Расчёт вентиляции
Содержание:
Как рассчитать площадь воздуховода различных типов сечений?
Расчёт квадратуры воздуховодов разных сечений имеет свои особенности, так как расход воздуха у них будет значительно отличаться даже при одинаковых параметрах скорости перемещения воздушных масс и площади. Кроме того, при расчёте вентиляционных сетей большой протяжённости и/или разветвленности учитывается влажность и температура воздуха (если она превышает +20°С). А также аэродинамическое сопротивление воздуховодов и фасонных изделий, зависящее от формы и материала изготовления (различные коэффициенты трения). Учёт этих параметров выражается в использовании различных поправочных коэффициентов в расчётных формулах.
Расчёт квадратуры производится по двум параметрам, взятым из нормативов (фактически эти параметры описывают кратность воздухообмена):
- расход воздуха – R (м³/час);
- скорость воздушного потока – V (м/с).
Формула площади воздуховодов оперирует параметрами расхода воздуха, взятыми из нормативов:
S = R/k × V, где
K – коэффициент, равный 3600.
Существуют альтернативные формулы, оперирующие другими коэффициентами, к примеру:
S = R × 2,778/V.
При использовании воздуховодов большого сечения существенно снижается уровень шума воздушных потоков и затраты электроэнергии на их перемещение. Однако материалоёмкость таких конструкций значительно выше, что увеличивает их первоначальную стоимость.
Круглый воздуховод декоративного типа на подвесных держателях
Значительное влияние на эффективность перемещение воздушных потоков оказывает форма сечения. В прямоугольных воздуховодах воздушный поток получает большее сопротивление. Однако прямоугольная форма более удобна для монтажа, особенно при недостатке места, и может размещаться впритык к основным строительным конструкциям. Круглые воздуховоды имеют лучшую аэродинамичность, но не всегда вписываются в интерьер. А изделия с высокими эстетическими показателями имеют гораздо большую стоимость
Учитывая приведённые факты, в качестве альтернативы рекомендуется обратить внимание на овальные воздуховоды, сочетающее в себе эргономичность и эффективность
Вентиляционные каналы на предприятии
Как посчитать площадь круглого воздуховода?
Для расчёта диаметра круглого вентканала используется нормативная площадь сечения:
Фактическую площадь получают из формулы:
Как рассчитать площадь воздуховода прямоугольного сечения?
Для прямоугольных коробов используются те же формулы, что и для круглых. Длину сторон вычисляют по формуле:
Dп – диагональ прямоугольника, вписанного в круг (фактически эквивалентный диаметр круга);
a, b – стороны.
Фактическая площадь узнаётся из формулы:
Также для вычисления основных параметров проектировщики используют таблицы.
Таблица основных параметров площади и формы сечений
Расчёт площади овального воздуховода
Диаметры овального воздуховода вычисляются по его площади. Используются следующие формулы:
Диаметр:
Р – периметр окружности овалоида,
Площадь овального воздуховода вычисляется по формуле:
a, b – большой и малый диаметр овала, соответственно.
Овальные воздушные каналы сочетают в себе преимущества прямоугольных и круглых
Местная вытяжка
Если в технологических процессах производства на одном из участков происходят выбросы вредных веществ, то рядом с источником, согласно нормативам нужно установить местную вытяжку. Так удаление будет более эффективным.
Чаще всего таким источником являются технологические резервуары. Для таких объектов используются специальные установки – отсосы в виде зонтиков. Его размеры и мощность рассчитываются с использованием следующих параметров:
- размеры источника в зависимости от формы: длина сторон (a*b) или диаметр (d);
- скорость потоков в зоне источника (vв);
- скорость всасывания установки (vз);
- высота размещения отсоса над резервуаром (z).
Стороны прямоугольного отсоса рассчитываются по формуле:А=а +0,8z,
где А – сторона отсоса, а – сторона резервуара, z – расстояние между источником и устройством.
Стороны круглого устройства рассчитываются по формуле:D=d +0,8z,
где D – диаметр устройства, d – диаметр источника, z – расстояние между отсосом и резервуаром.
ВытяжкаL=3600vз*Sa,L
Алгоритм выполнения расчетов
При проектировании, настройке или модификации уже действующей вентиляционной системы обязательно выполняются расчеты воздуховода. Это необходимо для того, чтобы правильно определить его параметры с учетом оптимальных характеристик производительности и шума в актуальных условиях.
При выполнении расчетов большое значение имеют результаты замеров расхода и скорости движения воздуха в воздушном канале.
Расход воздуха – объем воздушной массы, поступающий в систему вентиляции за единицу времени. Как правило, этот показатель измеряется в м³/ч.
Скорость движения – величина, которая показывает, насколько быстро воздух перемещается в системе вентиляции. Этот показатель измеряется в м/с.
Если известны эти два показателя, можно рассчитать площадь круглых и прямоугольных сечений, а также давление, необходимое для преодоления локального сопротивления или трения.
Составляя схему, нужно выбрать угол зрения с того фасада здания, который расположен в нижней части планировки. Воздуховоды отображаются сплошными толстыми линиями
Чаще всего используется следующий алгоритм проведения вычислений:
- Составление аксонометрической схемы, в которой перечисляются все элементы.
- На базе этой схемы рассчитывается длина каждого канала.
- Измеряется расход воздуха.
- Определяется скорость потока и давление на каждом участке системы.
- Выполняется расчет потерь на трение.
- С использованием нужного коэффициента выполняется расчет потерь давления при преодолении локального сопротивления.
При выполнении расчетов на каждом участке сети воздухораспределения получаются разные результаты. Все данные нужно уравнять посредством диафрагм с веткой наибольшего сопротивления.
Вычисление площади сечения и диаметра
Правильный расчет площади круглых и прямоугольных сечений очень важен. Неподходящий размер сечения не позволит обеспечить нужный воздушный баланс.
Слишком большой воздуховод займет много места и уменьшит эффективную площадь помещения. Если выбрать слишком маленький размер каналов, будут появляться сквозняки, так как увеличится давление потока.
Для того, чтобы рассчитать необходимую площадь сечения (S), нужно знать значения расхода и скорости движения воздуха.
Для вычислений используется следующая формула:
S = L/3600*V,
при этом L – расход воздуха (м³/ч), а V – его скорость (м/с);
Используя следующую формулу, можно посчитать диаметр воздуховода (D):
D = 1000*√(4*S/π), где
S – площадь сечения (м²);
π – 3,14.
Если планируется установка прямоугольных, а не круглых воздуховодов, вместо диаметра определяют необходимую длину/ширину воздушного канала.
Все полученные значения сопоставляют со стандартами ГОСТ и выбирают изделия, наиболее близкие по диаметру или площади сечения
При выборе такого воздуховода в расчет берется примерное сечение. Используется принцип a*b ≈ S, где a – длина, b – ширина, а S – площадь сечения.
Согласно нормативам, соотношение ширины и длины не должно быть выше 1:3. Также следует пользоваться таблицей типовых размеров, предоставляемой заводом-изготовителем.
Чаще всего встречаются такие размеры прямоугольных каналов: минимальные габариты – 0,1 м х 0,15 м, максимальные – 2 м х 2 м. Преимущество круглых воздуховодов в том, что они отличаются меньшим сопротивлением и, соответственно, создают меньше шума при работе.
Расчет потери давления на сопротивление
По мере продвижения воздуха по магистрали создается сопротивление. Для его преодоления вентилятор приточной установки создает давление, которое измеряют в Паскалях (Па).
Потерю давления можно снизить, увеличив сечение воздуховода. При этом может быть обеспечена примерно одинаковая скорость потока в сети
Для того, чтобы подобрать подходящую приточную установку с вентилятором нужной производительности, необходимо рассчитать потерю давления на преодоление локального сопротивления.
Применяется эта формула:
P=R*L+Ei*V2*Y/2, где
R – удельная потеря давления на трение на определенном участке воздуховода;
L – длина участка (м);
Еi – суммарный коэффициент локальной потери;
V – скорость воздуха (м/с);
Y – плотность воздуха (кг/м3).
Значения R определяются по нормативам. Также этот показатель можно рассчитать.
Если сечение воздуховода круглое, потери давления на трение (R) рассчитываются следующим образом:
R = (X*D/В) * (V*V*Y)/2g, где
X – коэфф. сопротивления трения;
L – длина (м);
D – диаметр (м);
V – скорость воздуха (м/с), а Y – его плотность (кг/ м³);
g – 9,8 м/с².
Если же сечение не круглое, а прямоугольное, в формулу необходимо подставить альтернативный диаметр, равный D = 2АВ/(А + В), где А и В – стороны.
Вычисление воздухообмена
Специалисты используют две основные схемы:
- По укрупненным показателям. В данной методике не предусматриваются вредные выбросы, такие как тепло и вода. Условно назовем его «Способ №1».
- Метод с учётом избытков тепла и влаги. Условное название «Способ №2».
Способ №1
Единица измерения — м3/ч (кубические метры в час). Применяют две упрощенные формулы:
L=K ×V(м3/ч); L=Z ×n (м3/ч), где
K – кратность воздухообмена. Отношение объёма приточки за одни час, к общему воздуху в помещении, крат в час;V – объём помещения, м3;Z – значение удельного обмена воздуха за единицу верчения,n – количество единиц измерения.
Подбор вентрешёток осуществляется по специальной таблице. При подборе также учитывается средняя скорость прохождение потока воздуха по каналу.
Таблица выбора размеров вентиляционных решёток
Способ №2
При расчёте учитывается ассимиляция тепла и влаги. Если в производственном или общественном здании избыток тепла, то используется формула:
где ΣQ — сумма тепловыделений от всех источников, Вт;с – тепловая ёмкость воздуха, 1 кДж/(кг*К);tyx – температура воздуха, направленного на вытяжку,°С;tnp — температура воздуха, направленного на приточку,°С;Температура воздуха, направленного на вытяжку:
где tp.3 – нормативная тем-ра в рабочей зоне,0С;ψ- коэффициент увеличение температуры, зависящий от высоты измерения, равный 0,5-1,5 0С/м;Н – длина плеча от пола до середины вытяжки, м.
Когда технологический процесс предполагает выделение большого объема влаги, то используется другая формула:
где G – объём влаги, кг/ч;dyx и dnp – содержание воды на один килограмм сухого воздуха приточки и вытяжки.
Существует несколько случаев, более подробно описанных в нормативной документации, когда требуемые воздухообмен определяется по кратности:
L=k×V, где
k – кратность смены воздуха в помещении, раз в час;V — объём помещения, м3.
Расчёт сечения
Площадь поперечного сечения воздуховода измеряется в м2. Её можно посчитать по формуле:
где v – скорость воздушных масс внутри канала, м/с.
Различается для основных воздуховодов 6-12 м/с и боковых придатков не более 8 м/с. Квадратура влияет на пропускную способность канала, нагрузку на него, а также уровень шума и способ монтажа.
Расчёт потерь давления
Стенки воздуховода не гладкие, и внутренняя полость не заполнена вакуумом, поэтому часть энергии воздушных масс при движении теряется на преодоления этих сопротивлений. Величина потери рассчитывается по формуле:
где ג – сопротивление трению, определяется, как:
Формулы, приведенные выше, являются правильными для каналов круглого сечения. Если воздуховод квадратный или прямоугольный, то существует формула приведения к эквиваленту диаметра:
где a,b – размеры сторон канала, м.
Мощность напора и двигателя
Напор воздуха от лопастей H должен полностью компенсировать потери давления P, при этом создавая расчётное динамическое Pд на выходе.
H = P + Pд.
Мощность электрического двигателя вентилятора:
Подбор калорифера
Часто отопление интегрируется в систему вентиляции. Для этого используются калориферы, разные виды рекуператоров, а также метод рециркуляции. Выбор устройства осуществляется по двум параметрам:
- Qв – предельный расход тепловой энергии, Вт/ч;
- Fk – определение поверхности нагрева для калорифера.
Расчёт гравитационного давления
Применяется только для естественной системы вентилирования. С его помощью определяется её производительность без механического побуждения.
Почему важен правильный расчет?
К монтажу системы воздухооборота следует подходить очень внимательно, поскольку малейшая неточность может привести к значительному снижению эффективности работы всей системы. Правильный расчет приточно-вытяжной вентиляции позволяет учесть все важные технические составляющие, а также параметры помещения, гарантирует трехкратный воздухообмен в помещении. Не следует думать, что для правильного расчета необходимо обладать выдающимися знаниями, вполне достаточно знать главные формулы и те элементы, которые влияют на функционирование вентиляции.
Наиболее востребованной системой вентиляции является жилая, которая оборудуется в частных домах, квартирах, летних кухнях, гаражах, балконах и лоджиях. Приточно-вытяжная система циркуляции воздуха в помещении включает в себя:
- Воздушный клапан
- Заборную решетку
- Фильтры очистки
- Калорифер
- Вентиляторы
- Воздухоотводы, патрубки.
Вся конструкция монтируется с учетом проектных данных, а также в местах, которые являются для этого наиболее подходящими, то есть в верхней части помещения.
Расчет воздуховодов
Расчет воздуховодов или проектирование систем вентиляции
В создании оптимального микроклимата помещений наиболее важную роль играет вентиляция. Именно она в значительной степени обеспечивает уют и гарантирует здоровье находящихся в помещении людей. Созданная система вентиляции позволяет избавиться от множества проблем, возникающих в закрытом помещении: от загрязнения воздуха парами, вредными газами, пылью органического и неорганического происхождения, избыточным теплом. Однако предпосылки хорошей работы вентиляции и качественного воздухообмена закладываются задолго до сдачи объекта в эксплуатацию, а точнее, на стадии создания проекта вентиляции. Производительность систем вентиляции зависит от размеров воздуховодов, мощности вентиляторов, скорости движения воздуха и других параметров будущей магистрали. Для проектирования системы вентиляции необходимо осуществить большое количество инженерных расчетов, которые учтут не только площадь помещения, высоту его перекрытий, но и множество других нюансов.
Расчет площади сечения воздуховодов
После того, как вы определили производительность вентиляции, можно переходить к расчету размеров (площади сечения) воздуховодов.
Расчет площади воздуховодов определяется по данным о необходимом потоке, подаваемом в помещение и по максимально допустимой скорости потока воздуха в канале. Если допустимая скорость потока будет выше нормы, то это приведет к потере давления на местные сопротивления, а также по длине, что повлечет за собой увеличение затрат электроэнергии. Также правильный расчет площади сечения воздуховодов необходим для того, чтобы уровень аэродинамического шума и вибрация не превышали норму.
При расчете нужно учитывать, что если вы выберете большую площадь сечения воздуховода, то скорость воздушного потока снизится, что положительно повлияет и на снижение аэродинамического шума, а также на затраты по электроэнергии. Но нужно знать, что в этом случае стоимость самого воздуховода будет выше. Однако использовать «тихие» низкоскоростные воздуховоды большого сечения не всегда возможно, так как их сложно разместить в запотолочном пространстве. Уменьшить высоту запотолочного пространства позволяет применение прямоугольных воздуховодов, которые при одинаковой площади сечения имеют меньшую высоту, чем круглые (например, круглый воздуховод диаметром 160 мм имеет такую же площадь сечения, как и прямоугольный размером 200×100 мм). В то же время монтировать сеть из круглых гибких воздуховодов проще и быстрее.
Поэтому при выборе воздуховодов обычно подбирают вариант, наиболее подходящий и по удобству монтажа, и по экономической целесообразности.
Площадь сечения воздуховода определяется по формуле:
Sс — расчетная площадь сечения воздуховода, см²;
L — расход воздуха через воздуховод, м³/ч;
V — скорость воздуха в воздуховоде, м/с;
2,778 — коэффициент для согласования различных размерностей (часы и секунды, метры и сантиметры).
Итоговый результат мы получаем в квадратных сантиметрах, поскольку в таких единицах измерения он более удобен для восприятия.
Фактическая площадь сечения воздуховода определяется по формуле:
S = π * D² / 400 — для круглых воздуховодов,
S = A * B / 100 — для прямоугольных воздуховодов, где
S — фактическая площадь сечения воздуховода, см²;
D — диаметр круглого воздуховода, мм;
A и B — ширина и высота прямоугольного воздуховода, мм.
Расчет сопротивления сети воздуховодов
После того как вы рассчитали площадь сечения воздуховодов, необходимо определить потери давления в вентиляционной сети (сопротивление водоотводной сети). При проектировании сети необходимо учесть потери давления в вентиляционном оборудовании. Когда воздух движется по воздуховодной магистрали, он испытывает сопротивление. Для того чтобы преодолеть это сопротивление, вентилятор должен создавать определенное давление, которое измеряется в Паскалях (Па). Для выбора приточной установки нам необходимо рассчитать это сопротивление сети.
Для расчета сопротивления участка сети используется формула:
Где R – удельные потери давления на трение на участках сети
L – длина участка воздуховода (8 м)
Еi – сумма коэффициентов местных потерь на участке воздуховода
V – скорость воздуха на участке воздуховода, (2,8 м/с)
Y – плотность воздуха (принимаем 1,2 кг/м3).
Значения R определяются по справочнику (R – по значению диаметра воздуховода на участке d=560 мм и V=3 м/с). Еi – в зависимости от типа местного сопротивления.
В качестве примера, результаты расчета воздуховода и сопротивления сети приведены в таблице:
1 Причины проблем с вентиляцией
Если вычисления произведены правильно, то поступление чистого воздуха нормальной влажности, а также удаление неприятных запахов будет максимально допустимым. В противоположном случае гарантировано образование плесени, грибка в ванных и туалетах, постоянная духота в кухнях и комнатах. Ситуация усугубляется тем, что практически все помещения оборудуются герметичными пластиковыми окнами без щелевой вентиляции. Приходится компенсировать недостаток свежего воздуха принудительно.
Ещё одной причиной проблем с ликвидацией отработанных масс, неприятных ароматов и избыточных водяных паров являются засоры и разгерметизация вентиляционных труб. Негативное влияние на микроклимат может оказать перепланировка помещений в том случае, если не прибегнуть к инженерной помощи при расчёте площади воздуховодов при модернизации вентиляции в соответствии с новыми параметрами.
Проще всего зафиксировать проблемы в этой системе с помощью проверки присутствия тяги. Для этого к вытяжному каналу надо поднести лист бумаги или горящую спичку. Применение открытого огня в помещениях с газовым нагревательным оборудованием не рекомендуется. Если отклонение явно заметно, то о проблемах говорить не приходится. В случае обратного результата следует выяснить причины отсутствия притока свежего воздуха и приступить к их устранению, что может потребовать заново пересчитать все параметры.
Расчет нормального воздухообмена для эффективной вентиляции квартиры или дома
Итак, при нормальной работе вентиляции в течение часа воздух в помещениях должен постоянно меняться. Действующими руководящими документами (СНиП и СанПиН) установлены нормы притока свежего воздуха в каждое из помещений жилой зоны квартиры, а также минимальные объемы его вытяжки через каналы, расположенные на кухне, в ванной в санузле, иногда – и в некоторых других специальных помещениях.
Эти нормативы, опубликованные в нескольких документах, для удобства читателя объединены в одну таблицу, показанную ниже:
| Тип помещения | Минимальные нормы воздухообмена (кратность в час или кубометров в час) | |
|---|---|---|
| ПРИТОК | ВЫТЯЖКА | |
| Требования по Своду Правил СП 55.13330.2011 к СНиП 31-02-2001 «Одноквартирные жилые дома» | ||
| Жилые помещения с постоянным пребыванием людей | Не менее однократного обмена объема в течение часа | — |
| Кухня | — | 60 м³/час |
| Ванная, туалет | — | 25 м³/час |
| Остальные помещения | Не менее 0,2 объема в течение часа | |
| Требования по Своду Правил СП 60.13330.2012 к СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» | ||
| Минимальный расход наружного воздуха на одного человека: жилые помещения с постоянным пребыванием людей, в условиях естественного проветривания: | ||
| При общей жилой площади более 20 м² на человека | 30 м³/час, но при этом не менее 0,35 от общего объема воздухообмена квартиры в час | |
| При общей жилой площади менее 20 м² на человека | 3 м³/час на каждый 1 м² площади помещения | |
| Требования по Своду Правил СП 54.13330.2011 к СНиП 31-01-2003 «Здания жилые многоквартирные» | ||
| Спальная, детская, гостиная | Однократный обмен объема в час | |
| Кабинет, библиотека | 0,5 от объема в час | |
| Бельевая, кладовка, гардеробная | 0,2 от объема в час | |
| Домашний спортзал, биллиардная | 80 м³/час | |
| Кухня с электрической плитой | 60 м³/час | |
| Помещения с газовым оборудованием | Однократный обмен + 100 м³/час на газовую плиту | |
| Помещение с твёрдотопливным котлом или печью | Однократный обмен + 100 м³/час на котел или печь | |
| Домашняя прачечная, сушилка, гладильная | 90 м³/час | |
| Душевая, ванная, туалет или совмещенный санузел | 25 м³/час | |
| Домашняя сауна | 10 м³/час на каждого человека |
Пытливый читатель наверняка заметит, что нормативы по разным документам несколько отличаются. Причем, в одном случае нормы устанавливаются исключительно по размерам (объему) помещения, а другом – по количеству людей постоянно пребывающих в этом помещении. (Под понятием постоянного пребывания имеется в виду нахождение в комнате 2 часа и более).
Поэтому при проведении расчетов вычисления минимального объема воздухообмена желательно проводить по всем доступным нормативам. А затем – выбрать результат с максимальным показателем – тогда ошибки точно не будет.
Провести быстро и точно расчет притока воздуха для всех помещений квартиры или дома поможет первый предлагаемый калькулятор.
Калькулятор расчета требуемых объемов притока воздуха для нормальной вентиляции
Как видите, калькулятор позволяет провести вычисления и от объёмов помещений, и от количества постоянно пребывающих в них людей. Повторимся, желательно провести оба расчета, а затем выбрать из двух получившихся результатов, если они будут различаться, максимальный.
Проще будет действовать, если заранее составить небольшую таблицу, в которой перечислены все помещения квартиры или дома. А затем в нее вносить полученные значения притока воздуха – для комнат жилой зоны, и вытяжки – для помещений, где предусмотрены вытяжные вентиляционные каналы.
К примеру, это может выглядеть так:
| Помещение и его площадь | Нормы притока | Нормы вытяжки | ||
|---|---|---|---|---|
| 1 способ – по объему комнаты | 2 способ – по количеству людей | 1 способ | 2 способ | |
| Гостиная, 18 м² | 50 | — | — | |
| Спальная, 14 м² | 39 | — | — | |
| Детская, 15 м² | 42 | — | — | |
| Кабинет, 10 м² | 14 | — | — | |
| Кухня с газовой плитой, 9 м² | — | — | 60 | |
| Санузел | — | — | — | |
| Ванная | — | — | — | |
| Гардероб-кладовая, 4 м² | — | |||
| Суммарное значение | 177 | |||
| Принимаемое общее значение воздухообмена |
Затем суммируются максимальные значения (они в таблице для наглядности выделены подчёркиванием), отдельно для притока и для вытяжки воздуха. А так как при работе вентиляции должно соблюдаться равновесие, то есть сколько воздуха в единицу времени поступило в помещения – столько же должно и выйти, итоговым выбирается также максимальное значение из полученных двух суммарных. В приведенном примере – это 240 м³/час.
Этот значение и должно быть показателем суммарной производительности вентиляции в доме или квартире.
