ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

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

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

При аэродинамическом расчете вентиляционных систем схему раз­бивают на отдельные расчетные участки. Расчетный участок характери­зуется постоянным расходом воздуха. Границами между отдельными участками схемы служат тройники. Потери давления на участке зависят от скорости движения воздуха и складываются из потерь на трение и по­терь в местных сопротивлениях.

Так же, как при гидравлическом расчете системы отопления, в си­стеме вентиляции намечается основное расчетное йаправление — маги­страль, представляющая собой цепочку последовательно расположен­ных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления. При наличии двух или более таких цепочек, одинаковых по протяжен­ности, за магистральное направление принимается наиболее нагружен­ная (имеющая больший расход).

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

Существует много различных способов расчета вентиляционных систем. Некоторые из них получили широкое распространение в проект­ной практике.

Мы рассмотрим лишь классические инженерные способы решения прямой и обратной задач аэродинамического расчета.

Аэродинамический расчет систем вентиляции с механическим по­буждением движения воздуха несколько упрощен по сравнению ^гид­равлическим расчетом систем отопления, так как в данном случае раз­меры поперечного сечения отдельных участков принимаются по допу­стимым (рекомендуемым) скоростям движения воздуха. Аэродинамиче­ский расчет вентиляционной системы, состоящий из двух этапов: расчета участков основного направления — магистрали и увязки всех остальных участков системЬі, проводится в такой последовательности.

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

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

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

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

— > (XI. 32)

Где Lp — расчетный расход воздуха на участке, м3/с; — рекомендуемая ско­рость движения воздуха на участке, м/с (принимается по табл. XI.3).

Рекомендуемые скорости определены из экономических соображений. Оптимальная скорость соответствует минимуму приведенных затрат — сумме капитальных затрат (стоимость воздуховодов, вентилятора, двигателя и пр.) и эксплуатационных расходов (электроэнергия) за период окупаемости. Кроме экономических соображений при опреде­лении рекомендуемых скоростей учтены технические требования. Например, из условий снижения шума скорость в воздуховодах в промышленных зданиях не рекомендуется более 10 м/с, в общественных зданиях 8 м/с. В системах с естественным побуждением движения воздуха рекомендуемые скорости ниже, так как в этих системах располага­емое давление ограничено. Воздуховоды сильно загромождают помещение, поэтому в отдельных частях системы принимают максимально допустимые скорости движения воздуха. Рекомендуется меньшую скорость принимать на концевых участках системы, постепенно увеличивая ее для других участков магистрали. На участке с большим рас­ходом принимается большая скорость.

Таблица XI.3

По величине fp подбирают стандартные размеры воздуховода или% канала так, чтобы фактическая площадь поперечного сечения /ф«/р.

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

5. Определение фактической скорости. Фактическую скорость определяют по формуле

/Ф

По этой величине вычисляют динамическое давление на участке.

6. Определение потерь давления на трение. По но­мограммам или по таблицам определяют R=f(v, d) и (Зш. Потери дав­ления на трение на расчетном участке равны R (заносятся в расчет­ную таблицу).

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

И динамическому давлению определяют потери давления в местных сопротивлениях на участке:

Pv2

Z = 2Ј,~. ' (XI.34)

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

С/«с т(~)а. (Х1-35)

Где £т — табличное значение коэффициента местного сопротивления; ут — скорость воздуха, рекомендуемая в таблицах для определения г.

8. Определение потерь давления на расчетном участке. Потери давления на і-м участке равны

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

N

ДРп = Е (ярш 1 + г)і + 2Дроб, (ХІ.36)

Г=1

Где 1 — N — номера участков основного (магистрального) направления; Аров — потери давления в оборудовании и других устройствах вентиляционной системы.

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

N

ДРп = s (ЯРш / + г){ + 2Дроб ± Дрпом. (XI.36')

Г=1

На этом кончается первый этап расчета системы; значение Арп служит для подбора вентиляторов.

10. Увязку всех остальных участков системы про­водят, начиная с самых протяженных ответвлений. Методика увязки ответ­влений аналогична расчету участков основного направления. Разница состоит лишь в том, что при увязке каждого ответвления известны по­тери в нем. Потери от точки разветвления до конца ответвления должны быть равны потерям от этой же точки до конца главной магистрали, т. е. (R$ml--z)отв~ (/?рш'+г)парап. уч. Для расчета ответвлений приме­няется способ последовательного подбора. Размеры сечений ответвле - ний считаются подобранными, если относительная невязка потерь не превышает 15%:

(ЯРш I + г)отв — (ЯРш I + 2)парал-Уч jqq ^ ^

№ ш ^ ~Ь г)парал. уч

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

(ЯР ш I [6])отв ^РпОМ'отв — (ЯР ш I + 2)парал. уч ~Ь ^Рпом-маг •

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

По конструктивным соображениям и из условий типизации деталей размеры поперечного сечения ответвлений принимаются одинаковыми. При этом для увязки отдельных ветвей устанавливают диафрагмы, на­значение которых погасить разницу между (#fW4-z)oTB и (#|W-f - ~h2) парал. уч-

Аэродинамический расчет вытяжных систем вентиляции с естествен­ным побуждением движения воздуха отличается малыми значениями рекомендуемых скоростей и заданным располагаемым давлением. В этом случае основное расчетное направление должно проходить через наиболее удаленную ветвь системы, имеющую наименьшее располагае­мое давление:

Ppacn=tf«APg, (XI. 38)

Где Ні — расстояние от вытяжной решетки на входе воздуха в расчетное ответвле­ние до среза вытяжной шахты; Ар — расчетная разность плотности наружного и внут­реннего воздуха.

Потери давления по основному расчетному направлению до'лжны быть меньше ррасп на величину запаса 5—10%, т. е.

5 ^ Ррасп (Ярш t + г)сист 100 < 10% ^ (Х1 39)

Ррасп

Увязку ответвлений с основным направлением проводят с учетом разницы располагаемого давления для отдельных ответвлений.

Пример ХЇ.2. Рассчитать систему вытяжной вентиляции с естественным побужде­нием движения воздуха (рис. XI.6). Нагрузка и длины отдельных участков системы показаны на рисунке. Плотность воздуха рв = 1,2 кг/м3 (при? B = 20°C), рн = 1,27 кг/м3 (при tB=5°C). Вертикальные каналы в стенах кирпичные оштукатуренные — /С=5мм. Горизонтальные короба шлакогипсовые — К= 1 мм. Шахта изнутри оштукатурена по сетке — К—10 мм.

Решение. 1. Выбор и расчет магистрального направления Располагаемое давление для ответвления верхнего этажа (Н= 2,3 м)

Ррасп = 2,3 (1,27 — 1,2) 9,8 = 1,58 Па.

Магистральное направление выбирается через участки 1—3. Результаты расчета занесены в табл. XI.4. Коэффициенты местных сопротивлений для расчетных участков t приняты по [44]:

Участок 1 — для жалюзийной решетки С=0,3, для колена £=1,2, для тройника на всасывании (ответвление) при fo/fa~0,0196/0,06=0,33 и L0fLc— 70/210 = 0,33 коэф­фициент С=0,9;

Участок 2 — для тройника прямоугольного на всасывании при f0/fa — 0,06/0,16 = = 0,38 и L0/Lc= 210/360=0,58 коэффициент £=1,05;

Участок 3 — для колена £=1,2, для дефлектора ЦАГИ С=0,6.

Потери давления по трем участкам равны 2,6 Па (графа 15), т. е. больше распо­лагаемого давления. Следовательно, необходимо увеличить сечение каналов. Изменим сечение участка 1. После пересчета

W)f

10

'(jy

Рис. XI.6 Расчетная схема к примеру XI 2

1 — дефлектор; 2 — утепленный короб; 3 — кир­пичный канал; 4 — регулируемая решетка, цифры в кружках номера учасіков

Таблица ХІ.4

Запас

1,58 — 1,44

------------------------------ ——----- 100% =8,9% (допустимая величина).

1

2,45

--------------------------------- —----- 100% = — 2,9% (допустимая величина).

2,38

Участки 6 и 7. Располагаемое давление для ответвлений первого этажа

РІасп = Ррасп + 2Кт APS = 1 >58 + 2-2,7.0,07.9,8 = 5,28 Па. Располагаемое давление для расчета участков 6 и 7

Ррасп б, 7 = Ррасп - 2 1 + 2Ь, з,5 - 5,28 - (0,63 + 0,42 + 0,32) = а,9 Па.

Участок 6 — для жалюзийной решетки £=0,3, для колена (2 шт) £=1,"2-2 Участок 7 — для тройника на всасывании (проход) при foilп=0,33 и Lo/Lc—0,5 коэффициент £=1,8. Невязка

3 g______________________ 2 89

100% = 25,9% (недопустимая величина).

3,9

Дополнительное сопротивление 3,9—2,89 = 1,01 Па вводится при наладке системы путем уменьшения сечения на входе в канал первого этажа

Обратная задача. Эту задачу называют иногда задачей о потоко - ,распределении. Формулируется она так: даны разветвленная сеть и давление, создаваемое вентилятором (или известна его характеристи­ка), требуется определить расход воздуха, проходящего через все уча­стки системы. Необходимость решения этой задачи возникает при ре­конструкции системы, когда отключаются некоторые ответвления или подключаются новые ответвления, т. е. меняется геометрия системы. Иногда в существующей вентиляционной сети достаточно поменять ча­стоту вращения вентилятора (или сменить его), и вентиляция будет удовлетворять поставленным требованиям. Необходимость в такого ро­да расчетах возникает при изменении расположения технологического оборудования в цехе или при изменении назначения помещения.

Известны три способа решения обратной задачи. *

Способ эквивалентных отверстий (или сопел), разработанный в кон­це прошлого столетия, заключается в условной замене участков системы эквивалентными по потере давления отверстиями. Вычислив площади эквивалентных отверстий каждого участка и применяя правило сложе­ния площадей параллельно расположенных отверстий и правило экви - валентирования (замены одним) отверстий, расположенных последова­тельно, можно вычислить площадь отверстия, эквивалентного всей си­стеме. Определив расход воздуха через это отверстие по заданному перепаду давлений, можно вычислить расходы во всех ответвлениях си­стемы.

Профессор П. Н. Каменев для решения обратной задачи предложил способ перемещения единицы объема. Этим способом удобно пользо­ваться, когда задан общий расход воздуха и требуется определить его распределение по отдельным ветвям. Так же, как и предыдущий, этот способ описан в работе [20] и др.

Способ характеристик, предложенный проф. С. Е. Бутаковьгм [15], заключается в определении характеристик сопротивления каждого уча­стка и последующем их сложении с учетом параллельного или последо­вательного расположения участков. Характеристикой сопротивления автор назвал коэффициент пропорциональности ^ в уравнении

Apt=ktL% (XI. 40)

Где Арг — потери давления на участке i; Lt — расход воздуха через участок.

Значение ki определяется через коэффициенты трения и местных сопротивлений.

Этот способ был впоследствии развит Н. Н. Разумовым, сумевшим свести решение обратной задачи к сравнительно простому графоанали­тическому расчету.