Определение расхода воздуха, проходящего через пневмораспределитель при определенных значениях давления на входе и выходе и их соотношении
Одним из способов задания расходной характеристики пневматического устройства является определение параметра, характеризующего его гидравлическое сопротивление. В настоящее время таким параметром является пропускная способность 
устройства, определяемая по ГОСТ Р52720–2007 как объемный расход воды 
(м3/час) плотностью r=1000 кг/м3, пропускаемый устройством при перепаде давления на нем 
1 кгс/см2.
Заметим, что параметры потока в местных сопротивлениях обычно и определяются с помощью формул, полученных для несжимаемой жидкости. Поэтому воспользуемся формулой Вейсбаха и, преобразуя ее, получим выражение для определения объемного расхода жидкости при ее движении через пневмоустройство:
где 
и r — соответственно перепад давления в устройстве и плотность жидкости, протекающей через него; 
— площадь поперечного сечения прохода устройства; 
— коэффициент местного сопротивления.
Если теперь принять, что через местное сопротивление проходит вода плотностью r=1000 кг/м3 с перепадом давления 1 кгс/см2, то зависимость (1) преобразуется к виду (,см2):
. (2)
В соответствии с ГОСТ Р52720–2007 правая часть формулы (2) представляет не что иное, как пропускную способность (м3/час) устройства. Таким образом, в общем случае объемный расход (м3/час) рабочей жидкости при ее движении через распределитель следует определять по формуле:
=
, (3)
а массовый расход 
=
(кг/час) — по формуле
Отметим, что выражения (3) и (4) полностью согласуются с формулами для определения величины и , приведенными в Интернет(е) Научно-Производственным Предприятием «Волга» [2].
Как известно, в процессе работы пневматических приводов возможны различные условия теплообмена между потоком газа, движущимся в трубопроводах, и окружающей средой.
Если скорость течения газа мала и между стенками трубопровода и окружающей средой происходит хороший теплообмен, то процессы, протекающие в пневмоприводах, близки к изотермическим; при больших скоростях течения газа, плохом теплообмене и малых силах трения процессы, протекающие в пневмоприводах, близки к адиабатным.
Таким образом, если предположить, что перед и за пневматическим устройством температура воздуха одинакова (участки трубопровода перед и за местным сопротивлением достаточно велики, вследствие чего происходит полное выравнивание температуры потока и окружающей среды), то в этом случае для определения расхода воздуха в местном сопротивлении удобно воспользоваться расчетной зависимостью, полученной в [1,с.101] для подкритической области изотермического течения газа:
(5)
или
, (6)
или с учетом того, что в соответствии с уравнением Клапейрона-Менделеева 
,
где 
и 
— давление и плотность газа перед местным сопротивлением; 
— давление за местным сопротивлением; 
— относительное давление; 
— параметр, характеризующий гидравлическое сопротивление пневмоустройства условного прохода 
, определенный через эквивалентную длину 
трубопровода, т. е. такую длину трубы, разность давлений в начальном и конечном сечениях которой при данном расходе равна разности давлений в местном сопротивлении;
, T — температура газа при нормальных условиях, равная 
.Из (7) следует, что для построения расходной характеристики пневмораспределителя необходимо располагать значением параметра . Затем, задаваясь значениями давления воздуха на входе и перепадом давления в пневмоустройстве, легко устанавливается искомая характеристика.
Будем рассматривать параметр как коэффициент сопротивления устройства данного проходного сечения, установленный при турбулентном режиме течения рабочей жидкости, соответствующем области квадратичных сопротивлений, когда коэффициент местного сопротивления определяется лишь формой местного сопротивления. Но при таких режимах течения жидкости определяется пропускная способность устройства, в расчетную формулу которой входит коэффициент сопротивления
= z = 
, (8)
а формула (7) приводится к виду
. (9)
Такова расходная характеристика пневмоустройства.
В заключение отметим, что формулы (5) — (7), (9) справедливы в области изменения относительного давления «
до 
Параметр 
называют критическим отношением давлений, при достижении которого расход газа приобретает максимальное значение и остается неизменным вплоть до значения 
В газодинамических расчетах область течения газа при 
называют подкритической, а область течения при 
надкритической. Следовательно, для подкритической области течения весовой (объемный) расход газа есть функция «»; для надкритической области течения расход имеет максимальное значение и для его определения в зависимости (5) — (7) и (9) вместо «.Рассмотрим числовой пример. Определим расходную характеристику пневмораспределителя с условным проходом 
, паспортной величиной 
. Температура воздуха в распределителе 
; газовая постоянная . Требуется найти расход воздуха, проходящего через распределитель, при перепаде давления 
с давлением на входе в распределитель 
При заданных значениях давления
на выходе устройства соответственно составит 
=0,56МПа;=0,76МПа, а относительное давление соответственно принимает значения 
Это означает, что во всем диапазоне изменения относительного давления «», имеет место подкритическая область течения газа, расход которого можно определять по формуле (9).Подставляя в формулу (8) значения 
, находим, что =2,39, а значения объемного расхода , вычисленные по формуле (9) по данной величине для принятых значений относительного давления «», составляют: 
, 
,
.Полученная расходная характеристика пневмораспределителя представлена ниже графически в виде зависимости объемного расхода газа от «».
Рис.1. Расходная характеристика пневмораспределителя
Расчеты автора: + 1. y = 0,8; 2.y =0,9; 3.y = 0,93; 4. y = 0,95
Х — произвольные значения “y”
Выводы
В системах пневматических приводов, как и гидроприводов, местные сопротивления играют исключительно большую роль. От умения правильно оценить параметры потока, протекающего через местные сопротивления, зависит точность и надежность произведенных расчетов.
Местные сопротивления, как правило, способствуют турбулизации потока, вследствие чего коэффициент местного сопротивления уже при сравнительно малых числах Рейнольдса определяется лишь формой местного сопротивления, что позволяет выразить коэффициент местного сопротивления через пропускную способность устройства и тем самым построить его расходную характеристику.
Литература:
1. Погорелов В. И. Газодинамические расчеты пневматических приводов. — Л: «Машиностроение», 1971. — 184с.
2. http://www.nppvolga.ru/articles/1/63/
Динамическое давление в воздуховоде: расчет, как определить
Основой проектирования любых инженерных сетей является расчет. Для того чтобы правильно сконструировать сеть приточных или вытяжных воздуховодов, необходимо знать параметры воздушного потока. В частности, требуется рассчитать скорость потока и потери давления в канале для правильного подбора мощности вентилятора.
Схема устройства и принципа работы воздуховода.
В этом расчете немаловажную роль играет такой параметр, как динамическое давление на стенки воздуховода.
Поведение среды внутри воздухопровода
Вентилятор, создающий воздушный поток в приточном или вытяжном воздуховоде, сообщает этому потоку потенциальную энергию. В процессе движения в ограниченном пространстве трубы потенциальная энергия воздуха частично переходит в кинетическую. Этот процесс происходит в результате воздействия потока на стенки канала и называется динамическим давлением.
Формулы для аэродинамического расчета систем естественной вентиляции.
Кроме него существует и статическое давление, это воздействие молекул воздуха друг на друга в потоке, оно отражает его потенциальную энергию. Кинетическую энергию потока отражает показатель динамического воздействия, именно поэтому данный параметр участвует в расчетах аэродинамики вентиляции.
При постоянном расходе воздуха сумма этих двух параметров постоянна и называется полным давлением. Оно может выражаться в абсолютных и относительных единицах. Точкой отсчета для абсолютного давления является полный вакуум, в то время как относительное считается начиная от атмосферного, то есть разница между ними – 1 Атм. Как правило, при расчете всех трубопроводов используется величина относительного (избыточного) воздействия.
Вернуться к оглавлению
Физический смысл параметра
Таблица расчета вентиляции.
Если рассмотреть прямые отрезки воздуховодов, сечения которых уменьшаются при постоянном расходе воздуха, то будет наблюдаться увеличение скорости потока. При этом динамическое давление в воздуховодах будет расти, а статическое – снижаться, величина полного воздействия останется неизменной. Соответственно, для прохождения потока через такое сужение (конфузор) ему следует изначально сообщить необходимое количество энергии, в противном случае может уменьшиться расход, что недопустимо. Рассчитав величину динамического воздействия, можно узнать количество потерь в этом конфузоре и правильно подобрать мощность вентиляционной установки.
Обратный процесс произойдет в случае увеличения сечения канала при постоянном расходе (диффузор). Скорость и динамическое воздействие начнут уменьшаться, кинетическая энергия потока перейдет в потенциальную. Если напор, развиваемый вентилятором, слишком велик, расход на участке и во всей системе может вырасти.
В зависимости от сложности схемы, вентиляционные системы имеют множество поворотов, тройников, сужений, клапанов и прочих элементов, называемых местными сопротивлениями. Динамическое воздействие в этих элементах возрастает в зависимости от угла атаки потока на внутреннюю стенку трубы. Некоторые детали систем вызывают значительное увеличение этого параметра, например, противопожарные клапаны, в которых на пути потока установлены одна или несколько заслонок. Это создает повышенное сопротивление потоку на участке, которое необходимо учитывать в расчете. Поэтому во всех вышеперечисленных случаях нужно знать величину динамического давления в канале.
Вернуться к оглавлению
Расчеты параметра по формулам
На прямом участке скорость движения воздуха в воздуховоде неизменна, постоянной остается и величина динамического воздействия. Последняя рассчитывается по формуле:
Рд = v2γ / 2g
В этой формуле:
Схема организации воздухообмена при общеобменной вентиляции.
- Рд – динамическое давление в кгс/м2;
- V – скорость движения воздуха в м/с;
- γ – удельная масса воздуха на этом участке, кг/м3;
- g – ускорение силы тяжести, равное 9.81 м/с2.
Получить значение динамического давления можно и в других единицах, в Паскалях. Для этого существует другая разновидность этой формулы:
Рд = ρ(v2 / 2)
Здесь ρ – плотность воздуха, кг/м3. Поскольку в вентиляционных системах нет условий для сжатия воздушной среды до такой степени, чтобы изменилась ее плотность, она принимается постоянной – 1.2 кг/м3.
Далее, следует рассмотреть, как участвует величина динамического воздействия в расчете каналов. Смысл этого расчета – определить потери во всей системе приточной либо вытяжной вентиляции для подбора напора вентилятора, его конструкции и мощности двигателя. Расчет потерь происходит в два этапа: сначала определяются потери на трение о стенки канала, потом высчитывается падение мощности воздушного потока в местных сопротивлениях. Параметр динамического давления участвует в расчете на обоих этапах.
Сопротивление трению на 1 м круглого канала рассчитывается по формуле:
R = (λ / d) Рд, где:
- Рд – динамическое давление в кгс/м2 или Па;
- λ – коэффициент сопротивления трению;
- d – диаметр воздуховода в метрах.
Нюансы монтажа воздуховода.
Потери на трение определяются отдельно для каждого участка с различными диаметрами и расходами. Полученное значение R умножают на общую длину каналов расчетного диаметра, прибавляют потери на местных сопротивлениях и получают общее значение для всей системы:
HB = ∑(Rl + Z)
Здесь параметры:
- HB (кгс/м2) – общие потери в вентиляционной системе.
- R – потери на трение на 1 м канала круглого сечения.
- l (м) – длина участка.
- Z (кгс/м2) – потери в местных сопротивлениях (отводах, крестовинах, клапанах и так далее).
Вернуться к оглавлению
Определение параметров местных сопротивлений вентиляционной системы
В определении параметра Z также принимает участие величина динамического воздействия. Разница с прямым участком заключается в том, что в разных элементах системы поток меняет свое направление, разветвляется, сходится. При этом среда взаимодействует с внутренними стенками канала не по касательной, а под разными углами. Чтобы это учесть, в расчетную формулу можно ввести тригонометрическую функцию, но тут есть масса сложностей. Например, при прохождении простого отвода 90⁰ воздух поворачивает и нажимает на внутреннюю стенку как минимум под тремя разными углами (зависит от конструкции отвода). В системе воздуховодов присутствует масса более сложных элементов, как рассчитать потери в них? Для этого существует формула:
- Z = ∑ξ Рд.
Для того чтобы упростить процесс расчета, в формулу введен безразмерный коэффициент местного сопротивления. Для каждого элемента вентиляционной системы он разный и является справочной величиной. Значения коэффициентов были получены расчетами либо опытным путем. Многие заводы-производители, выпускающие вентиляционное оборудование, проводят собственные аэродинамические исследования и расчеты изделий. Их результаты, в том числе и коэффициент местного сопротивления элемента (например, противопожарного клапана), вносят в паспорт изделия или размещают в технической документации на своем сайте.
Для упрощения процесса вычисления потерь вентиляционных воздуховодов все значения динамического воздействия для разных скоростей также просчитаны и сведены в таблицы, из которых их можно просто выбирать и вставлять в формулы. В Таблице 1 приведены некоторые значения при самых применяемых на практике скоростях движения воздуха в воздуховодах.
Таблица 1.
| Скорость воздуха, м/с | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 |
| Динамическое давление кгс/м2 | 0.0152 | 0.0611 | 0.1374 | 0.2444 | 0.3817 | 0.5499 | 0.7483 | 0.9776 | 1.237 |
| Скорость воздуха, м/с | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7 | 7.5 | 8 | 8.5 | 9 |
| Динамическое давление кгс/м2 | 1.527 | 1.8486 | 2.199 | 2.581 | 2.9939 | 3.4373 | 3.9104 | 4.4149 | 4.9491 |
Из расчетных формул и данной таблицы хорошо видно, что значения не растут пропорционально возрастанию скорости воздуха.
Динамическое воздействие, оказываемое потоком воздуха на стенки воздуховодов, фасонных и прочих элементов, определяет потери давления на участке и является важным параметром, который необходимо учитывать в расчетах.
Расчет скорости воздуха в воздуховоде
Воздухопроводы приточных или вытяжных вентиляционных систем могут изготавливаться из разных материалов и быть различной конфигурации. При этом их габаритные размеры целиком зависят от двух других параметров, и формула расчета скорости воздуха хорошо отражает эту зависимость. Эти два параметра – расход воздуха, движущегося по каналу, и скорость его движения.
Схема устройства воздуховода.
Как правильно подобрать параметры воздушного канала?
Из трех параметров, принимающих участие в расчете, нормируется только один, это диаметр круглого воздуховода или габаритные размеры канала прямоугольного сечения. В Приложении Н СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование» представлена нормаль диаметров и размеров, которых следует придерживаться при разработке вентиляционных систем. Остальные два параметра (скорость и расход воздушных масс) не нормируются, потребности в количестве свежего воздуха для вентиляции могут быть разными, иногда и довольно большими, поэтому расход определяется отдельными требованиями и расчетами. Только в жилых зданиях, детских садах, школах и учреждениях здравоохранения для помещений различного назначения прописаны четкие нормы вытяжки и притока. Эти значения представлены в нормативной документации, касающейся этих видов зданий.
Схема правильной установки канального вентилятора.
Скорость движения воздушных масс в каналах не ограничивается и не нормируется, ее следует принимать по результатам расчета, руководствуясь соображениями экономической целесообразности. В справочной технической литературе существуют рекомендуемые величины скоростей, которые можно принимать при тех или иных конкретных условиях. Рекомендуемые значения скорости движения воздуха, в зависимости от назначения воздухопровода для вентиляционных систем с механическим побуждением, отражены в Таблице 1.
Таблица 1
| Назначение воздуховода | Магистраль- ный | Боковое ответвление | Распредели- тельный | Решетка для притока | Вытяжная решетка |
| Рекомендуемая скорость | От 6 до 8 м/с | От 4 до 5 м/с | От 1,5 до 2 м/с | От 1 до 3 м/с | От 1,5 до 3 м/с |
При естественном побуждении рекомендуемая скорость движения потока в системе варьируется от 0,2 до 1 м/с, что также зависит от функционального назначения каждого воздухопровода. В некоторых вытяжных шахтах высотных домов или сооружений эта величина может достигать 2 м/с.
Порядок вычислений
Изначально формула расчета скорости воздушного потока в канале представлена в справочниках под редакцией И.Г. Староверова и Р.В. Щекина в следующем виде:
L = 3600 x F x ϑ, где:
- L – расход воздушных масс на данном участке трубопровода, м³/ч;
- F – площадь поперечного сечения канала, м²;
- ϑ – скорость воздушного потока на участке, м/с.
Таблица расчета вентиляции.
Для определения скорости потока формула принимает такой вид:
ϑ= L / 3600 x F
Именно по ней рассчитывается действительная скорость воздуха в канале. Это нужно делать как раз по причине нормируемых значений диаметра или размеров трубы по СНиП. Вначале принимается рекомендуемая скорость для того или иного назначения воздухопровода и просчитывается его сечение. Далее диаметр канала круглого сечения определяется обратным просчетом по формуле площади круга:
F = π x D2 / 4, здесь D – диаметр в метрах.
Размеры канала прямоугольного сечения находят подбором ширины и высоты, произведение которых даст площадь сечения, эквивалентного расчетному. После этих вычислений подбирают ближайшие по нормали размеры воздухопровода (обычно принимают тот, который больше) и в обратном порядке находят величину действительной скорости потока в будущем воздуховоде. Данная величина потребуется для определения динамического давления на стенки трубы и вычисления потерь давления на трение и в местных сопротивлениях вентиляционной системы.
Некоторые экономические аспекты подбора размеров воздухопровода
Таблица для расчета гидравлического диаметра воздуховода.
При расчете размеров и скорости воздуха в воздуховоде наблюдается такая зависимость: при увеличении последней диаметры каналов уменьшаются. Это дает свои преимущества:
- Проложить трубопроводы меньших размеров гораздо проще, особенно если их нужно подвешивать на большой высоте или если условия монтажа весьма стесненные.
- Стоимость каналов меньшего диаметра соответственно тоже меньше.
- В больших и сложных системах, которые расходятся по всему зданию, прямо в каналы необходимо монтировать дополнительное оборудование (дроссельные заслонки, обратные и противопожарные клапаны). Размеры и диаметры этого оборудования также уменьшатся, и снизится их стоимость.
- Прохождение перекрытий трубопроводами в производственном здании может стать настоящей проблемой, если его диаметр большой. Меньшие размеры позволят пройти так, как нужно.
Главный недостаток такого выбора заключается в большой мощности вентиляционного агрегата. Высокая скорость воздуха в малом объеме создает большое динамическое давление, сопротивление системы растет, и для ее работы требуется вентилятор высокого давления с мощным электродвигателем, что вызывает повышенный расход электрической энергии и, соответственно, высокие эксплуатационные затраты.
Другой путь – это снижение скорости воздушных потоков в воздуховодах. Тогда параметры вентиляционного агрегата становятся экономически приемлемыми, но возникает множество трудностей в монтаже и высокая стоимость материалов.
Схема организации воздухообмена при общеобменной вентиляции.
Проблемы прохождения большой трубой перегруженных оборудованием и инженерными сетями мест решается множеством поворотов и переходов на другие виды сечений (с круглого на прямоугольное или плоскоовальное). Проблему стоимости приходится решать единоразово.
Во времена СССР проектировщики, как правило, старались найти компромисс между этими двумя решениями. В настоящее время удорожания энергоносителей появилась тенденция к применению второго варианта. Собственники предпочитают единоразово решить финансовые вопросы и смонтировать более экономичную вентиляцию, чем потом в течение многих лет оплачивать высокие затраты электроэнергии. Применяется и универсальный вариант, при котором в магистральных воздухопроводах с большими расходами скорость потока увеличивают до 12-15 м/с, чтобы уменьшить их диаметры. Дальше по системе соблюдается скорость 5-6 м/с на ответвлениях, вследствие чего потери давления выравниваются. Вывод здесь однозначный: скорость движения воздушного потока в каналах играет немаловажную роль для экономики предприятия.
Значения параметров в различных видах воздушных каналов
В современных вентиляционных системах применяются установки, включающие в себя весь комплекс для подачи и обработки воздуха: очистка, нагревание, охлаждение, увлажнение, шумопоглощение. Эти установки называют центральными кондиционерами. Скорость потока внутри нее регламентируется заводом-производителем. Дело в том, что все элементы для обработки воздушных масс должны действовать в оптимальном режиме, чтобы обеспечить требуемые параметры воздуха. Поэтому производители изготавливают корпуса установок определенных размеров под заданный диапазон расходов воздуха, при которых все оборудование будет работать эффективно. Обычно значение скорости движения потока внутри центрального кондиционера лежит в пределах 1,5-3 м/с.
Каналы магистральные и ответвления
Схема магистрального воздуховода.
Следом наступает очередь главного магистрального воздуховода. Часто он имеет большую протяженность и проходит транзитом через несколько помещений, прежде чем начнет разветвляться. Рекомендуемая максимальная скорость 8 м/с в таких каналах может не соблюдаться, поскольку условия прокладки (особенно через перекрытия) могут существенно ограничивать пространство для его монтажа. Например, при расходе 35 000 м³/ч, что не редкость на предприятиях, и скорости 8 м/с диаметр трубы составит 1,25 м, а если ее увеличить до 13 м/с, то размер станет уже 1000 мм. Такое увеличение технически осуществимо, так как современные воздуховоды из оцинкованной стали, изготовленные спирально-навивным методом, имеют высокую жесткость и плотность. Это исключает их вибрацию на высоких скоростях. Уровень шума от такой работы достаточно низок, а на фоне звука от работающего оборудования может быть практически не слышен. В Таблице 2 представлены некоторые популярные диаметры магистральных воздухопроводов и их пропускная способность при разной скорости движения воздушных масс.
Таблица 2
| Расход, м3/ч | Ø400 мм | Ø450 мм | Ø500 мм | Ø560 мм | Ø630 мм | Ø710 мм | Ø800 мм | Ø900 мм | Ø1 м |
| ϑ = 8 м/с | 3617 | 4576 | 5650 | 7087 | 8971 | 11393 | 14469 | 18311 | 22608 |
| ϑ = 9 м/с | 4069 | 5148 | 6357 | 7974 | 10093 | 12877 | 16278 | 20600 | 25434 |
| ϑ = 10 м/с | 4521 | 5720 | 7063 | 8859 | 11214 | 14241 | 18086 | 22888 | 28260 |
| ϑ = 11 м/с | 4974 | 6292 | 7769 | 9745 | 12335 | 15666 | 19895 | 25177 | 31086 |
| ϑ = 12 м/с | 5426 | 6864 | 8476 | 10631 | 13457 | 17090 | 21704 | 27466 | 33912 |
| ϑ = 13 м/с | 5878 | 7436 | 9182 | 11517 | 14578 | 18514 | 23512 | 29755 | 36738 |
Схема эжекционной системы вентиляции.
Боковые ответвления воздухопроводов разводят подачу или вытяжку воздушной смеси по отдельным помещениям. Как правило, на каждом из них устанавливается диафрагма либо дроссель – клапан для регулировки количества воздуха. Эти элементы обладают немалым местным сопротивлением, поэтому сохранять высокую скорость нецелесообразно. Однако ее значение тоже может выходить за границы рекомендуемого диапазона, поэтому в Таблице 3 отражена пропускная способность воздуховодов самых популярных диаметров для ответвлений при различных скоростях.
Таблица 3
| Расход, м3/ч | Ø140 мм | Ø160 мм | Ø180 мм | Ø200 мм | Ø225 мм | Ø250 мм | Ø280 мм | Ø315 мм | Ø355 мм |
| ϑ = 4 м/с | 220 | 288 | 366 | 452 | 572 | 705 | 885 | 1120 | 1424 |
| ϑ = 4,5 м/с | 248 | 323 | 411 | 508 | 643 | 793 | 994 | 1260 | 1601 |
| ϑ = 5 м/с | 275 | 360 | 457 | 565 | 714 | 882 | 1107 | 1400 | 1780 |
| ϑ = 5,5 м/с | 302 | 395 | 503 | 621 | 786 | 968 | 1215 | 1540 | 1957 |
| ϑ = 6 м/с | 330 | 432 | 548 | 678 | 857 | 1058 | 1328 | 1680 | 2136 |
| ϑ = 7 м/с | 385 | 504 | 640 | 791 | 1000 | 1235 | 1550 | 1960 | 2492 |
Недалеко от места присоединения к магистрали в канале устраивают лючок, он нужен для замера скорости потока после монтажа и регулировки всей вентиляционной системы.
Каналы внутри помещений
Кратность воздухообмена вентиляции.
Распределяющие каналы присоединяют основное ответвление к устройствам подачи или вытяжки воздуха из помещения: решеткам, распределительным или всасывающим панелям, диффузорам и прочим раздающим элементам. Скорости в этих отводах можно сохранять как в основном ответвлении, если мощность вентиляционного агрегата это позволяет, а можно и снизить до рекомендуемых. В таблице 4 можно увидеть расходы воздуха при различных скоростях и диаметрах каналов.
Таблица 4
| Расход, м3/ч | Ø100 мм | Ø112 мм | Ø125 мм | Ø140 мм | Ø160 мм | Ø180 мм | Ø200 мм | Ø225 мм |
| ϑ = 1,5 м/с | 42,4 | 50,7 | 65,8 | 82,6 | 108 | 137 | 169 | 214 |
| ϑ = 2 м/с | 56,5 | 67,7 | 87,8 | 110 | 144 | 183 | 226 | 286 |
| ϑ = 2,5 м/с | 70,6 | 84,6 | 110 | 137 | 180 | 228 | 282 | 357 |
| ϑ = 3 м/с | 84,8 | 101 | 132 | 165 | 216 | 274 | 339 | 429 |
| ϑ = 3,5 м/с | 99,9 | 118 | 153 | 192 | 251 | 320 | 395 | 500 |
| ϑ = 4 м/с | 113 | 135 | 175 | см. в Таблице 3 | ||||
Скорости, рекомендуемые для вытяжных и приточных решеток, а также других воздухораспределяющих устройств, необходимо соблюдать.
Воздух на выходе из них или при всасывании встречает множество небольших преград и производит шум, превышать уровень которого недопустимо. Звук выходящего из решетки потока на большой скорости обязательно будет слышен. Еще один неприятный момент: сильная воздушная струя, попадая на людей, может привести к их заболеваниям.
Вентиляционные системы с естественным побуждением обычно применяются в жилых и общественных зданиях или же в административных корпусах промышленных предприятий. Это разного рода вытяжные шахты, находящиеся во внутренних перегородках помещений, или наружные вертикальные воздуховоды. Скорость движения воздушного потока в них невелика, редко достигает 2-3 м/с в тех случаях, когда шахта имеет значительную высоту и возникает хорошая тяга. Когда речь идет о небольших расходах (порядка 100-200 м³/ч), лучшего решения, чем естественная вытяжка, не найти. Ранее и по сей день в промышленных помещениях применяют крышные дефлекторы, работающие за счет ветровой нагрузки. Скорость воздуха в таких вытяжных устройствах зависит от силы ветрового потока и достигает 1-1,5 м/с.
Измерение параметров воздушного потока при наладке системы
После того как приточная или вытяжная вентиляционная система смонтирована, необходимо ее наладить. Для этого с помощью лючков на воздуховодах измеряют скорость движения потока на всех магистралях и ветках системы, после чего производят регулировку дроссель-клапанами либо воздушными заслонками. Именно скорость воздуха в каналах является определяющим параметром при наладке, через нее и диаметр высчитывают расход на каждом из участков. Приборы, которыми проводят данные замеры, называют анемометрами. Устройства бывают нескольких типов и работают по разным принципам, каждый тип предназначен для измерения определенного диапазона скоростей.
Типы вентиляций в частном доме.
- Анемометры крыльчатого типа имеют небольшой вес, просты в обращении, но имеют некоторую погрешность измерений. Принцип работы – механический, диапазон измеряемых скоростей – от 0,2 до 5 м/с.
- Приборы чашечного типа тоже являются механическими, но диапазон проверяемых скоростей у них шире, от 1 до 20 м/с.
- Термоанемометры снимают показания не только скорости потока, но и его температуры. Принцип действия – электрический, от специального датчика, вносимого в воздушный поток, результаты выводятся на экран. Прибор работает от сети 220 В, времени на измерение требуется меньше, и погрешность у него невысокая. Существуют устройства, работающие от батареек, диапазоны проверяемых скоростей могут быть самые разные, в зависимости от типа прибора и завода-производителя.
Величина скорости движения воздушного потока, наряду с двумя другими параметрами, расходом и поперечным сечением канала, является одним из самых важных факторов работы вентиляционных систем любого назначения.
Этот параметр присутствует на всех этапах, начиная от расчета скорости воздуха в воздуховоде и заканчивая наладкой работы системы после ее монтажа и пуска.
Расчёт внутреннего диаметра трубопровода сжатого воздуха при помощи графиков
АЭРО- Каталог продукции
- Компрессоры
- Винтовые электрические компрессоры
- Компрессоры Ceccato (Италия)
- Серия CSL (0,22 — 1,63 м3/мин)
- Серия CSM (0,24 — 4,3 м3/мин)
- Серия CSA (0,49 — 2,00 м3/мин)
- Серия CSD (7,08 — 11,5 м3/мин)
- Серия DRB (1,95 — 6,1 м3/мин)
- Серия DRC (4,25 — 8,2 м3/мин)
- Серия DRM (4,56 — 7,56 м3/мин)
- Серия DRD (7,20 — 12,5 м3/мин)
- Серия DRE (11,67 — 20,02 м3/мин)
- Серия DRF (18,1 — 52,3 м3/мин)
- Серия IVR с частотным приводом (0,3 — 52,3 м3/мин)
- Серия DRM IVR (1,44 — 7,44 м3/мин)
- Серия DRA IVR (0,27-2,29 м3/мин)
- Серия DRB IVR (0,78-6,36 м3/мин)
- Серия DRC IVR (1,45-7,87 м3/мин)
- Серия DRE IVR (3,68-19,08 м3/мин)
- Серия DRF IVR (5,5-52,3 м3/мин)
- Серия DRD IVR PM (1,8-13,2 м3/мин)
- Серия CSC IVR (1,3-7,78 м3/мин) — снято с производства
- Серия CSC (3,48 — 7,80 м3/мин) — снято с производства
- Компрессоры Atlas Copco (Швеция)
- Компрессоры MARK (Италия)
- Компрессоры RENNER (Германия)
- Компрессоры COMPRAG (Германия)
- Компрессоры REMEZA (Беларусь)
- Компрессоры Fiac (Италия)
- Компрессоры Fini (Италия)
- Компрессоры ЗИФ (Россия)
- Компрессоры BERG (Германия)
- Компрессоры DALI (Китай)
- Компрессоры Abac (Италия)
- Компрессоры IRONMAC (Германия)
- Компрессоры Ceccato (Италия)
- Винтовые дизельные и бензиновые компрессоры
- Безмасляные компрессоры
- Компрессоры Ceccato (Италия)
- Компрессоры Atlas Copco (Швеция)
- Компрессоры RENNER (Германия)
- Безмасляные компрессоры RENNER серия RSW с прямым приводом
- Безмасляные компрессоры RENNER серия RSW F с прямым приводом и частотным преобразователем
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SCROLL
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SL-S 1,5 – 7,5 кВт
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLK-S 1,5 – 7,5 кВт с осушителем
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLD-S 1,5 – 7,5 кВт на ресивере 90 и 250 л
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLDK-S 1,5 – 7,5 кВт с осушителем на ресивере 90 и 250 л
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLM-S 7,5 – 30,0 кВт
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLKM-S 7,5 – 22,0 кВт с осушителем
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLDM-S 7,5 – 15,0 кВт на ресивере 500 л
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLDKM-S 7,5 – 11,0 кВт с осушителем на ресивере 500 л
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLD-S 1,5 – 7,5 кВт на ресивере 90 и 250 л
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLDK-I 1,5 – 7,5 кВт с осушителем на ресивере 90 л и 250 л
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLKT 1,5-7,5 кВт на поворотных колесах и с ручкой для перемещения
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SL-I 1,5-7,5 кВт
- Безмасляные спиральные компрессоры RENNER серия SLK-I 1,5-7,5 кВт с осушителем
- Компрессоры DALGAKIRAN (Турция)
- Компрессоры REMEZA (Беларусь)
- Компрессоры Fini (Италия)
- Компрессоры ABAC (Италия)
- Поршневые электрические компрессоры
- Стационарные на 220 В
- Стационарные на 380 В
- Компрессоры Fiac (Италия)
- Компрессоры Ceccato (Италия)
- Компрессоры Ceccato серии AGRE MKK (0,17 — 0,19 м3/мин)
- Компрессоры Ceccato серии AGRE MGK (0,18 — 0,7 м3/мин)
- Компрессоры Ceccato серии AGRE MEK (0,3 — 0,6 м3/мин)
- Компрессоры на 380В с ресивером Ceccato (0,26 — 1,21 м3/мин)
- Компрессоры на 380В на раме Ceccato (0,43 — 1,21 м3/мин)
- Компрессоры Atlas Copco (Швеция)
- Компрессоры АСО Бежецк (Россия)
- Компрессоры REMEZA (Беларусь)
- Компрессоры Fini (Италия)
- Компрессоры ABAC (Италия)
- Компрессоры ПКС (Украина)
- Компрессоры RENNER (Германия)
- Передвижные на 220 В
- Передвижные на 380 В
- Поршневые дизельные и бензиновые компрессоры
- Дожимные компрессоры (бустеры)
- Компрессоры для пневмотранспорта
- Компрессоры для электротранспорта
- Спиральные компрессоры
- Воздуходувки
- Модульные компрессорные станции
- Подбор компрессора по назначению
- Винтовые электрические компрессоры
- Подготовка сжатого воздуха и газов
- Ресиверы
- Генераторы
- Окрасочное оборудование
- Пескоструйное оборудование
- Пневмо, электро и ударный инструмент
- Hасосы и мотопомпы для жидкостей
- Вакуумные насосы
- Строительное оборудование
- Компрессоры
Как выбрать размер трубопровода сжатого воздуха?
Итак, Вам нужно узнать, как подобрать правильный размер трубопроводов сжатого воздуха. Все еще встречаются места, где размер трубы в системе сжатого воздуха слишком мал. Это либо потому, что производство со временем расширилось, и старая система стала слишком маленькой, или просто изначально были установлены неподходящие трубопроводы. В чем проблема со слишком маленькой трубой для сжатого воздуха? Это падение давления. Нужное количество сжатого воздуха попросту не пройде через эту трубу. Результатом будет является перепад давления между началом и концом трубы. Чем плох перепад давления? Это лишние затраты. Если падение давления становится слишком высоким, Вам нужно будет установить компрессор на более высокое давление. Чем оно выше, тем больше электроэнергии (и денег) он будет требовать. Поэтому желательно, чтобы падение давления составляло максимум 0,1 бар.
Что влияет на падение давления?
Конечно, не только сами трубы, но также повороты трубопровода, муфты, гибкие шланги, — все они создают перепады давления. И чем длиннее трубопровод, тем больше будет падение давления. Количество воздуха, проходящего через трубу, также влияет на величину перепада давления. Чем больше воздуха должно проходить через трубу в момент времени, тем больше падение давления. Поэтому падение давления нужно всегда измерять при всех включенных потребителях воздуха.
Ниже приведены величины, необходимые для расчета падения давления:
- диаметр трубы;
- длина трубы;
- количество изгибов, муфт и т. д.;
- поток воздуха через трубу.
Воздушный поток
Чтобы начать расчет, вам нужно знать, сколько воздуха проходит через вашу систему. Самый простой способ узнать (максимальный) расход воздуха — это посмотреть на характеристики вашего компрессора. Там всегда будет указана максимальная мощность машины в литрах в секунду, м3 в минуту или час. Есть также важная вещь. Производительность компрессора указана для стандартных условий, которые составляют 1 бар, 20 градусов по Цельсию и 0% относительной влажности. Однако производительность компрессора при нормальных условиях и фактическая производительность отличается. Таким образом, на самом деле производительность компрессора при нормальных условиях представляет собой количество воздуха, всасываемого компрессором в единицу времени. Затем воздух сжимается и транспортируется через систему трубопроводов. Таким образом, фактическая производительность компрессора будет ниже, чем производительность при нормальных условиях. Эта разница часто упускается из виду; большинство людей не знают об этом и неправильно пользуются характеристиками компрессорного оборудования.
Таблица размеров труб для сжатого воздуха
Здесь представлена простая таблица, которая ответит на все вопросы по размерам трубопроводов. В левом столбце указана производительность компрессора. Теперь измерьте или рассчитайте общую длину Ваших трубопроводов сжатого воздуха и посмотрите на верхнюю строчку. Таким образом Вы можете узнать нужный диаметр трубы в мм. Эта таблица рассчитана на давление компрессора 7 бар и максимальный перепад давления 0,3 бар. Указанные значения относятся к прямой трубе без каких-либо поворотов, клапанов и т.д. Как рассчитать влияние этих факторов можно узнать из следующего абзаца.
Таблица 1: диаметры трубопроводов сжатого воздуха (в миллиметрах).
| Произв., м3/ч | 50 м | 100 м | 150 м | 300 м | 500 м | 750 м | 1000 м | 2000 м |
| 10 | 15 | 15 | 15 | 20 | 20 | 25 | 25 | 25 |
| 30 | 15 | 15 | 15 | 25 | 25 | 25 | 25 | 40 |
| 50 | 15 | 25 | 25 | 25 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 70 | 25 | 25 | 25 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 100 | 25 | 25 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 63 |
| 150 | 25 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 63 |
| 250 | 40 | 40 | 40 | 40 | 63 | 63 | 63 | 63 |
| 350 | 40 | 40 | 40 | 63 | 63 | 63 | 63 | 80 |
| 500 | 40 | 40 | 63 | 63 | 63 | 63 | 63 | 80 |
| 750 | 40 | 63 | 63 | 63 | 63 | 80 | 80 | 100 |
| 1000 | 63 | 63 | 63 | 63 | 63 | 80 | 80 | 100 |
| 1250 | 63 | 63 | 63 | 63 | 63 | 100 | 100 | 100 |
| 1500 | 63 | 63 | 63 | 80 | 80 | 100 | 100 | 125 |
| 1750 | 63 | 63 | 80 | 80 | 80 | 100 | 100 | 125 |
| 2000 | 63 | 80 | 80 | 80 | 100 | 100 | 100 | 125 |
| 2500 | 63 | 80 | 80 | 80 | 100 | 125 | 125 | 125 |
| 3000 | 80 | 80 | 76 | 100 | 100 | 125 | 125 | 150 |
| 3500 | 80 | 80 | 100 | 100 | 125 | 125 | 125 | 150 |
| 4000 | 80 | 100 | 100 | 100 | 125 | 125 | 125 | 150 |
| 4500 | 80 | 100 | 100 | 125 | 125 | 125 | 150 | 150 |
| 5000 | 80 | 100 | 100 | 125 | 125 | 150 | 150 | 150 |
Влияние изгибов, муфт и других составляющих трубопровода на падение давления
Ниже приведена таблица для определения того, как различные составляющие трубопровода влияют на перепад давления. Значение зависит от диаметра трубы. Чтобы узнать эквивалентную длину трубы для клапана или изгиб в вашей системе, просто посмотрите на диаметр трубы Вашей системы сжатого воздуха, чтобы найти эквивалентную длину трубы клапана или изгиб. Например, колено в 25-миллиметровой трубе имеет эквивалентную длину трубы 1,5 метра. Это означает, что это колено создаст такое же падение давления, как и 1,5 метра прямой трубы.
Таблица 2. Эквивалентные длины труб (значения в метрах).
| Диаметр трубопровода | 25 мм | 40 мм | 50 мм | 80 мм | 100 мм | 125 мм | 150 мм |
| Изгиб 90° (R=d) | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 |
| Bend 90° (R=2d) | 0.15 | 0.25 | 0.3 | 0.5 | 0.8 | 1.0 | 1.5 |
| Колено (90°) | 1.5 | 2.5 | 3.5 | 5 | 7 | 10 | 15 |
| Т-образное соединение | 2 | 3 | 4 | 7 | 10 | 15 | 20 |
| Обратный клапан | 8 | 10 | 15 | 25 | 30 | 50 | 60 |
| Диафрагменный клапан | 1.2 | 2.0 | 3.0 | 4.5 | 6 | 8 | 10 |
| Задвижка | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 |
Пример расчета требуемого диаметра трубы
Предположим, у нас есть винтовой компрессор мощностью 30 кВт производительностью 250 Нм3/час (4200 Нл/мин. Есть также труба диаметром 40 мм и нам нужно проверить, правильно ли подобран ее диаметр.
Допустим, у нас есть 20 метров трубы с углом 90 градусов (R=2d означает, что радиус изгиба в 2 раза больше диаметра трубы) и обратный клапан, а затем снова 4 метра трубы.
Эквивалентная длина трубы для такого изгиба составляет 0,25 метра. Эквивалентная длина трубы для обратного клапана составляет 10 метров. Общая длина теперь составляет: 20 + 0,25 +10 + 4 = 34,25 метра.
Теперь мы можем найти требуемый диаметр трубы в таблице 1 для длины трубы 34,25 метра и производительности 250 Нм3/час. Получим диаметр трубы 40 мм.
Для новой системы, если Вы не уверены, сколько изгибов, клапанов и т.д будет в системе, умножьте длину трубопровода на 1.7.
| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Технологии и чертежи / / Пневматика — пневматические системы / / Расход воздуха (расходные характеристики) пневматических трубок 0-6 бар в зависимости от длины трубки. Внутренние диаметры 2, 4, 6,8, 10, 12,5 мм Поделиться:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Коэффициент сжимаемости воздуха — wiki-fire.org
Коэффициент сжимаемости воздуха — показатель степени сжимаемости воздуха в зависимости от давления и температуры. Используется при проведении расчетов параметров работы в средствах индивидуальной защиты органов дыхания
Обозначается — Ксж
О коэффициенте сжимаемости
Коэффициент сжимаемости воздуха (Далее – Коэффициент) используется при расчете времени работы в СИЗОД, и предназначен для определения реального объема закачанного в баллоны воздуха.| (1) |
Vб – объем баллонов, л;
P – давление в баллонах, атм.
Коэффициент при любых условиях расчета параметров работы в СИЗОД принимается равным 1,1.
| (2) |
Таким образом, зная реальный запас воздуха в баллонах, можно легко вычислить время работы газодымозащитника в СИЗОД. Для этого достаточно разделить реальный запас воздуха на его расход газодымозащитником (в общем случае принимается среднее значение – 40л/мин):
| (3) |
| (4) |
Термин «сжимаемость» также используется в термодинамике для описания отклонений термодинамических свойств реальных газов от свойств идеальных газов. Коэффициент сжимаемости определяется как:
| (5) |
T — температура,
V — молярный объём.
Коэффициент зависит как от температуры вещества, так и от давления. Таким образом, при давлениях 200 атм и 300 атм коэффициент будет разным. При этом даже при различной температуре воздуха коэффициент так же меняется!
Таблица значений коэффициента
Значения коэффициента сжимаемости воздуха при различных давлениях и температурах
Значения коэффициента сжимаемости воздуха при различных давлениях и температурах
Зависимость коэффициента сжимаемости воздуха от давления (по оси x, атм) и температуры (согласно графиков)
Зависимость коэффициента сжимаемости воздуха от давления (по оси x, атм) и температуры (согласно графиков)
Голубой — данные получены интерполяцией экспериментальных значений
Серый — экспериментальные значения
Жирным цветом с подчеркиванием выделены значения наиболее интересные с точки зрения ГДЗС.
Скачать таблицу в Excel
Из приведенной информации видно, что в большинстве интересующих ГДЗС случаев, коэффициент отличается от единицы на тысячные доли, что может быть пренебрежимо. И только при давлениях приближающихся к 300 атмосферам, он начинает увеличиваться и приближаться к 1,1 используемому в расчетах.
Важно понимать, что расчет реального запаса сжатого воздуха уместно делать только в момент, когда баллон только что был наполнен, так как в дальнейшем при работе в аппарате, воздух расходуется, давление в баллонах уменьшается, а следовательно и коэффициенты изменяются. С точки зрения формул 1 и 4, должен измениться и запас воздуха в баллонах, однако это не возможно! Именно поэтому, сейчас, при расчетах для ДАСВ коэффициент принимается равным 1,1 (так как рабочее давление баллонов достигает 300атм) при любых условиях, а для ДАСК — 1 (давление баллонов не превышает 200атм). По этой же причине ранее, в расчетах, для дыхательных аппаратов АИР-2, коэффициент принимался 1 — так как рабочее давление в баллонах данного ДАСВ было 200атм[6].
- Методические указания по проведению расчетов параметров работы в средствах индивидуальной защиты органов дыхания и зрения. Москва 5.08.2013. утв. А.П. Чуприян.
- oat.mai.ru — 3.2.1.Основные параметры и свойства воздуха в атмосфере
- dic.academic.ru Сжимаемость
- en.wikipedia.org — Compressibility factor
- Сжимаемость — Википедия
- Приказ МВД РФ от 30.04.1996 № 234 Об утверждении «Наставления по газодымозащитной службе Государственной противопожарной службы МВД России»
ГДЗС
СИЗОД
ДАСВ
ДАСК
Расчеты параметров работы в СИЗОД
Вверх
Obsidian
Building Science Introduction — Air Flow
Строительная наука Введение
Многие аспекты проектирования, строительства и эксплуатации здания могут повлиять на здоровье и комфорт людей, находящихся в здании. Это введение посвящено трем конкретным областям:
- Расход воздуха
- Тепловой поток
- Moisture Flow.
Для каждого из этих вопросов во введении исследуются причины, меры контроля и влияние как на здания, так и на жителей.Это введение определяет многие теории, лежащие в основе требований ENERGY STAR New Homes.
Расход воздуха
Проще говоря, воздуху необходимо отверстие или отверстие, через которое он протекает, и движущая сила, чтобы его переместить. Многие факторы влияют на то, как воздушный поток влияет на дом. В этом разделе исследуются силы и условия, которые позволяют воздуху попадать в здание, из него или внутри него, в том числе:
- Контролируемый поток воздуха против неконтролируемого
- Причины возникновения атмосферного давления
- Отверстия и дорожки
- Эффекты воздушного потока.
Для того, чтобы воздух мог поступать в здание, из него или внутри него, должны быть выполнены два требования: должно существовать отверстие или путь для прохождения воздуха, и должна быть движущая сила. Воздушные потоки внутри зданий могут быть контролируемыми или неконтролируемыми. В любом случае фактический поток воздуха определяется несколькими факторами, включая размер отверстия, сопротивление потоку и влияние давления.
Контролируемый поток воздуха против неконтролируемого
Контролируемый воздушный поток
Управляемый воздушный поток создается механическим устройством и предназначен для вентиляции здания и / или распределения кондиционированного воздуха по всему зданию.Системы вентиляции, вентиляторы, точечные вентиляторы, поток подпиточного воздуха, а также системы отопления и кондиционирования являются типичными источниками регулируемого потока воздуха.
Неконтролируемый поток воздуха
Неконтролируемый воздушный поток — это любое непреднамеренное движение воздуха внутрь, наружу или внутри здания. Это может быть вызвано ветром, силой нагретого воздуха, поднимающегося внутри здания, или выходящими из строя вентиляторами. Утечки в системе распределения воздуха в здании также являются неконтролируемым потоком воздуха.
Ограничивающие факторы воздушного потока
Определители расхода .Количество воздуха, проходящего через отверстие, ограничено тремя факторами:
- Эффективный размер отверстия
- Величина давления через отверстие
- Количество времени, в течение которого присутствует давление.
Воздействие давления . Воздух всегда течет из зоны высокого давления в зону низкого давления, как вода, текущая под гору. Следовательно, без эффективного барьера воздух за пределами дома с более высоким давлением всегда будет пытаться проникнуть в дом.Точно так же внутренний воздух под высоким давлением по отношению к наружному воздуху всегда будет пытаться выйти из дома.
Путь наименьшего сопротивления . Природа воздушного потока всегда ищет путь наименьшего сопротивления. Если выбрать несколько отверстий для входа в здание или выхода из него, воздух будет проходить через самое большое отверстие с наименьшим сопротивлением.
Один кубический фут на входе = один кубический фут на выходе . Вообще говоря, на каждую порцию воздуха, попадающую в дом, равное количество воздуха должно также выходить из здания, и наоборот.Одним из примеров этого правила является сушилка для одежды: если сушилка выпускает из здания 200 кубических футов в минуту (CFM) воздуха, то 200 кубических футов в минуту должны поступать в здание, чтобы заменить выпущенный воздух. В такой ситуации прикладная строительная наука задается вопросом: «Где этот подпиточный воздух попадает в здание и каковы его эффекты?»
Измерение давления
Один из способов измерения очень малых давлений — это единицы, называемые паскалями. На кусок хлеба оказывается давление около 1 Паскаля, оказываемое кусочком масла.Поскольку Паскаль представляет собой очень маленькую величину давления, для его измерения требуется точный манометр. Эти перепады давления обычно измеряются через границы и барьеры. Например, измерение перепада давления на внешней стене здания определяет давление внутри дома по отношению к давлению воздуха снаружи. Обычная причина измерения давления — убедиться, что устройства сгорания работают правильно.
Причины давления воздуха
Перепады давления в отверстиях, границах и барьерах внутри здания вызываются одной из трех сил: ветром, теплом или вентиляторами.
Ветер
Ветер, дующий на здание, может вызвать большие перепады давления между одной стороной здания и другой, в зависимости от скорости и направления ветра. На наветренной стороне здания ветер создает положительное давление снаружи, заставляя воздух попадать в здание. На подветренной стороне здания возникает отрицательный перепад давления по отношению к внутренней части здания, и воздух выходит из здания через отверстия и другие места утечки.Воздействие ветра на здание зависит от четырех факторов:
- Количество и размер отверстий в здании
- Где расположены отверстия
- Среднее количество времени, в течение которого дует ветер (например, здания, расположенные на открытых равнинах, на вершинах гор или рядом с большими водоемами, подвергаются воздействию ветра в течение более длительных периодов времени, чем другие здания)
- Количество имеющейся защиты, например, от деревьев, холмов и других зданий
Тепло
Давление также вызвано плавучестью горячего воздуха, который естественным образом пытается подняться на крышу здания.Это называется давлением в штабеле. Величина этого давления зависит от разницы температур внутри и снаружи здания, а также от высоты здания
. Если высота здания или перепад температур увеличиваются вдвое, давление в дымовой трубе также увеличивается вдвое. Вообще говоря, верхние области здания находятся под положительным давлением по отношению к внешней стороне, а нижние области находятся под отрицательным давлением по отношению к внешней стороне.
Плоскость нейтрального давления
В одном здании могут одновременно существовать как зоны положительного, так и отрицательного давления, с зоной нейтрального давления между ними.Эта область между двумя зонами давления известна как плоскость нейтрального давления. В нейтральной плоскости воздух не входит и не выходит из дома; с нижней стороны самолета воздух втягивается в жилище, а с верхней стороны воздух вытесняется. Поскольку воздух не движется в плоскости нейтрального давления, наибольшее проникновение или эксфильтрация воздуха происходит в тех точках дома, которые наиболее удалены от плоскости.
Вентиляторы
Вентиляторы (особенно вытяжные вентиляторы и кондиционеры HVAC) могут влиять на изменение давления по-разному.В идеальных расчетных условиях ни один из них не должен отрицательно влиять на утечку в здании. К сожалению, утечка в оболочке здания или в воздуховоде, или дисбаланс в подающем и обратном воздуховодах может привести к резким последствиям этих вентиляторов. В то время как естественные силы (ветер и дымовая труба) создают давление на жилые дома от 1 до 10 Па, вентиляторы могут создавать давление до 60 Па.
Вытяжные вентиляторы
Вытяжные вентиляторы (вытяжные вентиляторы для ванной комнаты, кухни и прачечной, вентиляторы варочных панелей, сушилки и центральные вакуумные системы) забирают воздух из жилой зоны дома.Этот воздух необходимо заменить воздухом, всасываемым снаружи. Без надлежащей конструкции эти вентиляторы часто конкурируют с каминами, газовыми водонагревателями, печами, котлами и другими устройствами для сжигания воздуха внутри здания.
Вентиляторы HVAC
Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), допускающие утечку воздуха, могут создавать перепады давления в оболочке зданий. Если есть утечка в воздуховоде, она будет усугублена вентиляторами HVAC.
Существует два типа утечек из системы воздуховодов: утечка из воздуховода наружу и утечка из воздуховода внутрь здания.Утечка из системы воздуховодов внутрь или за пределы дома через приточные или возвратные каналы может иметь серьезные последствия.
Утечка в воздуховоде
Системы воздуховодов, протекающие наружу здания как на подающей, так и на обратной стороне системы, могут привести к увеличению скорости инфильтрации на целых 300%. Как отмечалось ранее, каждый кубический фут воздуха, потерянного наружу из-за утечки в воздуховоде, должен быть заменен. Оказавшись в замкнутом круге, воздух, потерянный из каналов, должен быть заменен наружным воздухом, всасываемым через утечки в каркасе здания.К сожалению, большая часть протечек в воздуховодах происходит в худшую погоду — в разгар лета и зимы, когда наибольшим спросом пользуются энергоэффективность и комфорт. Утечка со стороны подачи наружу может вызвать отрицательный перепад давления в здании по отношению к внешней стороне. С другой стороны, обратная утечка может вызвать положительный перепад давления в здании по отношению к внешней стороне. В среднем такая утечка может вызвать увеличение потребления энергии для отопления и охлаждения на 10–20%, а также снижение эффективности оборудования для нагрева и охлаждения на 20–50%.
Утечка из системы воздуховодов внутрь здания не приводит к значительному увеличению потребления энергии или снижению эффективности оборудования. Утечка подачи во внутреннюю часть здания, такую как воздуховоды, расположенные между этажами, стенами, чуланами и подвалами, может создать давление на небольшую локализованную область, в результате чего остальная часть здания в ответ сбросит давление. Точно так же обратная утечка может снизить давление в зоне, где она расположена, в результате чего остальная часть здания окажется под давлением. Утечка из воздуховодов внутрь здания является скорее источником комфорта и проблем со здоровьем и безопасностью, чем причиной проникновения.
Было обнаружено, что обратная утечка в местах расположения приборов для сжигания (подвалы, помещения с оборудованием и туалеты) вызывает утечку, обратную тягу, образование окиси углерода и распространение пламени, что приводит к пожару. Важность этого факта трудно переоценить.
Дисбаланс воздушного потока
Дисбаланс воздушного потока через внутренние или внешние стены, потолки и полы также может вызывать перепад давления. Несбалансированный воздушный поток может возникнуть, если подача и возврат в зону не равны или если закрытые внутренние двери блокируют подающий и возвратный пути.
Несбалансированная поставка и возврат
Несбалансированный поток часто возникает, когда в комнату подается больше приточного воздуха, чем выводится за счет возврата, что позволяет создать в помещении давление. Это может привести к просачиванию воздуха через стены комнаты или попаданию на чердак или в подполье. Точно так же, если обратный поток из комнаты больше, чем поток подачи, в комнате может снизиться давление, втягивая воздух снаружи.
Закрытие внутренней двери
Здания с централизованной системой возврата могут испытывать большие перепады давления при закрытии некоторых внутренних дверей.Эта конструкция HVAC обеспечивает подачу воздуха в каждую комнату, но не имеет возврата в каждую комнату. Когда дверь закрывается, она становится барьером между обратным воздухом, расположенным в основном корпусе дома, и приточным воздухом, подаваемым в закрытое помещение. Возврат пытается втянуть этот недостающий воздух из остальной части дома, сбрасывая давление в основной части дома и, возможно, вызывая проблемы обратного вытягивания с любыми каминами, дровяными печами или другими устройствами для сжигания.
Аналогичным образом, без каких-либо локальных возвратов, в закрытых помещениях создается давление, в результате чего теплый, влажный внутренний воздух проникает в стены и потолки, что может приводить к росту плесени и даже гниению структурных узлов.
В обоих случаях величина этих перепадов давления зависит от герметичности помещений по отношению к основному корпусу дома и снаружи, а также от количества воздуха, подаваемого в каждую комнату.
Отверстия и дорожки
Как объяснялось ранее, для неконтролируемого притока воздуха (инфильтрации) в здание в его оболочке должны существовать отверстия. Уменьшите количество отверстий в здании, и вы уменьшите количество неконтролируемого воздушного потока.В зданиях есть только два типа дыр: нестандартные и спроектированные. Спроектированные отверстия, как следует из названия, это те, которые необходимы для правильного потока воздуха, такие как вентиляционные отверстия и дымоходы. Однако непроектированные отверстия допускают неконтролируемую утечку воздуха и лишают дом его эффективности и здоровой окружающей среды.
Отверстия без конструкции
Непроектированные дыры в доме обнаружены на чердаке, в стенах и полу. Любые из этих отверстий, которые выходят на улицу, должны быть надлежащим образом заблокированы, заделаны, закупорены прокладками или иным образом надлежащим образом закрыты.
Иногда эти отверстия соединяются с полостями в полу, стенах или потолке, или с пространствами под ваннами и лестницами, вокруг дымоходов, над шкафами и т. Д. Эти пространства становятся путями для движения воздуха между внутренней и внешней частью здания.
Например, воздух может просачиваться в пространство между потолком первого этажа и полом второго этажа, если ленточная балка не герметизирована. Этот воздух и любая переносимая им влага могут затем свободно проходить через утопленные светильники, подвесные потолки над шкафами и т. Д., и вызывают серьезные проблемы с влажностью и комфортом.
Нереализованные отверстия должны быть герметизированы и заблокированы для предотвращения потенциального распространения сквозняков, дыма и огня.
Расчетные отверстия
Проектированные отверстия включают любые отверстия или системы, которые предназначены для прохождения воздуха через них в определенном направлении. Спроектированные отверстия не должны блокироваться, загерметизироваться, ограничиваться или иметь обратное направление потока. Примеры таких отверстий включают дымоходы и вентиляционные отверстия, дымоходы, вентиляторы подпитки, вытяжные вентиляторы, вентиляционные отверстия сушилки, вентиляторы варочной панели, системы вентиляции, центральные пылесосы, окна и двери, а также входные и выходные отверстия для свежего воздуха.
При исследовании потока воздуха в здание и из него прикладная строительная наука рассматривает три проблемных области: воздействие на людей, находящихся в нем, влияние на долговечность и структурную целостность здания и влияние на энергоэффективность здания.
Влияние воздушного потока
Воздействие воздушного потока на людей
Неправильный воздушный поток может иметь серьезные последствия для здоровья и безопасности людей в здании, способствуя росту плесени, распространению загрязняющих веществ и, возможно, создавая обратную тягу устройств сжигания.
Сжигание
Отрицательное давление может вызвать обратную тягу и длительную утечку из каминов, газовых водонагревателей, печей, котлов или любого другого устройства, которое использует воздух в помещении для сгорания. Это также может вызвать выкатывание пламени из нижней части жилых водонагревателей и увеличение образования монооксида углерода
как в водонагревателях, так и в печах.
Влага / плесень
В летние месяцы отрицательное давление внутри дома может втягивать теплый влажный воздух снаружи.Когда этот влажный воздух соприкасается с поверхностями, температура которых ниже точки росы, часто образуется конденсат, который является отличной средой для размножения плесени и других форм плесени, которые являются известными раздражителями дыхательных путей. То же самое верно и зимой, если в доме повышенное давление, из-за которого влажный воздух выходит из здания.
Загрязняющие вещества
Воздух в доме часто содержит много загрязняющих веществ, таких как дым, пыльца, пылевые клещи, шерсть животных, радон и пары чистящих средств.Твердые загрязнители и летучие органические соединения (ЛОС) переносятся из одной части дома в другую непредусмотренным воздушным потоком. Почвенные газы (например, радон) могут попадать в здание из подполья или подвала за счет отрицательного давления. Устройства для сжигания и камины могут создавать обратную тягу, в результате чего в дом попадает угарный газ.
Комфорт
Фактическое движение воздуха в здании часто может влиять на комфорт пассажиров. Зимой движение более прохладных воздушных потоков часто воспринимается как нежелательный «сквозняк».«Летом, однако, движение воздуха по обнаженной коже усиливает испарение, заставляя пассажиров чувствовать себя прохладнее и суше. Это движение воздуха может быть вызвано конвекционными потоками или механическими средствами.
Конвекционные токи
Воздух естественно поднимается при нагревании и опускается при охлаждении; такие движения известны как конвекционные токи. Эти токи могут возникать всякий раз, когда воздух в здании неконтролируемо нагревается или охлаждается из-за ненадлежащим образом изолированных поверхностей (т.е., стены плохо утеплены, окна одинарные). В результате пассажиры часто чувствуют «сквозняки» и испытывают дискомфорт.
Конвекционные токи также могут возникать в полостях здания. Примеры этой ситуации:
- Полость герметична внутри здания, но негерметична снаружи. Это позволяет воздуху внутри полости нагреваться или охлаждаться за счет его контакта с внешней средой, что приводит к конвекционным токам.
- Полость плотно прилегает к внутренней части здания и снаружи, но между изоляцией и внешними поверхностями полости существуют зазоры, позволяющие циркулировать конвекционным токам.
- Полость негерметична как внутри, так и снаружи здания, и воздух в полости нагревается. Это позволяет воздуху просачиваться в полость в любом направлении, где он нагревается; затем он развивает конвекционные токи. Этот наихудший сценарий допускает прямую утечку наружного воздуха внутрь и наоборот.
Механические силы
Оборудование для обогрева и охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха предназначено для перемещения определенного количества кондиционированного воздуха по всему зданию.Если воздух движется слишком быстро, это может оказать заметное охлаждающее воздействие на пассажиров. Это вызывает дискомфорт в зимние месяцы, вызывая жалобы на «сквозняки», но на самом деле может повысить комфорт пассажиров летом. Правильный дизайн оборудования и воздуховодов HVAC и правильная ориентация регистров воздуховодов могут помочь уменьшить этот эффект.
Влияние воздушного потока на прочность здания
Неправильный поток воздуха может втягивать влажный воздух снаружи или выталкивать влажный внутренний воздух в стены, потолки и другие структурные узлы.В любом случае эта переносимая воздухом влага может серьезно повлиять на долговечность здания.
Конденсация образуется, когда воздух с высокой относительной влажностью (в помещении или на улице) контактирует с поверхностями, температура которых ниже точки росы. Будь то внутренние подоконники или скрытые конструктивные элементы, как только древесина впитает 30% своего веса в воде,
может начать гнить. Самый эффективный подход к уменьшению переносимой воздухом влаги — это плотная изоляция здания от проникновения или эксфильтрации воздуха.Это сохраняет влажный наружный воздух снаружи и позволяет системе вентиляции и кондиционирования здания удалять излишки влаги из воздуха внутри здания.
Влияние воздушного потока на энергоэффективность
Нежелательный поток воздуха может снизить энергоэффективность здания, даже если здание плотно закрыто снаружи. Следующие примеры демонстрируют этот эффект как для воздушного потока, который увеличивает скорость воздухообмена в здании, так и для воздушного потока, который этого не делает.
Воздушный поток, увеличивающий скорость воздухообмена в здании
Когда оборудование для обогрева и охлаждения изначально рассчитано для здания, при расчетах тепловой нагрузки предполагается естественная скорость инфильтрации (неконтролируемый поток воздуха). Более высокая скорость инфильтрации означает более низкую общую эффективность здания. На скорость инфильтрации и последующую потерю эффективности могут влиять как естественные, так и механические движения воздуха.
Естественный поток воздуха, увеличивающий скорость воздухообмена в здании .Силы ветра и стека вызывают проникновение определенного количества воздуха в большинство зданий. В старых зданиях каждый час может входить и выходить количество, равное всему объему дома. Это называется одной заменой воздуха в час (ACH). Некоторые недавно построенные дома могут пострадать только 0,25 ACH или меньше. Воздействие ветра и стека можно уменьшить, плотно закрыв все непроектированные отверстия в каркасе здания.
Механический воздушный поток, увеличивающий скорость воздухообмена в здании .Вентиляторы HVAC и другие механические силы могут иметь гораздо большее влияние на скорость воздухообмена в здании, чем естественные силы. Исследования показали, что утечка в воздуховоде и дисбаланс могут увеличить скорость инфильтрации на целых 300%. Механическое проникновение также может вызвать прохождение воздуха через тепловую границу здания. Неконтролируемое проникновение воздуха, вызванное механическими системами, можно контролировать путем герметизации отверстий в воздухораспределительных системах и надлежащего уравновешивания воздушного потока и давления во всем здании.
Воздушный поток, который не увеличивает скорость изменения воздуха в здании
Конвекционные токи внутри некоторых полостей являются примером воздушного потока, который может снизить общую энергоэффективность системы здания, даже если он не увеличивает скорость инфильтрации или воздухообмена.
Расход воздуха в полостях зданий . Даже герметичные снаружи полости могут повлиять на энергоэффективность здания. Эти обычно кондиционируемые помещения (например, туалеты в холле), если они открыты внутрь дома, но не получают воздух из системы HVAC, становятся потенциальным поглотителем тепла (или охлаждения).Например, если внутренние стены или подвесной потолок открыты для чердака, тогда, когда воздух внутри этих пространств нагревается, он поднимется, чтобы заполнить чердак. Это увеличивает объем кондиционируемого пространства в здании и включает в себя чердак, увеличивая потребность здания в энергии и, возможно, снижая уровень комфорта. В этом случае оборудование HVAC должно работать сверхурочно, чтобы обогреть или охладить пространство, которое никто не занимает. В такой ситуации здание может быть очень герметичным в соответствии с тестом на дверь с вентилятором, но при этом потреблять необычно большое количество энергии.Очевидным решением таких проблем является обеспечение того, чтобы все возможные пути прохождения воздуха были плотно закрыты как внутри, так и снаружи здания.
Тепловой байпас . Любой кондиционированный воздух, который может проходить через изоляцию или вокруг нее в некондиционированное пространство, снижает энергоэффективность здания. Такая потеря эффективности называется тепловым байпасом. Чтобы предотвратить потери такого типа, здания должны быть герметично изолированы от воздуха, а вся изоляция должна быть установлена непосредственно напротив прилегающего воздушного барьера, чтобы не было непреднамеренных воздушных пространств.
.кубических футов в минуту по сравнению с ACFM и ICFM
кубических футов в минуту — стандартных кубических футов в минуту
Обычно потребление сжатого воздуха измеряется в стандартных кубических футах в минуту — кубических футов в минуту.
SCFM — Стандартные кубические футы в минуту — определяет вес воздуха в фиксированных или «стандартных» условиях. Есть несколько определений SCFM. Чаще всего в США используются свойства «на уровне моря»:
- 14,696 фунтов на квадратный дюйм (psia)
- 60 градусов по Фаренгейту ( o F) (520 o R).
- 0% Относительная влажность (RH)
Европейцы обычно используют one ata и 0 o C в качестве SCFM.
ACFM — Фактические кубические футы в минуту
Реальные «фактические условия» редко бывают «стандартными условиями». Когда давление
- применяется к объему воздуха — он становится меньше
- К некоторому объему воздуха применяется вакуум — он расширяется
Фактический объемный расход воздуха часто называют ACFM — Фактические кубические футы в минуту .
Фактическое значение кубических футов в минуту — ACFM — зависит от
- давления
- температуры
- влажности
фактического воздуха.
Преобразование из SCFM в ACFM может быть выражено
ACFM = SCFM [P std / (P act — P sat Φ)] (T act / T std ) (1 )
, где
ACFM = Фактические кубические футы в минуту
SCFM = стандартные кубические футы в минуту
P std = стандартное абсолютное давление воздуха (psia)
26 P act = абсолютное давление на фактическом уровне (psia)P sat = давление насыщения при фактической температуре (psi)
Φ = Фактическая относительная влажность
T act = Фактическая окружающая среда температура воздуха ( o R)
T std = Стандартная температура ( o R)
Примечание!
P sat Φ
act
Связанные мобильные приложения из Engineering ToolBox 
— бесплатные приложения для автономного использования на мобильных устройствах.
Онлайн SCFM — Калькулятор ACFM
Калькулятор ниже можно использовать для расчета ACFM:
Пример — От SCFM до ACFM
Фактический CFM компрессора, работающего в «нестандартных» условиях, таких как
- высота 5000 футов ( 1500 м) — атмосферное давление P act = 12,23 psia
- температура 80 o F — абсолютная температура T act = 540 o R
- давление насыщения P sat = 0.5069 psia
- относительная влажность Φ = 80%
- потребность: 100 SCFM
можно рассчитать как
ACFM = (100 SCFM) [(14,7 psia) / ((12,23 psia) ) — (0,5069 фунтов на кв. Дюйм) (80/100))] ((540 o R ) / (520 o R))
= 129,1
ICFM — кубических футов на входе в минуту
кубических футов на входе в минуту — ICFM — используется поставщиками компрессоров для создания условий перед дополнительным оборудованием, таким как входной фильтр, нагнетатель или усилитель.
Когда воздух проходит через фильтр, давление падает. Преобразование из ACFM в ICFM может быть выражено как
ICFM = ACFM (P act / P f ) (T f / T act ) (2)
где
ICFM = Входные кубические футы в минуту
P f = Давление после фильтра или входного оборудования (фунт / кв. Дюйм)
T f = Температура после фильтра или входного оборудования ( o R)
Примечание!
Закон идеального газа точен только при относительно низких давлениях и высоких температурах.Чтобы учесть отклонение от идеальной ситуации, включен еще один фактор. Он называется коэффициентом сжимаемости газа или Z-фактором . Этот поправочный коэффициент зависит от давления и температуры для каждого рассматриваемого газа.
Закон истинного газа или Закон неидеального газа принимает следующий вид:
PV = Z n RT (3)
, где
Z = коэффициент сжимаемости газа
n = количество моль газа
Коэффициенты преобразования объема воздуха
Коэффициенты преобразования объема воздуха, относящиеся к воздуху с температурой 70 ° F (21.1 ° C) :
| Температура воздуха | Коэффициент | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ° F | ° C | |||||||||
| 0 | -17.2 | 1.152 | 1,128 | |||||||
| 20 | -6,7 | 1,104 | ||||||||
| 30 | -1,1 | 1,082 | ||||||||
| 40 | 4,4 | 1.060 | ||||||||
| 50 | 10,0 | 1,039 | ||||||||
| 60 | 15,6 | 1.019 | ||||||||
| 70 | 21,1 | 0,981 | ||||||||
| 90 | 32,2 | 0,964 | ||||||||
| 100 | 37,8 | 0,946 | ||||||||
| 110 | 43.3 | 0,930 | ||||||||
| 120 | 48,9 | 0,914 | ||||||||
| 130 | 54,4 | 0,898 | ||||||||
| 140 | 60,0 | |||||||||
| 160 | 71,1 | 0,855 | ||||||||
| 170 | 76,7 | 0,841 | ||||||||
SI_A19_Ch23.fm
% PDF-1.4 % 1451 0 объект > endobj 1449 0 объект > endobj 1450 0 объект > поток применение / PDF