Расчет количества диффузоров для вентиляции на м2. Расчет системы вентиляции и ее отдельных элементов: площади, диаметров труб, параметров нагревателей и диффузоров. Расчет площади элементов вентиляции

Хотя для существует множество программ, многие параметры все еще определяются по старинке, с помощью формул. Расчет нагрузки на вентиляцию, площади, мощности и параметров отдельных элементов производят после составления схемы и распределения оборудования.

Это сложная задача, которая под силу лишь профессионалам. Но если необходимо подсчитать площадь некоторых элементов вентиляции или сечение воздуховодов для небольшого коттеджа, реально справиться самостоятельно.

Расчет воздухообмена

Если в помещении нет ядовитых выделений или их объем находится в допустимых пределах, воздухообмен или нагрузка на вентиляцию рассчитывается по формуле:

R = n * R 1,

здесь R1 – потребность в воздухе одного сотрудника, в куб.м\час, n – количество постоянных сотрудников в помещении.

Если объем помещения на одного сотрудника составляет больше 40 кубометров и работает естественная вентиляция, не нужно рассчитывать воздухообмен.

Для помещений бытового, санитарного и подсобного назначения расчет вентиляции по вредностям производится на основании утвержденных норм кратности воздухообмена:

• для административных зданий (вытяжка) – 1,5;
• холлы (подача) – 2;
• конференц-залы до 100 человек вместимостью (по подаче и вытяжке) – 3;
• комнаты отдыха: приток 5, вытяжка 4.

Для производственных помещений, в которых постоянно или периодически в воздух выделяются опасные вещества, расчет вентиляции производится по вредностям.

Воздухообмен по вредностям (парам и газам) определяют по формуле:

Q = K \(k 2- k 1),

здесь К – количество пара или газа, появляющееся в здании, в мг\ч, k2 – содержание пара или газа в оттоке, обычно величина равна ПДК, k1 – содержание газа или пара в приточке.

Разрешается концентрация вредностей в приточке до 1\3 от ПДК.

Для помещений с выделением избыточного тепла воздухообмен рассчитывается по формуле:

Q = G изб\ c (tyx – tn ),

здесь Gизб – избыточное тепло, вытягиваемое наружу, измеряется в Вт, с – удельная теплоемкость по массе, с=1 кДж, tyx – температура удаляемого из помещения воздуха, tn – температура приточки.

Расчет тепловой нагрузки

Расчет тепловой нагрузки на вентиляцию осуществляется по формуле:

Q в= V н * k * p * C р(t вн – t нро),

в формуле расчета тепловой нагрузки на вентиляцию Vн – внешний объем строения в кубометрах, k – кратность воздухообмена, tвн – температура в здании средняя, в градусах Цельсия, tнро – температура воздуха снаружи, используемая при расчетах отопления, в градусах Цельсия, р – плотность воздуха, в кг\кубометр, Ср – теплоемкость воздуха, в кДж\кубометр Цельсия.

Если температура воздуха ниже tнро снижается кратность обмена воздуха, а показатель расхода тепла считается равной Qв , постоянной величиной.

Если при расчете тепловой нагрузки на вентиляцию невозможно уменьшить кратность воздухообмена, расход тепла рассчитывают по температуре отопления.

Расход тепла на вентиляцию

Удельный годовой расход тепла на вентиляцию рассчитывается так:

Q= * b * (1-E),

в формуле для расчета расхода тепла на вентиляцию Qo – общие теплопотери строения за сезон отопления, Qb – поступления тепла бытовые, Qs – поступления тепла снаружи (солнце), n – коэффициент тепловой инерции стен и перекрытий, E – понижающий коэффициент. Для индивидуальных отопительных систем 0,15 , для центральных 0,1 , b – коэффициент теплопотерь:

• 1,11 – для башенных строений;
• 1,13 – для строений многосекционных и многоподъездных;
• 1,07 – для строений с теплыми чердаками и подвалами.

Расчет диаметра воздуховодов

Диаметры и сечения рассчитывают после того, как составлена общая схема системы. При расчетах диаметров воздуховодов вентиляции учитывают следующие показатели:

• Объем воздуха (приточного или вытяжного), который должен пройти через трубу за заданный промежуток времени, куб.м\ч;
• Скорость движения воздуха. Если при расчетах вентиляционных труб скорость движения потока занижена, установят воздуховоды слишком большого сечения, что влечет дополнительные расходы. Завышенная скорость приводит к появлению вибраций, усилению аэродинамического гула и повышению мощности оборудования. Скорость движения на притоке 1,5 – 8 м\сек, она меняется в зависимости от участка;
• Материал вентиляционной трубы. При расчете диаметра этот показатель влияет на сопротивление стенок. Например, наиболее высокое сопротивление оказывает черная сталь с шероховатыми стенками. Поэтому расчетный диаметр воздуховода вентиляции придется немного увеличить по сравнению с нормами для пластика или нержавейки.

Таблица 1 . Оптимальная скорость воздушного потока в трубах вентиляции.

Когда известна пропускная способность будущих воздуховодов, можно рассчитать сечение воздуховода вентиляции:

S = R \3600 v ,

здесь v – скорость движения воздушного потока, в м\с, R – расход воздуха, кубометры\ч.

Число 3600 – временной коэффициент.

здесь: D – диаметр вентиляционной трубы, м.

Расчет площади элементов вентиляции

Расчет площади вентиляции необходим в том случае, когда элементы изготавливаются из листового металла и нужно определить количество и стоимость материала.

Площадь вентиляции рассчитывают электронные калькуляторы или специальные программы, их во множестве можно найти в интернете.

Мы приведем несколько табличных значений наиболее популярных элементов вентиляции.

Диаметр, мм	Длина, м
	1	1,5	2	2,5
100	0,3	0,5	0,6	0,8
125	0,4	0,6	0,8	1
160	0,5	0,8	1	1,3
200	0,6	0,9	1,3	1,6
250	0,8	1,2	1,6	2
280	0,9	1,3	1,8	2,2
315	1	1,5	2	2,5

Таблица 2 . Площадь прямых воздуховодов круглого сечения.

Значение площади в м. кв. на пересечении горизонтальной и вертикальной строчки.

Диаметр, мм		Угол, град
	15	30	45	60	90
100	0,04	0,05	0,06	0,06	0,08
125	0,05	0,06	0,08	0,09	0,12
160	0,07	0,09	0,11	0,13	0,18
200	0,1	0,13	0,16	0,19	0,26
250	0,13	0,18	0,23	0,28	0,39
280	0,15	0,22	0,28	0,35	0,47
315	0,18	0,26	0,34	0,42	0,59

Таблица 3 . Расчет площади отводов и полуотводов круглого сечения.

Расчет диффузоров и решеток

Диффузоры используются для подачи или удаления воздуха из помещения. От правильности расчета количества и расположения диффузоров вентиляции зависит чистота и температура воздуха в каждом уголке помещения. Если установить диффузоров больше, увеличится давление в системе, а скорость падает.

Количество диффузоров вентиляции рассчитывается так:

N = R \(2820 * v * D * D ),

здесь R – пропускная способность, в куб.м\час, v – скорость воздуха, м\с, D – диаметр одного диффузора в метрах.

Количество вентиляционных решеток можно рассчитать по формуле:

N = R \(3600 * v * S ),

здесь R – расход воздуха в куб.м\час, v – скорость воздуха в системе, м\с, S – площадь сечения одной решетки, кв.м.

Расчет канального нагревателя

Расчет калорифера вентиляции электрического типа производится так:

P = v * 0,36 * ∆ T

здесь v – объем пропускаемого через калорифер воздуха в куб.м.\час, ∆T – разница между температурой воздуха снаружи и внутри, которую необходимо обеспечить калориферу.

Этот показатель варьирует в пределах 10 – 20, точная цифра устанавливается клиентом.

Расчет нагревателя для вентиляции начинается с вычисления фронтальной площади сечения:

Аф= R * p \3600 * Vp ,

здесь R – объем расхода приточки, куб.м.\ч, p – плотность атмосферного воздуха, кг\куб.м, Vp – массовая скорость воздуха на участке.

Размер сечения необходим для определения габаритов нагревателя вентиляции. Если по расчету площадь сечения получается чересчур большой, необходимо рассмотреть вариант из каскада теплобменников с суммарной расчетной площадью.

Показатель массовой скорости определяется через фронтальную площадь теплообменников:

Vp = R * p \3600 * A ф.факт

Для дальнейшего расчета калорифера вентиляции определяем нужное для согрева потока воздуха количества теплоты:

Q =0,278 * W * c (T п- T у),

здесь W – расход теплого воздуха, кг\час, Тп – температура приточного воздуха, градусы Цельсия, Ту – температура уличного воздуха, градусы Цельсия, c – удельная теплоемкость воздуха, постоянная величина 1,005.

Так как в приточных системах вентиляторы размещаются перед теплообменником, расход теплого воздуха вычисляем так:

W = R * p

Рассчитывая калорифер вентиляции, следует определить поверхность нагрева:

Апн=1,2 Q \ k (T с.т- T с.в),

здесь k – коэффициент отдачи калорифером тепла, Tс.т – средняя температура теплоносителя, в градусах Цельсия, Tс.в – средняя температура приточки, 1,2 – коэффициент остывания.

Расчет вытесняющей вентиляции

При вытесняющей вентиляции в помещении оборудуются рассчитанные восходящие потоки воздуха в местах повышенного выделения тепла. Снизу подается прохладный чистый воздух, который постепенно поднимается и в верхней части помещения удаляется наружу вместе с избытком тепла или влаги.

При грамотном расчете вытесняющая вентиляция намного эффективнее перемешивающей в помещениях следующих типов:

• залы для посетителей в заведениях общепита;
• конференц-залы;
• любые залы с высокими потолками;
• ученические аудитории.

Рассчитанная вентиляция вытесняет менее эффективно если:

• потолки ниже 2м 30 см;
• главная проблема помещения – повышенное выделение тепла;
• необходимо понизить температуру в помещениях с низкими потолками;
• в зале мощные завихрения воздуха;
• температура вредностей ниже, температуры воздуха в помещении.

Вытесняющая вентиляция рассчитывается исходя из того, что тепловая нагрузка на помещение составляет 65 – 70 Вт\кв.м, при расходе до 50 л на кубометр воздуха в час. Когда тепловые нагрузки выше, а расход ниже, необходимо организовывать перемешивающую систему, комбинированную с охлаждением сверху.

Елена Гальцева - инженер-проектировщик.

Основные используемые формулы:

1.Расчет производительности вентилятора:

L=VxK

L – производительность, которая должна быть у вентилятора, чтобы справиться с поставленной перед ним задачей, м 3 /час.

V – объем помещения (произведению S площади помещения, на h – его высоту), м 3 .

K – нормавоздухообмена для различных помещений (см. табл.1 в статье "как подобрать вентилятор").

2. Для расчета количества диффузоров используют формулу:

N=L/(2820xVxd 2)

N – кол-во диффузоров, шт;

L – расход воздуха, м 3 /час;

D – диаметр диффузора, м;

3. Для подбора количества решеток используют следующую формулу: N = L/(3600xVxS)

N– кол-во решеток;

L – расход воздуха, м 3 /час;

V – скорость движения воздуха, м/сек,

(скорость воздуха для офисных помещений 2-3 м/сек, для жилых помещений 1,5-1,8 м/сек;

S – площадь живого сечения решетки, м 2 .

После составления полной схемы размещения оборудования, определяются диаметры воздуховодов.

4. Зная кол-во воздуха, которое необходимо подать в каждое помещение, можно подобрать сечение воздуховодапо формуле:

S=L/Vx3600

S – площадь поперечного сечения, м 2 ;

L – расход воздуха, м 3 /час;

V – скорость воздуха в зависимости от типа воздуховода, т.е. магистральный или ответвления, м/сек.

5. Зная S , вычисляем диаметр воздуховода:

D= 2x √(S/ 3.14)

6. Мощность электрического канального нагревателя рассчитывается по формуле:

P=Vx0,36x ∆T

Р – мощность нагревателя, Вт;

V – объём воздуха проходящий через нагреватель, м 3 /час (= производительности вентилятора);

∆Т – увеличение температуры воздуха, 0 С (т.е. перепад температур – наружного и поступающего из системы в помещение – который должен обеспечить нагреватель).

∆Т рассчитывается из пожеланий заказчика и наличия у него для этого необходимой электрической мощности. Целесообразней всего брать ∆Т в пределах 10-20 ºС.

Основные принципы:

Все помещения в здании разделяются на те, в которые следует подавать приточный воздух (спальни, детские комнаты и т. д.), на те, из которых следует производить вытяжку (кухни, санузлы), и смешанные (подвалы, чердаки, гаражи, и т. д.).
Для подачи воздуха в те помещения, из которых производится преимущественно вытяжка, устанавливаются, например, укороченные двери или специальные решетки, что позволяет обеспечить достаточный воздухообмен путем перетекания воздуха из других помещений квартиры.

Сегодня кроме простых приточных установок (см. рис.), предлагаются установки с рекуперацией тепла. Система с рекуперацией тепла состоит из двух отдельных контуров; по одному свежий воздух подается в жилое пространство, по другому отводится отработанный. Требуемое количество наружного воздуха подается вентилятором, затем производится его очистка в фильтрах. Другой вентилятор забирает отработанный воздух, направляет его в теплообменник, для передачи тепла отработанного воздуха наружному приточному. Очень хорошо зарекомендовали себя установки LMF (Италия) производительностью от900до 4200м 3 /час.

Aventis LMF

Проектирование.

При проектировании вентустановок прежде всего следует определить:
- место установки вентиляционного агрегата
- расположение приточных и вытяжных отверстий
- места прокладки воздуховодов в помещениях
- определить помещения, в которые следует подавать приточный воздух, производить вытяжку, и смешанные помещения
Чтобы гарантированно избежать в помещении запахов и остатков вредных веществ, расход вытяжного воздуха может превышать расход приточного на 10% в системах с механической подачей. В этом случае образуется незначительное разрежение, благодаря которому предотвращается попадание вытяжного воздуха назад в помещение.

Воздуховоды.

В приточных и вытяжных системах лучше использовать воздуховодов из оцинкованной стали, так как гладкие трубы имеют наименьшее сопротивление.

Размеры воздуховодов определяются по расходу приточного и вытяжного воздуха (см. формулу №5).

Для снижения потерь давления, а также для предотвращения аэродинамических шумов из-за слишком высокой скорости воздуха, при проектировании воздуховодов следует обеспечивать:

• простое и регулярное расположение приточно-вытяжных шахт;
• как можно более короткие участки воздуховодов;
• как можно меньшее количество изгибов и ответвлений;
• герметичное исполнение соединений.

Приточные и вытяжные решетки.

Приточные и вытяжные решетки должны быть расположены в верхней части стен или на потолке. Количество решеток зависит от их характеристик и от расхода воздуха (см. формулы №2 и 3). Через приточную решетку производится раздача воздуха в помещение, поэтому его конструкция должна обеспечивать хорошее распределение воздуха. Для хорошего воздухообмена приточные и вытяжные решетки желательно располагать напротив друг друга.

Пример расчета вентиляторов для системы вентиляции.

Сопротивление прохождению воздуха в вентиляционной системе, в основном, определяется скоростью движения воздуха в этой системе. С увеличением скорости возрастает и сопротивление. Это явление называется потерей давления. Статическое давление, создаваемое вентилятором, обуславливает движение воздуха в вентиляционной системе, имеющей определенное сопротивление. Чем выше сопротивление такой системы, тем меньше расход воздуха, перемещаемый вентилятором. Расчет потерь на трение для воздуха в воздуховодах, а также сопротивление сетевого оборудования (фильтр, шумоглушитель, нагреватель, клапан и др.) может быть произведен с помощью соответствующих таблиц и диаграмм, указанных в каталоге. Общее падение давления можно рассчитать, просуммировав показатели сопротивления всех элементов вентиляционной системы.

Тип	Скорость воздуха, м/с
Магистральные воздуховоды	6,0-8,0
Боковые ответвления	4,0-5,0
Распределительные воздуховоды	1,5-2,0
Приточные решетки у потолка	1,0-3,0
Вытяжные решетки	1,5-3,0

Определение скорости движения воздуха в воздуховодах:

V= L / 3600*F (м/сек)

где L – расход воздуха, м3/ч; F – площадь сечения канала, м2.

Потеря давления в системе воздуховодов может быть снижена за счет увеличения сечения воздуховодов, обеспечивающих относительно одинаковую скорость воздуха во всей системе. На изображении мы видим, как можно обеспечить относительно одинаковую скорость воздуха в сети воздуховодов при минимальной потере давления.

8.3.1. Степень расширения диффузора на безотрывном участке:

где L д – длина безотрывной части диффузора; рекомендуемые значения относительной длины безотрывной части диффузора L д /h к = 1,5  2,5.

8.3.2. Площадь на выходе из безотрывного участка диффузора, м 2:

F 1 = F к n д,

где F к – площадь проточной части последней ступени компрессора.

8.3.3. Средний диаметр на выходе из безотрывного участка диффузора, м:

,

где  д =10  12 – угол раскрытия безотрывного участка диффузора.

8.3.4. Высота выходного сечения безотрывного участка диффузора, м:

.

8.3.5. Наружный и внутренний диаметры выходного сечения диффузора, м:

D н = d д + h 1 ;D вн = d д – h 1 .

8.3.6. Площадь поперечного сечения участка внезапного расширения, м 2:

,

где k р = 1,15  1,25 – относительная площадь участка внезапного расширения.

8.3.7. Высота сечения участка внезапного расширения, м:

.

8.3.8. Наружный и внутренний диаметры внезапного расширения, м:

;
.

8.3.9. Расстояние от плоскости внезапного расширения до жаровой трубы, м:

l = (1,5  2,0)h к.

8.3.10. Коэффициент потерь давления в диффузоре:

где  д = 0,45 – коэффициент потерь полного давления для диффузоров с внезапным расширением. Если отнести к скоростному напору q = ρw к /2 в камере, то
.

8.4. Расчет проточной части камеры сгорания

8.4.1. Площадь миделевого сечения камеры сгорания, м 2

,

где R = 293 Дж/кгК – газовая постоянная; P к /P к – падение давления в камере; P к /q к – коэффициент потерь в камере, рекомендуемые значения которых приведены в табл.8.1.Здесь q = ρw к /2 --- скоростной напор в камере сгорания

Таблица 8.1

Тип камеры
Трубчатая
Трубчато-кольцевая
Кольцевая

Необходимо отметить, что приведенные в таблице данные соответствуют условиям работы камеры на взлетном режиме. Для обеспечения работы КС в высотных условиях и высотного запуска необходимо увеличить площадь (F m высот  1,5F взл). Это следует из зависимости =0,0046(для кольцевых камер сгорания).Вследствие уменьшения Tk , Pk в высотных условиях, увеличенные размеры КС являются исходными и для расчетного режима.

8.4.2. Средний диаметр КС определяется в зависимости от средних диаметров компрессора и турбины, м:

где l с p – относительное расстояние от входа в жаровую трубу до расчетного сечения (следует принять l с p = 0,5).

8.4.3. Для кольцевой КС, определяющей величиной, является высота (расстояние между наружной и внутренней стенками), м:

.

8.4.4. Диаметры наружной и внутренней обечаек кольцевой КС, м:

;
.

8.4.5. Площадь миделевого сечения жаровой трубы, м 2:

,

где k opt – относительная площадь жаровой трубы (для кольцевой камеры сгорания
).

8.4.6. Высота кольцевой жаровой трубы, м:

.

8.4.7 . Диаметры наружной и внутренней обечаек жаровой трубы в расчетном сечении, м:

D ж.н = d cp + H ж; D ж.вн = d cp – H ж.

8.4.8. Длина жаровой трубы, м, определяется из условия обеспечения заданной неравномерности температурного поля :

,

где  = 0,2  0,4; А – коэффициент пропорциональности; для кольцевых камер сгорания А = 0,06;

относительное падение давления в жаровой трубе определяется по формуле:

, где

– относительные падения давления в камере и диффузоре задается согласно (табл. 7.1).

относительное падение давления в диффузоре

8.4.9. Общая длина КС, м, складывается из длины диффузора L д, жаровой трубы L ж и расстояния между ними l(см. п.п8.39) :

L к = L к + l + L к.