Промышленная вентиляция и кондиционирование

а– лопатки, загнутые назад ; б – радиально заканчивающиеся

лопатки ; в – лопатки, загнутые вперед  

5.4. Вентиляционные сети

5.4.1. Работа вентилятора  в сети

       Сетью называют систему воздуховодов и других элементов воздушного тракта, на которые подает воздух вентилятор. Сеть может состоять из элементов тракта, подсоединенных последовательно, параллельно или смешано.

       Каждая сеть характеризуется  потерями давления, которые можно  разделить на потери по длине  всех элементов и местные потери. 

где – удельные потери давления по длине -го участка сети; – длина го участка сети; – скорость воздуха в -м участке сети; – плотность воздуха;

 – коэффициент местных сопротивлений  -го элемента; – диаметр -го участка сети; – площадь сечения го участка сети; К – коэффициент, являющийся константой для данной сети, а также аэродинамической характеристикой сети. 
 

Рис. 5.4.1. Виды характеристик  вентиляционной сети

 

       Уравнение (5.4.1) принято называть  характеристикой сети. Из этого  уравнения вытекает, что характеристика сети есть степенная функция.

       Однако встречаются и другие  характеристики: – для сети с постоянным статическим сопротивлением, например, продувка воздуха через слой жидкости в пенном аппарате (рис. 5.4.1, а).

 – для сети со статическим сопротивлением и потерями давления при турбулентном режиме (рис. 5.4.1, ).

 – для сети с ламинарным  течением жидкости, при продувке  воздуха через фильтр (рис. 5.4.1, с).

 – для сети с сопротивлением  при политропическом течении  (рис. 5.4.1, ). 

       Если сеть состоит из большого числа различно соединенных элементов, то при расчете применяется принцип суперпозиции.

       При последовательном соединении  участков сети суммарные потери  определяются как сумма потерь давления на каждом участке и характеристики их графически суммируются:

               

             (5.4.2)

       При параллельном соединении: 

                                      

                          (5.4.3)

                                              

                                   (5.4.4)

  

       То есть при параллельном соединении  расход воздуха на каждом участке  обратно пропорционален корню  квадратному из значения параметра  К для каждого участка.

       При смешанном соединении для  получения суммарной характеристики  сети необходимо определить характеристику каждой группы участков, соединенных параллельно, а затем полученные характеристики сложить с остальными, как при последовательном соединении.

       Режим работы вентилятора в  сети определяется совместным  решением характеристик вентилятора и сети.

       Эта задача решается, как правило,  графически методом наложения.  Для этого строят в одинаковом  масштабе графики зависимости  давления вентилятора и сети от расхода. Точка пересечения этих кривых однозначно определяет режим работы вентилятора в этой сети  

 

Рис. 5.4.2. Характеристика вентилятора    

       На рис. 4.4.2 приведены совмещенные  характеристики вентилятора и  сети для прямоугольного канального  вентилятора  производства концерна (Швеция).

       Кривые 1 -5 являются зависимостью  при пяти различных значениях напряжения питания электродвигателя вентилятора. Кривая 6 является характеристикой сети .

       Точка пересечения одной из  кривых 1-5 и кривой 6 определяет режим работы вентилятора в данной сети.

       Для нормальной работы вентилятора необходимо обеспечить равномерный подвод воздуха к входу вентилятора и минимальные потери давления вентилятора. Для этого необходимо, чтобы элементы сети были удалены от входа и выхода вентилятора на расстояние , где – диаметр вентилятора. Однако это условие, как правило, реализовать не удается, в связи с чем возникают дополнительные потери давления и перегрев электродвигателя.

       В качестве выходных элементов  применяются отводы, переходы с  одной формы сечения на другую, диффузоры и др.

       Отводы должны направлять поток  воздуха так, чтобы направление  отвода продолжало направление  спирали кожуха (рис. 5.4.3, а). Обратное направление (рис. 5.4.3, б) недопустимо, так как значительно возрастают гидравлические потери.

       Особое внимание следует обращать  на конструкцию диффузоров, устанавливаемых на выходе вентиляторов. Диффузоры предназначены для преобразования динамического давления в статическое с минимальными потерями. Угол раскрытия диффузора на каждую сторону определяют в пределах и при одностороннем раскрытии – до 25° (рис.5.4.3, г).

       Потери давления во входных  и выходных элементах  вентиляторов определяются в долях динамического давления : 

                                               

                                             (5.4.5) 

      Значения коэффициента для различных  элементов приведены в таблице  5.4.1. 

 
 

Рис. 5.4.3. Выходные элементы вентиляционных решеток 
 

Таблица 5.4.1. Ориентировочные значения выходных элементов

вентиляционных установок 

 
 

5.4.2. Аэродинамический  расчёт воздухораспределительных  сетей 

       Расчет воздуховодов достаточно  подробно изложен в [29], поэтому мы приведем только упрощенную методику и пример расчета.

       Существует два метода расчета  воздухораспределительных сетей:

• метод допустимых скоростей;
• метод постоянной потери давления.

       Оба метода позволяют проектировать  вентиляционную сеть, которая обеспечит:

• требуемую производительность по воздуху;
• минимальные потери давления;
• минимальный уровень шума;
• скорость воздуха, допустимую санитарными нормами;
• минимальный объем, занимаемый воздуховодами.

 

       Приведем методику расчета воздухораспределительной  сети методом допустимых скоростей.

       1. Чертят схему сети воздуховодов  с расчетными расходами воздуха по помещениям и находят самый удаленный от вентилятора и нагруженный участок сети. 

Таблица 5.4.2. Скорость воздуха из приточной решетки, исходя из допустимого перепада температур 

 

       2. Выбирают скорость воздуха в  приточных, вытяжных решетках и воздуховодах, исходя из допустимого перепада температур (табл. 5.4.2), назначения помещения (табл. 5.4.3), допустимой скорости воздуха в вытяжных решетках (табл. 5.4.4), допустимого уровня шума (табл. 5.4.5). 

Таблица 5.4.3. Ориентировочные  значения уровня шума, создаваемые потоком воздуха 

 
 
 
 
 

Таблица 5.4.4. Рекомендуемые  скорости в вытяжных решетках 

 
 

Таблица 5.4.5. Скорость воздуха в воздуховоде, исходя из допустимого уровня шума 

 

Рис. 5.4.4, а. Номограмма для расчета круглых стальных воздуховодов при расходе воздуха до 100 м^!/ч и скорости воздуха от 0,1 до 4 м/с 

 

       3. По известным расходам воздуха  в каждом сечении воздуховода  и скорости воздуха по номограммам (рис. 5.4.4) определяют диаметр воздуховода круглого сечения

       Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину принимают эквивалентный диаметр , при котором потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости равны потерям в прямоугольном воздуховоде: 

                                              

                                     (5.4.5) 

где А и В – размеры сторон прямоугольного воздуховода. 

       4. По номограммам (рис. 5.4.4, а, б, в) определяют удельные потери давления в воздуховодах ( ). В случае применения воздуховодов заводского производства удельные потери давления берут из паспортных данных.

       По полученным данным определяют  суммарные потери давления в  сети воздуховодов по формуле: 

                                            

, Па,                                 (5.4.6) 

где – удельные потери давления в воздуховодах, Па; – длина воздуховодов, м. 

       5. Определяют потери давления  на местные сопротивления по  формуле: 

                                        

                                     (5.4.7)

где – коэффициент местных сопротивлений на -м участке сети. 

       Коэффициент местных сопротивлений определяют по справочной литературе [28].

       Для комплектующих изделий (решетки,  диффузоры, фильтры и др.) потери  давления приводятся в паспортных  данных. На рис. 4.4.7 приведены данные по потерям давления для диффузоров фирмы и на рис. 10.4.6 – для гибких воздуховодов

       6. Определяют полные потери давления  в самом напряженном участке  сети (полное располагаемое давление): 

                                                    

                            (5.4.8) 

       7. Располагаемое давление для  последующих ответвлений сети  воздуховодов определяют как сумму потерь давления на участках сети до заданного ответвления.

       8. Сравнивают потери давления  в ответвлениях с полным располагаемым давлением. Потери должны быть увязаны с точностью ±10 %.

       Если расхождения превышают ±10 %, устанавливают диафрагмы или  регулирующие заслонки.

Методика  расчета диафрагм для круглых воздуховодов

 

       Зная полное располагаемое давление наиболее нагруженного участка сети и падение давления ветви, находим величину падения давления, которое необходимо внести путем введения диафрагмы: 

                                                 

                               (5.4.9) 

       Определяем коэффициент местного  сопротивления диафрагмы и по  таблице 5.4.6 находим диаметр отверстия диафрагмы: 

                                               

                                   (5.4.10) 
 

       Пример. Рассчитать параметры сети воздуховодов общего назначения для офисных помещений. Сеть состоит из 5 потребителей (комнат). Расход воздуха в каждой комнате, исходя из количества работников, составляет 120 м³/час. Схема сети представлена на рис. 5.4.5.

       Решение. Выбираем приточные диффузоры производства , характеристика которых приведена на рис. 5.4.7. Диффузор диаметром 160 мм, открытый на 3/4 оборота (кривая С), при расходе воздуха имеет падение давления = 22 Па и уровень звуковой мощности — менее 30 дБА. Местные потери давления при переходе с большего сечения воздуховода на меньшее можно определить по формуле [28]: