Расчет скорости воздуха в воздуховоде по сечению: таблицы, формулы

Состав проекта вентиляции

Рассмотрим подробнее состав листов которые обязательно входят в проект:

Общие данные по чертежам

Включает краткое описание систем, чтобы любой монтажник и строитель мог быстро сориентироваться в проекте. В общие данные входит сводная таблица характеристик систем вентиляции с параметрами всего вентиляционного оборудования и нагрузками на систему электроснабжения и теплоснабжения здания.

Планы систем вентиляции

Ключевые листы проектной документации. По ним выполняются монтажные работы, согласование инженерных систем и последующее сервисное обслуживание. На планах показывают трассировки воздуховодов, их размеры, расходы воздуха на каждом участке, марки решеток и вентиляционного оборудования.

Схемы систем вентиляции

На схемах показывается размещение воздуховодов по вертикали и возможные опуски в местах пересечений. В нашей команде схемы строятся в 3D программе MagiCAD. Программа автоматически просчитывает расходы воздуха и балансирует ветки.

План и схемы систем теплоснабжения

В комплект проекта вентиляции обязательно входит раздел теплоснабжения приточных установок. Приточный воздух зимой должен подогреваться. Для этого чаще всего используется водяной нагреватель и рекуператор. Воздух нагревается в рекуператоре, а затем проходить через секцию водяного нагрева, которая подключается к системе теплоснабжения. Трубы теплоснабжения и всю обвязку нагревателей должен просчитать инженер-проектировщик. Система теплоснабжения должна быть сбалансирована с другими потребителями.

Стандартные элементы любого проекта. Воздуховоды разного размера и конфигурации крепятся по-разному. Крепежные элементы дополнительно заказываются монтажной организацией и должны строго соответствовать указанным в проекте требованиям.

Спецификация оборудования и материалов

Спецификация — это точное количество материалов и оборудования, которые понадобятся для прокладки систем. В современном проектировании это стало намного проще. Программа MagiCAD автоматически просчитывает длины воздуховодов по чертежу. Проектировщику остается проверить расчет и самостоятельно дополнить недостающие элементы.

Без проекта невозможно правильно выбрать размеры воздуховодов, решеток, точно закупить необходимое количество материалов. Без проекта будет сложно сбалансировать систему.

В ходе проектных работ выполняются следующие расчеты:

расчет воздухообменов. Расход воздуха в каждом помещении рассчитываем по нормам кратности или дополнительным расчетам на удаления избытков тепла или влаги.
аэродинамический расчет. В ходе расчета мы решаем 2 задачи. Во-первых, узнаем полное давление, которое должен обеспечить вентилятор, чтобы гарантировано подавать воздух во все помещения. Во-вторых, мы балансируем ветки системы вентиляции между собой. Одна ветка вентиляции длиннее, а другая короче. Воздух всегда идет по кратчайшему пути, и нам необходимо сбалансировать систему так, чтобы воздух по всем веткам системы подавался равномерно.
дополнительные расчеты на удаление избытков тепла и влаги. В некоторых помещения главной задачей является не подача воздуха на дыхание человека, а удаление избытков теплоты (например, на кухне) или влаги (например, в бассейнах). Есть много помещений, гдевоздухообмен не считается по нормам, а выполняется свой отдельный расчет.

Расчет сети распределения воздуха

Схема вентиляции с гибким воздуховодом.

Другим обязательным условием создания качественной вентиляции является проектирование максимально эффективной системы воздухораспределения, обеспечивающей обмен воздуха по всему дому (квартире). Чтобы добиться этой цели, следует сначала составить принципиальную схему монтажа воздухопроводящих каналов, которые должны связывать все обслуживаемые комнаты. При этом необходимо добиваться, чтобы протяженность вентиляционной трассы, по которой расчетные объемы воздуха устремляются в помещения, была минимальной.

Площадь сечения для воздуховодов рассчитывается с использованием двух основных показателей. Первый показатель – это количество воздушной массы, которая протекает по трубам в единицу времени, второй – максимальная скорость, которая допускается для прохождения воздуха по трассе.

Что касается скорости прохождения воздуха, то здесь есть несколько особенностей, которые необходимо учитывать при монтаже воздуховодов. Замечено: чем больше скорость, тем больше шума производит подаваемый воздух в системе принудительной вентиляции. Разумеется, этот фактор очень нежелателен в жилых помещениях. Поэтому в квартирах и домах, как правило, скорость проветривания ограничена уровнем 3-4 м/сек.

В тех случаях, когда воздуховоды, имеющие большое сечение и обеспечивающие соответственно низкую скорость протекания воздуха (а именно такие трубы считаются малошумными), сложно или совсем невозможно закрыть потолочным перекрытием, рекомендуется применять воздуховоды прямоугольного сечения. Такие трубопроводы при площади сечения, одинаковой с круглыми воздуховодами, имеют более компактные габариты, что сказывается на большем удобстве их монтажа, по сравнению с круглыми образцами.

https://youtube.com/watch?v=aG-ZPsV3c-M

Теперь можно перейти к определению расчетной площади сечения воздуховодных труб. Вычисления осуществляются по следующее формуле:

Sс = L х 2,778 / V, где:

Sс – площадь расчетная воздуховодного сечения (см2);
L – расход воздушной массы, проходящей по воздуховоду (м3/час);
2,778 – коэффициент, используемый для согласования разных размерностей (например, см и м);
V – скорость движения воздушной массы по воздуховоду (м/сек).

Схемы крепления ПВХ-воздуховода к стене.

Фактическая площадь воздуховодного сечения рассчитывается по двум другим формулам в зависимости от того, какого вида сечение – круглое или прямоугольное – предпочтет заказчик. Формула для круглого воздуховода выглядит так:

S = π х D² / 400, где:

S – фактическая площадь (см2);
D – диаметр воздуховода (мм).

Формула для прямоугольного воздуховода:

S = A х B / 100, где:

S – фактическая площадь (см2);
А – ширина воздуховода (мм);
В – высота воздуховода.

Стоит отметить, что при вычислении габаритов воздуховодных труб данные показатели определяются по отдельности – для каждого ответвления и для магистральной трубы.

Таким образом, учитывая все особенности монтажа и эксплуатации, пользуясь точными размерами и формулами, можно рассчитать оптимальный вариант для системы вентиляции, который обеспечит комфортную атмосферу в доме.

Некоторые тонкости

Вентиляционная труба в некоторых случаях выводится из каждой комнаты отдельно. Рассчитать такую систему труднее, так как необходимо учесть особенности помещений. В ряде случаев такой подход нельзя назвать практичным, поэтому на крышу выходит одна труба. Если здание большое, то монтируется два воздуховода, при этом расчёт делается для каждого аналога отдельно.

Инженеры оценивают масштабы зданий и их специфику. Если труба устанавливается в жилом частном доме, то достаточно одного воздуховода. На производственных объектах реализуются более сложные магистрали. На то, какая будет вентиляция, влияют и особенности каркаса крыши, исполнение чердачного этажа и т. д.

Схема компоновки и план прокладки вентиляционных каналов системы вентиляции

При компоновке и размещении приточно-вытяжного комплекса надо руководствоваться следующими условиями:

Таблица расчета для сечения круглых воздуховодов.

По мере удаления от вентиляционной камеры или вентилятора сила звуковых колебаний в воздуховодах гасится. Потому целесообразнее расположить ее вдали от самых малошумных помещений.
Дроссельные редукторы желательно размещать на как можно большем расстоянии от рассматриваемого помещения. После него не помешает поставить концевые глушители или гибкие вставки из звукоизолирующих материалов.
Для вентиляционных каналов рабочие скорости течения воздуха принимаются в пределах допустимых в зависимости от класса, кубатуры помещения и требований к безопасному шумовому фону.
На всех участках вентиляционной сети минимизируют число гидравлических потерь, так как производимый крыльчаткой вентилятора шум тем больше, чем большее сопротивление встречается на пути воздушных масс.
Для систем высокой производительности обязательным условием бесшумной работы остается использование глушителей. Предполагаемые места под глушители должны быть непременно учтены на стадии проектирования.
Настройку параметров аэродинамики, тихоходности и наладку работы системы вентиляции рекомендуется проводить параллельно, чтобы достичь приемлемой громкости шума при сохранении требуемых показателей расхода среды.

3 Аэрация помещений

Аэрацией называют управляемую естественную очистку воздуха

Для достижения максимальной эффективности такого воздухообмена в зданиях устанавливаются фрамуги с нижним, верхним или средним подвесом. Чтобы их легче было открывать, их оснащают приспособлениями с ручным либо механическим приводом.

Проёмы аэрационных фонарей защищаются от ветра глухими стенками или щитами, монтированными на кровле здания. Такая конструкция исключает обратное перемещение загрязнённых воздушных потоков из верхней зоны в рабочую.

Подача воздуха путём аэрации в тёплое время года должна происходить в направлении сверху вниз на расстоянии не больше 1,8 м от пола. В холодный период направление необходимо изменить на обратное, а расстояние увеличить до 4 м.

Главное условие хорошей аэрации в большом здании заключается в определении оптимального размера открывающихся фрамуг при наиболее неблагоприятных условиях и скорости ветра, равной нулю. В процессе расчётов определяется необходимый воздухообмен, скорость воздуха внутри вентиляционных каналов, а также площадь вытяжных и приточных проёмов. Для вычислений потребуется знать:

температуру наружного воздуха;
температуру в здании и в рабочей зоне;
средний температурный режим в здании;
степень нагрева удаляемых потоков;
высоту расположения центров приточных и вытяжных аэрационных проёмов от пола;
количество избыточной теплоты, выделяющейся в помещении;
градиент температуры (изменение температуры по высоте помещения);
коэффициенты местных сопротивлений приточных и вытяжных фрамуг;
плотность воздуха.

Санитарные нормы уровня шума

Санитарные нормы уровня шума прописаны в СНиП-2-77. Раздел «Защита от шума» содержит допустимые значения громкости шумов различного происхождения для жилых, производственных и общественных зданий.

Уровни шума в разное время суток неодинаковы. Об этом свидетельствует отрывок из таблицы, приведенный ниже:

Виды помещений и окружающих территорий	Время суток	Уровень звука (шума) нормальный дБА	Максимальный уровень звука дБА
Помещения в больницах и домах отдыха	7.00-23.00 23.00-7.00	35 25	50 40
Классы и учебные кабинеты в школах		40	55
Комнаты в квартирах	7.00-23.00 23.00-7.00	40 30	55 45
Территории, прилегающие к больницам и санаториям	7.00-23.00 23.00-7.00	45 35	60 50
Территории, примыкающие к жилым домам	7.00-23.00 23.00-7.00	55 45	70 60
Территории возле школ		55	70

Кроме уровня шума, который не следует превышать, существует показатель звукового давления. Это звук, который разделяется по среднегеометрическим частотам октавных полос, от 30 до 8000 Гц.

Суммарный уровень шума в дБА близок или совпадает со значениями в таблице.

Изготовление своими силами

Технологию сборки колпака предлагаем пояснить на примере насадки типа ЦАГИ. Детали вырезаются из оцинкованной стали толщиной 0.5 мм, между собой скрепляются заклепками или болтами с гайками. Конструкция вытяжного элемента представлена на чертеже.

Для изготовления понадобится обычный слесарный инструмент:

молоток, киянка;
ножницы по металлу;
дрель электрическая;
тиски;
приспособления для разметки – чертилка, рулетка, карандаш.

Ниже в таблице указаны размеры деталей дефлектора и окончательный вес изделия.

Алгоритм сборки следующий. По разверткам вырезаем ножницами заготовки зонта, диффузора и обечайки, скрепляем между собой заклепками. Раскрой обечайки не представляет сложности, развертки диффузора и зонта показаны на чертежах.

Раскрой нижнего стакана — расширяющегося диффузора

Готовый дефлектор насаживается на оголовок, нижний патрубок стягивается хомутом. На квадратную шахту придется сделать или купить переходник, чей фланец прикрепляется к торцу трубы.

Как понизить уровень шума вентиляционной установки

Первый шаг – правильно подобрать мощность вентиляционной установки и скорость вращения вентилятора.

Измерения показали, что при снижении скорости вращения вентилятора на 20 % уровень шума в системе вентиляции уменьшается на 5 дБ. Если понизить частоту оборотов еще на 10 %, уровень шума уменьшается на 8 дБ.

Не менее важно размещение установки в здании. Опытным путем получены такие цифры:

Если источник шума расположен рядом с одной твердой поверхностью (стеной или полом), то, отражаясь от нее, шум усиливается на 3 дБ. Такой вариант можно реализовать, разместив вентиляционную установку в помещении большой площади или на крыше.
Если источник шума расположен вблизи двух твердых поверхностей (стены и пола), шум усиливается на 6 дБ. Такой вариант чаще всего реализуют на практике, устанавливая вентиляционную установку в помещении возле стены.
Если источник шума расположен вблизи трех твердых поверхностей, шум усиливается на 9 дБ. Такое возможно, если поместить вентиляционную установку в углу помещения.

Не стоит устанавливать вентиляционные установки рядом с окнами или дверями вентиляционных камер. Они значительно хуже гасят шум. Еще более худшим решением будет разместить оборудование в шахте или лестничном пролете.

Как понизить вибрацию вентиляционной установки

Источниками вибрации в вентиляционной установке являются электродвигатель и рабочее колесо вентилятора. Пока они новые, шум будет невысоким, но по мере износа деталей оборудования он будет неизбежно возрастать и распространяться через строительные конструкции. Вибрацию можно гасить несколькими способами:

Виброопоры максимально эффективны при вращении вентилятора с частотой от 1800 об/мин и выше. Они могут изготавливаться из разных материалов (резины, комбинации резины и стали) и иметь разную конструкцию.

Такие виброопоры используют для снижения вибрации

Вибропружины лучше всего проявляют себя при вращении вентилятора с частотой 1200-1500 об/мин. Как правило, это вентиляционные установки для промышленных целей.

Вибропружины чаще используют для промышленных установок

Полы на упругом основании считаются оптимальным решением, если в венткамере размещают несколько вентиляторов с разной частотой вращения. В этом случае используют полиуретановые или эластомерные материалы. Они устойчивы к нагрузкам и хорошо гасят структурные шумы.

Как понизить акустический шум вентиляционной установки

Вентиляционная установка, одновременно со структурным, является источником акустического шума. Чтобы снизить его, нужно использовать звукоотражающие и звукопоглощающие материалы. Первые отличаются высокой плотностью (например, кирпич или бетон), за счет которой отражают звуковые волны и не дают им распространиться. Вторые имеют пористую структуру (например, акустическая минеральная вата), благодаря которой эффективно поглощают энергию звуковых волн и таким образом гасят их.

Оптимальный вариант – использование многослойных конструкций, в которых чередуются плотные звукоотражающие и легкие звукопоглощающие материалы. В этом случае звук, проходя через эти материалы, поочередно отражается, поглощается и заметно теряет мощность.

Этап третий: увязка ответвлений

Когда проведены все необходимые расчёты необходимо произвести увязку нескольких ответвлений. Если система обслуживает один уровень, то увязывают ответвления не входящие в магистраль. Расчёт проводят в том же порядке, что и для основной линии. Результаты заносятся в таблицу. В многоэтажных зданиях для увязки используются поэтажные ответвления на промежуточных уровнях.

Критерии увязки

Здесь сопоставляются значения суммы потерь: давления по увязываемым отрезкам с параллельно присоединённой магистралью. Необходимо чтобы отклонение составляло не более 10 процентов. Если установлено, что расхождение больше, то увязку можно проводить:

путём подбора соответствующих размеров сечения воздуховодов;
при помощи установки на ответвлениях диафрагм или дроссельных клапанов.

Иногда для проведения подобных расчётов необходим всего лишь калькулятор и пара справочников. Если же требуется провести аэродинамический расчёт вентиляции больших зданий или производственных помещений, то понадобится соответствующая программа. Она позволит быстро определить размеры сечений, потери давления как на отдельных отрезках, так и во всей системе в целом.

https://www.youtube.com/watch?v=v6stIpWGDow Video can’t be loaded: Проектирование систем вентиляции. (https://www.youtube.com/watch?v=v6stIpWGDow)

Целью аэродинамического расчета является определение потерь давления (сопротивления) движению воздуха во всех элементах системы вентиляции — воздуховодах, их фасонных элементах, решетках, диффузорах, воздухонагревателях и других. Зная общую величину этих потерь, можно подобрать вентилятор, способный обеспечить необходимый расход воздуха. Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета. Прямая задача решается при проектировании вновь создаваемых систем вентиляции, состоит в определении площади сечения всех участков системы при заданном расходе через них. Обратная задача – определение расхода воздуха при заданной площади сечения эксплуатируемых или реконструируемых систем вентиляции. В таких случаях для достижения требуемого расхода достаточно изменения частоты вращения вентилятора или его замены на другой типоразмер.

По площади F

определяют диаметрD (для круглой формы) или высотуA и ширинуB (для прямоугольной) воздуховода, м. Полученные величины округляют до ближайшего большего стандартного размера, т.е.D ст ,А ст иВ ст (справочная величина).

Пересчитывают фактические площадь сечения F

факт и скоростьv факт .

Для прямоугольного воздуховода определяют т.н. эквивалентный диаметр DL = (2A ст * B ст ) / (Aст+ Bст), м. Определяют величину критерия подобия Рейнольдса Re = 64100* Dст* v факт. Для прямоугольной формыD L = D ст . Коэффициент трения λ тр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λтр= 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000. Коэффициент местного сопротивления λм

зависит от их типа, количества и выбирается из справочников.

Комментариев:

Исходные данные для вычислений
С чего начинать? Порядок вычислений

Сердцем любой вентиляционной системы с механическим побуждением воздушного потока является вентилятор, который создает этот поток в воздуховодах. Мощность вентилятора напрямую зависит от напора, который необходимо создать на выходе из него, а для того, чтобы определить величину этого давления, требуется произвести расчет сопротивления всей системы каналов.

Для расчета потерь давления нужна схема и размеры воздуховода и дополнительного оборудования.

Как рассчитать допустимую скорость воздуха в воздуховоде

При расчете и установке вентиляции большое внимание уделяется количеству свежего воздуха, поступающего по этим каналам. Для вычислений используются стандартные формулы, которые хорошо отражают зависимость между габаритами вытяжных устройств, скоростью движения и расходом воздуха

Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер.

Общие принципы расчета

Воздуховоды могут быть изготовлены из различных материалов (пластик, металл) и иметь разные формы (круглые, прямоугольные). СНиП регулирует только габариты вытяжных устройств, но не нормирует количество притяжного воздуха, т. к. его потребление в зависимости от типа и назначения помещения может сильно различаться. Этот параметр высчитывается по специальным формулам, которые подбираются отдельно. Нормы установлены только для социальных объектов: больниц, школ, дошкольных учреждений. Они прописаны в СНиПах для таких зданий. При этом отсутствуют четкие правила по скорости движения воздуха в воздуховоде. Есть только рекомендуемые значения и нормы для принудительной и естественной вентиляции в зависимости от ее типа и назначения, их можно посмотреть в соответствующих СНиПах. Это отражено в таблице, приведенной ниже. Скорость движения воздуха измеряется в м/с.

Дополнить данные в таблице можно следующим образом: при естественной вентиляции скорость движения воздуха не может превышать 2 м/с независимо от ее назначения, минимальная допустимая – 0,2 м/с. В противном случае обновление газовой смеси в помещении будет недостаточным. При принудительной вытяжке максимально допустимым считается значение 8 -11 м/с для магистральных воздуховодов. Превышать данные нормы не следует, т. к. это создаст слишком большое давление и сопротивление в системе.

Формулы для расчета

Для проведения всех необходимых вычислений необходимо обладать некоторыми данными. Чтобы вычислить скорость воздуха, понадобится следующая формула:

ϑ – скорость потока воздуха в трубопроводе вентиляционного устройства, измеряется в м/с;

L – расход воздушных масс (данная величина измеряется в м 3 /ч) на том участке вытяжной шахты, для которого производится вычисление;

F – площадь поперечного сечения трубопровода, измеряется в м 2 .

По данной формуле и производится расчет скорости воздуха в воздуховоде, причем его фактическое значение.

Из этой же формулы можно вывести и все остальные недостающие данные. Например, чтобы рассчитать расход воздуха, формулу необходимо преобразовать следующим образом:

В некоторых случаях подобные вычисления производить сложно или не хватает времени. В этом случае можно использовать специальный калькулятор. Встречается множество подобных программ в интернете. Для инженерных бюро лучше установить специальные калькуляторы, которые обладают большей точностью (вычитают толщину стенки трубы при расчете ее площади поперечного сечения, ставят большее количество знаков в число пи, высчитывают более точный расход воздуха и т. д.).

Знать скорость движения воздуха необходимо для того, чтобы вычислить не только объем подачи газовой смеси, но и для определения динамического давления на стенки каналов, потерь на трение и сопротивление и т.д.

Несколько полезных советов и замечаний

Как можно понять из формулы (или при проведении практических расчетов на калькуляторах), скорость воздуха увеличивается при уменьшении размеров трубы. Их этого факта можно извлечь ряд преимуществ:

не возникнет потерь или необходимости в прокладке дополнительного вентиляционного трубопровода для обеспечения необходимого расхода воздуха, если габариты помещения не позволяют провести каналы больших размеров;
можно прокладывать трубопроводы меньших размеров, что в большинстве случаев проще и удобней;
чем меньше диаметр канала, тем дешевле его стоимость, снизится цена и на доборные элементы (заслонки, клапаны);
меньший размер труб расширяет возможности монтажа, их можно расположить так, как нужно, практически не подстраиваясь под внешние стесняющие факторы.

Однако при прокладке воздуховодов меньшего диаметра необходимо помнить, что при повышении скорости воздуха повышается динамическое давление на стенки труб, увеличивается и сопротивление системы, соответственно потребуется более мощный вентилятор и дополнительные расходы. Поэтому до монтажа необходимо тщательно провести все расчеты, чтобы экономия не обернулась большими затратами или даже убытками, т.к. постройку, не соответствующую нормам СНиП могут не допустить до эксплуатации.

Заключение

Этот несложный расчет является частью аэродинамического расчета системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Такие расчеты выполняются в специализированных программах или, например, в Excel.

Источники

https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/skorost-vozduxa-v-vozduxovode.html
https://mir-klimata.info/raschjot-skorosti-vozduha-v-vozduhovode/
https://1poclimaty.ru/raschet/dopustimye-skorosti-vozduxa-v-vozduxovodax.html
https://OmShantiDom.ru/sistemy/kak-rasschitat-rashod-vozduha.html
https://oventilyacii.ru/ventilyaciya/skorost-vozduha-v-vozduhovode.html
https://kaminguru.com/kommunikacii/skorost-vozduha-v-vozduhovode.html
http://airducts.ru/skorost-v-vozduxovode/