Конструирование и аэродинамический расчет естественной вытяжной канальной вентиляции

Вентиляция - это обмен воздуха в помещении для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ с целью обеспечения допустимых метеорологических условий чистоты воздуха. По способу перемещения воздуха системы вентиляции делятся на естественные и механические (искусственные).

В жилых зданиях массовой застройки традиционно выполняется естественная вытяжная вентиляция, которая работает следующим образом: загрязненный воздух удаляется по вентиляционным каналам в атмосферу, а наружный воздух поступает через неплотности окон. Каждое вентилируемое помещение в жилых зданиях высотой до 5 этажей обслуживается самостоятельным вытяжным каналом.

Система естественной вытяжной вентиляции состоит из вертикальных каналов с отверстиями, закрытыми вентиляционными решетками, сборных горизонтальных воздуховодов, вытяжной шахты с зонтом. На шахте возможна также установка дефлектора - устройства, использующего давление ветра для усиления тяги из вентсистемы. Вентиляционные решетки монтируются для архитектурного оформления входных отверстий вертикальных вентканалов. Вентиляционные каналы устраивают во внутренних кирпичных стенах. Минимальный размер таких каналов ½ ×½ кирпича (140х140) мм. Толщина стенок канала принимается не менее ½ кирпича. Вентблоки и вентиляционные панели изготавливают с индивидуальными каналами круглого, прямоугольного и овального сечения для каждого этажа (рис. 15).

Рис. 15. Устройство вентиляционных каналов: а) во внутренних кирпичных стенах; б) с использованием вентиляционных панелей

В пределах одной квартиры допускается осуществлять удаление воздуха одним каналом с подключением к нему следующих помещений [3]): а) кухня, ванная или душевая; б) уборная, ванная или душевая.

Воздухообмен квартиры должен быть не менее одной из двух величин: суммарной нормы вытяжки из туалетов, ванных комнат и кухни, или нормы притока, равной 3 м³/ч на 1м² жилой площади квартиры. Нормируемые воздухообмены приведены в [3] приложение В, табл. В.1 (приложение 3 методических указаний).

Радиус действия естественной системы вентиляции (от оси вытяжной шахты до оси наиболее удаленного отверстия) принимают не более 10 м [4].

Движение воздуха в каналах, воздуховодах и шахте происходит под действием естественного давления, возникающего вследствие разности удельных весов холодного наружного и теплого внутреннего воздуха в помещении:

, Па (27)

где h_В – расстояние по вертикали от центра вытяжного отверстия (0,2-0,5 м от потолка помещения) до устья вытяжной шахты, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

- удельный вес наружного воздуха для температуры воздуха +5^оС, кг/м³;

– плотность, кг/м³, воздуха вентилируемого помещения, определяемая по формуле (10).

Для обеспечения нормальной работы естественной вытяжной системы вентиляции необходимо увязать потери давления на трение и в местных сопротивлениях при движении воздуха с располагаемым естественным давлением, т.е. произвести аэродинамический расчет системы.

Сначала определяют воздухообмены L, м3/ч для вентилируемых помещений; предварительные сечения каналов и их количество; компонуют вентиляционную систему.

Предварительные сечения каналов определяют по формуле:

F = , м² (28);

где W- скорость воздуха в канале, м/с; (0,4-0,6)м/с - для вертикальных каналов верхнего этажа [4];

Последовательность расчета.

1. Выбирают расчетную ветвь системы вентиляции через вентиляционный канал верхнего этажа как наиболее неблагоприятно расположенный по отношению к вытяжной шахте. Определяют естественное давление для расчетной ветви по формуле (27).

2. Уточняют скорость движения воздуха в канале по принятому сечению канала:

W = , м/с (29)

3. Находят эквивалентный по трению диаметр канала для прямоугольного сечения:

d_ЭКВ = , мм (30)

где а, b - размеры сторон прямоугольного канала, мм.

4. Зная эквивалентный диаметр канала и скорость движения воздуха, определяют потери давления на трение R, Па на 1 погонный метр и динамическое давление h_Д, Па, используя номограмму для расчета круглых стальных воздуховодов [6, рис. 14.9].

5. Определяют потери давления на трение на участке:

Р_Т= R· l· , Па (31)

где l- длина участка, м;

- коэффициент шероховатости, определяемый по [6, табл.14.3].

6. Определяют потери на трение в местных сопротивлениях, зная h_Д и сумму коэффициентов местных сопротивлений [6]:

, (32)

7. Находят суммарные потери давления на участке и сравнивают с естественным давлением. Необходимо, чтобы выполнялось условие: (запас 10-15%). Если условие выполняется, то предварительно полученные площади сечения каналов принимаются как окончательные, если нет – площадь сечения каналов следует изменить (увеличить или уменьшить) и произвести перерасчет.

ПРИМЕР 6. Произвести аэродинамический расчет естественной вытяжной канальной системы вентиляции кухни. Жилая площадь квартиры FЖК=30м2. В кухне установлена четырехкомфорочная газовая плита. В квартире имеется ванная и индивидуальная уборная. Схема системы вентиляции изображена на рис. 16. Вентиляционные каналы расположены в кирпичной стене и выводятся на крышу раздельными каналами. Расстояния по вертикали между центром вытяжного отверстия и устьем вытяжной шахты для вентканала на первом этаже h1 и для вентканала на 2 этаже h2 показаны на схеме. Температура воздуха в кухне tВ=18оC.

Рис. 16. Схема системы вентиляции

Решение. Необходимые воздухообмены (приложение 3 методических указаний) кухни L_К=90м3/ч, санузла L_СУ =25м3/ч, ванной L_В =25м3/ч.

Воздухообмен по величине жилой площади квартиры:

L_ЖК =3 · F_ЖК=3·30=90 м³/ч

Суммарное количество воздуха, уходящего и кухни L_К, ванной L_В, санузла L_СУ, должно быть не менее необходимого воздухообмена жилых комнат квартиры:

L_К + L_В + L_СУ L_ЖК

90 + 25 + 25 90

140 90 – условие выполняется.

Предварительные сечения каналов по формуле (28):

F = м²

Принимаем размер каналов ½×1 кирпича (140х270) мм. Площадь принятого канала F=0,14·0,27=0,0378 м²

Действительная скорость в канале:

W= м/с

Плотности наружного и внутреннего воздуха по формуле (10):

; .

Естественное давление для каналов каждого этажа по формуле (27).

Для II этажа _DР_еII =2,5·9,81·(1,27-1,213)=1,4 Па.

Для I этажа _DР_еI = 5,5·9,81·(1,27-1,213)=3,08 Па.

Расчетную ветвь системы вентиляции выбираем через канал II этажа, как наиболее неблагоприятно расположенного (_DР_еII<_DР_еI). Расчет сведен в таблицу 8.