Расчёт площади воздуховодов и фасонных изделий, аэродинамических и других показателей

Основным параметром, характеризующим эффективность вентиляционной системы, является расход воздуха. Его определяют как сумму значений на отдельных участках воздуховодов со стабильным расходом, ограниченных ответвлениями или заслонками. На каждом таком участке осуществляется расчёт площади воздуховодов и фасонных изделий. При определении формы вентканалов и их квадратуры основным параметром является скорость воздушного потока. Её указывают в нормативах и строительных правилах (СП). Для магистральных трубопроводов она не должна превышать 8 м/с, для ответвлений – не более 5 м/с. А в месте поступления в помещение скорость ограничена до 3 м/с.

Зачем нужен расчёт площади воздуховодов и фасонных изделий?

Определение квадратуры воздуховодов необходимо для создания эффективно функционирующей вентиляционной системы и оптимизации её характеристик:

• объёмы перемещаемого воздуха;
• скорости воздушных масс;
• уровня шума;
• энергопотребления.

Кроме того, расчёт должен обеспечивать целый перечень дополнительных эксплуатационных характеристик. К примеру, надлежащий температурный режим в помещении. То есть вентиляционная система должна удалять избыток тепла и влажности или минимизировать теплопотери. При этом максимальная/минимальная температура и скорость поступающего в помещение воздуха приводятся к соответствующим нормативам.

Регулируются и качественные параметры поступающего воздуха, а именно: его химический состав, количество взвешенных частиц, наличие и концентрация взрывоопасных элементов и т.п.

Какие данные нужны для расчёта эксплуатационных характеристик воздуховодов?

Прежде всего, во внимание принимаются основные параметры сооружения, такие как назначение самого здания, объём помещений, количество постоянно пребывающего персонала и посетителей, особенности производственного процесса (для промышленных зданий) и т.п.

Проектирование систем вентиляции осуществляется в соответствии со следующими нормативными документами:

• СП 60.13330.2016 (актуальная редакция СНиП 41-01-2003);
• СП 7.13130.2013;
• ГОСТ 12.1.005-88 и некоторые другие.

Как рассчитать площадь воздуховода различных типов сечений?

Расчёт квадратуры воздуховодов разных сечений имеет свои особенности, так как расход воздуха у них будет значительно отличаться даже при одинаковых параметрах скорости перемещения воздушных масс и площади. Кроме того, при расчёте вентиляционных сетей большой протяжённости и/или разветвленности учитывается влажность и температура воздуха (если она превышает +20°С). А также аэродинамическое сопротивление воздуховодов и фасонных изделий, зависящее от формы и материала изготовления (различные коэффициенты трения). Учёт этих параметров выражается в использовании различных поправочных коэффициентов в расчётных формулах.

Важная информация! Параметры квадратуры канала и скорость перемещения воздушных потоков обратно пропорциональны. То есть, при большом сечении воздуховода для обеспечения необходимого объёма перемещаемого воздуха достаточно меньшей скорости.

Расчёт квадратуры производится по двум параметрам, взятым из нормативов (фактически эти параметры описывают кратность воздухообмена):

1. расход воздуха – R (м³/час);
2. скорость воздушного потока – V (м/с).

Формула площади воздуховодов оперирует параметрами расхода воздуха, взятыми из нормативов:

S = R/k × V, где

K – коэффициент, равный 3600.

Существуют альтернативные формулы, оперирующие другими коэффициентами, к примеру:

S = R × 2,778/V.

При использовании воздуховодов большого сечения существенно снижается уровень шума воздушных потоков и затраты электроэнергии на их перемещение. Однако материалоёмкость таких конструкций значительно выше, что увеличивает их первоначальную стоимость.

Значительное влияние на эффективность перемещение воздушных потоков оказывает форма сечения. В прямоугольных воздуховодах воздушный поток получает большее сопротивление. Однако прямоугольная форма более удобна для монтажа, особенно при недостатке места, и может размещаться впритык к основным строительным конструкциям. Круглые воздуховоды имеют лучшую аэродинамичность, но не всегда вписываются в интерьер. А изделия с высокими эстетическими показателями имеют гораздо большую стоимость. Учитывая приведённые факты, в качестве альтернативы рекомендуется обратить внимание на овальные воздуховоды, сочетающее в себе эргономичность и эффективность.

Как посчитать площадь круглого воздуховода?

Для расчёта диаметра круглого вентканала используется нормативная площадь сечения:

Фактическую площадь получают из формулы:

Как рассчитать площадь воздуховода прямоугольного сечения?

Для прямоугольных коробов используются те же формулы, что и для круглых. Длину сторон вычисляют по формуле:

Dп – диагональ прямоугольника, вписанного в круг (фактически эквивалентный диаметр круга);

a, b – стороны.

Фактическая площадь узнаётся из формулы:

Также для вычисления основных параметров проектировщики используют таблицы.

Расчёт площади овального воздуховода

Диаметры овального воздуховода вычисляются по его площади. Используются следующие формулы:

Диаметр:

Р – периметр окружности овалоида,

Площадь овального воздуховода вычисляется по формуле:

a, b – большой и малый диаметр овала, соответственно.

Расчёт площади фасонных частей воздуховодов

При создании разветвленных систем вентиляции используются различные фасонные изделия:

• отводы – тройники с одинаковым или разным сечением;
• утка – отвод s-образной формы;
• зонт;
• переходники:

• между различными сечениями одной формы (как правило, разные диаметры);
• между различными типами сечений (к примеру, от прямоугольной, к круглой).

Каждое из представленных фасонных изделий рассчитывается по отдельным формулам, вследствие чего их общий расчёт является довольно сложным. Даже опытным проектировщикам требуется инженерная помощь в расчётах площади воздуховодов. Для этого они используют специальные программы.

Какие существуют программы для определения параметров фасонных частей воздуховодов?

Было разработано множество программ для расчёта площади фасонных частей воздуховодов:

• Vent-Calc v2.0 – универсальное средство проектирования и расчёта основных параметров систем вентиляции. Как утверждают разработчики, ключевыми параметрами для расчёта являются расход воздуха и длина воздуховодов. Получив от оператора эти данные, программа самостоятельно с генерирует прототип вентиляционной сети с указанием аэродинамического сопротивления по каждой ветви, ограниченной фасонными изделиями. Сумма этих показателей является основой для подбора силовой вентилирующей установки. С недавнего времени этот программный комплекс стал бесплатным;
• MagiCAD – программное обеспечение для проектирования всех типов инженерных коммуникаций. Файлы проекта могут быть импортированы в ADT и AutoCAD;
• GIDRV 3.093 – калькулятор расчёта площади воздуховодов и фасонных изделий для естественного типа вентиляции с учётом аспирации здания;
• Fans 400 – специализированное ПО для расчёта противодымной вентиляции;
• Ducter 2.5 – программа расчёта площади фасонных частей воздуховодов.

Существует несколько более простых программ и макросов, написанных на основе Microsoft Excel. В основном они выполняют расчёт аэродинамики воздуховодов различных сечений.

Также на некоторых сайтах можно встретить онлайн-калькуляторы площади поверхности воздуховодов, которые предлагают компании, занимающиеся оказанием соответствующих услуг.

Калькулятор расчета необходимого сечения воздуховода

Расчёт скорости воздуха в воздуховоде

Расчёт производится на основе данных по воздухообмену, взятых из нормативной документации. Этот параметр выражается в кратности – количестве раз полного замещения воздуха в помещении за один час. В этом случае формула определения требуемого объема будет иметь вид:

V = K × W, где

V – объём поступившего воздуха (м³/час);

K – кратность (в час);

W – объём помещения.

Таким образом, получив требуемый объём воздуха для помещения, определяем скорость, с которой он должен поступить, по формуле:

S – скорость перемещения воздушных масс (м/с);

V – объём используемого воздуха (м³/ч);

P – площадь сечения трубы (см²).

Для бытовых вентиляционных систем скорость движения воздушных потоков не должна превышать 3-4 м/с. В противном случае необходимо увеличивать площадь воздуховода для предотвращения появления шума.

Расчёт сопротивления сети воздуховодов

При расчёте общего сопротивления системы вентиляции необходимо учитывать показатели потери давления как на прямых участках, так и в местах наибольшего сопротивления.

При этом необходимо учитывать как форму, так и материал изготовления воздуховодов. Наиболее распространёнными являются изделия из:

• оцинкованная жесть толщиной 0,4-0,6 мм;
• нержавеющая сталь – встречается довольно редко, в основном на предприятиях химической, фармацевтической и пищевой промышленности;
• металлопластиковые – состоят из слоя вспененного пенополиуретана или полиэтилена, расположенного между двумя слоями гофрированного алюминия. Отличается небольшим весом и высокими звуко- и теплоизоляционными характеристиками (коэффициент теплопроводности не превышает 0,019 Вт/(м°К)).
• гибкие воздуховоды – имеют круглое сечение, состоят из нескольких слоёв алюминия, ламинированного полиэфирной пленкой, на каркасе из стальной проволоки. Имеют ограничения по длине использования, так как обладают высоким аэродинамическим сопротивлением.

Потери давления на прямых участках

Для определения аэродинамического сопротивления на прямых участках вентканалов различного сечения используются следующие формулы:

ΔP = R x L x n, где

ΔP – общие потери давления в воздуховоде;

R – частные потери от трения;

L – длина прямого участка;

n – уточняющий коэффициент, зависящий от шероховатости материала.

λ – показатель трения для аэродинамического сопротивления;

d – диаметр сечения;

Pf – расчётное давление в системе.

K – показатель характеризующий шероховатость материала, из которого сделан воздуховод;

Re – критерий Рейнольдса;

v – скорость воздуха на прямом участке;

u – кинематическая вязкость воздушной среды.

Потери давления на местных сопротивлениях

В сети воздуховодов есть места наибольшего сопротивления потоку воздуха: повороты, изгибы, тройники, места изменения сечения на переходниках. Расчёт их аэродинамических потерь производится отдельно, так как каждый тип фасонного изделия имеет индивидуальные коэффициенты сопротивления.

Формула потери давления на каждом участке местного сопротивления с учётом коэффициентов:

где S – скорость, ρ – плотность воздуха.

Важно! Плотность воздуха зависит от его температуры. К примеру, при 20°С плотность воздуха будет составлять 1,2 кг/м³. Данный параметр также берётся из таблиц в соответствующих нормативных источниках.

Общая формула потери давления в фасонных изделиях:

Σξ – сумма параметров местных сопротивлений.

Расчёт материалов для воздуховодов и фасонных частей

Имея площадь прямых участков, количество и тип фасонных изделий можем легко определить объём материала, который будет использован при их изготовлении. К примеру, для изготовления секции воздуховода круглого сечения диаметром 100 мм и длиной 1 м будет необходимо 0.314 м² жести.

Это легко вычислить по формуле:

π × D (100 мм = 0,1 м) × L (1 м) = 3,14 × 0,1 × 1 = 0,314 м².

Аналогичным образом вычисляется количество материала для прямых участков воздуховодов прямоугольного сечения.

Для расчёта фасонных изделий не существует определённых формул. Точнее, они есть: для каждой части фасонного изделия определённой формы отдельная формула. Но осуществлять их ручной расчёт нецелесообразно. Как правило, требуемое количество материала вычисляется эмпирически после изготовления лекал раскроя.

Расчёт мощности нагревания в сети

Температура воздуха, поступающего в помещения, строго регламентируется. К примеру, для жилых сооружений минимальное значение составляет +18°С. Для расчёта мощности используемого нагревательного оборудования необходимо из нормативов узнать минимальное значение температуры той климатической зоны, где расположено здание. Разница этих температур является основным фактором определения мощности нагревательного устройства. При этом, совсем не обязательно использовать максимально мощный калорифер, способный обеспечить нагрев помещения при минимальной внешней температуре. Если вентиляция имеет систему регулировки производительности, то во время максимальной нагрузки на калорифер просто снижается интенсивность подачи воздуха.

Расчёт мощности нагревательного устройства осуществляется по формуле:

Р — расчётная мощность устройства нагрева (рекуператор или калорифер), (кВт);

Δt — разница значений температуры воздуха на входе в систему вентиляции и на подаче в помещение, (°С);

Q — производительность вентиляционной системы, (м³/ч);

τv — объёмная теплоёмкость воздуха, зависит от совокупности значений влажности, температуры и давления, но принимается в качестве коэффициента 0,336 Вт × (ч/м³/°С).

Выводы

Расчёт квадратных метров воздуховодов с использованием современного программного обеспечения является не таким уж сложным процессом. Однако при обустройстве сложных, разветвленных систем большое значение имеет опыт использование различных материалов и фасонных частей. Кроме этого следует учитывать возможности потери тепла, появление конденсата, изоляции от шума и вибрации. А также ряд других факторов, возникающих в результате эксплуатации.

Оцените эту статью

Загрузка...

Обсудить 0

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? Поддержите нас и поделитесь с друзьями

• Total: 5
• VK1
• OK1
• TG
• FB2
• TW1