Принципы и особенности расчета вентиляции

О вентиляции вспоминают преимущественно тогда, когда она работает слишком плохо. Чтобы исключить возникновение такой проблемы, надо очень тщательно проектировать подобные коммуникации. А потому как раз и важны знания об основных принципах и моментах расчета вентиляционных системы.

В общественных и административных сооружениях нормативные акты предписывают вести проектирование вентиляции сообразно среднему числу находящихся там людей. Если речь идет о непрерывно присутствующих персонах, рекомендованное значение составляет примерно 60 куб. м. Поскольку же подобные объекты посещаются многими людьми, бывающими там лишь короткое время, надо проводить расчет и для них. Рекомендованное значение в этом случае составит примерно 20 м3 воздушной массы. Подобные расчеты требуется проводить для всех помещений по отдельности, независимо от наличия отопления или его отсутствия.

Но просто «закачать» воздух в помещение нельзя. Его требуется систематически обновлять, распределяя поток по площади несколько раз в течение каждого часа. Чтобы исключить ошибки, требуется проводить расчет по кратности. Для этого умножают нормируемое число обменов воздуха за час на общую площадь и высоту. Коэффициент для жилых пространств составляет 1-2, а для административных объектов — 2-3. При расчете местной и общей вентиляции обязательно используют и подход по кратности, и по числу людей, после чего выбирается самое большое значение.

Суть расчетов по кратности состоит в том, что они определяют необходимые количественные параметры движения воздуха. Необходимость в них вытекает из соображений удаления вредных веществ. Методика расчета по вредности имеет важную разновидность — исчисление по укрупненным показателям. Для этой цели используются две формулы: L=K * V и L=Z * n. Вычисляемые показатели выражаются в кубических метрах.

Что касается переменных величин, они следующие:

• K — количество замен воздуха за 60 минут;
• V — суммарный объем комнаты или иного помещения;
• Z — обмен воздуха (в удельном исчислении на измеряемый показатель);
• n — число единиц измерения.

Свои особенности имеет определение потребного количества воздуха, которое поступает через общеобменную систему вентиляции. Она нужна, чтобы в помещение поступал свежий очищенный воздух, а наружу отводились:

• избыток тепла;
• неоправданно высокое количество влаги;
• вредные вещества, возникшие вследствие человеческой жизнедеятельности или при использовании жилища.

Чаще всего в любом здании объем воздуха, который проходит в здание путем общеобменной вентиляции, равен отводимому ею объему. Но в ряде случаев, в том числе в особо чистых производственных цехах, критически важны меры противодействия пыли. Основная из них состоит в том, что приток существенно больше, чем вытягиваемая масса. Обычно на 1 человека должно приходиться по 30 куб. м. поступающего воздуха, если помещение проветривается. А вот если по какой-то причине открыть окна невозможно, количество необходимого воздуха сразу удваивается.

Общеобменная вентиляция в таком случае должна быть выстроена по приточно-вытяжному типу с естественным гравитационным движением. Определив число тех, кто будет находиться в комнате, умножают его на часовой персональный расход воздуха. Вытяжка естественного типа делается в шахте вертикального типа, доходящей до кровли. Тягу в канале определяют, умножая темп движения воздуха на площадь сечения внутри шахты. Для общественных зданий каждого типа (медицинских, образовательных, производственных и других), а также для их отдельных частей есть свои санитарно-гигиенические стандарты.

Ошибки при вычислении квадратуры и объема воздуховодов грозят тем, что производительность очень мала и не отвечает потребностям. Чтобы исключить возникновение проблем, требуется заранее изучить санитарно-гигиенические правила и нормы. Рекомендуется провести расчет как по всему помещению в целом, так и по отдельным сегментам. Дополнительно сократить вероятность промаха помогает использование сайтов со специальными калькуляторами. Это надежнее, чем вычисления на листе бумаги.

Правильный расчет вентиляции естественного типа внутри помещения в частном доме или в квартире учитывает тот факт, что движение воздуха должно обеспечиваться за счет различия температуры. Принято делить естественную вентиляцию на канальный и бесканальный типы. Именно первый вариант преимущественно используется в частных постройках и в многоквартирных домах. В зависимости от замыслов конструкторов, каналы проводятся в виде шахт, в особых блоках или непосредственно внутри стен.

Говоря про принципы и методику расчета, надо заметить, что для вычислений применяется простая формула. Сначала из плотности воздуха в комнате вычитают плотность уличного воздуха. На эту разность умножают произведение ускорения свободного падения и дистанции от края приточного приема до середины вытяжного отверстия. Как неоднократно подтверждала практика, аэрация различных сооружений за счет открытия фрамуг приносит превосходные результаты. Первым шагом становится определение того, насколько велики нижние и верхние просветы, в соответствии с этими данными формируется математическая модель аэрации.

Примерно в районе средних частей верхних просветов, над плоскостью совпадающих давлений возникает избыточное напряжение. Как раз оно и имеет решающее значение для удаления загрязненного воздуха. Чтобы определить, с какой скоростью будет двигаться воздух в середине низового просвета, нужно сначала умножить расходный коэффициент на площадь этих входов. Потом на полученную цифру делят требуемый отток воздуха.

Вентиляционные системы такого типа подразделяют на приточную, приточно-вытяжную и чисто вытяжную разновидности. Приточная конструкция используется там, где тепла много, а вредных веществ мало. Также она ценна в ситуациях, когда требуется усилить воздушный подпор, помогая локальной вентиляции улучшать состояние воздуха при выделении вредных веществ в единичных местах. Когда рассчитывается приточно-вытяжная вентиляция, ей стараются придать максимально возможную кратность. А для вытягивающей разновидности очень важно учесть, насколько плотны удаляемые пары и газы.

Чтобы рассчитать параметры вытяжных вентиляционных систем, требуется сначала обратить внимание на СНиП. В соответствии с этим документом, если активность одного человека мала, потребность в воздухе составит 20 м3 за час. При средней активности этот показатель вырастает до 40, а при высокой – даже до 60 куб. м. Что касается кратности обмена, в спальных помещениях она составляет единицу. Для санитарных узлов вводится коэффициент 3, то же значение принимается для кухни.

Пусть требуется рассчитать потребность в вытяжке воздуха для комнаты площадью 20 кв. м., при этом в доме обитают двое жильцов. Если принять стандартную высоту комнаты, то по общей формуле получают объем 50 м3. При средней кратности 2 получается результат 100 куб. м. за час. Если же исходить из среднего уровня активности, можно предположить, что потребность составит 80 м3. Но, как и принято в обычной ситуации, применяют наивысший показатель, последовательно вычисляя параметры для всех комнат и затем суммируя их.

Учитывая особенности реального российского климата, даже в самых теплых регионах нельзя обойтись без прогрева воздуха. Строительные нормы предусматривают, что температура в помещениях, где даже периодически бывают люди, не должна быть ниже 18 градусов. Потому необходимая мощность нагревательных приборов определяется с отсчетом от наиболее низкой температуры уличного воздуха, который приходится подогревать. Пусть расходуется 180 м3 воздуха за 60 минут, а нагреватель имеет мощность 2000 Вт.

Разделив этот показатель на часовой поток и на незыблемый коэффициент 2,98, получают 33 градуса. А значит, предельно допустимый для такой конфигурации мороз составляет -15 градусов. Если температура опустится ниже, вентиляция не справится со своей задачей. Для расчета вентиляции по тепловыделениям и по теплоизбыткам используется ряд особых показателей.

В формулу L=3,6*Q/ (c*р* (tyx-tnp) после знака равенства последовательно подставляются:

• излишек тепла (в ваттах);
• тепловая емкость воздуха (по умолчанию принимается равной 1,005 кДж/ (кг*°С);
• удельная масса воздуха 1,2 кг на 1 куб. м;
• температура воздуха, который требуется отводить из помещений, расположенных за рамками основной зоны;
• температура первоначально поступающего извне воздуха.

Подсчитывая давление и связанную с ним скорость перемещения масс воздуха, надо принять во внимание, какова площадь сечения каналов.

Дополнительно анализируют:

• геометрию каналов;
• суммарную силу вентиляторов;
• число переходов

Аэродинамический расчет приточной вентиляции производится путем умножения объема вентилируемого пространства на кратность обмена воздушной массы.

Пусть данные таковы:

• квартира 48 кв. м;
• высота потолков 2 м;
• нужно 2 раза за час обеспечить полную смену всего содержащегося воздуха.

Тогда требуется поддержать подачу 192 куб. м. воздуха за каждые 60 минут. Укрупненные расчеты проводятся не только для единицы объема, но и для каждого жильца, а также для источников выделений. Как обычно, кратность определяется сообразно специфике помещения. В проветриваемых пространствах на 1 жильца должно приходиться 30 куб. м. Если проветривание не производится, этот показатель составит 60 куб. м.

Кратность рассчитывается так: делят общее количество воздуха на объем. Если количество доставляемого воздуха составляет 200 куб. м. за час, а объем квартиры — 100 м3, то кратность, очевидно, составит 2. За счет естественной аэрации можно обеспечить не более 4 смен воздуха за 1 час. Потребность высчитывают очень просто. Требуется только разделить количество поступающего загрязняющего агента на разность ПДК и содержания этого же вещества во внешней атмосфере.

Пусть в рабочем кабинете живет условно 1 человек постоянно и 1 человек временно. Тогда суммарный часовой объем притока воздуха составит 60+20, то есть 80 куб. м. Так как для гостиной число временных жителей принимается равным 2, то необходимо обеспечить циркуляцию уже 160 м3. Если часть помещений сбалансирована по величине воздушного притока, а другие — нет, то требуется компенсировать недостаток притока за счет подачи в смежные с проблемными комнаты. Более точную информацию могут предоставить профессионалы, составляющие уравнения воздушных балансов и решающие их.

Определение общего диаметра воздушных каналов, их внешних сечений и размеров единичных деталей, узлов дымохода надо начинать с выбора геометрии конструкции.

Наиболее распространены следующие конфигурации:

• круг;
• квадрат;
• прямоугольник;
• овал.

Чем больше величины шахты, тем меньше скорость перемещения воздуха в ней. Одновременно сокращается и шум, который этот воздух производит. Такие соображения надо обязательно учитывать, когда определяются необходимые оптимальные параметры. На практике большинство людей использует современное программное обеспечение, поскольку без него определить требуемые значения может только узкий круг опытных проектировщиков. Опасаться применения удаленных калькуляторов не стоит — они составлены с учетом рекомендаций, над которыми специальные проектные организации работают годами.

Но в первом приближении оценить необходимые значения можно и самостоятельно. При этом реальный диаметр воздуховода и его наружное сечение будут получаться путем округления вычисленной цифры до ближайшего существующего типоразмера. Максимально точный ответ можно получить только при обращении в специализированное бюро.

Если же труба будет круглая, то расчет происходит так:

• определяется величина поперечника, выражаемая в квадратных метрах;
• исходя из нее, через формулу для определения площади круга устанавливают диаметр канала;
• для расположенных внутри стен кирпичных шахт и для других ситуаций одинаково подбирают самое близкое из возможных значений.

Правильно высчитать высоту вентиляционных труб можно в зависимости от их диаметра. Но если непосредственно рядом оказывается дымовой канал, их величина должна совпадать. Иначе дым неизбежно станет засасываться внутрь. Если воздуховод ближе 1,5 м к парапету или коньку, надо поднимать его хотя бы на 0,5 м. А если дистанция варьируется от 150 до 300 см, высота выводной части воздуховода должна быть равна коньку или превосходить его.

Движение воздуха внутри вентиляции испытывает существенное сопротивление. Оно прямо зависит от темпа перемещения воздушной массы. При выборе мощности вытяжки (вентилятора) надо принимать во внимание тот факт, что установка должна будет преодолевать силу трения и сопротивление при прогоне воздуха сквозь установленное дополнительное оборудование. Не стоит гнаться за чрезмерной мощностью оборудования, потому что это может обернуться появлением сквозняков. В квартирах рекомендуется использовать осевые конструкции вследствие их простоты и высокой результативности.

Канальный тип вентилятора монтируется в таких влажных помещениях, как:

• зимний сад;
• оранжерея;
• баня;
• бассейн.

О том, как правильно расчитать вентиляцию, смотрите в следующем видео.