Методология аэродинамического анализа вентиляционных систем

Методология аэродинамического анализа

В последние десятилетия планировка зданий становится все более сложной, а средняя высота строений стабильно увеличивается. Многоэтажные объекты уже давно вышли за рамки единичных архитектурных проектов и превратились в стандарт экономически выгодного освоения городской или производственной территории. Подобные преобразования делают критически важным проведение аэродинамического расчёта, без которого невозможно грамотно спроектировать эффективную систему вентиляции или кондиционирования для сложных или высоких объектов.

Аэродинамический расчет воздуховодов необходим при организации сложных вентиляционных сетей, где требуется воспроизвести характеристики турбулентных воздушных потоков и сопутствующие им процессы. 

Для анализа вентиляционной сети важно учитывать три типа давления, возникающие внутри воздуховодов: статическое, динамическое и полное. Статическое давление отображает энергию покоя потока в конкретном сечении канала; динамическое давление связано с движением воздуха и описывает его кинетическую энергию. Полное давление формируется как сумма двух перечисленных составляющих и характеризует общий энергетический потенциал воздушного потока в системе. Владение данными понятиями необходимо для грамотного проектирования и эксплуатации вентиляционных комплексов.

Уменьшение давления в вентиляционной сети возникает вследствие сил трения, действующих между воздушным потоком и внутренней поверхностью каналов, а также за счёт локальных сопротивлений в отдельных элементах трассы. К числу таких участков относят повороты, ответвления, слияния потоков, а также размещённое в системе оборудование. Суммарная потеря давления по всей системе рассчитывается путём сложения всех последовательных потерь на разных участках основного канала, а также учёта сопротивлений приборов (фильтров, калориферов, шумоглушителей и других элементов).

Аэродинамический расчет начинают с определения требуемых объёмов воздухообмена для каждого обслуживаемого пространства, а также с прокладывания полного маршрута вентиляционных каналов. Все структурные элементы, включая фасонные детали, отражают на аксонометрической схеме вентиляционной сети. Благодаря этому этапу выделяют основную, наиболее длинную и нагруженную магистраль, вдоль которой и производят ключевые вычисления. Помимо стандартной прямой задачи подбора системы, часто становится актуальной и обратная задача: оценка реальных расходов воздуха при уже существующих сечениях каналов, что незаменимо при анализе работы и поиске неисправностей в эксплуатируемых объектах.

Последовательность выполнения аэродинамического расчета

Расчётный процесс аэродинамического анализа вентиляционной сети осуществляется в чёткой, строго регламентированной последовательности для получения корректных и воспроизводимых результатов. Выполнение расчёта предусматривает прохождение ряда этапов, следование которым обеспечивает максимальную точность итоговых данных.

1. На аксонометрической схеме выделяют отдельные расчетные отрезки, для каждого из которых определяют объем подаваемого воздуха.
2. Определяют основную, наиболее длинную и загруженную протяженность каналов — магистраль, отслеживая размещение всего оборудования, способствующего дополнительным потерям давления.
3. Проводят поэтапную нумерацию магистральных участков начиная от наиболее удаленного по воздухообеспечению; сведения о длине, расходе и номере фиксируются в расчетной таблице.
4. Рассчитывают и выбирают габариты поперечного сечения каждого элемента основной линии с учетом требуемого расхода воздуха и нормативной скорости потока.
5. На каждом участке сети определяют реальную скорость воздушного потока исходя из подобранного сечения.
6. Выполняют расчет потерь давления по причине трения на каждом отдельном отрезке канала.
7. Производят вычисление величины динамического давления воздушного потока.
8. Определяют все зоны с местными гидравлическими сопротивлениями, устанавливая их коэффициенты и рассчитывая значения дополнительных потерь.
9. Подсчитывают итоговые потери давления на каждом расчетном фрагменте сети.
10. Получают полное значение потерь давления по системе, суммируя полученные значения по всей магистрали с учётом оборудования.
11. Производят согласование второстепенных или параллельных ветвей вентиляции, чтобы величины потерь по данным направлениям не выходили за допустимые пределы относительно главной магистрали.

Грамотно проведённый аэродинамический расчет воздуховодов (пример расчёта часто используют для анализа сложных систем) позволяет максимально точно учесть все значимые параметры эксплуатационных условий и заблаговременно спрогнозировать работу даже самых разветвлённых вентиляционных схем. В современных зданиях неисправности и неполадки вентиляции встречаются достаточно часто, поэтому именно аэродинамический анализ служит основным инструментом для поиска и устранения проектных ошибок как на стадии эксплуатации, так и в процессе технической диагностики ранее введённых систем.

В процессе проектирования систем вентиляции крайне важно учитывать условия и характер технологических операций, происходящих внутри обслуживаемого объекта. Универсальные вентиляционные комплексы, как правило, устанавливаются в жилых зданиях, сооружениях общественного назначения, а также в производственных помещениях, относящихся к категориям В1 и В2 по признаку пожарной опасности. Для обеспечения безопасности в аварийных ситуациях всегда проектируются отдельные вентиляционные линии, имеющие самостоятельную сеть воздуховодов. Кроме того, на предприятиях промышленного профиля может предусматриваться организация воздушного душирования — это специальные системы, локально подающие очищенный воздух непосредственно к рабочим зонам, где возможны высокие уровни загрязнения атмосферной среды.