Аэродинамический расчет естественной вентиляции – 5. Определение производительности приточных и вытяжных установок. Описание принятых решений приточно-вытяжной вентиляции.

Содержание

Аэродинамический расчет системы вентиляции с естественным побуждением движения воздуха

Аэродинамический расчет вентиляционной системы производят для:

Подбора размеров поперечных сечений воздуховодов по рекомендуемым скоростям движения воздуха;
Определения потерь давления в системе.

Жилые здания оборудуются вытяжной естественной канальной вентиляцией. Количество удаляемого воздуха для жилых зданий должно быть не менее 3 м³/ч на 1 м² жилой площади.

Удаление воздуха производится из санитарных узлов и кухонь. При этом подсчитывается воздухообмен по жилой площади и сравнивается с воздухообменом кухонь и санузлов. В расчет берется больший из них, так как суммарное количество воздуха, удаляемого из кухни, ванной и санузла должно быть не менее необходимого воздухообмена жилых комнат.

Вытяжные каналы открываются на расстояние 0.5 м ниже плоскости потолка. Затем воздух по вертикальным каналам поступает в вытяжную шахту. Устье вытяжной шахты должно располагаться не ниже 0.3 м над плоской кровлей и 0.5 м –над скатной. Допускается объединение в один канал вытяжки «ванна-кухня», «уборная-ванна». Объединение «кухня -уборная» не допускается.

Вентиляционные вертикальные каналы (размерами 140×140 мм,140×270 мм) можно размещать во внутренних кирпичных стенах здания.

Приставные вентиляционные каналы в помещениях могут выполняться из плит гипсошлаковых, шлакобетонных, гипсоволокнистых, пеноглинистых и пеностеклянных, а также из асбестоцементных готовых изделий и др материалов. Размеры поперечных сечений воздуховодов из различных материалов принимают на основании заводов-изготовителей.

При размещении вент каналов на планах необходимо соблюдать следующие требования:

Минимальное расстояние между кирпичными каналами 140 мм, между каналам и дверным проемом – 410 мм.
Не размещать каналы в местах пересечения капитальных стен.
Вытяжные каналы из помещений выводить на чердак самостоятельно без отступлений в плане.

За расчетное направление в вытяжных системах с естественным побуждением принимают такое, удельные потери давления на котором имеют минимальную величину.

Удельные потери давления, Па/м:

Р_уд=Р_гр/∑L,

где Р_гр– гравитационное давление, действующая в вытяжных каналах соответствующих этажей, Па;

L – длина участка, м.

В системах с естественным побуждением требуется увязка действующих

гравитационных давлений в каналах соответствующих этажей с потерями давлений на трение и местные сопротивления по пути движения воздуха от места входа его в сеть до выхода в атмосферу ,т.е..

Р_гр≥n·R·l +Z,

где n·R·l +Z – потери давления на трение и местные сопротивления на участках в расчетном направлении,

R – удельные потери давления на трение, Па/м,

l – длина участка воздуховода, м.

n – поправочный коэффициент, который зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости k, воздуховодов, (k=0,1 мм – из стали, k=1,5 мм – из шлакобетонных плит, k=4 мм – из кирпича, k=10 мм – штукатурки по металлической сетке).

Z – потери давления на местные сопротивления на участках в расчетном направлении.

Гравитационное давление, Па, определяется по формуле:

Р_гр=k₃·h· (p_н-p_в) ·9,81

где h – высота воздушного столба, м, принимается от середины решетки до устья вытяжной шахты;

p_н – плотность наружного воздуха, при t=5ºC p_н=1,27 кг/м³;

p_в — плотность воздуха в помещении, при t=18ºC p_н=1,2 кг/м³;

k₃— коэффициент запаса на неучтенные потери, k₃=0,9.

Потери давления на местные сопротивлениях Z, Па

Z=∑ζ· Р_d,

∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода,

Р_d —динамическое давление, Па

Предварительно определяем площадь поперечного сечения канала А, м²

— рекомендуемая скорость движения воздуха в канале(),

L – воздухообмен вентилируемого помещения, м³/ч.

В зависимости от типа вытяжного канала, определяем действительную скорость движения воздуха в канале v₀, м/с

Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину d принимают эквивалентный диаметр d_э ,мм, при котором потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости будут равны потерям давления в прямоугольном воздуховоде:

d_э=2ab/(a+b),

где a и b – стороны прямоугольного воздуховода или канала, мм.

По величине v₀ и d_эопределяют величину удельных потерь давления R , Па/м и динамическое давление Р_d.

Разность между значением Р_гри суммарными потерями давления не должна превышать 10%. Если отклонение составляет более 10%, необходимо изменить размеры канала.

Р_гр=k₃·h· (p_н-p_в) ·9,81= 0.9·6,38· (1,27-1,2) ·9,81=3,943 Па

Результаты расчётов заносятся в таблицу 5.

Таблица 5. Ведомость расчетов вентилируемых каналов.

Номер участка	L, м³/ч	l, м	a, мм	b, мм	d(dэ), мм	V, м/с	R, Па/м	n	R×l×n, Па	P_д	∑ζ	Z, Па	R·l·n+Z, Па
1	90	6,38	140	270	184.39	0,661	0,049	1,351	0,421	0,266	3,3	0,879	1,300
2	50	6,38	140	140	140	0,709	0,078	1,369	0,680	0,308	3,3	1,018	1,697
3	50	3,68	140	140	140	0,709	0.078	1,369	0,392	0,308	3,3	1,018	1,410

Условие можно считать выполненым, ввиду невозможности уменьшения диаметра.

Онлайн калькулятор расчета вентиляции

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.

Основы аэродинамического расчета воздуховодов. Подбор вентиляторов

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.

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.
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.
В соответствии с нормативами на схеме возле условных изображений воздуховодов должны быть проставлены расходы воздуха и размеры каналов. Это определяющие параметры для вычислений.
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.

2. 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:

гдеl
— длина участка контура циркуляции, м,
d_экв-эквивалентный
диаметр поперечного сечения участка,
м,

d_эк_в=

-коэффициент
сопротивления трения.

Коэффициент

сопротивления
трения определяется режимом течениявоздуха
в рассматриваемом сечении контура
циркуляции, или величиной
критерия Рейнольдса:

Re=

d_экв

где
Wid_экв
— скорость и эквивалентный диаметр
канала
и
кинематический коэффициент вязкости
воздуха (определяется по таблицам
/1/ и /2/,
м
/с.

Значение

для значенийReв
интервале 105
-108
(развитое
турбулентное
значение) определяется по формуле
Никурадзе:

=3,2
.
10-3—
0,231 .Re-0,231

Более
подробные сведения по выбору

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 3
№ канала (рис5)	W, м/с	F, м2	d_экв _М	l, м	W2/2, Н	Re		, Па
1	15	0.8	0,77	1,0	76,5	3,5 . 105	0,015	1,5
2	25	0,87	0,88	1,75	212,5	6,7 . 105	0,013	5,5
3	21,7	1,0	0,60	3,0	160,1	3,9 . 105	0,014	11,2
4	28,9	0,75	0,60	1,75	283,9	5,3 . 105	0,0135	11,2

Расчеты
сопротивлений трения в каналах печи

5.3.
«Местные» потери
— под этим термином понимают потери
энергии в тех
местах, где поток воздуха внезапно
расширяется или суживается, претерпевает
повороты и т.д.
В
проектируемой печи таких мест достаточно
много — калориферы, повороты
каналов, расширения или сужения каналов
и др.
Эти
потери вычисляются также, как доля
динамического напора p=W2/2,
умножая
его на так называемый «коэффициент
местного сопротивления»

Сумма
29.4Па

_местн=/2

Коэффициент
местного сопротивления определяется
но таблицам /1/ и /5/ в зависимости от типа
местного сопротивления, и габаритных
характеристик. Например, в
данной печи местное сопротивление типа
внезапного сужения имеет место
в канале 1-2 (см. рис.7). Соотношение сечений
(узкого к широкому).По
приложению /1 / находим
=0,25

= 160Па,

Совершенно
аналогично вычисляются другие местные
потери. Необходимо
отметить, что в ряде случаев местные
потери обусловлены
действием сразу двух видов сопротивлений.
Например, имеет
место поворот канала и одновременно
изменение его сечения (сужение
или расширение) следует провести
вычисление потерь для
обоих случаев и результаты сложить.
Результаты вычислений местных потерь
сведены в таблицу 4

№	Тип местного сопротивления	W, м/с		Па	Прим.
	Внезапное сужение	43,4	0,125	160	Нах. по табл
1-1	Поворот на 90°	25	1,5	318	~
2-3	Скругленный поворот	25	_О,₁	21,3	~
3	Диафрагмы в потоке (калориферы)	35,8	3,6	601	~
3-4	Скругленный поворот	21,7	0,28	44,8	~
4-1	Поворот на 90 с раширением	28,9	0,85	241	~
4-1	Внезапное сужение	28,9	0,09	25,5	~

Сумма

=1411,6 Па

Суммарные
потери:

=30 + 1410 =1440 Па

Вентиляторы
выбираем по характеристикам
центробежных

вентиляторов
, предположительно для типа ВРС № 10
(рабочее

колесо
диаметром 1000
мм).

Для
производительности 21,5
м3/с
и необходимого напора Н>1440

Па..
Получаем: n=550
об/мин;

,5;
N_уст
25
кВт.

Привод
вентилятора от асинхронного двигателя,
мощностью 30
кВт
типа
АО
при 720
об/мин,
через клиноременную передачу.

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.

Расчет воздуховодов приточных и вытяжных систем механической и естественной вентиляции

Аэродинамический
расчет воздуховодов обычно сводится
к определению размеров их поперечного
сечения,
а также потерь давления на отдельных
участках
и в системе в целом. Можно определять
расходы
воздуха при заданных размерах воздуховодов
и известном перепаде давления в системе.

При
аэродинамическом расчете воздуховодов
систем вентиляции обычно пренебрегают
сжимаемостью
перемещающегося воздуха и пользуются
значениями избыточных давлений, принимая
за условный
нуль атмосферное давление.

При
движении воздуха по воздуховоду в любом
поперечном
сечении потока различают три вида
давления:
статическое,
динамическое
и полное.

Статическое
давление
определяет потенциальную
энергию 1 м3
воздуха в рассматриваемом сечении (р_ст
равно давлению на стенки воздуховода).

Динамическое
давление
– это кинетическая энергия потока,
отнесенная к 1 м3
воздуха, определяется
по формуле:

(1)

где
– плотность
воздуха, кг/м3;
– скорость
движения воздуха в сечении, м/с.

Полное
давление
равно сумме статического и динамического
давлений.

(2)

Традиционно
при расчете сети воздуховодов применяется
термин “потери
давления”
(“потери
энергии потока”).

Потери
давления (полные) в системе вентиляции
складываются из потерь на трение и
потерь в местных
сопротивлениях (см.: Отопление и
вентиляция, ч. 2.1 “Вентиляция”
под ред. В.Н. Богословского, М., 1976).

Потери
давления на трение определяются по
формуле
Дарси:

(3)

где
– коэффициент
сопротивления трению, который
рассчитывается по универсальной формуле
А.Д. Альтшуля:

(4)

где
– критерий Рейнольдса; К – высота
выступов шероховатости (абсолютная
шероховатость).При
инженерных расчетах потери давления
на трение
,
Па (кг/м2),
в воздуховоде длиной /, м, определяются
по выражению

(5)

где
– потери
давления на 1 мм длины воздуховода,
Па/м [кг/(м2
* м)].

Для
определения Rсоставлены
таблицы и номограммы. Номограммы (рис.
1 и 2) построены для условий: форма сечения
воздуховода круг диаметром,
давление воздуха 98 кПа (1 ат), температура
20°С, шероховатость= 0,1 мм.

Для
расчета воздуховодов и каналов
прямоугольного сечения пользуются
таблицами и номограммами
для круглых воздуховодов, вводя при
этом
эквивалентный диаметр прямоугольного
воздуховода, при котором потери давления
на трение в
круглом
и прямоугольном
~
воздуховодахравны.

В
практике проектирования получили
распространение
три вида эквивалентных диаметров:

■ по скорости

при
равенстве скоростей

■ по
расходу

при
равенстве расходов

■ по
площади поперечного сечения

при равенстве
площадей сечения

При
расчете воздуховодов с шероховатостью
стенок,
отличающейся от предусмотренной в
таблицах или в номограммах (К = ОД мм),
дают поправку к
табличному значению удельных потерь
давления на
трение:

(6)

где
– табличное
значение удельных потерь давления
на трение;
– коэффициент
учета шероховатости стенок (табл. 8.6).

Потери
давления в местных сопротивлениях. В
местах поворота воздуховода, при делении
и слиянии
потоков в тройниках, при изменении
размеров
воздуховода (расширение – в диффузоре,
сужение – в конфузоре), при входе в
воздуховод или в
канал и выходе из него, а также в местах
установки
регулирующих устройств (дросселей,
шиберов, диафрагм) наблюдается падение
давления в потоке
перемещающегося воздуха. В указанных
местах происходит
перестройка полей скоростей воздуха в
воздуховоде и образование вихревых зон
у стенок, что сопровождается
потерей энергии потока. Выравнивание
потока происходит на некотором расстоянии
после прохождения
этих мест. Условно, для удобства проведения
аэродинамического расчета, потери
давления в местных
сопротивлениях считают сосредоточенными.

Потери
давления в местном сопротивлении
определяются
по формуле

(7)

где
–
коэффициент местного сопротивления
(обычно,
в отдельных случаях имеет место
отрицательное значение, при расчетах
следует
учитывать знак).

Коэффициентотносится
к наибольшей скорости
в суженном сечении участка или скорости
в сечении
участка с меньшим расходом (в тройнике).
В таблицах
коэффициентов местных сопротивлений
указано, к какой скорости относится.

Потери
давления в местных сопротивлениях
участка, z,
рассчитываются по формуле

(8)

где

– сумма
коэффициентов местных сопротивлений
на участке.

Общие
потери давления на участке воздуховода
длиной,
м, при наличии местных сопротивлений:

(9)

где
– потери
давления на 1 м длины воздуховода;

– потери
давления в местных сопротивлениях
участка.

6.2.1 Последовательность аэродинамического расчета систем естественной вентиляции

Аэродинамическому расчету воздуховодов (каналов) должна предшествовать следующая работа:

а) определение воздухообменов для каждого помещения по кратностям (согласно строительным нормам и правилам соответствующего здания) или по расчету.

В жилых зданиях проектируется общеобменная естественная вентиляция удалением воздуха из санитарных узлов и кухонь. Приточный воздух для компенсации естественной вытяжки поступает снаружи через неплотности окон и других ограждений.

Количество удаляемого воздуха по СНиП для жилых зданий должно быть не менее 3м³/ч на один м²жилой площади квартиры.

Нормы воздухообмена в кухнях и санузлах:

кухня:

негазифицированная ……………………………………60м³/ч;
с 2-х конфорочной газовой плитой ……………..…….60м³/ч;
с 3-х конфорочной газовой плитой ………………..….75м³/ч;
с 4-х конфорочной газовой плитой ……………….…..90м³/ч;

санузлы:

ванная индивидуальная ………………………………….25м3/ч;
туалет индивидуальный .…………………………………25м
3/ч;
санузел совмещенный …………………………………….50м³/ч.

б) компоновка систем вентиляции.

В одну систему объединяют только одноименные или близкие по назначению помещения. Санитарные узлы во всех случаях обслуживаются самостоятельными системами и при пяти унитазах и более оборудуются механическими побудителями. Вытяжку из комнат жилого дома с окнами, выходящими на одну сторону, рекомендуется объединять в одну систему. Не допускается объединять в общую систему каналы из помещений, ориентированных на разные фасады.

в) графическое изображение на планах этажей и чердака элементов системы вентиляции (каналов и воздуховодов, вытяжных отверстий и жалюзийных решеток, вытяжных шахт).

Против вытяжных отверстий помещений указывается количество воздуха, удаляемого по каналу. Все системы вентиляции должны быть пронумерованы. Вытяжные решетки в помещении располагают на 0,5м от потолка.

г) вычерчивание аксонометрических схем.

На схемах в кружке у выносной черты ставится номер участка, над чертой указывается нагрузка участка, L, м³/ч, а под чертой – длина участка, l, м. Аэродинамический расчет воздуховодов (каналов) выполняют по таблицам или номограммам, составленным для стальных воздуховодов круглого сечения при _в = 1,205 кг/м³, t_в= 20⁰С. В них взаимосвязаны величины L, R, v, Р_д и d.

Таблица для расчета стальных воздуховодов круглого сечения приведена в приложении Н. Чтобы воспользоваться таблицей для расчета воздуховода прямоугольного сечения, необходимо предварительно определить соответствующую величину равновеликого (эквивалентного) диаметра, т.е. такого диаметра круглого воздуховода, при котором для той же скорости движения воздуха, как и в прямоугольном воздуховоде, удельные потери давления на трение были бы равны (таблица 7.3).

Таблица 6.3 — Эквивалентные по трению диаметры для кирпичных каналов

Размер в кирпичах	Площадь, м²	d_э, мм
¹/₂ х ¹/₂	0,02	140
¹/₂ х 1	0,038	180
1 х 1	0,073	225
1 х 1^1/2	0,11	320
1 х 2	0,14	375
2 х 2	0,28	545

Примечание: для каналов квадратного сечения эквивалентный по трению диаметр d_э равен стороне квадратного канала а.

Диаметр определяется по формуле:

(6.7)

где а, b – размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.

Методика расчета воздуховодов (каналов) систем естественной вентиляции может быть представлена в следующем виде.

1. При заданных объемах воздуха, L, м³/ч, подлежащего перемещению по каждому участку каналов, принимают скорость v, м/с, его движения.

2. По объему воздуха L и принятой скорости v предварительно определяют площадь сечения F, каналов по формуле:

. (6.7)

Потери давления на трение для таких сечений каналов рассчитывают по формулам (7.5, 7.6), местные сопротивления определяют по таблице 7.5.

3. Сравнивают полученные суммарные сопротивления с располагаемым давлением. Если эти величины совпадают, то предварительно полученные площади сечения каналов могут быть приняты как окончательные. Если же потери давления оказались меньше или больше располагаемого давления, то площадь сечения каналов следует увеличить или, наоборот, уменьшить, т.е. поступать так же, как при расчете трубопровода системы отопления.

При предварительном определении площади сечений каналов систем естественной вентиляции могут быть заданы следующие скорости движения воздуха: в вертикальных каналах верхнего этажа v = 0,5 – 0,6 м/с, из каждого нижерасположенного этажа на 0,1 м/с больше, чем из предыдущего, но не выше 1 м/с; в сборных воздуховодах v  1 м/с и в вытяжной шахте v = 1 – 1,5 м/с.

Если при расчете воздуховодов задана площадь сечения каналов и известен часовой расход воздуха L, м³/ч, то скорость v, м/с, определяется по формуле:

; (6.9)

где  — площадь сечения канала или воздуховода, м²;

L – расход вентиляционного воздуха, м³/ч.

Потери давления на местные сопротивления:

Z=(v²/2g) , кгс/м²; (6.10)

где  — сумма коэффициентов местных сопротивлений;

v²/2g — скоростное (динамическое) давление, кгс/м².

Динамическое давление v²/2g определяется по приложению Н для расчета воздуховодов:

v²/2g = Р_д, Па. (6.11)

Местные сопротивления в системе вентиляции во многих случаях существенно зависят от соотношений размеров фасонных частей и других вентиляционных элементов, а в тройниках-крестовинах – от соотношений, соединяемых или делимых потоков. Размеры стандартных жалюзийных решеток приведены в таблице 7.4. Значения коэффициентов местных сопротивлений воздуховодов приведены в таблице 7.5.

Таблица 6.4 — Стандартные жалюзийные решетки

Размер, мм

Живое сечение, м²

Размер, мм

Живое сечение, м²

Размер, мм

Живое сечение, м²

100100

150150

150200

150250

0,0087

0,013

0,0173

0,0217

150300

200200

200250

200300

0,026

0,0231

0,0289

0,0346

250250

200350

250300

300300

0,0361

0,0405

0,045

0,052

Таблица 6.5 — Значения коэффициентов местных сопротивлений воздуховодов

Наименование

Величина КМС

Вход в решетку

Колено 90

Тройник

на проход

на ответвление

Зонт над шахтой

1,2

1,1

0,5

1,5

1,3

Руководствуясь изложенными выше соображениями, конструируют систему вытяжной вентиляции в планах здания, вычерчивают расчетную аксонометрическую схему.

Расчетную схему разбивают на участки, определяют расходы воздуха, проходящего по участкам, длины участков и наносят их на схему в виде дроби (в числителе – расход, в знаменателе – длина).

Расчетным участкам присваивают номера (жалюзийную решетку рассматривают как самостоятельный участок, так как ею возможно осуществить монтажное регулирование).

Аэродинамический расчет оформляется в форме таблицы 6.6.

При невязке, превышающей 15%, производится изменение сечений воздуховодов на отдельных участках с соответствующей корректировкой расчетных величин.

Увязка каждой расчетной ветви производится по формуле:

(6.12)

Таблица 6.6 — Аэродинамический расчет систем естественной вентиляции

№ участка

Нагрузка, L, м³/ч

Длина участка, l, м

Размеры канала, ав, м

Площадь, F, м²

Скорость, v, м/с

Эквивалентный диаметр, d_э, м

Удельные потери на трение, R, Па/м

Коэффициент шероховатости, 

Потери на трение, Rl, Па

КМС



Динамическое давление, Р_дин, Па

Местные потери, z=Р_дин, Па

Суммарные потери давления, Rl+z, Па

Библиографический список

Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1981. – 480 с.
Богословский В.Н., Щеглов В.П., Разумов Н.Н. Отопление и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1980. – 350 с.
Гусев В.М. Теплоснабжение и вентиляция. – Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1975. – 296 с.
Дроздов В.Ф. Санитарно-технические устройства зданий. – М.: Стройиздат, 1980. – 280 с.
Внутренние санитарно-технические устройства. Справочник проектировщика./Под ред. Староверова И.Г. М.: Стройиздат, 1975г. ч.1. Отопление, водопровод и канализация.
Внутренние санитарно-технические устройства. Справочник проектировщика./Под ред. Староверова И.Г. М.: Стройиздат, 1975. ч.2. Вентиляция и кондиционирование воздуха.
СНиП 23-01-99*. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 2000 г.
СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. М.: Стройиздат, 2003 г.
СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России, 2004 г.

Приложения

Аэродинамический расчет систем естественной вентиляции

Задача аэродинамического расчета системы естественной вентиляции состоит в подборе таких размеров поперечных сечений вентиляционных каналов, при которых по каждому из них будет проходить расчетное количество воздуха.

Приведем расчет системы ВЕ1. Схема системы приведена на рис 3.7. В масштабе вычерчиваем схему системы. Принятые к расчету ветви разбиваем на расчетные участки с постоянным расходом воздуха и неизменным поперечным сечением канала. Участки нумеруем последовательно в направлении движения воздуха. Вместе с номером участка на схеме указываем его длину и расход воздуха.

Далее вычисляем расчетное гравитационное давление по формуле:

ΔРгр= 9,8 h(ρН -ρВ), Па

где h – расстояние по вертикали от центра жалюзийной решетки до устья вытяжной шахты в м;

ρН, ρВ – соответственно плотность наружного воздуха при температуре +5 0С и плотность внутреннего воздуха при температуре tВ в кг/м3.

Далее производим ориентировочный подбор сечений каналов и решеток исходя из рекомендуемой скорости движения воздуха и расчетных расходов.

По требуемым площадям подбираем стандартные размеры сечений воздуховодов на участках и определяем эквивалентные диаметры сечений, dэ.

Затем по табл. [14] определяем удельные потери на трение на участках, R, Па/м, зная эквивалентный диаметр и скорость, после чего потери давления на трение на участках, Ртр, Па:

ΔРтр= Rуд*l*n (3.22)

где l – длина участка в м;

n – коэффициент шероховатости.

Для всех унифицированных деталей определяем коэффициенты местных сопротивлений  и находят потери давления на местные сопротивления, Z, Па.

Расчетное гравитационное давление составляет:

ΔРгр= 9,8 *8,55(1,269 – 1,247) = 1,84Па

Фактические потери давления, при сечении воздуховода 150х100 мм, составили ΔРф=1,3Па

ΔРгр> ΔРф, следовательно естественная вентиляция будет работать эффективно.

Расчет воздухораспределения

Расчет воздухораспределения в дипломном проекте произведем для обеденного зала (пом. 201) по [16].

Исходные данные для расчета:

категория тяжести работ – I;
схема организации воздухообмена – «сверху — вверх»;
высота помещения Hп= 3 м, размеры помещения в плане А1*B1= 14,8*5,9 м2;
расход приточного воздуха – 5290 м3/ч=1,46 м3/с;
температура приточного воздуха для холодного периода года tin=14 C,
нормируемая допустимая температура воздуха в рабочей зоне twz=18C,
нормируемая скорость воздуха в рабочей зоне Vwz=0,2 м/с [10].

Принимаем схему подачи приточного воздуха настилающимися горизонтальными струями воздухораспределителями типа 4АПР 600*600.

По [16] выбираем коэффициенты: m0 = 2,5, n0 = 3, ξ = 1,7 и с учетом коэффициента настилания переопределим скоростной и температурный коэффициенты:

m = m0*Кнаст

n= n0*Кнаст

где Кнаст — коэффициент настилания, принимаемый равным 1,41 для струй, настилающихся на одну поверхность [16].

Подставим значения:

m = 2,5*1,41 = 3,53;

n = 1,7*1,41 = 4,23.

Примем, что рабочие места расположены в зоне прямого воздействия струи. Определим допустимые отклонения скорости Vxдоп и температуры воздуха txдоп на оси струи на входе в рабочую зону от нормируемых величин для рабочей зоны Vwz:

Vxдоп <= kVwz

где k- коэффициент перехода от нормируемой скорости движения воздуха к максимальной скорости воздуха в струе, определяем в зависимости от категории тяжести работ, согласно [10] k = 1,4

Vxдоп <= 1,4*0,2 = 0,28 м/с ,

txдоп >= twz + tдоп

где tдоп — допустимое отклонение температуры воздуха на оси струи от температуры воздуха в рабочей зоне, С, tдоп = — 1,5 C.

txдоп >= 18 — 1,5 = 16,5С

Далее осуществляем выбор типоразмера и количества воздухораспределителей.

Выбор типоразмера и количества воздухораспределительных решеток зависит от воздухообмена помещения. Принимаем начальную скорость воздуха 3 м/с. Найдем суммарную площадь всех воздухораспределителей по формуле:

F0 = Lin/V0доп

F0 = 1,46 / 3 = 0,48 м2

Суммарную расчетную площадь можно обеспечить установкой 5-и воздухораспределителей типа 4АПР 600*600 с F0 = 0,192 м2.

Фактическая скорость в подводящем патрубке:

V0 = L / 6F0 = 1,46/ (5*0,192) = 1,52 м/с

Затем уточняем схему приточной струи. Для ее уточнения определим расстояние, на котором настилающаяся струя холодного воздуха может оторваться от потолка.

Начальная разность температур воздуха

t0 = twz — tin = 18 – 14 = 4 C,

расчетный диаметр

d0 = 1,13 F00.5 = 0,49 м.

Значение числа Архимеда найдем по формуле:

Ar0 = (gd0t0) / (V02Tокр)

Ar0 = (9,81 * 0,49 * 4)/(1,5 2 * (273 + 18)) = 0,028

xотр = 0,55m d0 (nАrо)-1/2

xотр = 0,55 * 3,53 * 0,49*(4,23 * 0,028)-1/2 = 2,7 м

Струя расширяется на участке до первого критического сечения. Это расстояние составляет для компактной струи

x1=0,25mFn1/2

где Fn-площадь помещения в поперечном к струе направлении, приходящаяся на одну струю, Fn = А1*Н / N = 14,8*3/5 = 8,88 м2

Тогда:

x1 = 0,25 * 3,353 *(8,88)1/2 = 2,6 м

Аналогично определяем расстояния для остальных критических сечений:

x2 = 0,32 * 3,353 *(8,88)1/2 = 3,4 м;

x3 = 0,4 *3,353 *(8,88)1/2 = 4,2 м;

x4 = 0,58 * 3,353 *(8,88)1/2 = 6,1 м.

Определим также интенсивность расширения струи до первого критического сечения. Воспользуемся выражением для скоростного коэффициента:

tg0.5V = 0,67/m0 = 0,67/2,5 = 0,27

Радиус границ струи в первом критическом сечении найдем по формуле:

R1 = x1tg

R1 = 2,6 * 0,27 = 0,7 м

Расчетная длина оси струи от воздухораспределителя до входа в рабочую зону составляется x = (3 – 0,6) + (3– 2) = 3,4 м

Число Архимеда для струи на входе в рабочую зону найдем по формуле:

Arx = n / m2 (x / d0)2 Ar0

Arx =4,23/3,532 * (3,4 / 0,49)2 * 0,028 = 0,46.

В данном случае мы имеем струю охлажденного воздуха, поступающую в рабочую зону сверху вниз, при однонаправленном действии инерционных и гравитационных сил.

Коэффициент неизотермичности для определения скорости воздуха принимаем равным Ktv =1.

Коэффициент неизотермичности для расчета температуры воздуха определяем по уравнению:

Ktt = (1 + 2,5Arx)1/3 = (1 + 2,5 * 0,21)1/3 = 1,15

Расстояние между воздухораспределителями l0 =3 м,

x / l0 = 3,4/3 = 1 <5, поэтому коэффициент взаимодействия струи Kвз=1.

Определим коэффициент стеснения струи Kст :

f = F0/FП = 0,48 / 7,2 = 0,05

Так как f > 0.0012 то x0 = 1,5 * f0.4 = 1,5* 0,050.4 = 0,46.

По уравнению x = x/ m (FП)0.5 = 3,4 / (3,53 * (8,8)0.5 ) = 0,32.

Из сравнения следует, что x>x0 и коэффициент стеснения находим по соотношению:

Kст = 0,9 + 2,5(x — x0)2 — 2,7(x — x0) (3.33)

Kст = 0,9 + 2,5(0,32– 0,46) — 2,7(0,32 – 0,46) = 1,34.

Схема воздухораспределения приведена на рис. 3.8.

Из рисунка видно, что струи практически сливаются и разрушаются в верхней зоне помещения. Струя не отрывается от потолка, а рабочая зона омывается обратным потоком воздуха.

Максимальную скорость воздуха в обратном потоке находим по формуле:

Vобр = 0,78 * V0 (F0 / FП)0.5

Подставим значения:

Vобр = 0,78 * 1,56* (0,192/8,8)0.5 = 0,17 м/с.

что не превышает допустимую скорость воздуха Vx доп = 0,28 м/с.

Избыточная температура воздуха в обратном потоке, определяем по формуле:

tобр = 1,4t0 (F0 / FП)0.5

tобр = 1,4 * (0,192 / 8,8)0.5 = 0,82С.

что не превышает допустимого отклонения tx доп = 1,5 С.

Следовательно, принятая схема организации воздухообмена допустима для всех периодов года.

4.3.2 Аэродинамический расчет систем естественной вентиляции

Аэродинамический расчет систем естественной вентиляции аналогичен расчету механической системы вентиляции.

Данные расчета сведены в таблицу 7

Таблица 7- Аэродинамический расчет естественной вытяжки ВЕ1 и ВЕ2

Расчет вытяжной естесственной вентиляции
№ уч-ка	L, м3/ч	l, м	Воздуховоды				R, Па/м		Rl, Па		Σξ		Pд, Па		Z, Па		Rl+Z, Па		Σ(Rl+Z), Па		Примечание
			d, мм	f, м2	V, м/с
1	2	3	4	5	6	7		8		9		10		11		12		13		14

ВЕ1	302,3	1,6	355	0,099	0,85	0,0032		0,005		2,85		0,44		1,25404		1,2592		1,26		РР, отвод на 90, зонт
ВЕ2	66,3	1,6	200	0,031	0,59	0,0035		0,006		2,85		0,21		0,59876		0,6044		0,60		РР, отвод на 90, зонт
ВЕ3	167,4	1,6	280	0,062	0,76	0,0036		0,006		2,85		0,349		0,99363		0,9994		1,00		РР, отвод на 90, зонт
ВЕ4	78,6	1,6	225	0,040	0,55	0,0028		0,004		2,85		0,184		0,52537		0,5298		0,53		РР, отвод на 90, зонт
ВЕ5	66,3	7,3	200	0,031	0,59	0,0035		0,026		2,85		0,21		0,59876		0,6243		0,62		РР, отвод на 90, зонт

_{В
качестве расчетной температуры наружного
воздуха принимается}

_{Для
ВЕ1 :}Па