ความเร็วลมในท่อ: สูตร การคำนวณ และมาตรฐาน

คุณถามว่าความเร็วลมในท่อควรเป็นเท่าไหร่ ผมจะตอบว่า – จาก 0.3 ถึง 30.0 เมตร/วินาทีค่าใช้จ่ายขึ้นอยู่กับประเภทของระบบระบายอากาศ ส่วนประกอบ และปัจจัยในการใช้งาน

ในบทความนี้ ผมจะกล่าวถึงผลกระทบของขนาดหน้าตัดท่ออากาศต่ออัตราการไหลของอากาศ ผมจะสำรวจระบบระบายอากาศแบบธรรมชาติและแบบกลไกสำหรับอาคารที่พักอาศัย อาคารสาธารณะ และอาคารอุตสาหกรรม นอกจากนี้ ผมจะตอบคำถามที่พบบ่อยด้วย

อิทธิพลของขนาดหน้าตัดท่อต่อความเร็วลม

ขนาดและรูปทรงของท่อมีผลต่อความเร็วการไหลของอากาศในระบบระบายอากาศ พารามิเตอร์ของท่อระบายอากาศเหล่านี้มักถูกเรียกรวมกันว่า พื้นที่หน้าตัดของท่อ

วิศวกรที่พัฒนาโครงการระบบระบายอากาศจะเริ่มต้นด้วยการพิจารณาผังการเดินสายไฟภายในอาคารและคำนวณความยาวของแต่ละส่วนก่อน

ความยาวของท่อและจำนวนส่วนโค้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแตกต่างกันส่งผลต่อการไหลของอากาศในท่อเครือข่ายสาธารณูปโภค วิศวกรจะใช้แผนภาพและอัตราการไหลที่ระบุไว้สำหรับแต่ละส่วนเพื่อกำหนดขนาดหน้าตัดของท่อ

ท่อระบายอากาศมีทั้งรูปทรงกลมและสี่เหลี่ยมผืนผ้า วัสดุที่ใช้กันทั่วไปคือแผ่นโลหะชุบสังกะสี นอกจากนี้ผู้ผลิตยังผลิตท่อที่ทำจากสแตนเลสและพลาสติกด้วย

ในอาคารสูงเก่า ท่อสาธารณูปโภคทั่วไปมักทำจากอิฐ บล็อกซีเมนต์ ปูนปลาสเตอร์ และผนังก่ออิฐเปลือย ส่วนท่อยางจะใช้ในงานเฉพาะบางประเภทเท่านั้น

การใช้วัสดุที่แตกต่างกันช่วยให้สามารถปรับแต่งท่อระบายอากาศให้เหมาะสมกับสภาพการใช้งานได้ ท่อพลาสติกที่ต่อจากเครื่องดูดควันในครัวนั้นดูสวยงามดี

รางโลหะเหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีแรงกระทำจากการใช้งานและแรงทางกลภายนอกสูง

พลาสติก เหล็กชุบสังกะสี สแตนเลส และวัสดุอื่นๆ แต่ละชนิดมีค่าความหยาบผิวที่แตกต่างกัน ซึ่งค่าความหยาบผิวนี้ส่งผลต่อความเร็วในการเคลื่อนที่ของอากาศ

วิศวกรคำนึงถึงความหยาบของผนังภายในท่อระบายอากาศ ข้อมูลในรูปแบบตารางสำหรับการคำนวณมีให้ใช้งานได้ฟรี

ท่ออากาศรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ท่อรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน การใช้งานที่จำกัดนั้นเกิดจากสองปัจจัย:

1. ช่องรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ต่ำ
2. เมื่อเทียบกับท่อกลมแล้ว ท่อสี่เหลี่ยมนั้นผลิตได้ยากกว่าและมีต้นทุนสูงกว่า

ท่อทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าทนแรงดันได้น้อยกว่าท่อทรงกลม ข้อดีคือผนังเรียบทำให้สามารถเดินท่อใต้ฝ้าเพดานหรือภายในช่องระบายอากาศแคบๆ ได้

การจัดวางช่องทางสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ขนาดมาตรฐานของชิ้นส่วนขึ้นรูปได้รับการกำหนดไว้แล้ว GOST R 70349-2022ในการออกแบบระบบระบายอากาศโดยใช้ท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีหน้าตัดไม่เป็นมาตรฐาน อัตราส่วนด้านของท่ออากาศไม่ควรเกิน 1:4 สำหรับระบบระบายอากาศตามธรรมชาติ อัตราส่วนด้านของท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้าจะจำกัดอยู่ที่ 1:2

ในการออกแบบระบบระบายอากาศ วิศวกรจะกำหนดความเร็วลมที่อนุญาตได้โดยพิจารณาจากปัจจัยต่อไปนี้:

• ระดับเสียงแอโรไดนามิกที่อนุญาตตาม SP 51.13330.2011;
• ตัวบ่งชี้ที่ยอมรับได้ของการสูญเสียแรงดันใช้งานในระบบระบายอากาศ

ความเร็วลมในท่อรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าคำนวณได้โดยใช้สูตร: V = L x 1,000,000 / (3600 x W x H).

ภายใต้ความหมาย แอล แทนที่อัตราการไหลของอากาศที่ระบุไว้ในโครงการสำหรับพื้นที่เฉพาะ ซึ่งวัดเป็น m³³ต่อชั่วโมง มูลค่า ว, เอช – ความกว้างและความสูงของผนังของรางรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า (มิลลิเมตร)

ท่ออากาศทรงกลม

ท่อลมทรงกลมมีขนาดใหญ่กว่าท่อลมทรงสี่เหลี่ยม ทำให้การติดตั้งมีความท้าทายมากขึ้น ระบบสาธารณูปโภคใช้พื้นที่มากกว่า แต่ให้ประสิทธิภาพด้านอากาศพลศาสตร์ที่ดีขึ้น

ระดับเสียงของการไหลของอากาศจะต่ำกว่าเมื่อเทียบกับท่อสี่เหลี่ยม ท่อกลมสามารถทนต่อแรงดันภายในและแรงทางกลภายนอกได้มากกว่าท่อสี่เหลี่ยม

เทคโนโลยีท่อทรงกระบอกมีต้นทุนการผลิตต่ำกว่า และติดตั้งได้ง่ายกว่าโดยการยึดเข้ากับโครงสร้างอาคาร ข้อดีในการใช้งานเหล่านี้ทำให้ชิ้นส่วนรูปทรงกลมเป็นที่นิยมสำหรับระบบระบายอากาศ

เมื่อทำการคำนวณการระบายอากาศสำหรับท่อสี่เหลี่ยม แต่สามารถใช้ท่อกลมได้ จะใช้คำว่า "เส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่า"

ความสามารถในการใช้งานแทนกันได้ของท่อลมที่มีรูปทรงและขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับ: D = 2AB/(A + B)ค่าของ A และ B คือด้านของกล่องสี่เหลี่ยมผืนผ้า (ความกว้างและความสูง)

อ่านเพิ่มเติม:

ระบบระบายอากาศในบ้านพักอาศัย: การคำนวณ คุณลักษณะ และการติดตั้ง

ควรทำความสะอาดช่องระบายอากาศบ่อยแค่ไหน?

สำหรับท่อรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า คำว่า "เทียบเท่า" หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางระบุของท่ออากาศที่การสูญเสียแรงดันเนื่องจากแรงเสียดทานมีค่าเท่ากัน ในทางปฏิบัติ เพื่อหลีกเลี่ยงการคำนวณการสลับเปลี่ยนที่ซับซ้อน มักนิยมใช้ท่อทรงกลมในการออกแบบระบบระบายอากาศ

พารามิเตอร์ทางอากาศพลศาสตร์ของระบบเครือข่ายสาธารณูปโภคคำนวณโดยใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะทาง โดยใช้ข้อมูลตารางจากหนังสืออ้างอิง การคำนวณแรงดันไดนามิกนั้นอิงตามแผนภาพ โดยมีค่าความคลาดเคลื่อน 3-5%

สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับความเร็วลมในท่อทรงกลมมีดังนี้: V = L x 4 x 1,000,000 / (3600 x 3.14 x d²).

ค่า L คืออัตราการไหลของอากาศที่ระบุไว้ในโครงการสำหรับส่วนหนึ่งของท่อส่ง โดยวัดเป็นเมตร³³ชั่วโมง โดยค่า d หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ

ท่ออากาศที่มีการเหนี่ยวนำตามธรรมชาติและการเหนี่ยวนำเชิงกล

ระบบระบายอากาศมีอัตราความเร็วลมตั้งแต่ 0.3 ถึง 30.0 เมตร/วินาที โดยอากาศจะถูกลำเลียงด้วยกลไกหรือโดยธรรมชาติ มาตรฐานการระบายอากาศได้รับการพัฒนาขึ้นโดยพิจารณาจากพื้นที่ ขนาด และจำนวนผู้ใช้งานเฉพาะนั้นๆ

เอกสารกำกับดูแลไม่ได้ระบุตัวเลขที่แน่ชัดสำหรับการรักษาระดับความเร็วของเครือข่ายระบายอากาศตามที่แนะนำ

ค่าพารามิเตอร์นี้ถูกกำหนดโดยวิศวกรในระหว่างการพัฒนาโครงการ และขึ้นอยู่กับปัจจัยดังต่อไปนี้:

• ประเภทของโครงสร้างทางสถาปัตยกรรม;
• วัตถุประสงค์ของการก่อสร้างอาคารและพื้นที่แยกต่างหาก;
• หน้าตัดและวัสดุของท่อระบายอากาศ;
• มีการติดตั้งฉนวนกันความร้อนในท่อระบายอากาศ
• จำนวนองค์ประกอบรูปทรงต่างๆ;
• การมีอยู่ ปริมาณของหน่วยปรับแต่ง และหน่วยคันเร่ง

ปัจจัยรองที่เฉพาะเจาะจงกับระบบระบายอากาศจะถูกนำมาพิจารณาด้วย

ท่อระบายอากาศตามธรรมชาติ

ระบบระบายอากาศตามธรรมชาติจะเคลื่อนย้ายกระแสอากาศตามหลักฟิสิกส์โดยไม่ต้องใช้พัดลม การไหลเวียนของอากาศเกิดขึ้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความดัน

ระบบระบายอากาศของบ้านสองชั้น

อากาศอุ่นภายในห้องจะถูกส่งขึ้นไปด้านบนและระบายออกทางท่อระบายอากาศสู่ภายนอก ส่วนอากาศเย็นจะเข้ามาในห้องผ่านช่องรับอากาศที่อยู่ด้านล่างของผนัง

ท่อระบายอากาศแบบธรรมชาติเคยติดตั้งในอาคารอพาร์ตเมนต์เก่าๆ แต่ปัจจุบันมีการนำไปใช้ในบ้านส่วนตัวและห้องอเนกประสงค์มากขึ้น

ความเร็วของการเคลื่อนที่ของอากาศขึ้นอยู่กับปัจจัยทางธรรมชาติมากกว่าอิทธิพลของมนุษย์ ในสภาพอากาศที่ไม่มีลม กระแสลมอาจไม่มีหรืออาจพัดกลับทิศทาง

ยังไม่มีการจัดทำเอกสารกำกับดูแลใดๆ มีหนังสืออ้างอิงที่ให้คำแนะนำเกี่ยวกับมาตรฐานความเร็วลมในท่อลมแบบดูดอากาศตามธรรมชาติอยู่บ้าง:

1. ระบบเครือข่ายลมที่มีแผ่นเบี่ยงทิศทางและแรงดัน 5-6 Pa จะมีช่วงความเร็วลมอยู่ที่ 1-1.5 เมตร/วินาที
2. เครือข่ายแรงโน้มถ่วงที่ความแตกต่างของอุณหภูมิ 5^โอที่ C และความดัน 3-4 Pa จะมีความเร็วอยู่ในช่วง 0.5-1.5 m/s

ภายในท่อระบายอากาศส่วนกลางของอาคารที่มี 4-12 ชั้น ที่ความดัน 6 ปาสคาล ความเร็วลมตามธรรมชาติในท่อจะอยู่ที่ 2 เมตร/วินาที ช่วงความเร็วลมสำหรับส่วนระบายอากาศอื่นๆ แสดงอยู่ในตาราง

หนังสืออ้างอิงไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับอัตราการไหลเวียนของอากาศสำหรับอาคารสูงที่มีมากกว่า 12 ชั้น และมีความแตกต่างของอุณหภูมิ 6 องศาเซลเซียส^โอC. วิศวกรคำนวณตัวชี้วัดเป็นรายบุคคลโดยใช้แผนงานที่ขยายเพิ่มเติม

ท่อระบายอากาศเชิงกล

ระบบปรับอากาศที่ใช้แรงจากพัดลมในการเคลื่อนย้ายอากาศเรียกว่าระบบปรับอากาศแบบบังคับหรือแบบกลไก ความเร็วของการไหลของอากาศขึ้นอยู่กับกำลังของมอเตอร์และขนาดหน้าตัดของท่ออากาศ สภาพแวดล้อมมีผลกระทบต่อความแรงของการเคลื่อนที่ของอากาศในระบบกลไกน้อยมาก

ระบบสาธารณูปโภคเป็นที่ต้องการอย่างมากสำหรับอาคารที่พักอาศัยหลายยูนิตและบ้านส่วนตัว ส่วนระบบระบายอากาศเชิงกลได้รับการออกแบบสำหรับสถานประกอบการ อาคารสาธารณะ และฟาร์มเกษตรกรรม

ในบรรดาวิธีการสองวิธีในการกำหนดความเร็วลม วิธีการวัดความดันพลวัตแบบง่ายถือว่าเป็นวิธีโดยประมาณ

ท่อส่งอากาศสำหรับอาคารประเภทต่างๆ

ชื่อทั่วไปของสิ่งก่อสร้างนั้นไม่ได้บ่งบอกถึงวัตถุประสงค์ที่แท้จริง อาคารที่พักอาศัยนั้นหมายถึงอาคารส่วนตัวหรืออาคารที่มีหลายห้องชุด

อาคารสาธารณะอาจรวมถึงสำนักงาน ร้านค้า หรือห้องสมุด วิศวกรออกแบบระบบระบายอากาศสำหรับแต่ละอาคารโดยพิจารณาจากวัตถุประสงค์เฉพาะของอาคารนั้นๆ

อาคารที่พักอาศัยและอาคารสาธารณะ

ระดับเสียงรบกวนทางอากาศพลศาสตร์แปรผันตรงกับความเร็วลมในท่อ ระดับกำลังเสียงคำนวณได้จากสูตร: Lw = 10 + 50 log (v) + 10 log (A) โดยที่ v คือความเร็วลม (เมตร/วินาที) และ A คือพื้นที่หน้าตัดของท่อระบายอากาศ

หน้าที่ของวิศวกรออกแบบคือการกำหนดอัตราการไหลภายในท่อเพื่อให้ระบบระบายอากาศสามารถแลกเปลี่ยนอากาศได้ตามต้องการโดยไม่เกินระดับเสียงรบกวนทางอากาศพลศาสตร์ที่อนุญาต ตำแหน่งของระบบระบายอากาศก็เป็นสิ่งที่ต้องนำมาพิจารณาด้วย

ลองพิจารณาพื้นที่อยู่อาศัยเป็นตัวอย่าง อัตราการไหลเวียนของอากาศที่แนะนำภายในกล่องสี่เหลี่ยมผืนผ้าใต้ฝ้าเพดานแขวนคือ 5 เมตร/วินาทีหากวางท่อส่งน้ำทั่วทั้งห้อง ตัวบ่งชี้จะลดลงเหลือ 2 เมตร/วินาทีสำหรับท่อลมทรงกลม แนะนำให้ใช้ค่าความเร็วลมที่แตกต่างออกไป – 3 และ 4 เมตร/วินาที ตามลำดับ

ยกตัวอย่างเช่น อาคารสาธารณะ เช่น ร้านค้า ห้องเรียน หรือห้องประชุม อัตราการไหลของอากาศที่แนะนำภายในท่อสี่เหลี่ยมใต้ฝ้าเพดานแขวนคือ 8 เมตร/วินาทีสำหรับท่อที่วางทั่วทั้งบริเวณ มูลค่าจะลดลงเหลือ 7 เมตร/วินาทีสำหรับท่อลมทรงกลม ค่าความเร็วที่แนะนำมีดังนี้: 8 และ 6 ม./วินาที ตามลำดับ

คลังสินค้าและการผลิต

ระบบระบายอากาศของคลังสินค้าและโรงงานผลิตได้รับการออกแบบให้เป็นระบบกลไก โดยไม่มีข้อจำกัดเรื่องความเร็วลม

ระดับเสียงที่เกิดจากกระแสลมรวมกับเสียงรบกวนจากโรงงานอุตสาหกรรมต้องไม่เกินมาตรฐานที่กำหนดไว้ ตัวอย่างที่แนะนำสามารถดูได้จากตาราง

ระบบท้องถิ่นและความมุ่งมั่น

เมื่อความเข้มข้นของฝุ่นในระบบปรับอากาศเฉพาะจุดและระบบดูดอากาศเกิน 0.01 กก./กก. วิศวกรจะคำนวณท่ออากาศโดยใช้วิธีความดันไดนามิก ในกรณีอื่นๆ จะใช้วิธีความเร็วลมที่อนุญาต โดยพิจารณาจากความเร็วลมที่เหมาะสมที่สุด

ระบบปรับอากาศเฉพาะจุดและระบบดูดอากาศโดยทั่วไปจะรักษาการเคลื่อนที่ของอากาศด้วยความเร็วสูง เครือข่ายระยะสั้นจะมีจำนวนจุดเชื่อมต่อที่สร้างแรงต้านจำกัด

ความเร็วลมจะถูกรักษาให้สูงกว่าความเร็วของอนุภาคของวัสดุที่ถูกลำเลียง เพื่อป้องกันการสะสมของตะกอนบนผนังช่องทาง ความเร็วลมเฉลี่ยอยู่ในช่วง 15-30 เมตร/วินาที

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การคำนวณที่แม่นยำ วิศวกรจะใช้หนังสืออ้างอิงและตารางของแต่ละแผนก

การระบายควัน

อัตราการไหลเฉลี่ยของอากาศระบายควันอยู่ที่ 15-20 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที ตัวเลขนี้คำนวณจากส่วนผสมของอากาศและควัน

มีการพิจารณาอุณหภูมิของก๊าซไอเสียในแต่ละส่วนของระบบ วิศวกรใช้หนังสืออ้างอิงและตารางสำเร็จรูปในการคำนวณอัตราการไหลของมวล

ความเร็วมีความสัมพันธ์กับประสิทธิภาพการระบายอากาศอย่างไร?

ระบบระบายอากาศต้องรับประกันการถ่ายเทอากาศที่เพียงพอภายในอาคารโดยไม่ก่อให้เกิดความไม่สะดวกสบายแก่ผู้พักอาศัยเนื่องจากระดับเสียงที่ดังเกินไป มาตรฐานด้านสุขอนามัยได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพสูงของระบบสาธารณูปโภค

ความเร็วลมภายในอาคารที่แนะนำคือ 0.3 เมตร/วินาที สามารถเกินมาตรฐานนี้ได้สูงสุดถึง 30% ในระหว่างการปรับปรุงอาคาร โดยทั่วไปแล้วคลังสินค้าขนาดใหญ่ โรงงานผลิต และโรงจอดรถจะมีระบบระบายอากาศสองระบบ เพื่อกระจายภาระอย่างเท่าเทียมกัน

ตัวอย่างระดับเสียงต่ำสุดและสูงสุดสำหรับโรงพยาบาล: ในช่วงเวลากลางวัน – 35-50 เดซิเบล และในเวลากลางคืน – 25-40 เดซิเบล สำหรับที่พักอาศัย จะมีการกำหนดเกณฑ์อื่น ๆ ดังนี้: ในเวลากลางวัน – 40-55 เดซิเบล ในเวลากลางคืน – 30-45 เดซิเบล

นอกจากคลื่นเสียงแล้ว การสั่นสะเทือนจากท่อระบายอากาศก็อาจทำให้เกิดความไม่สบายได้เช่นกัน ซึ่งอาจเกิดจากข้อต่อหลวม ท่อแคบ และปัจจัยอื่นๆ

หากโครงสร้างได้รับการออกแบบหรือติดตั้งไม่ถูกต้อง ความเร็วในการเคลื่อนที่ของอากาศจะเพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนของระบบก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

มาตรฐานสำหรับค่าที่อนุญาตของการสั่นสะเทือนเฉพาะจุดนั้นมีอยู่ในหนังสืออ้างอิงสำหรับผู้เชี่ยวชาญที่ออกแบบและติดตั้งระบบระบายอากาศสำเร็จรูป

อัตราการไหลของอากาศมีผลต่ออัตราการแลเปลี่ยนอากาศภายในห้องต่อหน่วยเวลา พารามิเตอร์นี้คำนวณโดยใช้สูตร: N=V/Wค่า V คือปริมาตรของอากาศบริสุทธิ์ที่ไหลเข้าสู่ห้องใน 1 ชั่วโมง ส่วนค่า W คือปริมาตรของห้องนั้นเอง

มาตรฐานปริมาณการใช้น้ำสำเร็จรูปสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกประเภทต่างๆ มีให้เลือกดูได้ในตาราง ลองยกตัวอย่างห้องน้ำรวมดู จะมีการเปลี่ยนน้ำ 50 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง³ อากาศ และอัตราการไหลในท่ออากาศ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าค่าพารามิเตอร์มาตรฐานนั้นเป็นไปตามที่กำหนด

คำตอบสำหรับคำถามที่พบบ่อย

สื่อวิดีโอ