В любых климатических системах жилых, общественных и производственных зданий есть необходимость перемещать воздушные массы, которые прошли определенные операции по очистке и обработке, либо отработанный воздух из помещений. Для этого служат специальные трубопроводы, называемые воздуховодами.
Диаметры трубопроводов зависят от многих факторов и определяются расчетом и подбором.
Общие данные для подбора
Факторы, оказывающие влияние на диаметр воздуховода:
- Величина диаметра не может приниматься какой угодно, она строго нормируется. Линейка размеров прописана в СНиП: «Отопление, вентиляция и кондиционирование» (приложение Н).
- Скорость движения воздуха — главный фактор подбора диаметра, от нее зависит пропускная способность трубопровода. Существует ряд рекомендуемых скоростей (см. таблицу 1) для воздуховодов различного назначения.
- Неразрывно со скоростью движения связан и другой фактор, влияющий на размер канала, это расход воздушной смеси в куб.м за 1 час.
- Материал, из которого изготовлена труба. Шероховатость ее поверхности в металлических изделиях оказывает дополнительное сопротивление воздушному потоку, пропускная способность магистрали уменьшается. Сопротивление пластмассовых трубопроводов меньше, так как его стенки гладкие.
- Затрудненные или стесненные условия прокладки зачастую диктуют уменьшение диаметра воздуховода с увеличением скорости движения воздуха. Это случается в производственных помещениях, насыщенных технологическим оборудованием и инженерными сетями либо в помещениях гражданских зданий с высокими эстетическими требованиями к интерьеру.
- Экономическая целесообразность не позволит принимать воздуховоды увеличенных диаметров ввиду повышения стоимости изделий и монтажа.
- Форма сечения самого воздуховода может быть круглой, прямоугольной и плоскоовальной. Влияние на диаметры воздуховодов это не оказывает, так как гидравлика рассчитывается для круглого канала, а трубы другой формы принимают по величине эквивалентного поперечного сечения.
Рекомендуемые величины скорости движения воздуха в трубопроводах в зависимости от их назначения представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Назначение канала | Магистральный канал | Ответвление | Распределительный канал | Решетка приточная | Решетка вытяжная |
| Рекомендуемая скорость, м/с | От 6 до 8 | От 4 до 5 | От 1,5 до 2 | От 1 до 3 | От 1,5 до 3 |
В силу того, что современные технологии позволяют изготавливать воздуховоды с более высокими показателями по аэродинамике, плотности и жесткости, для расчета принимают верхние границы рекомендуемых скоростей либо превышают их. Современный спирально-навивной трубопровод круглого или овального сечения из оцинкованной стали может спокойной пропускать воздух со скоростью до 15 м/с без превышения допустимого уровня шума.
http://1poclimaty.ru/youtu.be/oUWencqEU0E
Как подбирать размер?
Расчет диаметра воздуховода производится в определенном порядке. Зная необходимый расход вытяжки L (м3/ч) и приняв верхний предел рекомендуемой скорости движения воздуха, следует определить поперечное сечение канала F по формуле:
F = L / 3600v
Здесь v — скорость движения воздушного потока, цифра 3600 применена для перевода единиц времени из секунд в часы. Если для простоты примера принять расход для вытяжки равным 1000 м3/ч, а скорость — 8 м/с, то получится площадь сечения:
F = 1000 / 3600 х 8 = 0,0347 м2
По известной формуле площади круга определяют его диаметр:
D2 = 4F / π
D = 0,21 м или 210 мм.
То есть оптимальный диаметр канала для вытяжки составляет 210 мм. В нормируемом ряду размеров по СНиП следует найти ближайшие стандартные, это 200 мм и 225 мм. В зависимости от условий прокладки принимают один из этих двух диаметров, например, 200 мм. После чего определяют действительную скорость в обратном порядке. Это необходимо для общего аэродинамического расчета системы.
Такой простой подбор диаметра воздуховода для вытяжки подойдет в случае, если система имеет небольшую протяженность и одно-два ответвления, например, обычная вытяжка в жилом доме. В промышленных зданиях в зависимости от технологических процессов системы могут иметь значительную протяженность (более 100 м) и большое количество поворотов, ответвлений и регулирующих заслонок. Придется выполнить полный аэродинамический расчет располагаемого напора вентилятора, в котором гидравлический диаметр играет важнейшую роль.
http://1poclimaty.ru/youtu.be/Ho2GXJgJIGI
Пример подбора размера
Значение размера воздуховода можно понять из формулы:
HB = ∑(Rl + Z)
Здесь параметр HB (кгс/м2) — необходимый напор вентилятора, R — потери давления на 1 м воздуховода круглого сечения, l (м) — протяженность канала, Z — потери давления в местных сопротивлениях (тройниках, поворотах и т.д.).
Обозначение суммирования в формуле показывает, что складывать нужно результаты расчета для каждого участка трубопровода, а на участки система делится по расходам и диаметрам. Формула для определения потерь на местных сопротивлениях:
Z = ∑ξHД
Общая величина потерь составляет сумму падений давления на каждом фасонном элементе воздуховода, которая рассчитывается как произведение коэффициента местного сопротивления на значение динамического давления потока на стенки трубы.
Оба параметра являются справочными, их можно найти в соответствующей технической литературе. Для укрупненного расчета мощности вентилятора допускается брать потери на местных сопротивлениях в процентах от общей величины, от 10 до 40% в зависимости от сложности схемы.
Чтобы понять значение принятого ранее размера 200 мм при разной протяженности системы, нужно выполнить расчет на примере, когда длина равна 10 м и 50 м, из местных сопротивлений имеется два поворота и вентиляционная решетка в конце. Ввиду простоты схемы потери в местных сопротивлениях можно принять в размере 10% от общих. Параметр R принимают по таблицам или номограммам в зависимости от реальной скорости потока в трубе. При диаметре 200 мм и расходе 1000 м3/ч реальная скорость составит 8,9 м/с, значение R при этой скорости — 0,47 кгс/м2. Теперь можно определить располагаемый напор вентилятора при длине канала 10 м:
HB = 0,47 х 10 + 10% = 5,17 кгс/м2 или 50,67 Па.
Протяженность трубы 50 м даст такую величину напора:
HB = 0,47 х 50 + 10% = 25,85 кгс/м2 или 253,33 Па.
Увеличение не происходит пропорционально расстоянию, при длине 100 м значение напора будет 70,5 кг/м2 или 691 Па. Повышение давления, развиваемого вытяжным либо приточным вентилятором, не может быть бесконечным. Кроме того, экономически нецелесообразно устанавливать агрегат с высоким напором, так как он будет снабжен электродвигателем большой мощности и станет расходовать электроэнергию. Для системы протяженностью 10 м потребуется вентилятор с электродвигателем ориентировочной мощности 110 Вт, для 50 — м системы уже 250 Вт, а для 100 м длины трубы понадобится электрическая мощность 0,5 кВт. Правильнее будет увеличить размер воздуховода, приняв следующий по линейке — 225 мм. Весь предыдущий расчет потребуется сделать заново и пересчитать по новому диаметру реальную скорость и потери давления.
http://1poclimaty.ru/youtu.be/0avxxdNKAcc
Таких пересчетов может быть несколько, пока соотношение диаметр / электрическая мощность не станет оптимальным, тогда система будет удовлетворять техническим требованиям и экономическим затратам.
