Расчёт воздуховодов систем вентиляции

Расчёт воздуховодов вентиляции является одним из этапов расчета вентиляции и заключается в определении размеров воздуховода в зависимости от расхода воздуха, который должен проходить через рассматриваемый воздуховод. Кроме того, возникают задачи по определению площади поверхности воздуховода. Рассмотрим их более подробно.

Для расчета воздуховодов рекомендуем воспользоваться онлайн-калькулятором, расположенным выше. Исходными данными для расчета являются расход воздуха и максимальная допустимая скорость воздуха в воздуховоде.

Преимуществом нашего калькулятора является то, что в результате расчета вы узнаете не только рекомендуемое сечение круглых и/или прямоугольных воздуховодов, но и фактическую скорость воздуха в них, эквивалентный диаметр и потери давления на 1 метр длины.

О расчете площади воздуховодов читайте в отдельной статье.

Алгоритм расчета сечения воздуховодов

Расчет сечения воздуховодов подразумевает определение размеров воздуховодов в зависимости от расхода пропускаемого воздуха. Он выполняется в 4 этапа:

Пересчет расхода воздуха в м3/с
Выбор скорости воздуха в воздуховоде
Определение площади сечения воздуховода
Определение диаметра круглого или ширины и высоты прямоугольного воздуховода.

На первом этапе расчёта воздуховода расход воздуха G, выраженный, как правило, в м3/час, переводится в м3/с. Для этого его необходимо разделить на 3600:

G [м3/c] = G [м3/час] / 3600

На втором этапе следует задать скорость движения воздуха в воздуховоде. Скорость следует именно задать, а не рассчитать. То есть выбрать ту скорость движения воздуха, которая представляется оптимальной.

Высокая скорость воздуха в воздуховоде позволяет использовать воздуховоды малого сечения. Однако при этом поток воздуха будет шуметь, а аэродинамическое сопротивление воздуховода сильно возрастёт.

Малая скорость воздуха в воздуховоде обеспечивает тихий режим работы системы вентиляции и малое аэродинамическое сопротивление, но делает воздуховоды очень громоздкими.

Для систем общеобменной вентиляции оптимальной скоростью воздуха в воздуховоде считается 4 м/с. Для больших воздуховодов (600×600 мм и более) скорость воздуха может быть повышена до 6 м/с. В системах дымоудаления скорость воздуха может достигать и превышать 10 м/с.

Итак, на втором этапе расчета воздуховодов задаётся скорость движения воздуха v [м/с].

На третьем этапе определяется требуемая площадь сечения воздуховода путем деления расхода воздуха на его скорость:

S [м2] = G [м3/c] / v [м/с]

На четвёртом, заключительном, этапе под полученную площадь сечения воздуховода подбирается его диаметр или длины сторон прямоугольного сечения.

Общие сведения

Аэродинамический расчёт – методика определения размеров поперечного сечения воздуховодов для нивелирования потерь давления, сохранения скорости движения и проектного объёма перекачиваемого воздуха.

При естественном способе вентилирования требуемое давление дано изначально, но надо определить сечение. Это связанно с действием гравитационных сил, побуждающих воздушные массы к вытяжке в помещение из вентиляционных шахт. При механическом способе работает вентилятор, и необходимо рассчитать напор газа, а также площадь сечения короба. Используются максимальные скорости внутри вентканала.

Для упрощения методики воздушные массы принимаются за жидкость с нулевым процентом сжатия. На практике это действительно так, так как в большей части систем давление минимально. Оно образуется только от местного сопротивления, при его соударении со стенками воздуховодов, а также на местах изменения площади. Подтверждение тому нашли многочисленные опыты, проводимые по методике, описанной в ГОСТ 12.3.018-79 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний».

Методика предполагает подбор площади и формы сечения для каждого участка вентиляционной системы. Если брать её за одно целое, то определение потерь будет условное, не соответствующее реальной картине. Кроме самого движения дополнительно вычисляется и нагнетание.

Расчёты воздуховодов для вентиляции, по аэродинамике, ведутся с различным числом известных данных. В одном случае вычисление начинается с нуля, а в другом — больше половины исходных параметров уже известно.

Пример расчёта воздуховода

В качестве примера рассчитаем сечение воздуховода с расходом воздуха 1000 м3/час:

G = 1000/3600 = 0,28 м3/c
v = 4 м/с
S = 0,28 / 4 = 0,07 м2
В случае круглого воздуховода его диаметр составил бы D = корень (4·S/ π) ≈ 0,3 м = 300мм. Ближайший стандартный диаметр воздуховода — 315 мм.

В случае прямоугольного воздуховода необходимо подобрать такие А и В, чтобы их произведение было равно примерно 0,07. При этом рекомендуется, чтобы А и В не отличались друг от друга более чем в три раза, то есть воздуховод 700×100 — не лучший вариант. Более хорошие варианты: 300×250, 350×200.

Особенности определения длины вентиляционных труб

Еще одним важным параметром при проектировании систем вентиляции является длина наружной трубы. Она объединяет все находящиеся в доме каналы, по которым осуществляется циркуляция воздуха, и служит для его вывода наружу.

Расчет по таблице

Высота вентиляционной трубы зависит от ее диаметра и определяется по таблице. В ее ячейках указано сечение воздуховодов, а в столбце слева — ширина труб. Их высота указывается в верхней строке и обозначается в мм.

Подбор высоты трубы вентиляции по таблице

При этом нужно учитывать:

Если вентиляционная труба находится рядом с дымовой, то их высота должна совпадать, чтобы избежать проникновения дыма внутрь помещений во время отопительного сезона.
При расположении воздуховода от конька или парапета на расстоянии, которое не превышает 1,5 м, его высота должна быть больше 0,5 м. Если труба находится в пределах от 1,5 до 3 м от конька крыши, то она не может быть ниже его.
Высота вентиляционной трубы над крышей плоской формы не может быть меньше 0,5 м.

Расположение вентиляционных труб относительно конька крыши

Использование программного обеспечения

Пример расчета естественной вентиляции с помощью специальных программ

Расчет естественной вентиляции менее трудоемок, если воспользоваться для этого специальной программой. Для этого сначала определяется оптимальный объем притока воздуха, в зависимости от назначения помещения. Затем на основании полученных данных и особенностей проектируемой системы делают расчет вентиляционной трубы. При этом программа позволяет учитывать:

среднюю температуру внутри и снаружи;
геометрическую форму воздуховодов;
шероховатость внутренней поверхности, которая зависит от материала труб;
сопротивление движению воздуха.

Система вентиляции с трубами круглого сечения

В результате получают необходимые размеры вентиляционных труб для сооружения инженерной системы, которая должна обеспечивать циркуляцию воздуха в определенных условиях.

Правильный расчет параметров вентиляционных труб позволит спроектировать и построить эффективную систему, которая даст возможность контролировать уровень влажности в помещениях и обеспечит комфортные условия для проживания.

Источник

Расчет эквивалентного диаметра воздуховодов

Эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода вычисляется по формуле:

Dэкв_пр = 2·А·В / (А+В), где А и В — ширина и высота прямоугольного воздуховода.

Например, эквивалентный диаметр воздуховода 500×300 равен 2·500·300 / (500+300) = 375 мм. Это означает, что круглый воздуховод диаметром 375 мм будет иметь такое же аэродинамическое сопротивление, что и прямоугольный воздуховод 500×300 мм.

Эквивалентный диаметр квадратного воздуховода равен стороне квадрата:

Dэкв_кв = 2·А·А / (А+А) = А.

И этот факт весьма интересен, ведь обычно чем больше площадь сечения воздуховода, тем ниже его сопротивление. Однако круглая форма сечения воздуховода имеет наилучшие аэродинамические показатели. Именно поэтому сопротивление квадратного и круглого воздуховодов равны, хотя площадь сечния квадратного воздуховода на 27% больше площади сечения круглого воздуховода.

В общем случае формула для эквивалентного диаметра воздуховода выглядит следующим образом:

Dэкв = 4·S / П, где S и П — соответственно, площадь и периметр воздуховода.

Используя эту формулу можно подтвердить правильность вышеприведённых формул для прямоугольного и квадратного воздуховодов, а также убедиться в том, что эквивалентный диаметр круглого воздуховода равен диаметру этого воздуховода:

Dкругл = 4·π·R2 / 2·π·R = 2R = D.

Кроме того, для расчета может помочь таблица эквивалентного диаметра воздуховодов

Особенности аэродинамического расчёта

Аксонометрия

Расчет аэродинамики выполняется строго тогда, когда рассчитаны требуемые объёмы воздушных масс. Это основное правило. Также заранее определяются с точками установки воздуховодов, а также дефлекторов.

Графическая часть для расчёта аэродинамики – это аксонометрическая схема. На ней указываются все устройства и протяжённость участков. Затем общая сеть дробится на отрезки со схожими характеристиками. Каждый участок сети рассчитывается на аэродинамическое сопротивление отдельно. После определения параметров на всех участках, они переносятся на аксонометрическую схему. Когда все данные внесены, то вычисляется главная магистраль воздуховода.

Расчёт системы вентиляции

Таблицы и формулы расчёта вентиляции.

Этот материал любезно предоставлен моим другом — Spirit’ом.

Согласно санитарным нормам, система вентиляции должна обеспечивать замену воздуха в помещении за один час, это значит что за час в помещение должен поступить и удалиться из него объём воздуха, равный объёму помещения. Поэтому первым шагом мы считаем этот объём, перемножив площадь помещения на высоту потолков. Если у вас допустим помещение площадью 40 м2 с высотой потолков 2.5м, то его объём будет 40*2.5=100 м3. Значит производительность приточной и вытяжной систем должны быть по 100 м3/ч. Это минимальный расход, я рекомендую вдвое больше. Ищете вентилятор с такой производительностью, а лучше ещё больше, потому что производительность указывается при условии отсутствия противодавления, а когда вы поставите в приточную систему фильтр, противодавление появится и уменьшит производительность. Если у вас производительность 200 м3/ч, то в трубе 125мм примерная скорость потока будет 4.5 м/с, в трубе 100 мм — 6.5 м/с, а в трубе 160мм – чуть меньше 3 м/с. Считается, что комфортная скорость воздуха для человека – до 2 м/с. Если у вас есть анемометр, то зная эти цифры вы можете проверить производительность системы вентиляции.

Далее, допустим вы хотите поставить в приточный канал нагреватель. С помощью четвёртой таблицы вы можете определить его мощность. Допустим на улице -10°С, а вам хочется чтобы в помещении было +20°С, значит разница температур 30°С. Находим строчку 200 м3/ч, смотрим пересечение столбца 30°С, получаем мощность 2010 Вт. Понятно, что это при отсутствии других источников тепла, так что в реале потребуется существенно меньше.

Следующий момент – расчёт влажности. В тёплом воздухе помещается больше воды, чем в холодном. Поэтому при нагревании его влажность уменьшается, а при охлаждении увеличивается. Допустим у нас за бортом -10°С при 80% влажности, а в помещении воздух нагревается до +20°С. Содержание воды в одном кубометре 2.1*0.8=1.68 г/м3, а влажность нагретого воздуха получится 1.68/17.3=0.097 то есть примерно 10%. Сколько же надо испарить воды, чтобы получить влажность, допустим, 50% при расходе 200 м3/ч?

Ответ: 200*(17.3*0.5-1.68)=1394 г/ч=1.4 кг/ч