь в местных сопротивлениях.

Намечается основное расчетное направление, представляющее собой цепочку последовательно расположенных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления.

При наличии нескольких цепочек, одинаковых по протяженности, за магистральное направление принимается наиболее нагруженное (имеющее больший расход).

Расчет выполняют по методу удельных потерь давления в следующей последовательности:

1. По известному расчетному расходу вентиляционного воздуха L определяют ориентировочное сечение канала (воздуховода), м2, по формуле:

F ¢ = L/3600*uр (12)

где L – расчетный расход воздуха в воздуховоде, м3/ч; uр предварительная скорость движения воздуха, м/с:

а) в системах естественной вентиляции:

– для горизонтальных каналов – 0,5–1,0 м/с;

– для вертикальных каналов – 0,5–1,0 м/с;

– для вытяжных шахт – 1,0–1,5 м/с.

б) в системах механической вентиляции:

– для участка с жалюзийной решеткой – 2–5 м/с;

– для участка с вентилятором – 6–12 м/с;

– для магистральных воздуховодов производственных зданий – до 12 м/с;

– для ответвлений воздуховодов производственных зданий – до 6 м/с.

2. Исходя из расчетной площади канала с учетом конструктивных соображений, принимаем стандартные размеры сечения каналов (воздуховодов)

3. Уточняем фактическую скорость движения воздуха по каналам, м/с, по формуле:

uф =L/3600Fст (13)

где Fст – стандартная площадь канала, м2

4. Определяем потери давления на преодоление сил трения по принятому сечению (диаметру) и заданному количеству воздуха по формуле (2).

5. Определяем гидравлические потери на местные сопротивления по участкам вентиляционной сети по формуле (7).

6. Определяем суммарные фактические гидравлические потери на всех участках, входящих в расчетную ветвь S(Rln+ Z ).

7. Производим увязку потерь давления по ответвлениям воздуховодов в пределах 10–15 % (10 % – для естественной системы вентиляции, 15 % – для принудительной).