Аеродинамічний розрахунок повітроводів

1. Розробка схеми системи вентиляції
2. Практичні поради щодо виконання розрахунків

Створення комфортних умов перебування в приміщеннях неможливо без аеродинамічного розрахунку повітроводів. На основі отриманих даних визначається діаметр перетину труб, потужність вентиляторів, кількість і особливості відгалужень. Додатково може розраховуватися потужність калориферів, параметри вхідних і вихідних отворів. Залежно від конкретного призначення кімнат враховується максимально допустима гучність, кратність обміну повітря, напрям і швидкість потоків в приміщенні.

Сучасні вимоги до системам вентиляції прописані в Зводі правил СП 60.13330.2012. Нормовані параметри показників мікроклімату в приміщеннях різного призначення дано в ГОСТ 30494, СанПіН 2.1.3.2630, СанПіН 2.4.1.1249 і СанПіН 2.1.2.2645. Під час розрахунку показників вентиляційних систем всі положення повинні в обов'язковому порядку враховуватися.

Роботи включають в себе кілька послідовних етапів, кожен з яких вирішує локальні завдання. Отримані дані форматуються у вигляді таблиць, на їх підставі складаються принципові схеми і графіки. Роботи поділяються на наступні етапи:

1. Розробка аксонометрической схеми розподілу повітря по системі. На основі схеми визначається конкретна методика розрахунків з урахуванням особливостей і завдань вентиляційної системи.
2. Виконується аеродинамічний розрахунок повітроводів як по головних магістралях, так і по всьому відгалуженням.
3. На підставі отриманих даних вибирається геометрична форма і площа перетину повітроводів, визначаються технічні параметри вентиляторів і калориферів. Додатково береться до уваги можливість установки датчиків пожежогасіння, попередження поширення диму, можливість автоматичного регулювання потужності вентиляції з урахуванням складеної користувачами програми.

Розробка схеми системи вентиляції

Залежно від лінійних параметрів схеми вибирається масштаб, на схемі вказується просторове положення повітропроводів, точки приєднання додаткових технічних пристроїв, що існують відгалуження, місця подачі і забору повітря.

На схемі вказується головна магістраль, її розташування і параметри, місця підключення і технічні характеристики відгалужень. Особливості розташування повітроводів враховують архітектурні характеристики приміщень і будівлі в цілому. Під час складання припливної схеми порядок розрахунку починається з найвіддаленішої від вентилятора точки або з приміщення, для якого потрібно забезпечити максимальну кратність обміну повітря. Під час складання витяжної вентиляції головним критерієм приймаються максимальні значення по витраті повітряного потоку. Загальна лінія під час розрахунків розбивається на окремі ділянки, при цьому кожна ділянка повинна мати однакові перетину повітроводів, стабільне споживання повітря, однакові матеріали виготовлення і геометрію труб.

Відрізки нумеруються в послідовності від ділянки з найменшою витратою і по зростаючій до найбільшого. Далі визначається фактична довжина кожної окремої ділянки, підсумовуються окремі ділянки і визначається загальна довжина системи вентиляції.

Під час планування схеми вентиляції їх допускається приймати загальними для таких приміщень:

• житлових або громадських в будь-яких поєднаннях;
• виробничих, якщо вони з протипожежної категорії відносяться до групи А чи Б і розміщуються не більше ніж на трьох поверхах;
• однією з категорій виробничих будівель категорії В1 - В4;
• категорії виробничих будівель В1 м В2 дозволяється підключати до однієї системи вентиляції в будь-яких поєднаннях.

Якщо в системах вентиляції повністю відсутня можливість природного провітрювання, то схема повинна передбачати обов'язкове підключення аварійного обладнання. Потужності і місце установки додаткових вентиляторів розраховуються за загальними правилами. Для приміщень, що мають постійно відкриті або відкриваються в разі потреби отвори, схема може складатися без можливості резервного аварійного підключення.

Системи відсмоктувачів забрудненого повітря безпосередньо з технологічних або робочих зон повинні мати один резервний вентилятор, включення пристрою в роботу може бути автоматичним або ручним. Вимоги стосуються робочих зон 1-го і 2-го класів небезпеки. Дозволяється не передбачати на схемі монтажу резервного вентилятора тільки у випадках:

1. Синхронної зупинки шкідливих виробничих процесів у разі порушення функціональності системи вентиляції.
2. У виробничих приміщеннях передбачена окрема аварійна вентиляція зі своїми воздуховодами. Параметри такої вентиляції повинні видаляти не менше 10% обсягу повітря, що забезпечує стаціонарними системами.

Схема вентиляції повинна передбачати окрему можливість душирования на робоче місце з підвищеними показниками забрудненості повітря. Всі ділянки і місця підключення вказуються на схемі і включаються в загальний алгоритм розрахунків.

Забороняється розміщення приймальних повітряних пристроїв ближче восьми метрів по лінії горизонталі від сміттєвих звалищ, місць автомобільної парковки, доріг з інтенсивним рухом, витяжних труб і димоходів. Приймальні повітряні пристрої підлягають захисту спеціальними пристосуваннями з навітряного боку. Показники опору захисних пристроїв беруться до уваги під час аеродинамічних розрахунків загальної системи вентиляції.
Розрахунок втрат тиску повітряного потоку Аеродинамічний розрахунок повітроводів по втратах повітря робиться з метою правильного вибору перетинів для забезпечення технічних вимог системи і вибору потужності вентиляторів. Втрати визначаються за формулою:

Ryd - значення питомих втрат тиску на всіх ділянках воздуховода;

Pgr - гравітаційне тиск повітря в вертикальних каналах;

Σl - сума окремих ділянок системи вентиляції.

Втрати тиску отримують в Па, довжина ділянок визначається в метрах. Якщо рух повітряних потоків в системах вентиляції відбувається за рахунок природної різниці тиску, то розрахункове зниження тиску Σ = (Rln + Z) по кожній окремій ділянці. Для розрахунку гравітаційного напору потрібно використовувати формулу:

Pgr - гравітаційний напір, Па;

h - висота повітряного стовпа, м;

ρн - щільність повітря зовні приміщення, кг / м3;

ρв - щільність повітря всередині приміщення, кг / м3.

Подальші обчислення для систем природної вентиляції виконуються за формулами:

Визначення поперечного перерізу повітропроводів


Визначення швидкості руху повітряних мас в газоходах


Розрахунок на втрати по місцевим опорам системи вентилювання


Визначення втрати на подолання тертя


Визначення швидкості повітряного потоку в каналах
Розрахунок починається з найбільш протяжного та віддаленого ділянки системи вентиляції. В результаті аеродинамічних розрахунків повітропроводів повинен забезпечуватися необхідний режим вентиляції в приміщенні.

Площа поперечного перерізу визначається за формулою:

FP = LP / VT.

FP - площа перетину повітряного каналу;

LP - фактичні витрати повітря на розраховується ділянці вентиляційної системи;

VT - швидкість руху повітряних потоків для забезпечення необхідної кратності обміну повітря в потрібному обсязі.

З урахуванням отриманих результатів визначається втрати тиску при примусовому переміщенні повітряних мас по воздуховодам.

Для кожного матеріалу виготовлення повітропроводів застосовуються поправочні коефіцієнти, що залежать від показників шорсткості поверхонь і швидкості переміщення повітряних потоків. Для полегшення аеродинамічних розрахунків повітропроводів можна користуватися таблицями.

Табл. №1. Розрахунок металевих повітропроводів круглого профілю.

Таблиця №2. Значення поправочних коефіцієнтів з урахуванням матеріалу виготовлення повітропроводів і швидкості повітряного потоку.

Використовувані для розрахунків коефіцієнти шорсткості по кожному матеріалу залежать не тільки від його фізичних характеристик, але і від швидкості руху повітряних потоків. Чим швидше переміщається повітря, тим більший опір він відчуває. Цю особливість обов'язково потрібно брати до уваги під час підбору конкретного коефіцієнта.

Аеродинамічний розрахунок по витраті повітря в квадратних і круглих повітропроводах показує різні показники швидкості пересування потоку при однаковій площі перетину умовного проходу. Пояснюється це відмінностями в природі завихрень, їх значення і здатності чинити опір руху.

Основна умова розрахунків - швидкість руху повітря постійно зростає в міру наближення ділянки до вентилятора. З урахуванням цього ставляться вимоги до діаметрам каналів. При цьому обов'язково враховуються параметри обміну повітря в приміщеннях. Місця розташування припливу і виходу потоків підбираються з такою умовою, щоб перебувають в приміщенні люди не відчували протягів. Якщо прямим перерізом не вдається досягти регламентованого результату, то в повітроводи вставляються діафрагми з наскрізними отворами. За рахунок зміни діаметра отворів досягається оптимальна регулювання повітряних потоків. Опір діафрагми розраховується за формулою:

Загальний розрахунок вентиляційних систем повинен враховувати:

1. Динамічне тиск повітряного потоку під час пересування. Дані узгоджуються з технічним завданням і служать головним критерієм під час вибору конкретного вентилятора, місця його розташування та принципу дії. При неможливості забезпечити плановані режими функціонування системи вентиляції одним агрегатом, передбачається монтаж кількох. Конкретне місце їх установки залежить від особливостей принципової схеми повітропроводів і допустимих параметрів.
2. Обсяг (витрата) переміщуються повітряних мас в розрізі кожного відгалуження і приміщення в одиницю часу. Вихідні дані - вимоги санітарних органів по чистоті приміщення і особливості технологічного процесу промислових підприємств.
3. Неминучі втрати тиску, що виникають в результаті вихрових явищ під час руху повітряних потоків на різних швидкостях. Крім цього параметра до уваги береться до уваги фактичне перетин воздуховода і його геометрична форма.
4. Оптимальна швидкість пересування повітря в головному каналі і окремо по кожному відгалуження. Показник впливає на вибір потужності вентиляторів і місць їх установки.

Практичні поради щодо виконання розрахунків

Для полегшення виробництва розрахунків допускається використовувати спрощену схему, вона застосовується для всіх приміщень з некритичними вимогами. Для гарантування корисних властивостей підбір вентиляторів по потужності і кількості робиться з запасом до 15%. Спрощений аеродинамічний розрахунок систем вентиляції проводиться за наступним алгоритмом:

1. Визначення площі перерізу каналу в залежності від оптимальної швидкості руху потоку повітря.
2. Вибір наближеного до розрахункового стандартного перетину каналу. Конкретні показники завжди слід підбирати в бік збільшення. Повітряні канали можуть мати збільшені технічні показники, зменшувати їх можливості забороняється. При неможливості підібрати стандартні канали в технічних умовах передбачається їх виготовлення за індивідуальними ескізами.
3. Перевірка показників швидкості руху повітря з урахуванням реальних значень умовного перетину основного каналу і всіх відгалужень.

Завдання аеродинамічного розрахунку повітроводів - забезпечити плановані показники вентилювання приміщень з мінімальними втратами фінансових коштів. При цьому одночасно слід домагатися зниження трудомісткості і металоємності будівельно-монтажних робіт, забезпечення надійності функціонування встановленого обладнання в різних режимах.

Спеціальне обладнання повинно монтуватися в доступних місцях, до нього забезпечується безперешкодний доступ для виробництва регламентних технічних оглядів та інших робіт для підтримки системи в робочому стані.

Згідно з положеннями ГОСТ Р ЕН 13779-2007 для розрахунку ефективності вентиляції ε v потрібно застосовувати формулу:

сіна - показники концентрації шкідливих сполук і зважених речовин в повітрі, що видаляється;

з IDA - концентрація шкідливих хімічних сполук і зважених речовин в приміщенні або робочій зоні;

c sup - показники забруднень, що надходять з припливним повітрям.

Ефективність систем вентиляції залежить не тільки від потужності підключених витяжних або нагнітають пристроїв, але і від місця розташування джерел забруднення повітря. Під час аеродинамічного розрахунку повинні братися до уваги мінімальні показники по ефективності функціонування системи.

Питома потужність (P Sfp> Вт ∙ с / м 3) вентиляторів розраховується за формулою:

де Р - потужність електричного двигуна, встановленого на вентиляторі, Вт;

q v - витрата повітря, що подається вентиляторів при оптимальному функціонуванні, м3 / с;

Δ р - показник перепаду тиску на вході і виході повітря з вентилятора;

η tot - загальний коефіцієнт корисної дії для електричного двигуна, повітряного вентилятора і повітропроводів.

Під час розрахунків маються на увазі такі типи повітряних потоків згідно з нумерацією на схемі:

Схема 1. Типи потоків повітря в системі вентиляції.

1. Зовнішній, надходить в систему кондиціонування приміщень із зовнішнього середовища.
2. Припливне. Потоки повітря, що подаються в систему повітропроводів після попередньої підготовки (підігріву або очищення).
3. Повітря, що знаходиться в приміщенні.
4. Перетікають повітряні потоки. Повітря, що переходить з одного в інше приміщення.
5. Витяжної. Повітря, що відводять з приміщення назовні або в систему.
6. Рециркуляційний. Частина потоку, що повертається в систему для підтримки внутрішньої температури в заданих значеннях.
7. Видаляється. Повітря, який виводиться з приміщень безповоротно.
8. Вторинне повітря. Повертається назад в приміщення після очищення, нагрівання, охолодження і т. Д.
9. Втрати повітря. Можливі витоку через негерметичність з'єднань повітропроводів.
10. Інфільтрація. Процес надходження в повітря в приміщення природним шляхом.
11. Ексфільтрація. Природна витік повітря з приміщення.
12. Суміш повітря. Одночасне припинення декількох потоків.

По кожному типу повітря є свої державні стандарти. Всі розрахунки вентиляційних систем повинні їх враховувати.