Лекции по “Промышленная вентиляция и кондиционирование воздуха ”

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

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

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

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

 

                                               

                                             (5.4.5)

 

      Значения  коэффициента для различных элементов  приведены в таблице 5.4.1.

 

 

 

Рис. 5.4.3. Выходные элементы вентиляционных решеток

 

 

Таблица 5.4.1. Ориентировочные значения выходных элементов

вентиляционных установок

 

 

 

5.4.2. Аэродинамический  расчёт воздухораспределительных  сетей

 

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

       Существует  два метода расчета воздухораспределительных сетей:

• метод допустимых скоростей;
• метод постоянной потери давления.

       Оба метода  позволяют проектировать вентиляционную  сеть, которая обеспечит:

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

 

       Приведем  методику расчета воздухораспределительной  сети методом допустимых скоростей.

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

 

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

 

 

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

 

Таблица 5.4.3. Ориентировочные  значения уровня шума, создаваемые потоком воздуха

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.4.4. Рекомендуемые  скорости в вытяжных решетках

 

 

 

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

 

 

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

 

 

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

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

 

                                              

                                     (5.4.5)

 

где А и В – размеры сторон прямоугольного воздуховода.

 

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

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

 

                                            

, Па,                                 (5.4.6)

 

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

 

       5. Определяют  потери давления на местные  сопротивления по формуле:

 

                                        

                                     (5.4.7)

где – коэффициент местных сопротивлений на -м участке сети.

 

       Коэффициент местных сопротивлений определяют по справочной литературе [28].

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

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

 

                                                    

                            (5.4.8)

 

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

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

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

Методика расчета диафрагм для  круглых воздуховодов

 

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

 

                                                 

                               (5.4.9)

 

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

 

                                               

                                   (5.4.10)

 

 

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

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

 

                                                                                  (5.4.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.4.6.  Диаметр отверстий диафрагм для воздуховодов круглого

сечения

 

 

 

Рис. 5.4.5. Пример расчета воздухораспределительной сети

 

       Потери  в стальных воздуховодах определяем  по номограммам (рис. 5.4.4). 

       Потери  на местное сопротивление складываются  из:

 

 

Рис. 5.4.6. Потери давления в гибких воздуховодах

 

 

Рис. 5.4.7. Характеристика диффузора  типа диаметром 160 мм

       •   потерь   давления   в   диффузорах   диаметром 160 мм  и расходом воздуха 120 м³/час — 22 Па;

       •   потерь в переходах с одного  сечения на другое по формуле 5.4.11;

       •  потерь  давления во входной решетке,  по паспорту - 50 Па.

 

       Для удобства  расчета составляем таблицу потерь  давления.

 

Таблица к примеру расчета потерь давления

 

       Далее  аналогичным образом производим  расчет падения давлений по каждой ветви. Разность между полным располагаемым давлением и падением давления ветви не должна выходить за пределы ±10 %. В тех ветвях, где расхождение больше ±10%, необходимо установить диафрагмы, методика расчета которых изложена выше.

       Следовательно, в рассчитываемой сети необходим вентилятор, обеспечивающий расход воздуха 600 м³/ч и давление 115 Па. Выбираем вентилятор фирмы К200М, характеристики которого приведены на рис. 5.4.8.

 

Данные в рабочей  точке

Шумовые характеристики

Рис. 5.4.8. Характеристика вентилятора К200М фирмы Sestemair

 

5.4.3. Совместная  работа вентиляторов

       В  ряде случаев для обеспечения  заданной подачи или давления  в сети, повышения надежности системы или из-за архитектурно-планировочных проблем возникает необходимость совместной работы нескольких вентиляторов.

       Для  повышения давления в сети  вентиляторы включаются последовательно, для повышения подачи — параллельно. В некоторых случаях бывают смешанные соединения.

Параллельное  соединение вентиляторов

Случай 1. Вентиляторы с одинаковой характеристикой

       Анализ  режимов работы вентиляторов  при параллельном соединении  проведем графически. На рис. 5.4.9 показана характеристика двух одинаковых вентиляторов (кривая 1).

       При  параллельном включении разность давлений на обоих вентиляторах одинакова, величины подачи складываются. Поэтому для построения суммарной характеристики необходимо при одном значении давлений складывать величины подач. В результате получаем кривую 2. При включении вентилятора в сеть с характеристикой 3 рабочий режим определяется точкой А. Суммарная подача воздуха определяется величиной , а суммарное давление — величиной при этом то есть давление, создаваемое при параллельной

 

работе вентиляторов, равно давлению одного вентилятора. Подача каждого вентилятора определяется как половина от суммарной и может  быть определена графически по положению точки, , то есть КПД каждого из вентиляторов определяется пересечением ординаты, проходящей через точку. с характеристикой КПД вентилятора — точкой К. Пересечение этой же ординаты с характеристикой мощности (кривая 5) определяет затраты мощности каждого вентилятора, то есть

       При  отключении одного вентилятора  характеристика сети пойдет несколько круче (кривая 4) вследствие уменьшения проходного сечения воздуховода. Рабочая точка перейдет в положение . Параметры работы вентилятора будут следующими: и . Последнее выражение показывает, что увеличится потребляемая мощность и, следовательно, температура электродвигателя. Поэтому при выключении одного из вентиляторов необходимо отключить его индивидуальный участок.

 

Случай 2. Вентиляторы с разными характеристиками

       Рассмотрим  параллельную работу двух вентиляторов  с разными характеристиками (рис. 4.4.10, кривые 1 и 2). Построение суммарной характеристики осуществляется аналогичным способом (кривая 3). При режимах работы вентилятора правее точки Б (участок А-Б) оба нагнетателя имеют положительную подачу, и суммарная подача превышает подачу одного вентилятора. Таким образом, параллельное включение в этих областях является эффективным.

       Суммарная  подача двух вентиляторов в  сети с характеристикой 5 (точка Б) равна подаче одного вентилятора 2. Поэтому работа двух вентиляторов в этой точке области является нецелесообразной.

       На  участке, расположенном левее  точки Б (участок Б-В), суммарная подача в сети с характеристикой 4 меньше подачи одного вентилятора, так как подача вентилятора 2 имеет положительное значение, а вентилятора 1 — отрицательное, то есть поток в нем направлен в обратную сторону (рис. 5.4.10). В этом случае работа вентилятора 1 вредно сказывается на всей системе и поэтому недопустима.

 

       Такая  же ситуация может возникнуть  при параллельной работе вентиляторов с седлообразными характеристиками. Наличие впадины на характеристиках может привести к неоднозначности в работе всей системы.

Последовательное соединение вентиляторов

 

       Суммарная  характеристика вентиляторов с  одинаковыми характеристиками, полученная методом сложения, показана на рис. 5.4.11.

При последовательном соединении двух одинаковых вентиляторов (рис. 5.4.11, а, кривая 1) суммарная характеристика определится кривой 2. Рабочая точка Л имеет следующие параметры:

• давление равно сумме  давлений ;

• подача соответствует подаче одного вентилятора;
• потребляемая мощность равна потребляемой мощности двух вентиляторов.

Рис. 5.4.11.   Последовательное включение двух вентиляторов:

а — одинаковой производительности; 6 — различной производительности

 

       При  отключении одного вентилятора  характеристика сети пойдет круче (рис. 4.4.11, пунктирная линия).

Рабочая точка переместится в положение. с параметрами:

• давление снизится — . ,, но будет больше давления, развиваемого одним нагнетателем при совместной работе;
• подача уменьшится — ;
• потребляемая мощность снизится —. , то есть перегрузки электродвигателя не будет.

 

       Последовательное  соединение вентиляторов с различными  характеристиками показано на рис. 5.4.11, б. Как видно из рисунка, последовательное включение вентиляторов целесообразно, когда рабочая точка расположена левее точки. . В этом диапазоне суммарное давление вентиляторов превышает давление одного вентилятора. Если рабочая точка находится правее точки , то общее давление будет меньше давления одного нагнетателя. Работа двух вентиляторов в этой области будет нецелесообразной. Работа вентиляторов с разными характеристиками в области, расположенной левее точки , является не только бесполезной, но даже вредной.