4.3. Аэродинамический расчет системы вентиляции

Расчетной схемой вентиляции является ее аксонометрическая схема. Система вентиляции представляет собой систему ветвей. Каждая ветвь начинается от жалюзийной решетки и заканчивается устьем шахты. Таким образом, ветви имеют разную длину, наибольшую – для ветвей, начинающихся на первом этаже, и наименьшую – на последнем. Воздух в системе перемещается под действием естественного давления, возникающего вследствие разности плотностей холодного наружного и теплого внутреннего воздуха. Естественное располагаемое давление для каждой расчетной ветви Drе , Па, определяют по формуле

Drе = h g (rн – rвн),                                       (4.3)

 

где h – разница отметок устья шахты и жалюзийной решетки, м; rн и rвн – плотности соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м3.

Плотности rн и rвн принимаются по расчетным температурам наружного tн и внутреннего воздуха tвн и могут быть определены по справочным таблицам или формулам (1.5) и (1.6). Расчетная температура наружного воздуха tн в соответствии с нормами [2] принимается равной +5 °С независимо от района строительства. При более низкой температуре естественное располагаемое давление в вентиляции увеличивается, и система обеспечивает воздухообмен больше расчетного, а при более высокой температуре воздухообмен в помещениях можно усилить открытием форточек и окон. Из формулы (4.3) очевидно, что по обеспечению воздухообмена верхние этажи находятся в менее благоприятных условиях, так как располагаемое давление здесь меньше.

На расчетной схеме нумеруются все участки расчетных ветвей, границами участков являются узлы изменения расхода воздуха или изменения сечения воздуховода. Для каждого участка на схеме указывают его длину, расход воздуха и в дальнейшем – размеры сечения канала.

Задачей аэродинамического расчета является подбор таких сечений воздуховодов, при которых суммарные потери давления в расчетной ветви å(Rl b + Z) будут равны или меньше действующего давления

 

S(R l b + Z) £  Drе,                                       (4.4)

 

где R – удельные потери давления на трение в металлических воздуховодах, Па/м; l – длина участка воздуховода, м; b – коэффициент, учитывающий шероховатость стенок канала; Z – потери давления в местных сопротивлениях.

Рекомендуется запас давления в размере  10–15 %.

Аэродинамический расчет выполняют по таблицам или номограммам, составленным для круглых стальных воздуховодов (прил. 12). В них взаимосвязаны все параметры аэродинамического расчета: расход воздуха L, м3/ч; диаметр воздуховода d, мм; скорость V, м/с; удельные потери давления на трение R, Па/м; динамическое давление Pv = рV 2/2.

Все таблицы и номограммы для аэродинамических расчетов выполнены для воздуховодов круглого сечения, поэтому при расчете прямоугольных каналов их размеры необходимо привести к эквивалентному диаметру круглого канала

 

dэкв = 2а в /(а + в),                                         (4.5)

 

где а и в – размеры сечения канала, мм.

Повышенная по сравнению со стальными шероховатость каналов учитывается коэффициентами шероховатости b, приведенными в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

 

Значения коэффициентов шероховатости b

 

Скорость движения воздуха, м/с	Материал воздуховода
	шлакогипс	шлакобетон	кирпич	штукатурка по сетке
0,4	1,08	1,11	1,25	1,48
0,8	1,13	1,19	1,4	1,69
1,2	1,18	1,25	1,5	1,84
1,6	1,22	1,31	1,58	1,95

 

Расчет каждого участка ветви выполняется в следующем порядке.

1. Определяется требуемая площадь канала Fтр, м2

 

Fтр= L/(3600 Vрек),                                        (4.6)

 

где L – расчетный расход воздуха, м3/ч; Vрек – рекомендуемая скорость, принимаемая равной 0,5–1,0 м/с для вертикальных и горизонтальных каналов и 1–1,5 м/с для шахты.

2. Подбирается  стандартное сечение канала с близким значением площади F.

3. По формуле (4.5) находится эквивалентный диаметр dэкв воздуховода.

4. С помощью таблиц или номограммы (прил. 12) по расходу воздуха L  и эквивалентному диаметру dэквопределяются удельные потери давления на трение R, скорость V и динамическое давление Pv .

5. Определяются потери давления на трение R l b, Па, и местные потери давления Z, Па

 

Z = S x Pv,                                              (4.7)

 

где x – коэффициенты местных сопротивлений на участке, принимаемые по прил. 11.

6. Вычисляются потери давления на участках (R l b + Z), Па.

После этого находятся суммарные потери давления в ветви S(R l b + Z), Па, и проверяется условие по формуле (4.4). Если с первой попытки неравенство не выполняется, следует изменить сечение воздуховодов. Аналогичные расчеты производят и для других ветвей. Все расчеты выполняются в табличной форме по примерам 7, 8. В курсовом проекте для бесчердачных зданий следует рассчитать все ветви одного вентиляционного блока, для чердачных зданий – ветви из кухонь первого и последнего этажей.

Пример 7. Конструирование и расчет системы вентиляции бесчердачного здания.

Исходные данные: трехэтажное жилое здание с характеристиками по примерам 1–4. Следует разработать систему вентиляции для расположенных друг над другом трехкомнатных квартир, имеющих туалеты, ванные комнаты, кухни с электроплитами и жилые комнаты общей площадью 60 м2.

Решение. Нормами для жилых домов рекомендуется канальная система вытяжной вентиляции с естественным побуждением. Вытяжные решетки устанавливают в местах интенсивного загрязнения воздуха: в кухнях и санузлах на 0,2 м ниже потолка, вертикальные каналы выполняют в кирпичных стенах, устья каналов подняты над кровлей на 1,0 м. Из каждой квартиры воздух выводится по двум каналам – из кухни и из туалета, вентиляция ванной комнаты осуществляется через туалет, для чего в перегородке между этими помещениями предусматривается вентиляционное отверстие.

В связи с тем, что здание бесчердачное, каждый вентиляционный канал имеет самостоятельный выпуск в атмосферу. Каналы сгруппированы в два блока – 3 канала от расположенных друг над другом трех туалетов и ванных комнат и 3 канала от кухонь.

Каждый блок каналов закрыт от атмосферных осадков зонтом.

Нормируемые вытяжки воздуха: из кухни с электрической плитой – 60 м3/ч; из туалета и ванной комнаты – по 25 м3/ч; из жилой комнаты – 3 м3/ч на 1 м2 площади пола, т. е. 180 м3/ч.

 

Рис. 4.4. Расчетная схема каналов системы вентиляции бесчердачного здания

 

Условие (4.2) не выполняется: 60 + 25 + 25 < 180. Вследствие этого расчетный воздухообмен кухни увеличен до 130 м3/ч.

Расчетная температура наруж­­но­­­­го воздуха для системы вен­ти­ля­­ции tн = 5 °С, этой темпера­туре со­­­от­ветствует плотность воз­духа rн = 1,27 кг/м3. Для кухни при 
tвн = 15 °С, rвн = 1,22 кг/м3, для воз­ду­­­ха, удаляемого из туале­та и ван­­­ной комнаты, принята тем­пера­ту­­ра, соответствующая сред­­не­му ариф­­­метическому температур этих помещений (25 + 16)/2 = 20,5 °С и r20,5 = 1,20 кг/м3.

Рассчитываются каналы из ту­а­ле­тов 1-го и 3-го этажей (рис. 4.4). Высо­та каналов определяется раз­ни­цей отметок устья вентиляционной шахты и жалюзийных решеток. H1= 7,17 м, h3= 1,57 м.

 

 Естественное давление для каждого канала определяется по формуле (4.3)

 

Drе1 = 7,17 ∙ 9,81 (1,27 – 1,20) = 4,92 Па;

Drе3 = 1,57 ∙ 9,81 (1,27 – 1,20) = 1,08 Па.

 

Местные сопротивления во всех каналах аналогичны: вход с поворотом через жалюзийную решетку x = 2; вытяжная шахта с зонтом x = 1,3. Сумма коэффициентов местных сопротивлений Sx = 3,3.

Значение коэффициента шероховатости b кирпичных каналов принято по табл. 4.1 (b = 1,45).

Все расчеты для вентиляционной системы В-1 из санитарных узлов сведены в табл. 4.2. Действующие давления в некоторых ветвях значительно превосходят потери давления, поэтому требуется регулирование воздухообмена жалюзийной решеткой.

Пример 8. Конструирование и расчет системы вентиляции чердачного здания.

Исходные данные: трехэтажное жилое здание с размерами, аналогичными для задания в примерах 1–5 с чердачным перекрытием.

Решение. Расположение каналов системы вентиляции в квартирах принято то же, что и в предыдущем примере, т. е. в вентиляционном блоке В-1 предусматривается 3 канала из кухонь и 3 – из соответствующих санузлов. На чердаке эти 6 вертикальных каналов объединяются горизонтальным шлакогипсовым каналом, в центре которого оборудуется металлическая шахта высотой 5 м. Каналы с верхних этажей как неблагоприятные располагаются ближе к вытяжной шахте. Аксонометрическая схема системы приведена на рис. 4.5. Аэродинамический расчет ветви представлен в табл. 4.3.

В примере приведен расчет только одной самой невыгодной ветви – из туалета (с учетом ванной комнаты) 3-го этажа (участки 1–2–3 на схеме рис. 4.5). Естественное давление в этой ветви определяется по формуле (4.3)

 

 

Drе = 5,57 ∙ 9,8 (1,27 – 1,20) = 3,82 Па.

 

Местные сопротивления в ветви: вход с поворотом через жалюзийную решетку x = 2; 2 тройника с поворотомx = 0,3 каждый; вытяжная шахта с зонтом x = 1,3. Сумма коэффициентов местных сопротивлений Sx = 3,9. Коэффициент шероховатости для вертикального канала в кирпичной стене принят 1,43. Для горизонтального шлакогипсового канала и шахты b = 1,18.

 

 

Таблица 4.2

 

Таблица аэродинамического расчета воздуховодов системы

естественной вытяжной вентиляции бесчердачного здания (к примеру 7)

 

Номер участка	Расход воздухаL, м3/ч	Длина участка l, м	Размер канала  а´в, мм	Эквив. диаметрdэкв, мм	ПлощадьF, м2	Скорость V, м/с	R, Па/м	R l b, Па	Pv =   = рV2/2, Па	Sx	Z, Па	(R l b + + Z),Па
1	50	7,17	140´140	140	0,0196	1,0	0,12	1,23	0,6	3,3	1,98	3,21
Dре = 4,92 Па. Запас давления 34 %
3	50	1,57	140´270	184	0,0378	0,52	0,036	0,08	0,15	3,3	0,49	0,57
Dре = 1,08  Па. Запас давления 47 %

 

Таблица 4.3

 

Таблица аэродинамического расчета системы естественной 
вытяжной вентиляции чердачного здания (к примеру 8)

 

Номер участка	Расход воздухаL, м3/ч	Длина участка l, м	Размер канала а´в, мм	Эквив. диаметрdэкв, мм	ПлощадьF, м2	Скорость V, м/с	R, Па/м	R l b, Па	Pv =   = рV2/2, Па	Sx	Z, Па	(R l b + +Z), Па
1	50	0,57	140 × 270	184	0,0378	0,52	0,036	0,03	0,15	2,3	0,35	0,38
2	150	0,4	200 × 200	200	0,04	1,1	0,1	0,05	0,6	0,3	0,18	0,23
3	540	5,0	300 × 300	300	0,09	1,7	0,12	0,71	1,7	1,3	2,21	2,92
S(R l b + Z)=3,53 Па
Dре = 3,82 Па. Запас давления 8 %.

 

 

 

Рис. 4.5. Расчетная схема каналов системы вентиляции чердачного здания

 

Расчет показал, что потери напора в рассчитываемой ветви составляют 3,53 Па, меньше естественного располагаемого давления 3,82 Па, т. е. запроектированная система вентиляции работоспособна.

Аналогично в курсовом проекте следует рассчитать и другие ветви системы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Под действием каких сил движется воздух в системе вентиляции?

2. Покажите расчетные ветви и участки в системе, разрабатываемой в курсовом проекте.

3. Какова цель аэродинамического расчета вентиляционной системы?

4. Как определяются потери давления в воздуховодах?

5. Из каких помещений рекомендуется удаление воздуха при устройстве вентиляции?

6. Из каких материалов устраиваются вентиляционные каналы?

7. Почему ограничен радиус действия вентиляционной системы?

8. Как определяется воздухообмен в помещениях зданий?

9. Как производится вентиляция жилых комнат?

10. На каких этажах системы вентиляции работают в наиболее благоприятных условиях и почему?

11. Какова конструкция систем вентиляции в многоэтажных зданиях?

12. Что такое вредности, и почему их концентрация в воздухе помещений нормируется?

13. Как осуществляется приток наружного воздуха в вентилируемые жилые помещения?

14. Какие вредности обычно характерны для жилых помещений, для производственных помещений?

15. Каким образом жилец может регулировать воздухообмен в жилых помещениях?

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.