Сопротивление сети — это давление, которое вентилятор должен создать, чтобы прогнать нужный расход через воздуховоды, фитинги и оборудование. Складывается оно из двух частей: потерь на трение по длине прямых участков и местных потерь на всём, что стоит в тракте.
Обе части считаются одинаково устроенной формулой, и это главное, что стоит понять: каждая равна динамическому давлению, умноженному на коэффициент.
Одна величина под обеими формулами
Динамическое давление — половина произведения плотности воздуха на квадрат скорости. При стандартной плотности 1,2 кг/м³ скорость 5 м/с даёт 15 Па, 10 м/с — 60 Па, 15 м/с — 135 Па.
Потери на трение равны коэффициенту трения, умноженному на отношение длины участка к диаметру и на динамическое давление. На практике удобнее пользоваться удельными потерями: сколько паскалей теряется на каждом метре — и умножить на длину.
Местные потери равны коэффициенту местного сопротивления, умноженному на то же динамическое давление. Коэффициент берётся из справочных таблиц или паспорта элемента: у отвода он зависит от радиуса поворота, у тройника — от соотношения расходов в ветвях, у диффузора — от угла раскрытия.
Отсюда следует то, ради чего эта арифметика вообще нужна. Раз обе части пропорциональны квадрату скорости, а скорость при неизменном сечении пропорциональна расходу, то и всё сопротивление сети растёт как квадрат расхода. Это и есть та парабола, пересечение которой с кривой вентилятора даёт рабочую точку.
Скорость решает больше, чем длина
Из квадратичной зависимости вытекает практическое правило: удвоение скорости в воздуховоде учетверяет потери на этом участке. Поэтому сечение тракта влияет на выбор вентилятора сильнее, чем протяжённость.
В проектной практике скорости обычно держат в определённых пределах, и ограничивает их чаще всего не давление, а шум: аэродинамический шум растёт со скоростью очень быстро, и воздуховод, рассчитанный «поуже, чтобы сэкономить на металле», потом слышно в помещении.
Отдельно стоит помнить про приточные и вытяжные решётки. Скорость в живом сечении решётки — самостоятельный источник шума в обслуживаемом помещении, и её держат заметно ниже, чем в магистрали.
| Участок | Скорость | Чем ограничена |
|---|---|---|
| Решётки и диффузоры в помещении | 1,5–3 м/с | Шум и дискомфорт от струи |
| Ответвления | 3–5 м/с | Шум |
| Магистрали в общественных зданиях | 5–8 м/с | Шум и потери |
| Магистрали в промышленных системах | 8–12 м/с | Потери давления |
| Воздухозабор и выброс | 4–6 м/с | Потери и попадание осадков |
Прямоугольный воздуховод: эквивалентный диаметр
Формулы и справочные таблицы построены для круглых сечений. Прямоугольный воздуховод приводят к круглому через эквивалентный диаметр — такой круглый, у которого потери на трение те же.
Считается он как удвоенное произведение сторон, делённое на их сумму. Для воздуховода 500×300 мм это даёт примерно 375 мм.
Важная деталь, на которой спотыкаются: эквивалентный диаметр служит только для определения потерь. Скорость по нему считать нельзя — её берут по фактической площади сечения, то есть по произведению сторон.
Гибкий воздуховод считают отдельно
Гофрированная стенка гибкого воздуховода создаёт сопротивление существенно выше, чем гладкая труба того же диаметра. Даже полностью растянутый, он проигрывает жёсткому.
Хуже другое: если гибкий воздуховод смонтирован сжатым — не растянут по длине, — его сопротивление вырастает кратно. Это самая частая причина расхождения между расчётом и фактом на объекте: считали по гладкой трубе, а смонтировали гармошкой.
Практический вывод: гибкие вставки уместны как короткие переходы, а не как участки тракта. Если по проекту гибкого воздуховода много, его сопротивление нужно считать по данным изготовителя, а не по общей таблице.
Оборудование в тракте — обычно главная статья
Считая длины и отводы, легко упустить, что основное сопротивление во многих системах создают не они, а установленное в тракте оборудование. Его характеристики берут из паспортов, а не из формул.
Фильтр — и здесь есть тонкость: в паспорте указывают сопротивление чистого фильтра и конечное, при котором его меняют. Считать нужно по конечному, иначе к моменту замены расход просядет ниже проектного.
Теплообменники — нагреватель, охладитель, рекуператор — каждый со своим сопротивлением. Шумоглушитель, обратный клапан, воздушный клапан, жалюзийная решётка. Каждый элемент добавляет своё, и в сумме это часто больше, чем весь воздуховод.
Здесь же уместен запас, о котором стоит сказать отдельно: закладывать его правильно в сопротивление сети — на загрязнение фильтра, на неточность монтажа, — а не в типоразмер вентилятора. Вентилятор, взятый «на вырост», работает вне зоны максимального КПД и шумит сильнее.
Порядок расчёта
Собрать всё вместе можно по простой последовательности.
Первое: определить расход по каждому участку — от самого дальнего к вентилятору расходы складываются. Второе: назначить сечения так, чтобы скорости попали в разумные пределы. Третье: для каждого участка посчитать потери на трение по его длине. Четвёртое: добавить местные потери на всех отводах, тройниках, переходах и входах-выходах. Пятое: прибавить сопротивление оборудования по паспортам, для фильтра — конечное.
Считают по самой нагруженной ветви — той, где суммарные потери наибольшие. Именно её сопротивление и есть то статическое давление, которое вентилятор должен создать, и именно оно подставляется в подбор вместе с расходом.
Если исходных данных для расчёта нет, а вентилятор меняется в существующей системе, есть путь короче: сопротивление сети уже «зашито» в рабочую точку старой машины. По её маркировке восстанавливается и расход, и давление.