Скорость воздуха в воздуховоде: расчеты и измерения

Методика расчета скорости воздуха

Любая вентиляционная сеть состоит из каналов, оборудования и фасонных элементов. Для создания необходимого воздухообмена, важным параметром является не только производительность приточно-вытяжных установок и конфигурация сети, но и аэродинамический расчет воздуховодов.

Материал и форма сечения

Первое, что делается еще на этапе подготовки к проектированию – это подбирается материал для воздухопроводов, их форма, ведь при трении газов о стенки канала создается сопротивление их движению. Каждый материал имеет разную шероховатость внутренней поверхности, и следовательно при выборе воздуховодов будут различными показатели сопротивления движению воздушного потока.

В зависимости от специфики монтажа, качества воздушной смеси, которое будет перемещаться по системе и бюджету на проведение работ, выбирают нержавеющие, пластиковые или стальные каналы с оцинкованным покрытием, круглого или прямоугольного сечения.

Прямоугольными трубами пользуются, чаще всего, для сохранения полезного пространства. Круглые, напротив, достаточно громоздки, но имеют лучшие аэродинамические показатели и как следствие, шумность конструкции. Для правильного построения вентиляционной сети важными параметрами являются: площадь сечения воздухопроводов, расход воздуха и его скорость при движении по каналу.

На объем перемещаемых воздушных масс форма влияния не оказывает.

Особенности перемещения газов

Как уже говорилось выше, в расчетах, проводимых при построении вентиляции, участвуют три параметра: расход и скорость воздушных масс, а также площадь сечения воздухопроводов. Из этих параметров только один нормируется – это площадь сечения. Кроме жилых помещений и детских учреждений, допустимую скорость воздуха в воздуховоде СНиП не регламентирует.

В справочной литературе существуют рекомендации по перемещению газов, протекающих по вентиляционным сетям. Величины рекомендованы исходя из назначения, конкретных условий, возможных потерь давления и показателей шума. Таблица отражает рекомендованные данные для принудительных систем вентиляции.Рекомендуемая скорость воздуха

Для естественного проветривания, движения газов принимается со значениями 0,2 – 1 м/с.

Порядок проведения вычислений

Отображение всех элементовАлгоритм проведения вычислений таков:

  • Составляется аксонометрическая схема с перечислением всех элементов.
  • На основании схемы проводится расчет протяженности каналов.
  • Определяется расход на каждом ее участке. Каждый отдельный участок имеет единое сечение воздухопроводов.
  • После этого, проводятся вычисления скорости перемещения воздуха и давления в каждом отдельном участке системы.
  • Далее, вычисляются потери на трение.
  • Используя нужный коэффициент, вычисляется потери давления на местные сопротивления.

В процессе вычислений, на каждом участке воздухораспределительной сети получатся различные данные, которые необходимо уравнять с веткой наибольшего сопротивления при помощи диафрагм.

Методика расчетов

Изначально необходимо сделать расчет необходимой площади сечения воздуховода исходя из данных по ее расходу.

  • Площадь сечения воздуховода рассчитывается по формуле

FP=LP/VT

где

LP – данные по перемещению необходимого объема воздуха на конкретном участке.

VT – рекомендованная или допустимая скорость воздуха в воздуховоде определенного назначения.

  • Получив искомые данные, производится подбор близкого к расчетному значению типоразмеру воздухопровода. Имея новые данные, производится вычисления реальной скорости перемещения газов на участке системы вентиляции, по формуле:

VФ=LP/FФ

где

LP – расход газовой смеси.

– фактическая площадь сечения выбранного воздухопровода.

Аналогичные вычисления необходимо провести для каждого отдельного участка вентиляции.

Для правильного расчета скорости воздуха в воздуховоде, необходимо учитывать потери на трение и местные сопротивления. Одним из параметров, влияющих на величину потерь, является сопротивление на трение, который зависит от шероховатости материала воздухопровода. Данные о коэффициенте трения можно найти в справочной литературе.Коэффициент трения


Вычисление потерь на трение

Прежде всего следует учитывать следует учитывать форму воздухопровода и материал, из которого он изготовлен.

  • Для круглых изделий, формула расчета выглядит так:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g

где

Х – табличный коэффициент трения (зависит от материала);

I – длина воздухопровода;

D – диаметр канала;

V – темп движения газов на определенном участке сети;

Y – плотность перемещаемых газов (определяется по таблицам);

G – 9,8 м/с2

Важно! Если в  воздухораспределительной системе используются прямоугольные каналы, то в формулу необходимо подставить эквивалентный сторонам прямоугольника (сечения воздуховода) диаметр. Вычисления можно произвести по формуле: dэкв = 2АВ/(А + В). Для перевода можно использовать и таблицу, представленную ниже.Таблица размеров воздуховода

  • Потери на местные сопротивления рассчитываются по формуле:

z = Q* (v*v*y)/2g

где

Q —  сумма коэффициентов потерь на местные сопротивления;

V — скорость движения воздушных потоков на участке сети;

Y – плотность перемещаемых газов (определяется по таблицам);

G – 9,8 м/с2

Важно! При построении воздухораспределительных сетей, очень важную роль играет правильный выбор дополнительных элементов, к которым относятся: решетки, фильтры, клапаны и пр. Эти элементы создают сопротивление перемещению воздушных масс. При создании проекта следует обратить внимание и на правильный подбор оборудования, ведь лопасти вентилятора и работа осушителей, увлажнителей, помимо сопротивления, создают и наибольший шум и сопротивление воздушным потокам.

Рассчитав потери воздухораспределительной системы, зная требуемые параметры движения газов на каждом ее участке, можно переходить к подбору вентиляционного оборудования и монтажу системы.

Настройка действующей системы вентиляции

Проверка системы воздуховодовОсновным способом диагностики работы вентиляционных сетей является измерение скорости воздуха в воздуховоде, так как зная диаметр каналов несложно вычислить реальный расход воздушных масс. Приборы, которые используются для этого называют анемометрами. В зависимости от характеристик движения воздушных масс, применяют:

  • Механические устройства с крыльчаткой. Предел измерений 0,2 – 5 м/с;
  • Чашечные анемометры измеряют воздушный поток в пределах 1 – 20 м/с;
  • Электронные термоанемометры могут использоваться для проведения измерений в любых вентиляционных сетях.

На этих устройствах стоит остановиться более подробно. Электронные термоанемометры не требуют, как в применении аналоговых устройств, организации люков в каналах. Все измерения производятся посредством установки датчика и получении данных на экран, встроенный в прибор. Погрешности измерений у таких устройств не превышает 0,2%. Большинство современных моделей могут работать как от батареек, так и от питания 220 v. Именно поэтому для проведения пусконаладочных работ, профессионалы рекомендуют использовать именно электронные анемометры.

В качестве заключения: скорость движения воздушных потоков, расход воздуха и площадь сечения каналов являются важнейшими параметрами для проектирования воздухораспределительных и вентиляционных сетей.

Совет: В данной статье, в качестве наглядного примера была приведена методика аэродинамического расчета для участка воздухопровода вентиляционной системы. Проведение вычислительных операций – это достаточно сложный процесс, требующий знаний и опыта, а также учитывающий массу нюансов. Не занимайтесь расчетами самостоятельно, а доверьте это профессионалам.