Не всегда есть возможность пригласить специалиста для проектирования системы инженерных сетей. Что делать если во время ремонта или строительства вашего объекта потребовался расчет воздуховодов вентиляции? Можно ли его произвести своими силами?
Расчет позволит составить эффективную систему, которая будет обеспечивать бесперебойную работу агрегатов, вентиляторов и приточных установок. Если все подсчитано правильно, то это позволит уменьшить траты на закупку материалов и оборудования,а в последствии и на дальнейшее обслуживание системы.
Расчет воздуховодов системы вентиляции для помещений можно проводить разными методами. Например, такими:
- постоянной потери давления;
- допустимых скоростей.
Типы и виды воздуховодов
Перед расчетом сетей нужно определить из чего они будут изготовлены. Сейчас применяются изделия из стали, пластика, ткани, алюминиевой фольги и др. Часто воздуховоды изготовляют из оцинкованной или нержавеющей стали, это можно организовать даже в небольшом цеху. Такие изделия удобно монтировать и расчет такой вентиляции не вызывает проблем.
Кроме этого, воздуховоды могут различаться по внешнему виду. Они могут быть квадратного, прямоугольного и овального сечения. Каждый тип обладает своими достоинствами.
- Прямоугольные позволяют сделать системы вентиляции небольшой высоты или ширины, при этом сохраняется нужная площади сечения.
- В круглых системах меньше материала,
- Овальные совмещают плюсы и минусы других видов.
Для примера расчета выберем круглые трубы из жести. Это изделия, которые используют для вентиляции жилья, офисных и торговых площадей. Расчет будем проводить одним из методов, который позволяет точно подобрать сеть воздуховодов и найти ее характеристики.
Способ расчета воздуховодов методом постоянных скоростей
Нужно начинать с плана помещений.
Используя все нормы определяют нужное количество воздуха в каждую зону и рисуют схему разводки. На ней показываются все решетки, диффузоры, изменения сечения и отводы. Расчет производится для самой удаленной точки системы вентиляции, поделенной на участки, ограниченные ответвлениями или решетками.
Расчет воздуховода для монтажа заключается в выборе нужного сечения по всей длине, а так же нахождение потери давления для подбора вентилятора или приточной установки. Исходными данными являются значения количества проходящего воздуха в сети вентиляции. Используя схему, проведём расчет диаметра воздуховода. Для этого понадобится график потери давления.
Для каждого типа воздуховодов график разный. Обычно, производители предоставляют такую информацию для своих изделий, либо можно найти ее в справочниках. Рассчитаем круглые жестяные воздуховоды, график для которых показан на нашем рисунке.
Номограмма для выбора размеров
По выбранному методу задаемся скоростью воздуха каждого участка. Она должна быть в пределах норм для зданий и помещений выбранного назначения. Для магистральных воздуховодов приточной и вытяжной вентиляции рекомендуются такие значения:
- жилые помещения – 3,5–5,0 м/с;
- производство – 6,0–11,0 м/с;
- офисы – 3,5–6,0 м/с.
Для ответвлений:
- офисы – 3,0–6,5 м/с;
- жилые помещения – 3,0–5,0 м/с;
- производство – 4,0–9,0 м/с.
Когда скорость превышает допустимую, уровень шума повышается до некомфортного для человека уровня.
После определения скорости (в примере 4,0 м/с) находим нужное сечение воздуховодов по графику. Там же есть потери давления на 1 м сети, которые понадобятся для расчета. Общие потери давления в Паскалях находим произведением удельного значения на длину участка:
Руч=Руч·Руч.
Элементы сети и местные сопротивления
Имеют значение и потери на элементах сети (решетки, диффузоры, тройники, повороты, изменение сечения и т. д.). Для решеток и некоторых элементов эти значения указаны в документации. Их можно рассчитать и произведением коэффициента местного сопротивления (к. м. с.) на динамическое давление в нем:
Рм. с.=ζ·Рд.
Где Рд=V2·ρ/2 (ρ – плотность воздуха).
К. м. с. определяют из справочников и заводских характеристик изделий. Все виды потерь давлений суммируем для каждого участка и для всей сети. Для удобства это сделаем табличным методом.
Сумма всех давлений будет приемлимой для этой сети воздуховодов, а потери на ответвлениях должны быть в пределах 10% от полного располагаемого давления. Если разница больше, необходимо на отводах смонтировать заслонки или диафрагмы. Для этого производим расчет нужного к. м. с. по формуле:
ζ= 2Ризб/V2,
где Ризб – разница располагаемого давления и потерь на ответвлении. По таблице выбираем диаметр диафрагмы.
Нужный диаметр диафрагмы для воздуховодов.
Правильный расчет воздуховодов вентиляции позволит подобрать нужный вентилятор выбрав у производителей по своим критериям. Используя найденное располагаемое давление и общий расход воздуха в сети, это будет сделать несложно.
При устройстве системы вентиляции важно правильно подобрать и определить параметры всех элементов системы. Необходимо найти требуемое количество воздуха, подобрать оборудование, рассчитать воздуховоды, фасонные элементы и другие комплектующие вентиляционной сети. Как проводится расчет воздуховодов вентиляции? Что влияет на их размер и сечение? Разберем этот вопрос подробнее.
Воздуховоды необходимо рассчитывать с двух точек зрения. Во-первых, подбирается необходимое сечение и форма. При этом необходимо учитывать количество воздуха и другие параметры сети. Также уже при изготовлении рассчитывается количество материала, например, жести, для изготовления труб и фасонных элементов. Такой расчет площади воздуховодов позволяет заранее определить количество и стоимость материала.
Типы воздуховодов
Для начала пару слов скажем и материалах и типах воздуховодов. Это важно из-за того, что в зависимости от формы воздуховодов существуют особенности его расчета и выбора площади поперечного сечения. Также важно ориентироваться и на материал, так как от него зависит особенности движения воздуха и взаимодействие потока со стенками.
Если коротко, то воздуховоды бывают:
- Металлические из оцинкованной или черной стали, нержавейки.
- Гибкие из алюминиевой или пластиковой пленки.
- Жесткие пластиковые.
- Тканевые.
По форме воздуховоды изготовливаются круглого сечения, прямоугольного и овального. Наиболее часто используются круглые и прямоугольные трубы.
Большая часть из описанных воздуховодов изготовливаются в заводских условиях, например, гибкие из пластика или тканевые, и изготовить их на объекте или в небольшой мастерской сложно. Большая часть изделий, которым требуется расчет, производят из оцинкованной стали или нержавейки.
Из оцинкованной стали изготовляются как прямоугольные, так и круглые воздуховоды, причем для производства не требуется особо дорогостоящее оборудование. В большинстве случаев достаточно гибочного станка и устройства для изготовления круглых труб. Не считая мелкого ручного инструмента.
Расчет поперечного сечения воздуховода
Основная задача, которая возникает при расчете воздуховодов - это выбор поперечного сечения и формы изделия. Этот процесс проходит при проектировании системы как в специализированных компаниях, так и при самостоятельном изготовлении. Необходимо провести расчет диаметра воздуховода или сторон прямоугольника, выбрать оптимальное значение площади поперечного сечения.
Расчет поперечного сечения проводят двумя способами:
- допустимых скоростей;
- постоянной потери давления.
Метод допустимых скоростей проще для неспециалистов, поэтому рассмотрим в общих чертах его.
Расчет сечения воздуховодов методом допустимых скоростей
Расчет сечения воздуховода вентиляции методом допустимых скоростей базируется на нормированной максимальной скорости. Скорость выбирается для каждого типа помещения и участка воздуховода в зависимости от рекомендуемых значений. Для каждого типа здания существуют максимально допустимые скорости в магистральных воздуховодах и ответвлениях, выше которых использование системы затруднено из-за шума и сильных потерь давления.
Рис. 1 (Схема сети для расчета)
В любом случае, перед началом расчета необходимо составить план системы. Для начала необходимо рассчитать требуемое количество воздуха, которое нужно подать и удалить из помещения. На этом расчете будет базироваться дальнейшая работа.
Сам процесс расчета сечения методом допустимых скоростей упрощенно состоит из таких этапов:
- Создается схема воздуховодов, на которой отмечаются участки и расчетное количество воздуха, которое будет по ним транспортироваться. Лучше на ней же указать все решетки, диффузоры, изменения сечения, повороты и клапаны.
- По подобранной максимальной скорости и количеству воздуха рассчитывается сечение воздуховода, его диаметр или размер сторон прямоугольника.
- После того, как известны все параметры системы, можно подобрать вентилятор необходимой производительности и напора. Подбор вентилятора базируется на расчете падения давления в сети. Это существенно сложнее, чем просто подобрать сечение воздуховода на каждом участке. Этот вопрос мы рассмотрим в общих чертах. Так как иногда просто подбирают вентилятор с небольшим запасом.
Для расчета необходимо знать параметры максимальной скорости воздуха. Их берут из справочников и нормативной литературы. В таблице приведены значения для некоторых зданий и участков системы.
Нормативная скорость
Значения приблизительные, но позволяют создать систему с минимальным уровнем шума.
Рис, 2 (Номограмма круглого жестяного воздуховода)
Как использовать этих значения? Их необходимо подставить в формулу или использовать номограммы (схемы) для разных форм и типов воздуховодов.
Номограммы обычно даются в нормативной литературе или в инструкции и описании воздуховодов конкретного производителя. Например, такими схемами комплектуются все гибкие воздуховоды. Для труб из жести данные можно найти в документах и на сайте производителя.
В принципе, можно не использовать номограмму, а найти требуемую площадь сечения, исходя из скорости воздуха. А площади подобрать по диаметру или ширине и длине прямоугольного сечения.
Пример
Рассмотрим пример. На рисунке приведена номограмма для круглого воздуховода из жести. Номограмма полезна еще и тем, что на ней можно уточнить потери давления на участке воздуховода при заданной скорости. Эти данные потребуются в дальнейшем для подбора вентилятора.
Итак, какой воздуховод подобрать на участке сети (ответвлении) от решетки до магистрали, по которому будет прокачиваться 100 м³/ч? На номограмме находим пересечения заданного количества воздуха с линией максимальной скорости для ответвления 4 м/с. Также недалеко от этой точки находим ближайший (больший) диаметр. Это труба диаметром 100 мм.
Таким же образом находим сечение для каждого участка. Все подобрано. Теперь осталось провести подбор вентилятора и расчет воздуховодов и фасонных частей (если это необходимо для производства).
Подбор вентилятора
Составляющей частью метода допустимых скоростей является расчет потерь давления в сети воздуховодов для подбора вентилятора необходимой производительности и напора.
Потери давления на прямых участках
В принципе, требуемую производительность вентилятора можно узнать путем сложения необходимого количества воздуха для всех помещений здания и подбором подходящей модели в каталоге производителя. Но проблема в том, что максимальное количество воздуха, указанное в документации к вентилятору, он способен подать лишь без сети воздуховодов. А при подключении трубы его производительность будет падать в зависимости от потери давления в сети.
Для этого в документации каждому вентилятору дается диаграмма производительности в зависимости от падения давления в сети. А как же рассчитать это падение? Для этого необходимо определить:
- падение давления на ровных участках воздуховодов;
- потери на решетках, поворотах, тройниках и других фасонных элементах и препятствиях в сети (местных сопротивлениях).
Потери давления на участках воздуховодов рассчитываются по той же приведенной номограмме. От точки пересечения линии скорости движения воздуха в подобранном воздуховоде и его диаметра находим потери давления в паскалях на метр. Далее высчитываем полные потери давления на участке определенного диаметра умножением удельной потери на длину.
Для нашего примера с воздуховодом 100 мм и скоростью около 4 м/с потери давления будут составлять около 2 Па/м.
Потери давления на местных сопротивлениях
Расчет потерь давления на поворотах, изгибах, тройниках, изменения сечения и переходах существенно сложнее чем на прямых участках. Для такого на той же приведенной выше схеме указываются все элементы, которые могут препятствовать движению.
Рис 3 (Некоторые к. м. с.)
Далее необходимо для каждого такого местного сопротивления в нормативной литературе найти коэффициент местного сопротивления (к. м. с), который обозначается буквой ζ (дзетта). Потеря давления на каждом таком элементе находится по формуле:
Pм. с.=ζ×Pд
где Pд=V2×ρ/2 - динамическое давление (V - скорость, ρ - плотность воздуха).
Например, если на уже рассматриваемом нами участке диаметром 100 мм со скоростью движения воздуха 4 м/с будет находиться круглый отвод (поворот 90 градусов) к. м. с. которого 0,21 (по таблице), потери давления на нем будут составлять
- Pм. с.=0,21 · 42·(1,2/2) = 2,0 Па.
Средняя плотность воздуха при температуре 20 градусов составляет 1,2 кг/м3.
Рис 4 (Пример таблицы)
По найденным параметрам подбирается вентилятор.
Расчет материала для воздуховодов и фасонных элементов
Расчет площади воздуховодов и фасонных изделий необходим при их производстве. Он делается для того, чтобы определить количество материала (жести) для изготовления участка трубы или какого-либо фасонного элемента.
Для расчета необходимо использовать лишь формулы из геометрии. Например, для круглого воздуховода находим диаметр окружности, умножением которого на длину участка получим площадь наружной поверхности трубы.
Для изготовления 1 метра трубопровода диаметром 100 мм потребуется: π·D·1=3.14·0.1·1=0.314 м² жести. Также необходимо учитывать от 10-15 мм запаса на соединение. Также рассчитывается и прямоугольный воздуховод.
Расчет фасонных частей воздуховодов осложнен тем, что для него не существует определенных формул, как для круглого или прямоугольного сечения. Для каждого элемента необходимо проводить раскрой и рассчитывать необходимое количество материалов. Это делается на производстве или в жестяных мастерских.
Задача организованного воздухообмена комнат жилого дома либо квартиры – вывести лишнюю влагу и отработанные газы, заместив свежим воздухом. Соответственно, для устройства вытяжки и притока нужно определить количество удаляемых воздушных масс – произвести расчет вентиляции отдельно по каждому помещению. Методики вычислений и нормы расхода воздуха принимаются исключительно по СНиП.
Санитарные требования нормативных документов
Минимальное количество воздуха, подаваемое и удаляемое из комнат коттеджа вентиляционной системой, регламентируется двумя основными документами:
- «Здания жилые многоквартирные» - СНиП 31-01-2003, пункт 9.
- «Отопление, вентиляция и кондиционирование» - СП 60.13330.2012, обязательное Приложение «К».
В первом документе изложены санитарно-гигиенические требования к воздухообмену в жилых помещениях многоквартирных домов. На этих данных и должен базироваться расчет вентиляции. Применяется 2 типа размерности – расход воздушной массы по объему за единицу времени (м³/ч) и часовая кратность.
Проветривание — примитивный способ обновления кислорода в жилищеСправка. Кратность воздухообмена выражается цифрой, обозначающей, сколько раз в течение 1 часа полностью обновится воздушная среда помещения.
В зависимости от назначения комнаты приточно-вытяжная вентиляция должна обеспечивать следующий расход либо количество обновлений воздушной смеси (кратность):
- гостиная, детская, спальня – 1 раз в час;
- кухня с электрической плитой – 60 м³/ч;
- санузел, ванная, туалет – 25 м³/ч;
- для и кухни с газовой плитой требуется кратность 1 плюс 100 м³/ч в период работы оборудования;
- , сжигающим природный газ, - трехкратное обновление плюс объем воздуха, потребного для горения;
- кладовка, гардеробная и прочие подсобные помещения – кратность 0.2;
- сушильная либо постирочная – 90 м³/ч;
- библиотека, рабочий кабинет – 0.5 раз в течение часа.
Примечание. СНиП предусматривает снижение нагрузки на общеобменную вентиляцию при неработающем оборудовании либо отсутствии людей. В жилых помещениях кратность уменьшается до 0.2, технических – до 0.5. Неизменным остается требование к комнатам, где расположены газоиспользующие установки, - ежечасное однократное обновление воздушной среды.
Выброс вредных газов за счет природной тяги — самый дешевый и простой способ обновлять воздух
В п. 9 документа подразумевается, что объем вытяжки равен величине притока. Требования СП 60.13330.2012 несколько проще и зависят от числа людей, находящихся в помещении 2 часа и более:
- Если на 1 проживающего приходится 20 м² и более площади квартиры, в комнаты обеспечивается свежий приток в объеме 30 м³/ч на 1 чел.
- Объем приточного воздуха считается по площади, когда на 1 жильца приходится меньше 20 квадратов. Соотношение такое: на 1 м² жилища подается 3 м³ притока.
- Если в квартире не предусмотрено проветривание (отсутствуют форточки и открывающиеся окна), на каждого проживающего необходимо подать 60 м³/ч чистой смеси независимо от квадратуры.
Перечисленные нормативные требования двух различных документов вовсе не противоречат друг другу. Изначально производительность вентиляционной общеобменной системы рассчитывается по СНиП 31-01-2003 «Жилые здания».
Результаты сверяются с требованиями Свода Правил «Вентиляция и кондиционирование» и при необходимости корректируются. Ниже мы разберем расчетный алгоритм на примере одноэтажного дома, показанного на чертеже.
Определение расхода воздуха по кратности
Данный типовой расчет приточно-вытяжной вентиляции выполняется отдельно для каждой комнаты квартиры либо загородного коттеджа. Чтобы выяснить расход воздушных масс по зданию в целом, полученные результаты суммируются. Используется довольно простая формула:
Расшифровка обозначений:
- L – искомый объем приточного и вытяжного воздуха, м³/ч;
- S – квадратура помещения, где рассчитывается вентиляция, м²;
- h – высота потолков, м;
- n – число обновлений воздушной среды комнаты в течение 1 часа (регламентируется СНиП).
Пример вычисления. Площадь гостиной одноэтажного здания с высотой потолков 3 м составляет 15.75 м². Согласно предписаниям СНиП 31-01-2003, кратность n для жилых помещений равна единице. Тогда часовой расход воздушной смеси составит L = 15.75 х 3 х 1 = 47.25 м³/ч.
Важный момент. Определение объема воздушной смеси, удаляемой из кухни с газовой плитой, зависит от устанавливаемого вентиляционного оборудования. Распространенная схема выглядит так: однократный обмен согласно нормативам обеспечивает система естественной вентиляции, а дополнительные 100 м³/ч выбрасывает бытовая .
Аналогичные расчеты делаются по всем остальным комнатам, разрабатывается схема организации воздухообмена (естественной или принудительной) и определяются размеры вентиляционных каналов (смотрим пример ниже). Автоматизировать и ускорить процесс поможет расчетная программа.
Онлайн-калькулятор в помощь
Программа считает требуемое количество воздуха по кратности, регламентируемой СНиП. Просто выберите разновидность помещения и введите его габариты.
Расчёт сечения прямоугольного и/ли круглого воздуховода осуществляется с помощью двух известных параметров: воздухообмен по помещению и скорость потока воздуха.
Воздухообмен по помещению может быть заменён на производительность вентилятора. Производительность приточного или вытяжного вентиляторов указывается заводом изготовителем в паспортных данных изделия. При проектировании или предпроектной разработке, воздухообмен рассчитывается исходя из кратности. Кратность (количество раз замены полного объёма воздуха в помщении за 1 час) - это коэффициент из нормативной документации.
Скорость потока в воздуховоде необходимо измерить, если это . А если проект находится в стадии разработки, то скорость потока в воздуховоде задаётся самостоятельно. Скорость потока в воздуховоде не должна превышать 10 м/с.
Ниже приведены формулы и калькулятор на их основе, с помощью которых вы сможете рассчитать сечение прямоугольных и круглых воздуховодов.
Формула для расчёта круглого сечения (диаметра) воздуховода
Формула для расчёта прямоугольного сечения воздуховода
Калькулятор расчёта сечений прямоугольных и круглых воздуховодов через воздухообмен и скорость потока
Введите в поля параметры воздухообмена и требуемую скорость потока в воздуховоде
Начнем, пожалуй, с естественной и . Как понятно из названия, к первому типу относятся проветривание и все, что никак не связано с устройствами. Соответственно, к механической вентиляции относятся вентиляторы, вытяжки, приточные клапаны и другая техника для создания принудительного потока воздуха.
Хороша умеренной скоростью этого потока, что создает комфортные условия в помещении для человека – ветер не ощущается. Хотя правильно установленная качественная принудительная вентиляция также не приносит сквозняков. Но есть и минус: при низкой скорости потока воздуха при естественной вентиляции необходимо более широкое сечение для его подачи. Как правило, наиболее эффективное проветривание обеспечивается с полностью открытыми окнами или дверьми, что ускоряет процесс воздухообмена, но может негативно сказаться на здоровье жильцов, особенно в зимний период года. Если мы проветриваем дом, частично открыв окна или полностью открыв форточки, на такое проветривание необходимо около 30–75 минут, а здесь возможно замерзание оконной рамы, что вполне может привести к конденсату, а холодный воздух, поступающий длительное время, ведет к проблемам со здоровьем. Открытые настежь окна ускоряют воздухообмен в помещении, сквозное проветривание займет примерно 4–10 минут, что безопасно для оконных рам, но при таком проветривании почти все тепло в доме выходит наружу, и долгое время температура внутри помещений достаточно низка, что опять-таки повышает риск заболеваний.
Не стоит также забывать про набирающие популярность приточные клапаны, которые устанавливаются не только на окнах, но и на стенах внутри комнат (стеновой приточный клапан), если конструкция окон не предусматривает такие клапаны. Стеновой клапан осуществляет инфильтрацию воздуха и представляет собой продолговатый патрубок, устанавливаемый в стену насквозь, закрытый с обеих сторон решетками и регулируемый изнутри. Он может быть как полностью открытым, так и закрытым тоже полностью. Для удобства в интерьере рекомендуется ставить такой клапан рядом с окном, поскольку его можно будет спрятать под тюлем, и поток проходящего воздуха будет нагреваться радиаторами, расположенными под подоконниками.
Для нормальной циркуляции воздуха по всей квартире необходимо обеспечить его свободное перемещение. Для этого на межкомнатных дверях ставят переточные решетки, чтобы воздух спокойно перемещался от приточных систем к вытяжным, проходя по всему дому, через все комнаты. Важно учитывать, что правильным считается такой поток, при котором самая пахнущая комната (туалет, ванная комната, кухня) – последняя. Если нет возможности установить переточную решетку, достаточно просто оставить зазор между дверью и полом, примерно 2 см. Этого вполне достаточно, чтобы воздух легко перемещался по дому.
В случаях, когда естественной вентиляции не хватает или нет желания ее устраивать, переходят к использованию механической вентиляции.