Скорость воздуха в воздуховоде: нормы и расчет значений

Расчёт системы вентиляции

Этот материал любезно предоставлен моим другом — Spirit’ом.

Согласно санитарным нормам, система вентиляции должна обеспечивать замену воздуха в помещении за один час, это значит что за час в помещение должен поступить и удалиться из него объём воздуха, равный объёму помещения. Поэтому первым шагом мы считаем этот объём, перемножив площадь помещения на высоту потолков. Если у вас допустим помещение площадью 40 м2 с высотой потолков 2.5м, то его объём будет 40*2.5=100 м3. Значит производительность приточной и вытяжной систем должны быть по 100 м3/ч. Это минимальный расход, я рекомендую вдвое больше. Ищете вентилятор с такой производительностью, а лучше ещё больше, потому что производительность указывается при условии отсутствия противодавления, а когда вы поставите в приточную систему фильтр, противодавление появится и уменьшит производительность. Если у вас производительность 200 м3/ч, то в трубе 125мм примерная скорость потока будет 4.5 м/с, в трубе 100 мм — 6.5 м/с, а в трубе 160мм – чуть меньше 3 м/с. Считается, что комфортная скорость воздуха для человека – до 2 м/с. Если у вас есть анемометр, то зная эти цифры вы можете проверить производительность системы вентиляции.

Далее, допустим вы хотите поставить в приточный канал нагреватель. С помощью четвёртой таблицы вы можете определить его мощность. Допустим на улице -10°С, а вам хочется чтобы в помещении было +20°С, значит разница температур 30°С. Находим строчку 200 м3/ч, смотрим пересечение столбца 30°С, получаем мощность 2010 Вт. Понятно, что это при отсутствии других источников тепла, так что в реале потребуется существенно меньше.

Следующий момент – расчёт влажности. В тёплом воздухе помещается больше воды, чем в холодном. Поэтому при нагревании его влажность уменьшается, а при охлаждении увеличивается. Допустим у нас за бортом -10°С при 80% влажности, а в помещении воздух нагревается до +20°С. Содержание воды в одном кубометре 2.1*0.8=1.68 г/м3, а влажность нагретого воздуха получится 1.68/17.3=0.097 то есть примерно 10%. Сколько же надо испарить воды, чтобы получить влажность, допустим, 50% при расходе 200 м3/ч?

Ответ: 200*(17.3*0.5-1.68)=1394 г/ч=1.4 кг/ч

Рекомендуемые места установки вентиляторов

В проектировании тихих систем вентиляции кроме подбора устройств с удовлетворительными шумовыми характеристиками нужно подбирать выгодные места их установки.

http://1poclimaty.ru/youtu.be/Ho2GXJgJIGI

{reklama2}

В разрабатываемом здании вентиляторы располагают в специально отведенных звукоизолированных помещениях — в вентиляционных камерах. Камеры ставят обособленно от помещений с повышенными требованиями к тишине и комфортному уровню шума. Их оборудуют вдали от шахт лифтов, лестничных переходов, дверных и оконных проемов.

Выводы воздуховодов в открытое пространство предполагается направить так, чтобы шум не направлялся в сторону жилых построек и мест отдыха. Корректное направление звука от работы вентиляции эффективно помогает в минимизации шумовых помех вентиляционных комплексов объектов.

Правильно разместив в пространстве и направив выходное отверстие вентиляции, вы добьетесь снижения шума до разрешенных пределов без дополнительных затрат.

Алгоритм вычисления скорости воздуха

Учитывая вышеизложенные условия и технические параметры конкретно взятого помещения, можно определить характеристики вентиляционной системы, а также рассчитать скорость воздуха в трубах.

Опираться следует на кратность воздухообмена, которая для данных расчетов является определяющим значением.

Для уточнения параметров расхода пригодится таблица:

В таблице представлены размеры воздуховодов с прямоугольным сечением, то есть указаны их длина и ширина. Например, при использовании каналов 200 мм х 200 мм при скорости 5 м/с расход воздуха составит 720 м³/ч

Чтобы самостоятельно произвести расчеты, нужно знать объем помещения и норму кратности воздухообмена для комнаты или зала заданного типа.

Например, необходимо узнать параметры для студии с кухней общим объемом 20 м³. Возьмем минимальное значение кратности для кухни – 6. Получается, что в течение 1 часа воздушные каналы должны переместить около L = 20 м³*6 =120 м³.

Также необходимо узнать площадь сечения воздуховодов, установленных в систему вентиляции. Она вычисляется по следующей формуле:

S = πr2 = π/4*D2,

где:

• S — площадь сечения воздуховода;
• π — число «пи», математическая константа, равная 3,14;
• r — радиус сечения воздуховода;
• D — диаметр сечения воздуховода.

Предположим, что диаметр воздуховода круглой формы равен 400 мм, подставляем его в формулу и получаем:

S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 м²

Зная площадь сечения и расход, можем вычислить скорость. Формула расчета скорости воздушного потока:

V = L/3600*S,

где:

• V — скорость воздушного потока, (м/с);
• L — расход воздуха, (м³/ч);
• S — площадь сечения воздушных каналов (воздуховодов), (м²).

Подставляем известные значения, получаем: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 м/с

Следовательно, чтобы обеспечить необходимую кратность воздухообмена (120 м3/ч) при использовании круглого воздуховода с диаметром 400 мм, потребуется установить оборудование, позволяющее увеличить скорость воздушного потока до 0,265 м/с.

Следует помнить, что описанные ранее факторы – параметры уровня вибрации и уровня шума – напрямую зависят от скорости движения воздуха.

Если шум будет превышать показатели нормы, придется снижать скорость, следовательно, увеличивать сечение воздуховодов. В некоторых случаях достаточно установить трубы из другого материала или заменить изогнутый фрагмент канала на прямой.

Правила определения скорости воздуха

Скорость движения воздуха тесно взаимосвязана с такими понятиями, как уровень шума и уровень вибрации в вентиляционной системе. Проходящий по каналам воздух создает определенный шум и давление, которые возрастают с увеличением количества поворотов и изгибов.

Чем больше сопротивление в трубах, тем ниже скорость воздуха и тем выше производительность вентилятора. Рассмотрим нормы сопутствующих факторов.

№1 — санитарные нормы уровня шума

Нормативы, указанные в СНиП, касаются помещений жилого (частных и многоквартирных домов), общественного и производственного типа.

В таблице, представленной ниже, вы можете сравнить нормы для помещений различного типа, а также территорий, прилегающих к зданиям.

Часть таблицы из №1 СНиП-2-77 из параграфа «Защита от шума». Максимально допустимые нормы, относящиеся к ночному времени, ниже дневных значений, а нормы для прилегающих территорий выше, чем для жилых помещений

Одной из причин увеличения принятых норм как раз может быть неправильно спроектированная система воздуховодов.

Уровни звукового давления представлены в другой таблице:

При введении в эксплуатацию вентиляционного или другого оборудования, связанного с обеспечением благоприятного, здорового микроклимата в помещении, допускается лишь кратковременное превышение обозначенных параметров шума

№2 — уровень вибрации

Мощность работы вентиляторов напрямую связана с уровнем вибрации.

Максимальный порог вибрации зависит от нескольких факторов:

• размеров воздуховода;
• качества прокладок, обеспечивающих снижение уровня вибрации;
• материала изготовления труб;
• скорости потока воздуха, проходящего по каналам.

Нормы, которых стоит придерживаться при выборе вентиляционных устройств и при расчетах, касающихся воздуховодов, представлены в следующей таблице:

Предельно допустимые значения локальной вибрации. Если при проверке реальные показатели выше норм, значит, система воздуховодов спроектирована с техническими недочетами, которые необходимо исправить, или мощность вентилятора слишком велика

Скорость воздуха в шахтах и каналах не должна влиять на увеличение показателей вибрации, как и на связанные с ними параметры звуковых колебаний.

№3 — кратность воздухообмена

Очистка воздуха происходит благодаря процессу воздухообмена, который подразделяется на естественный или принудительный.

В первом случае он осуществляется при открывании дверей, фрамуг, форточек, окон (и называется аэрацией) или просто путем инфильтрации через щели на стыках стен, дверей и окон, во втором – с помощью кондиционеров и вентиляционного оборудования.

Смена воздуха в комнате, подсобном помещении или цеху должна происходить несколько раз в час, чтобы степень загрязнения воздушных масс была допустимой. Количество смен – это кратность, величина, также необходимая для определения скорости воздуха в вентканалах.

Кратность вычисляют по следующей формуле:

N=V/W,

где:

• N – кратность воздухообмена, раз в 1 час;
• V – объем чистого воздуха, заполняющего помещение за 1 ч, м³/ч;
• W – объем помещения, м³.

Чтобы не выполнять дополнительные расчеты, средние показатели кратности собраны в таблицы.

Например, для жилых помещений подходит следующая таблица кратности воздухообмена:

Судя по таблице, частая смена воздушных масс в помещении необходима, если ему характерна высокая влажность или температура воздуха – например, в кухне или санузле. Соответственно, при недостаточной естественной вентиляции в данных помещениях устанавливают приборы принудительной циркуляции

Что случится, если нормативы кратности воздухообмена не будут соблюдаться или будут, но в недостаточной степени?

Произойдет одно из двух:

Кратность ниже нормы. Свежий воздух прекращает замещать загрязненный, вследствие чего в помещении увеличивается концентрация вредных веществ: бактерий, болезнетворных микроорганизмов, опасных газов

Количество кислорода, важного для дыхательной системы человека, уменьшается, а углекислого газа, напротив, увеличивается. Влажность повышается до максимума, что чревато появлением плесени.

Кратность выше нормы

Возникает, если скорость перемещения воздуха в каналах превышает норму. Это негативно влияет на температурный режим: помещение просто не успевает нагреваться. Излишне сухой воздух провоцирует болезни кожи и дыхательного аппарата.

Чтобы кратность обмена воздуха соответствовала санитарным нормам, следует установить, убрать или отрегулировать вентиляционные приборы, а при необходимости и заменить воздуховоды.

Нужно ли ориентироваться на СНиП?

Во всех расчетах, которые мы проводили, использовались рекомендации СНиП и МГСН. Эта нормативная документация позволяет определить минимально допустимую производительность вентиляции, обеспечивающую комфортное пребывание людей в помещении. Другими словами требования СНиП направлены в первую очередь на минимизацию стоимости системы вентиляции и затрат на ее эксплуатацию, что актуально при проектировании вентсистем для административных и общественных зданий.

В квартирах и коттеджах ситуация иная, ведь вы проектируете вентиляцию для себя, а не для усредненного жителя и вас никто не заставляет придерживаться рекомендаций СНиП. По этой причине производительность системы может быть как выше расчетного значения (для большего комфорта), так и ниже (для уменьшения энергопотребления и стоимости системы). К тому же субъективное ощущение комфорта у всех разное: кому-то достаточно 30–40 м³/ч на человека, а для кого-то будет мало и 60 м³/ч.

Однако если вы не знаете, какой воздухообмен вам нужен для комфортного самочувствия, лучше придерживаться рекомендаций СНиП. Поскольку современные приточные установки позволяют регулировать производительность с пульта управления, вы сможете найти компромисс между комфортом и экономией уже в процессе эксплуатации системы вентиляции.

Производительность по воздуху

Расчет системы вентиляции начинается с определения производительности по воздуху (воздухообмена), измеряемой в кубометрах в час. Для расчетов нам потребуется план объекта, где указаны наименования (назначения) и площади всех помещений.

Подавать свежий воздух требуется только в те помещения, где люди могут находиться длительное время: спальни, гостиные, кабинеты и т. п. В коридоры воздух не подается, а из кухни и санузлов удаляется через вытяжные каналы. Таким образом, схема движения воздушных потоков будет выглядеть следующим образом: свежий воздух подается в жилые помещения, оттуда он (уже частично загрязненный) попадает в коридор, из коридора — в санузлы и на кухню, откуда удаляется через вытяжную вентиляцию, унося с собой неприятные запахи и загрязнители. Такая схема движения воздуха обеспечивает воздушный подпор «грязных» помещений, исключая возможность распространения неприятных запахов по квартире или коттеджу.

Для каждого жилого помещения определяется количество подаваемого воздуха. Расчет обычно ведется в соответствии со  и МГСН 3.01.01. Поскольку СНиП задает более жесткие требования, то в расчетах мы будем ориентироваться на этот документ. В нем говорится, что для жилых помещений без естественного проветривания (то есть там, где окна не открывают) расход воздуха должен составлять не менее 60 м³/ч на человека. Для спален иногда используют меньшее значение — 30 м³/ч на человека, поскольку в состоянии сна человек потребляет меньше кислорода (это допустимо по МГСН, а также по СНиП для помещений с естественным проветриванием). При расчете учитываются только люди, находящиеся в помещении длительное время. Например, если у вас в гостиной пару раз в году собирается большая компания, то увеличивать производительность вентиляции из-за них не нужно. Если же вы хотите, чтобы гости чувствовали себя комфортно, можно установить VAV-систему, которая позволяет регулировать расход воздуха раздельно в каждом помещении. С такой системой вы сможете увеличить воздухообмен в гостиной за счет его снижения в спальне и других помещениях.

После расчета воздухообмена по людям нам нужно рассчитать воздухообмен по кратности (этот параметр показывает, сколько раз в течение одного часа в помещении происходит полная смена воздуха). Чтобы воздух в помещении не застаивался, нужно обеспечить хотя бы однократный воздухообмен.

Таким образом, для определения требуемого расхода воздуха нам нужно рассчитать два значения воздухообмена: по количеству людей и по кратности и, после чего выбрать большее из этих двух значений:

1. Расчет воздухообмена по количеству людей:

   L = N * Lnorm, где

   L  требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;

   N  количество людей;

   Lnorm  норма расхода воздуха на одного человека:

   •      в состоянии покоя (сна)  30 м³/ч;
   •      типовое значение (по СНиП)  60 м³/ч;

2. Расчет воздухообмена по кратности:

   L = n * S * H, где

   L  требуемая производительность приточной вентиляции, м³/ч;

   n  нормируемая кратность воздухообмена:
   для жилых помещений – от 1 до 2, для офисов – от 2 до 3;

   S  площадь помещения, м²;

   H  высота помещения, м;

Рассчитав необходимый воздухообмен для каждого обслуживаемого помещения, и сложив полученные значения, мы узнаем общую производительность системы вентиляции. Для справки типовые значения производительности вентиляционных систем:

• Для отдельных комнат и квартир  от 100 до 500 м³/ч;
• Для коттеджей  от 500 до 2000 м³/ч;
• Для офисов  от 1000 до 10000 м³/ч.

Необходимость качественной вентиляции

Сначала необходимо определить, почему важно обеспечить попадание воздуха в помещение через вентиляционные каналы. Согласно строительным и гигиеническим нормам, каждый промышленный или частный объект должен иметь качественную систему вентиляции

Главной задачей такой системы является обеспечение оптимального микроклимата, температуры воздуха и уровня влажности, чтобы человек при работе или отдыхе мог себя чувствовать комфортно. Это возможно только тогда, когда воздух не является слишком тёплым, переполненным различными загрязнителями и имеет довольно высокий уровень влаги

Согласно строительным и гигиеническим нормам, каждый промышленный или частный объект должен иметь качественную систему вентиляции. Главной задачей такой системы является обеспечение оптимального микроклимата, температуры воздуха и уровня влажности, чтобы человек при работе или отдыхе мог себя чувствовать комфортно. Это возможно только тогда, когда воздух не является слишком тёплым, переполненным различными загрязнителями и имеет довольно высокий уровень влаги.

Некачественная вентиляция способствует появлению инфекционных заболеваний и патологий дыхательных путей. Кроме этого, быстрее портятся продукты питания. Если воздух имеет очень большой процент влаги, то на стенах может образоваться грибок, который может в последующем перейти на мебель.

Свежий воздух может попасть в помещение разными способами, но основным его источником всё же является качественно вмонтированная система вентиляции. При этом в каждом отдельном помещении она должна просчитываться под его конструктивные особенности, состав воздуха и объём.

Стоит отметить, что для частного дома или квартиры небольших размеров будет достаточно установить шахты с естественной циркуляцией воздуха. Для больших коттеджей или производственных цехов нужно монтировать дополнительное оборудование, вентиляторы для принудительной циркуляции воздушных масс.

При планировке здания любого предприятия, цехов или общественных учреждений больших размеров необходимо следовать таким правилам:

• в каждой комнате или помещении необходима качественная система вентиляции;
• состав воздуха должен отвечать всем установленным нормам;
• на предприятиях следует устанавливать дополнительное оборудование, с помощью которого можно регулировать скорость обмена воздуха, а в целях частного использования — менее мощные вентиляторы, если естественная вентиляция не справляется;
• в разных помещениях (кухня, санузел, спальня) требуется монтировать разные типы систем вентиляции.

Также следует проектировать систему таким образом, чтобы воздух был чистым в том месте, где он будет забираться. В противном случае в вентиляционные шахты и затем в комнаты может попадать загрязнённый воздух.

Во время составления проекта вентиляции, после того как необходимый объём воздуха рассчитан, проделываются отметки, где должны находиться вентиляционные шахты, кондиционеры, воздуховоды и прочие комплектующие. Это относится как к частным коттеджам, так и к многоэтажным домам.

От размеров шахт будет зависеть эффективность работы вентиляции в целом. Необходимые к соблюдению правила по требуемому объёму указаны в санитарной документации и нормах СНиП. Скорость воздуха в воздуховоде в них также предоставлена.

Заключение

Этот несложный расчет является частью аэродинамического расчета системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Такие расчеты выполняются в специализированных программах или, например, в Excel.

Источники

• https://sovet-ingenera.com/vent/raschety/skorost-vozduxa-v-vozduxovode.html
• https://mir-klimata.info/raschjot-skorosti-vozduha-v-vozduhovode/
• https://1poclimaty.ru/raschet/dopustimye-skorosti-vozduxa-v-vozduxovodax.html
• https://OmShantiDom.ru/sistemy/kak-rasschitat-rashod-vozduha.html
• https://oventilyacii.ru/ventilyaciya/skorost-vozduha-v-vozduhovode.html
• https://kaminguru.com/kommunikacii/skorost-vozduha-v-vozduhovode.html
• http://airducts.ru/skorost-v-vozduxovode/