Конструирование систем вентиляции. Элементы вентиляционных систем. Аэродинамический расчет вентиляции
Приточная система вентиляции может иметь следующие конструктивные элементы: приточная (приточно-рециркуляционная) установка для обработки воздуха; воздухозаборное устройство приточной установки; сеть каналов, транспортирующих воздух от приточной установки до помещения; воздухораздающие устройства помещения; шумоглушительные устройства приточной системы; виброгасительные устройства; запорно-регулирующие устройства приточной системы.
Вытяжная система вентиляции может иметь следующие конструктивные элементы: установка для удаления (и возможно очистки) воздуха помещения; воздухоудаляющие (вытяжные или рециркуляционные) устройства за для забора воздуха из помещения; сеть каналов, транспортирующих воздух помещения; вытяжная шахта для удаления воздуха в атмосферу; шумоглушительные устройства вытяжной системы; запорно-регулирующие устройства вытяжной системы.
Отдельные элементы приточных и вытяжных систем, перечисленные выше, могут не входить в состав некоторых систем, например вытяжная шахта с установкой в ней осевого крышного вентилятора может исключить сеть каналов, приточная установка, забирающая воздух через проем в стене, исключает устройство приточной шахты.
Конструктивное решение систем и выбор строительных материалов для изготовления элементов систем производятся в соответствии с требованиями: санитарно-гигиеническими, противопожарными, теплотехническими, экономическими, эксплутационными и строительно-архитектурными (эстетические и звукоизоляционные в том числе).
Подвесные каналы (воздуховоды) чаще всего выполняются из листовой черной или оцинкованной стали, но могут быть из синтетических материалов (винипласт, полиэтилен, стеклоткань, стеклопластик и др.).
Выбор материала и вида канала в каждом отдельном случае производится в зависимости от того, какие помещения обслуживает система и по каким помещениям пройдут каналы.
Каналы систем при прокладке их в зоне отапливаемого помещения могут выполняться в толще кирпичных или бетонных стен (рис. 8.2) и, кроме того, в виде приставных, подшивных и отдельно стоящих.
Минимальные размеры внутренних каналов: кирпичных – 140 
140 мм кратны кирпичу (1/2 1/2 кирпича), а диаметр бетонных – 100 мм. Минимальная толщина кирпичных стен при однорядном расположении каналов в ее толщине должна быть не менее 380 мм (1 1/2 кирпича), а бетонных – не менее 200 мм; при двурядном расположении каналов как кирпичных, так и бетонных должна быть не менее 380 мм. Толщина простенков между двумя каналами помещений одноименного назначения принимается не менее 140 мм, а разноименного назначения – 250 мм.
Расстояние от дверных проемов и от стыков стен до проемов внутренних каналов должно быть не менее 380 мм.
Не допускается устройство каналов в толще наружных стен (во избежание образования конденсата водяных паров) и в местах сопряжения любых стен.
Не рекомендуется устройство внутренних каналов в стенах из силикатного и красного кирпича для транспортировки влажного воздуха (более 60%). Конструкция каналов должна быть строго вертикальной, а при отступлении от вертикали, что является редким случаем, уклоны канала допускаются не менее 60°.
В зданиях, имеющих дымовые трубы печей, каминов, котлов, кухонных плит, работающих на твердом или мазутном топливе, индивидуальные вертикальные каналы или шахты систем следует примыкать к стенам дымовых каналов.
Приставные или подшивные каналы могут выполняться из плит толщиной 35...40 мм в помещениях с нормальной влажностью воздуха из асбоцементных (только вытяжные), шлакогипсовых, гипсоволокнистых и известковогипсовых, а в помещениях с повышенной влажностью – из асбоцементных и шлакобетонных. Минимальные размеры приставных каналов 100х150 мм, а высота подшивных каналов 150 мм. Прокладка приставных каналов должна осуществляться во внутренних углах помещения, а если необходима прокладка вдоль наружных стен, то требуется устройство зазоров – воздушных прослоек не менее 50 мм.
Вентиляционные каналы и воздуховоды снабжают различными воздухораспределяющими (приточными) и воздухоудаляющими (вытяжными или рециркуляционными) устройствами. При устройстве каждого из них предъявляются следующие требования: воздухоразделяющие устройства должны способствовать более полному и быстрому омыванию воздухом всего объема помещения; воздухоудаляющие устройства местных систем должны располагаться как можно ближе к местам выделения вредностей, но при этом не мешать технологическому процессу; как те, так и другие устройства не должны создавать дискомфортного состояния микроклимата помещения и должны обеспечивать регулирование воздухообмена; живое сечение устройств для прохода приточных и вытяжных потоков должно быть расчетным и составлять значение не меньше размера сечения подводящего или удаляющего воздух канала, иначе могут возникать большие сопротивления движущемуся потоку и шум; оформление всех устройств должно быть эстетичным и отвечающим строительно-архитектурным особенностям помещения. Конструктивное решение воздухораздающих и воздухоудаляющих устройств помещения принимается в зависимости от видов системы (общеобменная или местная) и схем воздухообмена (снизу вверх или сверху вниз), от места установки приточного устройства относительно рабочих мест помещения, а также от требуемого вида и способа раздачи воздуха помещения.
Так как характер распределения вредностей микроклимата помещений определяется главным образом приточными и тепловыми струями, а не вытяжными, значительное разнообразие в конструктивном отношении получили воздухораздающие, а не воздухоудаляющие устройства.
Воздухоудаляющие устройства помещений в общеобменных системах любого назначения могут оформляться в виде решеток, снабженных жалюзи, установленных на каналах или тумбах, а также в виде поперечных или продольных щелей или окон в воздуховодах, проемов в шахтах, снабженных движками или регулировочными клапанами, а в местных системах производственных помещений оформляются в виде раструбов, раструбов-отводов и др.
Определенные конструктивные решения воздухораздающих устройств могут обеспечить следующие виды подачи воздуха: вертикальную, наклонную, горизонтальную, сосредоточенную или рассредоточенную, а кроме того, следующие способы раздачи воздуха: нижнюю и верхнюю, пассивную и активную, перфорированную, веерную или сосредоточенную. Устройства вертикальной или наклонной подачи применяют, когда необходимо подать воздух местной системой, непосредственно в зону дыхания работающего у горячего технологического оборудования; горизонтальной сосредоточенной — при обслуживании всего объема помещения или зон проходов между технологическим оборудованием; горизонтальная рассеянная — при общеобменной системе воздухообмена производственных помещений или помещений больших объемов общественных зданий.
Конструктивные решения воздухораздающих устройств при нижней раздаче воздуха могут осуществляться посредством решеток с подвижными жалюзи, установленных в вертикальной плоскости подступенек пола (в залах) или напольных тумбах; в горизонтальной или вертикальной плоскостях пустотелых барьеров или в спинках кресел; в вертикальных каналах, опущенных в зону обслуживания помещения; приточных патрубков, отверстий с движками или щелей с регулировочными клапанами, сделанных в горизонтальных или вертикальных воздуховодах, расположенных или опущенных в рабочую зону помещения; перфорированных металлических стоек
К конструктивному решению устройств верхней пассивной раздачи относятся решетки, щели и пр. Такие устройства не обеспечивают равномерности раздачи воздуха. Их применяют в помещениях жилых, административных и вспомогательных зданий там, где расчетный воздухообмен незначителен.
Конструктивное решение воздухораздающих устройств при верхней перфорированной раздаче может осуществляться с помощью воздуховода прямоугольного, круглого или сферического сечения, в стенках которого размещены равномерно одинаковые отверстия малого размера с шагом между ними' в продольном и поперечном направлениях, относительно длины канала примерно 50... 100 мм. Такие устройства применяют в помещениях незначительной высоты (2,8 м) и сравнительно небольшого объема при незначительных температурных перепадах (до 1°), а также в цехах: гальванических, размолочных, малярных, швейных, деревообрабатывающих и др., где скорость выходящего малыми струйками воздуха должна быстро затухать.
При верхней активной раздаче, а также при всех разновидностях веерной и сосредоточенной раздаче воздуха применяют специальные устройства — воздухораспределители (различные насадки). Эти устройства могут применяться в зданиях различного назначения, но в помещениях больших объемов и большой высоты, в которых не выделяется пыль, ядовитые газы и пары.
Применение воздухораздающего устройства того или иного типа при различных способах раздачи позволяет изменять интенсивность перемешивания подаваемого воздуха с окружающим; выпускать воздух по-разному в рабочую зону помещения; увеличивать, уменьшать или сохранять разность температур tпр-tв изменять дальнобойность приточной струи.
Материал воздухораздающих и воздухоприемных устройств помещений – металл, пластик, гипс – выбирают в зависимости от интерьера помещения и с учетом конструктивного решения канала (воздуховода), на которых устанавливаются эти устройства.
Цель аэродинамического расчета системы механической вентиляции – это определение размеров сечений всех участков системы при заданных расходах воздуха через них, а также потерь давления на отдельных участках и в системе в целом, что необходимо для выбора побудителя тяги (чаще всего вентилятора).
Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена, а также предварительного определения размеров сечений воздуховодов и решеток. До проведения аэродинамического расчета принимают решение по трассировке воздуховодов и каналов. После этого вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции, которую разбивают на отдельные расчетные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным по длине расходом воздуха. Вначале последовательно - от конца сети к вентилятору нумеруют участки основного магистрального направления, а затем - остальные. В системах с механическим побуждением магистральным является наиболее протяженное направление, имеющее большую нагрузку на участках.
Расчет можно выполнять по методу удельных потерь давления. Удельные потери на трение R, Па/м приводятся в специализированной литературе []. При определении удельных потерь давления в прямоугольных воздуховодах используют таблицу и номограмму, составленные для круглых воздуховодов, но при этом вычисляют эквивалентные диаметры. В практике проектирования, как правило, применяется эквивалентный по скорости диаметр, м:
, (8.41)
где а, в - размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.
При расчете следует принимать нормируемые размеры круглых и прямоугольных воздуховодов []. Следует иметь в виду, что в прямоугольном воздуховоде и соответствующем ему круглом воздуховоде с условным диаметром dэv, при равенстве скоростей движения воздуха расходы воздуха не совпадают.
Действительную скорость в прямоугольном воздуховоде определяют по формуле, м/с:
, (8.42)
где L- расчетный расход воздуха на участке, м3/ч.
Удельную потерю давления для прямоугольного воздуховода определяют по значениям dэv и vпр, не принимая во внимание фактический расход воздуха.
Потерю давления на трение на участке сети воздуховодов длиной l определяют по формуле, Па
, (8.4З)
Потери давления на местные сопротивления определяют по формуле, Па
, (7.4)
где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;
– плотность воздуха, кг/м3.
Коэффициенты местных сопротивлений определяют по справочной литературе []. Коэффициенты местных сопротивлений для унифицированных деталей воздуховодов приведены в []. При выборе величины коэффициентов местных сопротивлений необходимо обращать внимание на то, к какой скорости относится табличное значение коэффициента, и при необходимости делать пересчет.