Аэродинамический расчет воздуховодов естественной вентиляции

 

Цель аэродинамического расчета естественной системы вентиляции – подобрать размеры воздуховодов таким образом, чтобы полные потери давления в основной расчетной ветви не превышали располагаемого давления.

 

Исходные данные для расчета

1. Температура наружного воздуха t_H

Согласно СНиП 2.04.05-91 за расчетную принимается температура наружного воздуха +5⁰С.

2. Температура воздуха в помещении t_В принимается расчетная температура в помещении (табл. 3.4.) или по СНиП в зависимости от назначения помещения.

3. Ориентировочная скорость движения воздуха в каналах принимается согласно данным табл. 3.3.

4. Количество воздуха, которое необходимо удалить из помещения, можно определить используя табл. 11.4. или, для помещений других назначений, рассчитать по кратности или балансовым методом.

5. Аксонометрическая схема системы вентиляции, построенная на основе планов и разрезов здания.

 

Таблица 11.3.

 

Рекомендуемые скорости движения воздуха в каналах

Наименование	V, м/с
Вертикальные каналы	0,5-1,0
Горизонтальные сборные каналы	1,0-1,5
Вытяжные шахты	1,5-2,0

 

 

Последовательность выполнения аэродинамического расчета:

1. Определяется располагаемое давление , Па

                                                    (11.9)

где h_i – расстояние от вытяжной решетки на входе воздуха до устья вытяжной шахты;

 g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

 - плотность воздуха при температуре t_H, кг/м³;

 - плотность воздуха при температуре t_В, кг/м³;

Плотность воздуха при расчетных температурах можно определить по формуле:

                                                                 (11.10)

Из формулы (11.9.) видно, что самое низкое располагаемое давление имеет верхний этаж и что при равенстве  в теплый период года система вентиляции не работает. В этот период вентиляция осуществляется проветриванием через фрамуги и окна.

 

Таблица 11.4.

 

Расчетная температура и кратность обмена воздуха в помещениях жилых зданий

Помещения	Расчетная температура, ^0С	Кратность обмена или количество удаляемого воздуха из помещения
1. Жилая комната	18	- 3 м^3 на 1 м^2 площади пола
2. Кухня в здании: а) Негазифицированном б) Негазифицированном, оборудованном плитами: Двухкомфорочными Трехкомфорочными Четырехкомфорочными	15     15	- не менее 60 м^3     - 60 м^3 - 75 м^3 - 90 м^3
3. Ванная а) индивидуальная б) с индивидуальным обогревателем	25 18	- 25 м^3 - 25 м^3
4. Уборочная индивидуальная	16	- 25 м^3
5. Совмещенный санитарный узел	25	- 50 м^3

Примечание. В угловых помещениях расчетная температура воздуха должна быть выше на 2⁰С указанной в таблице.

2. Аксонометрическая схема разбивается на участки и определяются расходы воздуха на каждом участке.

3. Выбирается основная расчетная ветвь – это самая нагруженная ветвь, имеющая наименьшее располагаемое давление на единицу длины расчетной ветви, Па/м

                             (11.11)

где  - сумма длин участков расчетной ветви, м.

Как правило, это ветвь, по которой удаляется воздух с верхнего этажа.

Далее расчет выполняется аналогично изложенному для механической системы вентиляции.

Система вентиляции будет работать только в том случае, если потери давления на трение и в местных сопротивлениях () будут меньше располагаемого давления . Величина запаса давления составляет 5-10%, т.е.

    (11.12)

Если , то необходимо увеличить размеры вентканалов или для увеличения располагаемого давления на вытяжной шахте предусмотреть установку дефлектора.

4. Выполняется увязка ответвлений с учетом разности располагаемых давлений . Невязка не параллельных участков должна быть не более 5%

           (11.13)

Аэродинамический расчет ведут в табличной форме (табл. 11.2.)

Расчет вытяжной естественной системы вентиляции с вентиляционными каналами для многоэтажных зданий удобно проводить по методу статического давления, который изложен в /5,18/.

 

Дефлекторы

 

Дефлекторами называются специальные насадки, устанавливаемые на концах труб или шахт, а также непосредственно над вытяжными отверстиями в крышах производственных зданий. Назначение дефлектора – усилить вытяжку загрязненного воздуха из различных помещений. Работа дефлектора основана на использовании энергии потока воздуха – ветра, который, ударяясь о поверхность дефлектора и обтекая его, создает возле большей части его периметра разрежение, что и усиливает вытяжку воздуха из помещений.

Конструкции дефлекторов весьма разнообразны. Известны, применяется или применялись ранее конструкции дефлекторов: ЦАГИ, звездчатый, дефлекторы Григоровича, Грове и др. Схема дефлектора ЦАГИ и движение потоков воздуха, обтекающих его, показана на рис. 11.1

 

 

Рис. 11.1 Дефлектор ЦАГИ и график для его подбора

а) схема дефлектора ЦАГИ: 1 – вытяжная шахта; 2 – корпус дефлектора (диффузор); 3 – ветроотбойное кольцо; 4 – зонт;

б) график для определения разрежения, создаваемого дефлектором: 1 – для дефлектора круглого сечения; 2 – для дефлектора квадратного сечения;

 

Разрежение, создаваемое дефлектором, зависит от скорости ветра и может быть определенно с помощью графика рис. 15.3. На оси абсцисс графика – отношение скорости воздуха в патрубке дефлектора  к скорости ветра , м/с, а на оси ординат – отношение

где  - разрежение, создаваемое в дефлекторе ветром, Па;  - скоростное давление ветра, Па.

Зная скорость ветра , принимая скорость в патрубке дефлектора =()  по графику определяют величину  и вычисляют величину разрежения, создаваемого дефлектором:

                            (11.14)

В вентиляционных системах большинства объектов, расположенных в районах с обычным климатом, при подборе сечения вытяжных шахт дефлектор учитывают как местное сопротивление, так как расчет естественной вытяжки проводят на худший случай – штиль. Для этих систем главное назначение дефлектора – предотвратить “опрокидывание” или уменьшение вытяжки. Номер дефлектора определяют оп размеру шахты, измеренному в дециметрах, на которой его устанавливают.

 

Вентиляторы

 

Для механических систем вентиляции используют, как пра­вило, радиальные (центробежные) вентиляторы. Подбор радиаль­ного вентилятора выполняют по заданным значениям производи­тельности L_в, м /ч, и перепада давления Р_в, Па, по сводному гра­фику, представленному в [9,прил.1.1]. Если точка пересечения ко­ординат не совпадает с рабочей характеристикой, то её сносят по вертикали на лежащую ниже рабочую характеристику, определяют соответствующее ей полное давление Р_у и пересчитывают на это давление систему (обычно увеличивают сечение одного-двух ма­гистральных участков). Возможно перенесение рабочей точки до расположенной выше рабочей характеристики с повышением со­противления системы. По индивидуальным характеристикам вен­тиляторов, зная L_в и Р, находят частоту вращения n, об/мин, к.п.д.  в рабочей зоне. Вентилятор должен работать с максимальным к.п.д., отклонение от которого не должно превышать 10%,

Так как характеристики вентиляторов составлены для стан­дартных условий, при подборе вентиляторов необходимо предва­рительно выполнить пересчёт:

Р_в = 1,1 Рсет [(273 + t) / 293]. (1010/Р );                  
                                                                              

L_в = k. L_сет

где Р_сет - расчетное сопротивление вентиляционной сети с обо­рудованием (фильтры, калориферы, жалюзийные решетки и пр)Па;

t - температура воздуха^ проходящего через вентилятор,°С;
Р_бар - барометрическое давление в месте установки вентиля­тора, кПа;.

К -поправочный коэффициент на подсос воздуха в вытяжных и утечку в приточных системах, принимаемый в зависимости от места установки вентилятора [7,9]: к =1,1 для систем с воздухово­дами из металла, пластмасс и асбоцементных труб длиной до 50 м; К=1,15 для систем с воздуховодами из других материалов, а также для систем с длиной каналов более 50 м;

L_сет- расчетный расход воздуха в системе вентиляции, м³/ч. Длина воздуховодов при определении величины К опреде­ляется по длине каналов, прокладываемых вне обслуживаемых помещений. Потребляемую мощность на валу электродвигателя определяют по формуле, кВт

 

              N = 0,728 _вР_сет 10 / ( _п),

                                                                                  
где _п - к.п.д. передачи, принимаемый по [9,табл. 13.3].
Минимальная установочная мощность электродвигателя, кВт

 

N _У=k N,

                                                                                       

где kз - коэффициент запаса мощности, принимаемый по [9, табл.13.4-].

На основании полученного значения N_у и числа оборотов по [9, прил.5] подбирают электродвигатель для вентилятора.

Вентилятор представляет собой механическое устройство, предназначенное для перемещения воздуха по воздуховодам систем кондиционирования и вентиляции, а также для осуществления прямой подачи воздуха в помещение либо отсоса из помещения, и создающее необходимый для этого перепад давлений (на входе и выходе вентилятора).

По конструкции и принципу действия вентиляторы делятся на осевые (аксиальные), радиальные (центробежные) и диаметральные (тангенциальные).

В зависимости от величины полного давления, которое они создают при перемещении воздуха, вентиляторы бывают низкого давления (до 1 кПа), среднего давления (до 3 кПа) и высокого давления (до 12 кПа).

По направлению вращения рабочего колеса (если смотреть со стороны всасывания) вентиляторы могут быть правого вращения (колесо вращается по часовой стрелке) и левого вращения (колесо вращается против часовой стрелки).

В зависимости от состава перемещаемой среды и условий эксплуатации вентиляторы подразделяются на:

· обычные – для воздуха (газов) с температурой до 80⁰С;

· коррозионностойкие – для коррозионных сред;

· термостойкие – для воздуха с температурой выше 80⁰С;

· взрывобезопасные – для взрывоопасных сред;

· пылевые – для запыленного воздуха (твердые примеси в количестве более 100 мг/м³).

По способу соединения крыльчатки вентилятора и электродвигателя вентиляторы могут быть:

· с непосредственным соединением с электродвигателем;

· с соединением на эластичной муфте;

· с клиноременной передачей;

· с регулирующей бесступенчатой передачей;

Основными характеристиками вентиляторов являются следующие параметры:

· расход воздуха, м³/ч;

· полное давление, Па;

· частота вращения, об/мин;

· потребляемая мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, кВт;

· КПД – коэффициент полезного действия вентилятора, учитывающий механические потери мощности на различные виды трения в рабочих органах вентилятора, объемные потери в результате утечек уплотнения и аэродинамические потери в проточной части вентилятора;

· уровень звукового давления, дБ;

 

Воздушные фильтры

 

Воздушный фильтр представляет собой устройство для очистки приточного, а в ряде случаев, и вытяжного воздуха. Конструктивное решение фильтра определяется характером пыли (загрязнения) и требуемой чистотой воздуха. По размерам эффективно улавливаемых пылевых частиц в европейских стандартах фильтры делятся на три класса: фильтры грубой, тонкой и особо тонкой очистки. При грубой очистке задерживаются частицы величиной 10 мкм и более, при тонкой – 1 мкм и более, при особо тонкой – частицы меньших размеров, вплоть до 0,1 мкм. В зависимости от эффективности очистки в каждом классе выделяется несколько типов фильтров.

Для определения эксплуатационных характеристик фильтров в зарубежной практике, а в последнее время и отечественными разработчиками, используются несколько стандартов: европейский стандарт EUROVENT 4/5 (EUROVENT – Европейский комитет изготовителей вентиляционного и пневматического оборудования); стандарт США ASHRAE 52-76 (ASHRAE – Американское общество инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха) и два стандарта Великобритании – BS 6540, применяемый для фильтров грубой и тонкой очистки, и BS 3928 – для фильтров особо тонкой очистки. В отечественной практике для фильтров до 9 класса (предварительная очистка) с 1994 г. действует стандарт EN779, для финишной очистки с 10 класса и выше – 1996 г. EN1882. Все перечисленные выше стандарты содержат довольно близкие параметры, характеризующие различные классы фильтров.

Классификация фильтров соответственно этим стандартам представлена в табл. 13.1.

 

Таблица 13.1.

 

 

Рис. 11.2. Ячейки фильтров грубой очистки:

 а – KOFIL (EU 1); б – PREFIL (EU 2, EU 3); в – карманного типа MULTISACK (EU 3- EU 5).

 

Фильтровальным материалом в фильтрах грубой очистки служат металлизированные сетки или ткани из синтетических волокон (например, акрила). Конструктивно они могут быть оформлены в виде панелей (ячеек), фильтрующих прокладок, гофрированных листов и пр.

В фильтрах тонкой очистки применяется стеклоткань, причем в ряде случаев со специальной пропиткой. По конструктивному исполнению эти фильтры могут быть карманными, складчатыми, электростатическими, со сменными пластинами. Карманные фильтры (рис. 11.2.) состоят из рамы, изготовленной из оцинкованной стали, наружных сетчатых прокладок и “карманов” из фильтрующего материала, закрепленных специальными зажимами. Герметичность между “карманами” и рамой обеспечивается специальной конструкцией соединений. При этом, если скорость воздуха во фронтальном сечении фильтра составит 2,5 м/с, то в плоскости она не превысит 0,5 м/с. В складчатых фильтрах используется гофрированная фильтрующая ткань из стекловолокна. Рамка фильтра из гальванизированного листового металла, уплотнение – полиуретан.

В фильтрах тонкой очистки применяют также активированный уголь.

Рис 11.3. Фильтры тонкой очистки различной конструкции:

а – ячейковый карманного типа: (MULTISACK EU 5- EU 8); б – ячейковый складчатого типа (MULTIGLAS EU 5- EU 8); в – ячейковый патронного типа (FDA).

 

Такие фильтры конструктивно представляют собой набор кассет, которые могут быть собраны в панели (рис. 11.3.). Уголь в фильтрах может находиться в виде угольных таблеток или быть зернистым – измельченным. Патроны представляют собой два цилиндра разных диаметров, выполненные из оцинкованной перфорированной листовой стали. Оба цилиндра соединены общим листовым основанием. Полость, образованная между цилиндрами, заполнена уплотненным на вибрационном стенде углем. Фильтрующийся воздух проходит через перфорацию и слой угля. Обычный активированный уголь применяется при рабочих температурах до 40⁰С и относительной влажности 70%. Эти фильтры тонкой очистки поглощают также газообразные пахучие вещества.

Фильтры с активированным углем и специальной пропиткой применяются в системах вентиляции и кондиционирования для поглощения газов и паров токсичных веществ, которые не улавливаются другими типами фильтров.

Для фильтров особо тонкой очистки фильтровальным материалом также могут быть клееное стекловолокно, клееная бумага из субмикронных волокон, иногда с гидрофобным покрытием. Чаще всего конструктивно они выполнены в виде сухих ячейковых панельных или складчатых фильтров (рис. 11.4.).

Рис. 11.4. Фильтры особо тонкой очистки:

а – VTA, VUA ячейковый панельного типа (EU 10, EU 11); б – ABSOFIL ячейковый складчатый; в – MACROPUR ячейковый складчатый; г – VXA патроны различной длины;

 

Практически все фильтры крепятся герметично, на специальной, как правило, алюминиевой раме, таким образом, чтобы была возможна их замена. Из фильтров тонкой очистки регенерации подлежат только фильтры EU1-EU5. Замена фильтра или его регенерация выполняется при превышении допустимой величины его аэродинамического сопротивления.

Основные характеристики воздушных фильтров приведены в табл. 13.2.

 

Таблица 13.2.

 

 

 

В табл. 13.3 приведены рекомендуемые стандартом EUROVENT 4/5 классы фильтров для установки в гражданских зданиях (помещениях) различного назначения.

 

Таблица 13.3.

 

Необходимость в очистке воздуха, подаваемого в помеще­ния системами приточной вентиляции, определяется его состоя­нием в месте забора и требованиями к его чистоте в помещениях.

Фильтры выбирают по справочным таблицам [9,табл.4.2] с учетом начальной запыленности воздуха и допускаемой остаточ­ной концентрации пыли в воздухе после его очистки, т.е. по их

эффективности.

Воздушные фильтры подбирают в такой последовательно­сти:

1) исходя из поставленной задачи, выбирают класс фильтра [Э.с.78-81];

2) по [9,табл.4.2] выбирают тип фильтра;

3) задаваясь воздушной нагрузкой на 1 м² фильтрующей по­верхности g_ф,м³ /(ч м), определяют типоразмер фильтра [9] или площадь фильтрующей поверхности F_ф,м²

                                                        
где L_П - объёмный расход приточного воздуха, м /ч.
Если фильтр ячейковый, определяют расчетное количество ячеек

по формуле:

                              ,

где f-расчетная площадь ячейки фильтра, м².     

Фактическое количество ячеек принимают с увеличением в большую сторону с таким расчетом, чтобы можно было применить стандартные панели для их установки [9,табл.4.4.]. Тогда действи­тельная площадь фильтрующей поверхности определится как

 

                                

                                                                                    
где N_Д - количество ячеек, принятое к установке;

4) аэродинамическое сопротивление самоочищающихся фильтров остается практически постоянным и равным начальному сопротивлению, а конечное сопротивление (перед регенерацией) остальных фильтров принимают в 2-3 раза больше начального со­противления, определяемого по [9,рис.4.3];

5) по величинам начальной концентрации пыли Сп, мг/м³, за­данной эффективности работы фильтра Э_ф, % и его пылеемкости, принимаемым по [ 9,табл.4.2.], определяют продолжительность работы фильтра до его замены или регенерации, сут.:

 

,

 

где Пф- удельная пылеемкость фильтра при конечном сопротив­лении, г/м, принимаемая по [9,рис.4.4];

n - продолжительность работы приточной установки, ч/сут.

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

2. СНиП 2.08.02-89*. Общественные здания и сооружения.

3. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства, ч. 3., Вентиляция и кондиционирование воздуха. – М.: Стройиздат, кн.1 и 2, 1992 г.

4. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

5. Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция. Учебное пособие. – М., Издательство АСВ, 2008 – 624 с.

6. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. – СПб: Издательство НПП “Экоюрус - Венто”, 1994 г.

7. Сазонов Э.В. Теоретические основы расчета вентиляции. – Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1992 г.

8. Богословский В.Н., Щеглов В.П., Разумов Н.Н. Отопление и вентиляция. – М.: Стройиздат., 1980 г.

9. Шепелев И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении. – М., 1978 г.

10. Шершнев В.Н. Воздухораспределение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Воронежский государственный архитектурно-строительный университет. – Воронеж, 2002 г.

11. Штокман Е.А. Очистка воздуха. – М.: Издательство АСВ, 1999 г.

12. Отопление и вентиляция жилых и гражданских зданий. Справочник. – Киев: Будiвельник, 1983 г.

13. Трубицына Г.Н., Короткова Л.И. Вентиляция гражданских зданий. Методические указания к курсовому проекту. – Магнитогорск, 2002 г.

14. Короткова Л.И., Трубицына Г.Н. Системы обеспечения микроклимата зданий. Методическое пособие. – Магнитогорск, 2004 г.

15. Штокман Е.А., Шилов В.А., Новгородский Е.Е., Саввиди И.И., Скорик Т.А., Пашков В.В. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности. – М.: Издательство АСВ, 2001.

16. СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника. М.: АПП ЦИТП Госстроя СССР, 1991.

17. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: АПП ЦИТП Госстроя СССР, 1992.

18. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. СН 245-81. М.: Стройиздат, 1981.

19. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства / Под ред. И.Г. Староверова. Ч. I. Отопление. М.: Стройиздат, 1990.

20.  Тихомиров К.В., Сергеенко Э.Г. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. М.: Стройиздат, 1991.

21. Справочник проектировщика. Ч. II. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Под ред. И.Г. Староверова М.: Стройиздат, 1981.

22. СНиП II-73-76. Кинотеатры – М.: Стройиздат, 1977.

23. Сенатов И.Г. Санитарная техника в общественном питании. М.: Экономика, 1973.

СОДЕРЖАНИЕ

1. САНИТРАНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ. 3

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ. 5

3. СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИЯХ. 7

4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ. 14

4.1. Расчетные параметры наружного воздуха. 15

4.2. Расчетные параметры внутреннего воздуха. 16

4.3. Расчетные параметры приточного воздуха. 21

4.4. Расчетные параметры удаляемого воздуха. 22

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛЛИЧЕСТВА ВРЕДНЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ,

ПОСТУПАЮЩИХ В ПОМЕЩЕНИЕ. 24

5.1. Тепловой баланс помещения. 24

5.2. Расчет теплопоступлений в помещение. 25

5.3 РАСЧЕТ РАСХОДНЫХ СТАТЕЙ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА 35

5.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТУПЛЕНИЙ ВЛАГИ В ВОЗДУХ ПОМЕЩЕНИЙ 37

5.5 РАСЧЕТ ПОСТУПЛЕНЯ В ПОМЕЩЕНИЕ ВРЕДНЫХ ПАРОВ И ГАЗОВ 39

6. РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИИ. 41

6.1. Определение воздухообмена балансовым методом. 41

7. РАСЧЕТ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИИ И ПОДБОР ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ РЕШЕТОК 47

7.1. Приточные струи. 47

7.2. Конструкции воздухораспределителей и устройств воздухоудаления 50

7.3. Подбор воздухораспределителей. 59

8. Воздуховоды. 76

8.2. Вентиляционные каналы.. 83

8.3. Запорные и регулирующие устройства. 85

9. УСТРОЙСТВО СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ. 91

9.1. Основные требования к компоновке систем вентиляции 91

9.2. Устройство естественной канальной вентиляции. 93

9.3. Устройство механической вентиляции. 95

10. РАСЧЕТ И КОМПОНОВКА КАЛОРИФЕРНОЙ УСТАНОВКИ. 104

10.1. Классификация калориферов. 104

10.2. Компоновка калориферов. 107

10.3. Расчет калориферов и компоновка калориферной установки 109

10.4. Защита калориферов от замерзания. 112

11. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОЗДУХОВОДОВ. 115

11.1. Расчет воздуховодов систем механической вентиляции. 115

11.2. Аэродинамический расчет воздуховодов естественной вентиляции 118

11. 3. Дефлекторы.. 121

12. Вентиляторы. 123

13. Воздушные фильтры. 125

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 131