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

Рекомендуемые скорости движения воздуха на участках и в элементах вентиляционных систем Рекомендуемые скорости, м/с, при побуждении Движения воздуха в системе Участки и элементы вентиляционных систем Механическом Естественном Общественные здания Промышленные здания Жалюзи воздухозабора....................... 0,5—1 2—4 4-6 Приточные шахты............................. . 1—2 2—6 4-6 Горизонтальные воздуховоды и сборные каналы........................................ 1—1,5 5-8 6—10 Вертикальные каналы......................... 1-1,5 2—5 5-8 Приточные решетки у потолка. . 0,5—1 0,5—1 1-2,5 Вытяжные решетки............................... 0,5—1 1—2 1—3 Вытяжные шахты............................... . 1,5—2 3—6 5—8

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

'Ф

'(jy

Рис. XI.6 Расчетная схема к примеру XI 2

У

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

Таблица ХІ.4

Расчет к примеру ХІ.2 01 Е О Са >> 'к -21 я Я -сГ X в S Й & -а A О "я A R, Па/м 3 ей 3 Св °С с С К СХ ■УЛ 5-ЧІ Я С n Св С + 3 са А; + СО Ас Са. £ ы W f 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 70 210 360 0,6 0,5 2 140X140 2СЮХ300 400X400 140 240 400 0,0196 0,06 0,16 0,99 0,97 0,625 0,14 0,07 0,016 1,4 1,1 1,3 0,118 0,039 0,041 0,59 0,56 0,21 2.4 1.5 1,8 1,43 0,59 0,38 1,55 0,63 0,42 1,55 2,18 2,6

Пересчет участка 1 1 70 0,6 140X270 184 0,038 0,51 0,03 1,3 0,023 0,156 2,35 0,37 0,39 4 70 3,3 140X140 140 0,0196 0,99 0,14 1,4 0,65 0,59 2,5 1,48 2,13 5 140 0,5 200X300 240 0,06 0,65 0,035 1,05 0,018 0,25 1,2 0,3 0,32 6 70 6 140X140 140 0,0196 0,99 0,14 1,4 1,18 0,59 2.7 1.8 1,59 2,77 7 70 0,5 200X300 240 0,06 0,32 0,009 1,02 0,005 0,06 0,11 0,12

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.