Расчет вентиляции: просто о сложном

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 вентиляции: просто о сложном

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.

Расчет вентиляции: просто о сложном

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.

Заметьте: при желании никто не мешает гибко регулировать их обороты, уменьшая или увеличивая скорость воздухообмена. Инструкция до смешного проста: достаточно разомкнуть цепь питания диммером.

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.

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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.

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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.

    Однако: точное значение кратности могут выдать лишь технологи предприятия с учетом содержания возможного выброса и предельно допустимых концентраций соответствующих веществ.

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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.

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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.

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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.

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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.
  • Напомним: минимальная температура приточного воздуха для обитаемого помещения — +15С, оптимальная — +18.

  • 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.

    Расчет вентиляции: просто о сложном

    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!

    Источник gidroguru.com