Расчёт воздуховодов систем вентиляции

Расчёт воздуховодов систем вентиляции

Расчёт воздуховодов вентиляции является одним из этапов расчета вентиляции и заключается в определении размеров воздуховода в зависимости от расхода воздуха, который должен проходить через рассматриваемый воздуховод. Кроме того, возникают задачи по определению площади поверхности воздуховода. Рассмотрим их более подробно.

Расчёт сечения воздуховодов

Задача расчёта сечения воздуховодов вентиляции может звучать по-разному:

• расчёт воздуховодов вентиляции
• расчёт воздуха в воздуховоде
• расчёт сечения воздуховодов
• формула расчёта воздуховодов
• расчёт диаметра воздуховода

Следует понимать, что все вышеперечисленные расчёты — по сути, одна и та же задача, которая сводится к определению площади сечения воздуховода, по которому протекает расход воздуха G [м 3 /час].

Алгоритм расчета сечения воздуховодов

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

1. Пересчет расхода воздуха в м 3 /с
2. Выбор скорости воздуха в воздуховоде
3. Определение площади сечения воздуховода
4. Определение диаметра круглого или ширины и высоты прямоугольного воздуховода.

На первом этапе расчёта воздуховода расход воздуха G, выраженный, как правило, в м 3 /час, переводится в м 3 /с. Для этого его необходимо разделить на 3600:

• G [м 3 /c] = G [м 3 /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 [м 2 ] = G [м 3 /c] / v [м/с]

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

Таблица сечений воздуховодов

В помощь проектировщикам разработано несколько таблиц сечений воздуховодов, которые позволяют быстро подобрать сечение в зависимости от полученной площади.

Пример расчёта воздуховода

В качестве примера рассчитаем сечение воздуховода с расходом воздуха 1000 м 3 /час:

1. G = 1000/3600 = 0,28 м 3 /c
2. v = 4 м/с
3. S = 0,28 / 4 = 0,07 м 2
4. В случае круглого воздуховода его диаметр составил бы D = корень (4·S/ π) ≈ 0,3 м = 300мм. Ближайший стандартный диаметр воздуховода — 315 мм.

В случае прямоугольного воздуховода необходимо подобрать такие А и В, чтобы их произведение было равно примерно 0,07. При этом рекомендуется, чтобы А и В не отличались друг от друга более чем в три раза, то есть воздуховод 700×100 — не лучший вариант. Более хорошие варианты: 300×250, 350×200.

Эквивалентный диаметр воздуховода

При сравнении круглых и прямоугольных воздуховодов разного сечения с точки зрения аэродинамики прибегают к понятию эквивалентного диаметра воздуховода. С его помощью можно определить, какой из двух вариантов сечений является предпочтительным.

Что такое эквивалентный диаметр воздуховода

Эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода — это диаметр воображаемого круглого воздуховода, в котором потеря давления на трение была бы равна потере давления на трение в исходном прямоугольном воздуховоде при одинаковой длине обоих воздуховодов.

В книгах и учебниках В. Н. Богословского такой диаметр называется «Эквивалентный по скорости диаметр», в литературе П. Н. Каменева — «Равновеликий диаметр по потерям на трение».

Расчет эквивалентного диаметра воздуховодов

Эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода вычисляется по формуле:

• D_{экв_пр} = 2·А·В / (А+В), где А и В — ширина и высота прямоугольного воздуховода.

Например, эквивалентный диаметр воздуховода 500×300 равен 2·500·300 / (500+300) = 375 мм. Это означает, что круглый воздуховод диаметром 375 мм будет иметь такое же аэродинамическое сопротивление, что и прямоугольный воздуховод 500×300 мм.

Эквивалентный диаметр квадратного воздуховода равен стороне квадрата:

И этот факт весьма интересен, ведь обычно чем больше площадь сечения воздуховода, тем ниже его сопротивление. Однако круглая форма сечения воздуховода имеет наилучшие аэродинамические показатели. Именно поэтому сопротивление квадратного и круглого воздуховодов равны, хотя площадь сечния квадратного воздуховода на 27% больше площади сечения круглого воздуховода.

В общем случае формула для эквивалентного диаметра воздуховода выглядит следующим образом:

• D_экв = 4·S / П, где S и П — соответственно, площадь и периметр воздуховода.

Используя эту формулу можно подтвердить правильность вышеприведённых формул для прямоугольного и квадратного воздуховодов, а также убедиться в том, что эквивалентный диаметр круглого воздуховода равен диаметру этого воздуховода:

• D_кругл = 4·π·R 2 / 2·π·R = 2R = D.

Кроме того, для расчета может помочь таблица эквивалентного диаметра воздуховодов

Пример расчета эквивалентного диаметра воздуховодов и некоторые выводы

В качестве примера определим эквивалентный диаметр воздуховода 600×300:

D_{экв_600_300} = 2·600·300 / (600+300) = 400 мм.

Интересно отметить, что площадь сечения круглого воздуховодам диаметром 400 мм составляет 0,126 м 2 , а площадь сечения воздуховода 600×300 составляет 0,18 м 2 , что на 42% больше. Расход стали на 1 метр круглого воздуховода сечением 400 мм составляет 1,25 м 2 , а на 1 метр воздуховода сечением 600×300 — 1,8 м 2 , что на 44% больше.

Таким образом, любой аналогичный круглому прямоугольный воздуховод значительно проигрывает ему как в компактности, так и в металлоемкости.

Рассмотрим ещё один пример — определим эквивалентный диаметр воздуховода 500×100 мм:

D_{экв_500_100} = 2·500·100 / (500+100) = 167 мм.

Здесь разница в площади сечения и в металлоемкости достигает 2,5 раз. Таким образом, формула эквивалентного диаметра для прямоугольного воздуховода объясняет тот факт, что чем больше «расплющен» воздуховод (чем больше разница между значениями А и В), тем менее эффективен этот воздуховод с аэродинамической точки зрения.

Это одна из причин, по которой в вентиляционной технике не рекомендуется применять воздуховоды, в сечении которых одна сторона превышает другую более чем в три раза.

Расчет площади воздуховодов

Расчет площади воздуховодов выполняется при подготовке спецификации, а также на производстве для понимания, сколько сырья потребуется для изготовления проектного количества воздуховодов.

Эта задача может звучать следующим образом:

• расчет площади воздуховодов
• узнать площадь воздуховода
• расчет м2 воздуховодов

Формула расчёта площади воздуховодов

Площадь воздуховодов определяется путём перемножения периметра сечения воздуховода на длину воздуховода:

• S = П·L, где П и L — соответственно, периметр и длина воздуховода в метрах.

Важно помнить о размерности величин в формуле, приведённой выше. Обычно сечение воздуховода задаётся в миллиметрах (например, диаметр 250 или сечение 500×250), а длина — в метрах (например, 5 метров). Но в формулу необходимо подставлять все величины, выраженные в метрах. Причем, предварительно следует вычислить длину периметра сечения воздуховода.

Для упрощения задачи по расчету площади воздуховодов применяют готовые формулы для круглых и прямоугольных воздуховодов.

Расчет площади круглого воздуховода

Расчет площади круглого воздуховода выполняется по формуле:

• S = π·D·L, где D и L — диаметр и длина воздуховода в метрах.

Например, воздуховод диаметром 250 мм и длиной 5 метров будет иметь следующую площадь:

• S = π·(250/1000)·5 ≈ 4 м 2 — это и есть м2 воздуховода (метраж/квадратура).

Расчет площади прямоугольного воздуховода

Расчет площади прямоугольного воздуховода выполняется по формуле:

• S = 2·(A+B)·L, где A и B — длины сторон воздуховода (в метрах), а L — длина воздуховода в метрах.

Например, воздуховод диаметром сечением 500×300 (то есть со сторонами 0,5м и 0,3м) и длиной 10 метров будет иметь следующую площадь:

• S = 2·(0,5+0,3)·10 = 16 м 2 .

Источник: mir-klimata.info