Потери на трение в эквивалентном круглом воздуховоде

 

.                                  (16.13)

 

Приравняв выражения (16.12) и (16.13), получим:

 

;

или

 

                        .               (16.14)

Чтобы найти значение R_пр по таблице составленной для круглых воздуховодов, необходимо определить R при d_L и L (фактического расхода в прямоугольном воздуховоде), не принимая во внимание фактическую скорость воздуха.

Эквивалентный диаметр по площади поперечного сечения df определяется из условия равенства площадей

 

.                                                 (16.15)

 

16.4. Потери давления в местных сопротивлениях

 

Местные сопротивления возникают при изменении направления и скорости движения воздуха (поворот каналов, изменение сечения, тройники, задвижки и т.д.). Коэффициенты местного сопротивления, с точки зрения закона подобия (критерий Эйлера Е = DР / (r ), зависят, как и коэффициент трения, от числа Re. Нарушение установившегося поля скоростей начинается на некотором расстоянии до местного сопротивления, а выравнивание потока происходит на некотором расстоянии (обычно несколько калибров – диаметров) после него. На всем участке возмущенного потока происходят потери энергии на вязкое трение и увеличиваются потери на трение о стенки. Однако условно для удобства проведения аэродинамического расчета потери давления в местных сопротивлениях считают сосредоточенными.

Потери давления в местном сопротивлении пропорциональны динамическому давлению воздуха в воздуховоде

 

.                                         (16.16)

 

Коэффициент z называется коэффициентом местного сопротивления и определяет потери давления в местном сопротивлении в долях динамического давления. Значения z для различных местных сопротивлений изменяются в широких пределах – обычно 0 < z < 10. В отдельных случаях в ответвлениях тройников возможен отрицательный коэффициент z. Это означает увеличение удельной энергии потока ответвления вследствие эжекции его основным потоком. Таким образом, при расчете изменения давления следует учитывать знак z.

Потери давления в местных сопротивлениях участка:

 

;                                          (16.17)

где åz - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Общие потери давления на участке воздуховода длиной l при наличии местных сопротивлений

              .           (16.18)

Лекция № 17 Аэродинамический расчет систем вентиляции

План

 

17.1. Общие сведения

17.2.Аэродинамический расчет систем вентиляции с механическим побуждением движения воздуха

17.3.Аэродинамический расчет вытяжных систем вентиляции с естественным побуждением движения воздуха

 

17.1. Общие сведения

 

Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена, а также решения трассировки воздуховодов и каналов. Для проведения аэродинамического расчета вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции, на которой выделяют фасонные части воздуховодов. По аксонометрической схеме и планам строительной части проекта определяют протяженность отдельных ветвей системы.

Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета вентиляционных систем. Цель аэродинамического расчета зависит от типа задачи: для прямой – это определение размеров сечений всех участков системы при заданном расходе воздуха через них; для обратной – это определение расходов воздуха при заданных размерах сечений всех участков.

При аэродинамическом расчете вентиляционных систем схему разбивают на отдельные расчетные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным расходом воздуха. Границами между отдельными участками схемы служат тройники.

Намечается основное расчетное направление – магистраль, представляющая собой цепочку последовательно расположенных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления. При наличии двух и более таких цепочек, одинаковых по протяженности, за магистральное направление принимается наиболее нагруженная (имеющая больший расход).

Потери давления в системе равны потерям давления по магистрали, слагающимся из потерь давления на всех последовательно расположенных участках, составляющих магистраль, и потерь давления в вентиляционном оборудовании.

 

17.2. Аэродинамический расчет систем вентиляции с механическим побуждением движения воздуха

Аэродинамический расчет вентиляционной системы, состоящей из двух этапов: расчета участков основного направления – магистрали и увязка всех остальных участков системы проводится в такой последовательности.

1. Определение нагрузки отдельных расчетных участков. Систему разбивают на отдельные участки и определяют расход воздуха на каждом из них. Расходы определяют суммированным расходом на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значения расходов и длины каждого участка наносят на аксонометрическую схему.

2. Выбор основного (магистрального) направления. Выявляют наиболее протяженную цепочку последовательно расположенных расчетных участков. Фиксируют оборудование и устройства, в которых происходят потери давления. Воздухораздающие и воздухоприемные устройства, калориферы, фильтры и пр.

3. Нумерация участков магистрали. Участки основного направления нумеруют, начиная с участка с меньшим расходом. Расход и длину каждого участка основного направления заносят в таблицу аэродинамического расчета.

4. Определение размеров сечения расчетных участков магистрали. Площадь поперечного сечения расчетного участка, м², определяют по формуле

,                                            (17.1)

где L_p – расчетный расход воздуха на участке, м³/с;  – рекомендуемая скорость движения воздуха на участке, м/с (принимаются по табл.17.1).

      

   Таблица 17.1

Рекомендуемые скорости движения воздуха на участках и в элементах вентиляционных систем

 

Участки и элементы вентиляционных систем	Рекомендуемые скорости, м/с, при побуждении движения воздуха в системе
	естественном	механическом
		общественные здания	промышленные здания
Жалюзи воздухозаборные	0,5-1	2-4	4-6
Приточные шахты	1-2	2-6	4-6
Горизонтальные воздуховоды и сбор-ные каналы	1-1,5	5-8	6-12
Вертикальные каналы	1-1,5	2-5	5-8
Приточные решетки у потолка	0,5-1	0,5-1	1-2,5
Вытяжные решетки	0,5-1	1-2	1-3
Вытяжные шахты	1,5-2	3-6	5-8

 

Рекомендуемые скорости определены из экономических и технических требований. Из условий снижения шума скорость в воздуховодах промышленных зданий принимается от 6 до 12 м/с, в общественных зданиях от 5 до 8 м/с. Рекомендуется меньшую скорость принимать на концевых участках системы, постепенно увеличивая ее для других участков магистрали. На участке с большим расходом принимается большая скорость.

По величине f_р подбирают стандартные размеры воздуховода или канала так, чтобы фактическая площадь поперечного сечения f_ф = f_р.

Результатом расчета в этом пункте являются величины d или а х в, соответствующие принятой площади поперечного сечения. Для прямоугольного воздуховода, кроме того, определяют эквивалентный диаметр. Эти величины заносят в расчетную таблицу.

5. Определение фактической скорости. Фактическую скорость определяют по формуле

.                                            (17.2)

По этой величине вычисляют динамическое давление на участке.

6. Определение потерь давления на трение. По нанограммам или по таблицам определяют R = f (, d) и b_ш. Потери давления на трение на расчетном участке равны Rb_шl.

7. Определение потерь давления в местных сопротивлениях. Для каждого вида местного сопротивления на участке по таблицам определяют коэффициент местного сопротивления . По S  и динамическому давлению определяют потери давления в местных сопротивлениях на участке

.                                         (17.3)

Если окажется, что коэффициент местного сопротивления относится не к скорости на расчетном участке, то необходимо сделать пересчет

,                                        (17.4)

где _т – табличное значение коэффициента местного сопротивления;  – скорость воздуха, рекомендуемая в таблицах для определения Z.

8. Определение потерь давления на расчетном участке. Потери давления на участке равны (Rb_шl + Z).

При температуре транспортируемого воздуха, не равной 20⁰С, на потери давления, подсчитанные по формуле (Rb_шl + Z), следует вводить поправочные коэффициенты k₁ и k₂ – соответственно на трение и местные сопротивления.

9. Определение потерь давления в системе. Общие потери давления в системе

,                             (17.5)

где 1 – N – номер участков основного (магистрального) направления;       DР_об – потери давления в оборудовании и других устройствах вентиляционной системы.

При расчете вентиляционных систем для многоэтажных зданий или систем, обслуживающих несколько помещений, в которых поддерживается разное давление, необходимо учитывать избыточный подпор или разрежение в обслуживаемом помещении. Значение подпора или разрежения (± D Р_пом) определяется при расчете воздушного режима здания и добавляется к общим потерям давления. Тогда

 

.                       (17.6)

На этом заканчивается первый этап расчета системы; значение DР_п служит для подбора вентилятора.

10. Увязку всех остальных участков системы проводят, начиная с самых протяженных ответвлений. Методика увязки ответвлений аналогична расчету участков основного направления. Разница состоит лишь в том, что при увязке каждого ответвления известны потери в нем. Потери от точки разветвления до конца ответвления должны быть равны потерям от этой же точки до конца главной магистрали, т.е. (Rlb_ш + Z)_отв = (Rlb_ш + Z)_{парал. уч.} Для расчета ответвлений применяется способ последовательного подбора. Размеры сечений ответвлений считаются подобранными, если относительная невязка потерь не превышает 10 %

 

.                       (17.7)

В случае, если избыточные давления в помещениях, обслуживаемых концевыми участками главной магистрали, и ответвления разные, при увязке учитываются значения этих давлений

 

.      (17.8)

Относительная невязка в этом случае также определяется с учетом этих давлений.

По конструктивным соображениям и из условий типизации деталей размеры поперечного сечения ответвлений принимаются одинаковыми. При этом для увязки отдельных ветвей устанавливают диафрагмы, назначение которых – погасить разницу между (Rlb_ш + Z)_отв и (Rlb_ш + Z)_{парал.уч.} Диафрагмы устанавливаются преимущественно на вертикальных участках.

 

17.4. Аэродинамический расчет вытяжных систем вентиляции

с естественным побуждением движения воздуха

 

В системах вентиляции с естественным побуждением расчет начинают с определения располагаемого давления. Расчет отличается малыми значениями рекомендуемых скоростей и заданным располагаемым давлением. В этом случае основное расчетное направление должно проходить через наиболее удаленную ветвь системы, имеющую наименьшее располагаемое давление

 

,     (17.9)

где Н – расстояние от вытяжной решетки на входе воздуха в расчетное ответвление до среза вытяжной шахты; Dr - расчетная разность плотностей наружного и внутреннего воздуха.

При определении располагаемого естественного давления вытяжной вентиляции жилых и общественных зданий в качестве расчетной наружной температуры принимается температура наружного воздуха t_н=+5⁰С.

Далее по расчетным таблицам для определения потерь давления на трение в круглых воздуховодах назначают сечение (диаметр) воздуховодов (конструктивно или по скорости движения воздуха), соответственно принятому сечению и заданному количеству воздуха по тем же таблицам определяют гидравлические потери на преодоление сил трения.

Для каналов прямоугольного сечения находят эквивалентный диаметр по скорости  круглого воздуховода. По полученному  и скорости воздуха в канале, с помощью расчетных таблиц, определяют потери давления на трение.

По участкам вентиляционной сети определяют гидравлические потери на местные сопротивления. Затем выявляют суммарные фактические гидравлические потери на всех участках, входящих в расчетную ветвь. Потери давления по основному расчетному направлению должны быть меньше располагаемого давления на величину запаса 10 %, т. е.

 

.                          (17.10)

 

Если величина Р_ф>Р_расп, то необходимо соответственно увеличить сечение отдельных участков вентиляционной сети. Если величина Р_ф<Р_расп, то необходимо уменьшить сечение отдельных участков вентиляционной сети.

После расчета основного направления вентиляционной сети приступают к расчету ответвлений сети. Расчет ответвлений вентиляционной сети производят аналогично расчету основного направления. Предварительно находят располагаемое давление в ответвлении, назначают сечение воздуховода с помощью таблиц и определяют фактические гидравлические потери при движении воздуха по ответвлениям. Расчет считается законченным, если потери давления в ответвлении не больше располагаемого давления в ответвлении. Увязку ответвлений с основным направлением проводят с учетом разницы располагаемого давления для отдельных ответвлений. При этом желательно, чтобы запас располагаемого давления ответвления был примерно одинаков с запасом в расчетной ветви.