Расчет оборудования вентиляционных сиСтем

 

Выбор приточной камеры

Приточную камеру выбирают по суммарному расходу воздуха на приток по /7, таблица 4.15/.

Выбрали унифицированную приточную установку 2ПК20 /7/.

Расчет калориферов

В приточной камере при теплоносителе воде с рабочим давлением до 1,2 МПа применяем секции нагрева с многоходовым стальным пластинчатым калорифером типа КВС-П-10.

В качестве теплоносителя в этом калорифере используется вода. При этом применяем последовательное соединение калориферов по воде.

Количество калориферов выбирают в зависимости от объема нагреваемого воздуха, степени его нагревания, теплопроизводительности одного калорифера.

Определяют расход теплоты на нагрев воздуха:

 

,Вт, (5.1)

 

где L - объёмный расход воздуха,  L = 14618,102 ;

 - плотность воздуха, принимаемая по , ;

 = 1 кДж/(кг · ºС);

- конечная и конечная температура нагреваемого воздуха, ºС;= 0,278 =223787,12 Вт.

По / 7, таблице 4,17/ находят живое сечение секции для прохода воздуха =0,91 .

Определяют массовую скорость воздуха:

 

, (5.2)

 

.

Определяют массовый расход воды через установку:

, кг/ч, (5.3)

где  - удельная теплоемкость воды, = 4.19 кДж/(кг · ºС);

 - температура воды на выходе из воздухонагревательной установки, ºС (из задания);

 кг/ч.

,м/с, (5.4)

где тр=0,001159 - живое сечение калорифера КВС по теплоносителю /7, таблица 4,10/.

 м/с. (5.5)

Определяют коэффициент теплопередачи /7, 4,24/:

Вт/(м2 °С)

Рассчитывают требуемую площадь поверхности нагрева калориферной установки:

 

,м2, (5.6)

 

где = ºС, - средняя разность температур;

Сравнивают , с площадью поверхности нагрева одного калорифера /7, таблица 4,17/ и определяют число калориферов, установленных последовательно по ходу воздуха:

 

= , (5.7)

 

Находят запас площади поверхности нагрева калориферной установки:

 

,%, (5.8)

 

%=33,846%

Запас площади следует принимать 10-20%. Так как запас больше рекомендуемого, то снизить перегрев воздуха можно путем пропуска части его через обводной канал с центральным расположением.

Используя значение действительной массовой скорости  по /7, таблица 4,31/ определяют аэродинамическое сопротивление калорифера:

2,2·()1,62=2,2·(6,301)1,62=43,398Па. (5.9)

Гидравлическое сопротивление калорифера, кПа типа КВС10-П определяют по /7, таблица 4,33/,

 

 (5.10)

 

где b - коэффициент, учитывающий конструктивные параметры калориферов типа КВС (табл. 4.11 [2]).

 кПа.

Воздушные фильтры.

Воздушные фильтры в системах вентиляции общественного здания обеспечивают уменьшение концентрации пыли в приточном воздухе и защиту вентиляционного оборудования (калориферов, вентиляторов) от загрязнения.

Подбор воздушных фильтров ведется в следующей последовательности.

Исходные данные:=14618,102 - расход очищаемого воздуха;

Начальное пылесодержание воздуха Сн=0,9 мг/м3(из задания);

Коэффициент очистки η = 0,88;

Принимают к установке фильтр ФР5А.

Находим удельную воздушную нагрузку фильтра Lф по формуле:

 

, м3/ч, (5.11)

 

где L- расход воздуха, м3/ч;ф- площадь фильтрующего материала секции фильтра (таблица 4.17, /2/), м2, Fф= 3 м2;

м3/ч.

Начальное сопротивление фильтра:

 

, Па, (5.12)

 

где ΔРн.max=50Па - начальное максимальное сопротивление фильтра ФР5А;ф.max=4000 м3/(м2·ч) - удельная максимальная воздушная нагрузка ФРНК ПГ.

.

Вычисляем конечное сопротивление фильтра ΔРк, Па:

 

, (5.13)

 

где - превышение сопротивлении фильтра над начальным для материала ФРНК ПГ равен 250Па;

Па.

Находим продолжительность работы фильтра до регенерации или замены фильтрующего материала:

 

 (5.14)

 

где  - конечная пылеемкость материала, г/м2, для ФРНК ПГ - =1000 г/м2;

 - коэффициент очистки ФР5А - = 0,88;

 - удельная воздушная нагрузка на фронтальное сечение фильтра, м3/(м2×ч).

часов.

Рассчитывается число суток работы фильтра до регенерации:

 

 (5.15)

 

где  - число часов работы фильтра в сутки = 8 часов.

 сут.

Приемная секция.

Она предназначена для забора наружного воздуха и обслуживания калориферной секции. В камере 2ПК-20 приемная секция и секция фильтра объединены в одну конструкцию.

Аэродинамическое сопротивление приемной секции:

 

, (5.16)

 

где  - коэффициент местного сопротивления, для 2ПК-20 равен 10 /7, стр.132/;

=1,2м3/ч - плотность воздуха;

- условная скорость по сечению секции определяется:

 

, (5.17)

 

где L - то же, что в формуле (5.1);

 - живое сечение для прохода воздуха по таблице 4.17 /7/ равно 2,5м2.

м/с.

Па.

Соединительная секция.

Применяется при отсутствии оросительной секции и предназначена для соединения вентиляционных установок с калориферными секциями и обслуживание последних. Аэродинамическое сопротивление соединительной секции рассчитывается по формуле (5.16),

где  - коэффициент местного сопротивления, для 2ПК-20 равен 6,8;

 - живое сечение для прохода воздуха по таблице 4.17 /7/ равно 2,5м2;

Па.

Аэродинамическое сопротивление при проходе воздуха через жалюзийные решетки воздухозаборной шахты:

 

 (5.18)

 

где  - коэффициент местного сопротивления решетки, /таблице 4.1, 7/, так как решетки установлены на три стороны воздухозаборной шахты, то =1,8·3=5,4;

=1,2м3/ч - плотность воздуха;

- скорость движения воздуха:

Па.

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

В системе приточной и вытяжной вентиляции с механическим побуждением применяем прямоугольные воздуховоды из тонколистовой стали. Воздуховоды применяются прямоугольные, для того чтобы не ухудшать интерьер помещения. Приточная и вытяжная шахты выполняются из кирпича.

Аэродинамический расчет систем вентиляции производится для определения потерь давления в воздуховодах на трение и в местных сопротивлениях, для определения размеров поперечного сечения воздуховодов.

Порядок аэродинамического расчета вентиляционных систем следующий:

Вычерчиваем схему системы в аксонометрической проекции.

За расчетное магистральное направление выбираем наиболее протяженное и нагруженное.

Аксонометрическую схему разбиваем на участки, начиная с удаленных участков расчетной магистрали с меньшим расходом воздуха.

Скорость движения воздуха на участках принимаем равной в соответствии с рекомендациями /2, табл.12.15/.

По известному расходу воздуха по /2, табл.12.17/ определяем диаметр воздуховодов, удельные потери давления на трение , Па/м, динамическое давление ,Па.

На каждом участке определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений.

Рассчитываем потери давления в местных сопротивлениях для каждого участка по формуле:

(6.1)

 

) Определяем потери давления на участке с учетом поправочного коэффициента шероховатости стенок воздуховода , Па.

Общие потери давления в вентиляционной сети , Па, определяют по формуле:

 

 (6.2)

 

Где R - удельные потери давления на трение на расчетном участке сети, Па/м, определяемые в зависимости от скорости и расхода воздуха, диаметра воздуховодов по таблице 12.17 /2/;- длина участка воздуховода, м;

β - поправочный коэффициент шероховатости стенок воздуховода, принимается по таблице 12.14 /2/;- потери давления в местных сопротивлениях на расчетном участке, Па;

 

 (6.3)

 

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке сети воздуховодов, определяемых /8, рис.9.2, 9.3/;

ρ - плотность воздуха, кг/м3;

 - скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с.

) Производим увязку потерь давления в ответвлениях с потерями давления в расчетной магистрали.

Расчет систем механической вентиляции заканчивается подбором вентиляционного агрегата по известному общему объемному расходу воздуха и найденному значению потерь давления в основном магистральном направлении (для приточных систем необходимо добавить сопротивление приточной камеры). Для систем вытяжной вентиляции с естественным побуждением расчет заканчивается соблюдением условия:

 

 (6.4)

 

где - естественное располагаемое давление, Па:

 

, (6.5)

 

где ρн, ρв - плотность воздуха соответственно наружного при температуре tн = 5оС и внутреннего при нормируемой температуре внутреннего воздуха помещения для холодного периода года, кг/м3;- высота от центра вытяжной решетки до устья вытяжной шахты, м;= 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.

При расчете систем вентиляции с механическим побуждением выполняется увязка потерь давления в ответвлениях с потерями давления в расчетной магистрали. При этом потери давления в ответвлениях ΔPотв должны быть равны потерям давления в магистрами ΔPм от дальнего участка до места присоединения расчетного ответвления:

 

 (6.6)

 

Размеры воздуховодов ответвлений считаются подобранными, если относительная невязка потерь давления не превышает 10%:

 

 (6.7)

Для уравнивания потерь давления Δ Рм и Δ Ротв производится либо изменение размеров сечения ответвления, либо на ответвлении устанавливается диафрагма, сопротивление ΔРд, Па, которой определяется по формуле:

 

, Па (6.8)

 

а коэффициент местного сопротивления диафрагмы по формуле:

 

, (6.9)

 

где  - сопротивление диафрагмы, Па;

 - динамическое давление ответвления, Па.

Подбор диафрагмы для прямоугольных воздуховодов производится по таблице 12.52 /2/.

Потери давления в местных сопротивлениях на расчетных участках приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 - Значение коэффициентов местных сопротивлений

Номер участка	Коэффициент местного сопротивления	Значение величины КМС ξ	Сумма КМС ∑ξ
1	2	3	4
П1
1	отвод 90° решетка	0,35 2	2,65
2	решетка тройник на проход тройник на ответвление отвод 90°	2 0,3 0,8 0,35	3,45
3	4 крестовины 8 решеток 4 отвода 90°	5,2 16 1,4	22,6
4	тройник на проход тройник на ответвление	0,15 2	2,15
5	отвод 90°	0,35	0,35
6	отвод 90°	0,35	0,35
7	тройник на проход тройник на ответвление	0,3 2,2	2,5
8	тройник на проход тройник на ответвление отвод 90°	0,3 2,4 0,35	3,05
9	тройник на проход тройник на ответвление	0,32 2,5	2,82
10	тройник на ответвление тройник на проход	2,5 0,35	2,85
11	2 колена 90° тройник на ответвление тройник на проход	0,7 2,5 0,35	3,55
Ответвления П1
12	2 решетки тройник на проход тройник на ответвление отвод 90°	4 0,4 2,6 0,35	7,35
13	отвод 90°	0,35	0,35
14	2 отвода 90° 2 тройника на проход 2 тройника на ответвление 2 решетки	0,7 0,8 5,2 4	10,7
15	решетка 2 отвода 90°	2 0,7	2,7
16	решетка 2 отвода 90°	2 0,7	2,7
17	3 тройника на проход 3 тройника на ответвление 9 отводов 90° 4 решетки	1,2 7,8 3,15 8	20,15
19	решетка 2 отвода 90°	2 0,7	2,7
Воздухозаборная шахта
18	отвод 90° 11 решеток	0,35 22	22,35
В1
1	решетка	2	2
2	решетка 3 отвода 90°	2 1,05	3,05
Вытяжная шахта
3	отвод 90° вытяжная шахта зонт	0,35 1,53 0,17	2,05
ВЕ5
1	решетка отвод 90°	2 0,35	2,35

 

Приведем пример аэродинамического расчета участка №2 системы П1: расход на данном участке составляет: L=1111,48 м³/ч, длина - 13,08м.

По таблице 12.17 /2/, принимая ориентировочную скорость воздуха 5-8 м/с, подбираем эквивалентный диаметр воздуховода ø 225 мм. По расходу воздуха на данном участке выписываем из таблицы: удельную потерю давления на трение R=3,25 Па/м, динамическое давление на данном участке  Па.

По таблице 12.14 /2/ принимаем поправочный коэффициент шероховатости стенок воздуховода β=1,49. Затем находим потери на трение на данном участке путем перемножения  Па. Общий КМС на данном участке получаем путем суммирования всех КМС на этом участке, а именно: решетки и тройника на проход, тройника на ответвление и отвода 90°.

Потери давления в местных сопротивлениях на расчетном участке, Z,Па, определяем по формуле (6.3):

 Па.

Общие потери давления в вентиляционной сети , Па, определяют по формуле (6.2).

 Па.

Аналогично производится расчет для остальных участков данной системы. Результаты данных расчетов сводим в таблице.

 

Номер участка	Параметры участка										Абсолютная шероховатость КЭ, мм	Поправочный коэффициент на шероховатость, β	Потери на трения на участке R l β, Па		Общий КМС участка ∑ζ		Динамическое давление на участке PД, Па		Потери давления в местных сопротивлениях Z, Па		Общие потери давления на участке R l β + Z, Па
	Расход воздуха на участке L, м3/ч	Длина участка l, м	Размеры участка АхВ, мм				Эквивалентный диаметр dЭ, м	Площадь сечения FK, м2	Действительная скорость воздуха νд, м/с	Удельное сопротивление участка R, Па/м
1	2	3	4				5	6	7	8	9	10	11		12		13		14		15
Магистраль П1
1	1111,48	2,2	200	х	200		0,225	0,04	7,8	3,25	0,1	1,49	10,654		2,65		3,72		9,858		20,512
2	1111,48	13,08	200	х	200		0,225	0,04	7,8	3,25	0,1	1,49	63,34		3,45		3,72		12,834		76,174
3	7111,48	9,35	400	х	800		0,63	0,312	6,4	0,62	0,1	1,45	8,406		22,6		2,51		56,726		65,132
4	9454,922	4,48	400	х	1000		0,71	0,396	6,7	0,58	0,1	1,46	3,794		2,15		2,75		5,913		9,707
5	9454,922	7,45	800	х	800		0,9	0,635	4,2	0,18	4	1,87	2,508		0,35		1,08		0,378		2,886
6	9454,922	4,83	400	х	1000		0,71	0,396	6,7	0,58	0,1	1,46	4,09		0,35		2,75		0,963		5,053
7	9907,106	2,4	400	х	1000		0,71	0,396	7	0,63	0,1	1,47	2,223		2,5		3		7,5		9,723
8	10673,768	3,27	400	х	1000		0,71	0,396	7,5	0,72	0,1	1,48	3,485		3,05		3,44		10,492		13,977
9	10775,556	1,72	400	х	1000		0,71	0,396	7,6	0,74	0,1	1,48	1,884		2,82		3,53		9,955		11,839
10	10877,344	5,15	400	х	1000		0,71	0,396	7,7	0,76	0,1	1,48	5,793		2,85		3,63		10,346		16,139
11	14618,102	10,2	800	х	800		0,9	0,635	6,4	0,4	0,1	1,45	5,916		3,55		2,51		8,911		14,827
																					245,969
Ответвления П1
12	2343,442	2,6	200	х	500		0,355	0,099	6,6	1,35	0,1	1,46	5,125		7,35		2,66		19,551		24,676
13	226,092	14,59	100	х	150		0,11	0,0095	6,7	6	0,1	1,46	127,808		0,35		2,75		0,963		128,771
14	452,184	13,77	100	х	200		0,16	0,02	6,3	3,35	0,1	1,45	66,888		10,7		2,43		26,001		92,889
15	101,788	8,4	100	х	150		0,1	0,0079	5	3,95	0,1	1,41	46,784		2,7		1,53		4,131		50,915
16	101,788	8,4	100	х	150		0,1	0,0079	5	3,95	0,1	1,41	46,784		2,7		1,53		4,131		50,915
17	3740,748	13,77	400	х	400		0,45	0,159	6,6	1	0,1	1,46	20,104		20,15		2,66		53,599		73,703
19	766,662	12,68	150	х	250		0,2	0,0314	6,8	2,92	0,1	1,47	54,428		2,7		2,83		7,641		62,069
Воздухозаборная шахта
18	14618,102	4,95	500	х	2000		1,12	0,985	4,2	0,14	4	1,87	1,296		22,35		1,08		24,138		25,434
Магистраль В1
1	152,667	2,8	100	х		150	0,1	0,0079	5,4	4,55	0,1	1,43	18,218	2		1,78		3,56		21,778
2	305,334	12,9	100	х		200	0,125	0,0123	7	5,55	0,1	1,47	105,245	3,05		3		9,15		114,395
																				136,173
Вытяжная шахта
3	305,334	4	100	х		200	0,16	0,02	4,3	1,66	4	1,89	12,55	2,05		1,13		2,317		14,867
ВЕ7
	75,36	0,8	100	х		150	0,1	0,0079	2,3	0,86	0,1	1,27	0,874	2,35		0,324		0,761		1,635

 

 

Произведем увязку ответвлений приточной системы П1:

Увяжем участок 4 с участком 12:

>10%,

Следовательно, необходимо установить диафрагму с сопротивлением:

 Па

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы:

.

По таблице 12.52 /2/ при размерах воздуховода 200 500мм размеры отверстия диафрагмы 134 336мм. Диафрагма устанавливается на участке 4.

Увяжем участок 7 с участками 13 и 14:

>10%,

Следовательно, необходимо установить диафрагму с сопротивлением:

 Па.

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы:

.

По таблице 12.52 /2/ при размере воздуховода 400 1000мм размеры отверстия диафрагмы 198 496 мм. Диафрагма устанавливается на участке 7.

Увяжем участок 8 с участком 19:

>10%,

Следовательно, необходимо установить диафрагму с сопротивлением:

 Па

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы:

.

По таблице 12.52 /2/ при размерах воздуховода 400 1000мм размеры отверстия диафрагмы 228 570мм. Диафрагма устанавливается на участке 8.

Увяжем участок 9 с участком 15:

>10%,

Следовательно, необходимо установить диафрагму с сопротивлением:

 Па

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы:

.

По таблице 12.52 /2/ при размерах воздуховода 400 1000мм размеры отверстия диафрагмы 238 596мм. Диафрагма устанавливается на участке 9.

Увяжем участок 10 с участком 16:

>10%,

Следовательно, необходимо установить диафрагму с сопротивлением:

 Па

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы:

.

По таблице 12.52 /2/ при размерах воздуховода 400 1000мм размеры отверстия диафрагмы 245 614мм. Диафрагма устанавливается на участке 10.

Увяжем участок 11 с участком 17:

>10%,

Следовательно, необходимо установить диафрагму с сопротивлением:

 Па

Коэффициент местного сопротивления диафрагмы:

.

По таблице 12.52 /2/ при размерах воздуховода 800 800мм размеры отверстия диафрагмы 412 412мм. Диафрагма устанавливается на участке 11.

 

ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА

 

Вентиляторы являются побудителями движения воздуха в системах вентиляции. Подбор вентилятора производим по расходу воздуха, перемещаемого системой вентиляции L, м3/ч, и потери давления в системе Pобщ, Па по сводному графику для подбора вентиляторов.

Расход перемещаемого вентилятором воздуха Lв, м3/ч, находят по формуле:

 

, (7.1)

 

где L- расход воздуха в системе, м3/ч.

Потери давления в системе вентиляции для приточных систем определяются по формуле:

 

, (7.2)

 

где - потери давления в калорифере, приемной секции, соединительной секции, фильтре, шумоглушителе, Па;

- потери давления на магистральном направлении системы вентиляции, Па.

Полное давление вентилятора, Рв, Па составит

 

, (7.3)

где - то же, что в формуле (7.2).

Таким образом, для приточной системы:

 

, (7.4)

 

где = 245,969Па - потери давления в магистрали по таблице 5;

=43,398 Па - потери давления в калорифере;

=15,824 Па - потери давления в приемной секции;

=44,8 Па - потери давления в соединительной секции;

=317,226 Па - потери давления в фильтре;

=50 Па - потери давления в шумоглушителе, Па;

= 25,434 Па - потери давления в воздухозаборной шахте.

245,969+43,398+15,824+44,8+317,226+50+25,434=742,651 Па;

 742,651·1,1=816,916Па;

 1,1·14618,102=16079,912 м3/ч.

По рисунку 1.1 /2/ выбираем вентилятор Ц4-70 №8 шестого исполнения обозначение А8-4 и характеристику в таблице I.5/2/.

Мощность N, кВт, на валу электродвигателя, которым комплектуется вентилятор, определяют по формуле:

 

 (7.4)

 

где Lв- секундный расход воздуха, м3/с;

ηв- коэффициент полезного действия вентилятора (определяется по сводному графику для подбора вентилятора рисунок I.19 /2/);ηв= 0,67.

ηп- коэффициент полезного действия передачи, при насадке рабочего колеса на вал электродвигателя по /2/ ηп=0,96.

кВт.

Установочная мощность электродвигателя:

 

 (7.5)

 

- коэффициент запаса мощности табл.13,4/2/.

кВт.

 

По полученным данным по рис. I.1 /2/ выбираем вентилятор Ц4-70 №8 шестого исполнения для приточной системы П1 обозначение А8-4 с электродвигателем типа А02-52-6 с мощностью электродвигателя Nу=7,5 кВт, n=970 об/мин., масса 599 кг.

Для системы В1:

Рвыт=136,173Па; Lвыт=305,334 м3/ч.

 136,173·1,1=149,79 Па;

305,334·1,1=335,867 м3/ч.

По рисунку I.1 /2/ выбираем вентилятор Ц4-70 №2,5 первого исполнения обозначение А2,5095-1 и характеристику в таблице I.1/2/.

ηв= 0,72, ηп=0,95; .

кВт.

кВт.

По полученным данным выбираем вентилятор Ц4-70№2,5 первого исполнения для вытяжной системы В1 обозначение А2,5095-1 с электродвигателем типа А0Л11-4 с мощностью электродвигателя Nу=0,12 кВт, n=1400 об/мин, масса 27 кг.