Аэродинамический расчет систем вентиляции

Аэродинамический расчет производится для выбора сечений воздуховодов и определения потерь давления в системе вентиляции. Перед началом расчета необходимо построить аксонометрическую схему системы, выбрать магистраль, т. е. цепочку последовательно расположенных участков, сумма потерь давления на которых окажется наибольшей. Магистраль следует разбить на отдельные участки, каждому из которых необходимо присвоить порядковый номер, начиная с участка с наименьшим расходом. Затем очередные порядковые номера даются участкам ответвлений, на каждом из которых указывается его длина в метрах и расход проходящего по нему воздуха, м³/ч.

Аэродинамический расчет системы вентиляции состоит из двух этапов – расчета участков основного направления (магистрали) и расчета ответвлений с увязкой потерь давления в них.

Расчет магистрали выполняют в следующей последовательности.

1.Для воздуховодов прямоугольного сечения определяются размеры поперечного сечения воздуховодов на расчетных участках магистрали. Площадь поперечного сечения воздуховода на расчетном участке определяют по формуле:

, (9.1)

где L_i – расчетный расход воздуха на i-м участке, м³/ч;

v_рек – рекомендуемая скорость движения воздуха на i-м участке, м/с.

Рекомендуемая скорость движения воздуха принимается:

при механической вентиляции - на магистралях до 8 м/с;

на ответвлениях до 6 м/с;

при естественной вентиляции - в горизонтальных сборных

воздуховодах до 1 м/с;

в вытяжных шахтах до 1,5 м/с;

в каналах 0,5-4 м/с.

2. По величине F_тр по табл. 12.1, 12.2 или 12.7 [13]выбираются нормированные размеры воздуховодов прямоугольного сечения.

3.Для воздуховодов прямоугольного сечения определяют величину эквивалентного диаметра по скорости d_э по формуле:

. (9.2)

4.Определяется фактическая скорость движения воздуха на участке v, м/с, по формуле:

. (9.3)

5.Для воздуховодов прямоугольного сечения по табл. 12.17[13] по фактической скорости и эквивалентному диаметру определяются удельные потери давления на трение R, Па/м, и динамическое давление Р_д, Па.

Для воздуховодов круглого сечения по табл.12.17[13] определяют диаметр воздуховода, скорость воздуха, динамическое давление по величине расхода воздуха на участке, задаваясь скоростью движения воздуха по приведенным выше рекомендациям.

6. Определяют потери давления на трение на участке ΔР_тр, Па, по формуле:

(9.4)

где l – длина участка, м;

n – коэффициент, учитывающий шероховатость материала стенок воздуховода, принимаемый по табл. 12.12 [13] .

7. Потери давления в местных сопротивлениях на расчетном участке ΔР_мс, Па, определяются по формуле:

, (9.5)

где Σζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Значения коэффициентов местных сопротивлений ζ приведены в справочной литературе [2,3,13].

Расчет коэффициентов местных сопротивлений сводится в таблицу 9.1

Таблица 9.1

Местные сопротивления

8. Определяются общие потери давления на расчетном участке ΔР, Па, по формуле:

. (9.6)

9. Определяются потери давления в магистрали системы (как сумма потерь давления в расчетных участках магистрали) ΔР_маг, Па, по формуле:

, (9.7)

где m – количество расчетных участков магистрали.

Аэродинамический расчет воздуховодов сводится в таблицу 9.2.

Выполняется увязка ответвлений, которая заключается в сравнении потерь давления в ответвлении и на не общих участках магистрали. Неувязка давлений не должна превышать 10%.Неувязка давлений устраняется изменением размеров поперечного сечения воздуховодов или установкой дополнительного местного сопротивления-диафрагмы.

Коэффициент местного сопротивления, которым должна обладать диафрагма, определяется по формуле:

, (9.8)

где ΔP_изб –избыточное давление, которое необходимо погасить в диафрагме ,Па;

Р_д- динамическое давление на участке ,Па, на котором устанавливается диафрагма.

Размеры отверстий дроссельных диафрагм определяются по таблицам, приведенным в справочной литературе [3,13].

Таблица 9.2

Аэродинамический расчет воздуховодов

Расчет и подбор калорифера

Исходными данными для подбора калориферов являются расход нагреваемого воздуха G, кг/ч, температура воздуха на входе в калорифер t₁, °С, и на выходе из него t₂, °С, а также температура воды на входе в калорифер Т₁,°С, и на выходе из него Т₂, °С. Целью подбора калориферов является определение их количества и типоразмера в установке, аэродинамического и гидравлического сопротивлений. К установке рекомендуются калориферы КВС-П, КВБ-П, КСк-3, КСк-4 [14] и ВНВ.243. В данных методических указаниях приведены необходимые данные для калориферов ВНВ.243 фирмы ВЕЗА (Рис.10.1 и табл.10.1).

Подбор установки осуществляется в следующем порядке.

1.Определяется расход теплоты на нагрев воздуха, Вт:

(10.1)

где - массовая теплоемкость воздуха, принимаемая равной 1,005 кДж/(кг·К).

2. Ориентировочная массовая скорость движения воздуха через калорифер, принимается из диапазона .

3. В соответствии с принятым значением массовой скорости определяется ориентировочная площадь живого сечения калорифера для прохода воздуха, м²:

(10.2)

Рис. 10.1 Габаритные и присоединительные размеры калориферов ВНВ

4.Принимается тип и номер калорифера. Для принятого типоразмера калорифера по справочной литературе [14] выбираются следующие параметры:

- площадь поверхности нагрева , F_н, м²

- площадь живого сечения по воздуху, f_ж,с. , м²

-площадь живого сечения по теплоносителю, f_тр, м²

Для калориферов ВНВ технические характеристики приведены в таблицах 10.2;10.3;10.4 и 10.5.

5.Рассчитывается число калориферов, установленных параллельно по воздуху:

(10.3)

Таблица 10.1

Габаритные и присоединительные размеры калориферов ВНВ

6.Определяется действительная массовая скорость воздуха через калорифер, :

(10.4)

7. Определяется количество теплоносителя, проходящего через калориферную установку, кг/ч:

(10.5)

где _w- теплоемкость воды, принимаемая 4,19 кДж/(кг·К).

8. Выбирается способ обвязки калориферов по теплоносителю в калориферной установке и рассчитывается скорость движения теплоносителя в трубках калорифера, м/с:

(10.6)

где ρ_w- плотность воды, принимаемая 1000 кг/м³;

n – число калориферов, установленных параллельно по воде.

Таблица 10.2

Технические данные калориферов ВНВ с одним рядом трубок

Примечание. На Рис. 10.1 Н = 55 м_, В = 55 мм.

Таблица 10.3

Технические данные калориферов ВНВ с двумя рядами трубок

Примечание. На Рис. 10.1 Н = 55 м, В = 55 мм.

Таблица 10.4

Технические данные калориферов ВНВ с тремя рядами трубок

Примечание. На Рис. 10.1 Н = 80 мм_,, В = 75 мм.

Таблица 10.5

Технические данные калориферов ВНВ с четырьмя рядами трубок

Примечание. На Рис. 10.1 Н = 110 м, В =100 мм.

9. Определяется коэффициент теплопередачи калориферов, Вт/(м^2.К):

Для КВС-п (10.7)

для КВБ-п

(10.8)

для КСК-3 (10.9)

для КСК -4

(10.10)

для ВНВ 243 (10.11)

где а - эмпирический коэффициент (см. табл. 10.6).

Таблица 10.6

Значения расчетных коэффициентов для калориферов ВНВ

10.Определяется требуемая поверхность нагрева калориферной установки, м²:

(10.12)

11. Определяется запас площади поверхности нагрева:

(10.13)

12. По табл. 4.38 [14] и по формулам, соответствующим определенному типу калорифера, определяется аэродинамическое сопротивление калорифера по воздуху, Па, и сопротивление при проходе воды через установку [14].

Расчет воздушных фильтров

Для очистки приточного воздуха от пыли устанавливаются, как правило, воздушные фильтры III класса. Обычно это ячейковые фильтры ФяР, ФяВ, ФяУ, ФяП [13]. При большой производительности приточной системы (более 20000 м³/ч воздуха) устанавливаются рулонные фильтры [13]. Выбор фильтра зависит так же от начальной запыленности воздуха. Подбор фильтров осуществляется по графикам и таблицам в следующем порядке:

1. По таблице 11.1 в зависимости от места расположения объекта выбирается среднесуточная концентрация пыли в наружном воздухе С, г/м³.

2. Для принятого к установке воздушного фильтра из таблицы 11.2 выбираются значения номинальной воздушной нагрузки q, м³/(ч^.м²), начальное Р(L), Па, и конечное Р, Па, сопротивления фильтра.

Таблица 11.1

Запыленность атмосферного воздуха

Таблица 11.2

Характеристики ячейковых фильтров

3.Требуемая площадь фильтрующей поверхности, , м², определяется из выражения:

(11.1)

где L – количество очищаемого воздуха воздуха, м³/ч.

4.Технические данные ячейковых фильтров приведены в таблице 11.3.

Таблица 11.3

Технические данные фильтров Фя

5. Требуемое число ячеек определяется из выражения:

(11.2)

К установке принимают число ячеек Ячейки фильтров Фя монтируются в виде панелей.

6. Уточняется удельная фактическая нагрузка :

(11.3)

7. По Рис. 11.1 определяется фактическое сопротивление чистого фильтра.

8. Определяется повышение сопротивления запыленного фильтра P(G_у), Па:

(11.4)

9. По Рис. 11.2 находится масса уловленной пыли на 1 м² сечения фильтра G_у, г/м² , проскок пыли (100-E_оч) и эффективность очистки E_оч,,%.

10. Количество пыли, уловленной всей поверхностью фильтра, G_пыли, г, определяется из выражения:

(11.5)

11. Определяется фактическое количество пыли, осаждающееся на фильтре в течение 1 суток, г/сут:

, (11.6)

где τ – число часов работы фильтра в течение суток.

Рис. 11.1 Аэродинамические характеристики ячейковых фильтров:

1 - ФяРБ, 2 - ФяВБ, 3 - ФяУБ, 4 - ФяПБ

12. Определяется продолжительность работы фильтра до достижения заданного конечного сопротивления Z,сутки:

(11.7)

Рис. 11.2Пылевая характеристика фильтра:

1.1 - ФяРБ; 2. II - ФяВБ; 3, III - ФяУБ: 4, IV - ФяПБ

Выбор узла воздухозабора

Воздухозаборные отверстия располагают на расстоянии не менее 1 м от уровня устойчивого снегового покрова, но не ниже 2 метров от уровня земли и закрывают жалюзийными решетками, после которых устанавливают клапаны воздушные утепленные КВУ.

Скорость воздуха в живом сечении решеток и утепленных клапанов принимается равной 3-4 м/с. Тогда при известном расходе воздуха требуемая площадь сечения, м², определяется по формуле:

(12.1)

а число решеток

, (12.2)

где L - расход воздуха, м³/ч;

v_рек - рекомендуемая скорость движения воздуха в живом сечении решетки, м/с;

f_реш - площадь живого сечения решетки, м², принимаемая по таблице 12.1.

Таблица 12.1

Технические данные жалюзийных решеток типа СТД

Приняв число решеток n_факт , определяется фактическая скорость воздуха в живом сечении, м/с:

(12.3)

Определяется аэродинамическое сопротивление, Па, при проходе воздуха через решетки:

(12.4)

где ζ – коэффициент местного сопротивления решетки, принимаемый по табл.12.1;

ρ – плотность воздуха, кг/м³.

Аналогично подбирается клапан воздушный утепленный КВУ (табл.12.2)

Таблица 12.2

Технические данные клапанов воздушных утепленных КВУ

Примечание: Первый размер клапана - высота, второй - ширина.

При расположении приточной установки в подвале для забора воздуха необходимо устройство приточной шахты, которая может быть приставной или отдельно стоящей. Шахта выполняется из кирпича или бетона. Ее сечение находят из условия создания скорости движения воздуха не более 6 м/с. Потери давления в шахте определяются в ходе аэродинамического расчета.

Выбор вентилятора

Вентилятор для системы вентиляции подбирают по его характеристике [16]. Расход воздуха (производительность вентилятора) L_вент, м/ч, принимают пропорционально расчетному расходу воздуха для системы:

(13.1)

где К_подс - коэффициент, учитывающий подсос или утечку воздуха из системы [3].

L_cucm - расчетный расход воздуха в системе, м³/ч.

Давление, развиваемое вентилятором равно:

(13.2)

где DР_сист - потеря давления в сети воздуховодов, Па;

DР_оборуд - потеря давления в вентиляционном оборудовании (калорифера, фильтра, шумоглушителя), Па;

Выбор вентилятора осуществляют с учетом того, что в рабочем режиме его КПД должен отличаться от максимально возможного не более чем на 10%.

Мощность потребляемая по всему электродвигателю определяют по формуле кВт:

(13.3)

где h_в, h_п, h_э - соответственно КПД вентилятора, передачи (0,9¸0,95), и электродвигателя (0,95¸0,98).

Установочная мощность электродвигателя с учетом необходимого запаса принимается по формуле:

(13.4)

где К - коэффициент запаса, принимаемый по [13].

Вентиляторы и электродвигатели необходимо устанавливать на вибро- и звукоизолирующих основаниях. Со стороны всасывания и нагнетания у вентиляторов монтируют эластичные вставки из прорезиненной ткани или из стеклоткани. Во избежание передачи шума по воздуховодам необходимо предусматривать шумоглушители. Основные сведения по защите от шума вентиляционных установок и конструкции шумоглушителей приведены в [13].