Расчет вентиляции: просто о сложном

Содержание

• 1 Что предстоит рассчитать
• 2 Расход воздуха
  • 2.1 Расчет по объему помещения
  • 2.2 Расчет по количеству людей
  • 2.3 Особый случай
• 3 Сечение воздуховода
• 4 Давление
• 5 Тепловая мощность
• 6 Заключение

Как выглядит аэродинамический расчет вентиляции? Вообще, какие именно параметры рассчитываются? Насколько сложные формулы предстоит использовать? В этом материале мы постараемся дать на поставленные вопросы максимально простые ответы, по возможности сопроводив их примерами.

Расчет основных параметров вентиляции не так сложен, как может показаться.

Что предстоит рассчитать

Для типичной городской квартиры или небольшого коттеджа типичное решение  — принудительная вытяжная вентиляция с естественным притоком воздуха через негерметичные окна, двери или вентиляционные решетки в ограждающих конструкциях.

Такая схема имеет несколько преимуществ по сравнению с альтернативными вариантами:

• Цена всех необходимых для ее монтажа материалов обычно укладывается в 2-5 тысяч рублей. В сущности, покупать приходится лишь несколько метров  вентиляционной трубы с хомутами, разветвителями и решетками, канальный вентилятор и дефлектор-зонтик для защиты вывода трубы от осадков.

В городской квартире и вовсе достаточно установки вытяжных вентиляторов в вентканалы.

• Монтаж такой системы не в пример проще, чем приточно-вытяжной. Уже потому, что в прокладке нуждается один канал, а не два.
• Наконец, от любой системы с естественной циркуляцией эта выгодно отличается постоянством расхода воздуха. На производительность схемы с естественным побуждением влияют и дельта температур с улицей, и направление ветра, и его сила. Здесь же расход всегда с минимальной погрешностью равен производительности установленных вами канальных вентиляторов.

Очевидно, что для  принудительной вытяжной вентиляции небольшого помещения придется рассчитать всего два параметра:

Расход воздуха. В соответствии с ним предстоит подобрать один или несколько вентиляторов.

Кроме того, необходим расчет сечения воздуховода вентиляции. Его завышение будет означать ничем не оправданные расходы и ухудшение внешнего вида помещения; заниженное сечение либо ограничит расход через вентканал, либо сделает движение потока воздуха чрезмерно шумным.

В помещениях с большим внутренним объемом, большим количеством посетителей либо специфическими требованиями  к вентиляции в силу большого количества источников загрязнения воздуха вентиляция делается приточной или приточно-вытяжной.

Приточно-вытяжная схема.

При этом приточный канал не просто подает свежий воздух с улицы: он распределяет его в объеме помещения через систему воздуховодов и распределительных решеток, что подразумевает определенное избыточное давление. Оно требуется и для преодоления сопротивления воздуховода.

Мало того: согласно действующим СНиП, температура приточного воздуха в общественных помещениях не должна быть ниже +15С. В летнюю жару приток перегретого уличного воздуха тоже, очевидно, не прибавит комфорта. Отсюда — повсеместное использование приточных установок с калориферами и канальными кондиционерами.

В этом случае расчет систем вентиляции будет включать, помимо упомянутых, еще два пункта:

Создаваемое вентилятором избыточное давление.

Тепловую мощность калорифера или кондиционера.

Итак, приступим.

Расход воздуха

Как правило, потребность в воздухообмене рассчитывается двумя способами с последующим выбором большего из значений.

Расчет возможен:

• По кубатуре помещения с учетом его функциональности и наличия в нем разнообразных источников загрязнения воздуха.
• По максимальному количеству находящихся в нем людей.

Вентиляция общественных помещений рассчитывается по максимальному числу посетителей.

Расчет по объему помещения

В этом случае используется несложная формула вида L=NV, где L — потребность в производительности вентиляции, V — объем помещения, а N  — кратность воздухообмена. К значению L могут прибавляться фиксированные величины для тех или иных подсобных помещений или типов оборудования.

Приведем некоторые значения кратности воздухообмена и потребности в воздухе для бытовых устройств.

Помещение, прибор Кратность воздухообмена или расход воздуха Жилая комната 1 Общественное помещение с небольшой проходимостью (офис) 1,5 Общественное помещение с большой проходимостью (расчетно-кассовый центр, поликлиника) 4 Душевая 75 м3/час на одну кабинку Унитаз 50 м3/час Писсуар 25 м3/час Газовая плита 100 м3/час Электроплита 60 м3/час

Некоторые дополнительные значения.

Как пользоваться этими значениями?

Вот пример расчета системы вентиляции для офиса площадью 150 м2 с трехметровыми потолками,  снабженного уборной с тремя унитазами.

Суммарный объем помещения равен 150*3=450 м3.

При кратности воздухообмена, равной 1,5, и с учетом оборудования уборной расчетный расход воздуха составит 450*1,5+50*3=825 м3/час.

Расчет по количеству людей

Базовые значения таковы:

• 60 м3/час для бодрствующего человека, занимающегося активной деятельностью;
• 40 м3/час для бодрствующего человека в состоянии покоя;
• 30 м3/час для спящего человека.

Предположим, что в нашем офисе одновременно присутствует 15 человек. Поскольку они едва ли будут заниматься тяжелым физическим трудом, в расчетах можно использоваться расход воздуха в 40 м3/час на человека. 40х15=600.

Поскольку 825 кубометров в час, полученные первым способом, больше, чем 600, именно первое значение и будет использоваться в качестве базового при дальнейших расчетах.

Особый случай

Особой статьей идет расчет аварийной вентиляции. Ее функция сводится к нейтрализации превышения предельно допустимой концентрации вредных веществ при их выбросе. Типовые значения кратности воздухообмена — 5-10.

На фото — приточная решетка аварийной вентиляции.

Сечение воздуховода

Как выполнить своими руками расчет вентиляционных воздуховодов для определенного расхода воздуха через них?

Формула имеет вид S=2,778L/V.

В ней:

• S — площадь сечения воздуховода в квадратных сантиметрах.
• L — расход воздуха в кубометрах в час.
• V — скорость потока в метрах в секунду.
• 2,778 — коэффициент согласования, позволяющий без дополнительных пересчетов получить результат в квадратных сантиметрах.

Зависимость между скоростью потока и сечением — обратная. Увеличив скорость, можно обойтись вентканалом меньшего размера. Однако при скорости свыше 4 м/с воздух начинает ощутимо шуметь, поэтому на практике для обитаемых помещений параметр V берется в диапазоне 3…4 м/с.

Нормальный для вентиляции жилого помещения уровень шума — до 25 дБ.

Как будет выглядеть расчет воздуховодов вентиляции для нашего 150-метрового офиса?

Расход воздуха нами уже рассчитан: 825 м3/час.

Скорость потока воздуха возьмем равной максимальным 4 м/с.

Минимально допустимое сечение воздуховода, таким образом, будет равно 2,778*825/4=572,9625 см2.

Поскольку производители указывают не площадь сечения, а диаметр для круглых воздуховодов и размеры стенок для прямоугольных, нам придется вспомнить формулы площади круга и прямоугольника.

Напомним:

• Площадь круга равна произведению числа «пи» и квадрата радиуса.
• Площадь прямоугольника равна произведению его сторон.

Несложный подсчет покажет, что минимальный диаметр круглого воздуховода в нашем случае составит 27 см (с учетом реальных размеров вентиляционных труб — 280 мм). Прямоугольный воздуховод может иметь размер, к примеру, 600х100 мм.

Вместо расчетов можно использовать справочные значения.

Давление

Точный аэродинамический расчет системы вентиляции на предмет расчетного давления, создаваемого приточной установкой, исключительно сложен.

Он должен учитывать весьма обширный список факторов:

• Длину и диаметр вентканалов.
• Материал и шершавость их стенок.
• Количество и угол поворотов.
• Переходы диаметра.
• Сопротивление фильтров, калориферов и теплообменников.

Каждый элемент вентиляции увеличивает потери давления в ней.

Есть и хорошая новость: даже существенное превышение расчетного давления при фиксированной производительности грозит лишь незначительным перерасходом электроэнергии.

Именно поэтому расчет обычно выполняется по упрощенной методике:

• 75-100 Па достаточны для вентиляции помещения с площадью 50-150 м2.
• 100-150 Па — для 150-350 м2.

Тепловая мощность

И для калорифера, и для охладителя любого типа она рассчитывается по формуле P=0,336*Dt*L.

В ней:

P — искомое значение тепловой мощности в ваттах.

0,336 Вт*ч/м3 — теплоемкость воздуха.

Dt — максимальная дельта температур между улицей и приточным потоком в градусах.

L — расход воздуха в кубометрах в час.

Так, при минимальной уличной температуре в -38С, температуре приточного воздуха в +18С и расхода в 825 м3/час расчетная мощность калорифера составит 0,336*(38+18)*825=15523,2 ватта.

Аналогично рассчитывается тепловая мощность кондиционера в режиме охлаждения (EER) и нагрева (COP).

Заключение

Надеемся, что приведенные методики и формулы окажутся полезными читателю. Видео в этой статье предложит ему дополнительную информацию о том, как может выполняться расчет вентиляции в разных случаях.

Успехов!