Проектирование систем ОВиК

Расчет потерь в местных сопротивлениях:

Z = Σ(ξ × P_д)

где:

• Z - суммарные потери в местных сопротивлениях, Па
• ξ - коэффициент местного сопротивления
• P_д - динамическое давление, Па

Методы расчета потерь давления

Метод допустимых скоростей

Данный метод основан на выборе оптимальной скорости воздуха в воздуховодах исходя из требований к уровню шума, энергоэффективности и экономическим показателям. После определения скорости рассчитывается необходимое сечение воздуховода и потери давления.

Метод постоянной потери напора

Этот метод предполагает постоянную величину удельных потерь давления на единицу длины воздуховода. Применяется на стадии технико-экономического обоснования и предварительных расчетов систем вентиляции.

Пример расчета по методу постоянной потери напора:

Исходные данные:

• Расход воздуха: Q = 1000 м³/ч
• Длина воздуховода: L = 50 м
• Удельные потери: R = 1,0 Па/м

Расчет:

Потери на трение: P_тр = 1,0 × 50 = 50 Па

Потери в местных сопротивлениях рассчитываются как Z = Σ(ξ × P_д), где ξ - коэффициент местного сопротивления, P_д - динамическое давление.

Таблицы коэффициентов сопротивления и удельных потерь

Скорость воздуха выбирается исходя из назначения помещения и требований к уровню шума. Для жилых помещений рекомендуется 3-5 м/с в магистралях и 2-3 м/с в ответвлениях. Для офисов можно увеличить до 5-7 м/с и 3-5 м/с соответственно. В производственных помещениях допускается до 8-12 м/с в магистралях. Превышение рекомендуемых скоростей приводит к увеличению шума и энергопотребления.

Удельные потери давления для круглых воздуховодов

Увеличение диаметра воздуховода приводит к снижению скорости воздуха при постоянном расходе, что существенно уменьшает потери давления. Поскольку потери пропорциональны квадрату скорости, даже небольшое увеличение диаметра дает значительный эффект. Однако необходимо учитывать экономические факторы - увеличение диаметра повышает стоимость системы и требует больше места для размещения.

Коэффициенты местных сопротивлений для фасонных элементов

Наиболее частые ошибки: недоучет местных сопротивлений (особенно решеток и фильтров), неправильный выбор коэффициентов из таблиц, игнорирование запаса по мощности, неучет засорения системы в процессе эксплуатации, неправильная балансировка ветвей системы. Также часто неправильно определяют эквивалентную длину для прямоугольных воздуховодов при использовании таблиц для круглых сечений.

Расчет мощности вентилятора

Определение полного давления вентилятора

Полное давление, которое должен создавать вентилятор, определяется как сумма всех потерь давления в системе плюс располагаемое давление на выходе из системы.

Общая формула расчета:

P_в = P_тр + Z + P_расп

где:

• P_в - полное давление вентилятора, Па
• P_тр - потери на трение в воздуховодах, Па
• Z - потери в местных сопротивлениях, Па
• P_расп - располагаемое давление, Па

Расчет потребляемой мощности

Мощность на валу вентилятора определяется по формуле, учитывающей производительность, давление и КПД вентилятора.

Формула расчета мощности:

N_в = (P_в × Q) / (1000 × η_в)

где:

• N_в - мощность на валу вентилятора, кВт
• P_в - полное давление вентилятора, Па
• Q - производительность вентилятора, м³/с
• η_в - КПД вентилятора

Практические примеры расчетов

Пример 1: Расчет простой вытяжной системы

Исходные данные:

• Расход воздуха: Q = 500 м³/ч
• Диаметр воздуховода: d = 200 мм
• Длина прямых участков: L = 25 м
• Местные сопротивления: 2 отвода 90°, 1 решетка

Расчет:

1. Скорость воздуха:

v = Q / (3600 × S) = 500 / (3600 × 0,0314) = 4,42 м/с

2. Потери на трение:

По таблице для d=200 мм, v≈4 м/с: R = 0,75 Па/м

P_тр = 0,75 × 25 = 18,75 Па

3. Динамическое давление:

P_д = (ρ × v²) / 2 = (1,2 × 4,42²) / 2 = 11,7 Па

4. Местные сопротивления:

Z = (0,21 + 0,21 + 1,5) × 11,7 = 22,5 Па

5. Общие потери:

P_общ = 18,75 + 22,5 = 41,25 Па

Пример 2: Расчет мощности вентилятора

Исходные данные:

• Производительность: Q = 2000 м³/ч = 0,556 м³/с
• Полное давление: P_в = 250 Па
• КПД вентилятора: η_в = 0,75

Расчет мощности:

N_в = (250 × 0,556) / (1000 × 0,75) = 0,185 кВт

С учетом коэффициента запаса 1,15: N_эл = 0,185 × 1,15 = 0,213 кВт

Выбираем электродвигатель мощностью 0,25 кВт

Подбор вентиляционного оборудования

Критерии выбора вентилятора

При подборе вентилятора необходимо учитывать не только расчетные параметры производительности и давления, но и дополнительные факторы, влияющие на эффективность и долговечность системы.

Балансировка системы воздуховодов

После установки вентиляционной системы необходимо провести балансировку для обеспечения расчетных расходов воздуха по всем ответвлениям. Это достигается установкой регулирующих устройств - диафрагм, клапанов или заслонок.

Внимание: Разница потерь давления между ветвями системы не должна превышать 10% для обеспечения стабильной работы без дополнительного регулирования.

Современные подходы к проектированию систем вентиляции

Использование программных комплексов

Современное проектирование систем вентиляции невозможно представить без применения специализированных программных комплексов, которые позволяют автоматизировать расчеты, оптимизировать параметры системы и создавать трехмерные модели воздуховодов.

Энергоэффективные решения

Тенденции современного проектирования направлены на минимизацию энергопотребления систем вентиляции. Это достигается применением высокоэффективных вентиляторов с частотным регулированием, рекуперацией тепла и интеллектуальными системами управления.