Расчет воздуховодов по скорости и расходу + способы измерения расхода воздуха в помещениях

Рекомендованные нормы скорости воздухообмена

Как уже говорилось, скорость потока воздуха по вентканалам не нормируется. Но в СНиП прописаны рекомендуемые величины скорости движения воздушных масс, на которые необходимо ориентироваться при проектировании вентиляции.

Допустимая скорость воздуха в воздуховодах приведена в таблице:

Тип воздуховода и вентиляционной решетки	Тип вентиляционной схемы
	Естественная	Принудительная
	м/с
Приточные решетки (жалюзи)	0.5-1.0	2.0-4.0
Каналы приточных шахт	1.0-2.0	2.0-2.6
Горизонтальные составные (сборные) каналы	0.5-1.0	2.0-2.5
Вертикальные каналы	0.5-1.0	2.0-2.5
Решетки у пола приточные	0.2-0.5	2.0-2.5
Решетки у потолка приточные	0.5-1.0	1.0-3.0
Вытяжные решетки	0.5-1.0	1.5-3.0
Каналы вытяжных шахт	1.0-1.5	3.0-6.0

Максимальная рекомендованная скорость воздушного потока в жилых помещениях не должна превышать 0.3 м/с. Допускается ее кратковременное превышение до 30%, например, на время ремонтных работ.

Элементы сети и местные сопротивления

Имеют значение и потери на элементах сети (решетки, диффузоры, тройники, повороты, изменение сечения и т. д.). Для решеток и некоторых элементов эти значения указаны в документации. Их можно рассчитать и произведением коэффициента местного сопротивления (к. м. с.) на динамическое давление в нем:

Рм. с.=ζ·Рд.

Где Рд=V2·ρ/2 (ρ – плотность воздуха).

К. м. с. определяют из справочников и заводских характеристик изделий. Все виды потерь давлений суммируем для каждого участка и для всей сети. Для удобства это сделаем табличным методом.

Расчетная таблица.

Сумма всех давлений будет приемлимой для этой сети воздуховодов, а потери на ответвлениях должны быть в пределах 10% от полного располагаемого давления. Если разница больше, необходимо на отводах смонтировать заслонки или диафрагмы. Для этого производим расчет нужного к. м. с. по формуле:

ζ= 2Ризб/V2,

где Ризб – разница располагаемого давления и потерь на ответвлении. По таблице выбираем диаметр диафрагмы.

Нужный диаметр диафрагмы для воздуховодов.

Правильный расчет воздуховодов вентиляции позволит подобрать нужный вентилятор выбрав у производителей по своим критериям. Используя найденное располагаемое давление и общий расход воздуха в сети, это будет сделать несложно.

Формулы для расчётов

Для выполнения вычислений нужно иметь некоторые сведения. Чтобы произвести расчет скорости потока воздуха в воздуховоде, требуется применение формулы ϑ = L / 3600 × F, где:

• ϑ — скорость воздушных масс в воздуховоде;
• L — расход воздуха на определенном участке, для которого делаются расчеты (измеряется в м³ \ч);
• F — площадь канала воздушных проходов (измеряется в м²).

Чтобы вычислить расход воздуха, вышеуказанную формулу можно видоизменить, получив L = 3600 × F × ϑ.

Но существуют обстоятельства, когда провести такие расчеты трудно или попросту нет на это времени. В таких ситуациях на помощь приходит специальный калькулятор расчета скорости воздуха в воздуховоде.

В инженерных бюро чаще всего используют калькуляторы, которые наиболее точны. Например, они добавляют больше цифр в число Пи, точнее рассчитывают затрату воздуха, вычисляют толщину стен прохода и т.д.

Благодаря расчетам скорости в воздуховоде мы сможем точно произвести вычисления не только количества подачи воздуха, но и узнать динамическое давление на стенки каналов, затраты через трение, динамическое сопротивление и т.д.

Аэродинамический расчет воздуховодов

Аэродинамический расчет воздуховодов — один из основных этапов проектирования системы вентиляции, т.к. он позволяет рассчитать сечение воздуховода (диаметр — для круглого, и высоту с шириной для прямоугольного).

Площадь сечения воздуховода выбирается по рекомендуемой скорости для данного случая (зависит от расхода воздуха и от размещения рассчитываемого участка).

F = G/(ρ·v), м²

где G — расход воздуха на рассчитываемом участке воздуховода, кг/сρ — плотность воздуха, кг/м³v — рекомендуемая скорость воздуха, м/с (см. таблицу 1)

Таблица 1. Определение рекомендуемой скорости воздуха в механической системе вентиляции.

При системе вентиляции с естественным побуждением скорость воздуха принимается 0,2-1 м/с. В некоторых случаях скорость может достигать 2 м/с.

Формула для расчета потерь давления при движении воздуха по воздуховоду:

ΔP = ΔPтр + ΔPм.с. = λ·(l/d)·(v²/2)·ρ + Σξ·(v²/2)·ρ,

В упрощенном виде формула потерь давления воздуха в воздуховоде выглядит так:

ΔP = Rl +Z,

Удельные потери давления на трение можно рассчитать по формуле:R = λ·(l/d)·(v²/2)·ρ, [Па/М]

l — длина воздуховода, м
Z — потери давления на местных сопротивлениях, ПаZ = Σξ·(v²/2)·ρ,

Удельные потери давления на трение R можно также определить с помощью таблицы. Достаточно знать расход воздуха на участке и диаметр воздуховода.

Таблица удельных потерь давления на трение в воздуховоде.

Верхняя цифра в таблице — расход воздуха, а нижняя -удельные потери давления на трение (R).
Если же воздуховод прямоугольный, то значения в таблице ищутся исходя из эквивалентного диаметра. Эквивалентный диаметр можно определить по следующей формуле:

dэкв = 2ab/(a+b)

где a и b — ширина и высота воздуховода.

В данной таблице приведены значения удельных потерь давления при коэффициенте эквивалентной шероховатости 0,1 мм (коэффициент для стальных воздуховодов). Если воздуховод изготовлен из другого материала — то табличные значения надо скорректировать по формуле:

ΔP = Rlβ + Z,

где R — удельные потери давления на трениеl — длина воздуховода, мZ — потери давления на местных сопротивлениях, Паβ — поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость воздуховода. Его значение можно взять из таблицы ниже.

Также необходимо учитывать потери давления на местные сопротивления. Коэффициенты местных сопротивлений а также методику расчета потерь давления можно взять из таблицы в статье «Расчет потерь давления в местных сопротивлениях системы вентиляции. Коэффициенты местных сопротивлений.» А динамическое давление определяется из таблицы удельных потерь давления на трение (таблица 1).

Чтобы определить размеры воздуховодов при естественной тяге, используют величину располагаемого давления. Располагаемое давление — это то давление, которое создается за счет разности температур приточного и уходящего воздуха, иными словами — гравитационное давление.

Определяются размеры воздуховодов в естественной системе вентиляции с помощью уравнения:

где ΔP_расп — располагаемое давление, Па
0,9 — повышающий коэффициент для запаса мощности
n — количество участков воздуховодов на расчетной ветке

При системе вентиляции с механическим побуждением воздуха, воздуховоды подбираются по рекомендуемой скорости. Далее рассчитываются потери давления по расчетной ветке, и по готовым данным (расход воздуха и потери давления) подбирается вентилятор.

Формулы для расчета

Для проведения всех необходимых вычислений необходимо обладать некоторыми данными. Чтобы вычислить скорость воздуха, понадобится следующая формула:

ϑ= L / 3600*F, где

ϑ – скорость потока воздуха в трубопроводе вентиляционного устройства, измеряется в м/с;

L – расход воздушных масс (данная величина измеряется в м3/ч) на том участке вытяжной шахты, для которого производится вычисление;

F – площадь поперечного сечения трубопровода, измеряется в м2.

По данной формуле и производится расчет скорости воздуха в воздуховоде, причем его фактическое значение.

Из этой же формулы можно вывести и все остальные недостающие данные. Например, чтобы рассчитать расход воздуха, формулу необходимо преобразовать следующим образом:

L = 3600 x F x ϑ.

В некоторых случаях подобные вычисления производить сложно или не хватает времени. В этом случае можно использовать специальный калькулятор. Встречается множество подобных программ в интернете. Для инженерных бюро лучше установить специальные калькуляторы, которые обладают большей точностью (вычитают толщину стенки трубы при расчете ее площади поперечного сечения, ставят большее количество знаков в число пи, высчитывают более точный расход воздуха и т. д.).

Расход воздуха

4 Определение скорости воздуха

Зная кратность воздушных масс, нетрудно рассчитать скорость воздуха в воздуховоде при естественной вентиляции. Сначала потребуется узнать площадь сечения воздуховодов. Для этого квадрат радиуса сечения воздуховода нужно умножить на число «пи».

Воздуховоды должны иметь определённый размер и форму. Определив сечение воздушного канала, можно рассчитать, воздуховод какого диаметра потребуется для конкретного помещения. В этом поможет выражение D = 1000*√(4*S/π). В нём:

• D — диаметр сечения воздуховода.
• S — площадь сечения воздушных каналов.
• π — математическая константа, равная 3,14.

В соответствии со стандартами, минимальный размер прямоугольного канала составляет 100 мм х 150 мм, максимальный — 2000 мм х 2000 мм. Такие конструкции имеют более эргономичную форму, их проще установить плотно к стене и замаскировать трубы на потолке или над кухонными антресолями.

Круглые изделия отличаются от прямоугольных тем, что в них создаётся меньшее сопротивление воздуха. Поэтому они имеют минимальный уровень шума.

Используя формулу V = L/3600*S и такие параметры, как расход воздуха (L) и площадь каналов, можно провести расчёт естественной вентиляции. Пример расчёта будет таким:

• D = 400 мм.
• W = 20 м³.
• N = 6 м3/ч.
• L = 120 м³.

Установлено, что этот показатель не должен превышать 0,3 м/с. Исключение делается только на период временных ремонтных работ либо установки строительной техники. В это время нормативы могут повышаться максимум на 30%.

Если в помещении функционируют две вентиляционные системы, то скорость каждой из них рассчитывают таким образом, чтобы её было достаточно для обеспечения чистым воздухом половины площади.

В случае возникновения непредвиденных ситуаций (например, по требованию пожарной безопасности) приходится резко менять скорость воздуха или останавливать работу вентиляционной системы. Для этого в каналах и на переходных участках устанавливают специальные клапаны и отсекатели.

Несколько полезных советов по правильному использованию приборов

Если воздушный поток в воздуховоде характеризуется повышенным уровнем запыленности, термоанемометр и трубку Пито в таком случае лучше не применять. Так как отверстие в трубке, которое принимает суммарное давление потока, имеет маленький диаметр, при воздействии загрязненного воздуха оно может быстро засориться.

Термоанемометры не подходят для работы в условиях высоких скоростей воздушного потока (более 20 м/сек). Дело в том, что основной термодатчик, который характеризуется повышенной чувствительностью, под сильным давлением воздуха может просто разрушиться.

Использование контрольно-измерительных приборов для определения расхода воздуха должно осуществляться строго в номинальных температурных диапазонах, указанных в паспортах приборов.

В газоходах (воздуховодах, в которых протекает в основном нагретый воздух) рекомендуется использовать пневмометрические трубки, корпус которых изготовлен из нержавейки. Использование в указанных трубах оборудования с компонентами из пластика нежелательно по причине возможной деформации корпуса под воздействием высоких температур.

Проводя замеры скорости и расхода воздуха, надо следить, чтобы чувствительный датчик зонда был всегда сориентирован точно навстречу воздушному потоку. Несоблюдение данного требования ведет к искажению результатов измерений. Причем искажения и неточности будут тем значительнее, чем больше будет степень отклонения датчика от идеального положения.

Таким образом, правильный выбор контрольно-измерительных приборов для определения расхода воздушных масс в воздуховоде и их надлежащее применение во время работы позволит специалистам составить объективную картину вентиляции помещений

Особую важность этот аспект приобретает, когда речь идет о жилых помещениях

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.

Скорость в воздуховоде

Скорость воздуха в воздуховоде

Здесь приведены формулы расчета скорости воздуха и давления в воздуховоде (круглого или прямоугольного сечения) в зависимости от расхода воздуха и площади сечения. Для быстрого расчета можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Формула расчета скорости воздуха:

где W — скорость потока, м/час Q — расход воздуха, м3/час S — площадь сечения воздуховода, м2* Примечание: для перевода скорости из м/час в м/с нужно полученный результат разделить на 3600

Формула расчета давления в воздуховоде:

где P — общее давление в воздуховоде, Па P_st — статическое давление в воздуховоде, равное атмосферному давлению, Па p — плотность воздуха, кг/м3W — скорость потока, м/с * Примечание: для перевода давления из Па в атм. полученный результат умножить на 10.197*10-6 (техническая атмосфера) или на 9.8692*10-6 (физическая атмосфера)

скорость воздушного потока 88,4194 м/сек

давление в воздуховоде 102 855,0204 Па (1,0488 атм)

Другие калькуляторы

Калькулятор объёма и площади поверхности кубаКалькулятор объёма и площади поверхности цилиндраКалькулятор объёма трубы

Источник

Правила использования измерительных устройств

При измерении скорости потока воздуха и его расхода в системе вентиляции и кондиционирования нужен правильный подбор приборов и соблюдение следующих правил их эксплуатации.

Это позволит получить точные результаты расчета воздуховода, а также составить объективную картину системы вентиляции.

Соблюдайте режим температур, который обозначен в паспорте прибора. Также следите за положением сенсора зонда. Он должен быть всегда ориентирован точно навстречу потоку воздуха.

Если не соблюдать это правило, результаты измерений будут искажены. Чем больше будет отклонение сенсора от идеального положения, тем выше будет погрешность.

Вычисление расхода воздуха

Важно правильно вычислить площадь сечений любых форм, как круглых, так и прямоугольных. Если размер будет неподходящим, обеспечить нужный баланс воздуха будет невозможно

Слишком большой воздухопровод займет много места. Это уменьшит площадь в помещении, доставит дискомфорт жильцам. При неправильном расчете и выборе очень маленького размера канала будут наблюдаться сильные сквозняки. Это происходит из-за сильного увеличения давления воздушного потока.

Расчет по сечению

При переходе круглого воздуховода в квадратный скорость будет меняться

Чтобы посчитать, с какой скоростью будет проходить воздух по трубе, нужно определить площадь сечения. Для расчета используется следующая формула S=L/3600*V, где:

• S – площадь сечения;
• L – расход воздуха в кубических метрах на час;
• V – скорость в метрах в секунду.

Для круглых воздуховодов необходимо определить диаметр по формуле: D = 1000*√(4*S/π).

Если воздуховод будет прямоугольным, а не круглым, вместо диаметра нужно определить его длину и ширину. При установке такого воздуховода в расчет берут примерное сечение. Оно рассчитывается по формуле: a*b=S, (a – длина, b – ширина).

Существуют утвержденные нормативы, по которым соотношение ширины и длины не должно превышать показатель 1:3. Также рекомендуется использовать в работе таблицы с типовыми размерами, которые предлагают производители воздуховодов.

Уровень вибрации

Вибрация – это явление, которое, наряду с шумом, всегда присутствует в воздуховодах, если используется схема принудительного вентилирования.

Ее величина зависит от следующих факторов:

• размеры  сечения воздушных каналов;
• материал, который использовался для изготовления вентиляционных труб;
• состав и качество прокладок между трубами воздуховодов;
• скорость движения воздуха в каналах вентиляционной системы.

С максимальной величиной показателей вибрации тесно связана мощность вентилятора.

Нормативные показатели, которые обязательно должны учитываться при расчетах параметров воздушных каналов и выборе типа вентиляционных устройств, показаны в таблице:

Предельно допустимые значения локальной вибрации	Предельно допустимые значения локальной вибрации
	В величинах виброускорения	В величинах виброскорости
м/с	дБ	м/с х 10-2	дБ
8	1.4	73	2.8	115
16	1.4	73	1.4	109
31.5	2.7	79	1.4	109
63	5.4	85	1.4	109
125	10.7	91	1.4	109
250	21.3	97	1.4	109
500	42.5	103	1.4	109
1000	85.0	109	1.4	109
Корректированные и эквивалентно корректированные значения и их уровни	2.0	76	2.0	112

Если проектирование вентиляции осуществлено грамотно, скорость воздушного потока в воздухопропускных каналах не должна влиять на изменение уровней шума и вибрации в системе.

Заключение

Этот несложный расчет является частью аэродинамического расчета системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Такие расчеты выполняются в специализированных программах или, например, в Excel.

Источники

• https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/skorost-vozduxa-v-vozduxovode.html
• https://mir-klimata.info/raschjot-skorosti-vozduha-v-vozduhovode/
• https://1poclimaty.ru/raschet/dopustimye-skorosti-vozduxa-v-vozduxovodax.html
• https://OmShantiDom.ru/sistemy/kak-rasschitat-rashod-vozduha.html
• https://oventilyacii.ru/ventilyaciya/skorost-vozduha-v-vozduhovode.html
• https://kaminguru.com/kommunikacii/skorost-vozduha-v-vozduhovode.html
• http://airducts.ru/skorost-v-vozduxovode/

Как вам статья?