Расчет площади воздуховодов и фасонных изделий: правила вычислений и примеры

Очередность проектирования вентиляционной системы

В первую очередь определяются расчетные показатели отдельных частей общего вентиляционного комплекса. Для ограничения участков используются тройники или технологические заслонки, потребление воздуха вдоль всех участков стабильное. Если участок имеет разветвления, то их величина потребления воздуха суммируется, а на участке устанавливают общее значение. На аксонометрическую схему наносят полученные показатели.

После этого выбирается магистральное направление вентиляционной или отопительной системы. Магистральный участок характеризуется самой высокой потребляемой величиной воздуха по сравнению со всеми выделенными участками на момент вычислений и является самым протяженным. В соответствии с нормативными документами нумерацию участков следует начинать с минимально загруженного и продолжать по нарастанию воздушных потоков.

По основной категории нормативных требований устанавливается стремительность воздушной струи для:

• центральных воздухопроводов в пределах 8 м/с;
• разветвлений в границах 5 м/с;
• решеток жалюзи в диапазоне 3 м/с.

Учитывая имеющиеся необходимые предпосылки, производится проектирование для вентиляционного комплекса. В ходе проведения вычисления можно пользоваться таблицами, где на базе математических предписаний установлены фактические затраты на абразивный износ, данные динамического давления и потребления воздуха.

Следует учитывать, что фактический расход воздуха для круглого и прямоугольного воздуховодов с одинаковым сечением отличается даже при полной эквивалентности скоростей передвижения воздушных потоков. При температуре воздуха, превышающей +20°С, необходимо использовать поправочные коэффициенты на трение и местные сопротивления.

Расчет вентиляционной системы складывается из вычислений основного магистрального трубопровода и всех отводов, подключенных к нему. Вместе с этим следует добиваться условий, которые бы способствовали постоянному возрастанию скорости движения воздуха по мере сближения со всасывающим или нагнетающим вентилятором. Если конструкция воздуховода не дает возможности подсчитать потери отводов, а их показатели выходят за пределы 10% общих потоков, то допускается использование диаграммы для сдерживания избыточного давления.

Кратность воздухообмена

Этот критерий чаще всего используется для упрощенного расчета системы вентиляции. Под термином «кратность воздухообмена» (в английской терминологии air exchange rate) понимают обмен воздушных масс, выражающихся количеством за час. Причем в зависимости от способа эксплуатации помещения учитывается либо число обменов для помещения в целом, либо кратность с учетом площади (объема). Ниже приведена таблица с нормативными данными для помещений частного дома или общественного здания. При этом подразумевается, что приток воздуха идет естественным путем, а кратность считается для вытяжной вентиляции. Расчетная температура в холодный период указывается для того, чтобы при вычислениях компенсировать излишнюю сухость воздуха за счет действия отопительных приборов.

Таблица 1. Кратность воздухообмена по площади или назначению помещений.

При использовании таблицы важно обратить внимание: кратность указывается в расчете на площадь помещения, а в нашем онлайн-калькуляторе расчет ведется для объема. При этом пользователь теряется – какое значение кратности применить в калькуляторе вентиляции, если максимальное значение не соответствует норме для жилых помещений? Здесь придется делать поправку на пересчет кратности для объема или воспользоваться ориентировочными цифрами (СНиП 2.08.01-89) из таблицы ниже

При этом пользователь теряется – какое значение кратности применить в калькуляторе вентиляции, если максимальное значение не соответствует норме для жилых помещений? Здесь придется делать поправку на пересчет кратности для объема или воспользоваться ориентировочными цифрами (СНиП 2.08.01-89) из таблицы ниже.

Таблица 2. Кратность воздухообмена для помещений общего или специального назначения.

Применяя показатель, соответствующий жилым комнатам или спальням, равный единице, получаем требуемую производительность вентиляционной системы (м.куб./час).

Основой расчета вентиляции онлайн является формула

здесь V — объем комнаты (произведение площади на высоту), м.куб.;

Kp — кратность воздухообмена согласно санитарно-гигиеническим нормам, 1/ч.

Для жилой комнаты с площадью 20 м.кв. и высотой 2,5 м требуемая мощность вентиляции составит

L = (20 х 2,5) х 1 =50 м.куб.

При использовании данных первой таблицы расчет ведется без учета высоты помещения, то есть

здесь S — площадь помещения, м.кв.;

Kp — кратность воздухообмена согласно нормам, 1/ч.

Для тех же размеров комнаты (20 м.кв.) необходимый объем воздуха в час

L = 20 х 3 = 60 м.куб.

Данный метод вычислений дает более высокие требования к системе вентиляции, поэтому предпочтительным считается предыдущий вариант вычислений. При указании в таблице объема воздуха на помещение именно эти цифры используют для дальнейшего подбора компонентов вентиляционной системы.

Особенности выбора вентилятора

В выборе вентилятора надо руководствоваться следующими требованиями:

Схема определения шумовых характеристик канальных вентиляторов.

1. У устройства должен быть минимальный удельный уровень мощности звука и узкий спектр звуковых волн, соответствующий предъявляемым условиям эксплуатации.
2. Мощность вентилятора выбирается в соответствии с суммарными потерям при движении воздуха по каналам сети.
3. Не рекомендуется применять крыльчатку с числом лопастей меньше 12. Такие конфигурации зачастую создают дополнительные тона аэродинамического шума при прохождении воздушной среды через крыльчатку. Усиление шумов определяется отдельным устройством вентилятора, отклонением воздушных масс при попадании на крыльчатку и дальнейшим взаимодействием потока с внутренней поверхностью воздуховодов.
4. В сетях, где расход регулируется, отдельно учитывают воздействие изменения аэродинамических характеристик на громкость работы вентилятора. Снижение расхода при изменении угла установки лопастей может существенно усилить создаваемый шум.
5. Дополнительно отрегулировать громкость работы агрегата позволит понижение частоты оборотов рабочего колеса в диапазоне регулирования при неизменной мощности.
6. Штуцеры вентилятора и подключаемые участки воздуховода лучше соединять через гибкие вставки, гасящие вибрации, которые передает корпус агрегата на остальные участки.

Организация вентиляции воздуха на кухне

При выборе вытяжки на кухню необходимо принять решение, как именно будут удаляться неприятные запахи и испарения – рециркуляцией воздуха или посредством отвода газов в вентиляционный канал. Как первый, так и второй вариант имеет свои преимущества и недостатки. Стоит добавить, что большинство современных устройств может работать в обоих режимах, однако при отсутствии вент канала работать они смогут только на рециркуляцию.

В вытяжках без воздуховода вентилятор всасывает и пропускает воздух через фильтры, тем самым очищая его. Потребители, которые выбирают этот класс устройств, зачастую руководствуются низкой ценой и простотой монтажа. Однако их существенными недостатками являются необходимость периодической замены фильтров и довольно низкая производительность.

3D-модель проекта вентиляционной системы

Вторым вариантом является работа устройств в режиме отвода воздуха. При этом газ также всасывается вентилятором, затем пропускается через жироулавливатель и выбрасывается в шахту вентиляции. Такой подход более эффективен, однако требует более трудоемкого монтажа и дополнительных затрат на организацию отвода. Канал должен быть герметичным, рекомендуется также установка клапана, отсекающего приток воздуха с улицы в помещение.

После подбора пластикового воздуховода для вытяжки на кухне купить его можно по выгодной цене напрямую у производителя.

Это интересно: Вытяжная вентиляция, ее характеристики, устройство, преимущества и недостатки

Нормативные требования к вентиляционным трубам

За основу для расчета необходимого размера сечения вентиляционной трубы берется расход воздуха за единицу времени. Ключевые требования к производительности и геометрическим формам системы вентиляции записаны в СНиП 41-01-2003.

Этот документ регламентирует необходимый объем поступающего воздуха на человека в зависимости от квадратуры помещения:

• для помещений площадью до 20 кв. м приток воздуха должен составлять 3 куб. м на 1 кв. м площади;
• для больших помещений, площадью более 20 кв. м, скорость поступления свежего воздуха должна составлять 30 куб. м в час, либо 0,35 от всего объема воздуха в помещении.

Для расчета основных размеров вентиляционных каналов используются показатели кратности воздухообмена. В СНиП содержатся таблицы со значениями кратности для разных типов помещений, квартир и домов.

Для металлических вентиляционных каналов прямоугольной формы установлены следующие требования:

Расчет скорости воздуха в воздуховоде по сечению: таблицы, формулы

При расчете и установке вентиляции большое внимание уделяется количеству свежего воздуха, поступающего по этим каналам. Для вычислений используются стандартные формулы, которые хорошо отражают зависимость между габаритами вытяжных устройств, скоростью движения и расходом воздуха. Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер

Некоторые нормы прописаны в СНиПах, но в большинстве своем имеют рекомендательный характер.

Общие принципы расчета

Воздуховоды могут быть изготовлены из различных материалов (пластик, металл) и иметь разные формы (круглые, прямоугольные). СНиП регулирует только габариты вытяжных устройств, но не нормирует количество притяжного воздуха, т. к. его потребление в зависимости от типа и назначения помещения может сильно различаться. Этот параметр высчитывается по специальным формулам, которые подбираются отдельно.

Нормы установлены только для социальных объектов: больниц, школ, дошкольных учреждений. Они прописаны в СНиПах для таких зданий. При этом отсутствуют четкие правила по скорости движения воздуха в воздуховоде. Есть только рекомендуемые значения и нормы для принудительной и естественной вентиляции в зависимости от ее типа и назначения, их можно посмотреть в соответствующих СНиПах. Это отражено в таблице, приведенной ниже.

Скорость движения воздуха измеряется в м/с.

Рекомендуемые скорости воздуха

Дополнить данные в таблице можно следующим образом: при естественной вентиляции скорость движения воздуха не может превышать 2 м/с независимо от ее назначения, минимальная допустимая – 0,2 м/с. В противном случае обновление газовой смеси в помещении будет недостаточным. При принудительной вытяжке максимально допустимым считается значение 8 -11 м/с для магистральных воздуховодов. Превышать данные нормы не следует, т. к. это создаст слишком большое давление и сопротивление в системе.

Формулы для расчета

Для проведения всех необходимых вычислений необходимо обладать некоторыми данными. Чтобы вычислить скорость воздуха, понадобится следующая формула:

ϑ= L / 3600*F, где

ϑ – скорость потока воздуха в трубопроводе вентиляционного устройства, измеряется в м/с;

L – расход воздушных масс (данная величина измеряется в м3/ч) на том участке вытяжной шахты, для которого производится вычисление;

F – площадь поперечного сечения трубопровода, измеряется в м2.

По данной формуле и производится расчет скорости воздуха в воздуховоде, причем его фактическое значение.

Из этой же формулы можно вывести и все остальные недостающие данные. Например, чтобы рассчитать расход воздуха, формулу необходимо преобразовать следующим образом:

L = 3600 x F x ϑ.

В некоторых случаях подобные вычисления производить сложно или не хватает времени. В этом случае можно использовать специальный калькулятор. Встречается множество подобных программ в интернете. Для инженерных бюро лучше установить специальные калькуляторы, которые обладают большей точностью (вычитают толщину стенки трубы при расчете ее площади поперечного сечения, ставят большее количество знаков в число пи, высчитывают более точный расход воздуха и т. д.).

Знать скорость движения воздуха необходимо для того, чтобы вычислить не только объем подачи газовой смеси, но и для определения динамического давления на стенки каналов, потерь на трение и сопротивление и т.д.

Несколько полезных советов и замечаний

Как можно понять из формулы (или при проведении практических расчетов на калькуляторах), скорость воздуха увеличивается при уменьшении размеров трубы. Их этого факта можно извлечь ряд преимуществ:

• не возникнет потерь или необходимости в прокладке дополнительного вентиляционного трубопровода для обеспечения необходимого расхода воздуха, если габариты помещения не позволяют провести каналы больших размеров;
• можно прокладывать трубопроводы меньших размеров, что в большинстве случаев проще и удобней;
• чем меньше диаметр канала, тем дешевле его стоимость, снизится цена и на доборные элементы (заслонки, клапаны);
• меньший размер труб расширяет возможности монтажа, их можно расположить так, как нужно, практически не подстраиваясь под внешние стесняющие факторы.

Однако при прокладке воздуховодов меньшего диаметра необходимо помнить, что при повышении скорости воздуха повышается динамическое давление на стенки труб, увеличивается и сопротивление системы, соответственно потребуется более мощный вентилятор и дополнительные расходы. Поэтому до монтажа необходимо тщательно провести все расчеты, чтобы экономия не обернулась большими затратами или даже убытками, т.к. постройку, не соответствующую нормам СНиП могут не допустить до эксплуатации.

Пример расчета вентиляции с помощью калькулятора

На этом примере мы покажем, как рассчитать приточную вентиляцию для 3-х комнатной квартиры, в которой живет семья из трех человек (двое взрослых и ребенок). Днем к ним иногда приезжают родственники, поэтому в гостиной может длительное время находиться до 5 человек. Высота потолков квартиры — 2,8 метра. Параметры помещений:

Нормы расхода для спальни и детской зададим в соответствии с рекомендациями СНиП — по 60 м³/ч на человека. Для гостиной ограничимся 30 м³/ч, поскольку большое количество людей в этой комнате бывает нечасто. По СНиП такой расход воздуха допустим для помещений с естественным проветриванием (для проветривания можно открыть окно). Если бы мы и для гостиной задали расход воздуха 60 м³/ч на человека, то требуемая производительность для этого помещения составила бы 300 м³/ч. Стоимость электроэнергии для нагрева такого количества воздуха оказалась бы очень высокой, поэтому мы пошли на компромисс между комфортом и экономичностью. Для расчета воздухообмена по кратности для всех помещений выберем комфортный двукратный воздухообмен.

Магистральный воздуховод будет прямоугольным жестким, ответвления — гибкими шумоизолированными (такое сочетание типов воздуховодов не самое распространенное, но мы выбрали его в демонстрационных целях). Для дополнительной очистки приточного воздуха будет установлен угольно-пылевой фильтр тонкой очистки класса EU5 (расчет сопротивления сети будем вести при загрязненных фильтрах). Скорости воздуха в воздуховодах и допустимый уровень шума на решетках оставим равными рекомендуемым значениям, которые заданы по умолчанию.

Расчет начнем с составления схемы воздухораспределительной сети. Эта схема позволит нам определить длину воздуховодов и количество поворотов, которые могут быть как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости (нам нужно посчитать все повороты под прямым углом). Итак, наша схема:

Сопротивление воздухораспределительной сети равно сопротивлению самого длинного участка. Этот участок можно разделить на две части: магистральный воздуховод и самое длинное ответвление. Если у вас есть два ответвления примерно одинаковой длины, то нужно определить, какое из них имеет большее сопротивление. Для этого можно принять, что сопротивление одного поворота равно сопротивлению 2,5 метров воздуховода, тогда наибольшее сопротивление будет иметь ответвление, у которого значение (2,5* кол-во поворотов + длина воздуховода) максимально. Выделять из трассы две части необходимо для того, чтобы можно было задать разный тип воздуховодов и разную скорость воздуха для магистрального участка и ответвлений.

В нашей системе на всех ответвлениях установлены балансировочные дроссель-клапаны , позволяющие настроить расходы воздуха в каждом помещении в соответствии с проектом. Их сопротивление (в открытом состоянии) уже учтено, поскольку это стандартный элемент вентиляционной системы.

Длина магистрального воздуховода (от воздухозаборной решетки до ответвления в помещение № 1) — 15 метров, на этом участке есть 4 поворота под прямым углом. Длину приточной установки и воздушного фильтра можно не учитывать (их сопротивление будет учтено отдельно), а сопротивление шумоглушителя можно принять равным сопротивлению воздуховода той же длины, то есть просто посчитать его частью магистрального воздуховода. Длина самого длинного ответвления составляет 7 метров, на нем есть 3 поворота под прямым углом (один — в месте ответвления, один — в воздуховоде и один — в адаптере). Таким образом, мы задали все необходимые исходные данные и теперь можем приступать к расчетам (скриншот). Результаты расчета сведены в таблицы:

Результаты расчета по помещениям

Пример расчета и обустройства вентиляции

За основу возьмем планировку частного дома внутренней площадью 91.5 м² и перекрытиями высотой 3 м, представленного выше на чертеже. Как рассчитать количество вытяжки / притока на здание целиком согласно методике СНиП:

1. Объем удаленного воздуха из гостиной и спальни, имеющей равную квадратуру, составит 15.75 х 3 х 1 = 47.25 м³/ч.
2. В детской комнате: 21 х 3 х 1 = 63 м³/ч.
3. Кухня: 21 х 3 х 1 + 100 = 163 м³/ч.
4. Санузел – 25 м³/ч.
5. Итого 47.25 + 47.25 + 63 + 163 + 25 = 345.5 м³/ч.

Наружная схема подачи воздуха и выброса вредных газов из комнат загородного дома Теперь проверим результаты на соответствие второму нормативному документу. Поскольку в доме проживает семья из 4 человек (2 взрослых + 2 детей), в гостиной, спальне и детской долго находятся по 2 чел. Пересчитаем воздухообмен в указанных комнатах по количеству людей: 2 х 30 = 60 м³/ч (в каждом помещении).

Объем вытяжки из детской удовлетворяет требованиям (63 куба в час), а вот значения для спальни и гостиной придется откорректировать. Двум человекам недостаточно 47.25 м³/ч, берем 60 кубов и снова пересчитываем общую величину воздухообмена: 60 + 60 + 63 + 163 + 25 = 371 м³/ч.

Не менее важно правильно распределить воздушные потоки в здании. В частных коттеджах принято устраивать системы естественной вентиляции – это значительно дешевле и проще монтажа электрических нагнетателей с воздуховодами

Добавим лишь один элемент принудительного удаления вредных газов – кухонную вытяжку.

Пример организация воздухообмена в одноэтажном дачном доме

Как правильно организовать естественное движение потоков:

1. Приток во все жилые помещения обеспечим через автоматические клапаны, встроенные в оконный профиль либо прямо в наружную стену. Ведь стандартные металлопластиковые окна герметичны.
2. В перегородке между кухней и санузлом устроим блок из трех вертикальных шахт, выходящих на кровлю.
3. Под межкомнатными дверьми предусмотрим зазоры шириной до 1 см для прохода воздуха.
4. Установим кухонную вытяжку и подключим к отдельному вертикальному каналу. Она возьмет на себя часть нагрузки – удалит 100 кубов отработанных газов за 1 час в процессе готовки пищи. Останется 371 — 100 = 271 м³/ч.
5. Две шахты выведем решетками в санузел и кухню. Размеры труб и высоту рассчитаем в последнем разделе данного руководства.
6. За счет естественной тяги, возникающей в двух каналах, воздух устремится из детской, спальни и зала в коридор, а дальше — к вытяжным решеткам.

Подробнее об организации природной вентиляции смотрите на видео:

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 = L * 2,778 / V, где

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:

Важность правильного воздухообмена

Основным назначением вентиляции является создание и поддержание благоприятного микроклимата внутри жилых и производственных помещений.

Если воздухообмен с наружной атмосферой будет слишком интенсивным, то воздух внутри здания не успеет прогреться, особенно в холодное время года. Соответственно, в помещениях будет холодно и недостаточно влажно.

И наоборот, при низкой скорости обновления воздушной массы мы получаем переувлажненную, избыточно теплую атмосферу, которая вредна для здоровья. В запущенных случаях нередко наблюдается появление на стенах грибков и плесени.

Нужен определенный баланс воздухообмена, который позволит поддерживать такие показатели влажности и температуру воздуха, которые положительно сказываются на здоровье людей. Эта важнейшая задача, которая требует решения.

Воздухообмен зависит в основном от скорости прохождения воздуха по вентиляционным каналам, сечения самих воздуховодов, количества изгибов трассы и длины участков с меньшими диаметрами воздухопроводящих труб.

Все эти нюансы учитываются при проектировании и расчетах параметров вентиляционной системы.

Эти вычисления позволяют создать надежную внутридомовую вентиляцию, которая отвечает всем нормативным показателям, утвержденным в «Строительных нормах и правилах».