Потери давления на местные сопротивления воздуховодов

Метод допустимых скоростей

При расчете сети воздуховодов по методу допустимых скоростей за исходные данные принимают оптимальную скорость воздуха (см. таблицу). Затем считают нужное сечение воздуховода и потери давления в нем.

Порядок действий при аэродинамическом расчете воздуховодов по методу допустимых скоростей:

• Начертить схему воздухораспределительной системы. Для каждого участка воздуховода указать длину и количество воздуха, проходящего за 1 час.
• Расчет начинаем с самых дальних от вентилятора и самых нагруженных участков.
• Зная оптимальную скорость воздуха для данного помещения и объем воздуха, проходящего через воздуховод за 1 час, определим подходящий диаметр (или сечение) воздуховода.
• Вычисляем потери давления на трение P тр.
• По табличным данным определяем сумму местных сопротивлений Q и рассчитываем потери давления на местные сопротивления z.
• Располагаемое давление для следующих ветвлений воздухораспределительной сети определяется как сумма потерь давления на участках, расположенных до данного ветвления.

В процессе расчета нужно последовательно увязать все ветви сети, приравняв сопротивление каждой ветви к сопротивлению самой нагруженной ветви. Это делают с помощью диафрагм. Их устанавливают на слабо нагруженные участки воздуховодов, повышая сопротивление.

Источник

Статическое давление — вентилятор

Статическое давление вентилятора, которое представляет собой полное давление вентилятора за вычетом скоростного напора.  
Статическое давление вентилятора определяется как разность полного давления Яп и динамического давления Янд в нагнетательном патрубке вентилятора.  

Роль статического давления вентилятора довольно значительна и при принятом в настоящее время способе подбора вентилятора по полному давлению об этом забывать не следует. Особенно большое значение это имеет при расчете вентиляционной сети, состоящей только из всасывающей ветви: подсчитывать сопротивление всасывающей ветви и по этой величине подбирать вентилятор, забывая о динамическом давлении на выходе из вентилятора, которое, кстати говоря, может быть весьма значительным, недопустимо.  

Таким образом, статическое давление вентилятора, работающего в вентиляционной сети, расходуется на преодоление суммарных потерь давления в сети за вычетом разности между динамическим давлением на выходе воздуха из вентилятора и динамическим давлением на выходе воздуха из сети.  

Таким образом, статическое давление вентилятора, работающего в вентиляционной сети, расходуется на преодоление сопротивления сети за вычетом разности между динамическим давлением на выходе воздуха из вентилятора и динамическим давлением на выходе воздуха из сети.  

В первом приближении задают статическое давление вентилятора.  

Рассмотрим, на что расходуется статическое давление вентилятора, работающего в сети при отсутствии в ней объемов всасывания и нагнетания.  

Поскольку при этом pdv йвых, psv — hBC, т.е. статическое давление вентилятора равно сопротивлению сети.  

Коэффициент рабочей ( условно) производительности Qp, определяемый абсциссой точки пересечения характеристики статического давления вентилятора и кривой аэродинамического сопротивления электрической машины.  

Если вентилятор подобран правильно, то сопротивление системы изменяется пропорционально квадрату расхода воздуха ( см. рис. 20 — 5), а статическое давление вентилятора приблизительно обратно пропорционально изменению расхода воздуха, что значительно сдерживает тенденцию как к повышению расхода воздуха, так и увеличению нагрузки электродвигателя. Это в свою очередь указывает на нецелесообразность установки электродвигателя с большим запасом. Кроме того, электродвигатели обычно работают более экономично, когда они полностью загружены. Так как расход мощности изменяется пропорционально кубу числа оборотов, для электродвигателя требуется небольшой пусковой момент.  

При наличии нагнетательной сети динамическое давление всегда учитывается, и поэтому роль статического давления просто не проявляется в явном виде. Если же вентиляционная система смонтирована без соответствия с ее расчетом, то значение статического давления вентилятора сразу обнаружится.  

В этой точке полное давление вентилятора равно потерям полного давления в сети. Если вентилятор работает на всасывание, то динамическое давление вентилятора следует также относить к потерям давления в сети или определять режим работы вентилятора точкой пересечения характеристики сети Др ( 2) с характеристикой psti ( Q) статического давления вентилятора В таких случаях целесообразно на выходе из вентилятора установить диффузор, чтобы уменьшить динамическое давление вентилятора.  

Такая диаграмма позволяет определить размеры и частоту вращения вентилятора выбранного типа без проведения каких-либо дополнительных расчетов. Для этого по заданным значениям производительности Q и полного давления рс на диаграмме отмечают точку, соответствующую рабочему режиму вентилятора. Определяют ближайшую к этой точке кривую р0 ( У), по привязной точке которой устанавливают диаметр и частоту вращения вентилятора. Диаграммой нельзя пользоваться, если задано не полное, а статическое давление вентилятора и если рабочий режим вентилятора находится вне рабочего участка характеристики.  

Расчет потери давления в воздуховодах в системе вентиляции

Услуги по вентиляции › Проектирование вентиляции ›

Когда известны параметры воздуховодов (их длина, сечение, коэффициент трения воздуха о поверхность), можно рассчитать потери давления в системе при проектируемом расходе воздуха.

Общие потери давления (в кг/кв.м.) рассчитываются по формуле:

где R — потери давления на трение в расчете на 1 погонный метр воздуховода, l — длина воздуховода в метрах, z — потери давления на местные сопротивления (при переменном сечении).

1. Потери на трение:

В круглом воздуховоде потери давления на трение P тр считаются так:

где x — коэффициент сопротивления трения, l — длина воздуховода в метрах, d — диаметр воздуховода в метрах, v — скорость течения воздуха в м/с, y — плотность воздуха в кг/куб.м., g — ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

• Замечание: Если воздуховод имеет не круглое, а прямоугольное сечение, в формулу надо подставлять эквивалентный диаметр, который для воздуховода со сторонами А и В равен: dэкв = 2АВ/(А + В)

2. Потери на местные сопротивления:

Потери давления на местные сопротивления считаются по формуле:

где Q — сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховода, для которого производят расчет, v — скорость течения воздуха в м/с, y — плотность воздуха в кг/куб.м., g — ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Значения Q содержатся в табличном виде.

Круглые и прямоугольные воздуховоды

Воздуховоды, применяемые в системах вентиляции и кондиционирования, могут быть круглого и прямоугольного сечения (см. рисунок 1).

Круглые воздуховоды — это спирально-навивные воздуховоды, материалом для изготовления которых служит, как правило, лента из оцинкованной стали. Они считаются более предпочтительными как с аэродинамической, так и с финансовой точки зрения, так как имеют меньшее сопротивление на единицу длины при той же площади сечения, проще в производстве, а потому и дешевле при закупке.

Следовательно, при проектировании систем вентиляции и кондиционирования предпочтение следует отдавать воздуховодам круглого сечения. Более подробно о сечениях круглых воздуховодов читайте отдельную статью.

Рисунок 1. Круглые (сверху) и прямоугольные (снизу) воздуховоды для систем вентиляции и кондиционирования.

Но если бы всё было так однозначно, воздуховоды прямоугольного сечения исчезли бы с рынка. Они выручают в двух основных случаях: при необходимости занизить один из габаритов воздуховода — ширину или, что чаще, высоту и при больших расходах воздуха. Впрочем, во втором случае всё сводится также к занижению одного из габаритов, ведь вместо воздуховода диаметром 1 метр куда более разумным выглядит применение воздуховода сечением 1200×800 или 1500×700 мм — они позволяют выиграть, соответственно, 200 и 300 миллиметров высоты в помещении.

Кстати, центральные воздуховоды — суть прямоугольные воздуховоды большого сечения. Термин не является официальным и часто означает магистральные воздуховоды в системах вентиляции. Они прокладываются по коридорам и предназначены для транспортировки больших расходов воздуха. Именно к центральным воздуховодам присоединяются отводы для подачи и вытяжки воздуха из помещений.

Выбирая сечение прямоугольных воздуховодов, следует помнить о рекомендации 3:1. Она заключается в том, что бóльшая сторона сечения воздуховода не должна превышать меньшую сторону более чем в три раза. Нарушение этой рекомендации ведёт к плохой аэродинамике воздуховода и увеличению потерь.

Кроме того, подбирая аналог круглому воздуховоду среди прямоугольных, следует руководствоваться не равенством площадей, а равенством эквивалентных диаметров. Так, эквивалентный диаметр круглого воздуховода равен диаметру этого воздуховода:

DЭКВ.КР. = DКР.

В то же время эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода вычисляется по формуле:

DЭКВ.ПР. = 2·A·B/(A+B), где A и B — ширина и высота прямоугольного воздуховода.

Выбирая сечение прямоугольного воздуховода, следует подбирать такие A и B, чтобы эквивалентный диаметр этого воздуховода был равен диаметру круглого воздуховода, с которого выполняется переход на данный прямоугольный воздуховод.

Этап первый

Сюда входит аэродинамический расчёт механических систем кондиционирования или вентиляции, который включает ряд последовательных операций.Составляется схема в аксонометрии, которая включает вентиляцию: как приточную, так и вытяжную, и подготавливается к расчёту.

Размеры площади сечений воздуховодов определяются в зависимости от их типа: круглого или прямоугольного.

Формирование схемы

Схема составляется в аксонометрии с масштабом 1:100. На ней указываются пункты с расположенными вентиляционными устройствами и потреблением воздуха, проходящего через них.

Выстраивая магистраль, следует обратить внимание на то какая система проектируется: приточная или вытяжная

Приточная

Здесь линия расчёта выстраивается от самого удалённого распределителя воздуха с наибольшим потреблением. Она проходит через такие приточные элементы, как воздуховоды и вентиляционная установка вплоть до места где происходит забор воздуха. Если же система должна обслуживать несколько этажей, то распределитель воздуха располагают на последнем.

Вытяжная

Строится линия от самого удалённого вытяжного устройства, максимально расходующего воздушный поток, через магистраль до установки вытяжки и дальше до шахты, через которую осуществляется выброс воздуха.

Если планируется вентиляция для нескольких уровней и установка вытяжки располагается на кровле или чердаке, то линия расчёта должна начинаться с воздухораспределительного устройства самого нижнего этажа или подвала, который тоже входит в систему. Если установка вытяжки находится в подвальном помещении, то от воздухораспределительного устройства последнего этажа.

Вся линия расчёта разбивается на отрезки, каждый из них представляет собой участок воздуховода со следующими характеристиками:

• воздуховод единого размера сечения;
• из одного материала;
• с постоянным потреблением воздуха.

Следующим шагом является нумерация отрезков. Начинается она с наиболее удалённого вытяжного устройства или распределителя воздуха, каждому присваивается отдельный номер. Основное направление – магистраль выделяется жирной линией.

Далее, на основе аксонометрической схемы для каждого отрезка определяется его протяжённость с учётом масштаба и потребления воздуха. Последний представляет собой сумму всех величин потребляемого воздушного потока, протекающего через ответвления, которые примыкают к магистрали. Значение показателя, который получается в результате последовательного суммирования, должно постепенно возрастать.

Определение размерных величин сечений воздуховодов

Производится исходя из таких показателей, как:

• потребление воздуха на отрезке;
• нормативные рекомендуемые значения скорости движения воздушного потока составляют: на магистралях — 6м/с, на шахтах где происходит забор воздуха – 5м/с.

Рассчитывается предварительное размерная величина воздуховода на отрезке, которая приводится к ближайшему стандартному. Если выбирается прямоугольный воздуховод, то значения подбираются на основе размеров сторон, отношение между которыми составляет не более чем 1 к 3.

Исходные данные для вычислений

Когда известна схема вентиляционной системы, размеры всех воздухопроводов подобраны и определено дополнительное оборудование, схему изображают во фронтальной изометрической проекции, то есть аксонометрии. Если ее выполнить в соответствии с действующими стандартами, то на чертежах (или эскизах) будет видна вся информация, необходимая для расчета.

1. С помощью поэтажных планировок можно определить длины горизонтальных участков воздухопроводов. Если же на аксонометрической схеме проставлены отметки высот, на которых проходят каналы, то протяженность горизонтальных участков тоже станет известна. В противном случае потребуются разрезы здания с проложенными трассами воздухопроводов. И в крайнем случае, когда информации недостаточно, эти длины придется определять с помощью замеров по месту прокладки.
2. На схеме должно быть изображено с помощью условных обозначений все дополнительное оборудование, установленное в каналах. Это могут быть диафрагмы, заслонки с электроприводом, противопожарные клапаны, а также устройства для раздачи или вытяжки воздуха (решетки, панели, зонты, диффузоры). Каждая единица этого оборудования создает сопротивление на пути воздушного потока, которое необходимо учитывать при расчете.
3. В соответствии с нормативами на схеме возле условных изображений воздуховодов должны быть проставлены расходы воздуха и размеры каналов. Это определяющие параметры для вычислений.
4. Все фасонные и разветвляющие элементы тоже должны быть отражены на схеме.

Если такой схемы на бумаге или в электронном виде не существует, то придется ее начертить хотя бы в черновом варианте, при вычислениях без нее не обойтись.

Программное обеспечение для выполнения расчетов

Все расчеты можно выполнять вручную, но удобнее и быстрее воспользоваться специализированными программами.

С помощью таких программ можно не только точно выполнить необходимые вычисления, но и подготовить чертежи.

Vent–Calc – функциональное приложение для расчета воздуховодов. Для вычислений используются значения расхода и скорости воздуха, а также температуры.

MagiCAD – выполняет все виды вычислений для инженерных сетей, изображения представлены в 2D и 3D форматах.

GIDRV – программа для расчетов всех параметров воздуховодов. Предусмотрена возможность подбора любых комбинаций параметров для достижения лучших показателей работы.

Ducter 2.5 – утилита, точно вычисляющая диаметры сечений воздуховодов. Идеально подходит для подбора их типов.

Чертежи, которые составляются в данных программах, позволяют более точно увидеть схему расположения всех компонентов системы и обеспечить их наиболее эффективную работу.

Как определить скорость в вентиляционных каналах?

Как можно судить из всего, сказанного выше, в качестве главной магистрали необходимо выбирать ту цепь последовательных отрезков сети, которая является самой протяженной; при этом нумерация должна начинаться исключительно с самого удаленного участка. Что же касается параметров каждого из участков (а к таковым относится расход воздуха, длина участка, его порядковый номер и проч.), то их также следует занести в таблицу проведения расчетов. Затем, когда с внесением будет покончено, подбирается форма поперечного сечения и определяются его – сечения – габариты.

А чтобы рассчитать площадь поперечного отрезка сети вентиляции, необходимо использовать приведенную ниже формулу расчетов:

Что обозначают эти аббревиатуры? Попытаемся разобраться. Итак, в нашей формуле:

• LP – это конкретный расход воздуха на выбранном участке;
• VT – это скорость, с которой воздушные массы по этому участку движутся (измеряется в метрах за секунду);
• FP – это и есть нужная нам площадь поперечного сечения канала.

Что характерно, во время определения скорости движения необходимо руководствоваться, в первую очередь, соображениями экономии и шумности всей вентиляционной сети.

Обратите внимание! По полученному таким образом показателю (речь идет о поперечном сечении) необходимо подобрать воздуховод со стандартными величинами, а фактическое его сечение (обозначается аббревиатурой FФ) должно быть максимально близким к рассчитанному ранее.

Идем дальше. Ориентируясь на фактическую площадь, необходимо определить, с какой скоростью воздушные массы должны перемещаться по выбранному участку. Для этого следует использовать следующую формулу:

Получив показатель требуемой скорости, необходимо рассчитать, насколько будет уменьшаться давление в системе вследствие трения о стенки каналов (для этого необходимо использовать специальную таблицу). Что же касается локального сопротивления для каждого из участков, то их следует рассчитывать по отдельности, после чего суммировать в общий показатель. Затем, суммировав локальное сопротивление и потери по причине трения, можно получить общий показатель потерь в системе кондиционирования воздуха. В дальнейшем это значение будет использоваться для того, чтобы вычислить требуемое количество газовых масс в каналах вентиляции.

Ранее мы рассказывали о том что из себя представляет воздушно-отопительный агрегат, говорили о его приемуществах и сферах применения, в дополнение к этой статье советуем вам ознакомится с данной информацией читайте об этом тут

Вычисление потерь на трение

Потери энергии потока вычисляются пропорционально так называемому «динамическому» напору, величине pW2/2, где р -плотность воздуха при температуре потока (определяется по таблице (1) и (2)), a W — скорость в том или ином сечении контура циркуляции воздуха.

Падение давления воздуха вследствие действия трения вычисляют по формуле Вейсбаха:

=

— длина участка контура циркуляции, м, dэкв

-эквивалентный диаметр поперечного сечения участка, м,
-коэффициент сопротивления трения. Коэффициент
сопротивления трения определяется режимом течениявоздуха в рассматриваемом сечении контура циркуляции, или величиной критерия Рейнольдса:

— скорость и эквивалентный диаметр канала и кинематический коэффициент вязкости воздуха (определяется по таблицам /1/ и /2/ ,

м /с.
для значений Re
в интервале
105-108
(развитое турбулентное значение) определяется по формуле Никурадзе:

можно получить из /4/ и /5/ В /5/ приведена диаграмма для нахождения значения

, облегчающая расчеты. Вычисленные значения выражаются в паскалях (Па).

В таблице 3 сведены значения исходных данных для каждого канала скорость, длина, поперечное сечение, эквивалентный диаметр, величина критерия Рейнольдса, коэффициент сопротивления, динамический напор и величина вычисленных потерь на трение.

Таблица коэффициентов местного сопротивления

Мы проанализировали техническую литературу и другие источники и предоставляем вам для пользования таблицы со значениями КМС для разных элементов системы. В нашем случае это каталоги фирмы ВЕЗА, Belimo, справочник проеткировщика Н,Н, Павлова и справочник Р. В. Щекина.

Расчет приточных и вытяжных систем воздуховодов сводится к определению размеров поперечного сечения каналов, их сопротивления движению воздуха и увязки напора в параллельных соединениях. Расчет потерь напора следует вести методом удельных потерь напора на трение.

Бланк расчета системы вентиляции

Па Значения R
определяют или по специальным таблицам, или по номограмме (рисунок 3.2), составленной для стальных круглых воздуховодов диаметром d

. Этой же номограммой можно пользоваться и для расчета воздуховодов прямоугольного сечения
ab
, только в этом случае под величиной
d
понимают эквивалентный диаметр
d
э = 2
ab
/(
a
+
b
). На номограмме указаны также значения динамического давления потока воздуха, соответствующие плотности стандартного воздуха (
t
= 20 о C; φ = 50 %; барометрическое давление 101,3 кПа;
= 1,2 кг/м 3 ). При плотности динамическое давление равно показанию шкалы, умноженному на отношение /1,2
Подбирают вентиляторы по аэродинамическим характеристикам, показывающим графическую взаимозависимость их полного давления, подачи, частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса. Эти характеристики составлены для стандартного воздуха.

Удобно вести подбор вентиляторов по номограммам, представляющим собой сводные характеристики вентиляторов одной серии. На рисунке 3.3 изображена номограмма для выбора центробежных вентиляторов серии Ц4-70 * , получивших широкое применение в вентиляционных системах сельскохозяйственных производственных зданий и сооружений. Эти вентиляторы обладают высокими аэродинамическими качествами, бесшумны в работе.

Из точки, соответствующей найденному значению подачи L

в, проводят прямую до пересечения с лучом номера вентилятора (№ вент.) и далее по вертикали до линии расчетного полного давления

вентилятора.

Точка пересечения соответствует КПД вентилятора

и значению безразмерного коэффициента
А
, по которому подсчитывают частоту вращения вентилятора (мин -1 ).

Горизонтальная шкала номограммы показывает скорость движения воздуха в выпускном отверстии вентилятора.

Подбор вентилятора надо вести с таким расчетом, чтобы его КПД был не ниже 0,85 максимального значения.

Необходимая мощность на валу электродвигателя для привода вентилятора, кВт:

Рис.3.2 Номограмма для расчетов круглых стальных воздуховодов

Рис.3.3 Номограмма для подбора центробежных вентиляторов серии Ц4-70

Типы воздуховодов

Воздуховоды — это элементы системы, отвечающие за перенос отработанного и свежего воздуха. В состав входят основные трубы переменного сечения, отводы и полуотводы, а также разнообразные переходники. Различаются по материалу и форме сечения.

От типа воздуховода зависит область применения и специфика движения воздуха. Существует следующая классификация по материалу:

1. Стальные — жёсткие воздуховоды с толстыми стенками.
2. Алюминиевые — гибкие, с тонкими стенками.
3. Пластиковые.
4. Матерчатые.

По форме сечения подразделяются на круглые разного диаметра, квадратные и прямоугольные.

Этап второй

Здесь рассчитываются аэродинамические показатели сопротивления. После выбора стандартных сечений воздуховодов уточняется величина скорости воздушного потока в системе.

Расчёт потерь давления на трение

Следующим шагом является определение удельных потерь давления на трение исходя из табличных данных или номограмм. В ряде случаев может пригодиться калькулятор для определения показателей на основе формулы, позволяющей произвести расчёт с погрешностью в 0,5 процента. Для вычисления общего значения показателя, характеризующего потери давления на всём участке, нужно его удельный показатель умножить на длину. На этом этапе также следует учитывать поправочный коэффициент на шероховатость. Он зависит от величины абсолютной шероховатости того или иного материала воздуховода, а также скорости.

Вычисление показателя динамического давления на отрезке

Здесь определяют показатель, характеризующий динамическое давление на каждом участке исходя из значений:

• скорости воздушного потока в системе;
• плотности воздушной массы в стандартных условиях, которая составляет 1,2 кг/м3.

Определение значений местных сопротивлений на участках

Их можно рассчитать исходя из коэффициентов местного сопротивления. Полученные значения сводят в табличной форме, в которую включаются данные всех участков, причём не только прямые отрезки, но и по несколько фасонных частей. Название каждого элемента заносится в таблицу, там же указываются соответствующие значения и характеристики, по которым определяется коэффициент местного сопротивления. Эти показатели можно найти в соответствующих справочных материалах по подбору оборудования для вентиляционных установок.

При наличии большого количества элементов в системе или при отсутствии определённых значений коэффициентов используется программа, которая позволяет быстро осуществить громоздкие операции и оптимизировать расчёт в целом. Общая величина сопротивления определяется как сумма коэффициентов всех элементов отрезка.

Вычисление потерь давления на местных сопротивлениях

Рассчитав итоговую суммарную величину показателя, переходят к вычислению потерь давления на анализируемых участках. После расчёта всех отрезков основной линии полученные числа суммируют и определяют общее значение сопротивления вентиляционной системы.

Таблица максимальной скорости воздуха в зависимости от требований к воздуховоду

Примечание: скорость воздушного потока в таблице дана в метрах в секунду.