Создание оптимально работающей системы воздуховодов невозможно без проведения аэродинамических расчетов. Эти данные позволяют подобрать диаметр сечения, мощность труб и вентиляторов, количество разветвлений, материалы. Современные требования регламентированы сводом правил СП 60.13330.2012, а также в ГОСТ и СанПиН. Расчет производится по строго определенному алгоритму с использованием известных формул. Чтобы точно определить все критерии, можно воспользоваться помощью специалистов или рассчитать параметры самостоятельно.
Виды воздуховодов
Современные воздуховоды можно классифицировать по нескольким параметрам: способ монтажа, материал изготовления, форма сечения.
По монтажу выделяют наружные и встроенные каналы. Первые устанавливаются поверх стен и заметны глазу. Внутренние монтируют в стенах и конструкции дома.
Материал труб может быть разным. Это различные металлы (медь, сталь, алюминий) и пластик. Металлические изделия отличаются своей прочностью и надежностью, но их установка сложнее. Монтировать пластиковые устройства проще, но они не применяются при высоких температурах.
Сечение может быть прямоугольных и круглым. Прямоугольные трубы отличаются универсальностью, но на углах могут создаваться завихрения. Круглые модели не имеют такого недостатка.
Пошаговый аэродинамический расчет воздуховодов
Работа включает в себя несколько этапов, на каждом из которых решается локальная задача. На основании полученных данных высчитываются различные параметры воздуховодов.
Основные задачи оборудования системы вентиляции:
- Забор свежего воздуха с улицы и перенос его внутрь помещения. Дополнительной функцией является обогрев воздушных масс зимой и охлаждение летом.
- Очистка воздуха от грязи, пыли и пуха.
- Уменьшение звукового давления.
- Равномерное распределение свежего воздуха по квартире.
- Удаление отработанного воздуха и его отвод на улицу.
Система вентиляции характеризуется следующими параметрами:
- Рабочее тело. В данном случае это воздух. Оно характеризуется плотностью, динамической вязкостью, кинетической вязкостью. Эти значения зависят от температуры рабочего тела.
- Скорость движения рабочего тела.
- Местное аэродинамическое сопротивление воздуховодов.
- Потери давления.
Алгоритм проведения аэродинамических расчетов:
- Разработка аксонометрической схемы распределения воздушных масс по каналам. На ее основе выбирается лучшая методика расчетов с учетом особенностей вентиляции.
- Проведение аэродинамических расчетов по главным и дополнительным магистралям.
- Подбор геометрической формы и сечения труб. Определение технических характеристик вентиляторов и калориферов. Определение возможности установки датчиков тушения пожара, автоматического управления мощностью вентиляции.
Это основные этапы проведения расчетов.
Все полученные данные можно собрать в таблицу, после чего выбирать материалы для создания канала.
Проведение расчетов
Основной целью аэродинамического расчета является определение сопротивления циркуляции воздуха в каждой части системы.
Существует прямая и обратная задачи аэродинамического расчета. Прямая занимается решением проектирования систем вентиляции и состоит в определении площади сечения каждого участка системы. Обратная задача решается путем определения расхода воздуха в заданной площади.
Для расчета необходимо определить кратность воздухообмена. Это количественная характеристика работы системы, которая показывает, сколько раз за час в комнате обновился воздух. Показатель зависит от особенностей помещения, его назначения.
Создание схемы системы в аксонометрической проекции делают в масштабе М 1:100. Необходимо нанести на схему воздуховоды, фильтры, глушители шума, клапаны и прочие составляющие вентиляции. По полученным данным определяют длину ответвления, расход на каждом участке, делается расчет сопротивления воздуховода.
После выбирается оптимальная магистраль прокладки труб. Это наиболее длинная цепь последовательно расположенных участков.
Если в схеме имеется несколько магистралей, главной считается та, в которой больше расход.
Основные формулы при расчете
Сечение воздуховода может быть круглым и квадратным. Оно рассчитывается по формуле F=Q/v, где под Q обозначается расход воздуха, а v – рекомендуемая скорость воздуха (справочная величина).
Из площади определяется диаметр сечения D, если трубы имеют круглую форму, или высота и ширина А и В для прямоугольной. Величины округляют до ближайшего большего стандарта и получают Аст и Вст.
Для прямоугольных воздуховодов рассчитывается эквивалентный диаметр по формуле DL = (2Aст*Вст) / (Аст +Вст).
Величина критерия подобия Рейнольдса высчитывается как Re = 64100 *Dст *vфактич. От этого показателя зависит коэффициент трения, который определяется по формуле λтр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λтр = 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000.
Коэффициент местного сопротивления λм выбирается из справочника и затем подставляется в формулу потери давления на расчетном участке Р = ((λтр*L) / Dст + λм) *0,6* v2 факт. L – длина расчетного участка.
При суммировании всех потерь получаются общие потери магистрали и вентиляционной системы. По этим значениям выбирается вентилятор с запасом в 10%. Из его характеристик считают КПД n, а затем и мощность N = (Qвент*Pвент) / (3600*1000 * n). Здесь Qвент, Pвент – расход воздуха и давление, создаваемое вентилятором.
Расчет потери давления в воздуховоде можно выполнить по формуле DP=x*r*v2/2, где r – плотность воздуха, v – скорость движения, x – коэффициент местного сопротивления.
Возможные ошибки
Расчет системы вентиляции длительный и состоит из нескольких этапов, на каждом из которых можно допустить ошибки. Наиболее распространенные проблемы:
- Округление сечения газопроводов в меньшую сторону. Тогда может появиться избыточный шум или невозможность прохода необходимого количества воздушных потоков в единицу времени.
- Неверный расчет длины отрезка воздуховода. Приводит к некорректному выбору оборудования и ошибке в расчете скорости движения.
Весь проект требует внимательного и грамотного расчета аэродинамики. В случае невозможности самостоятельно посчитать систему, можно воспользоваться онлайн калькулятором или обратиться за помощью к специалистам.