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

Нужно ли ориентироваться на СНиП?

Во всех расчетах, которые мы проводили, использовались рекомендации СНиП и МГСН. Эта нормативная документация позволяет определить минимально допустимую производительность вентиляции, обеспечивающую комфортное пребывание людей в помещении. Другими словами требования СНиП направлены в первую очередь на минимизацию стоимости системы вентиляции и затрат на ее эксплуатацию, что актуально при проектировании вентсистем для административных и общественных зданий.

В квартирах и коттеджах ситуация иная, ведь вы проектируете вентиляцию для себя, а не для усредненного жителя и вас никто не заставляет придерживаться рекомендаций СНиП. По этой причине производительность системы может быть как выше расчетного значения (для большего комфорта), так и ниже (для уменьшения энергопотребления и стоимости системы). К тому же субъективное ощущение комфорта у всех разное: кому-то достаточно 30–40 м³/ч на человека, а для кого-то будет мало и 60 м³/ч.

Однако если вы не знаете, какой воздухообмен вам нужен для комфортного самочувствия, лучше придерживаться рекомендаций СНиП. Поскольку современные приточные установки позволяют регулировать производительность с пульта управления, вы сможете найти компромисс между комфортом и экономией уже в процессе эксплуатации системы вентиляции.

Материал взят с сайта: https://www.rfclimat.ru/htm/vent_ft.htm

По первому требованию будет удален в течении 24х часов.

Алгоритм расчета сечения воздуховодов

Расчет сечения воздуховодов подразумевает определение размеров воздуховодов в зависимости от расхода пропускаемого воздуха. Он выполняется в 4 этапа:

Пересчет расхода воздуха в м3/с
Выбор скорости воздуха в воздуховоде
Определение площади сечения воздуховода
Определение диаметра круглого или ширины и высоты прямоугольного воздуховода.

На первом этапе расчёта воздуховода расход воздуха G, выраженный, как правило, в м3/час, переводится в м3/с. Для этого его необходимо разделить на 3600:

G [м3/c] = G [м3/час] / 3600

На втором этапе следует задать скорость движения воздуха в воздуховоде. Скорость следует именно задать, а не рассчитать. То есть выбрать ту скорость движения воздуха, которая представляется оптимальной.

Высокая скорость воздуха в воздуховоде позволяет использовать воздуховоды малого сечения. Однако при этом поток воздуха будет шуметь, а аэродинамическое сопротивление воздуховода сильно возрастёт.

Малая скорость воздуха в воздуховоде обеспечивает тихий режим работы системы вентиляции и малое аэродинамическое сопротивление, но делает воздуховоды очень громоздкими.

Для систем общеобменной вентиляции оптимальной скоростью воздуха в воздуховоде считается 4 м/с. Для больших воздуховодов (600×600 мм и более) скорость воздуха может быть повышена до 6 м/с. В системах дымоудаления скорость воздуха может достигать и превышать 10 м/с.

Итак, на втором этапе расчета воздуховодов задаётся скорость движения воздуха v [м/с].

На третьем этапе определяется требуемая площадь сечения воздуховода путем деления расхода воздуха на его скорость:

S = G [м3/c] / v [м/с]

На четвёртом, заключительном, этапе под полученную площадь сечения воздуховода подбирается его диаметр или длины сторон прямоугольного сечения.

Некоторые тонкости

Вентиляционная труба в некоторых случаях выводится из каждой комнаты отдельно. Рассчитать такую систему труднее, так как необходимо учесть особенности помещений. В ряде случаев такой подход нельзя назвать практичным, поэтому на крышу выходит одна труба. Если здание большое, то монтируется два воздуховода, при этом расчёт делается для каждого аналога отдельно.

Инженеры оценивают масштабы зданий и их специфику. Если труба устанавливается в жилом частном доме, то достаточно одного воздуховода. На производственных объектах реализуются более сложные магистрали. На то, какая будет вентиляция, влияют и особенности каркаса крыши, исполнение чердачного этажа 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 ΔPрасп — 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.

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.

http://1poclimaty.ru/youtu.be/3IwhfJWbf5I

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

Как вычислить давление в вентиляции?

Полный напор на входе измеряют в поперечном сечении вентиляционного канала, находящемся на расстоянии двух гидравлических диаметров воздуховода (2D). Перед местом измерения в идеале должен быть прямой фрагмент воздуховода с длиной от 4D и невозмущенным течением.

Потом в систему вентиляции вводят приемник полного давления: в несколько точек в сечении по очереди – минимум в 3. По полученным значениям высчитывают средний результат. У вентиляторов со свободным входом Pп входное соответствует давлению окружающей среды, а избыточный напор в таком случае равняется нулю.

Схема приемника полного давления: 1 — приемная трубка, 2 — преобразователь давления, 3 — камера торможения, 4 — держатель, 5 — кольцевой канал, 6 — передняя кромка, 7 — входная решетка, 8 — нормализатор, 9 — регистратор выходного сигнала, α — угол при вершинах, h — глубина впадин

Если измерять сильный поток воздуха, то по давлению следует определить скорость, а потом — сопоставить ее с размером сечения. Чем выше скорость на единицу площади и чем больше при этом сама площадь, тем производительнее вентилятор.

Полный напор на выходе — понятие сложное. Выходящий поток имеет неоднородную структуру, которая также зависит от режима работы и типа прибора. Воздух на выходе имеет зоны возвратного движения, что усложняет расчет напора и скорости.

Закономерность для времени появления такого движения установить не удастся. Неоднородность течения достигает 7—10 D, но показатель можно снизить выпрямляющими решетками.

Трубка Прандтля является усовершенствованным вариантом трубки Пито: приемники выпускают в 2 вариантах — для скоростей меньше и больше 5 м/с

Иногда на выходе из вентилирующего устройства стоит поворотное колено или отрывной диффузор. В таком случае течение будет еще более неоднородным.

Напор тогда измеряют по следующему методу:

За вентилятором выбирают первое сечение и сканируют его зондом. По нескольким точкам измеряют средний полный напор и производительность. Последнюю потом сравнивают с производительностью на входе.
Дальше выбирают дополнительное сечение — на ближайшем прямом участке после выхода из вентилирующего прибора. От начала такого фрагмента отмеряют 4—6 D, а если длина участка меньше, то выбирают сечение в самой отдаленной точке. Затем берут зонд и определяют производительность и средний полный напор.

От среднего полного давления на дополнительном сечении отнимают расчетные потери на отрезке после вентилятора. Получают полное давление на выходе.

Потом сравнивают производительность на входе, а также на первом и дополнительном сечениях на выходе. Правильными следует считать входной показатель и один из выходных — более близкий по значению.

Прямолинейного отрезка нужной длины может и не быть. Тогда выбирают сечение, которое разделяет участок для замера на части с соотношением 3 к 1. Ближе к вентилятору должна быть большая из этих частей. Замеры нельзя производить в диафрагмах, шиберах, отводах и других соединениях с возмущением воздуха.

Перепады давления можно регистрировать напоромерами, тягомерами по ГОСТ 2405-88 и дифманометрами по ГОСТ 18140-84 с классом точности 0,5—1,0

В случае с крышными вентиляторами Pп измеряют только на входе, а на выходе определяют статическое. Скоростной поток после вентилирующего устройства теряется почти полностью.

Также рекомендуем прочесть наш материал о выборе труб для вентиляции.

Начинаем проектировать

Расчёт сооружения осложнён тем, что необходимо учесть ряд косвенных факторов, влияющих на эффективность системы. Инженеры учитывают расположение составных компонентов, их особенности и пр

Важно ещё на этапе проектирования дома учесть и расположение помещений. От этого зависит, насколько эффективной будет вентиляция

Идеальным вариантом является такое расположение, при котором труба находится напротив окна. Такое подход рекомендован во всех помещениях. Если реализуется технология ТИСЭ, то вентиляционная труба монтируется в стенах. Её положение вертикальное. В этом случае в каждую комнату поступает воздух.

Организация замеров расхода воздуха в воздуховоде

Процесс замера скорости воздуха с помощью зонда.

Прежде чем начать измерение непосредственно в воздуховоде, необходимо убедиться в том, что в стенке трубы имеется рабочее отверстие, предназначенное для контрольно-измерительных операций. Его диаметр должен точно соответствовать диаметру зонда.

Важно точно выбрать и место для замеров. В частности, указанное отверстие следует просверлить на прямом отрезке воздуховода, длина которого должна составлять не менее 5 диаметров трубы. При этом само отверстие надо располагать таким образом, чтобы расстояние до него равнялось 3 диаметрам, а после него – 2 диаметрам воздуховода

При этом само отверстие надо располагать таким образом, чтобы расстояние до него равнялось 3 диаметрам, а после него – 2 диаметрам воздуховода.

В отличие от замеров на вентиляционной решетке, при измерении расхода воздуха внутри воздуховода рекомендуется применять крыльчатые анемометры с крыльчаткой небольшого диаметра (16-25 мм). Для данной операции используются также термоанемометры и дифференциальные манометры, снабженные пневмометрической трубкой.

Здесь следует отметить, что дифференциальные манометры не подходят для проведения замеров в воздуховодах, по которым проходит воздушная масса с заведомо невысокой скоростью (менее 2 м/сек). В этом случае необходимо воспользоваться термоанемометром или крыльчатым анемометром.

В случае достаточно высокого расположения воздуховода в помещении (например, под потолком комнаты) рекомендуется воспользоваться зондом с телескопической ручкой либо удлинителем зонда. Если при измерениях используется пневмометрическая трубка, то выбирать ее длину следует заранее, учитывая высоту точки измерения.

Разнообразие вентиляционных систем

Приточная система имеет усложненный механизм: прежде, чем воздух попадает в помещение, он проходит воздухозаборную решетку и клапан и оказывается в фильтрующем элементе. После него направляется в нагреватель, а потом – в вентилятор. И только после этого этапа достигает финишной прямой. Такой вид вентиляционной системы приемлем для помещений с маленькой площадью.

Комбинированный вариант приточной и вытяжной систем считается наиболее эффективным способом вентиляции. Это обуславливается тем, что в помещении не задерживается надолго загрязненный воздух, и при этом поступает постоянно свежий. Стоит заметить, что диаметр воздуховода и его толщина напрямую зависят от желаемого вида вентиляционной системы так же, как и выбор его конструкции (обычная или гибкая).

По способу движения воздушных масс в помещении специалисты выделяют естественную и механическую системы вентиляции. Если в здании не используется механическое оборудование для поступления и очистки воздуха, то такой вид называется естественный. В этом случае зачастую отсутствуют воздуховоды. Наиболее оптимальный вариант – механическая система вентиляции, особенно, когда на улице безветренная погода. Такая система позволяет поступать воздуху в помещение и выходить из него посредством использования различных вентиляторов и фильтров. Также с помощью пульта ДУ можно настроить комфортные показатели температуры и давления внутри помещения.

Кроме вышеуказанных классификаций, различают вентиляционные системы общеобменного и местного вида. На производстве, где нет возможности устранять воздух из мест-источников загрязнения, применяется общеобменная вентиляция. Таким способом, вредные воздушные массы постоянно заменяются чистыми. Если же загрязненный воздух можно устранить возле источника его возникновения, то применяется вентиляция местного вида, которая чаще всего используется в домашних бытовых условиях.

Давление в вентиляционной системе

Чтобы вентиляция была эффективной, нужно правильно подобрать давление вентилятора. Есть два варианта для самостоятельного измерения напора. Первый способ — прямой, при котором замеряют давление в разных местах. Второй вариант — рассчитать 2 вида давления из 3 и получить по ним неизвестную величину.

Давление (также — напор) бывает статическим, динамическим (скоростным) и полным. По последнему показателю выделяют три категории вентиляторов.

К первой относят приборы с напором

Аэродинамическая характеристика осевых вентиляторов на графике: Pv — полное давление, N — мощность, Q — расход воздуха, ƞ — КПД, u — скорость, n — частота вращения

В технической документации к вентилятору обычно указывают аэродинамические показатели, включая полное и статическое давление при определенной производительности. На практике «заводские» и реальные параметры часто не совпадают, и связано это с конструктивными особенностями вентиляционных систем.

Существуют международные и государственные стандарты, направленные на повышение точности измерений в лабораторных условиях.

В России обычно применяют методы A и C, при которых напор воздуха после вентилятора определяют косвенно, исходя из установленной производительности. В разных методиках в площадь выхода включают или не включают втулку рабочего колеса.

Как рассчитать допустимую скорость воздуха в воздуховоде

При расчете и установке вентиляции большое внимание уделяется количеству свежего воздуха, поступающего по этим каналам. Для вычислений используются стандартные формулы, которые хорошо отражают зависимость между габаритами вытяжных устройств, скоростью движения и расходом воздуха. Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер

Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер.

Общие принципы расчета

Воздуховоды могут быть изготовлены из различных материалов (пластик, металл) и иметь разные формы (круглые, прямоугольные). СНиП регулирует только габариты вытяжных устройств, но не нормирует количество притяжного воздуха, т. к. его потребление в зависимости от типа и назначения помещения может сильно различаться. Этот параметр высчитывается по специальным формулам, которые подбираются отдельно. Нормы установлены только для социальных объектов: больниц, школ, дошкольных учреждений. Они прописаны в СНиПах для таких зданий. При этом отсутствуют четкие правила по скорости движения воздуха в воздуховоде. Есть только рекомендуемые значения и нормы для принудительной и естественной вентиляции в зависимости от ее типа и назначения, их можно посмотреть в соответствующих СНиПах. Это отражено в таблице, приведенной ниже. Скорость движения воздуха измеряется в м/с.

Дополнить данные в таблице можно следующим образом: при естественной вентиляции скорость движения воздуха не может превышать 2 м/с независимо от ее назначения, минимальная допустимая – 0,2 м/с. В противном случае обновление газовой смеси в помещении будет недостаточным. При принудительной вытяжке максимально допустимым считается значение 8 -11 м/с для магистральных воздуховодов. Превышать данные нормы не следует, т. к. это создаст слишком большое давление и сопротивление в системе.

Формулы для расчета

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

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

L – расход воздушных масс (данная величина измеряется в м 3 /ч) на том участке вытяжной шахты, для которого производится вычисление;

F – площадь поперечного сечения трубопровода, измеряется в м 2 .

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:

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.).

Знать скорость движения воздуха необходимо для того, чтобы вычислить не только объем подачи газовой смеси, но и для определения динамического давления на стенки каналов, потерь на трение и сопротивление и т.д.

Несколько полезных советов и замечаний

Как можно понять из формулы (или при проведении практических расчетов на калькуляторах), скорость воздуха увеличивается при уменьшении размеров трубы. Их этого факта можно извлечь ряд преимуществ:

не возникнет потерь или необходимости в прокладке дополнительного вентиляционного трубопровода для обеспечения необходимого расхода воздуха, если габариты помещения не позволяют провести каналы больших размеров;
можно прокладывать трубопроводы меньших размеров, что в большинстве случаев проще и удобней;
чем меньше диаметр канала, тем дешевле его стоимость, снизится цена и на доборные элементы (заслонки, клапаны);
меньший размер труб расширяет возможности монтажа, их можно расположить так, как нужно, практически не подстраиваясь под внешние стесняющие факторы.

Однако при прокладке воздуховодов меньшего диаметра необходимо помнить, что при повышении скорости воздуха повышается динамическое давление на стенки труб, увеличивается и сопротивление системы, соответственно потребуется более мощный вентилятор и дополнительные расходы. Поэтому до монтажа необходимо тщательно провести все расчеты, чтобы экономия не обернулась большими затратами или даже убытками, т.к. постройку, не соответствующую нормам СНиП могут не допустить до эксплуатации.

Зависимость шума от скорости потока воздуха

Таблица допустимого уровня шума для систем кондиционирования и вентиляции.

Предположим, что звук работы вентилятора минимален и фактически неразличим. Но остается ощутимый шум от прохождения воздуха через развитую сеть каналов, при встрече с препятствиями в виде отводов, дросселей и диффузоров. Он является следствием дополнительных возмущений потока при обтекании препятствий, что приводит к скачкам давления и скорости. Шум будет тем сильнее и интенсивнее, чем выше скорость потока и больше коэффициент сопротивления отдельного элемента конструкции. Коэффициент, в свою очередь, зависит от формы, размеров и характера обработки поверхности элемента воздуховода, от силы и направления завихрений в проходящем через него потоке.

В итоге при наличии всех нежелательных факторов, препятствующих плавному прохождению воздушной массы через распределительные и регулирующие устройства, уровень нежелательного шума на выходе воздуховодов может возрастать на 5-15 дБ.

Допустимая скорость потока в вентиляционных каналах не может превышать максимальные разрешенные значения, иначе будут превышены приемлемые показатели шума. Определяющими факторами в выборе максимальной скорости воздушного потока являются условный проход и минимальная толщина стенки вентиляционного канала. Толщина стенки:

до 0,6 и площадь сечения до 300х900 мм – скорость до 10 м/с;
0,6-0,8 мм, площадь сечения от 300х900 до 900х1200 мм – скорость до 9 м/с;
0,8-1 мм, площадь сечения от 900х1200 до 1200×1800 мм – скорость до 8 м/с.

В вопросе создания тихой и эффективной системы вентиляции нет однозначного решения, но есть поистине большое число гибких и эргономичных вариантов проектировки с учетом растущих запросов потребителей и появления более совершенных и универсальных материалов и изделий.

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/

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