| Traject | Luchtstroming, m³/h | Lengte traject, m | Vereiste maat, mm | Gekozen maat, mm | Werkelijke snelheid, m/s | Verlies per 1 m, Pa/m | Wrijvingsverlies, Pa | Plaatselijke elementen, st. | Plaatselijk verlies, Pa | Totaal verlies, Pa | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Over de berekening van ventilatiekanalen
Deze calculator voor ventilatiekanalen berekenen bepaalt stromingstechnische kanaalparameters voor afzonderlijke delen van een ventilatiesysteem: uit de luchtstroming wordt de vereiste kanaaldoorsnede bepaald, vervolgens wordt een ronde of rechthoekige kanaalgrootte gekozen, de werkelijke luchtsnelheid berekend en het drukverlies bepaald. Wrijvingsverliezen en geselecteerde lokale drukverliezen worden voor elk deel afzonderlijk berekend en daarna samengevoegd tot het totale drukverlies.
De berekening kan worden gebruikt voor de voorlopige dimensionering van ventilatiekanalen en voor het vergelijken van verschillende ventilatieoplossingen op basis van luchtsnelheid en stromingsweerstand.
Richtwaarden en aanbevelingen
Ontwerpsnelheid en vereiste doorsnede
Ontwerpsnelheid van de lucht bepaalt de aanvankelijk vereiste kanaaloppervlakte. De calculator gebruikt vaste waarden: natuurlijke ventilatie — 1.5 m/s, mechanische ventilatie in woonruimten — 3 m/s, kantoren — 4.5 m/s en industriële ruimten — 9 m/s.
Vereiste doorsnede wordt berekend uit de luchtstroom Q in m3/h en de ontwerpsnelheid vdesign in m/s. De luchtstroom wordt eerst omgerekend van m3/h naar m3/s door deze door 3600 te delen.
A = (Q / 3600) / vdesign
De resulterende oppervlakte A in m2 is de minimaal berekende doorsnede waarmee de vereiste kanaalgrootte wordt bepaald.
Dimensionering van ronde en rechthoekige kanalen
Rond ventilatiekanaal wordt gedimensioneerd op basis van de oppervlakte van een cirkel. De vereiste binnendiameter d wordt bepaald in millimeters.
d = 1000 · sqrt(4A / π)
De calculator kiest vervolgens de eerste diameter uit de matenreeks die niet kleiner is dan de berekende waarde: 63, 80, 100, 125, 150, 160, 200, 250, 300, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120 of 1250 mm.
Rechthoekig ventilatiekanaal wordt gedimensioneerd met een door de gebruiker opgegeven hoogte h of breedte b. De tweede zijde wordt berekend uit de vereiste oppervlakte.
b = A · 106 / h
h = A · 106 / b
De berekende zijde wordt naar boven afgerond op de eerste geschikte waarde uit de reeks 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 of 2000 mm. De door de gebruiker opgegeven zijde wordt bij de automatische dimensionering niet gewijzigd.
Gekozen kanaalgrootte wordt gebruikt voor alle volgende berekeningen. Als de gebruiker de gekozen diameter of de zijden van een rechthoekig kanaal handmatig wijzigt, worden luchtsnelheid en drukverliezen opnieuw berekend met de ingevoerde afmetingen.
Werkelijke luchtsnelheid en hydraulische diameter
Werkelijke luchtsnelheid wordt berekend uit de gekozen kanaaldoorsnede en niet uit de theoretisch vereiste oppervlakte. Daardoor wijkt de werkelijke snelheid na het afronden van de kanaalgrootte doorgaans af van de oorspronkelijke ontwerpsnelheid.
v = (Q / 3600) / Aactual
Hier is Aactual de werkelijke doorsnede van het gekozen kanaal in m2.
Hydraulische diameter is bij een rond kanaal gelijk aan de diameter. Voor een rechthoekig kanaal met zijden a en b wordt deze als volgt berekend:
dh = 2ab / (a + b)
De waarden a, b en dh moeten in dezelfde eenheden worden uitgedrukt. Voor de berekening van het drukverlies wordt de hydraulische diameter omgerekend van millimeters naar meters.
Ruwheid van het kanaalmateriaal
Absolute ruwheid ε beïnvloedt de wrijvingsfactor. De calculator gebruikt de volgende waarden in millimeters:
- gegalvaniseerd staal — 0.09 mm;
- roestvast staal — 0.015 mm;
- aluminium — 0.05 mm;
- kunststof PVC, PP of PE — 0.0015 mm;
- FRP of GRP — 0.005 mm;
- pleisterwerk — 0.3 mm;
- glad beton — 0.6 mm;
- normaal beton — 1.0 mm;
- metselwerk — 3.0 mm.
In de berekening wordt de relatieve ruwheid ε / dh gebruikt. Daardoor kan hetzelfde kanaalmateriaal bij verschillende kanaalgroottes een verschillend effect hebben.
Stromingsregime en wrijvingsfactor
Luchteigenschappen worden als constant aangenomen: dichtheid ρ = 1.2041 kg/m3 en kinematische viscositeit ν = 0.000015 m2/s.
Reynoldsgetal wordt berekend uit de werkelijke luchtsnelheid en de hydraulische diameter.
Re = v · (dh / 1000) / ν
Darcy-wrijvingsfactor λ is afhankelijk van het stromingsregime. Bij Re < 2300 wordt de relatie voor laminaire stroming gebruikt:
λ = 64 / Re
Bij Re ≥ 2300 wordt λ bepaald door de Colebrook-White-vergelijking iteratief op te lossen met behulp van het Reynoldsgetal en de relatieve ruwheid:
1 / sqrt(λ) = -2 · log10(ε / (3.7dh) + 2.51 / (Re · sqrt(λ)))
De kanaalweerstand hangt dus tegelijkertijd af van de luchtsnelheid, de kanaalgrootte en de ruwheid van het binnenoppervlak.
Drukverlies door wrijving
Drukverlies per meter wordt berekend met de Darcy-Weisbach-vergelijking. Daarbij wordt de werkelijke luchtsnelheid gebruikt nadat de definitieve kanaalgrootte is gekozen.
R′ = (λ / dh) · (ρ · v2 / 2)
Hier wordt dh uitgedrukt in meters en wordt het resultaat R′ verkregen in Pa/m.
Wrijvingsdrukverlies van een kanaaldeel is evenredig met de lengte L in meters:
R = R′ · L
Twee delen met dezelfde kanaalgrootte en dezelfde luchtstroom hebben daarom hetzelfde drukverlies per meter, maar verschillende totale wrijvingsverliezen wanneer hun lengtes verschillen.
Lokale drukverliezen
Dynamische druk wordt berekend uit de werkelijke luchtsnelheid:
Pd = ρ · v2 / 2
Lokale verliescoëfficiënten ζ zijn in de calculator vooraf ingesteld voor veelvoorkomende onderdelen van luchtkanalen:
- scherpe kanaalinlaat — 0.50;
- afgeronde kanaalinlaat — 0.05;
- vrije kanaaluitlaat — 1.00;
- vloeiende bocht van 45° — 0.10;
- vloeiende bocht van 90° met R/D = 1.5 — 0.15;
- bocht van 90° met geleideschoepen — 0.20;
- verstekbocht van 90° zonder geleideschoepen — 1.20;
- T-stuk of kruisstuk, stroming door het hoofdkanaal — 0.10;
- T-stuk of kruisstuk, stroming naar de aftakking — 1.00;
- aftakking van 45°, stroming naar de aftakking — 0.35;
- luchtklep volledig geopend — 0.30.
Voor een onderdeel met een andere weerstand kan de ζ-coëfficiënt handmatig worden ingevoerd. Als meerdere identieke onderdelen aanwezig zijn, wordt hun aantal vermenigvuldigd met de coëfficiënt van één onderdeel.
Totale lokale verliescoëfficiënt wordt verkregen door de weerstandscoëfficiënten van alle onderdelen in het kanaaldeel op te tellen, rekening houdend met hun aantallen.
Σζ = ζ1 · n1 + ζ2 · n2 + ...
Lokaal drukverlies wordt berekend door de dynamische druk te vermenigvuldigen met de totale lokale verliescoëfficiënt:
Z = Pd · Σζ
Totaal drukverlies
Totaal drukverlies van een kanaaldeel is de som van de wrijvingsverliezen en lokale verliezen:
ΔP = R + Z
Wanneer meerdere kanaaldelen worden toegevoegd, wordt het totale drukverlies berekend als de som van de ΔP-waarden van alle toegevoegde delen.
Selectie van de uiteindelijke kanaalgrootte volgt een eenvoudig principe: eerst wordt de minimaal vereiste doorsnede berekend uit de opgegeven luchtstroom en ontwerpsnelheid, waarna de maat wordt verhoogd tot de eerstvolgende beschikbare waarde. Vervolgens worden alle aerodynamische kanaalparameters opnieuw berekend met de gekozen maat en niet met de theoretisch vereiste doorsnede.
Gerelateerde Europese normen
EN 16798-3 “Energieprestatie van gebouwen. Ventilatie van gebouwen. Deel 3: Voor niet-residentiële gebouwen. Prestatie-eisen voor ventilatie- en ruimteluchtbehandelingssystemen” bevat algemene eisen voor de prestaties van ventilatie- en klimaatbeheersingssystemen.
EN 1506 “Ventilatie van gebouwen. Luchtkanalen en hulpstukken van plaatmetaal met ronde doorsnede. Afmetingen” is van toepassing op het maatsysteem van ronde metalen luchtkanalen en hulpstukken.
EN 1505 “Ventilatie van gebouwen. Luchtkanalen en hulpstukken van plaatmetaal met rechthoekige doorsnede. Afmetingen” is van toepassing op de afmetingen van rechthoekige metalen luchtkanalen en hulpstukken.
EN 12237 “Ventilatie van gebouwen. Luchtkanalen. Sterkte en luchtdichtheid van ronde metalen kanalen” en EN 1507 “Ventilatie van gebouwen. Rechthoekige metalen luchtkanalen. Eisen voor sterkte en luchtdichtheid” worden gebruikt voor het beoordelen van constructieve eigenschappen van luchtkanalen. Voor de berekening van het drukverlies gebruikt deze calculator de hierboven beschreven aerodynamische relaties.
FAQs
Waarom is de gekozen kanaalgrootte groter dan de vereiste grootte
De vereiste grootte wordt rechtstreeks berekend uit de luchtstroom en de ontwerpsnelheid en kan elke numerieke waarde hebben. Bij automatische dimensionering kiest de calculator de eerstvolgende grotere waarde uit de beschikbare matenreeks, zodat de werkelijke doorsnede niet kleiner is dan de berekende vereiste doorsnede.
Waarom neemt het drukverlies af wanneer het ventilatiekanaal groter wordt
Bij dezelfde luchtstroom verlaagt een grotere kanaaldoorsnede de werkelijke luchtsnelheid. De dynamische druk is afhankelijk van het kwadraat van de snelheid, waardoor zowel de wrijvingsverliezen als de lokale drukverliezen afnemen wanneer het kanaal groter wordt.
Waarom kunnen lokale drukverliezen groter zijn dan wrijvingsverliezen
In een kort kanaaldeel kan de weerstand van het rechte kanaal zelf klein zijn, terwijl bochten, T-stukken, aftakkingen en andere hulpstukken aanzienlijke extra verliezen kunnen veroorzaken. Hoe hoger de luchtsnelheid en de totale Σζ-waarde, hoe groter de bijdrage van lokale weerstanden aan het totale drukverlies.
Hoe beïnvloedt het kanaalmateriaal de berekening van luchtstroming en drukverlies
Het kanaalmateriaal wordt meegenomen via de absolute ruwheid van het binnenoppervlak. Een grotere ruwheid verhoogt doorgaans de wrijvingsfactor, waardoor het drukverlies door wrijving toeneemt wanneer luchtstroom, kanaalgrootte en kanaallengte gelijk blijven.
Waarom verschilt de werkelijke luchtsnelheid van de gekozen ontwerpsnelheid
De ontwerpsnelheid wordt gebruikt om de vereiste doorsnede van het ventilatiekanaal te bepalen. Nadat de dichtstbijzijnde beschikbare kanaalgrootte is gekozen, verandert de werkelijke oppervlakte, zodat de calculator de luchtsnelheid opnieuw berekent op basis van de gekozen kanaalafmetingen en deze waarde gebruikt voor alle berekeningen van het drukverlies.