Сегодня мы продолжим разговор о том, как правильно спроектировать систему воздуховодов, как правильно выбрать сечение воздуховодов и каким образом необходимо размещать регулирующие клапаны (дроссель-клапаны) в системе вентиляции.
Размер и сечение воздуховодов, должны обеспечивать оптимальную аэродинамику системы.
Лучшим является круглое сечение, чуть хуже квадратное, и самым худшим является прямоугольное сечение воздуховодов. Почему так происходит?
А) Специфика аэродинамики потока.
В круглом сечении распределение скорости воздуха наиболее равномерно, нет зон торможения в углах (вызванных влиянием сил вязкости), в связи с чем скорость потока по всему сечению практически равна средней скорости (см. рис. 3):
Рис. 3 Визуализация распределения скоростей по сечению в воздуховодах различной формы: а) – прямоугольной б) – квадратной, в) – круглой
Можно считать, что реальная скорость потока в воздуховоде, будет равна произведению средней скорости на единицу плюс соотношение площади нормального распределения скорости в воздуховоде, к площади зоны торможения:
Соответственно для прямоугольного воздуховода с любым соотношением сторон, принимая среднюю скорость в воздуховод 3 м/с, будем иметь реальную скорость: 3,81 м/c,такое же соотношение будет и для квадрата (при идеальных условиях). При отклонении условий от идеальных (наличие поворотов, переходов, тройников и т.д.) - реальная скорость в прямоугольном воздуховоде может быть до 3-х раз выше средней скорости в зависимости от соотношения сторон. Для квадратного сечения, в 2 – 2,5 раз выше средней.
В [3] определено максимально допустимое соотношение сторон для сечений воздуховодов не более чем 1 к 4. При соблюдении этого правила, не будут создаваться дополнительные шумы, связанные с локальным превышением скорости воздуха.
Сечение воздуховода, при этом должно выбираться исходя из допустимой скорости движения воздуха:
Для магистральных воздуховодов не более 6 м/с с учетом требования таблицы Л1 [3];
Для периферийных воздуховодов не более 2,5 м/c.
Правильное расположение регулирующих устройств. Недопустима установка регулирующих устройств вплотную к ответвлениям. На рис. 4 показана картина аэродинамики потока при контакте с ответвлением:
(а)
(б)
Рис. 4 Аэродинамика потока при контакте с ответвлением: а) – при скорости до 4-х м/с в магистральном воздуховоде, б) – при скорости до 7 м/с в магистральном воздуховоде
Видно, что на расстоянии до 0,5 м от основного потока наблюдается крупно-вихревое образование, которое не позволит нормально регулировать расход потока не поворотной заслонкой (рис. 5), не ирисовым клапаном (рис. 6), соответственно заслонку необходимо ставить на расстоянии не менее 0,5 м от ответвлений, либо вплотную к распределительным устройствам (в этом случае накладываются дополнительные ограничения на регулирующую способность, скорость на заслонке расположенной непосредственно у воздухораспределительного устройства не должна превышать 5 – 5,5 м/с)
Рис. 5 Поворотные регулирующие заслонки для прямоугольных и круглых воздуховодов (предпочтительна установка на магистральных воздуховодах, так как шире диапазон регулировки)
Рис. 6. Ирисовая заслонка для круглых воздуховодов (предпочтительна установка на периферийных воздуховодах, так как лучше аэродинамика, меньше шум и тоньше возможная настройка
Заключение:
1. При проектировании и монтаже системы вентиляции необходимо устанавливать регулирующий клапан на каждом ответвлении системы воздуховодов. Чем больше регулирующих клапанов, тем меньше вероятность превышения максимально допустимой скорости на одном из них;
2. Предпочтительно применять круглые воздуховоды. При применении прямоугольных воздуховодов соотношение сторон должно быть не более 1 к 4 и при расчете скорости в воздуховоде рекомендуется умножать среднюю скорость на 1,27 – 2;
3. Допустимая скорость воздуха:
До 6 м/c в магистральном воздуховоде;
До 2,5 – 3 м/с в периферийном воздуховоде.
4. Регулирующие клапаны лучше располагать на расстоянии более 0,5 м от ответвлений, либо рядом с распределительными устройствами, соблюдая при этом скоростной режим при регулировке до 5 – 6 м/c (на клапане в дросселирующем положении);
5. Предпочтительно применении ирисовых клапанов для установки на периферийных ответвлениях. Однако при качественно спроектированной сети, поворотные заслонки также обеспечивают хороший уровень настройки системы вентиляции.
В следующей статье мы детальнее коснемся аэродинамики воздуховодов и рассмотрим организацию поворотов и ответвлений.
Литература
1. И.Е. Идельчик «Справочник по гидравлическим сопротивлениям», Москва, изд. «Машиностроение»,1992 г.;
2. VDI 2081 «Noise generation and noise reduction in air-conditioning systems»
3. СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»