Как рассчитать вентиляцию в помещении

Ниже будут рассмотрены современные методы расчета параметров систем вентиляции и кондиционирования для помещений разного типа. Реализация качественного воздухообмена без сложных математических расчетов невозможна. Ошибки на этапе проектирования чреваты серьезными проблемами.

В жилых помещениях при неправильной циркуляции воздуха может возникать застой воздуха или сквозняки, которые могут приводить к различным болезням. Для коммерческих и промышленных объектов последствия могут быть гораздо серьезнее, вплоть до полной остановки работы. Устранение недостатков может занять длительное время и потребовать дополнительных финансовых трат.

Расчет коэффициента вентиляции

Для типовых помещений, в которых на окружающую среду влияют только люди, для расчета минимального уровня вентиляции можно использовать следующую формулу:

VN = n×Vj, где:

n – среднее количество людей на объекте;

Vj – минимальное количество внешнего воздуха, указывается в м³/ч;

VN – итоговый расход воздуха, м³/ч.

Параметры минимального объема приточного воздуха прописаны в СНиП и других документах. Предусмотрены различия, в зависимости от типа помещения:

– 60 м³/ч для комнат со стандартным кондиционером или вентиляцией воздуха без открытых окон;

– 30 м³/ч при наличии дополнительной вентиляции.

В процессе организации воздухообмена основное внимание уделяется выбору мест размещения узлов, которые отвечают за приток и вывод воздуха за пределы помещения. Учитываются источники загрязнения и места пребывания людей. При необходимости монтируются локальные вытяжки. Приточные каналы оказывают больше влияние на всю систему, что также учитывается при проектировании.

Расчет параметров

Главная задача системы вентиляции жилых помещений – обеспечить достаточный уровень притока воздуха с учетом всех факторов. Если уровень будет ниже положенного, образуется застой воздуха. При превышении могут образовываться сквозняки, что нередко приводит к болезням. Также в этом случае заметно увеличиваются расходы на отопление. Сегодня распространены следующие способы расчета алгоритма воздухообмена:

– на основе площади. Используется упрощенная формула S×3 м³/ч, в которой учитывается площадь комнаты и рекомендованный коэффициент, прописанный в нормативных документах;

– с учетом санитарных норм. Формула имеет вид 60 м³/ч×A + 20 м³/ч×B. Коэффициенты A и B обозначают соответственно постоянно и периодически присутствующих людей;

– по кратностям. Используется формула L=N×V, где V обозначает объем исследуемого объекта, а N – коэффициент, который можно получить из отдельного регламента СНиП.

Расчет вытяжной вентиляции на производстве

Для вентиляции производственных помещений используются дополнительные требования, поскольку часто они используются для нейтрализации различных загрязнений. Ограничивается их распространение в пределах рабочей области, а также обеспечивается подача чистого воздуха. Заранее продумывается размещение локальных вытяжек, прокладка общих каналов и других элементов.

На начальном этапе проводятся все необходимые расчеты. На основе полученных данных осуществляется подбор подходящего оборудования. Кроме основных рабочих элементов могут использоваться вспомогательные – пылеуловители, фильтры, системы управления и так далее.

Также учитывается возможность модернизации системы в будущем при изменении основных факторов. Для этого предпочтение отдается модульной структуре, которая позволяет менять конфигурацию без масштабной переделки. К примеру, можно заменить двигатель на более мощный или извлечь часть короба для вставки фильтра.

Проект должен удовлетворять всем современным стандартам и регламентам. При наличии дополнительных источников загрязнения необходимо знать физические особенности распространения используемых веществ. Самый простой пример – газ может быть легче воздуха и подниматься вверх или наоборот, скапливаться в нижней части комнаты. Большое количество факторов приводит к тому, что типовые проекты использовать нельзя, требуется независимый анализ всех особенностей.

Расчет параметров вентиляции в частном доме

Для помещений данного типа используются два способа расчета нужной производительности:

– по объему анализируемого помещения и кратности;

– на основе нормы расхода воздуха с учетом количества людей.

Для жилого фонда принято делать расчеты на основе однократного воздухообмена. Для первого способа объем комнаты умножается на кратность полной замены воздуха (количество полных замен в час). Кратность также строго регламентируется и определяется по специальным таблицам, в которых учитывается тип помещения.

Если человек периодически находится внутри локации, норма составляет 20 м³/ч, для постоянного пребывания – параметр увеличивается до 60 м³/ч. Именно эти показатели используют при расчете по второму способу, умножая указанную норму на количество человек.

В процессе расчетов вентиляции в доме допускается использовать оба способа с последующим вычисления среднего значения. Это позволяет учесть основные особенности текущей локации.

Расчет естественной вентиляции

Естественная вентиляция помещений функционирует без дополнительных механических узлов. Поток нужной интенсивности обеспечивается за счет физических явлений. Для этого используется разница температур между внешним воздухом и тем, который необходимо вывести за пределы помещения. Теплый газ легче холодного, что обеспечивает конвекцию и естественную тягу.

Используются типовые вертикальные шахты, основное значение играет высота. Данный параметр позволяет при необходимости увеличить скорость потока. Используется формула: p=h(pH-pB), где буква p обозначает давление, h – высоту канала, pB указывает на плотность воздушных масс в пределах комнаты, pH – плотность внешнего воздуха. Такая структура по принципу работы напоминает классическую вытяжную вентиляцию.

Система на основе гравитации подразумевает наличие мест подачи и удаления воздуха. В большинстве случаев для притока не монтируют отдельные узлы. Он обеспечивается через оконные проемы, небольшие щели, входной блок и так далее. Объема достаточно для поддерживания нужного уровня циркуляции.

Основной недостаток данной схемы заключается зависимости от внешней температуры, которая в течение года может колебаться в широких пределах. Увеличение температуры на улицы заметно снижает эффективность обмена, поскольку важную роль в генерации естественной тяги играет перепад давления.

При этом в зимнее время холодные воздушные массы активно поступают в помещение, поэтому приходится использовать дополнительную терморегуляцию. Это усложняет систему и ее обслуживание.

Вентиляция в квартире

В данном случае приняты следующие параметры:

– гостиная, детская и аналоги – полная замена 1 раз в час;

– санузел – поступление 25 м³/ч;

– кухня при использовании бытовой газовой плиты – воздухообмен за 1 час, дополнительно 100 м³/ч при готовке или разогреве;

– кухня при использовании электрического оборудования – 60 м³/ч;

– зона отдыха – 0,5 раз за один час;

– подсобка, прихожая – 0,2 раза за один час.

Параметры, которые необходимо использовать на этапе расчетов вентиляции в квартире, указаны в СНиП с индексами 41-01-2003, 13330.2012 и 2.08.01-89. Также используются два основных метода – часовая кратность или общий расход. Нормы учитываются на основе типа помещения.

Расчет объема воздуха для вентиляции

– на 1 человека обеспечивается подача воздуха 30 м³/ч;

– на 1 м² площади данный показатель составляет 3 м³/ч.

Если человек занимает менее 20 м² от всей площади и пребывает в помещении более 2 часов, необходимо обеспечить вышеуказанные параметры. Если отсутствуют открытые окна или другие элементы, которые обеспечивают стабильное проветривание, требуется обеспечить не менее 60 м³/ч внешнего воздуха с перерасчетом на 1 человека.

Расчет параметров принудительной вентиляции

Вентиляция данного типа обеспечивается за счет механического нагнетания, обычно для этого используются электрические вентиляторы. Условно можно выделить три типа организации – вытяжная, приточная и система приточно-вытяжной вентиляции. Разделение обусловлено принципом создания движения воздуха. Вентилятор может нагнетать внешний воздух, стоять только на выходе или одновременно использоваться два устройства.

При необходимости могут устанавливаться дополнительные модули или фильтры. К примеру, может использоваться рекуператор, который представляет собой теплообменник для нагревания внешнего потока и удержания тепла на выходе. Такие блоки позволяют упростить поддержание необходимой температуры. Также могут использоваться фильтры для удержания пыли, системы увлажнения и так далее. Набор компонентов может сильно отличаться, в зависимости от особенностей текущего региона или назначения выделенной зоны.

В процессе проектирования приточной вентиляции и систем другого типа учитываются следующие факторы:

– габариты шахт;

– производительность вентиляторов;

– параметры воздуховодов;

– теплопотери;

– потребление электроэнергии всей системой;

– характеристики канальных охладителей и нагревателей;

– ресурс модулей для фильтрации;

– параметры теплообменника;

– требуемая толщина звукоизоляции.

Расчет параметров воздуховода

Основной параметр для воздуховодов – площадь поперечного сечения, поскольку важно обеспечить нужную производительность системы. Используется скорость перемещения воздуха и объем, поступающий в помещение. Для этого используется формула F = L/3600×Vс, где Vс – скорость созданного потока в магистрали (м/с), L – требуемый объем воздуха (м³/ч).

Расчет сечения вентиляции

Система вентиляции помещения бывает бесканальной и канальной. В последнем случае для расчетов берутся сечения решеток (могут использоваться другие декоративные элементы) на концах воздуховода, поскольку они являются самым узким местом на всей длине. Также специалистами принято, что ширина и длина сечения должны соотноситься как 3:1, скорость на ответвлениях берется 3 м/с, на главной магистрали – 5 м/с. При нестандартных конфигурациях могут возникать дополнительные факторы, которые негативно влияют на максимальную пропускную способность.

Расчет диаметра вентиляции

Для определения данного параметра используют готовые диаграммы. Специальная таблица позволяет на основе скорости потока и нужного объема найти оптимальный диаметр. В качестве первого значения используется 5 м/с. Далее необходимо найти требуемый объем и узнать значение на пересечении строки и столбца.

Расчет стоимости

Суммарная стоимость складывается из всех элементов системы. Основные из них:

– покупка оборудования и его монтаж;

– стоимость проекта и сопутствующей документации;

– расходы на дальнейшую эксплуатацию.

Под расходами на эксплуатацию подразумевают потребление энергии, периодическое обслуживание и замена расходных материалов и узлов (фильтры, двигатели и так далее). Стоимость оборудования зависит от требуемой производительности и наличия дополнительных опций (например, очистка от пыли, увлажнение), особенностей помещения и так далее. Стоимость монтажа также определяется индивидуально после выбора элементов и изучения места.

Из дополнительных факторов можно отметить сложность монтажа и особенности управления. Современные технологии позволяют использовать удаленный режим работы, полностью автоматизировать поддержку климатических условий и использовать другие возможности. Это облегчает взаимодействие с системой вентиляции, однако требует дополнительных трат.

Расчет с учетом современных санитарно-гигиенических норм

Все требования перечислены в соответствующих разделах СНиП. Основные из них:

– обеспечение подачи внешнего воздуха во все жилые помещения;

– гарантированное удаление отработанного воздуха за пределы здания из помещений без окон (гардеробная, кладовая, туалет и другие).

В процессе расчета производительности вентиляционной системы учитывается комфортный баланс влажности, тепла, уровень загрязняющих веществ. Для этого можно использовать следующие факторы:

– количество людей;

– наличие и объем газообразных веществ, поступающих в помещение;

– прирост пара;

– приток тепла.

Вентиляция может быть организована при помощи различных схем. Они могут иметь собственные преимущества и недостатки, обеспечивать разную производительность и иметь дополнительные функции. В процессе выбора производится детальный анализ многих факторов, включая обеспечение достаточного уровня комфорта.

На следующем этапе осуществляется выбор необходимого оборудования, параметры воздуховодов и других элементов. Осуществляется обоснование интеграции в систему дополнительных узлов. Это необходимо, поскольку элементы усложняют монтаж и обслуживание системы.

Расчет параметров системы на основе кратностей

Нормы, основанные на кратности, основной приоритет отдают типу помещения. Данный параметр указывает, сколько раз обеспечивается полная смена воздуха за один час. Для получения нужного значения используются нормативные показатели, прописанные в ГОСТах, санитарно-гигиенических нормах и СНиП.

Для расчета можно использовать формулу L=N×V, в которой используется объем помещения (V) и кратность (N), полученная из соответствующего документа.

Мощность калорифера

Канальный нагреватель используется стандартный принцип работы, основанный на электрическом нагревательном элементе, однако его конструкция адаптирована для использования в вентиляционных каналах. Обеспечивается быстрый нагрев приточного потока до нужной температуры. Такая компоновка имеет ряд преимуществ, включая экономию пространства. Для расчета мощности используется формула Q = V×ρ×cp×ΔT, где:

V – расход воздуха (м³/с);

cp – удельная теплоемкость воздуха (составляет 1,005 кДж/(кг×К);

ρ – плотность воздуха (используется 1,2 кг/м³);

ΔT – разность температур до модуля и после (измеряется в градусах).

Многие производители комплектуют свою продукцию обобщенными таблицами, которые упрощают выбор устройства с нужными параметрами. Достаточно знать разницу температур и объем помещения для оперативного выбора устройства из представленного семейства. Данную операцию могут осуществить и пользователи без опыта.

Вывод

Проектирование любой приточно вытяжной вентиляции начинается с расчетов всех параметров. Это позволяет обеспечить хороший микроклимат в любом помещении, независимо от количества людей и наличия дополнительных загрязняющих факторов. Разработанный проект должен обеспечивать весь необходимый функционал и легкую модернизацию при изменении внешних условий.

Ошибки на данном этапе могут не только привести к дискомфорту, но и невозможности использовать помещение по назначению. Особенности монтажа основных элементов могут осложнить внесение конструктивных изменений. Например, для замены вентиляционных коробов придется снимать декоративный потолок.