Проверка естественной вентиляции с помощью программного обеспечения CFD
Естественная вентиляция — это процесс подачи и удаления воздуха через внутреннее пространство без использования вентилятора или другой механической системы. Естественная вентиляция, также называемая пассивной вентиляцией, приводится в действие ветром и дымовыми эффектами, основанными на перепадах температуры и давления, а также на скорости наружного ветра.
Естественная вентиляция, используемая в основном в коммерческих зданиях, таких как офисы, рестораны, спортивные залы или супермаркеты, может снизить затраты на электроэнергию и воздействие на окружающую среду, сохраняя при этом хорошее качество воздуха в помещении и обеспечивая более высокий уровень комфорта для жильцов, особенно по сравнению с механической вентиляцией.
Это лишь некоторые из причин, по которым инженеры и архитекторы HVAC выбирают естественную вентиляцию при проектировании зданий. Хотя это решение во многих случаях может быть правильным, оно часто основано на нескольких ручных расчетах и предположениях без надлежащего инженерного анализа, подтверждающего это. Доказательство работоспособности можно получить с помощью программного обеспечения для инженерного моделирования, которое представляет собой практичный и эффективный инструмент для расчета ожидаемой скорости вентиляции, схемы распределения воздуха или температуры. К этим факторам вы должны добавить положение здания, воздействие ветра или расположение входа — все это необходимо проверить.
Естественная вентиляция
Роль инженерного моделирования в тестировании естественной вентиляции
Хотя инженерное моделирование, особенно CFD и FEA, может сэкономить недели времени на проектирование и тысячи долларов затрат, был до недавнего времени дорогим в использовании.
В последние годы облачные решения бросили вызов статус-кво, и SimScale является одной из компаний, ведущих демократизацию моделирования или автоматизированного проектирования. SimScale делает очень сложные симуляции простыми и доступными через стандартный веб-браузер. С бесплатной учетной записью сообщества, которая не имеет ограничений по времени или условий, эта платформа позволяет любому человеку в мире настраивать и запускать симуляции параллельно, а затем полностью обрабатывать результаты в облаке, используя только обычный ноутбук или ПК и Интернет-соединение.
Естественная вентиляция
Запись вебинара
В нижеприведенном вебинаре вы узнаете, как программное обеспечение CFD в облаке может помочь вам виртуально протестировать ваши проекты для разработки надлежащей стратегии естественной вентиляции зданий, обеспечения комфорта жильцов и качества воздуха в помещении.
Для просмотра не требуются знания моделирования. Что касается программного обеспечения, необходимого для применения того, что вы изучаете, SimScale предоставляет бесплатный доступ к учетной записи сообщества. Поскольку SimScale — это облачный инструмент, все, что вам нужно, — это стандартный компьютер и подключение к Интернету.
Задачи, решаемые при проектировании
Специалисты компании при проектировании вентиляции в помещениях загородного дома, коттеджа или любого другого объекта решают следующие основные задачи:
- В первую очередь производится расчет воздухообмена по помещениям, в которых предусмотрена система вентиляции воздуха.
- Второй задачей проектирования вентиляционной системы является проведение аэродинамического расчета, в результате которого определяются общий расход воздуха, подбираются размеры сечения воздуховодов по критериям подбора, и, исходя из этого, рассчитываются потери давления в системе воздуховодов.
- Третьей задачей проектирования является проведение акустического расчета — расчет звукового давления на выходе из воздухораспределительного устройства.
- На основании аэродинамических расчетов производится также детальный и окончательный подбор вентиляционного оборудования, определяются места размещения вентустановок и проведения трасс воздуховодов.
Приблизительно так выглядит спроектированная система вентиляции здания
Низкий шум и вибрации
Полученная в результате этих расчетов вентиляционная система проверяется на соответствие требованиям нормативно-технической документации по предельным значениям шума и вибраций. При несоответствии требованиям предусматриваются мероприятия по их снижению до требуемого значения.
Климат-контроль и энергосбережение
Созданная по нашим проектам вентиляция выполняет не только задачу обеспечения заданного воздухообмена в помещениях, но и позволяет производить климат-контроль в здании, а также учитывает работу систем отопления и кондиционирования. Возможность интеграции вентиляции с этими климатическими системами, а также с системой электроснабжения, заложенная еще на этапе проектирования, позволяет значительно снижать энергопотребление всего здания.
Интеграция
Наши специалисты в процессе проектирования вентиляции добиваются ее корректной интеграции с другими инженерными системами для обеспечения согласованной работы всего комплекса климатических и других инженерных систем. Спроектированная система может работать под управлением системы «Умный дом». В результате вы получаете современную управляемую систему вентиляции с функцией климат-контроля.
Видео ниже демонстрирует пример эскизного проектирования системы приточно-вытяжной вентиляции, а вернее — климатической системы в частном коттедже, включающей:
- функции климат-контроля,
- функции вентиляции и отопления с помощью внутрипольных конвекторов,
- элементы интеграции с системой отопления и охлаждения,
- видео показывает расположение основного инженерного оборудования, трасс воздуховодов и других инженерных коммуникаций на цокольном и 1-м этажах коттеджа, а также место монтажа приточно-вытяжной вентиляционной установки Swegon Gold.
Перспективные технологии
Этот девиз — «Мы работаем с технологиями, которые в будущем станут стандартами», — для нас не пустой звук. В процессе проектирования наша компания предлагает заказчикам только современные технологичные решения, которые будут актуальны в течение всего срока службы вентиляционной системы
Особое внимание уделяется нами применению энергосберегающих технологий. Для 90 % разработанных объектов наша компания применила энергоэффективные вентиляционные установки приточно-вытяжной вентиляции
Эргономика
Созданные нашей компанией вентиляционные системы очень эргономичны — устройства управления вентиляцией при проектировании располагаются в легкодоступных местах, что позволяет легко управлять климатом в помещениях.
Эстетика
Кроме соблюдения требований к эргономике, наши специалисты при проектировании вентиляционных систем выполняют также требования дизайнеров и архитекторов к эстетике, чтобы диффузоры и другие конечные устройства системы вентиляции без проблем вписывались в дизайн любого помещения в вашем доме, коттедже, квартире или офисе.
В процессе проектирования обязательно учитываются личные пожелания заказчика.
Программа подбора оборудования для систем вентиляции КВМ-подбор
Расчет системы дымоудаления разработан на основании Раздела 5 и Приложения 22 СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Расчет потерь давления в клапанах, отводах и шахте дымоудаления основан на рекомендациях Пособия 4.91 к СНиП 2.04.05-91 «Противодымная защита при пожаре (2 редакция)», Промстройпроект, М. 1992 и Пособия 15.91 к СНиП 2.04.05-91 «Противодымная защита при пожаре и вентиляция подземных стоянок легковых автомобилей», Промстройпроект, М. 1995. Кроме того учитывались рекомендации изложенные в «Введение в динамику пожаров», Д.Драздейл, – М.: Стройиздат, 1990.
В Программе учитывается различие в организации выброса газов из крышных и радиальных или осевых вентиляторов. В первом случае считается, что выброс происходит без динамической составляющей давления. В результате расчета Программа определяет требуемые параметры вентилятора дымоудаления – температуру газов перед вентилятором, расход и требуемое давление вентилятора, приведенное к нормальным условиям – температура 20?С, плотность 1,2 кг/м3.
Расчет системы противодымной защиты разработан на основании Рекомендаций по противодымной защите при пожаре к СниП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование» МДС 41-1.99. Программа позволяет рассчитать приточную противодымную промышленную вентиляцию для:
- лифтовой шахты при незадымляемой лестничной клетке 1-го типа;
- лифтовой шахты при лестничной клетке 2-го типа и подаче общего расхода воздуха в лифтовую шахту и лестничную клетку;
- лифтовой шахты при лестничной клетке 2-го типа и раздельной подаче воздуха в лифтовую шахту и лестничную клетку;
- лифтовой шахты при лестничной клетке 2-го типа с разделением ее на зоны и раздельной подаче воздуха в лифтовую шахту и лестничную клетку.
Потери давления в системе вентиляции от точки приема наружного воздуха до входа воздуха в шахту подпора определяется на основе общепринятых методов расчета потерь давления в промышленных системах вентиляции. В результате расчета Программа определяет требуемые параметры вентилятора подпора: расход и требуемое давление вентилятора, приведенное к нормальным условиям (температура 20 ?С, плотность 1,2 кг/м3).
Программа также позволяет подобрать требуемое количество нагревателей – воздушных отопительных агрегатов «НОВА» – для отопления помещения.
Для этого расчета требуется задать расчетную температуру снаружи и внутри помещения, параметры теплоносителя, размеры и тип здания, мощность других источников тепла. Для определения «теплового пятна» требуется задать угол отклонения направляющих створок теплового агрегата.
В результате расчета получаем несколько вариантов, выбор из которых должен производить автор проекта, ориентируясь на цену, целесообразность пространственного размещения нагревателей и т.д. Также определяется оптимальная высота размещения нагревателя, обеспечивающая комфортные условия работы персонала в районе его установки.
Расчет воздушных завес ЗВВ, ЗИС и ЗВШ («Клим»). Завеса проектируется из условий эффективной работы при расчетных условиях зимнего периода: скорость ветра и температура наружного воздуха по параметрам Б.
Принципы подбора завесы:
- струя завесы должна полностью перекрывать проем и целиком поступать внутрь помещения;
- температура воздуха в конце струи должна соответствовать нормативным документам (СНиП, требования заказчика, технологические условия).
Для подбора завесы необходимо задать тип помещения, размеры проема ворот, температуру воздуха внутри помещения, расчетные температуру воздуха снаружи и скорость ветра (параметры Б). Кроме этого требуется задать расчетную температуру смеси воздуха, поступающего через проем (средняя температура струи).
После выбора типа завесы производится расчет, в результате которого подбирается оптимальная завеса, обеспечивающая заданные условия. Эффективность завесы численно равна относительному уменьшению теплопотерь.
Для подбора вентиляторов необходимо задать требуемый расход и давление (полное или статическое в зависимости от типа вентилятора), предпочтительный тип вентилятора, точность подбора вентилятора по расходу. После расчета предлагается один или несколько вариантов вентиляторов, удовлетворяющих заданным условиям. Для каждого варианта можно посмотреть фактический расход, габаритно-присоединительные размеры, массу, тип электродвигателя и цену (последнее следует уточнить в отделе продаж). Окончательный выбор варианта остается за заказчиком.
Вы можете совершенно свободно на правах открытого использования осуществлять все перечисленные расчеты для проектной деятельности.
Создание рабочей документации
Программа CADvent позволяет практически нажатием одной кнопки автоматически создавать спецификации материалов и оборудования, ведомости расчета систем. Принцип составления спецификации на основе имеющейся 3Dмодели прост — всё, что находится на чертеже, автоматически вносится в спецификацию. При этом к минимуму сводится возможность потери данных, исключается вероятность забыть какойлибо элемент, обсчитаться при определении длины воздуховода или трубопровода.
В то же время у проектировщика всегда есть возможность создать спецификацию на часть системы вентиляции — например на этажный план либо какуюто определенную систему, спецификацию на выделенные элементы. Все табличные документы можно передать в MS Excel либо сохранить в формате PDF.
Программа для рисования вентиляции CADvent
Эта программа для рисования вентиляции создана на базе мощной и сложной AutoCAD. Вместе с развитием AutoCAD видоизменяется и совершенствуется CADvent, добавляются новые возможности. Это профессиональные программы для черчения вентиляции, расчетов и презентаций, созданные для инженеров, работающих в области проектирования и разработок систем вентиляции, кондиционирования и отопления.
Функции CADvent:
- расчет сечения воздуховодов;
- расчет потерь давления;
- акустический расчет;
- создание 2D чертежа с необходимыми обозначениями;
- 3D моделирование;
- спецификация по элементам, которую можно перенести в MS excel;
- создание презентаций.
Программа CADvent предоставляет возможность изменять любые изменения в уже готовый проект, изменять расчетные параметры, добавлять новые элементы. Ее можно комбинировать с программами DIMsilencer (программа для подбора шумоглушителя в системе вентиляции) и DIMcomfort (подбирает распределители воздуха, учитывая скорость движения потока и шум в местах нахождения людей).
Пользователи отмечают удобство пользования, но не хватает русификации, а также возможности создать аксонометрическую проекцию.
Еще об одной программе под названием Комфорт-В смотрите видеоролик.
Производственные процессы нередко сопровождаются выделением пылеобразных элементов или газов, которые загрязняют воздух в помещении. Проблему помогут решить аспирационные системы, спроектированные и монтированные в соответствии с нормативными требованиями.
Разберемся, как работают и где применяют такие устройства, какие бывают виды воздухоочистительных комплексов. Обозначим главные рабочие узлы, опишем нормы проектирования и правила установки аспирационных систем.
Загрязнение воздуха – неизбежная часть многих производственных процессов. Чтобы соблюсти установленные санитарные нормы чистоты воздуха, используют процессы аспирации. С их помощью можно эффективно удалять пыль, грязь, волокна и другие подобные примеси.
Аспирация представляет собой засасывание, которое осуществляется путем создания в непосредственной близости от источника загрязнений области пониженного давления.
Чтобы создавать такие системы, необходимы серьезные специальные знания и практический опыт. Хотя работа средств аспирации тесно связана с функционированием , не всякий специалист по вентиляции справится с проектированием и монтажом оборудования этого типа.
Для достижения максимальной эффективности комбинируют методы вентилирования и аспирации. Вентиляционная система в производственном помещении должна быть оборудована , чтобы обеспечить постоянное поступление свежего воздуха снаружи.
Аспирация широко применяется в таких областях промышленности:
- дробильное производство;
- обработка древесины;
- изготовление потребительской продукции;
- прочие процессы, которые сопровождаются выделением большого количества вредных для вдыхания веществ.
Обеспечить безопасность сотрудников стандартными средствами защиты удается далеко не всегда, и аспирация может стать единственной возможностью наладить безопасный производственный процесс в цеху.
Аспирационные установки предназначены для эффективного и быстрого удаления из воздуха различных мелких загрязнений, которые образуются в процессе промышленного производства
Удаление загрязнений с помощью систем этого типа выполняется по специальным воздуховодам, которые имеют большой угол наклона. Такая позиция позволяет предотвратить появление так называемых зон застаивания.
Мобильные вентиляционно-аспирационные установки просты в монтаже и эксплуатации, они прекрасно подходят для небольших предприятий или даже для домашней мастерской
Показателем эффективности работы такой системы считают степень невыбивания, т.е. соотношения количества загрязнений, которые были удалены, к массе вредных веществ, не попавших в систему.
Различают два типа систем аспирации:
- модульные системы
– стационарное устройство; - моноблоки
– мобильные установки.
Кроме того, аспирационные системы классифицируют по уровню напора:
- низконапорные
– менее 7,5 кПа; - средненапорные
– 7,5-30 кПа; - высоконапорные
– свыше 30 кПа.
Комплектация аспирационной системы модульного и моноблочного типа отличается.
В горячих цехах подогрев поступающего снаружи воздуха не нужен, достаточно сделать проем в стене и закрыть его заслонкой.
Расчет воздуха
Для важно провести точные расчеты. Первое, что определяется при таких расчетах – это расход воздуха на аспирацию, а также потери давления
Такие расчеты проводятся для каждой машины, емкости или же точки. Данные чаще всего можно взять из паспортной документации на объект. Однако разрешается использовать ии и из аналогичных расчетов с таким же оборудованием, если таковые имеются. Также расход воздуха вполне можно определить и по диаметру патрубка, который отсасывает его или же по отверстию в корпусе аспирационной машины.
Важно добавить, что возможно эжектирование воздуха, поступающего в продукт. Такое случается если, к примеру, воздух двигается по самотечной трубе с большой скоростью
В этом случае возникают дополнительные его расходы, которые также должны быть учтены. Кроме этого, в некоторых аспирационных системах случается и так, что определенное количество воздуха уходит вместе с отводящимися продуктами после очистки. Это количество также должно быть прибавлено к расходному.
Расчетная часть 6
2.1. Методика
расчета 6
2.1.1. Последовательность
расчета 6
2.1.2. Определение
потерь давления в воздуховоде 7
2.1.3. Определение
потерь давления в коллекторе 8
2.1.4. Расчет
пылеулавливающего аппарата 9
2.1.5. Расчет
материального баланса процесса
пылеулавливания 11
2.1.6. Выбор вентилятора
и электродвигателя 12
2.2. Пример расчета 13
2.2.1. Аэродинамический
расчет сети аспирации (от местного
отсоса до коллектора включительно) 13
2.2.2. Увязка
сопротивлений участков 19
2.2.3. Расчет потерь
давления в коллекторе 22
2.2.4. Расчет
пылеулавливающего аппарата 23
2.2.5. Расчет участков
7 и 8 до установки вентилятора 25
2.2.6. Выбор вентилятора
и электродвигателя 28
2.2.7. Уточнение
сопротивлений участков 7 и 8 29
2.2.8. Материальный
баланс процесса пылеулавливания 31
Библиографический
список 32
Приложение 1 33
Приложение 2 34
Приложение 3 35
Приложение 4 36
Приложение 5 37
Приложение 6 38
Приложение 7 39
Приложение 8 40
Приложение 9 41
Приложение 10 42
Приложение 11 43
Приложение 12 44
Приложение 13 46
Приложение 14 48
Сadvent
Программа для проектирования вентиляции cadvent является своеобразной надстройкой для рисования вентиляционных систем, созданной на графической платформе Avtocad.Эта утилита содержит в себе полный набор инструментов для черчения схем, имеет мощные возможности для ведения необходимых расчетов, создания трехмерных моделей, презентаций и пр.
Этот программный продукт позволяет:
- Делать расчеты сечения и потерь давления в воздуховодах.
- Акустические расчеты.
- Создавать двухмерные чертежи с необходимыми обозначениями.
- Производить 3D моделирование.
- Готовить спецификации по необходимым элементам системы, с возможным экспортом в Еxcel.
- Создавать качественные 3D презентации.
Основной особенностью этого ПО является возможность создавать полные комплекты рабочих документов, включающих вычисления, спецификации материалов, двух – и трехмерные чертежи, отдельные участки и элементы системы.
Для работы в этом ПО необходимо уметь обращаться с графической платформой avtocad, уметь работать с электронными таблицами и библиотеками. Язык интерфейса – английский. Стоимость программного комплекса зависит от его комплектации: модуль вентиляции с возможностью ручного обновления баз – 500 у.е.; модуль вентиляция с автоматическим обновлением баз – 1500 у.е.; модуль вентиляция, отопление, водопровод с полной базой элементов европейских производителей – 2500 у.е.
Несмотря на кажущуюся простоту создания проектов в представленном выше программном обеспечении – это достаточно технически сложный процесс, требующий обширных знаний, поэтому для создания проектной документации и расчетов обращайтесь только к специалистам.
В помощь инженерам, занимающимся проектированием и , создано множество программ. Компьютер не только подсчитает все требуемые параметры, но и сделает чертежи вентиляции. О самых удобных и простых решениях, а также о том, на чем основывается алгоритм их работы, читайте далее.
Расчёт приточно-вытяжной вентиляции
Расчёт приточно-вытяжной вентиляции сводится к расчёту приточной и вытяжной систем вентиляции по отдельности. Далее, функцию двух систем может выполнять один агрегат — приточно-вытяжная установка.
Приточно-вытяжные установки обычно применяют для общеобменных систем вентиляции. Учитывая преобладание притока над вытяжкой, о котором говорилось выше, в таких установках расход приточного воздуха больше, чем вытяжного. Кроме того, аэродинамическое сопротивление приточной системы всегда выше, чем вытяжной ввиду наличия секций фильтрации, нагрева, а иногда и охлаждения. Поэтому вытяжные вентиляторы, как правило, предусматриваются меньшей мощности, нежели приточные.
Наконец, выполняя расчёт приточно-вытяжной вентиляции, можно сэкономить, предусмотрев рекуператор тепла. Это устройство, которое передаёт тепло от вытяжного воздуха приточному. В зимнее время рекуператор способен достаточно сильно прогреть приточный воздух за счёт вытяжного и, как следствие, существенно снизить мощность нагревателя.
Например, в приточной системе вентиляции требуется нагреть 1000 м3/ч воздуха с ‑26°С до +20°С. Мощность нагревателя составит 0,335·1000·(20-(-26)) = 15,3 кВт.
Предположим, в рекуператоре удалось нагреть приточный воздух до температуры +7°С. Тогда нагревателю останется лишь догреть его до искомых +20°С. Мощность такого нагревателя составит 0,335·1000·(20-7)=4,3 кВт. Таким образом, применение рекуператора позволило понизить энергозатраты системы на 11 кВт или на 72%.
Расчёт естественной вентиляции
Суть естественной вентиляции — обеспечение естественного воздухообмена в помещении. Приточная естественная вентиляция обычно представляет собой открытые окна. Естественная вытяжная вентиляция — это шахта, которая поднимается на определенную высоту. Чем выше — тем сильнее тяга, и тем интенсивнее будет работать естественная вентиляция в целом.
Естественная вентиляция. 1 — вытяжная решетка, 2 — открытое окно, 3 — вытяжная шахта.
Расчёт естественной вентиляции позволяет определить сечение вытяжной шахты и, при необходимости, высоту подъёма этой шахты. В ходе расчёта определяется располагаемое гравитационное давление (тяга), подбирается сечение, рассчитываются аэродинамические потери и проверяется условие, чтобы потери не превышали тягу.
Располагаемое гравитационное давление определяется по формуле:
ΔРГ=g·h·(ρН-ρВ),
где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2); h — высота шахты (м); ρН — плотность наружного воздуха (принимается для +5°С равной 1,27 кг/м3); ρВ — плотность внутреннего воздуха (принимается для +18°С равной 1,21 кг/м3).
Площадь сечения шахты рассчитывается исходя требуемого расхода и скорости воздуха. Скорость воздуха задаётся самостоятельно, рекомендуется принимать не более 1,5 м/с, желательно — 1 м/с.
S = L / (3600·v),
где L — расход воздуха (м3/ч), v — скорость воздуха (м/с).
По полученной площади сечения шахты определяется длина А и ширина В сечения (так, чтобы A·B ≈S) для прямоугольных шахт или диаметр круглых шахт (D=корень(4·S/p)).
Далее определяется аэродинамическое сопротивление шахты ΔРШ, включая сопротивление вытяжной решетки в помещении и дефлектора на улице. Оно должно быть как минимум на 10% меньше располагаемого гравитационного давления ΔРГ:
ΔРГ ≥ 1,1·ΔРШ.
Если это условие не выполняется, следует принять меньшую скорость движения воздуха в шахте (это позволит снизить ΔРШ) или увеличить высоту шахты (это позволит увеличить ΔРГ).
