Opory przepływu powietrza w instalacji wentylacyjnej

Transkrypt

1 Wentylacja i klimatyzacja 2 -ćwiczenia- Opory przepływu powietrza w instalacji wentylacyjnej Przepływ powietrza w przewodach wentylacyjnych Powietrze dostarczane jest do pomieszczeń oraz z nich usuwane zwykle przez przewody (kanały) wentylacyjne. Przepływ powietrza przez przewody odbywa się dzięki różnicy ciśnień wywołanej: czynnikami naturalnymi (w wentylacji naturalnej), pracą wentylatora (w wentylacji mechanicznej). Aby przepływ powietrza był możliwy, różnica ciśnień między końcami przewodu wentylacyjnego musi być co najmniej równa stratom ciśnienia jakie wywołuje przepływające powietrze. 1

2 Przepływ powietrza w przewodach wentylacyjnych W technice wentylacyjnej przyjmuje się, że powietrze jest płynem nieściśliwym o stałej gęstości ρ, dla którego obowiązuje równanie Bernoulliego: Przepływ powietrza w przewodach wentylacyjnych Energia ciśnienia Energia kinetyczna W instalacjach wentylacyjnych: Energia potencjalna położenia = 0 2

3 Przepływ powietrza w przewodach wentylacyjnych Wsp. Saint Venanta przyjmuje wartość: a=2 dla ruchu laminarnego, a 1 dla ruchu burzliwego. Ponieważ ruch powietrza w przewodach wentylacyjnych ma zawsze charakter burzliwy, równanie Bernoulliego można zapisać w uproszczonej postaci: Suma energii ciśnienia i energii prędkości (kinetycznej) strumienia powietrza, przepływającego przez przewód o dowolnym kształcie między przekrojami 1-1 i 2-2, zmniejsza się o wielkość pracy zużytej na pokonanie oporów przepływu na odcinku między tymi przekrojami. Przepływ powietrza w przewodach wentylacyjnych W technice wentylacyjnej wielkości w równaniu Bernoulliego można potraktować jako ciśnienie, wówczas: p i ciśnienie statyczne, w i2 ρ/2 = p di ciśnienie dynamiczne, h i (ρ-ρ o )g ciśnienie aerostatyyczne (=0). Ciśnienie statyczne Ciśnienie dynamiczne Ponieważ ciśnienie całkowite to: p ci = p i + p di p c1 p c2 = Δp str 3

4 Opory przepływu Opory przepływu powietrza przez instalację wentylacyjną dzieli się na: - opory tarcia (opory liniowe), - opory miejscowe. Opory tarcia Strata ciśnienia, spowodowana oporem tarcia, przy przepływie burzliwym przez prosty przewód o dowolnym kształcie i niezmiennym kształcie przekroju poprzecznego, opisana jest zależnością Darcy-Weisbaha: 4

5 Opory tarcia Współczynnik tarcia w przewodach hydraulicznie gładkich zależy od liczby Reynodsa: Przewód uznaje się za hydraulicznie gładki, jeżeli chropowatość względna (k/d): Opory tarcia 5

6 Opory tarcia Opory tarcia W praktyce do obliczania oporów tarcia (oporów liniowych) stosuje się uproszczony wzór w postaci: PL Rt L, Pa β bezwymiarowy współczynnik uwzględniający chropowatości ścianki przewodu (dla blachy gładkiej ocynkowanej β=1,0), R t jednostkowa strata ciśnienia przewodu, Pa/m, L długość rozpatrywanego odcinka przewodu, m. Wartość wsp. R t odczytuje się z nomogramów lub tabel. Średnica równoważna przewodu prostokątnego d v : 6

7 Opory tarcia Opory tarcia dla d=500 mm i V=5000 m 3 /h odczytano: w 7,0m/s, R t 1,0 Pa/m 7

8 Opory tarcia Sposób wyznaczania bezwymiarowego wsp. β β=1,5 Chropowatość bezwzględna k: to strata ciśnienia całkowitego spowodowanego przez przepływ powietrza przez różnego rodzaju elementy instalacji, w których zmianie ulega ich kształt, rozmiary, a także kierunek przepływającego powietrza. występują również na wlocie do i wylocie z instalacji oraz przy łączeniu i rozdzielaniu strumieni powietrza. (lokalne) są ściśle związane z określonym miejscem instalacji. 8

9 można obliczyć z zależności: nagłe rozszerzenie przewodu Jeżeli strata ciśnienia będzie odniesiona do prędkości przepływu w mniejszym przekroju A 1, to wsp. straty miejscowej: 9

10 nagłe zwężenie przewodu Wartości wsp. oporów miejscowych odniesiona jest dla prędkości powietrza przed przewężeniem. dyfuzor i konfuzor Dyfuzor kształtka przewodu wentylacyjnego o stopniowo zwiększającym się przekroju. Konfuzor - kształtka przewodu wentylacyjnego o równomiernie zmniejszającym się przekroju. Ze wzrostem kąta β straty ciśnienia w dyfuzorze rosną. Po przekroczeniu β=35 40 o straty ciśnienia osiągają wartości takie, jak w przypadku nagłego rozszerzenia przewodu. Stosowanie dyfuzorów o kącie β>35 o jest bezcelowe. 10

11 dyfuzor i konfuzor łuki i kolana Jeśli r/d 1 kolano Jeśli r/d>1 łuk 11

12 łuki i kolana Kolano z prowadnicami łuki i kolana 12

13 wlot do i wylot z przewodu wlot do i wylot z przewodu 13

14 wlot do i wylot z przewodu kształtki węzłowe (trójniki) Węzły (instalacji) miejsca podziału lub łączenia się strumienia powietrza. Kształtki węzłowe kształtki, w których odbywa się podział lub łączenie strumieni powietrza. Trójniki kształtki, w których łączy się dwa strumienie powietrza lub jeden strumień powietrza dzieli się na dwa. Odgałęzienie przelotowe Przewód główny (płynie cały strumień) Odgałęzienie (bocznik) 14

15 kształtki węzłowe (trójniki) Na wartość współczynników oporu miejscowego ζ przy łączeniu i dzieleniu strumieni powietrza mają wpływ: geometria kształtki węzłowej, względne strumienie powietrza, przepływające przez poszczególne odgałęzienia, chropowatość ścianek, burzliwość przepływu powietrza. trójniki podział strumienia odgałęz. przelot Dla: w c = w p = w o, α 1 = 90 o, α 2 = 0 o Trójnik przelot: ζ < 0,06, Trójnik odgałęzienie: ζ = 1,5. 15

16 trójniki łączenie strumieni Współczynniki oporu miejscowego: w przewodzie przelotowym (ζ p ) i boczniku (ζ o ), odniesione do ciśnienia dynamicznego w przewodzie głównym, można obliczyć z zależności: w najkorzystniejsza prędkość mieszania w przewodzie głównym, dla której strata ciśnienia byłaby najmniejsza, m/s. trójniki łączenie strumieni Najkorzystniejszą prędkość mieszania w dla trójnika przelotowego można obliczyć z zależności: 16

17 trójniki łączenie strumieni ζ=0 Dla: w c = w p = w o= w, α 1 = 90 o, α 2 = 0 o Trójnik przelot: ζ =0, Trójnik odgałęzienie: ζ = 0. wpływ chropowatości ścian Wpływ chropowatości ścian na współczynnik oporu miejscowego zależy w znacznym stopniu od konstrukcji kształtki. Dla kolan, łuków, odsadzek, dyfuzorów, konfuzorów i trójników: Dla nagłego zwężenia i rozszerzenia przewodu, wlotu i wylotu oraz zasuw: 17

18 wpływ chropowatości ścian wpływ chropowatości ścian 18

19 Zalecane prędkości przepływu powietrza w przewodach wentylacji mechanicznej Obliczenia strat ciśnienia 19

20 Obliczenia strat ciśnienia Liniowa strata ciśnienia: β bezwymiarowy współczynnik uwzględniający chropowatości ścianki przewodu (dla blachy gładkiej ocynkowanej β=1,0), R t jednostkowa strata ciśnienia przewodu, Pa/m, L długość rozpatrywanego odcinka przewodu, m. Obliczenia strat ciśnienia Miejscowa strata ciśnienia: 2 w Z pd, 2 p d ciśnienie dynamiczne, Pa, ξ bezwymiarowy współczynnik oporów miejscowych dla danego elementu instalacji wentylacyjnej, ρ gęstość powietrza, kg/m 3, Pa w prędkość powietrza w rozpatrywanym elemencie, m/s. 20

21 Obliczenia strat ciśnienia Całkowita strata ciśnienia: H c pl Z, Pa Δp L liniowe straty ciśnienia, Pa, Z miejscowe straty ciśnienia, Pa. PRZYKŁAD OBLICZENIOWY 21

22 czerpnia 630x x x x315/O315 centrala nawiewno-wywiewna typu..., wlk...., Anemostat nawiewny typu..., wlk... O315 O315 Anemostat nawiewny typu..., wlk... MASZYNOWNIA POMIESZCZENIE WENTYLOWANE 315x x x315/O315 Anemostat wywiewny typu..., wlk... O315 O315 Anemostat wywiewny typu..., wlk... do wyrzutni dachowej typu..., wlk schemat instalacji wentylacyjnej - nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 22

23 4 nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 Nr działki V a x b lub d A w d L Rt β Hd Σζ βrtl ΣζHd Hc Uwagi m3/s mm m2 m/s mm m Pa/m - Pa - Pa Pa Pa Strona tłoczna 1-2 Anemostat DLQ 600 4AK, V = 0,25 m 3 /s (250 l/s) 13 0, ,078 3, ,0 1-6,1 1,2 2 7,3 9,3 Ttrójnik-rozg. (ζ=1,2) 0,5 315x315 0,1 5, , ,4 9,6 36,0 45,6 2 x kolano ( ζ=1,2) 2-3a 315x315 0,5 500x630 0,1 5, ,1-1,5 1,5 Dyfuzor (ζ=0,1) Strona tłoczna PT = 69,4 Strona ssawna 3a-4 0,5 315x630 0,2 2, ,5 0,15 1 3,8 4,08 0,2 15,5 15,7 Strona ssawna PS = 15,7 Pa 2 x kolano ( ζ=0,84) Czerpnia żaluzje+siatka (ζ=2,4) 4 schemat instalacji wentylacyjnej - nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 Nr działki V a x b lub d A w d L Rt β Hd Σζ βrtl ΣζHd Hc Uwagi m3/s mm m2 m/s mm m Pa/m - Pa - Pa Pa Pa Strona tłoczna 1-2 Anemostat DLQ 600 4AK, V = 0,25 m 3 /s (250 l/s) 13 0, ,078 3, ,0 1-6,1 1,2 2 7,3 9,3 Ttrójnik-rozg. (ζ=1,2) 0,5 315x315 0,1 5, , ,4 9,6 36,0 45,6 2 x kolano ( ζ=1,2) 2-3a 315x315 konfuzor 0,5 0,1 5, ,1-1,5 1,5 Dyfuzor (ζ=0,1) 500x630 Strona tłoczna PT = 69,4 Strona ssawna 3a-4 0,5 315x630 0,2 2, ,5 0,15 1 3,8 4,08 0,2 15,5 15,7 Strona ssawna PS = 15,7 Pa 2 x kolano ( ζ=0,84) Czerpnia żaluzje+siatka (ζ=2,4) 23

24 4 schemat instalacji wentylacyjnej - nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 Nr działki V a x b lub d A w d L Rt β Hd Σζ βrtl ΣζHd Hc Uwagi m3/s mm m2 m/s mm m Pa/m - Pa - Pa Pa Pa Strona tłoczna 1-2 Anemostat DLQ 600 4AK, V = 0,25 m 3 /s (250 l/s) 13 0, ,078 3, ,0 1-6,1 1,2 2 7,3 9,3 Ttrójnik-rozg. (ζ=1,2) 0,5 315x315 0,1 5, , ,4 9,6 36,0 45,6 2 x kolano ( ζ=1,2) 2-3a 315x315 0,5 500x630 0,1 5, ,1-1,5 1,5 konfuzor Dyfuzor (ζ=0,1) Strona tłoczna PT = 69,4 Strona ssawna 3a-4 0,5 315x630 0,2 2, ,5 0,15 1 3,8 4,08 0,2 15,5 15,7 Strona ssawna PS = 15,7 Pa 2 x kolano ( ζ=0,84) Czerpnia żaluzje+siatka (ζ=2,4) 4 schemat instalacji wentylacyjnej - nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 Nr działki V a x b lub d A w d L Rt β Hd Σζ βrtl ΣζHd Hc Uwagi m3/s mm m2 m/s mm m Pa/m - Pa - Pa Pa Pa Strona tłoczna 1-2 Anemostat DLQ 600 4AK, V = 0,25 m 3 /s (250 l/s) 13 0, ,078 3, ,0 1-6,1 1,2 2 7,3 9,3 Ttrójnik-rozg. (ζ=1,2) 0,5 315x315 0,1 5, , ,4 9,6 36,0 45,6 2 x kolano ( ζ=1,2) 2-3a 315x315 0,5 500x630 0,1 5, ,1-1,5 1,5 konfuzor Dyfuzor (ζ=0,1) Strona tłoczna PT = 69,4 Strona ssawna 3a-4 0,5 315x630 0,2 2, ,5 0,15 1 3,8 4,08 0,2 15,5 15,7 Strona ssawna PS = 15,7 Pa 2 x kolano ( ζ=0,84) Czerpnia żaluzje+siatka (ζ=2,4) 24

25 4 schemat instalacji wentylacyjnej - nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 Nr działki V a x b lub d A w d L Rt β Hd Σζ βrtl ΣζHd Hc Uwagi m3/s mm m2 m/s mm m Pa/m - Pa - Pa Pa Pa Strona tłoczna 1-2 Anemostat DLQ 600 4AK, V = 0,25 m 3 /s (250 l/s) 13 0, ,078 3, ,0 1-6,1 1,2 2 7,3 9,3 Ttrójnik-rozg. (ζ=1,2) 0,5 315x315 0,1 5, , ,4 9,6 36,0 45,6 2 x kolano ( ζ=1,2) 2-3a 315x315 0,5 500x630 0,1 5, ,1-1,5 1,5 konfuzor Dyfuzor (ζ=0,1) Strona tłoczna PT = 69,4 Strona ssawna 3a-4 0,5 315x630 0,2 2, ,5 0,15 1 3,8 4,08 0,2 15,5 15,7 Strona ssawna PS = 15,7 Pa 2 x kolano ( ζ=0,84) Czerpnia żaluzje+siatka (ζ=2,4) 4 schemat instalacji wentylacyjnej - nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 Nr działki V a x b lub d A w d L Rt β Hd Σζ βrtl ΣζHd Hc Uwagi m3/s mm m2 m/s mm m Pa/m - Pa - Pa Pa Pa a Sprawdzenie Strona ciśnienia tłoczna w węźle 2 Anemostat DLQ 600 4AK, V = 0,25 m 3 /s (250 l/s) 13 0, ,078 3, ,5+2,5 5,0+2,0 * 1-6,1 0,1 1,2 72 0,6 7,3 7,6 9,3 Zmiana Ttrójnik-rozg. przekr. (ζ=1,2) (ζ=0,1) 0,25 0,5 315x315 0,1 5, , , ,15 2,4 14,4-36,0 0,6 50,4 0,6 Ttrójnik-przel. 2 x kolano ((ζ=0,15) ζ=1,2) Strata ciśnienia na odc. 1-2: 21,2 Pa 315x315 0,5 0,1 5, ,1-1,5 1,5 Dyfuzor (ζ=0,1) 500x630 Różnica ciśnień w węźle 2: P1-2 - P1-2 = (13+9,3)-21,2 = 0,1 Pa (~0,5%) W anemostacie DLQ 600 4AK (przy V=250l/s) istnieje możliwość zdławienia przepływu o Strona max 29 tłoczna Pa. PT = 74,2 Pa Sumaryczne straty ciśnienia w instalacji: PC = PT + PS = 69,4 + 15,7 = 85,1 Pa. Ciśnienie dyspozycyjne: * - miejscowa strata ΔPciśnienia D = 1,2 ΔP w działce C = 1,2 85,1 1-2 w = dwóch 102,1 niewielkich Pa łukach wykonanych z kanału giętkiego Ø315 została zastąpione liniową stratą ciśnienia w odcinku prostym o długości 2,5 m (zgodnie z zaleceniami producenta) Uwaga: opory przepływu przez przepustnicę na wlocie do centrali zostały ujęte w oporach samej centrali. 25

26 4 schemat instalacji wentylacyjnej - nawiewnej 315x630, L=3,5 1,5 m 315x315, L=6,0 12 m 2 315x315/O315 O315, L=1,5 2,0 m m O315, L=4,5 m 1 1' 3b 3a 500x630/315x315 Nr działki V a x b lub d A w d L Rt β Hd Σζ βrtl ΣζHd Hc Uwagi m3/s mm m2 m/s mm m Pa/m - Pa - Pa Pa Pa a Sprawdzenie Strona ciśnienia tłoczna w węźle 2 Anemostat DLQ 600 4AK, V = 0,25 m 3 /s 3 /s(250 l/s) l/s) , ,078 3, ,0+2,0 1-6,1 0,1 7 0,6 7,6 Zmiana przekr. (ζ=0,1) 0, ,078 3, ,5+2,5 2,0 * 0,25 315x315 0,1 5, ,75 6,1 0,15 1,2-2 0,6 7,3 0,6 9,3 Ttrójnik-przel. Ttrójnik-rozg. (ζ=1,2) (ζ=0,15) 0,5 315x315 0,1 5, , Strata 2,4 ciśnienia 14,4 na odc. 36,0 1-2: 21,250,4 Pa 2 x kolano ( ζ=1,2) 315x315 0,5 0,1 Różnica ciśnień 5,0 w węźle 317 2: P P1-2 = -(13+9,3)-21,2 - = 1,1 Pa 15 (różnica 0,1 ~5%) - 1,5 1,5 Dyfuzor (ζ=0,1) 500x630 W anemostacie DLQ 600 4AK (przy V=250l/s) istnieje możliwość zdławienia przepływu o max 29 Pa. dopuszczalne: 10% Sumaryczne straty ciśnienia w instalacji: PC = PT + PS = 69,4 + 15,7 = 85,1 Strona Pa. tłoczna PT = 74,2 Pa Ciśnienie dyspozycyjne: ΔP D = 1,2 ΔP C = 1,2 85,1 = 102,1 Pa Uwaga: opory przepływu przez przepustnicę na wlocie do centrali zostały ujęte w oporach samej centrali. odgałęz. trójniki podział strumienia 26

27 trójniki podział strumienia przelot łuki i kolana 27

28 Opory tarcia dla d=315 mm i w=5,0 m/s odczytano: R t 0,8 Pa/m dyfuzor i konfuzor 28

29 (działka 3a-4) Σζ=2 0,84+1,0+1,4=4,08 29