ПОСОБИЕ 3.91 к СНиП 2.04.05-91

Вентиляторные установки
УДК 697.911
Рекомендовано к изданию решением секции Технического Совета арендного предприятия Промстройпроект.
Пособие 3.91 к СНиП 2.04.05-91 разработано Промстройпроектом (канд. техн. наук Б.В.Баркалов) при участии ин-та СантехНИИПроект (канд. техн. наук Л.А.Бычкова) взамен раздела 11 пособия к СНиП 2.04.05.86.
В Пособии 3.91 приводятся указания по расчету потерь давления в установках радиальных вентиляторов и их аэродинамических характеристик. Течение воздуха в вентиляторе и присоединение к нему фасонных частей взаимосвязаны.
Пособие предназначено для специалистов в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

1. Вентиляторной установкой называют вентилятор с присоединенными фасонными элементами сети, находящимися на расстоянии до пяти диаметров (5Dv) от входного и 3Dg от выходного отверстия, где Dg = 4,4v/P, Av и P – площадь и периметр выходного отверстия вентилятора. Течение воздуха в вентиляторе и присоединенных фасонных элементах взаимосвязаны, поэтому потери давления в установках с радиальными вентиляторами и аэродинамические характеристики вентустановок следует рассчитывать по данному Пособию. Характеристики вентустановок с осевыми вентиляторами следует рассчитывать по работе [1].
__________
1. Бычкова Л.А. Рекомендации по расчету гидравлических сопротивлений сложных элементов систем вентиляции - М., Стройиздат, 1981, 29 с.

2. Коэффициенты гидравлического сопротивления (потерь давления) входного и выходного элементов вентустановки z определены экспериментально и отнесены к динамическому давлению вентилятора Pdv Па. Величина z зависит от вида элемента, его геометрических характеристик, аэродинамической схемы вентилятора, режима его работы и дается при фиксированном расходе воздуха для трех характерных режимов: оптимального, соответствующего расходу Lopt м3/ч, при максимальном значении КПД, и на границах аэродинамической характеристики вентилятора, соответствующих значению 0,9hmax слева L1 и справа L2 от оптимального режима (рис. 1). При расположении рабочей точки на характеристике вентилятора в промежутке между оптимальным режимом и границей рабочей области величину коэффициента z следует определять интерполяцией.
3. Потери полного давления во входном и выходном элементах вентустановки DP, Па, рассчитываются по формуле:
(1)
где - сумма коэффициентов сопротивления входного и выходного элементов,
- динамическое давление вентилятора в рабочей точке, Па.
4. Коэффициенты сопротивления фасонных элементов вентиляторной установки z рекомендуется определять:
a) для входных элементов – по табл. 1 и 2;
b) для выходных элементов – по табл. 3-5;
для составных элементов за вентиляторами с лопатками, загнутыми назад, показанных на рис. 2, при = l / Dg = 1-1,5; n = A / Av = 1,5 - 2,6; = H / Dg = 1 - 2 принимать равными z=2 при L1, z =0,7 при Lopt и L2.
5. Полное давление вентустановки , Па, меньше полного давления вентилятора на величину потерь в присоединенных фасонных элементах и равно:
= Pv - DP (2)
6. КПД вентустановки h' меньше КПД вентилятора на величину потерь, вызванных присоединительными элементами на входе и выходе
h' = h - Dh = h (1 - ) (3)
где h- Кпд вентилятора при заданном расходе воздуха;
Dh и - суммарное, действительное и относительное снижение КПД, вызванное присоединительными элементами.
7. Относительное снижение КПД вентустановки определяется:
a) для входных элементов по табл. 1 и 2;
b) для выходных элементов величина относительного снижения КПД равна:
(4)
где z принимается по табл. 3-5 или по п. 4.в. 8. Применение оптимальных способов присоединения вентилятора к сети и учет потерь в элементах присоединения особенно важен, когда доля динамического давления вентилятора в полном Pdv/Pv велика, т.е. при расположении рабочей точки вблизи оптимального режима и в правой части рабочей области аэродинамической характеристики вентилятора.
9. Для преобразования характеристики полного давления вентилятора и характеристику полного давления вентиляторной установки необходимо рассчитать согласно п.п. 3 и 4 потери полного давления в элементах присоединения при фиксированном расходе воздуха в названных в п. 2 трех характерных точках. Затем вычесть эти потери из характеристики вентилятора (п.5) и по полученным трем точкам построить характеристику полного давления вентиляторной установки (рис.1).
Аналогично могут быть построены кривые КПД h' (рис.1) и статистического КПД вентиляторной установки.
10. Рабочая точка вентиляторной установки 4 (рис.1) находится на пересечении характеристики сети с характеристикой полного давления вентиляторной установки. Рабочей точкой 5, находящейся на пересечении характеристики сети с каталожной характеристикой вентилятора, пользоваться не следует, т.к. это может явится причиной значительного снижения фактического расхода воздуха по сравнению с его расчетной величиной L.
11. Если потери в вентустановке вызвали снижение расхода воздуха с L до м3/ч (рис.1), то для получения требуемого расхода скорость вращения n должна быть увеличена до определяемой по формуле:
n' = n L / L' (5)
12. Входные элементы, усиливающие неравномерность воздушного потока (прямоугольные колено, коробка, диффузор и т.п.) рекомендуется размещать от вентилятора на расстоянии, превышающем указанные в п. 1.
Примечание. Потери в прямоугольной входной коробке, поворачивающей поток воздуха на 90оС, не могут значительно превышать потери в прямоугольном колене.

13. Хорошо изготовленные и смонтированные гибкие вставки практически не влияют на характеристики вентустановок, но при несносности их с входом в вентилятор, при провисании материала и уменьшении проходного сечения гибкие вставки являются источником существенных потерь.
Пример 1. Задано определить оптимальные геометрические характеристики и гидравлические потери пирамидального диффузора за радиальным вентилятором с лопатками, загнутыми вперед. Относительная длина диффузора = l / Dg = 1,5.
Решение. По рис.3б находим, что длине = 1,5 соответствует оптимальная степень расширения n=1,9. Коэффициент сопротивления в таком диффузоре согласно табл. 3 составит на оптимальном режиме 0,3, на левой границе рабочей области 0,5, на правой границе 0,31.
Пример 2. Требуется по заданной характеристике полного давления радиального вентилятора с лопатками, загнутыми назад, построить характеристики вентустановки (рис.1).
Перед входом в вентилятор размещен плавный отвод, за вентилятором следует диффузор, отвод, короб.
Решение. Согласно табл. 2 коэффициенты z и относительное снижение КПД установки с плавным отводом R=1,5D0 на входе для трех характерных режимов составят: z=0,4; 0,45 и 0,36=0,01; 0,01 и 0,02.
За вентилятором размещен диффузор ( = 1,5, n = 2), отвод (R = Dg) и короб = H/ Dg = 2. Для выходного элемента по п. 4в коэффициенты z для трех характерных режимов работы вентилятора составят: при L1 коэффициент z = 2, при Lopt и L2, z = 0,7. Используя эти значения, рассчитываем по формуле 4 относительное снижение КПД установки под влиянием элементов выхода.
Полное давление вентиляторной установки на характерных режимах определяется по формуле (1) как разность полного давления вентилятора и суммарных потерь давления во входных и выходных элементах установки.
Относительное снижение КПД установки в каждой из трех точек суммируется для элементов входа и выхода, а КПД рассчитывается по формуле (3). По полученным трем точкам строится кривая КПД вентустановки.

Рис. 1. Аэродинамические характеристики вентилятора и вентиляторной установки: 1- кривая полного давления вентилятора; 2- кривая полного давления вентиляторной установки;
3- характеристика сети; 4- рабочая точка вентиляторной установки; 5- рабочая точка вентилятора (без учета потерь давления в фасонных присоединительных элементах сети);
6- кривая КПД вентилятора; 7- кривая КПД вентиляторной установки; 8- значение КПД вентилятора, соответствующее рабочей точке 5; 9- значение КПД вентиляторной установки, соответствующее рабочей точке



Рис. 2. Составной присоединительный элемент вентиляторной установки: Av, A – площади поперечного сечения диффузора, м2; l – длина диффузора, м; H - высота воздуховода, м;
Dg - гидравлический диаметр выходного сечения вентилятора Dg=4Av/Ф, где Ф- периметр выходного сечения вентилятора, м.


Рис. 3. Геометрические характеристики оптимальных пирамидальных диффузоров за радиальными вентиляторами: а - размеры диффузоров; б - график оптимальных относительных размеров диффузоров и nopt=A/Av за вентиляторами с лопатками загнутыми вперед; в- то же, но с лопатками загнутыми назад; Av, A- площадь поперечного сечения диффузора, м2; l- длина диффузора, м; Ф- периметр выходного сечения вентилятора, м.


Рис. 4. Геометрические характеристики оптимальных, плоских несимметричных диффузоров за радиальными вентиляторами: а - размеры диффузоров; б - график оптимальных относительных размеров диффузоров и nopt = A/Av за вентиляторами с лопатками загнутыми вперед; в- то же, но с лопатками загнутыми назад; Av, A - площадь поперечного сечения диффузора, м2; l- длина диффузора, м; Ф- периметр выходного сечения вентилятора, м.

Таблица 1

Значение коэффициентов сопротивления z и относительного снижения КПД установок радиальных вентиляторов с лопатками, загнутыми вперед

Схемы элементов входа   z/ Режим работы вентилятора
      L1 Lорт L2
Схема 1







R=1-1,5D0






z






0,4
0,05






0,4
0,05






0,35
0,1
Схема 2






ѕ





z





2
0,3





2
0,3





2
0,4
Схема 3

= 1 / D0
n = (D0 / D1)2



= 1,5
n = 0,4 - 0,7



z



0
0



0
0



0
0
Схема 4
n = 1,5
= 0,5

n = 2
z

z
0
0,04
0,5
0,08
0,2
0,08
0,8
0,20
0,2
0,12
0,7
0,41
= 1 / D0
n = (D0 / D1)2
n = 1,5
= 0,8

n = 2
z

z
0,1
0
0,3
0,06
0,15
0,03
0,3
0,06
0,1
0,06
0,2
0,11
  n = 1,5
= 1,5

n = 2
z

z
0,2
0,05
0,4
0,07
0,2
0,06
0,5
0,14
0,15
0,09
0,4
0,22





















Таблица 2

Значение коэффициентов сопротивления z и относительного снижения КПД установок радиальных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад

Схемы элементов входа   z/ Режим работы вентилятора
      L1 Lорт L2
Схема 1







R=1-1,5D0






z






0,4
0,01






0,4
0,02






0,36
0,02
Схема 2





ѕ





z





1
0,08





1
0,08





1
0,20
Схема 3

= 1 / D0
n = (D0 / D1)2

= 1
n = 0,7

= 1,2
n = 0,5

= 1,4
n = 0,4

z


z


z

0,7
0,07

0,8
0,02

0,5
0,03

0,3
0,07

0,4
0,06

0,5
0,05

0,2
0,05

0,3
0,06

0,1
0,02
Схема 4
n = 1,5
= 0,8

n = 2
z

z
0,5
0,03
0,5
0,02
0,5
0,06
0,8
0,10
0,3
0,08
0,8
0,21
= 1 / D0
n = (D0 / D1)2
n = 1,5
= 1,4

n = 2
z

z
0,2
0,01
0,2
0,02
0,3
0,04
0,3
0,04
0,3
0,07
0,7
0,08

Таблица 3

Значение коэффициентов сопротивления z установок радиальных вентиляторов с пирамидальными диффузорами на выходе (рис. 3а)

Вентилятор Характеристика Режим работы вентилятора
  диффузора L1 Lopt L2
Лопатки загнуты вперед n = 1,5
= 1
2
0,4

0,75
0,2

0,4
0,2

0,5
  n = 1,5
= 1,5 2
2,5
0,3
0,55
0,8
0,1
0,35
0,5
0,15
0,35
0,55
  n = 2
= 2,5 2,5
3
0,35
0,4
0,55
0,1
0,3
0,3
0,1
0,3
0,45
Лопатки загнуты назад n = 1,5
= 1 2
2,5
1,1
1,25
1,5
0,25
0,2
0,6
0,1
0,15
0,4
  n = 1,5
= 1,5 2
2,5
1,1
1,25
1,5
0,15
0,2
0,45
0,15
0,15
0,2

Таблица 4

Значение коэффициентов сопротивления z установок радиальных вентиляторов с плоскими диффузорами на выходе (рис.4а)

Вентилятор Характеристика Режим работы вентилятора
  диффузора L1 Lopt L2
Лопатки загнуты вперед n = 1,2
=1 1,5
1,8
0,2
0,3
0,45
0,1
0,2
0,5
0,1
0,35
0,6
  n = 1,2
=1,5 1,5
1,8
2
0,1
0,2
0,22
0,25
0,05
0,1
0,2
0,35
0,1
0,2
0,35
0,55
  n = 1,5
=2,5 2
2,5
0,1
0,15
0,3
0,1
0,15
0,4
0,1
0,35
0,6
Лопатки загнуты назад n = 1,2
=1 1,5
1,8
1
1
1,2
0,05
0,15
0,45
0,1
0,2
0,6
  n = 1,2
=1,5 1,5
1,8
2
1
1
1,2
1,2
0,05
0,2
0,3
0,4
0,15
0,2
0,35
0,45
  n = 1,5
=2,5 2
2,5
1
1,2
1,2
0,15
0,15
0,4
0,1
0,25
0,45
Таблица 5

Значение коэффициентов сопротивления z установок с радиальными вентиляторами
Схема Характеристика выхода Лопатки вентилятора Режим работы вентилятора
      L1 Lорт L2
Схема 5
R = Dou
вперед z
назад z

0,2
0,6

0,3
0,2

0,3
0,3
Схема 6
Диффузор
n = 2,
a = 14°,
отвод
R = Dou

вперед z
назад z

0,4
0,2

0,2
0,2

0,2
0,2
Схема 7

ѕ

вперед z
назад z

0,2
0,1

0,2
0,1

0,2
0,1