Скорость воздуха в воздуховоде: нормы и расчет значений

Как правильно подобрать параметры воздушного канала?

Из трех параметров, принимающих участие в расчете, нормируется только один, это диаметр круглого воздуховода или габаритные размеры канала прямоугольного сечения. В Приложении Н СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование» представлена нормаль диаметров и размеров, которых следует придерживаться при разработке вентиляционных систем. Остальные два параметра (скорость и расход воздушных масс) не нормируются, потребности в количестве свежего воздуха для вентиляции могут быть разными, иногда и довольно большими, поэтому расход определяется отдельными требованиями и расчетами. Только в жилых зданиях, детских садах, школах и учреждениях здравоохранения для помещений различного назначения прописаны четкие нормы вытяжки и притока. Эти значения представлены в нормативной документации, касающейся этих видов зданий.

Схема правильной установки канального вентилятора.

Скорость движения воздушных масс в каналах не ограничивается и не нормируется, ее следует принимать по результатам расчета, руководствуясь соображениями экономической целесообразности. В справочной технической литературе существуют рекомендуемые величины скоростей, которые можно принимать при тех или иных конкретных условиях. Рекомендуемые значения скорости движения воздуха, в зависимости от назначения воздухопровода для вентиляционных систем с механическим побуждением, отражены в Таблице 1.

При естественном побуждении рекомендуемая скорость движения потока в системе варьируется от 0,2 до 1 м/с, что также зависит от функционального назначения каждого воздухопровода. В некоторых вытяжных шахтах высотных домов или сооружений эта величина может достигать 2 м/с.

Важность воздухообмена для человека

По строительным и гигиеническим нормам, каждый жилой или производственный объект необходимо обеспечить системой вентиляции.

Главное ее назначение – сохранение воздушного баланса, создание благоприятного для работы и отдыха микроклимата. Это значит, что в атмосфере, которой дышат люди, не должно наблюдаться переизбытка тепла, влаги, загрязнений различного рода.

Нарушения в организации системы вентиляции приводят к развитию инфекционных болезней и заболеваний дыхательной системы, к снижению иммунитета, к преждевременной порче продуктов питания.

В излишне влажной и теплой среде быстро развиваются болезнетворные микроорганизмы, на стенах, потолках и даже на мебели появляются очаги плесени и грибка.

Схема вентиляции в двухэтажном частном доме. Вентиляционная система оборудована приточно-вытяжной энергосберегающей установкой с рекуператором теплоты, который позволяет повторно использовать тепло выводимого из здания воздуха

Одним из условий сохранения здорового воздушного баланса является правильное проектирование системы вентиляции. Каждая часть воздухообменной сети должна быть подобрана, исходя из объемов помещения и характеристик воздуха в нем.

Предположим, в небольшой квартире достаточно хорошо налаженной приточно-вытяжной вентиляции, тогда как в производственных цехах обязательна установка оборудования для принудительного воздухообмена.

При строительстве домов, общественных учреждений, цехов предприятий руководствуются следующими принципами:

• каждое помещение нужно обеспечить системой вентиляции;
• необходимо соблюдать гигиенические параметры воздуха;
• на предприятиях следует установить устройства, увеличивающие и регулирующие скорость воздухообмена; в жилых помещениях – кондиционеры или вентиляторы при условии недостаточной вентиляции;
• в помещениях разного назначения (например, в палатах для больных и операционной или в офисе и в комнате для курения) необходимо оборудовать разные системы.

Чтобы вентиляция соответствовала перечисленным условиям, нужно сделать расчеты и подобрать оборудование – приборы подачи воздуха и воздуховоды.

Также при устройстве вентиляционной системы необходимо правильно выбирать места забора воздуха, чтобы не допустить поступления загрязненных потоков обратно в помещения.

В процессе составления проекта вентиляции для частного дома, многоэтажного жилого здания или производственного помещения рассчитывают объем воздуха и намечают места монтажа вентиляционного оборудования: водухообменных установок, кондиционеров и воздуховодов

От размеров воздуховодов (в том числе домовых шахт) зависит эффективность воздухообмена. Выясним, каковы нормы скорости потока воздуха в вентиляции, указанные в санитарной документации.

Особенности перемещения газов

Как уже говорилось выше, в расчетах, проводимых при построении вентиляции, участвуют три параметра: расход и скорость воздушных масс, а также площадь сечения воздухопроводов. Из этих параметров только один нормируется – это площадь сечения. Кроме жилых помещений и детских учреждений, допустимую скорость воздуха в воздуховоде СНиП не регламентирует.

В справочной литературе существуют рекомендации по перемещению газов, протекающих по вентиляционным сетям. Величины рекомендованы исходя из назначения, конкретных условий, возможных потерь давления и показателей шума. Таблица отражает рекомендованные данные для принудительных систем вентиляции.

Для естественного проветривания, движения газов принимается со значениями 0,2 – 1 м/с.

Порядок вычислений

Изначально формула расчета скорости воздушного потока в канале представлена в справочниках под редакцией И.Г. Староверова и Р.В. Щекина в следующем виде:

L = 3600 x F x ϑ, где:

• L – расход воздушных масс на данном участке трубопровода, м³/ч;
• F – площадь поперечного сечения канала, м²;
• ϑ – скорость воздушного потока на участке, м/с.

Таблица расчета вентиляции.

Для определения скорости потока формула принимает такой вид:

ϑ= L / 3600 x F

Именно по ней рассчитывается действительная скорость воздуха в канале. Это нужно делать как раз по причине нормируемых значений диаметра или размеров трубы по СНиП. Вначале принимается рекомендуемая скорость для того или иного назначения воздухопровода и просчитывается его сечение. Далее диаметр канала круглого сечения определяется обратным просчетом по формуле площади круга:

F = π x D2 / 4, здесь D – диаметр в метрах.

Размеры канала прямоугольного сечения находят подбором ширины и высоты, произведение которых даст площадь сечения, эквивалентного расчетному. После этих вычислений подбирают ближайшие по нормали размеры воздухопровода (обычно принимают тот, который больше) и в обратном порядке находят величину действительной скорости потока в будущем воздуховоде. Данная величина потребуется для определения динамического давления на стенки трубы и вычисления потерь давления на трение и в местных сопротивлениях вентиляционной системы.

Формула расчета скорости воздуха:

где W - скорость потока, м/час
Q - расход воздуха, м3/час
S - площадь сечения воздуховода, м2
* Примечание: для перевода скорости из м/час в м/с нужно полученный результат разделить на 3600

Формула расчета давления в воздуховоде:

где P - общее давление в воздуховоде, Па
Pst - статическое давление в воздуховоде, равное атмосферному давлению, Па
p - плотность воздуха, кг/м3
W - скорость потока, м/с
* Примечание: для перевода давления из Па в атм. полученный результат умножить на 10.197*10-6 (техническая атмосфера) или на 9.8692*10-6 (физическая атмосфера)

Методика расчетов

Изначально необходимо сделать расчет необходимой площади сечения воздуховода исходя из данных по ее расходу.

• Площадь сечения воздуховода рассчитывается по формуле

FP=LP/VT

где

LP – данные по перемещению необходимого объема воздуха на конкретном участке.

VT – рекомендованная или допустимая скорость воздуха в воздуховоде определенного назначения.

• Получив искомые данные, производится подбор близкого к расчетному значению типоразмеру воздухопровода. Имея новые данные, производится вычисления реальной скорости перемещения газов на участке системы вентиляции, по формуле:

VФ=LP/FФ

где

LP – расход газовой смеси.

FФ – фактическая площадь сечения выбранного воздухопровода.

Аналогичные вычисления необходимо провести для каждого отдельного участка вентиляции.

Для правильного расчета скорости воздуха в воздуховоде, необходимо учитывать потери на трение и местные сопротивления. Одним из параметров, влияющих на величину потерь, является сопротивление на трение, который зависит от шероховатости материала воздухопровода. Данные о коэффициенте трения можно найти в справочной литературе.

Некоторые экономические аспекты подбора размеров воздухопровода

Таблица для расчета гидравлического диаметра воздуховода.

При расчете размеров и скорости воздуха в воздуховоде наблюдается такая зависимость: при увеличении последней диаметры каналов уменьшаются. Это дает свои преимущества:

1. Проложить трубопроводы меньших размеров гораздо проще, особенно если их нужно подвешивать на большой высоте или если условия монтажа весьма стесненные.
2. Стоимость каналов меньшего диаметра соответственно тоже меньше.
3. В больших и сложных системах, которые расходятся по всему зданию, прямо в каналы необходимо монтировать дополнительное оборудование (дроссельные заслонки, обратные и противопожарные клапаны). Размеры и диаметры этого оборудования также уменьшатся, и снизится их стоимость.
4. Прохождение перекрытий трубопроводами в производственном здании может стать настоящей проблемой, если его диаметр большой. Меньшие размеры позволят пройти так, как нужно.

Главный недостаток такого выбора заключается в большой мощности вентиляционного агрегата. Высокая скорость воздуха в малом объеме создает большое динамическое давление, сопротивление системы растет, и для ее работы требуется вентилятор высокого давления с мощным электродвигателем, что вызывает повышенный расход электрической энергии и, соответственно, высокие эксплуатационные затраты.

Другой путь – это снижение скорости воздушных потоков в воздуховодах. Тогда параметры вентиляционного агрегата становятся экономически приемлемыми, но возникает множество трудностей в монтаже и высокая стоимость материалов.

Схема организации воздухообмена при общеобменной вентиляции.

Проблемы прохождения большой трубой перегруженных оборудованием и инженерными сетями мест решается множеством поворотов и переходов на другие виды сечений (с круглого на прямоугольное или плоскоовальное). Проблему стоимости приходится решать единоразово.

Во времена СССР проектировщики, как правило, старались найти компромисс между этими двумя решениями. В настоящее время удорожания энергоносителей появилась тенденция к применению второго варианта. Собственники предпочитают единоразово решить финансовые вопросы и смонтировать более экономичную вентиляцию, чем потом в течение многих лет оплачивать высокие затраты электроэнергии. Применяется и универсальный вариант, при котором в магистральных воздухопроводах с большими расходами скорость потока увеличивают до 12-15 м/с, чтобы уменьшить их диаметры. Дальше по системе соблюдается скорость 5-6 м/с на ответвлениях, вследствие чего потери давления выравниваются. Вывод здесь однозначный: скорость движения воздушного потока в каналах играет немаловажную роль для экономики предприятия.

Пример расчета скорости воздуха в воздуховоде

Исходными данными в этом случае послужат: 

• расход воздуха на участке;
• рекомендуемая скорость движения воздуха, которую мы принимаем по таблице.

Алгоритм расчета скорости в воздуховоде:

• определение расчетной площади сечения воздуховода;
• по расчетной площади определяют фактическое значение скорости в воздуховоде.

Итак, начнем. Для примера возьмем гражданское здание. Допустим у нас есть расход на участке 1-2, который составляет 3000 м3/ч. Для удобства и наглядности занесем данные в таблицу:

Определим расчетную площадь Fр в м2 по формуле:

Fр = G/(3600*Vp),

где G — расход воздуха на участке, м3/ч;
Vp  — рекомендуемая скорость воздуха на участке, м/с.

Расчетная площадь в нашем случае равна:

Fр = 3000/(3600*5)= 0,167 (м2).

Далее воспользуемся каталогом воздуховодов, чтобы заполнить ячейки «размеры» и «стандартная площадь».

Теперь нам осталось посчитать только фактическую скорость, которая и будет скоростью движения воздуха по участку 1-2. Расчет ведется по такой формуле:

Vф = G/(3600*Fст),

где G — расход воздуха на участке, м3/ч;
Fст — стандартная (принятая по каталогу) площадь сечения воздуховода, м2;

Для нашего участка:

Vф = 3000/(3600*0,15)= 5,56 (м/с).

Вот мы и определили скорость в воздуховоде, которая равна 5,56 м/с, а это значит, что фактическая скорость соответствует рекомендуемым значениям.

Как Вы могли бы заметить, расчет скорости воздуха в воздуховоде влечет за собой подбор размеров воздуховода. После установки воздуховодов проверяют фактическую скорость воздуха в них. Для этого используют специальные приборы — анемометры .

Настройка действующей системы вентиляции

Основным способом диагностики работы вентиляционных сетей является измерение скорости воздуха в воздуховоде, так как зная диаметр каналов несложно вычислить реальный расход воздушных масс. Приборы, которые используются для этого называют анемометрами. В зависимости от характеристик движения воздушных масс, применяют:

• Механические устройства с крыльчаткой. Предел измерений 0,2 – 5 м/с;
• Чашечные анемометры измеряют воздушный поток в пределах 1 – 20 м/с;
• Электронные термоанемометры могут использоваться для проведения измерений в любых вентиляционных сетях.

На этих устройствах стоит остановиться более подробно. Электронные термоанемометры не требуют, как в применении аналоговых устройств, организации люков в каналах. Все измерения производятся посредством установки датчика и получении данных на экран, встроенный в прибор. Погрешности измерений у таких устройств не превышает 0,2%. Большинство современных моделей могут работать как от батареек, так и от питания 220 v. Именно поэтому для проведения пусконаладочных работ, профессионалы рекомендуют использовать именно электронные анемометры.

В качестве заключения: скорость движения воздушных потоков, расход воздуха и площадь сечения каналов являются важнейшими параметрами для проектирования воздухораспределительных и вентиляционных сетей.

Зачем выполнять расчёт скорости воздуха в воздуховоде

Задача расчёта скорости воздуха в воздуховоде обычно возникает при проверке проекта вентиляции, в котором указан расход и выбрано сечение воздуховода.

Цель расчёта — понять, правильно ли выбрано сечение воздуховода для данного расхода воздуха. Кроме того, скорость воздуха в воздуховоде должна быть указана на аксонометрической схеме системы вентиляции.

Связь характеристик вентиляционных систем с уровнем шума

В эмпирических формулах расчета уровня шума вентиляционной сети фигурируют расход воздуха, поперечные размеры воздуховода, безразмерные величины, характеризующие качество звукоизоляции помещения, а также значения сопротивления для ровных и изогнутых участков труб.

Уменьшение аэродинамических потерь воздуховода, расширение проходного сечения и установка вентилятора с меньшим расходом воздуха позволят сберечь электроэнергию. Потребляемая вентилятором энергия напрямую зависит от величины расхода воздуха и напора. Он, в свою очередь, прямо пропорционален скорости воздуха в воздуховоде.

Повысив скорость воздуха, можно уменьшить диаметр сечения воздуховода и сэкономить на покупке составных частей и монтаже. Повышение скорости достигается установкой высоконапорных вентиляторов. Имея ту же производительность, что и низконапорные, они будут расходовать больше электроэнергии и их эксплуатация обойдется дороже.

Конкретно сказываются на уровне шума следующие допустимые параметры вентиляционной системы:

Таблица расчетов сечения прямоугольных воздуховодов.

1. Расход воздуха. Имея установленную конфигурацию и размеры системы воздуховодов, можно снизить уровень шума за счет уменьшения расхода.
2. Площадь сечения воздуховода. Ее увеличение дает более слабый шум на выходе из вентиляционных отверстий.
3. Коэффициент аэродинамического сопротивления. Определяется совершенством формы переходных участков трубопровода. Применение обтекаемых и плавных отводов, диффузоров и дросселей может помочь в достижении низкого шума при эксплуатации.
4. Все вышеперечисленные факторы могут быть учтены в зависимости от конкретной ситуации и задач, которые ставит проектировщик. Взвешенно и критически подходя к подбору всех параметров, удастся найти сбалансированное решение для конструкции будущей вентиляции.

Схема компоновки и план прокладки вентиляционных каналов системы вентиляции

При компоновке и размещении приточно-вытяжного комплекса надо руководствоваться следующими условиями:

Таблица расчета для сечения круглых воздуховодов.

1. По мере удаления от вентиляционной камеры или вентилятора сила звуковых колебаний в воздуховодах гасится. Потому целесообразнее расположить ее вдали от самых малошумных помещений.
2. Дроссельные редукторы желательно размещать на как можно большем расстоянии от рассматриваемого помещения. После него не помешает поставить концевые глушители или гибкие вставки из звукоизолирующих материалов.
3. Для вентиляционных каналов рабочие скорости течения воздуха принимаются в пределах допустимых в зависимости от класса, кубатуры помещения и требований к безопасному шумовому фону.
4. На всех участках вентиляционной сети минимизируют число гидравлических потерь, так как производимый крыльчаткой вентилятора шум тем больше, чем большее сопротивление встречается на пути воздушных масс.
5. Для систем высокой производительности обязательным условием бесшумной работы остается использование глушителей. Предполагаемые места под глушители должны быть непременно учтены на стадии проектирования.
6. Настройку параметров аэродинамики, тихоходности и наладку работы системы вентиляции рекомендуется проводить параллельно, чтобы достичь приемлемой громкости шума при сохранении требуемых показателей расхода среды.

Особенности выбора вентилятора

В выборе вентилятора надо руководствоваться следующими требованиями:

Схема определения шумовых характеристик канальных вентиляторов.

1. У устройства должен быть минимальный удельный уровень мощности звука и узкий спектр звуковых волн, соответствующий предъявляемым условиям эксплуатации.
2. Мощность вентилятора выбирается в соответствии с суммарными потерям при движении воздуха по каналам сети.
3. Не рекомендуется применять крыльчатку с числом лопастей меньше 12. Такие конфигурации зачастую создают дополнительные тона аэродинамического шума при прохождении воздушной среды через крыльчатку. Усиление шумов определяется отдельным устройством вентилятора, отклонением воздушных масс при попадании на крыльчатку и дальнейшим взаимодействием потока с внутренней поверхностью воздуховодов.
4. В сетях, где расход регулируется, отдельно учитывают воздействие изменения аэродинамических характеристик на громкость работы вентилятора. Снижение расхода при изменении угла установки лопастей может существенно усилить создаваемый шум.
5. Дополнительно отрегулировать громкость работы агрегата позволит понижение частоты оборотов рабочего колеса в диапазоне регулирования при неизменной мощности.
6. Штуцеры вентилятора и подключаемые участки воздуховода лучше соединять через гибкие вставки, гасящие вибрации, которые передает корпус агрегата на остальные участки.

Рекомендуемые места установки вентиляторов

В проектировании тихих систем вентиляции кроме подбора устройств с удовлетворительными шумовыми характеристиками нужно подбирать выгодные места их установки.

В разрабатываемом здании вентиляторы располагают в специально отведенных звукоизолированных помещениях – в вентиляционных камерах. Камеры ставят обособленно от помещений с повышенными требованиями к тишине и комфортному уровню шума. Их оборудуют вдали от шахт лифтов, лестничных переходов, дверных и оконных проемов.

Вентиляторы, размещенные на открытых ярусах, крепят вдали от отражающих поверхностей, от углов, в места, где гарантируется незначительное проникновение шума в жилые и рабочие помещения, а также на окружающие здание снаружи строения.

Выводы воздуховодов в открытое пространство предполагается направить так, чтобы шум не направлялся в сторону жилых построек и мест отдыха. Корректное направление звука от работы вентиляции эффективно помогает в минимизации шумовых помех вентиляционных комплексов объектов.

Правильно разместив в пространстве и направив выходное отверстие вентиляции, вы добьетесь снижения шума до разрешенных пределов без дополнительных затрат.

Вычисление потерь на трение

Прежде всего следует учитывать следует учитывать форму воздухопровода и материал, из которого он изготовлен.

• Для круглых изделий, формула расчета выглядит так:

Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g

где

Х

– табличный коэффициент трения (зависит от материала);

I

– длина воздухопровода;

Читайте также:  Технические характеристики и особенности котлов Протерм

D

– диаметр канала;

V

– темп движения газов на определенном участке сети;

Y

– плотность перемещаемых газов (определяется по таблицам);

G

– 9,8 м/с2

Важно! Если в воздухораспределительной системе используются прямоугольные каналы, то в формулу необходимо подставить эквивалентный сторонам прямоугольника (сечения воздуховода) диаметр. Вычисления можно произвести по формуле: dэкв = 2АВ/(А + В). Для перевода можно использовать и таблицу, представленную ниже.

• Потери на местные сопротивления рассчитываются по формуле:

z = Q* (v*v*y)/2g

где

Q

— сумма коэффициентов потерь на местные сопротивления;

V

— скорость движения воздушных потоков на участке сети;

Y

– плотность перемещаемых газов (определяется по таблицам);

G

– 9,8 м/с2

Важно! При построении воздухораспределительных сетей, очень важную роль играет правильный выбор дополнительных элементов, к которым относятся: решетки, фильтры, клапаны и пр. Эти элементы создают сопротивление перемещению воздушных масс. При создании проекта следует обратить внимание и на правильный подбор оборудования, ведь лопасти вентилятора и работа осушителей, увлажнителей, помимо сопротивления, создают и наибольший шум и сопротивление воздушным потокам.

Рассчитав потери воздухораспределительной системы, зная требуемые параметры движения газов на каждом ее участке, можно переходить к подбору вентиляционного оборудования и монтажу системы.

Какой дефлектор выбрать

Если вы хотите установить колпак – усилитель тяги с минимальными затратами и не обслуживать изделие в процессе эксплуатации, рекомендуем остановиться на статичных моделях – дефлекторе Волпера либо ЦАГИ. Последний вариант предпочтительнее для собственноручного изготовления.

Совет. Размер насадки выбирайте по диаметру вытяжного ствола. Если из дома выведена прямоугольная шахта, подбор делается по эквивалентному круглому сечению. То есть, необходимо сделать расчет поперечника канала, потом взять круг аналогичной площади. При установке используется адаптер.

Рекомендации по выбору различных дефлекторов:

1. При недостатке либо отсутствии тяги лучше ставить динамические версии колпаков – ротационный или флюгер.
2. Покупая вращающуюся насадку, не гонитесь за дешевизной. В недорогих изделиях применен открытый шарнир – обычная втулка, которая замерзнет зимой. Подбирайте флюгер или турбодефлектор с закрытым подшипником.
3. Н-образный колпак пригодится в местности с постоянными сильными ветрами. В остальных случаях лучше брать ЦАГИ.

Дефлекторы Astato приобретайте по желанию – усилитель будет работать в любых условиях. Но помните: движущиеся части насадки нужно периодически обслуживать.

Значения параметров в различных видах воздушных каналов

В современных вентиляционных системах применяются установки, включающие в себя весь комплекс для подачи и обработки воздуха: очистка, нагревание, охлаждение, увлажнение, шумопоглощение. Эти установки называют центральными кондиционерами. Скорость потока внутри нее регламентируется заводом-производителем. Дело в том, что все элементы для обработки воздушных масс должны действовать в оптимальном режиме, чтобы обеспечить требуемые параметры воздуха. Поэтому производители изготавливают корпуса установок определенных размеров под заданный диапазон расходов воздуха, при которых все оборудование будет работать эффективно. Обычно значение скорости движения потока внутри центрального кондиционера лежит в пределах 1,5-3 м/с.

Каналы магистральные и ответвления

Схема магистрального воздуховода.

Следом наступает очередь главного магистрального воздуховода. Часто он имеет большую протяженность и проходит транзитом через несколько помещений, прежде чем начнет разветвляться. Рекомендуемая максимальная скорость 8 м/с в таких каналах может не соблюдаться, поскольку условия прокладки (особенно через перекрытия) могут существенно ограничивать пространство для его монтажа. Например, при расходе 35 000 м³/ч, что не редкость на предприятиях, и скорости 8 м/с диаметр трубы составит 1,25 м, а если ее увеличить до 13 м/с, то размер станет уже 1000 мм. Такое увеличение технически осуществимо, так как современные воздуховоды из оцинкованной стали, изготовленные спирально-навивным методом, имеют высокую жесткость и плотность. Это исключает их вибрацию на высоких скоростях. Уровень шума от такой работы достаточно низок, а на фоне звука от работающего оборудования может быть практически не слышен. В Таблице 2 представлены некоторые популярные диаметры магистральных воздухопроводов и их пропускная способность при разной скорости движения воздушных масс.

Таблица 2

Схема эжекционной системы вентиляции.

Боковые ответвления воздухопроводов разводят подачу или вытяжку воздушной смеси по отдельным помещениям. Как правило, на каждом из них устанавливается диафрагма либо дроссель – клапан для регулировки количества воздуха. Эти элементы обладают немалым местным сопротивлением, поэтому сохранять высокую скорость нецелесообразно. Однако ее значение тоже может выходить за границы рекомендуемого диапазона, поэтому в Таблице 3 отражена пропускная способность воздуховодов самых популярных диаметров для ответвлений при различных скоростях.

Таблица 3

Недалеко от места присоединения к магистрали в канале устраивают лючок, он нужен для замера скорости потока после монтажа и регулировки всей вентиляционной системы.

Каналы внутри помещений

Кратность воздухообмена вентиляции.

Распределяющие каналы присоединяют основное ответвление к устройствам подачи или вытяжки воздуха из помещения: решеткам, распределительным или всасывающим панелям, диффузорам и прочим раздающим элементам. Скорости в этих отводах можно сохранять как в основном ответвлении, если мощность вентиляционного агрегата это позволяет, а можно и снизить до рекомендуемых. В таблице 4 можно увидеть расходы воздуха при различных скоростях и диаметрах каналов.

Таблица 4

Скорости, рекомендуемые для вытяжных и приточных решеток, а также других воздухораспределяющих устройств, необходимо соблюдать.

Измерение параметров воздушного потока при наладке системы

После того как приточная или вытяжная вентиляционная система смонтирована, необходимо ее наладить. Для этого с помощью лючков на воздуховодах измеряют скорость движения потока на всех магистралях и ветках системы, после чего производят регулировку дроссель-клапанами либо воздушными заслонками. Именно скорость воздуха в каналах является определяющим параметром при наладке, через нее и диаметр высчитывают расход на каждом из участков. Приборы, которыми проводят данные замеры, называют анемометрами. Устройства бывают нескольких типов и работают по разным принципам, каждый тип предназначен для измерения определенного диапазона скоростей.

Типы вентиляций в частном доме.

1. Анемометры крыльчатого типа имеют небольшой вес, просты в обращении, но имеют некоторую погрешность измерений. Принцип работы – механический, диапазон измеряемых скоростей – от 0,2 до 5 м/с.
2. Приборы чашечного типа тоже являются механическими, но диапазон проверяемых скоростей у них шире, от 1 до 20 м/с.
3. Термоанемометры снимают показания не только скорости потока, но и его температуры. Принцип действия – электрический, от специального датчика, вносимого в воздушный поток, результаты выводятся на экран. Прибор работает от сети 220 В, времени на измерение требуется меньше, и погрешность у него невысокая. Существуют устройства, работающие от батареек, диапазоны проверяемых скоростей могут быть самые разные, в зависимости от типа прибора и завода-производителя.

Величина скорости движения воздушного потока, наряду с двумя другими параметрами, расходом и поперечным сечением канала, является одним из самых важных факторов работы вентиляционных систем любого назначения.

Правила определения скорости воздуха

Скорость движения воздуха тесно взаимосвязана с такими понятиями, как уровень шума и уровень вибрации в вентиляционной системе. Проходящий по каналам воздух создает определенный шум и давление, которые возрастают с увеличением количества поворотов и изгибов.

Чем больше сопротивление в трубах, тем ниже скорость воздуха и тем выше производительность вентилятора. Рассмотрим нормы сопутствующих факторов.

№1 — санитарные нормы уровня шума

Нормативы, указанные в СНиП, касаются помещений жилого (частных и многоквартирных домов), общественного и производственного типа.

В таблице, представленной ниже, вы можете сравнить нормы для помещений различного типа, а также территорий, прилегающих к зданиям.

Часть таблицы из №1 СНиП-2-77 из параграфа «Защита от шума». Максимально допустимые нормы, относящиеся к ночному времени, ниже дневных значений, а нормы для прилегающих территорий выше, чем для жилых помещений

Одной из причин увеличения принятых норм как раз может быть неправильно спроектированная система воздуховодов.

Уровни звукового давления представлены в другой таблице:

При введении в эксплуатацию вентиляционного или другого оборудования, связанного с обеспечением благоприятного, здорового микроклимата в помещении, допускается лишь кратковременное превышение обозначенных параметров шума

№2 — уровень вибрации

Мощность работы вентиляторов напрямую связана с уровнем вибрации.

Максимальный порог вибрации зависит от нескольких факторов:

• размеров воздуховода;
• качества прокладок, обеспечивающих снижение уровня вибрации;
• материала изготовления труб;
• скорости потока воздуха, проходящего по каналам.

Нормы, которых стоит придерживаться при выборе вентиляционных устройств и при расчетах, касающихся воздуховодов, представлены в следующей таблице:

Предельно допустимые значения локальной вибрации. Если при проверке реальные показатели выше норм, значит, система воздуховодов спроектирована с техническими недочетами, которые необходимо исправить, или мощность вентилятора слишком велика

Скорость воздуха в шахтах и каналах не должна влиять на увеличение показателей вибрации, как и на связанные с ними параметры звуковых колебаний.

№3 — кратность воздухообмена

Очистка воздуха происходит благодаря процессу воздухообмена, который подразделяется на естественный или принудительный.

В первом случае он осуществляется при открывании дверей, фрамуг, форточек, окон (и называется аэрацией) или просто путем инфильтрации через щели на стыках стен, дверей и окон, во втором – с помощью кондиционеров и вентиляционного оборудования.

Смена воздуха в комнате, подсобном помещении или цеху должна происходить несколько раз в час, чтобы степень загрязнения воздушных масс была допустимой. Количество смен – это кратность, величина, также необходимая для определения скорости воздуха в вентканалах.

Кратность вычисляют по следующей формуле:

N=V/W,

где:

• N – кратность воздухообмена, раз в 1 час;
• V – объем чистого воздуха, заполняющего помещение за 1 ч, м³/ч;
• W – объем помещения, м³.

Чтобы не выполнять дополнительные расчеты, средние показатели кратности собраны в таблицы.

Например, для жилых помещений подходит следующая таблица кратности воздухообмена:

Судя по таблице, частая смена воздушных масс в помещении необходима, если ему характерна высокая влажность или температура воздуха – например, в кухне или санузле. Соответственно, при недостаточной естественной вентиляции в данных помещениях устанавливают приборы принудительной циркуляции

Что случится, если нормативы кратности воздухообмена не будут соблюдаться или будут, но в недостаточной степени?

Произойдет одно из двух:

• Кратность ниже нормы. Свежий воздух прекращает замещать загрязненный, вследствие чего в помещении увеличивается концентрация вредных веществ: бактерий, болезнетворных микроорганизмов, опасных газов. Количество кислорода, важного для дыхательной системы человека, уменьшается, а углекислого газа, напротив, увеличивается. Влажность повышается до максимума, что чревато появлением плесени.
• Кратность выше нормы. Возникает, если скорость перемещения воздуха в каналах превышает норму. Это негативно влияет на температурный режим: помещение просто не успевает нагреваться. Излишне сухой воздух провоцирует болезни кожи и дыхательного аппарата.

Чтобы кратность обмена воздуха соответствовала санитарным нормам, следует установить, убрать или отрегулировать вентиляционные приборы, а при необходимости и заменить воздуховоды.

Алгоритм вычисления скорости воздуха

Учитывая вышеизложенные условия и технические параметры конкретно взятого помещения, можно определить характеристики вентиляционной системы, а также рассчитать скорость воздуха в трубах.

Опираться следует на кратность воздухообмена, которая для данных расчетов является определяющим значением.

Для уточнения параметров расхода пригодится таблица:

В таблице представлены размеры воздуховодов с прямоугольным сечением, то есть указаны их длина и ширина. Например, при использовании каналов 200 мм х 200 мм при скорости 5 м/с расход воздуха составит 720 м³/ч

Чтобы самостоятельно произвести расчеты, нужно знать объем помещения и норму кратности воздухообмена для комнаты или зала заданного типа.

Например, необходимо узнать параметры для студии с кухней общим объемом 20 м³. Возьмем минимальное значение кратности для кухни – 6. Получается, что в течение 1 часа воздушные каналы должны переместить около L = 20 м³*6 =120 м³.

Также необходимо узнать площадь сечения воздуховодов, установленных в систему вентиляции. Она вычисляется по следующей формуле:

S = πr2 = π/4*D2,

где:

• S — площадь сечения воздуховода;
• π — число «пи», математическая константа, равная 3,14;
• r — радиус сечения воздуховода;
• D — диаметр сечения воздуховода.

Предположим, что диаметр воздуховода круглой формы равен 400 мм, подставляем его в формулу и получаем:

S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 м²

Зная площадь сечения и расход, можем вычислить скорость. Формула расчета скорости воздушного потока:

V = L/3600*S,

где:

• V — скорость воздушного потока, (м/с);
• L — расход воздуха, (м³/ч);
• S  — площадь сечения воздушных каналов (воздуховодов), (м²).

Подставляем известные значения, получаем: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 м/с

Следовательно, чтобы обеспечить необходимую кратность воздухообмена (120 м3/ч) при использовании круглого воздуховода с диаметром 400 мм, потребуется установить оборудование, позволяющее увеличить скорость воздушного потока до 0,265 м/с.

Следует помнить, что описанные ранее факторы – параметры уровня вибрации и уровня шума – напрямую зависят от скорости движения воздуха.

Если шум будет превышать показатели нормы, придется снижать скорость, следовательно, увеличивать сечение воздуховодов. В некоторых случаях достаточно установить трубы из другого материала или заменить изогнутый фрагмент канала на прямой.

Приборы для измерения скорости движения воздуха

Скорость движения воздуха в помещениях, в отверстиях приточных и вытяжных воздуховодов, местных отсосов, в открытых проемах окон, ворот и т.п. измеряется анемометрами. По принципу действия анемометры подразделяются на механические и электрические. К механическим анемометрам относятся крыльчатые типа АСО-3 и чашечные типа MC-13. Скорости воздуха этими приборами измеряются путем предварительного определения частоты вращения оси прибора, которая линейно зависит от скорости. Крыльчатый анемометр служит для измерения скоростей в пределах 0,2-5 м/с с точностью до 0,1 м/с и имеет в качестве ветроприемника восемь лопастей из фольги, закрепленных на оси под углом 45°.

Чашечный анемометр имеет на оси четырехчашечную вертушку и служит для измерения скоростей от 1 до 24 м/с с точностью 0,2-0,5 м/с.

Независимо от направления движения воздуха вертушка с чашечками вращается всегда в одну сторону.

Оси анемометров с помощью червячной передачи соединены со счетными механизмами, которые при замерах включаются и выключаются арретиром. Циферблат каждого прибора имеет три шкалы, по которым отсчитываются тысячи, сотни, десятки и единицы оборотов крыльчатки. Каждый прибор для определения скорости снабжен тарировочным графиком.

Малые величины скорости движения воздуха (менее 0,3 м/c), особенно при наличии разнонаправленных потоков, измеряют электро-анемометрами, а также цилиндрическими и шаровыми кататермометрами и другими приборами.

При пользовании механическими анемометрами соблюдают следующую последовательность:

1. Записать начальные показания N1 стрелок на циферблатах (например, 1255).

2. Установить крыльчатый анемометр в потоке воздуха рабочей зоны так, чтобы ось вращения крыльчатки располагалась параллельно направлению потока. Чашечный анемометр устанавливается в поток осью вращения перпендикулярно.

3. После установления равномерной скорости вращения крыльчатки (чашечек) через 10-15 с после включения вентилятора, поворотом арретира по часовой стрелке включить счетный механизм и одновременно секундомер.

4. Через Т = 50 или 100 с после начала измерения поворотом арретира против часовой стрелки выключить счетный механизм и секундомер.

5. Записать конечное положение N2 стрелок анемометра (например, 1460) и продолжительность измерения в секундах (например, 50 с).

6. Вычислить разность показаний анемометра N2 — N1 (1460 — 1255 = 205).

7. Определить число оборотов оси за одну секунду (например, П = 205/50 = 4,1 об/c).

8. Определить скорость движения воздуха по графику

Единицы измерения давления и расхода сжатого воздуха принятые в компрессорной технике

В технике применяется несколько различных единиц измерения давления и расхода сжатого воздуха.

Единицы измерения давления.

Официально признанной системой единиц измерений является СИ (SI). Единицей измерения давления в ней является Паскаль, 1Па(Pa) = 1Н/м². Производные от этой единицы 1 кПа=1000 Па и 1 МПа=1000000 Па. В различных отраслях техники, также, используются единицы измерения давления, не входящие в эту систему: миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст. или тор), миллиметр водного столба, физическая атмосфера (атм.), техническая атмосфера (1 ат.= 1 кгс/см²), бар. В англоязычных странах популярностью пользуется фунт на квадратный дюйм (pounds per square inch или PSI). Соотношения между этими единицами см. в таблице.

Значение давления может отсчитываться от 0 (абсолютное давление) или от атмосферного (избыточное давление). Если давление измеряется в технических атмосферах, то абсолютное давление обозначается как ата, а избыточное — как ати, например, 9 ата, 8 ати.

Единицы измерения производительности по сжатому воздуху (газу).

Производительность компрессоров измеряется как объем сжимаемого газа за единицу времени. Основная применяемая единица — метр кубический в минуту (м³/мин).

Используются также единицы: л/мин. (1 л/мин=0,001 м³/мин.), м³/час (1 м³/час =1/60 м³/мин.), л/сек (1 л/сек = 60 л/мин. = 0,06 м³/мин.).

Производительность приводят, как правило, либо для условий (давление и температура газа) всасывания, либо для нормальных условий. Физические нормальные условия: давление 101,325 кПа (760 мм. рт .ст), температура 273,15 К (0 С), влажность 1,293 кг/м³; нормальные условия по ГОСТ 12449-80 давление 101,325 кПа (760 мм. рт .ст), температура 293 К (20 С), влажность 1,205 кг/м³.

В случае с физическими нормальными условиями, перед единицей объема ставят букву «н» (например, 5 нм³/мин).

В случае с нормальными условиями по ГОСТ 12449-80 или ISO 1217, то перед единицей объема ставят букву «н», но обязательно добавляют что имеются в виду нормоусловия по ГОСТ 12449-80 или ISO 1217 (например, 5 нм³/мин по ГОСТ 12449-80).

В англоязычных странах в качестве единицы производительности используют кубический фут в минуту (cubic foot per minute или CFM). 1 CFM = 28,3168 л/мин. = 0,02832 м³/мин. 1 м³/мин = 35,314 CFM.

Динамический напор, измеряемый прибором:

Pd = Pt – Ps

[Па или мм вод.ст.], где Pt – полное давление, Ps – статическое давление.

Скорость потока в точке замера:

Читайте также:  Утеплитель для труб из вспененного полиэтилена и его технические характеристики

— для Pdi в [Па] и

— для Pdi в [мм вод.ст.],

где Pdi – динамический напор в точке замера, Тр [°С] – температура

среды, Кт – коэффициент пневмометрической трубки.

Среднее значение скорости потока:

— где vi [м/с] — величина скорости одного измерения, n – кол-во измерений.

Объемный расход:

Q = vср x F x 3600 [м3/ч], где vср [м/с] – средняя скорость потока, F [м2] – площадь поперечного сечения на измеряемом участке.

Приборы для определения направления и скорости движения воздуха

Флюгер Вильде (рисунок 19). Данный прибор предназначен для использования на метеорологических станциях с целью многолетних постоянных наблюдений в различных регионах за направлениями и скорости ветров. Следует учитывать, что фиксируемые данные на метеорологических станциях, расположенных в различных местностях, должны быть сравнимыми. Это условие предполагает использование только серийно выпускаемых флюгеров, имеющих строго однотипное устройство.

Анемометры. В санитарно-гигиенической практике наиболее широко используются портативные анемометры – чашечный анемометр

Виды анемометров

Современный анемометр, выпускаемый профессиональной организацией, может иметь несколько вариантов исполнения. Основными видами измерителей потоков воздуха служат:

• анемометр чашечный – имеет наиболее простую конструкцию, лопасти такого прибора выполнены в форме полусфер, которые вращаются под действием воздушного потока и измеряют его скорость в одной плоскости;
• лопастной или крыльчатый анемометр – улавливающая деталь такого измерителя имеет форму вентилятора, его лопасти способны не только определять скорость потоков, но и устанавливать их направление;
• термоанемометр – усовершенствованный вид оборудования, позволяющий определять скорость движения воздуха, его объемный расход и температуру.

Применение подобных приборов позволяет контролировать параметры окружающей среды, а также осуществлять мониторинг микроклимата в помещениях различного характера.

Что такое CFM

CFM — не метрическая единица измерения объема, кубический фут в минуту. Используется эта единица потому, что футы повсеместно применяются в США, а именно эта страна остается передовым разработчиком компьютерных технологий.

В кубических метрах, как правило, в характеристиках кулера этот параметр указывается редко. Впрочем, несложно сделать расчет в более привычных для европейца единицах: 1 куб. м = 35, 31 CFM.

Характеристика зависит от трех параметров кулера:

• Формы лопастей;
• Скорости их вращения;
• Диаметра вентилятора.

Например, при равной скорости больший воздушный поток создаст вентилятор, диаметр которого больше. Соответственно, при одинаковом диаметре эффективнее кулер, лопасти которого вращаются быстрее.

Что значит это в практическом плане? Зная рекомендуемый CFM для компьютерного корпуса, несложно рассчитать вид вентиляторов и количество, которые надо использовать для максимального охлаждения.

Где требуется измерение скорости воздушных потоков

Эксплуатация анемометров распространена в самых разнообразных областях – покупка измерительного прибора необходима в любой сфере, где требуется информация о характеристиках воздушных потоков. В первую очередь, измерение анемометром востребовано на метеорологических станциях – с помощью показателей скорости воздуха специалисты могут спрогнозировать многие погодные явления. Также анемометрами оборудуются объекты, имеющие промышленные системы кондиционирования, отопления и вентиляции помещений. Необходимость в измерении скорости ветра возникает и в авиации, строительно-монтажных работах, энергетике, горной добыче, агропромышленных комплексах, подземных коммуникациях и даже спорте (например, чашечный анемометр задействуют при проведении соревнований, зависящих от параметров ветра: метание копья, полеты на параплане, парусные регаты, гребля).

Как проводят измерения

Измерения скорости воздуха можно проводить в воздуховодах, на выходе из воздуховодов, в вентиляционных решетках или диффузорах.

Когда измерение скорости проводят непосредственно в воздуховоде, то место измерения должно находится после прохождения потока через фильтры. На воздуховоде следует найти специальное отверстие, которое предназначено для контрольно-измерительных операций (такие отверстия часто закрывают питометражной заглушкой). Также можно использовать очистной лючок.

Выбор подходящего оборудования

Для решения конкретных задач, связанных с определением характеристик воздушных потоков, важно выбрать оптимальную модель прибора. Для этого необходимо рассмотреть и учесть множество аспектов, среди которых:

• требуемые характеристики оборудования – диапазон измерений, погрешность, вариант исполнения, наличие защищенного корпуса и пр.;
• условия эксплуатации измерителя – рабочие температуры, наличие агрессивных факторов и т. д.

В зависимости от сферы применения анемометры имеют два варианта исполнения: стационарные и портативные. Первые предусматривают питание от сети и подходят для непрерывного измерения, регуляции параметров, накопления данных и передачи информации на компьютер. Переносные модели позволяют производить эпизодический анализ скорости воздуха в различных точках, фиксировать полученные данные и передавать их. Главное требование, предъявляемое к каждому прибору независимо от его модификации, – средство измерения должно быть сертифицировано и иметь документ о государственной поверке. Только в таком случае анемометр может быть допущен к эксплуатации, а его результаты гарантируют точность и достоверность.

Рекомендованные нормы скорости воздухообмена

Во время составления проекта здания выполняют расчет каждого отдельного участка. На производстве это цеха, в жилых домах – квартиры, в частном доме – поэтажные блоки или отдельные комнаты.

Перед установкой системы вентиляции известно, каковы маршруты и размеры главных магистралей, какой геометрии необходимы вентиляционные каналы, какой размер труб является оптимальным.

Не стоит удивляться габаритным размерам воздуховодов в заведениях общественного питания или других учреждениях – они рассчитаны на вывод большого количества использованного воздуха

Расчеты, связанные с передвижением воздушных потоков внутри жилых и производственных зданий, относят к разряду наиболее сложных, поэтому заниматься ими обязаны опытные квалифицированные специалисты.

Рекомендованная скорость воздуха в воздуховодах обозначена в СНиП — нормативной государственной документации, и при проектировании или сдаче объектов ориентируются именно на нее.

В таблице указаны параметры, которых следует придерживаться при устройстве вентиляционной системы. Числами указана скорость перемещения воздушных масс по местам установки каналов и решеток в общепринятых единицах – м/с

Считается, что внутри помещений скорость воздуха не должна превышать показатель 0,3 м/с.

Исключения составляют временные технические обстоятельства (например, ремонтные работы, установка строительной техники и др.), во время которых параметры могу превышать нормативы максимум на 30 %.

В больших по объему помещениях (гаражах, производственных цехах, складах, ангарах) часто вместо одной вентиляционной системы действуют две.

Нагрузка делится пополам, следовательно, и скорость воздуха подбирают так, чтобы она обеспечивала по 50 % общего расчетного объема перемещения воздуха (удаления загрязненного или подачи чистого).

При возникновении форс-мажорных обстоятельств возникает необходимость в резкой смене скорости воздуха или полной приостановке работы вентиляционной системы.

Например, по требованиям пожарной безопасности скорость движения воздуха снижают до минимума в целях предотвращения распространения по соседним помещениям огня и дыма во время возгорания.

С этой целью в воздуховодах и на переходных участках монтируют отсекатели и клапаны.

Полезные советы и примечания

Делая выводы по формулам или проводя вычисления в онлайн-калькуляторе, можно рассчитать, что скорость воздушных масс в сечении труб напрямую зависит от их габаритов. Чем меньше диаметр труб, тем больше будет скорость воздуха. Благодаря этому мы можем выявить несколько важных моментов:

1. Строить воздуховоды небольших габаритов гораздо проще и удобней.
2. Трубы малого диаметра стоят значительно дешевле, а цены на дополнительное оборудование (затворы и клапаны) снижаются.
3. Расширение гибкости монтажа. Появляется возможность располагать воздуховоды, как требуется, поэтому подстраиваться под обстоятельства практически не приходится

Но при установке воздуховода малого диаметра важно помнить, что высокая скорость воздуха будет повышать давление на стены труб, а также сопротивление системы. Следовательно, понадобится вентилятор высокой мощности и возникнет потребность в других дополнительных элементах. Поэтому при работе с вентиляцией важно точно произвести все вычисления, чтобы экономия не привела к еще большим расходам или убыткам. Если строение не будет соответствовать вентиляционным стандартам СНиП, то его попросту не допустят к эксплуатации.

Подведем итог

Надо сказать, что расчеты параметров вентиляционной системы, особенно в многоэтажных зданиях и производственных корпусах, – дело очень непростое.

В принципе, то же самое относится к коттеджам и капитальным домам частного сектора. Поэтому не следует проводить такие вычисления самостоятельно.

[spoiler title="Источники"]

• https://1poclimaty.ru/raschet/skorost-vozduxa-v-vozduxovodax-snip.html
• https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/skorost-vozduxa-v-vozduxovode.html
• http://ventilationpro.ru/vytyazhnaya-ventilyatsiya/skorost-vozdukha-v-vozdukhovode-raschety-i-izmereniya.html
• https://your-online.ru/math-calculators/air-duct-speed
• https://airducts.ru/skorost-v-vozduxovode/
• https://VentingInfo.ru/sistemyventilyacii/skorost-vozduha-v-vozduhovode-normy-i-raschet-znachenij
• https://setits.ru/v-pomeshchenii/skorost-dvizheniya-vozduha-izmeryaetsya.html
• https://uteplitel-minol.ru/truby/skorost-dvizheniya-vozduha.html
• https://proventilyaciyu.ru/ventilyatsiya/skorost-vozduha-v-vozduhovode

[/spoiler]