Основы аэродинамического расчета воздуховодов. подбор вентиляторов

Некоторые тонкости

Вентиляционная труба в некоторых случаях выводится из каждой комнаты отдельно. Рассчитать такую систему труднее, так как необходимо учесть особенности помещений. В ряде случаев такой подход нельзя назвать практичным, поэтому на крышу выходит одна труба. Если здание большое, то монтируется два воздуховода, при этом расчёт делается для каждого аналога отдельно.

Инженеры оценивают масштабы зданий и их специфику. Если труба устанавливается в жилом частном доме, то достаточно одного воздуховода. На производственных объектах реализуются более сложные магистрали. На то, какая будет вентиляция, влияют и особенности каркаса крыши, исполнение чердачного этажа и т. д.

Причины проблем с вентиляцией

При правильных расчетах и грамотном монтаже вентилирование дома осуществляется в подходящем режиме. Это означает, что воздух в жилых помещениях будет свежий, с нормальной влажностью и без неприятных запахов.

Если же наблюдается обратная картина, например, постоянная духота, плесневый грибок в ванной комнате или другие негативные явления, то нужно проверить состояние вентиляционной системы.

Немало проблем доставляет отсутствие характерных для окон и дверей тончайших зазоров, спровоцированное установкой герметичных пластиковых конструкций. В таком случае в дом поступает слишком мало свежего воздуха, нужно позаботиться о его притоке.

Засоры и разгерметизация воздуховодов могут стать причиной серьезных проблем с удалением отработанного воздуха, который насыщен неприятными запахами, а также избыточными водяными парами.

В результате в служебных помещениях могут появиться колонии грибка, что плохо отражается на здоровье людей и может спровоцировать ряд серьезных заболеваний.

Запотевшие окна, плесень и грибок в ванной комнате, духота – все это явные признаки того, что жилые помещения вентилируются неправильно

Но бывает и так, что элементы вентиляционной системы работают прекрасно, однако описанные выше проблемы остаются нерешенными. Возможно, расчеты вентиляционной системы для конкретного дома или квартиры были проведены неправильно.

Негативно может отразиться на вентилировании помещений их переделка, перепланировка, появление пристроек, установка уже упомянутых ранее пластиковых окон и т.п. При таких существенных изменениях не помещает повторно произвести расчеты и модернизировать имеющуюся вентиляционную систему в соответствии с новыми данными.

Один из простых способов обнаружить проблемы с вентилированием – проверка наличия тяги. К решетке вытяжного отверстия нужно поднести зажженную спичку или лист тонкой бумаги. Не стоит использовать для такой проверки открытый огонь, если в помещении используется газовое нагревательное оборудование.

Слишком герметичные внутренние двери могут препятствовать нормальной циркуляции воздуха по дому, рещить проблему помогут специальные решетки или отверстия

Если пламя или бумага уверенно отклоняется в сторону вытяжки, тяга имеется, если же этого не происходит или отклонение слабое, нерегулярное, проблема с отведением отработанного воздуха становится очевидной. Причиной могут быть засоры или повреждение воздуховода в результате неумелого ремонта.

Не всегда есть возможность устранить поломку, решением проблемы часто становится монтаж дополнительных средств вытяжного вентилирования. Перед их установкой также не помешает провести необходимые расчеты.

Определить наличие или отсутствие нормальной тяги в вытяжной вентиляционной системе дома можно с помощью пламени или листа тонкой бумаги

Расчет системы вентиляции

Нормативный объем приточного воздуха

Обычно в жилых зданиях используются системы естественной вентиляции. В этом случае наружный воздух поступает внутрь помещений через фрамуги, форточки и специальные клапаны, а его удаление происходит с помощью вентиляционных каналов. Они могут быть приставными или располагаться во внутренних стенах. Возведение вентиляционных каналов во внешних ограждающих конструкциях не допускается из-за возможного образования конденсата на поверхности и последующего повреждения сооружений. Кроме того, охлаждение может снижать скорость воздухообмена.

Обеспечение естественного притока воздуха с помощью проветривания

Определение параметров вентиляционных труб для жилых зданий осуществляется на основании требований, регламентируемых СНиП, и другими нормативными документами. Кроме того, важен и показатель кратности обмена, который отражает эффективность функционирования вентиляционной системы. Согласно ему объем притока воздуха в помещение зависит от его назначения и составляет:

• Для жилых зданий —3 м3/час на 1 м2 площади, независимо от числа людей, пребывающих на территории. По санитарным нормам для временно находящихся достаточно 20 м3/час, а для постоянных жителей — 60 м3/ час.
• Для подсобных сооружений (гараж и т.п.) —не менее 180 м3/час.

Чтобы рассчитать диаметр труб для вентиляции, в качестве основы берут систему с естественным притоком воздуха, без установки специальных устройств. Самый простой вариант — воспользоваться соотношением площади помещения и сечения вентиляционного отверстия.

В жилых зданиях на 1 м2 необходимо 5,4 м2 сечения воздуховода, а в подсобных — около 17,6 м2. Однако менее 15 м2 его диаметр быть не может, иначе не обеспечивается циркуляция воздуха. Более точные данные получаются при помощи сложных расчетов.

Алгоритм определения диаметра вентиляционной трубы

На основании таблицы, приведенной в СНиП, производится определение параметров вентиляционной трубы на основании кратности воздухообмена. Она представляет собой величину, которая показывает, сколько раз в течение часа происходит замена воздуха в помещении, и зависит от его объема. Прежде чем определить диаметр трубы для вентиляции, выполняют следующее:

1. Вычисляют объем каждого помещения, путем перемножения трех его размеров.
2. Определяют необходимый объем воздуха согласно формуле (отдельно для каждого помещения)
3. Обычно для большинства комнат нормируется или вытяжка, или приток. В некоторых помещениях нужно обеспечить и поступление воздуха, и его своевременное удаление.
4. Все значения L нужно округлить в сторону увеличения таким образом, чтобы получить цифру, кратную 5.
5. Для тех помещений, где необходим только приток или вытяжка, расчетный объем воздуха суммируют отдельно.
6. Составляют баланс, в котором суммарные объема притока и вытяжки должны совпадать.
7. Определив необходимый объем воздуха для всего жилья, по диаграмме находят диаметр трубы для вытяжки. При этом необходимо учитывать, что скорость в центральном воздуховоде не должна превышать 5 м/с, а в его ответвлениях — 3 м/с.

Диаграмма для определения диаметра вентиляционной трубы

Исходные данные для вычислений

Когда известна схема вентиляционной системы, размеры всех воздухопроводов подобраны и определено дополнительное оборудование, схему изображают во фронтальной изометрической проекции, то есть аксонометрии. Если ее выполнить в соответствии с действующими стандартами, то на чертежах (или эскизах) будет видна вся информация, необходимая для расчета.

1. С помощью поэтажных планировок можно определить длины горизонтальных участков воздухопроводов. Если же на аксонометрической схеме проставлены отметки высот, на которых проходят каналы, то протяженность горизонтальных участков тоже станет известна. В противном случае потребуются разрезы здания с проложенными трассами воздухопроводов. И в крайнем случае, когда информации недостаточно, эти длины придется определять с помощью замеров по месту прокладки.
2. На схеме должно быть изображено с помощью условных обозначений все дополнительное оборудование, установленное в каналах. Это могут быть диафрагмы, заслонки с электроприводом, противопожарные клапаны, а также устройства для раздачи или вытяжки воздуха (решетки, панели, зонты, диффузоры). Каждая единица этого оборудования создает сопротивление на пути воздушного потока, которое необходимо учитывать при расчете.
3. В соответствии с нормативами на схеме возле условных изображений воздуховодов должны быть проставлены расходы воздуха и размеры каналов. Это определяющие параметры для вычислений.
4. Все фасонные и разветвляющие элементы тоже должны быть отражены на схеме.

Если такой схемы на бумаге или в электронном виде не существует, то придется ее начертить хотя бы в черновом варианте, при вычислениях без нее не обойтись.

Форма сечения вентиляционных труб и нюансы совмещения

В настоящее время фирмы — производители выпускают вентиляционные короба в двух видах поперечного сечения: круглые трубы и прямоугольные плоские каналы. Оба вида с успехом применяются для организации вытяжки кухонь, санузлов и жилых помещений. Не существует каких-то особых критериев выбора той или иной формы канала, все зависит от личных пожеланий и вкусов, хотя многие утверждают об особом удобстве монтажа плоских коробов.

Круглые пластиковые трубы

Самой распространенной и, самое главное, привычной формой поперечного сечения каналов систем вентиляции считаются круглые пластиковые трубы. Высокая пропускная способность обусловлена отсутствием соединительных швов, что положительно влияет на скорость потока воздушного потока, обеспечивая быструю вытяжку загрязненного воздуха из помещений. Кроме того, монтировать круглые трубы довольно просто, с этой работой справится каждый домашний мастер.

В случае необходимости изменить прямую линии вентиляции и повернуть ее нужном направлении, используется пластиковые отводы для вентиляции или гибкая вставка – гофра пластиковая для вентиляции, которая легко подсоединяется к конструкции трубы с помощью специальных крепежей – хомутов.

Трудно не согласиться с тем, что внешний вид вытяжной вентиляционной трубы не украшают интерьер квартиры. Поэтому их стараются спрятать за кухонными полками и шкафчиками. Круглые трубы сложно «замаскировать». Именно в этом заключается их недостаток.

Пластиковый короб прямоугольной формы

Прямоугольные короба, в отличие от круглых труб, собираются в любую конфигурацию. Если нужно развернуть вытяжную или подающую магистраль под углом в 90 градусов, можно воспользоваться отводами или пластиковыми переходниками для вентиляции. Плоские вентиляционные каналы кухонной вытяжки можно установить сверху навесных шкафчиков, сделав вытяжную магистраль практически незаметной.

По сравнению с круглыми каналами, стоимость прямоугольных пластиковых коробов дороже почти на треть и они обладают меньшей пропускной способностью, что несколько снижает производительность системы. Для небольших кухонь, оборудованных стандартными бытовыми вытяжками, такой линии хватает, но для купольных устройств большой мощности, плоские каналы не могут обеспечить пропуск необходимого объема воздуха.

Другая проблема пластиковых прямоугольных венткоробов связана с качеством вентиляции. При прохождении воздушного потока через систему, составленную из нескольких плоских элементов, увеличивается коэффициент аэродинамического сопротивления местах соединения составных элементов, скорость потока существенно падает.

Сравнительные таблицы расхода воздуха круглых и прямоугольных воздуховодов

Расчет воздуховодов

Расчет воздуховодов вентиляции является одним из важнейших этапов проектирования системы подачи воздуха. Перед тем как приступить к непосредственному подбору площади сечения проводов, необходимо определить производительность вентиляции по воздуху.

Воздуховоды из пластика — это качественный и надёжный товар с длительным эксплуатационным сроком

Расчет производительности по воздуху системы вентиляции

Для начала необходим план объекта, на котором указаны площади и назначение всех комнат. Подача воздуха предусматривается только в те помещения, в которых люди находятся длительное время (гостиная, спальня, кабинет). Не подается воздух в коридоры, поскольку попадает туда из жилых комнат, а далее – в кухни и санузлы. Оттуда воздушный поток выводится через вытяжную вентиляцию. Такая схема предотвращает распространение неприятных запахов по дому или квартире.

Количество подаваемого воздуха для каждого типа жилого помещения рассчитывается с использованием МГСН 3.01.01. и СНиП 41-01-2003. Стандартным объемом на 1 человека в каждой комнате является 60 м?/ч. Для спальни эта цифра может быть уменьшена в 2 раза до 30 м?/ч

Также стоит отметить, что при расчете принимают во внимание только люди, длительно находящихся в помещении

Следующим этапом является расчет воздухообмена по кратности. Кратность показывает, сколько раз в час происходит полное обновление воздуха в помещении. Минимальным значением является единица. Это значение предотвращает застой атмосферы в комнатах.

Перед монтажом труб системы вентиляции производятся необходимые замеры и составляется технический проект

Исходя из вышесказанного, для определения расхода воздуха требуется вычислить два параметра воздухообмена: по кратности и по количеству людей, из которых выбирается большее значение.

Расчет по количеству людей:

L = N х Lnorm, где

L – мощность приточной вентиляции, м?/ч;

N – число людей;

Lnorm – нормированное значение расхода воздуха на человека (типовое – 60 м?/ч, в состоянии сна – 30 м?/ч).

Расчет по кратности воздухообмена:

L = b х S х H, где

L – мощность приточной вентиляции, м?/ч;

b – кратность воздуха (жилые помещения – от 1 до 2, офисы – от 2 до 3);

S – площадь помещения, м?;

H – вертикальные размеры помещения (высота), м?.

После расчета воздухообмена для каждого помещения полученные значения суммируются для каждого метода. Большее и будет требуемой производительностью вентиляции. Например, типичными значениями являются:

• комнаты и квартиры – 100-500 м?/ч;
• коттеджи – 500-2000 м?/ч;
• офисы – 1000-10000 м?/ч

Шланги для системы вентиляции имеют лёгкий вес и высокие параметры гибкости

Методика расчета сечения воздуховодов

Для расчета площади воздуховодов необходимо знать объем воздуха, который должен по ним протекать за промежуток времени (согласно предыдущему этапу расчета) и максимальную скорость потока. Расчетные значения сечения снижаются с увеличением скорости прохождения воздуха, однако при этом возрастает уровень шума. На практике, для коттеджей и квартир значение скорости выбирается в пределах 3-4 м/c.

Стоит отметить, что использовать низкоскоростные проводы с большими размерами не всегда представляется возможным ввиду сложности размещения в запотолочном пространстве. Уменьшить высоту конструкции можно используя прямоугольные воздуховоды, имеющие при аналогичной площади сечения меньшие габариты, по сравнению с круглой формой. Однако монтировать круглые гибкие каналы быстрее и легче.

Компьютерное моделирование внутренних инженерных сетей вентиляции

Расчет площади воздуховода производится по формуле:

Sc = L х 2,778 / V, где

Sc – расчетный размер сечения провода, см?;

L – расход воздуха, м?/ч;

V – скорость воздуха в проводе, м/с;

2,778 – константа для пересчета различных размерностей.

Расчет фактической поперечной площади воздуховода круглого сечения производится по формуле:

Расчет фактической площади пластиковых воздуховодов прямоугольного сечения производится по формуле:

S = A х B / 100, где

S – площадь воздуховода фактическая, см?;

A и B – поперечные размеры воздуховода прямоугольного сечения, мм.

От того, насколько верно будет рассчитана система вентиляции, зависит качество оттока загрязнённого воздуха

Расчеты начинают с магистрального канала и проводят для каждой ветки. Скорость воздуха в главном канале может быть увеличена до 6-8 м/c. Следует добавить, что в бытовых вентиляционных системах, как правило, применяют круглые каналы диаметром 100-250 мм или с аналогичной площадью сечения прямоугольные. Очень удобно использовать для выбора пластиковых воздуховодов для вентиляции каталоги Вентс.

Варианты монтажа воздуховодов

Перед монтажом систем вентиляции следует тщательно изучить объёмно-планировочное решение помещений, а так же теплотехнические параметры конструкций ограждения. Затем оцениваются условия эксплуатации: наличие вредных веществ и агрессивных сред, высоких температур или открытого пламени.

Сам монтаж проводится с учётом вышеперечисленных факторов, а также требований по уровню шума в помещениях. Так, если трубы для вентиляции имеют много поворотов или переходов на различные диаметры, то система вентиляции будет производить слишком «шумной», потому рекомендуется сократить их число.

С другой стороны объёмно-планировочные решения помещений могут не позволить уменьшить количество поворотов и т.п

Именно поэтому важно знать, какой уровень шума допустим в каждом конкретном случае. Так же в решении проблемы может помочь тщательный подбор разветвителей, проводимый с учётом исходного материала труб

Крепятся трубы для вентиляции обычно при помощи:

• хомутов;
• шпилек;
• R-, Z- и V-образных кронштейнов;
• перфолент;
• анкеров;
• струбцин.

Для того чтобы системы кондиционирования работали без сбоев и обеспечивали заданную производительность, при их проектировании выполняется расчет воздуховодов вентиляции, включающий определение пропускной способности и выбор поперечного сечения.Устройства для транспортировки воздуха – воздуховоды — нашли самое широкое распространение в бытовых и промышленных системах вентиляции и кондиционирования, а также применяются для подачи воздуха в различном технологическом оборудовании в металлургии, химической и перерабатывающей промышленности.

Сегодня в бытовых и промышленных системах кондиционирования , независимо от их типа (вытяжная или приточная, принудительная или естественная) предусмотрено обустройство одного канала (вытяжного), а приток воздуха предполагается через окна и двери, а также через щели и зазоры, имеющиеся в стенах и полу строительного сооружения.

При создании комбинированной приточно-вытяжной системы требуется проектирование и расчет воздуховода вентиляции в приточном канале.

Помимо определения поперечного сечения, при котором будет обеспечен нужный воздухообмен (производительность), расчет воздуховодов вентиляции проводят на потери напора и жесткость. Последнее вызвано использованием в современных комплексах технологического оборудования для кондиционирования пластиковых и гибких воздуховодов для вентиляции, которые имеют пониженную прочность и жесткость по сравнению с традиционными металлическими конструкциями.

Вычисление аэрации

Аэрация промышленных комнат летом гарантирует поступление воздушных потоков сквозь просветы снизу ворот и входных дверей. В прохладные месяца поступление в нужных размерах совершается под средством верхних просветов, от 4 м и больше над уровнем пола. Вентиляция на протяжении целого года выполнялась при помощи шахт, дефлекторов и форточек.

Зимой фрамуги открывают только в участках над генераторами усиленных тепловых выделений. Во время генерации в комнатах здания лишней очевидной теплоты, то температурный режим воздуха в нем постоянно больше, чем температурный режим вне здания, и, в соответствии, плотность менее.

Данное явление и приводит к присутствию разницы давлений атмосферы вне и внутри комнат. В плоскости на конкретной высоте комнаты, которую именуют как плоскость одинаковых давлений, данная разница отсутствует, то есть, приравнивается к нулю.

Выше данной плоскости имеется некое излишнее напряжение, что приводит к удалению горячей атмосферы наружу, а внизу от данной плоскости, — разрежение, обусловливающее приток свежего воздуха. Давление, вынуждающее передвигаться воздушные массы в процессе природной вентиляции, можно установить исходя их вычислений:

Расчет воздуховодов

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 — 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:

Типы воздуховодов

Воздуховоды — это элементы системы, отвечающие за перенос отработанного и свежего воздуха. В состав входят основные трубы переменного сечения, отводы и полуотводы, а также разнообразные переходники. Различаются по материалу и форме сечения.

От типа воздуховода зависит область применения и специфика движения воздуха. Существует следующая классификация по материалу:

1. Стальные — жёсткие воздуховоды с толстыми стенками.
2. Алюминиевые — гибкие, с тонкими стенками.
3. Пластиковые.
4. Матерчатые.

По форме сечения подразделяются на круглые разного диаметра, квадратные и прямоугольные.

Правильный выбор вентиляционных труб

Перед проектированием вентиляционной системы нужно принимать во внимание все показатели скорости, шума и вибрации. Необходимо делать расчеты с учетом площади помещения, чтобы обеспечить качественный воздухообмен. Большую роль в выборе также играет материал изготовления

Большую роль в выборе также играет материал изготовления.

Наиболее универсальными считаются воздуховоды их оцинкованной стали. Они могут эксплуатироваться при высоких показателях температуры и давления. Их можно использовать для любых климатических зон.

В промышленности чаще всего используются воздуховоды из черной стали. Они жаро- и огнестойкие, но подвержены сильной коррозии.

Высокой степенью гибкости, прочности и эластичности обладает алюминиевый гофрированный воздуховод. Материал устойчив к высоким температурам. Но у такого воздуховода есть недостаток. Из-за высокого аэродинамического сопротивления возникает сильный шум во время работы.

Высокой прочностью, длительным сроком эксплуатации и легкостью монтажа отличаются пластиковые воздуховоды. Они популярны за счет низкой стоимости и небольшого веса. Минусом является низкая стойкость к высоким температурам.