Prędkość powietrza w kanale: wzory, obliczenia, normy

Pytasz jaka powinna być prędkość powietrza w kanale, odpowiem – od 0,3 do 30,0 m/sWartość ta zależy od rodzaju wentylacji, komponentów i czynników operacyjnych.

W tym artykule omówię wpływ przekroju poprzecznego kanału na natężenie przepływu powietrza. Przyjrzę się systemom wentylacji naturalnej i mechanicznej w budynkach mieszkalnych, publicznych i przemysłowych. Odpowiem również na często zadawane pytania.

Wpływ przekroju poprzecznego kanału na prędkość powietrza

Rozmiar i kształt kanału wpływają na prędkość przepływu powietrza w systemach wentylacyjnych. Te parametry kanału wentylacyjnego są często zbiorczo nazywane jego przekrojem poprzecznym.

Inżynierowie opracowujący projekt wentylacji najpierw zastanawiają się nad rozmieszczeniem okablowania wewnętrznego w przestrzeni budynku i obliczają długość każdej sekcji.

Długość kanałów i liczba zagięć o różnej średnicy wpływają na przepływ powietrza w kanale sieci energetycznej. Inżynierowie określają przekrój poprzeczny kanału, korzystając z diagramu i określonych wartości przepływu dla każdego odcinka.

Kanały wentylacyjne to kształtki o kształcie okrągłym i prostokątnym. Powszechnie stosowanym materiałem jest blacha ocynkowana. Producenci wytwarzają również kanały ze stali nierdzewnej i tworzywa sztucznego.

W starszych, wysokich budynkach, typowe kanały kablowe są wykonane z cegły, żużlobetonów, tynku i surowego muru. W określonych zastosowaniach stosuje się kanały gumowe.

Zastosowanie różnych materiałów pozwala na dopasowanie kanałów wentylacyjnych do warunków pracy. Plastikowa rura biegnąca od okapu kuchennego jest estetyczna.

Kanały metalowe nadają się do stosowania w miejscach o dużym obciążeniu eksploatacyjnym i mechanicznym.

Plastik, stal ocynkowana, stal nierdzewna i inne materiały mają własną klasę chropowatości powierzchni. Ta klasa wpływa na prędkość przepływu powietrza.

Inżynierowie uwzględniają chropowatość wewnętrznych ścianek kanałów wentylacyjnych. Dane tabelaryczne do obliczeń są ogólnodostępne.

Kanały wentylacyjne prostokątne

Kanały prostokątne są projektowane do konkretnych zastosowań. Ich ograniczone zastosowanie wynika z dwóch czynników:

1. Kanał prostokątny ma słabe właściwości aerodynamiczne.
2. W porównaniu z rurą okrągłą, kanał prostokątny jest trudniejszy i droższy w produkcji.

Prostokątna skrzynka wytrzymuje mniejsze ciśnienie niż rura okrągła. Zaletą jest to, że płaskie ścianki pozwalają na prowadzenie przewodów pod sufitem lub w wąskich szybach wentylacyjnych.

Układ kanału prostokątnego

Standardowy rozmiar kształtowanych części jest regulowany GOST R 70349-2022Projektując systemy wentylacyjne z wykorzystaniem kanałów prostokątnych o niestandardowych przekrojach, współczynnik kształtu kanałów wentylacyjnych nie powinien przekraczać 1:4. W przypadku systemów wentylacji naturalnej współczynnik kształtu kanałów prostokątnych jest ograniczony do 1:2.

Projektując wentylację, inżynierowie określają dopuszczalną prędkość powietrza na podstawie następujących czynników:

• dopuszczalny poziom hałasu aerodynamicznego zgodnie z SP 51.13330.2011;
• dopuszczalny wskaźnik strat ciśnienia roboczego w sieci wentylacyjnej.

Prędkość powietrza w kanale prostokątnym oblicza się według wzoru: V = Dł. x 1 000 000 / (3600 x szer. x wys.).

Pod znaczeniem L zastąp natężenie przepływu powietrza określone w projekcie dla konkretnego obszaru, mierzonego w m³/godzina. Wartość WH – szerokość i wysokość ścian kanału prostokątnego (mm).

Kanały wentylacyjne okrągłe

Okrągłe kanały wentylacyjne są większe niż prostokątne, co utrudnia ich montaż. System mediów zajmuje więcej miejsca, ale oferuje lepsze właściwości aerodynamiczne.

Poziom hałasu przepływającego powietrza jest niższy w porównaniu z kanałem prostokątnym. Kanał okrągły wytrzymuje większe ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne obciążenia mechaniczne niż kanał prostokątny.

Technologia kanałów cylindrycznych jest tańsza w produkcji. Rury są łatwiejsze w montażu poprzez mocowanie ich do konstrukcji budynku. Te zalety operacyjne sprawiły, że elementy o okrągłym kształcie stały się popularne w systemach wentylacyjnych.

Jeżeli obliczenia wentylacyjne przeprowadzane są dla kanałów prostokątnych, ale dopuszczalne jest stosowanie rur okrągłych, stosuje się pojęcie średnicy równoważnej.

Wymienność kanałów wentylacyjnych o różnych kształtach i średnicach jest uwarunkowana: D = 2AB/(A + B)Wartości A, B to boki prostokątnego pudełka (szerokość i wysokość).

Przeczytaj także:

Wentylacja nawiewna w domu jednorodzinnym: obliczenia, charakterystyka, montaż

Jak często należy czyścić komory wentylacyjne?

W przypadku kanału prostokątnego ekwiwalent odnosi się do nominalnej średnicy kanału wentylacyjnego, przy której straty ciśnienia roboczego spowodowane tarciem są równe. Aby uniknąć skomplikowanych obliczeń zamienności, w praktyce przy projektowaniu systemów wentylacyjnych preferowane są rury o przekroju kołowym.

Parametry aerodynamiczne sieci energetycznych obliczane są za pomocą specjalistycznego oprogramowania, na podstawie danych tabelarycznych z literatury fachowej. Obliczenia ciśnienia dynamicznego oparte są na wykresach z marginesem błędu 3-5%.

Wzór matematyczny na prędkość powietrza w kanale okrągłym jest następujący: V = D x 4 x 1 000 000 / (3600 x 3,14 x d²).

Wartość L to natężenie przepływu powietrza określone w projekcie dla odcinka rurociągu, mierzone w m³/godzinę. Wartość d odnosi się do średnicy wewnętrznej rury.

Kanały powietrzne z indukcją naturalną i mechaniczną

Sieci wentylacyjne charakteryzują się prędkością przepływu powietrza w zakresie od 0,3 do 30,0 m/s. Powietrze jest transportowane mechanicznie lub naturalnie. Standardy wentylacji zostały opracowane w oparciu o specyfikę przestrzeni, powierzchni i liczby osób przebywających w budynku.

Dokumenty regulacyjne nie podają precyzyjnych danych dotyczących utrzymania zalecanej prędkości sieci wentylacyjnej.

Parametr ten jest ustalany przez inżynierów w trakcie rozwoju projektu i zależy od:

• kategorie obiektów architektonicznych;
• przeznaczenie budynku i wyodrębnionych pomieszczeń;
• przekrój i materiał kanałów wentylacyjnych;
• obecność izolacji kanałów wentylacyjnych;
• liczba elementów kształtowych;
• obecność, ilość jednostek regulacyjnych i przepustnic.

Brane są pod uwagę czynniki drugorzędne, specyficzne dla obiektu wentylacyjnego.

Kanały wentylacji naturalnej

Systemy wentylacji naturalnej poruszają prądy powietrza zgodnie z prawami fizyki bez użycia wentylatorów. Cyrkulacja jest generowana przez różnice temperatur i ciśnień.

System wentylacji domu dwukondygnacyjnego

Ciepłe powietrze z pomieszczenia jest kierowane ku górze i odprowadzane kanałem wylotowym na zewnątrz. Zimne powietrze dostaje się do pomieszczenia przez otwór wlotowy znajdujący się w dolnej części ściany.

Kanały wentylacyjne z wentylacją naturalną były wcześniej instalowane w starszych budynkach mieszkalnych. Obecnie są stosowane w domach prywatnych i pomieszczeniach gospodarczych.

Prędkość ruchu powietrza zależy bardziej od czynników naturalnych niż od działalności człowieka. Przy bezwietrznej pogodzie przeciąg może nie występować lub być odwrócony.

Nie opracowano żadnych dokumentów regulacyjnych. Istnieją podręczniki zawierające zalecenia dotyczące norm prędkości powietrza w przewodach wolnossących:

1. Sieci wiatrowe z deflektorem i ciśnieniem 5-6 Pa mają zakres prędkości 1-1,5 m/s.
2. Sieci grawitacyjne przy różnicach temperatur 5^OC i ciśnieniu 3-4 Pa mają zakres prędkości 0,5-1,5 m/s.

W kominach wentylacyjnych budynków o 4-12 kondygnacjach, przy ciśnieniu 6 Pa, naturalna prędkość powietrza w kanale sięga 2 m/s. Zakresy prędkości dla pozostałych sekcji wentylacyjnych podano w tabeli.

W podręcznikach nie ma zaleceń dotyczących natężenia przepływu powietrza dla budynków wysokich o liczbie kondygnacji powyżej 12 i różnicy temperatur 6^OC. Inżynierowie obliczają wskaźnik indywidualnie, korzystając z rozszerzonego schematu.

Przewody wentylacji mechanicznej

System energetyczny, w którym powietrze jest przemieszczane siłą wentylatorów, nazywa się wymuszonym lub mechanicznym. Prędkość przepływu powietrza zależy od mocy silnika i przekroju kanałów wentylacyjnych. Środowisko ma niewielki wpływ na intensywność mechanicznego ruchu powietrza.

Sieci energetyczne są szczególnie potrzebne w nowych budynkach wielorodzinnych i domach prywatnych. Wentylacja mechaniczna jest przeznaczona dla przedsiębiorstw, budynków użyteczności publicznej i gospodarstw rolnych.

Spośród dwóch metod określania prędkości powietrza, metoda prostego ciśnienia dynamicznego jest uważana za przybliżoną.

Kanały wentylacyjne do budynków o różnym przeznaczeniu

Przeznaczenie obiektu architektonicznego nie jest określone przez jego ogólną nazwę. Budynek mieszkalny jest uważany za budynek prywatny lub wielorodzinny.

Budynek publiczny może obejmować biuro, sklep lub bibliotekę. Inżynierowie projektują systemy wentylacyjne dla każdego budynku, biorąc pod uwagę jego specyficzne przeznaczenie.

Budynki mieszkalne i publiczne

Poziom hałasu aerodynamicznego jest proporcjonalny do prędkości powietrza w kanałach. Poziom mocy akustycznej oblicza się ze wzoru: Lw = 10 + 50 log (v) + 10 log (A). Wartość v to prędkość powietrza (m/s). Wartość A to pole przekroju poprzecznego kanału wentylacyjnego.

Zadaniem projektanta jest określenie przepływów w kanałach wentylacyjnych tak, aby system wentylacji zapewniał wymaganą wymianę powietrza, nie przekraczając dopuszczalnego poziomu hałasu aerodynamicznego. Uwzględnia się przy tym lokalizację systemu wentylacji.

Weźmy na przykład przestrzeń mieszkalną. Zalecany przepływ powietrza w prostokątnych skrzynkach pod sufitem podwieszanym wynosi 5 m/sJeżeli kanały ułożone są w całym pomieszczeniu, wskaźnik zmniejsza się do 2 m/sW przypadku kanałów wentylacyjnych o przekroju okrągłym zaleca się inne wartości prędkości – 3 i 4 m/s odpowiednio.

Biorąc za przykład budynek publiczny, rozważmy sklep, salę lekcyjną lub salę konferencyjną. Zalecany przepływ powietrza w kanałach prostokątnych pod sufitem podwieszanym wynosi 8 m/sW przypadku kanałów ułożonych na terenie całego obiektu wartość ta ulega zmniejszeniu do 7 m/sW przypadku kanałów wentylacyjnych o przekroju okrągłym zalecane wartości prędkości wynoszą: 8 i 6 m/s odpowiednio.

Magazyny i produkcja

Wentylacja magazynów i hal produkcyjnych jest mechaniczna. Nie ma ograniczeń prędkości przepływu powietrza.

Poziom hałasu aerodynamicznego generowanego przez przepływy, w połączeniu z hałasem przemysłowym, nie może przekraczać ustalonych norm. Zalecane przykłady są dostępne bezpłatnie i można je znaleźć w tabeli.

Lokalne systemy i aspiracje

Gdy stężenie pyłu w systemach lokalnych i aspiracyjnych przekracza 0,01 kg/kg, inżynierowie obliczają kanały wentylacyjne metodą ciśnienia dynamicznego. W innych przypadkach stosuje się metodę dopuszczalnej prędkości powietrza, opartą na prędkości optymalnej.

Systemy lokalne i systemy aspiracyjne zazwyczaj utrzymują ruch powietrza o dużej prędkości. Krótkie sieci mają ograniczoną liczbę węzłów, które generują opór.

Prędkość powietrza jest utrzymywana powyżej prędkości cząsteczek transportowanego materiału, co zapobiega gromadzeniu się osadów na ściankach kanału. Średni zakres prędkości powietrza wynosi 15–30 m/s.

Aby uzyskać dokładne obliczenia, inżynierowie korzystają z podręczników i tabel wydziałowych.

Wentylacja dymowa

Średnia prędkość przepływu powietrza w systemie oddymiającym wynosi 15-20 m/s. Wartość ta jest obliczana dla mieszanki powietrza i dymu.

Uwzględniana jest temperatura spalin w każdym odcinku sieci. Inżynierowie korzystają z podręczników i gotowych tabel do obliczania masowych przepływów.

Jaki jest związek prędkości z wydajnością wentylacji?

Sieć wentylacyjna musi zapewniać odpowiednią wymianę powietrza w budynku, nie powodując jednocześnie dyskomfortu dla mieszkańców z powodu nadmiernego poziomu hałasu. Aby zapewnić wysoką wydajność sieci energetycznej, opracowano normy sanitarne.

Zalecana prędkość powietrza w pomieszczeniach wynosi 0,3 m/s. Podczas remontów dopuszczalne jest przekroczenie tej normy nawet o 30%. Duże magazyny, hale produkcyjne i garaże zazwyczaj posiadają dwa systemy wentylacyjne, równomiernie rozprowadzające obciążenie.

Przykład minimalnego i maksymalnego poziomu hałasu w szpitalach: w ciągu dnia – 35-50 dB, a w nocy – 25-40 dB. Dla lokali mieszkalnych ustala się inne progi: w ciągu dnia – 40-55 dB, w nocy – 30-45 dB.

Oprócz fal hałasu, dyskomfort mogą również powodować drgania pochodzące z kanałów wentylacyjnych. Może to wynikać z luźnych połączeń, zwężenia kanałów i innych czynników.

Wraz ze wzrostem prędkości ruchu powietrza wzrasta poziom drgań układu, jeśli konstrukcja jest nieprawidłowo zaprojektowana lub zainstalowana.

Normy dotyczące dopuszczalnych wartości drgań miejscowych zawarte są w podręcznikach dla specjalistów zajmujących się projektowaniem i uruchamianiem gotowych sieci wentylacyjnych.

Przepływ powietrza wpływa na szybkość wymiany powietrza w pomieszczeniu w jednostce czasu. Parametr ten oblicza się według wzoru: N=V/WWartość V to objętość czystego powietrza napływającego do pomieszczenia w ciągu 1 godziny. Wartość W to objętość samego pomieszczenia.

Gotowe standardy krotności dla różnych typów obiektów są łatwo dostępne w tabelach. Weźmy na przykład łazienkę łączoną. Na godzinę wymienia się 50 m².³ powietrza, a natężenie przepływu w kanałach powietrznych zapewnia osiągnięcie standardowego parametru.

Odpowiedzi na często zadawane pytania

Materiały wideo