Аэродинамический расчет применяют, когда нужно определить потери давления в сети воздуховодов общеобменной и противодымной вентиляции и получить данные для подбора вентилятора. Расчет учитывает утечки и подсосы по классу герметичности, изменение температуры и плотности среды, гравитационное давление, избыточное давление в защищаемом помещении и добавочное статическое давление при естественной компенсации.
Расчет выполняется по участкам: от обслуживаемого или защищаемого помещения к вентилятору. Поэтому результат зависит не только от геометрии сети, но и от того, как она разбита на участки, где учитываются утечки и подсосы, и какой знак принят для гравитационного давления.
Что рассчитывается#
- На входе - расход воздуха в
кг/силим³/ч, температура, геометрия участков, абсолютная шероховатость, сумма КМС, параметры клапанов, класс герметичности воздуховодов, учет утечек и подсосов, теплопотери. - Внутри расчета - потери давления по длине и в местных сопротивлениях, влияние температуры и плотности среды, гравитационное давление, избыточное давление в защищаемом помещении и добавочное статическое давление при естественной компенсации.
- На выходе - данные для подбора вентилятора: массовый и объемный расход, температура, плотность, статическое давление с учетом гравитации, приведенное давление при
1,205 кг/м³и приведенное давление с запасом.
Исходные данные#
Общие параметры#
- Единицы расхода: переключатель
кг/силим³/ч. Влияет на вид таблицы участков. - Избыточное давление Pизб, Па: для систем приточной ПДВ. Взаимоисключающий переключатель с добавочным статическим давлением.
- Добавочное статическое давление: для систем с естественной компенсацией. Рассчитывается в отдельной таблице.
- Запас
k, %: коэффициент запаса на приведенное давление вентилятора.
Гравитационное давление#
Таблица имеет динамическое число строк. Для систем с несколькими вертикальными участками при разных температурах строки добавляют через кнопку +, а итоговое гравитационное давление суммируется по всем строкам.
- Температура 1, °C: температура среды внутри воздуховода. Для ДВ это температура дыма, для ДП - температура внутри здания.
- Температура 2, °C: температура наружного воздуха или окружающей среды.
- Высота воздушного столба hgrav, м: со знаком
-, если гравитация помогает вентилятору, и со знаком+, если мешает. - Гравитационное давление, Па: рассчитывается автоматически по каждой строке.
Добавочное статическое давление (при естественной компенсации)#
Включается чекбоксом. После этого появляется отдельная таблица участков: мини-аэродинамический расчет канала естественной компенсации. Этот режим взаимоисключается с избыточным давлением Pизб.
- Расход G0 / L0: расход воздуха через канал компенсации в
кг/силим³/ч. - Температура t0, °C: температура воздуха в канале.
- Сечение a0, b0, мм: диаметр круглого канала или ширина и высота прямоугольного.
- Абсолютная шероховатость Kэ, мм: шероховатость стенок канала.
- Длина
l, м: длина участка канала. - Сумма КМС
ξ: местные сопротивления на участке канала. - Итоговое давление ΣP0, Па: рассчитывается автоматически.
| Столбец | Описание |
|---|---|
| G0 / L0 | Расход воздуха через канал компенсации в кг/с или м³/ч. |
| t0, °C | Температура воздуха в канале. |
| a0, b0, мм | Сечение канала: диаметр или ширина × высота. |
| Kэ, мм | Абсолютная шероховатость стенок канала. |
l, м | Длина участка канала. |
ξ | Сумма КМС на участке канала. |
| ΣP0, Па | Итоговое добавочное статическое давление. Рассчитывается автоматически. |
Фрагмент таблицы канала естественной компенсации:
| G0, кг/с | t0, °C | a0, мм | b0, мм | Kэ, мм | l, м | ξ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3,86 | -32 | 500 | 400 | 0,1 | 6 | 1,5 |
- Что вводится вручную - расход, температура, размеры сечения, шероховатость, длина и сумма КМС.
- Что рассчитывается программой - итоговое добавочное статическое давление ΣP0.
Таблица участков (17 столбцов ввода)#
- Что задается в таблице: расход, температура, абсолютная шероховатость, сечение, длина участка, сумма КМС, дополнительный расход, учет утечек и подсосов, параметры клапана, класс герметичности, теплопотери, температура подсасываемого воздуха.
- Что рассчитывается автоматически: расход и температура для последующих участков, а также итоговые параметры для подбора вентилятора.
| № | Столбец | Описание |
|---|---|---|
| 1 | № уч. | Порядковый номер участка. |
| 2 | Gн.у. или Lн.у. | Массовый или объемный расход на начало участка. Для участков после первого рассчитывается автоматически. |
| 3 | tн.у., °C | Температура среды на начало участка. Для участков после первого рассчитывается автоматически. |
| 4 | Kэ, мм | Абсолютная шероховатость стенок. 0 - для клапана, 0,1 - листовая сталь, 4 - кирпич, 10 - штукатурка. |
| 5 | A, мм | Диаметр круглого сечения или ширина прямоугольного. |
| 6 | B, мм | Высота прямоугольного сечения. Для круглого - 0. |
| 7 | l, м | Длина участка. Для участка-клапана - 0. |
| 8 | Σξ | Сумма коэффициентов местного сопротивления на участке. Рядом с полем в интерфейсе есть ссылка на онлайн-калькулятор КМС КГАСУ. |
| 9 | Gдоп или Lдоп | Дополнительный расход от ответвления, если он есть. |
| 10 | Учет утечек и подсосов | Режим Учитывать или Не учитывать. Не учитывают на напорных участках ДВ и разреженных участках ДП. |
| 11 | Aкл, мм | Ширина или диаметр закрытого клапана для расчета утечек. |
| 12 | Bкл, мм | Высота закрытого клапана. Для круглого - 0. |
| 13 | Sд20, м³/кг | Удельная характеристика сопротивления дымогазопроницанию клапана. |
| 14 | Класс герметичности | Класс герметичности воздуховодов A, B, C или D по СП 60.13330. |
| 15 | Fфас, м² | Площадь поверхности фасонных изделий для расчета утечек. |
| 16 | ql, кВт/м | Удельные теплопотери на единицу длины участка. |
| 17 | tподс/утеч, °C | Температура подсасываемого или утекающего воздуха. |
Импорт данных из BIM-модели. Если система спроектирована в Renga с установленным BIM-плагином Аэропро.Эксперт, таблицу участков можно заполнить автоматически. Программа импортирует сечения, длины, расходы и КМС фасонных изделий из BIM-модели.
Как выглядит расчет#
Экран расчета объединяет блок настройки параметров, итоговый блок «Данные для подбора вентилятора», таблицу гравитационного давления и таблицу расчетных участков.
Рабочий порядок#
Расчет выполняется в пять шагов: от разбивки сети на участки до получения приведенного давления для подбора вентилятора.
Важно. Перед расчетом сеть необходимо разбить на участки. Расчет начинается со стороны обслуживаемого или защищаемого помещения.
Разбейте сеть на участки#
Новый участок нужен при изменении сечения, появлении ответвления, открытого или закрытого клапана и при переходе между разреженным и напорным режимом.
Настройте параметры расчета#
Выберите единицы расхода, задайте гравитационное давление, при необходимости включите избыточное или добавочное статическое давление и укажите запас
k.Заполните таблицу участков#
Для каждого участка задайте сечение, длину, абсолютную шероховатость, сумму КМС, режим учета утечек и параметры клапанов, если они участвуют в расчете.
Задайте гравитационное давление#
Для каждого вертикального участка укажите температуры среды и наружного воздуха, высоту воздушного столба и правильный знак.
Проверьте данные для подбора вентилятора#
По итоговому расходу, температуре, плотности и приведенному статическому давлению выберите рабочую точку вентилятора.
Правила разбивки сети на участки#
- Выделяйте новый участок при изменении сечения сети.
- Выделяйте новый участок при появлении ответвления.
- Выделяйте открытый противопожарный клапан в отдельный участок. КМС клапана относят к его живому сечению.
- Выделяйте новый участок при появлении закрытого ППК, через который идет подсос или утечка воздуха.
- Выделяйте новый участок при смене режима: разреженный или напорный.
Утечки и подсосы. Их не учитывают на напорных участках систем вытяжной ПДВ и на участках под разрежением систем приточной ПДВ.
Настройки расчета#
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Единицы расхода | кг/с или м³/ч |
| Избыточное давление в защищаемом помещении | Включается для систем приточной ПДВ |
| Добавочное статическое давление | Для систем с естественной компенсацией |
| Запас на давление вентилятора | k = 10 % |
| Порог скорости для подсветки | vmax = 20 м/с |
Фрагмент таблицы участков#
| № | Gн.у. | tн.у. | A | B | l | Σξ | Утечки |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3,04 | 250 | 350 | 1000 | 0 | 4,03 | Нет |
| 2 | Авт. | Авт. | 800 | 500 | 4 | 0,3 | Да |
| 3 | Авт. | Авт. | 800 | 500 | 3 | 0,3 | Да |
Полная таблица содержит 17 столбцов ввода и вспомогательные столбцы. Их можно свернуть кнопкой в интерфейсе.
Определение КМС. Рядом со столбцом
Σξв интерфейсе доступна ссылка на онлайн-калькулятор КМС КГАСУ. Калькулятор помогает подобрать КМС для отводов, тройников, переходов и других фасонных изделий сети.
Гравитационное давление#
Для систем с несколькими вертикальными участками строки добавляют через кнопку +, а итоговое гравитационное давление программа суммирует автоматически.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Температура 1, среда в воздуховоде | T1 = 250 °C |
| Температура 2, наружный воздух | T2 = 26 °C |
| Высота воздушного столба | hгр = -9,5 м |
| Гравитационное давление | Pгр = -47 Па |
| Режим | Значения температур и высоты вводятся вручную, гравитационное давление рассчитывается программой |
Данные для подбора вентилятора#
После заполнения таблицы участков программа рассчитывает итоговые параметры в блоке «Данные для подбора вентилятора». Именно по этим данным выбирают вентилятор на рабочую точку.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Массовый расход | G = 3,143 кг/с |
| Температура | t = 243 °C |
| Плотность | ρ = 0,684 кг/м³ |
| Объемный расход | Lv = 16 530 м³/ч |
| Потери давления при температуре среды | Pст = 282 Па |
| Гравитационное давление | Pгр = -47 Па |
| Потери с учетом гравитации | Pст.гр = 235 Па |
| Приведенное давление | Ps = 420 Па |
| Запас | k = 10 % |
| Приведенное давление с запасом | Ps,зап = 470 Па |
Практические примеры#
Три примера доступны в интерфейсе программы как встроенные шаблоны: вытяжная ПДВ 3-этажного здания, приточная ПДВ 3-этажного здания и вытяжная ПДВ 1-этажного здания.
Пример 1. Система ДВ, 3-этажное здание (Екатеринбург)#
Массовый расход 3,04 кг/с, температура дыма 250 °C, 4 участка. Итог - Ps с запасом 470 Па.
Условие задачи#
Задача. Рассчитать аэродинамическую сеть системы вытяжной противодымной вентиляции. Массовый расход удаляемых продуктов горения -
3,04 кг/с, температура -250 °C. Город - Екатеринбург.
В примере приняты:
- Система - вытяжная ПДВ.
- Город - Екатеринбург.
- Массовый расход -
3,04 кг/с. - Температура дыма -
250 °C. - Количество участков -
4.
Что задается в интерфейсе#
Разбивка на участки
| № | Описание | Комментарий |
|---|---|---|
| 1 | Открытый ППК-НЗ | Живое сечение 0,35 м² (A = 350, B = 1000). КМС клапана 4,03. |
| 2 | От открытого клапана до 1-го закрытого ППК-НЗ | Подсосы через закрытый клапан Sд20 = 14000. КМС тройника 0,3. |
| 3 | От 1-го до 2-го закрытого ППК-НЗ | Аналогично участку 2. |
| 4 | От 2-го закрытого ППК-НЗ до вентилятора | КМС канального клапана 0,41. |
Параметры гравитационного давления
| Поле | Значение | Комментарий |
|---|---|---|
| Температура 1 | 250 °C | Температура дыма |
| Температура 2 | 26 °C | Параметр Б для Екатеринбурга |
| Высота столба | -9,5 м | Знак -: гравитация помогает вентилятору |
| Запас | 10 % | Коэффициент запаса |
Таблица участков (ввод)
| № | Gн.у. | tн.у. | Kэ | A | B | l | Σξ | Утечки | Aкл | Bкл | Sд20 | Класс | tподс |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3,04 | 250 | 0 | 350 | 1000 | 0 | 4,03 | Нет | 0 | 0 | 0 | B | 20 |
| 2 | Авт. | Авт. | 0,1 | 800 | 500 | 4 | 0,3 | Да | 350 | 1000 | 14000 | B | 20 |
| 3 | Авт. | Авт. | 0,1 | 800 | 500 | 3 | 0,3 | Да | 350 | 1000 | 14000 | B | 20 |
| 4 | Авт. | Авт. | 0,1 | 800 | 500 | 3,5 | 0,41 | Да | 0 | 0 | 0 | B | 20 |
Результаты расчета#
| Параметр | Значение | Размерность |
|---|---|---|
| Массовый расход | 3,143 | кг/с |
| Температура | 243 | °C |
| Объемный расход | 16 530 | м³/ч |
| Потери давления при температуре среды | 282 | Па |
| Потери с учетом гравитации | 235 | Па |
| Приведенное давление Ps | 420 | Па |
Ps с запасом 10 % | 470 | Па |
Результат. Рабочая точка для подбора вентилятора:
16 530 м³/чпри470 Паприведенного давления с запасом.
Пример 2. Система ДП, 3-этажное здание (Екатеринбург)#
Массовый расход 3,86 кг/с, температура -32 °C, 4 участка. Итог - Ps с запасом 370 Па.
Условие задачи#
Задача. Рассчитать аэродинамическую сеть системы приточной противодымной вентиляции. Массовый расход воздуха, подаваемого в защищаемое помещение, -
3,86 кг/с. Город - Екатеринбург.
В примере приняты:
- Система - приточная ПДВ.
- Город - Екатеринбург.
- Массовый расход -
3,86 кг/с. - Температура воздуха -
-32 °C. - Количество участков -
4.
Что задается в интерфейсе#
Параметры гравитационного давления
| Поле | Значение | Комментарий |
|---|---|---|
| Температура 1 | 20 °C | Температура внутри здания |
| Температура 2 | -32 °C | Параметр Б для Екатеринбурга |
| Высота столба | +9,5 м | Гравитация мешает вентилятору |
| Запас | 10 % | Коэффициент запаса |
Таблица участков (ввод)
| № | Gн.у. | tн.у. | Kэ | A | B | l | Σξ | Утечки | Aкл | Bкл | Sд20 | Класс | tподс |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3,86 | -32 | 0 | 300 | 1000 | 0 | 5,43 | Нет | 0 | 0 | 0 | B | -32 |
| 2 | Авт. | Авт. | 0,1 | 700 | 500 | 4 | 0,4 | Да | 300 | 1000 | 14000 | B | -32 |
| 3 | Авт. | Авт. | 0,1 | 700 | 500 | 3 | 0,4 | Да | 300 | 1000 | 14000 | B | -32 |
| 4 | Авт. | Авт. | 0,1 | 700 | 500 | 3,5 | 0,41 | Да | 0 | 0 | 0 | B | -32 |
Результаты расчета#
| Параметр | Значение | Размерность |
|---|---|---|
| Массовый расход | 3,976 | кг/с |
| Температура | -32 | °C |
| Объемный расход | 9 760 | м³/ч |
| Потери давления при температуре среды | 370 | Па |
| Потери с учетом гравитации | 394 | Па |
| Приведенное давление Ps | 330 | Па |
Ps с запасом 10 % | 370 | Па |
Результат. Для приточной ПДВ гравитация мешает вентилятору, поэтому рабочая точка принимается
9 760 м³/чпри370 Па.
Пример 3. Система ДВ, 1-этажное здание (Москва)#
Температура дыма 200 °C, 5 участков, разветвленная сеть и напорный участок после вентилятора. Итог - Ps с запасом 570 Па.
Условие задачи#
Задача. Рассчитать аэродинамическую сеть системы вытяжной противодымной вентиляции для одноэтажного здания. Температура удаляемых продуктов горения -
200 °C. Город - Москва. Сеть разветвленная, расчет ведется по участку с наибольшим сопротивлением.
В примере приняты:
- Система - вытяжная ПДВ.
- Город - Москва.
- Температура дыма -
200 °C. - Сеть - разветвленная.
- Количество участков -
5.
Что задается в интерфейсе#
Разбивка на участки
| № | Описание | Комментарий |
|---|---|---|
| 1 | От входа до перехода | КМС сетки 1,32, перехода 0,25. |
| 2 | До тройника 1-го ответвления | КМС тройника 0,53. |
| 3 | До тройника 2-го ответвления | КМС тройника 0,41. |
| 4 | От 2-го ответвления до вентилятора | Без дополнительных местных сопротивлений. |
| 5 | От вентилятора до выброса, напорный участок | КМС клапана 0,1, выброса 1,32. Утечки не учитываются. |
Таблица участков (ввод)
| № | Gн.у. | tн.у. | Kэ | A | B | l | Σξ | Утечки | Класс | Fфас | tподс |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3 | 200 | 0,1 | 800 | 500 | 20 | 1,57 | Да | B | 2 | 200 |
| 2 | Авт. | Авт. | 0,1 | 1000 | 800 | 1 | 0,53 | Да | B | 0 | 200 |
| 3 | Авт. | Авт. | 0,1 | 1000 | 800 | 5 | 0,41 | Да | B | 0 | 200 |
| 4 | Авт. | Авт. | 0,1 | 1000 | 800 | 10 | 0 | Да | B | 0 | 200 |
| 5 | Авт. | Авт. | 0,1 | 900 | 0 | 3 | 1,42 | Нет | B | 0 | 200 |
Температура подсоса. Температура подсасываемой среды принимается равной температуре дыма
200 °C, так как система целиком находится в задымленном помещении.
Результаты расчета#
| Параметр | Значение | Размерность |
|---|---|---|
| Массовый расход | 9,014 | кг/с |
| Температура | 200 | °C |
| Объемный расход | 43 490 | м³/ч |
| Потери давления при температуре среды | 315 | Па |
| Потери с учетом гравитации | 315 | Па |
| Приведенное давление Ps | 510 | Па |
Ps с запасом 10 % | 570 | Па |
Результат. Для одноэтажного здания гравитационное давление равно
0, а на напорном участке после вентилятора утечки не учитываются. Рабочая точка:43 490 м³/чпри570 Па.
Расчетные зависимости (справочно)#
Свойства среды и сечения#
| Зависимость | Что определяет |
|---|---|
| \(ρ = \frac{353}{273 + t}\) | Плотность воздуха в кг/м³ при температуре t. |
| \(D_{экв} = \frac{2 \cdot A \cdot B}{A + B}\) | Эквивалентный диаметр прямоугольного сечения. Для круглого Dэкв = A. |
| \(v = \frac{G}{ρ \cdot S}\) | Скорость воздуха на участке. |
Потери давления#
| Зависимость | Что определяет |
|---|---|
| \(P_{дин} = \frac{ρ \cdot v^{2}}{2}\) | Динамическое давление, Па. |
| \(λ = 0{,}11 \cdot \left(\frac{K_{э}}{D_{экв}} + \frac{68}{Re}\right)^{0{,}25}\) | Коэффициент трения, формула типа Колбрука-Уайта. |
| \(R \cdot l = \frac{λ \cdot P_{дин}}{D_{экв}} \cdot l\) | Потери давления по длине участка, Па. |
| \(z = \sum ξ \cdot P_{дин}\) | Потери давления в местных сопротивлениях, Па. |
Итоговые параметры#
| Зависимость | Что определяет |
|---|---|
| \(P_{гр} = 9{,}81 \cdot h_{гр} \cdot (ρ_{2} - ρ_{1})\) | Гравитационное давление, Па. При отрицательном hгр гравитация помогает вентилятору. |
| \(P_{s} = P_{ст} \cdot \frac{1{,}205}{ρ}\) | Приведенное статическое давление вентилятора при ρ = 1,205 кг/м³, Па. |
| \(P_{s,зап} = P_{s} \cdot \left(1 + \frac{k}{100}\right)\) | Приведенное давление с запасом k, Па. |
Дополнительные материалы#
Логика аэродинамического расчета: начало работы
Как начать расчет, разбить сеть на участки, заполнить таблицу и получить данные для подбора вентилятора.
Расчет дымоудаления автостоянки: пример аэродинамического расчета
Практический пример аэродинамического расчета системы вытяжной противодымной вентиляции для подземной автостоянки.
Литература#
СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности».
С изменениями.
МД.137-13 «Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий: методические рекомендации».
СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
Классы герметичности воздуховодов.
Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
М., «Энергия», 1977.