Коэффициенты по вентиляции наименование местных сопротивлений. Определение коэффициентов местных сопротивлений тройников в системах вентиляции. Коэффициенты местных сопротивлений

Расчет приточных и вытяжных систем воздуховодов сводится к определению размеров поперечного сечения каналов, их сопротивления движению воздуха и увязки напора в параллельных соединениях. Расчет потерь напора следует вести методом удельных потерь напора на трение.

Методика расчета:

Строится аксонометрическая схема вентиляционной системы, система разбивается на участки, на которые наносятся длина и значение расхода. Расчетная схема представлена на рисунке 1.

Выбирается основное (магистральное) направление, которое представляет собой наиболее протяженную цепочку последовательно расположенных участков.

3. Нумеруются участки магистрали, начиная с участка с наименьшим расходом.

4. Определяются размеры поперечного сечения воздуховодов на расчетных участках магистрали. Определяем площади поперечного сечения, м 2:

F р =L p /3600V p ,

где L р – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;

По найденным значениям F р ] принимаются размеры воздуховодов, т.е. находится F ф.

5. Определяется фактическая скорость V ф, м/с:

V ф = L p / F ф,

где L р – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;

F ф – фактическая площадь поперечного сечения воздуховода, м 2 .

Определяем эквивалентный диаметр по формуле:

d экв = 2·α·b/(α+b) ,

где α и b – поперечные размеры воздуховода, м.

6. По значениям d экв и V ф определяются значения удельных потерь давления на трение R.

Потери давления на трения на расчетном участке составят

P т =R·l·β ш,

где R – удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка воздуховода, м;

β ш – коэффициент шероховатости.

7. Определяются коэффициенты местных сопротивлений и просчитываются потери давления в местных сопротивлениях на участке:

z = ∑ζ·P д,

где P д – динамическое давление:

Pд=ρV ф 2 /2,

где ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ;

V ф – фактическая скорость воздуха на участке, м/с;

∑ζ – сумма КМС на участке,

8. Рассчитываются полные потери по участкам:

ΔР = R·l·β ш + z,

l – длина участка, м;

z - потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.

9. Определяются потери давления в системе:

ΔР п = ∑(R·l·β ш + z) ,

где R - удельные потери давления на трение, Па/м;

l – длина участка, м;

β ш – коэффициент шероховатости;

z- потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.

10. Проводится увязка ответвлений. Увязка производится, начиная с самых протяженных ответвлений. Она аналогична расчету основного направления. Сопротивления на всех параллельных участках должны быть равны: невязка не более 10%:

где Δр 1 и Δр 2 – потери в ветвях с большими и меньшими потерями давления, Па. Если невязка превышает заданное значение, то ставится дроссель-клапан.

Рисунок 1 – Расчетная схема приточной системы П1.

Последовательность расчета приточной системы П1

Участок 1-2, 12-13, 14-15,2-2’,3-3’,4-4’,5-5’,6-6’,13-13’,15-15’,16-16’:

Участок 2-3, 7-13, 15-16:

Участок 3-4, 8-16:

Участок 4-5:

Участок 5-6:

Участок 6-7:

Участок 7-8:

Участок 8-9:

Местные сопротивления

Участок 1-2:

а) на выход: ξ = 1,4

б) отвод 90°: ξ = 0,17

в) тройник на прямой проход:

Участок 2-2’:

а) тройник на ответвление

Участок 2-3:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

Участок 3-3’:

а) тройник на ответвление

Участок 3-4:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

Участок 4-4’:

а) тройник на ответвление

Участок 4-5:

а) тройник на прямой проход:

Участок 5-5’:

а) тройник на ответвление

Участок 5-6:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

Участок 6-6’:

а) тройник на ответвление

Участок 6-7:

а) тройник на прямой проход:

ξ = 0,15

Участок 7-8:

а) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

Участок 8-9:

а) 2 отвода 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

Участок 10-11:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) на выход: ξ = 1,4

Участок 12-13:

а) на выход: ξ = 1,4

б) отвод 90°: ξ = 0,17

в) тройник на прямой проход:

Участок 13-13’

а) тройник на ответвление

Участок 7-13:

а) отвод 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

в) тройник на ответвление:

ξ = 0,8

Участок 14-15:

а) на выход: ξ = 1,4

б) отвод 90°: ξ = 0,17

в) тройник на прямой проход:

Участок 15-15’:

а) тройник на ответвление

Участок 15-16:

а) 2 отвода 90°: ξ = 0,17

б) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

Участок 16-16’:

а) тройник на ответвление

Участок 8-16:

а) тройник на прямой проход:

ξ = 0,25

б) тройник на ответвление:

Аэродинамический расчет приточной системы П1

Выполним невязку приточной системы П1, которая должна составить не более 10 %.

Так как невязка превышает допустимые 10%, необходимо поставить диафрагму.

Диафрагму устанавливаю на участке 7-13, V = 8,1 м/с, Р С = 20,58 Па

Следовательно для воздуховода диаметром 450 устанавливаю диафрагму диаметром 309.

При движении воздушного потока в воздуховодах и каналах систем вентиляции и кондиционирования воздуха (В и КВ), кроме потерь давления на трение, существенную роль играют потери на местных сопротивлениях — фасонных частях воздуховодов, воздухораспределителях и сетевом оборудовании.

Такие потери пропорциональны динамическому давлению р д = ρv ²/2, где ρ — плотность воздуха, примерно равная 1,2 кг/м³ при температуре около +20 °C; v — его скорость [м/с], определяемая, как правило, в сечении канала за сопротивлением.

Коэффициенты пропорциональности ξ, называемые коэффициентами местного сопротивления (КМС), для различных элементов систем В и КВ обычно определяются по таблицам, имеющимся, в частности, в и в ряде других источников. Наибольшую сложность при этом чаще всего вызывает поиск КМС для тройников или узлов ответвлений. Дело в том, что в этом случае необходимо принимать во внимание вид тройника (на проход или на ответвление) и режим движения воздуха (нагнетание или всасывание), а также отношение расхода воздуха в ответвлении к расходу в стволе L´ о = L o /L c и площади сечения прохода к площади сечения ствола F´ п = F п /F с .

Для тройников при всасывании нужно учитывать ещё и отношение площади сечения ответвления к площади сечения ствола F´ о = F о /F с . В руководстве соответствующие данные приведены в табл. 22.36-22.40. Однако при проведении расчётов с использованием электронных таблиц Excel, что в настоящее время достаточно распространено в связи с широким использованием различного стандартного программного обеспечения и удобством оформления результатов вычислений, желательно иметь аналитические формулы для КМС, по крайней мере, в наиболее часто встречающихся диапазонах изменения характеристик тройников.

Кроме того, это было бы целесообразно в учебном процессе для сокращения технической работы обучающихся и переноса основной нагрузки на разработку конструктивных решений систем.

Подобные формулы имеются в таком достаточно фундаментальном источнике, как , но там они представлены в весьма обобщённом виде, без учёта особенностей конструкции конкретных элементов существующих вентиляционных систем, а также используют значительное число дополнительных параметров и требуют в ряде случаев обращения к определённым таблицам. С другой стороны, появившиеся в последнее время программы для автоматизированного аэродинамического расчёта систем В и КВ используют некоторые алгоритмы для определения КМС, но, как правило, они неизвестны для пользователя и могут поэтому вызывать сомнения в своей обоснованности и корректности.

Также в настоящее время появляются некоторые работы, авторы которых продолжают исследования по уточнению расчёта КМС или расширению диапазона параметров соответствующего элемента системы, для которых полученные результаты будут справедливы. Данные публикации возникают как в нашей стране, так и за рубежом , хотя в целом их число не слишком велико, и основываются преимущественно на численном моделировании турбулентных потоков с помощью ЭВМ или на непосредственных экспериментальных исследованиях. Однако полученные авторами данные, как правило, трудно использовать в практике массового проектирования, поскольку они пока не представлены в инженерном виде.

В связи с этим представляется целесообразным анализ данных, содержащихся в таблицах , и получение на их основе аппроксимационных зависимостей, которые имели бы по возможности наиболее простой и удобный для инженерной практики вид и одновременно достаточно адекватно отражали бы характер имеющихся зависимостей для КМС тройников. Для наиболее часто встречающихся их разновидностей — тройников на проходе (унифицированных узлов ответвлений) данная задача была решена автором в работе . В то же время для тройников на ответвлении аналитические соотношения найти труднее, поскольку сами зависимости здесь выглядят более сложно. Общий вид аппроксимационных формул, как и всегда в подобных случаях, получается исходя из расположения расчётных точек на поле корреляции, а соответствующие коэффициенты подбираются методом наименьших квадратов с целью минимизации отклонения построенного графика средствами Excel. Тогда для некоторых наиболее употребительных диапазонов F п /F с, F о /F с и L о /L с можно получить выражения:

при L´ о = 0,20-0,75 и F´ о = 0,40-0,65 — для тройников при нагнетании (приточных);

при L´ о = 0,2-0,7, F´ о = 0,3-0,5 и F´ п = 0,6-0,8 — для тройников при всасывании (вытяжных).

Точность зависимостей (1) и (2) демонстрируют рис. 1 и 2, где приведены результаты обработки табл. 22.36 и 22.37 для КМС унифицированных тройников (узлов ответвлений) на ответвлении круглого сечения при всасывании. В случае прямоугольного сечения результаты будут отличаться несущественно.

Можно отметить, что расхождение здесь больше, чем для тройников на проход , и составляет в среднем 10- 15 %, иногда даже до 20 %, но для инженерных расчётов это может быть допустимым, особенно с учётом очевидной исходной погрешности, содержащейся в таблицах , и одновременного упрощения расчётов при использовании Excel. В то же время полученные соотношения не требуют никаких иных исходных данных, кроме уже имеющихся в таблице аэродинамического расчёта. В самом деле, в ней в явном виде должны быть указаны и расходы воздуха, и сечения на текущем и на соседнем участке, входящие в перечисленные формулы. В первую очередь это упрощает вычисления при применении электронных таблиц Excel. Одновременно рис. 1 и 2 позволяют убедиться, что найденные аналитические зависимости вполне адекватно отражают характер влияния всех основных факторов на КМС тройников и физическую сущность происходящих в них процессов при движении воздушного потока.

При этом формулы, приведённые в настоящей работе, весьма просты, наглядны и легко доступны для инженерных расчётов, особенно в Excel, а также в учебном процессе. Их использование позволяет отказаться от интерполяции таблиц при сохранении точности, требуемой для инженерных расчётов, и непосредственно вычислять коэффициенты местного сопротивления тройников на ответвлении в весьма широком диапазоне отношений сечений и расходов воздуха в стволе и ответвлениях.

Этого вполне достаточно для проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха в большинстве жилых и общественных зданий.

1. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2 / Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. - М.: Стройиздат, 1992. 416 с.
2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. - Изд. 3-е. - М.: Машиностроение, 1992. 672 с.
3. Посохин В.Н., Зиганшин А.М., Баталова А.В. К определению коэффициентов местных сопротивлений возмущающих элементов трубопроводных систем // Известия вузов: Строительство, 2012. №9. С. 108–112.
4. Посохин В.Н., Зиганшин А.М., Варсегова Е.В. К расчёту потерь давления в местных сопротивлениях: Сообщ. 1 // Известия вузов: Строительство, 2016. №4. С. 66–73.
5. Аверкова О.А. Экспериментальное исследование отрывных течений на входе во всасывающие отверстия // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2012. №1. С. 158–160.
6. Kamel A.H., Shaqlaih A.S. Frictional pressure losses of fluids flowing in circular conduits: A review. SPE Drilling and Completion. 2015. Vol. 30. No. 2. Pp. 129–140.
7. Gabrielaitiene I. Numerical simulation of a district heating system with emphases on transient temperature behavior. Proc. of the 8th International Conference “Environmental Engineering”. Vilnius. VGTU Publishers. 2011. Vol. 2. Pp. 747–754.
8. Horikiri K., Yao Y., Yao J. Modelling conjugate flow and heat transfer in a ventilated room for indoor thermal comfort assessment. Building and Environment. 2014. No. 77. Pp. 135–147.
9. Самарин О.Д. Расчёт местных сопротивлений в системах вентиляции зданий // Журнал С.О.К., 2012. №2. С. 68–70.

Исходя из этих значений следует рассчитывать линейные параметры воздуховодов.

Алгоритм расчета потерь напора воздуха

Расчет нужно начинать с составления схемы системы вентиляции с обязательным указанием пространственного расположения воздуховодов, длины каждого участка, вентиляционных решеток, дополнительного оборудования для очистки воздуха, технической арматуры и вентиляторов. Потери определяются вначале по каждой отдельной линии, а потом суммируются. По отдельному технологическому участку потери определяются с помощью формулы P = L×R+Z, где P – потери воздушного давления на расчетном участке, R – потери на погонном метре участка, L – общая длина воздуховодов на участке, Z – потери в дополнительной арматуре системы вентиляции.

Для расчета потерь давления в круглом воздуховоде используется формула Pтр. = (L/d×X) × (Y×V)/2g. X – табличный коэффициент трения воздуха, зависит от материала изготовления воздуховода, L – длина расчетного участка, d – диаметр воздуховода, V – требуемая скорость воздушного потока, Y – плотность воздуха с учетом температуры, g – ускорение падения (свободного). Если система вентиляции имеет квадратные воздуховоды, то для перевода круглых значений в квадратные следует пользоваться таблицей № 2.

Табл. № 2. Эквивалентные диаметры круглых воздуховодов для квадратных

По горизонтали указана высота квадратного воздуховода, а по вертикали ширина. Эквивалентное значение круглого сечения находится на пересечении линий.

Потери давления воздуха в изгибах берутся из таблицы № 3.

Табл. № 3. Потери давления на изгибах

Для определения потерь давления в диффузорах используются данные из таблицы № 4.

Табл. № 4. Потери давления в диффузорах

В таблице № 5 дается общая диаграмма потерь на прямолинейном участке.

Табл. № 5. Диаграмма потерь давления воздуха в прямолинейных воздуховодах

Все отдельные потери на данном участке воздуховода суммируются и корректируются с таблицей № 6. Табл. № 6. Расчет понижения давления потока в системах вентиляции

Во время проектирования и расчетов существующие нормативные акты рекомендуют, чтобы разница в величине потерь давления между отдельными участками не превышала 10%. Вентилятор нужно устанавливать в участке системы вентиляции с наиболее высоким сопротивлением, самые удаленные воздуховоды должны иметь минимальное сопротивление. Если эти условия не выполняются, то необходимо изменять план размещения воздуховодов и дополнительного оборудования с учетом требований положений.

После выбора диаметра или размеров сечения уточняется скорость воздуха: , м/с, где f ф – фактическая площадь сечения, м 2 . Для круглых воздуховодов , для квадратных , для прямоугольных м 2 . Кроме того, для прямоугольных воздуховодов вычисляется эквивалентный диаметр , мм. У квадратных эквивалентный диаметр равен стороне квадрата.

Можно также воспользоваться приближенной формулой . Ее погрешность не превышает 3 – 5%, что достаточно для инженерных расчетов. Полные потери давления на трение для всего участка Rl, Па, получаются умножением удельных потерь R на длину участка l. Если применяются воздуховоды или каналы из других материалов, необходимо ввести поправку на шероховатость β ш. Она зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости материала воздуховода К э и величины v ф.

Абсолютная эквивалентная шероховатость материала воздуховодов :

Значения поправки β ш :

Для стальных и винипластовых воздуховодов β ш = 1. Более подробные значения β ш можно найти в таблице 22.12 . С учетом данной поправки уточненные потери давления на трение Rlβ ш, Па, получаются умножением Rl на величину β ш.

Затем определяется динамическое давление на участке , Па. Здесь ρ в – плотность транспортируемого воздуха, кг/м 3 . Обычно принимают ρ в = 1.2 кг/м 3 .

В колонку «местные сопротивления» записываются названия сопротивлений (отвод, тройник, крестовина, колено, решетка, плафон, зонт и т.д.), имеющихся на данном участке. Кроме того, отмечается их количество и характеристики, по которым для этих элементов определяются значения КМС. Например, для круглого отвода это угол поворота и отношение радиуса поворота к диаметру воздуховода r/d, для прямоугольного отвода – угол поворота и размеры сторон воздуховода a и b. Для боковых отверстий в воздуховоде или канале (например, в месте установки воздухозаборной решетки) – отношение площади отверстия к сечению воздуховода f отв /f о. Для тройников и крестовин на проходе учитывается отношение площади сечения прохода и ствола f п /f с и расхода в ответвлении и в стволе L о /L с, для тройников и крестовин на ответвлении – отношение площади сечения ответвления и ствола f п /f с и опять-таки величина L о /L с. Следует иметь в виду, что каждый тройник или крестовина соединяют два соседних участка, но относятся они к тому из этих участков, у которого расход воздуха L меньше. Различие между тройниками и крестовинами на проходе и на ответвлении связано с тем, как проходит расчетное направление. Это показано на следующем рисунке.

Здесь расчетное направление изображено жирной линией, а направления потоков воздуха – тонкими стрелками. Кроме того, подписано, где именно в каждом варианте находится ствол, проход и ответвление тройника для правильного выбора отношений f п /f с, f о /f с и L о /L с. Отметим, что в приточных системах расчет ведется обычно против движения воздуха, а в вытяжных – вдоль этого движения. Участки, к которым относятся рассматриваемые тройники, обозначены галочками. То же самое относится и к крестовинам. Как правило, хотя и не всегда, тройники и крестовины на проходе появляются при расчете основного направления, а на ответвлении возникают при аэродинамической увязке второстепенных участков (см. ниже). При этом один и тот же тройник на основном направлении может учитываться как тройник на проход, а на второстепенном – как на ответвление с другим коэффициентом.

Примерные значения ξ для часто встречающихся сопротивлений приведены ниже. Решетки и плафоны учитываются только на концевых участках. Коэффициенты для крестовин принимаются в таком же размере, как и для соответствующих тройников.

Значения ξ некоторых местных сопротивлений.

*) отрицательный КМС может возникать при малых L о /L с за счет эжекции (подсасывания) воздуха из ответвления основным потоком.

Более подробные данные для КМС указаны в таблицах 22.16 – 22.43 . После определения величины Σξ вычисляются потери давления на местных сопротивлениях , Па, и суммарные потери давления на участке Rlβ ш + Z, Па. Когда расчет всех участков основного направления закончен, значения Rlβ ш + Z для них суммируются и определяется общее сопротивление вентиляционной сети ΔР сети = Σ(Rlβ ш + Z). Величина ΔР сети служит одним из исходных данных для подбора вентилятора . После подбора вентилятора в приточной системе делается акустический расчет вентиляционной сети (см. главу 12 ) и при необходимости подбирается глушитель .

Результаты расчетов заносятся в таблицу по следующей форме.

После расчета основного направления производится увязка одного – двух ответвлений. Если система обслуживает несколько этажей, для увязки можно выбрать поэтажные ответвления на промежуточных этажах. Если система обслуживает один этаж, увязываются ответвления от магистрали, не входящие в основное направление (см. пример в п.2.3). Расчет увязываемых участков производится в той же последовательности, что и для основного направления, и записывается в таблицу по той же форме. Увязка считается выполненной, если сумма потерь давления Σ(Rlβ ш + Z) вдоль увязываемых участков отклоняется от суммы Σ(Rlβ ш + Z) вдоль параллельно присоединенных участков основного направления на величину не более чем ±10%. Параллельно присоединенными считаются участки вдоль основного и увязываемого направлений от точки их разветвления до концевых воздухораспределителей. Если схема выглядит так, как показано на следующем рисунке (основное направление выделено жирной линией), то увязка направления 2 требует, чтобы величина Rlβ ш + Z для участка 2 равнялась Rlβ ш + Z для участка 1, полученной из расчета основного направления, с точностью ±10%.

Программы могут быть полезны проектировщикам, менеджерам, инженерам. В основном, для пользования программами достаточно Microsoft Excel. Многие авторы программ не известны. Хочется отметить труд этих людей, кто на базе Excel смог подготовить такие полезные расчетные программы. Расчетные программы по вентиляции и кондиционировании бесплатны для скачивания. Но, не забывайте! Нельзя абсолютно верить программе, проверяйте её данные.

С уважением, администрация сайта