سرعة الهواء في القناة: الصيغ، والحسابات، والمعايير

إذا سألتني عن سرعة الهواء المطلوبة في القناة، فسأجيبك – من 0.3 إلى 30.0 م/ثتعتمد القيمة على نوع التهوية والمكونات والعوامل التشغيلية.

سأتناول في هذه المقالة تأثير مساحة مقطع القناة على معدلات تدفق الهواء. سأستعرض أنظمة التهوية الطبيعية والميكانيكية للمباني السكنية والعامة والصناعية. كما سأجيب على الأسئلة الشائعة.

تأثير المقطع العرضي للقناة على سرعة الهواء

يؤثر حجم وشكل قناة التهوية على سرعة تدفق الهواء في أنظمة التهوية. وغالبًا ما يُشار إلى هذه المعايير مجتمعةً باسم المقطع العرضي.

يقوم المهندسون الذين يطورون مشروع تهوية أولاً بالتفكير في تخطيط الأسلاك الداخلية داخل مساحة المبنى وحساب طول كل قسم.

يؤثر طول القنوات وعدد الانحناءات ذات الأقطار المختلفة على تدفق الهواء في قناة شبكة المرافق. وباستخدام مخطط ومعدلات التدفق المحددة لكل قسم، يحدد المهندسون المقطع العرضي للقناة.

قنوات التهوية عبارة عن وصلات دائرية ومستطيلة الشكل. وتُعدّ الصفائح المعدنية المجلفنة من المواد الشائعة الاستخدام. كما تُنتج الشركات المصنعة قنوات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والبلاستيك.

في المباني الشاهقة القديمة، تُصنع قنوات المرافق العامة من الطوب، والطوب الخرساني، والجص، والبناء المكشوف. وتُستخدم قنوات المطاط في تطبيقات محددة.

يُتيح استخدام مواد مختلفة تصميم قنوات التهوية بما يتناسب مع ظروف التشغيل. كما أن الأنبوب البلاستيكي الممتد من شفاط المطبخ يُضفي لمسة جمالية.

تُعد القنوات المعدنية مناسبة للمناطق ذات الأحمال التشغيلية والميكانيكية الخارجية العالية.

لكل من البلاستيك والفولاذ المجلفن والفولاذ المقاوم للصدأ وغيرها من المواد تصنيف خاص بها لخشونة السطح. ويؤثر هذا التصنيف على سرعة حركة الهواء.

يأخذ المهندسون في الاعتبار خشونة الجدران الداخلية لقناة التهوية. البيانات الجدولية اللازمة للحسابات متاحة مجاناً.

قنوات هواء مستطيلة

صُممت القنوات المستطيلة لتطبيقات محددة. ويعود استخدامها المحدود إلى عاملين:

1. تتميز القناة المستطيلة بخصائص ديناميكية هوائية منخفضة.
2. بالمقارنة مع الأنبوب الدائري، فإن تصنيع القناة المستطيلة أكثر صعوبة وتكلفة.

يتحمل الصندوق المستطيل ضغطًا أقل من الأنبوب الدائري. وتكمن ميزته في أن جدرانه المسطحة تسمح بتمرير القنوات تحت بطانة السقف أو داخل فتحات التهوية الضيقة.

تخطيط القناة المستطيلة

يتم تنظيم الحجم القياسي للأجزاء المشكلة GOST R 70349-2022عند تصميم أنظمة التهوية باستخدام قنوات مستطيلة ذات مقاطع عرضية غير قياسية، يجب ألا تتجاوز نسبة أبعاد قنوات الهواء 1:4. أما بالنسبة لأنظمة التهوية الطبيعية، فإن نسبة أبعاد القنوات المستطيلة تقتصر على 1:2.

عند تصميم أنظمة التهوية، يحدد المهندسون سرعة الهواء المسموح بها بناءً على العوامل التالية:

• المستوى المسموح به للضوضاء الديناميكية الهوائية وفقًا لـ SP 51.13330.2011؛
• المؤشر المسموح به لفقدان ضغط التشغيل في شبكة التهوية.

يتم حساب سرعة الهواء في قناة مستطيلة باستخدام الصيغة التالية: V = L x 1,000,000 / (3600 x W x H).

بمعنى ل استبدل معدل تدفق الهواء المحدد في المشروع لمنطقة معينة، مقاسًا بالمتر المربع.³القيمة /ساعة هل – عرض وارتفاع جدران القناة المستطيلة (مم).

قنوات تهوية دائرية

تتميز قنوات التهوية الدائرية بأنها أكبر حجماً من القنوات المستطيلة، مما يجعل تركيبها أكثر صعوبة. يشغل نظام المرافق مساحة أكبر ولكنه يوفر أداءً ديناميكياً هوائياً أفضل.

مستوى ضوضاء تدفق الهواء أقل مقارنةً بالقناة المستطيلة. كما أن القناة الدائرية تتحمل ضغطًا داخليًا وأحمالًا ميكانيكية خارجية أكبر من القناة المستطيلة.

تتميز تقنية القنوات الأسطوانية بانخفاض تكلفة تصنيعها، كما أن تركيب الأنابيب أسهل بفضل تثبيتها على هياكل المباني. وقد ساهمت هذه المزايا التشغيلية في جعل المكونات ذات الشكل الدائري شائعة الاستخدام في أنظمة التهوية.

عند إجراء حسابات التهوية للقنوات المستطيلة، ولكن يُسمح باستخدام الأنابيب المستديرة، يتم استخدام مصطلح القطر المكافئ.

يتم تحديد إمكانية استبدال قنوات الهواء ذات الأشكال والأقطار المختلفة من خلال: D = 2AB/(A + B)تمثل قيم A و B أضلاع صندوق مستطيل (العرض والارتفاع).

اقرأ أيضاً:

تهوية المنزل الخاص: الحسابات، والخصائص، والتركيب

كم مرة يجب تنظيف غرف التهوية؟

بالنسبة للقناة المستطيلة، يشير مصطلح "المكافئ" إلى القطر الاسمي للقناة الذي تتساوى عنده خسائر ضغط التشغيل الناتجة عن الاحتكاك. ولتجنب حسابات التبادل المعقدة، يُفضل استخدام الأنابيب الدائرية عند تصميم أنظمة التهوية.

تُحسب المعاملات الديناميكية الهوائية لشبكات المرافق باستخدام برامج متخصصة، بالاعتماد على بيانات جدولية من المراجع. وتستند حسابات الضغط الديناميكي إلى مخططات بيانية بهامش خطأ يتراوح بين 3 و5%.

الصيغة الرياضية لسرعة الهواء في قناة دائرية هي كما يلي: V = L × 4 × 1,000,000 / (3600 × 3.14 × d²).

تمثل القيمة L معدل تدفق الهواء المحدد في المشروع لجزء من خط الأنابيب، ويتم قياسه بالمتر المكعب.³/ساعة. تشير القيمة d إلى القطر الداخلي للأنبوب.

قنوات تهوية تعمل بالحث الطبيعي والميكانيكي

تتراوح سرعات تدفق الهواء في شبكات التهوية بين 0.3 و 30.0 متر/ثانية. ويتم نقل الهواء ميكانيكياً أو طبيعياً. وقد وُضعت معايير التهوية بناءً على المساحة المحددة، والمساحة، وعدد الأشخاص الموجودين.

لا توفر الوثائق التنظيمية أرقاماً دقيقة للحفاظ على سرعة شبكة التهوية الموصى بها.

يتم تحديد هذه المعلمة من قبل المهندسين أثناء تطوير المشروع وتعتمد على:

• فئات الهياكل المعمارية؛
• الغرض المقصود من المبنى والمباني المنفصلة؛
• المقطع العرضي ومادة قنوات التهوية؛
• وجود عازل لقنوات التهوية؛
• عدد العناصر المشكلة؛
• وجود وحدات الضبط والتحكم في السرعة، وكميتها.

تُؤخذ العوامل الثانوية الخاصة بجهاز التهوية في الاعتبار.

قنوات التهوية الطبيعية

تعمل أنظمة التهوية الطبيعية على تحريك تيارات الهواء وفقًا لقوانين الفيزياء دون استخدام المراوح. وتنشأ هذه الدورة بفعل فروق درجات الحرارة والضغط.

نظام تهوية منزل مكون من طابقين

يتم توجيه الهواء الدافئ داخل الغرفة إلى الأعلى ثم يُطرد عبر قناة التهوية إلى الخارج. أما الهواء البارد فيدخل الغرفة عبر فتحة سحب الهواء الموجودة في الجزء السفلي من الجدار.

كانت قنوات التهوية الطبيعية تُركّب سابقاً في المباني السكنية القديمة. أما الآن، فهي تُستخدم في المنازل الخاصة وغرف المرافق.

تعتمد سرعة حركة الهواء على العوامل الطبيعية أكثر من اعتمادها على التأثير البشري. في الطقس الهادئ، قد ينعدم تيار الهواء أو ينعكس اتجاهه.

لم يتم وضع أي وثائق تنظيمية. توجد كتب مرجعية تقدم توصيات بشأن معايير سرعة الهواء في القنوات ذات السحب الطبيعي:

1. تتمتع شبكات الرياح المزودة بموجه وضغط يتراوح بين 5-6 باسكال بنطاق سرعة يتراوح بين 1-1.5 متر/ثانية.
2. شبكات الجاذبية عند اختلافات درجات الحرارة 5^ياC وضغط 3-4 باسكال يكون نطاق السرعة من 0.5 إلى 1.5 متر/ثانية.

داخل فتحات التهوية المشتركة للمباني المكونة من 4 إلى 12 طابقًا، عند ضغط 6 باسكال، تصل سرعة الهواء الطبيعية في القناة إلى 2 متر/ثانية. وتُبين الجداول نطاقات السرعة لأقسام التهوية الأخرى.

لا تتضمن الكتب المرجعية توصيات بشأن معدلات تدفق الهواء للمباني الشاهقة التي يزيد عدد طوابقها عن 12 طابقًا وفرق درجة حرارة يبلغ 6^ياج- يقوم المهندسون بحساب المؤشر بشكل فردي باستخدام مخطط موسع.

قنوات التهوية الميكانيكية

يُطلق على نظام التكييف الذي يُحرّك فيه الهواء بقوة المراوح اسم نظام التكييف القسري أو الميكانيكي. وتعتمد سرعة تدفق الهواء على قدرة المحرك ومساحة مقطع قنوات الهواء. ولا يؤثر المحيط بشكل كبير على شدة حركة الهواء الميكانيكية.

تُعدّ شبكات المرافق مطلوبة بشدة للمباني السكنية الجديدة متعددة الوحدات والمنازل الخاصة. أما أنظمة التهوية الميكانيكية فتُصمّم للمؤسسات والمباني العامة والمزارع الزراعية.

من بين الطريقتين لتحديد سرعة الهواء، تعتبر طريقة الضغط الديناميكي البسيطة تقريبية.

قنوات تهوية للمباني ذات الأغراض المختلفة

لا يُحدد الاسم العام للمبنى المعماري الغرض المقصود منه. ويُعتبر المبنى السكني مبنىً خاصاً أو مبنىً متعدد الشقق.

يمكن أن يضم المبنى العام مكتباً أو متجراً أو مكتبة. ويقوم المهندسون بتصميم أنظمة التهوية لكل مبنى بناءً على غرضه المحدد.

المباني السكنية والعامة

يتناسب مستوى الضوضاء الديناميكية الهوائية طرديًا مع سرعة الهواء في القنوات. ويُحسب مستوى قدرة الصوت باستخدام الصيغة التالية: Lw = 10 + 50 log (v) + 10 log (A). حيث v هي سرعة الهواء (م/ث)، و A هي مساحة المقطع العرضي لقناة التهوية.

تتمثل مهمة مهندس التصميم في تحديد معدلات تدفق الهواء داخل القنوات لضمان توفير نظام التهوية لتبادل الهواء المطلوب دون تجاوز مستوى الضوضاء الديناميكية الهوائية المسموح به. ويُؤخذ موقع نظام التهوية في الاعتبار.

لنأخذ مساحة سكنية كمثال. معدل تدفق الهواء الموصى به داخل الصناديق المستطيلة تحت السقف المعلق هو 5 م/ثإذا تم وضع القنوات في جميع أنحاء الغرفة، فسيتم تقليل المؤشر إلى 2 م/ثبالنسبة لقنوات التهوية الدائرية، يُنصح باستخدام قيم سرعة أخرى – 3 و 4 م/ث على التوالى.

باستخدام مبنى عام كمثال، مثل متجر أو فصل دراسي أو قاعة اجتماعات، فإن معدل تدفق الهواء الموصى به داخل قنوات مستطيلة تحت سقف معلق هو 8 م/ثبالنسبة للقنوات الممتدة في جميع أنحاء المبنى، يتم تخفيض القيمة إلى 7 م/ثبالنسبة لقنوات الهواء الدائرية، فإن قيم السرعة الموصى بها هي: 8 و 6 م/ث على التوالى.

المستودعات والإنتاج

تم تصميم نظام تهوية المستودعات ومرافق الإنتاج ليكون ميكانيكياً. ولا توجد قيود على سرعة الهواء.

يجب ألا يتجاوز مستوى الصوت الديناميكي الهوائي الناتج عن التدفقات، بالإضافة إلى الضوضاء الصناعية، المعايير المحددة. تتوفر أمثلة مقترحة مجانًا ويمكن الاطلاع عليها في الجدول.

الأنظمة والتطلعات المحلية

عندما تتجاوز تركيزات الغبار في الأنظمة المحلية وأنظمة التهوية 0.01 كجم/كجم، يقوم المهندسون بحساب قنوات الهواء باستخدام طريقة الضغط الديناميكي. وفي الحالات الأخرى، تُستخدم طريقة سرعة الهواء المسموح بها، بناءً على سرعة الهواء المثلى.

تحافظ الأنظمة المحلية وأنظمة السحب عادةً على حركة هواء عالية السرعة. أما الشبكات القصيرة فلها عدد محدود من العقد التي تُحدث مقاومة.

تُحافظ سرعة الهواء على مستوى أعلى من سرعة جزيئات المواد المنقولة، مما يمنع تراكم الرواسب على جدران القناة. ويتراوح متوسط ​​سرعة الهواء بين 15 و30 مترًا في الثانية.

للحصول على حسابات دقيقة، يستخدم المهندسون الكتب والجداول المرجعية الخاصة بأقسامهم.

تهوية الدخان

يبلغ متوسط ​​معدل تدفق هواء التهوية للدخان 15-20 متر/ثانية. وقد تم حساب هذا الرقم لمزيج الهواء والدخان.

تُؤخذ درجة حرارة غازات الاحتراق في كل قسم من أقسام الشبكة بعين الاعتبار. ويستخدم المهندسون الكتب المرجعية والجداول الجاهزة لحساب معدلات تدفق الكتلة.

كيف ترتبط السرعة بأداء التهوية؟

يجب أن تضمن شبكة التهوية تبادلًا كافيًا للهواء داخل المبنى دون التسبب في إزعاج شاغليه نتيجة مستويات الضوضاء المفرطة. وقد وُضعت معايير صحية لضمان الأداء العالي لشبكة المرافق.

تبلغ سرعة الهواء الداخلية الموصى بها 0.3 متر/ثانية. ويُسمح بتجاوز هذا المعيار بنسبة تصل إلى 30% أثناء أعمال التجديد. عادةً ما تحتوي المستودعات الكبيرة ومرافق الإنتاج والمرائب على نظامي تهوية لتوزيع الحمل بالتساوي.

مثال على الحد الأدنى والحد الأقصى لمستويات الضوضاء في المستشفيات: خلال النهار – 35-50 ديسيبل، وفي الليل – 25-40 ديسيبل. بالنسبة للمباني السكنية، يتم تحديد عتبات أخرى: خلال النهار – 40-55 ديسيبل، ليلاً – 30-45 ديسيبل.

إضافةً إلى موجات الضوضاء، قد تُسبب الاهتزازات الناتجة عن قنوات التهوية شعوراً بعدم الراحة. وقد يحدث ذلك بسبب وصلات غير مُحكمة، أو قنوات ضيقة، أو عوامل أخرى.

مع ازدياد سرعة حركة الهواء، يزداد اهتزاز النظام إذا تم تصميم الهيكل أو تركيبه بشكل غير صحيح.

توجد معايير القيم المسموح بها للاهتزازات المحلية في الكتب المرجعية للمتخصصين الذين يصممون ويشغلون شبكات التهوية النهائية.

يؤثر معدل تدفق الهواء على معدل تبادل الهواء داخل الغرفة في وحدة الزمن. ويتم حساب هذه المعلمة باستخدام الصيغة التالية: N=V/Wتمثل قيمة V حجم الهواء النظيف الذي يدخل الغرفة في ساعة واحدة. أما قيمة W فتمثل حجم الغرفة نفسها.

تتوفر معايير التعددية الجاهزة لأنواع مختلفة من المرافق في جداول. لنأخذ حمامًا مشتركًا كمثال. يتم استبدال 50 مترًا مكعبًا في الساعة.³ الهواء، ومعدل التدفق في قنوات الهواء يضمن تحقيق المعيار القياسي.

إجابات على الأسئلة الشائعة

مواد الفيديو