Основы аэродинамического расчета воздуховодов. Подбор вентиляторов

Воздуховоды систем вентиляции и воздушного отопления стремятся делать наименьшей протяженности, как правило, круглого сечения. Системы вентиляции и воздушного отопления должны быть оборудованы приспособлениями для регулирования количества перемещаемого воздуха (шиберы, воздушные заслонки и др.) с механическим и ручным приводом. В помещениях для животных и птиц целесообразно в холодный и переходный периоды предусматривать создание воздушного подпора путем превышения подачи приточного воздуха над удаляемым воздухом в размере 15 - 20 %.

В задачи аэродинамического расчета системы воздуховодов входит определение размеров поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потерь давления во всей системе воздуховодов.

Выбрав схему вентиляционной сети помещения, разбивают ее на отдельные участки с постоянным расходом воздуха. Границами этих участков обычно являются тройники или крестовины.

Составляют расчетную аксонометрическую схему (см.рис 3.1); обозначают номера участков с неизменным расходом воздуха в кружочках; справа от кружочка в числителе указывают расход воздуха (м³/ч) на участке, в знаменателе – длину участка (м). Выбирают основное магистральное расчетное направление, которое характеризуется наибольшей протяженностью (участки 1, 2, 5 или 6 на рис. 3.1).

Воздуховыпускные отверстия

Рис. 3.1 Расчетная схема воздуховодов

Выбирают форму поперечного сечения воздуховода (круглую, прямоугольную), рассчитывают площадь поперечного сечения воздуховодов (F_i) по участкам по формуле

(3.18)

где L_i – расход воздуха на данном участке, м³/ч; - скорость воздуха, м/с.

Рекомендуемые скорости воздуха в элементах систем искусственной вентиляции: в жалюзийных решетках – 4…6 м/с; в приточных шахтах – 3…6 м/с; в вертикальных воздуховодах и каналах – 5…8 м/с; в горизонтальных магистральных воздуховодах 10…15 м/с; в ответвлениях – 6…9 м/с; на выходе из выпускных отверстий воздуховода – 4…8 м/с.

Равное распределение приточного воздуха по длине вентилируемого помещения при помощи магистрального воздуховода постоянного сечения обеспечивается за счет различных по площади его воздуховыпускных отверстий. Вначале определяют площадь последнего по ходу воздуха отверстия, м²

(3.19)

где - расход воздуха через рассчитываемый воздуховод, м³/ч; m – число выпускных отверстий (в животноводческих помещениях отверстия в приточном воздуховоде делают через каждые 1,5…2 м); - скорость движения воздуха на выходе из отверстий (4…8 м/с).

Площадь i-го воздуховыпускного отверстия

. (3.20)

Коэффициент находят по формуле

, (3.21)

где - коэффициент расхода; S_в – площадь сечения воздуховода, м².

Число отверстий в воздуховоде должно удовлетворять неравенству

< . (3.22)

Вентиляторы – это установки, которые служат для перемещения воздуха или других газов при общем напоре не более 15 кПа. По принципу работы и конструктивным особенностям их подразделяют на осевые и центробежные.

В зависимости от развиваемого давления эти вентиляторы бывают низкого (до 1 кПа), среднего (от 1 до 3 кПа) и высокого (от 3 до 15 кПа) давления. Центробежные вентиляторы низкого и среднего давления используют при общеобменной и местной вентиляции, кондиционировании воздуха. Вентиляторы высокого давления применяют главным образом для технологических целей.

Вентиляторы (осевые и центробежные) различают по номерам, показывающим диаметр рабочего колеса в дециметрах. Все вентиляторы одной серии или типа по своим размерам геометрически подобны один другому и имеют одинаковую аэродинамическую схему.

При подборе вентиляторов нужно знать требуемую подачу и полное давление, которое должен развивать вентилятор.

Подачу вентиляторов , м³/ч, для данного помещения принимают по значению расчетного часового воздухообмена L с учетом подсосов воздуха в воздуховодах

(3.23)

где k_п – поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах (для стальных, пластмассовых и асбоцементных воздуховодов длиной до 50 м k_п = 1,1, в остальных случаях k_п = 1,15); t - температура воздуха, проходящего через вентилятор, ^оС; t_в - температура воздуха в рабочей зоне помещения, ^оС.

Для определения полного давления, которое должен развивать вентилятор, определяют потери давления в главной расчетной магистрали (участки 1, 2, 5 или 6 на рис. 3.1) линейные и в местных сопротивлениях. Кроме того, следует учесть динамическое давление потока воздуха в воздуховодах, сопротивление калониферов, фильтров и др. Потребный напор вентилятора (Па) определяют по формуле

(3.24)

где 1,1 – запас давления на непредвиденные сопротивления; - потери давления на трение и в местных сопротивлениях в наиболее протяженной ветви вентиляционной сети, Па; R – удельная потеря давления на трение, Па/м; l – длина участка воздуховода, м; потеря давления в местных сопротивлениях участка воздуховода, Па; сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке (таблица 3.7); r_д = υ²ρ/2 – динамическое давление потока воздуха, Па; υ – скорость движения воздуха в воздуховоде (в магистральных линиях 10…15 м/с, в ответвлениях 6…9 м/с); ρ – плотность воздуха в воздуховоде, кг/м³; ρ_д.вых – динамическое давление на выходе из сети, Па; Р_к - сопротивление калориферов, Па.

Таблица 3.7

Коэффициенты местных сопротивлений для воздуховодов

Вид местного сопротивления
Вход в жалюзийную решетку с поворотом потока	2,0
Диффузор у вентилятора	0,15
Колено 90º круглого или квадратного сечения	1,1
Колено 90º прямоугольного сечения при b/a = 0,5; 1,0; 1,5; 2,0	1,65; 1,1; 0,77; 0,53
Внезапное расширение сечения A1/A2 = 0,1; 0,3; 0,5; 0,7	0,8; 0,5; 0,25; 0,1
Внезапное сужение сечения A1/A2 = 0,1; 0,3; 0,5; 0,7	0,47; 0,38; 0,3; 0,2
Отвод 90º круглого или квадратного сечения при R/d = 1; 2; 3	0,25; 0,15; 0,12
Отвод 90º прямоугольного сечения при R/a = 1 и b/a = 0,5; 1,0; 1,5; 2,0	0,38; 0,25; 0,18; 0,12
То же, при R/a = 2	0,23; 0,15; 0,11; 0,07
То же, при R/a = 3	0,18; 0,12; 0,08; 0,06
Выход через боковое отверстие с острыми краями при = 0,4; 0,6; 1,0; 1,2	1,1; 1,25; 1,6; 1,8
Выход с поворотом потока: без решетки с решеткой	2,0 2,5
Вытяжная шахта с зонтом	1,3
Дефлектор цилиндрический	1,0

Примечание. R – радиус поворота оси воздуховода; d – диаметр или сторона квадрата его сечения; b и a – высота и ширина прямоугольного сечения воздуховода; - скорость воздуха на выходе из бокового отверстия воздуховода; - скорость воздуха в воздуховоде.

Для удобства расчета полного давления вентилятора составляют бланк расчета наиболее протяженной ветви вентиляционной сети (табл. 3.8)

Таблица 3.8