Как сделать аэродинамический расчет воздуховодов

Пример расчета

Для большей наглядности представим пример конструкторского расчета теплообмена. Этот расчет имеет упрощенный вид, и не учитывает потерь теплоты и особенностей конструкции теплообменного аппарата.

Исходные данные:

• Температура греющего носителя при входе t1вх = 14 ºС;
• Температура греющего носителя при выходе t1вых = 9 ºС;
• Температура нагреваемого носителя при входе t2вх = 8 ºС;
• Температура нагреваемого носителя при выходе t2вых = 12 ºС;
• Расход массы греющего носителя G1 = 14000 кг/ч;
• Расход массы нагреваемого носителя G2 = 17500 кг/ч;
• Нормативное значение удельной теплоемкости ср =4,2 кДж/кг‧ ºС;
• Коэффициент теплопередачи k = 6,3 кВт/м2.

1) Определим мощность теплообменного аппарата с помощью уравнения теплового баланса:

Qвх = 14000‧4,2‧(14 – 9) = 294000 кДж/ч

Qвых = 17500‧4,2‧(12 – 8) = 294000 кДж/ч

Qвх = Qвых. Условия теплового баланса выполняются. Переведем полученную величину в единицу измерения Вт. При условии, что 1 Вт = 3,6 кДж/ч, Q = Qвх = Qвых = 294000/3,6 = 81666,7 Вт = 81,7 кВт.

2) Определим значение напора t. Он определяется по формуле:

3) Определим площадь поверхности теплообмена с помощью уравнения теплопередачи:

F = 81,7/6,3‧1,4 = 9,26 м2.

Как правило, при проведении расчета не все идет гладко, ведь необходимо учитывать всевозможные внешние и внутренние факторы, влияющие на процесс обмена теплом:

• особенности конструкции и работы аппарата;
• потери энергии при работе устройства;
• коэффициенты теплоотдачи тепловых носителей;
• различия в работе на разных участках поверхности (дифференциальный характер) и т.д.

Вы можете самостоятельно провести тепловой расчет на основе уравнений выше и получить результат в pdf-формате (в полях «Допустимые потери», «Давление расч.» и «Tmax» можно указать произвольные данные, единственное ограничение: Tmax > t1).

Греющая сторона Среда: Вода м3/чт/ч кПабармвс Гкал/чккал/чкВтМВт Давление расч., кгс/см2 1016

Введите мощность или один из расходов

Температура должна быть от 1 до 200, при этом t1 должна быть больше t4, а t2 должна быть больше t3

t1 должна быть больше t2, а t4 должна быть больше t3

Разность температур t1 и t4 не должна быть равна разности температур t2 и t3

Допустимые потери должны быть в пределах: мвс: от 0 до 10, бар: от 0 до 1, кПа: от 0 до 100

Максимальная температура должна быть от 1 до 200

Максимальная температура должна быть больше или равна t1

Мощность должна быть больше 0

Расход должен быть больше 0

Нагреваемая сторона Среда: Вода м3/чт/ч кПабармвс

ВАЖНО: Для наиболее точного и достоверного расчета инженер должен понимать сущность процесса передачи тепла от одного тела к другому. Также он должен быть максимально обеспечен необходимой нормативной и научной литературой, поскольку в расчете на множество величин составлены соответствующие нормы, которых специалист обязан придерживаться.

Как рассчитать давление в вентиляционной сети

Для того чтобы определить предполагаемое давление для каждого отдельного участка, необходимо воспользоваться приведенной ниже формулой:

Н х g (РН – РВ) = DPE.

Теперь попытаемся разобраться, что обозначает каждая из этих аббревиатур. Итак:

• Н в данном случае обозначает разницу в отметках шахтного устья и заборной решетки;
• РВ и РН – это показатель плотности газа, как снаружи, так и изнутри вентиляционной сети, соответственно (измеряется в килограммах на кубический метр);
• наконец, DPE – это показатель того, каким должно быть естественное располагаемое давление.

Продолжаем разбирать аэродинамический расчет воздуховодов. Для определения внутренней и наружной плотности необходимо воспользоваться справочной таблицей, при этом должен быть учтен и температурный показатель внутри/снаружи. Как правило, стандартная температура снаружи принимается как плюс 5 градусов, причем вне зависимости от того, в каком конкретном регионе страны планируются строительные работы. А если температура снаружи будет более низкой, то в результате увеличится нагнетание в вентиляционную систему, из-за чего, в свою очередь, объемы поступающих воздушных масс будут превышены. А если температура снаружи, напротив, будет более высокой, то давление в магистрали из-за этого снизится, хотя данную неприятность, к слову, вполне можно компенсировать посредством открывания форточек/окон.

Что же касается главной задачи любого описываемого расчета, то она заключается в выборе таких воздуховодов, где потери на отрезках (речь идет о значении ?(R*l*?+Z)) будут ниже текущего показателя DPE либо, как вариант, хотя бы равняться ему. Для пущей наглядности приведем описанный выше момент в виде небольшой формулы:

DPE ? ?(R*l*?+Z).

Теперь более детально рассмотрим, что обозначают использованные в данной формуле аббревиатуры. Начнем с конца:

• Z в данном случае – это показатель, обозначающий снижение скорости движения воздуха вследствие местного сопротивления;
• ? – это значение, точнее, коэффициент того, какова шероховатость стенок в магистрали;
• l – еще одно простое значение, которое обозначает длину выбранного участка (измеряется в метрах);
• наконец, R – это показатель потерь на трение (измеряется в паскалях на один метр).

Что же, с этим разобрались, теперь еще выясним немного о показателе шероховатости (то есть ?). Этот показатель зависит только от того, какие материалы были использованы при изготовлении каналов. Стоит отметить, что скорость перемещения воздуха также может быть разной, поэтому следует учитывать и этот показатель.

Скорость – 0,4 метра за секунду

В таком случае показатель шероховатости будет следующим:

• у штукатурки с применением армирующей сетки – 1,48;
• у шлакогипса – около 1,08;
• у обычного кирпича – 1,25;
• а у шлакобетона, соответственно, 1,11.

С этим все понятно, идем дальше.

Скорость – 0,8 метра за секунду

Здесь описываемые показатели будут выглядеть следующим образом:

• для штукатурки с применением армирующей сетки – 1,69;
• для шлакогипса – 1,13;
• для обыкновенного кирпича – 1,40;
• наконец, для шлакобетона – 1,19.

Немного увеличим скорость воздушных масс.

Скорость – 1,20 метра за секунду

Для этого значения показатели шероховатости будут такими:

• у штукатурки с применением армирующей сетки – 1,84;
• у шлакогипса – 1,18;
• у обычного кирпича – 1,50;
• и, следовательно, у шлакобетона – где-то 1,31.

И последний показатель скорости.

Скорость – 1,60 метра за секунду

Здесь ситуация будет выглядеть следующим образом:

• для штукатурки с применением армирующей сетки шероховатость будет составлять 1,95;
• для шлакогипса – 1,22;
• для обыкновенного кирпича – 1,58;
• и, наконец, для шлакобетона – 1,31.

Обратите внимание! С шероховатостью разобрались, но стоит отметить еще один важный момент: при этом желательно учитывать и незначительный запас, колеблющийся в пределах десяти-пятнадцати процентов.

Вычисление воздухообмена

Специалисты используют две основные схемы:

• По укрупненным показателям. В данной методике не предусматриваются вредные выбросы, такие как тепло и вода. Условно назовем его «Способ №1».
• Метод с учётом избытков тепла и влаги. Условное название «Способ №2».

Способ №1

Единица измерения – м3/ч (кубические метры в час). Применяют две упрощенные формулы:

L=K ×V(м3/ч); L=Z ×n (м3/ч), где

K – кратность воздухообмена. Отношение объёма приточки за одни час, к общему воздуху в помещении, крат в час; V – объём помещения, м3; Z – значение удельного обмена воздуха за единицу верчения, n – количество единиц измерения.

Подбор вентрешёток осуществляется по специальной таблице. При подборе также учитывается средняя скорость прохождение потока воздуха по каналу.

Таблица выбора размеров вентиляционных решёток

Способ №2

При расчёте учитывается ассимиляция тепла и влаги. Если в производственном или общественном здании избыток тепла, то используется формула:

где ΣQ – сумма тепловыделений от всех источников, Вт; с – тепловая ёмкость воздуха, 1 кДж/(кг*К); tyx – температура воздуха, направленного на вытяжку,°С; tnp – температура воздуха, направленного на приточку,°С; Температура воздуха, направленного на вытяжку:

где tp.3 – нормативная тем-ра в рабочей зоне,0С; ψ- коэффициент увеличение температуры, зависящий от высоты измерения, равный 0,5-1,5 0С/м; Н – длина плеча от пола до середины вытяжки, м.

Когда технологический процесс предполагает выделение большого объема влаги, то используется другая формула:

где G – объём влаги, кг/ч; dyx и dnp – содержание воды на один килограмм сухого воздуха приточки и вытяжки.

Существует несколько случаев, более подробно описанных в нормативной документации, когда требуемые воздухообмен определяется по кратности:

L=k×V, где

k – кратность смены воздуха в помещении, раз в час; V – объём помещения, м3.

Расчёт сечения

Площадь поперечного сечения воздуховода измеряется в м2. Её можно посчитать по формуле:

где v – скорость воздушных масс внутри канала, м/с.

Различается для основных воздуховодов 6-12 м/с и боковых придатков не более 8 м/с. Квадратура влияет на пропускную способность канала, нагрузку на него, а также уровень шума и способ монтажа.

Расчёт потерь давления

Стенки воздуховода не гладкие, и внутренняя полость не заполнена вакуумом, поэтому часть энергии воздушных масс при движении теряется на преодоления этих сопротивлений. Величина потери рассчитывается по формуле:

где ג – сопротивление трению, определяется, как:

Формулы, приведенные выше, являются правильными для каналов круглого сечения. Если воздуховод квадратный или прямоугольный, то существует формула приведения к эквиваленту диаметра:

где a,b – размеры сторон канала, м.

Мощность напора и двигателя

Напор воздуха от лопастей H должен полностью компенсировать потери давления P, при этом создавая расчётное динамическое Pд на выходе.

H = P + Pд.

Мощность электрического двигателя вентилятора:

Подбор калорифера

Часто отопление интегрируется в систему вентиляции. Для этого используются калориферы, разные виды рекуператоров, а также метод рециркуляции. Выбор устройства осуществляется по двум параметрам:

• Qв – предельный расход тепловой энергии, Вт/ч;
• Fk – определение поверхности нагрева для калорифера.

Расчёт гравитационного давления

Применяется только для естественной системы вентилирования. С его помощью определяется её производительность без механического побуждения.

Пятый этап

5. Делаем аэродинамический расчет системы. Для облегчения расчета специалисты советуют приблизительно определить сечение магистрального воздуховода за суммарным расходом воздуха:

• расход 850 м3/час – размер 200 х 400 мм
• Расход 1 000 м3/час – размер 200 х 450 мм
• Расход 1 100 м3/час – размер 200 х 500 мм
• Расход 1 200 м3/час – размер 250 х 450 мм
• Расход 1 350 м3/час – размер 250 х 500 мм
• Расход 1 500 м3/час – размер 250 х 550 мм
• Расход 1 650 м3/час – размер 300 х 500 мм
• Расход 1 800 м3/час – размер 300 х 550 мм

Как правильно выбрать воздуховоды для воздушного отопления?

Аэродинамический расчёт системы

5. Делаем аэродинамический расчет системы. Для облегчения расчета специалисты советуют приблизительно определить сечение магистрального воздуховода за суммарным расходом воздуха:

• расход 850 м3/час – размер 200 х 400 мм
• Расход 1 000 м3/час – размер 200 х 450 мм
• Расход 1 100 м3/час – размер 200 х 500 мм
• Расход 1 200 м3/час – размер 250 х 450 мм
• Расход 1 350 м3/час – размер 250 х 500 мм
• Расход 1 500 м3/час – размер 250 х 550 мм
• Расход 1 650 м3/час – размер 300 х 500 мм
• Расход 1 800 м3/час – размер 300 х 550 мм

Как правильно выбрать воздуховоды для воздушного отопления?

Расчет воздушного отопления — разбор специфики на примере

Опубликовано Артём в

Монтаж системы воздушного отопления невозможен без предварительной подготовки проекта. Разработанный план должен быть достоверным и содержать максимально правдивые сведения. Получить их самостоятельно практически невозможно, без специализированного инженерного образования. Поэтому, наша компания предлагает воспользоваться своими услугами по проектированию систем воздушных отоплений. Мы поможем создать схему размещения оборудования воздушного отопления в комплексе с услугами по его монтажу и запуску в эксплуатацию, либо отдельно от них.

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.

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 РейнольдсаRe = 64100* Dст* v факт. Для прямоугольной формыD L = D ст . Коэффициент тренияλ тр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λтр= 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000. Коэффициент местного сопротивленияλм 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.

Оборудование для воздушного отопления частного дома

Смонтированное устройство воздухообогрева представляет собой центральную систему кондиционирования, обеспечивающую круглосуточный обогрев и циркуляцию воздуха, поддерживающего заданную температуру в помещении.

Традиционно система воздушного отопления состоит из следующих основных частей:

• воздухонагревателя;
• вентилятора;
• воздуховодов;
• дополнительных модулей.

Нагреватели для воздушного отопления делятся на теплогенераторы и калориферы.Основным механизмом воздушной системы являются нагреватели. Они могут быть двух видов:

1. Калориферы, канальные агрегаты. Воздух нагревается в момент вентиляции, проходя по разогретым каналам.
2. Теплогенераторы. Обогревают воздух путем сжигания различных видов топлива.

Воздушное отопление в частном доме, в производственных помещениях оснащается вентиляторами, которые обеспечивают забор холодного и движение теплого воздуха. Они различаются по мощности, принципу работу (дутьевые и вытяжные) и производительности.

Воздуховоды могут иметь два назначения:

• приточные (подающие воздух к нагревательным приборам);
• обратные (транспортирующие уже нагретый воздух).

Монтаж систем воздушного отопления предполагает размещение воздухоотводящих каналов под фальшполом, над фальшпотолком, в перекрытиях и стенах.

Многие такие системы имеют вспомогательные модули, целью которых является дополнительная очистка воздуха и его увлажнение. Для очистки воздуха применяются фильтры. Чаще это многоступенчатое устройство, которое сначала улавливает крупные частицы, затем пластичный электростатический слой задерживает более мелкие (до 0,01 мкм) компоненты, а угольный механизм, удаляющий запахи, пропускает в помещение свежий и теплый воздух.

В системе воздушного отопления используются два вида вентиляторов – приточные и обратные.

Современное оборудование для воздушного отопления, представленное на отечественном рынке, оснащено паровыми увлажнителями, которые устанавливаются за воздухонагревателем. Они имеют датчик, регулирующий степень влажности в помещении.