Расчет скорости воздуха в воздуховоде по сечению: таблицы, формулы

Каналы магистральные и ответвления

Следом наступает очередь главного магистрального воздуховода. Часто он имеет большую протяженность и проходит транзитом через несколько помещений, прежде чем начнет разветвляться. Рекомендуемая максимальная скорость 8 м/с в таких каналах может не соблюдаться, поскольку условия прокладки (особенно через перекрытия) могут существенно ограничивать пространство для его монтажа.

Например, при расходе 35 000 м³/ч, что не редкость на предприятиях, и скорости 8 м/с диаметр трубы составит 1,25 м, а если ее увеличить до 13 м/с, то размер станет уже 1000 мм. Такое увеличение технически осуществимо, так как современные воздуховоды из оцинкованной стали, изготовленные спирально-навивным методом, имеют высокую жесткость и плотность.

Это исключает их вибрацию на высоких скоростях. Уровень шума от такой работы достаточно низок, а на фоне звука от работающего оборудования может быть практически не слышен. В Таблице 2 представлены некоторые популярные диаметры магистральных воздухопроводов и их пропускная способность при разной скорости движения воздушных масс.

Таблица 2

Боковые ответвления воздухопроводов разводят подачу или вытяжку воздушной смеси по отдельным помещениям. Как правило, на каждом из них устанавливается диафрагма либо дроссель – клапан для регулировки количества воздуха. Эти элементы обладают немалым местным сопротивлением, поэтому сохранять высокую скорость нецелесообразно.

Таблица 3

Недалеко от места присоединения к магистрали в канале устраивают лючок, он нужен для замера скорости потока после монтажа и регулировки всей вентиляционной системы.

Подбираем высоту труб

Следующий шаг – определение силы тяги, возникающей внутри вытяжного блока при заданном перепаде высот. Параметр зовется располагаемым гравитационным давлением и выражается в Паскалях (Па). Расчетная формула:

• p – гравитационное давление в канале, Па;
• Н – перепад высот между выходом вентиляционной решетки и срезом вентканала над крышей, м;
• ρвозд – плотность воздуха помещения, принимаем 1.2 кг/м³ при домашней температуре 20 °С.

Методика расчета основана на подборе требуемой высоты. Вначале определитесь, на сколько вы готовы поднять трубы вытяжки над кровлей без ущерба внешнему виду здания, затем подставьте значение высоты в формулу.

Пример. Берем перепад высот 4 м и получаем давление тяги p = 9.81 х 4 (1.27 — 1.2) = 2.75 Па.

Теперь грядет сложнейший этап – аэродинамический расчет отводных каналов. Задача – выяснить сопротивление воздуховода потоку газов и сопоставить результат с располагаемым напором (2.75 Па). Если потеря давления окажется больше, трубу придется наращивать либо увеличивать проходной диаметр.

https://www.youtube.com/watch?v=mkr3IF2apKE

Аэродинамическое сопротивление воздуховода вычисляется по формуле:

• Δp – общие потери давления в шахте;
• R – удельное сопротивление трению проходящего потока, Па/м;
• Н – высота канала, м;
• ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
• Pv – давление динамическое, Па.

Покажем на примере, как считается величина сопротивления:

1. Находим значение динамического давления по формуле Pv = 1.2 х 1² / 2 = 0.6 Па.
2.  Сопротивление от трения R находим по таблице, ориентируясь на показатели динамического напора 0.6 Па, скорости потока 1 м/с и диаметра воздухопровода 225 мм. R = 0.078 Па/м (обозначено зеленым кружочком).
3. Местные сопротивления вытяжной шахты – это жалюзийная решетка, отвод кверху 90° и зонт на конце трубы. Коэффициенты ξ этих деталей – величины постоянные, равные 1.2, 0.4 и 1.3 соответственно. Сумма ξ = 1.2 0.4 1.3 = 2.9.
4. Окончательное вычисление: Δp = 0.078 Па/м х 4 м 2.9 х 0.6 Па = 2.05 Па.

Сравним расчетный напор, образующийся в воздухопроводе, и полученное сопротивление. Сила тяги p = 2.75 Па больше, чем потери давления (сопротивление) Δp = 2.05 Па, шахта высотой 4 метра слишком высока, строить такую бессмысленно.

Теперь укоротим вентканал до 3 м, снова произведем перерасчет:

1. Располагаемое давление p = 9.81 х 3 (1.27 — 1.2) = 2.06 Па.
2. Удельное сопротивление R и местные коэффициенты ξ остаются прежними.
3. Δp = 0.078 Па/м х 3 м 2.9 х 0.6 Па = 1.97 Па.

Напор природной тяги 2.06 Па превышает сопротивление системы Δp = 1.97 Па, значит, шахта трехметровой высоты станет исправно работать на естественную вытяжку и обеспечит нужный расход удаляемых газов.

Важное замечание. Разница между силой тяги и сопротивлением воздуховода составила всего 2.06 — 1.97 = 0.09 Па. Чтобы вытяжка устойчиво работала в любую погоду, высоту трубы в нашем примере лучше принять с запасом – 3.5 м.

Канал вентиляции Ø225 мм можно разделить на 2 меньших трубы, но не по диаметру, а по сечению. Получаем 2 круглых вентканала 150—160 мм, как сделано на фото. Высота обеих шахт остается неизменной — 3.5 м.

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.

Примечание. Воздушный обмен в прихожей и коридоре не нормируется.

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.

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.

Обратите внимание: свежие потоки, изображенные на планировке, направляются из комнат с чистой воздушной средой в более загрязненные зоны, затем выбрасываются наружу через шахты.

Расчет естественной вентиляции: определение скорости воздуха, пример расчёта циркуляции

Вентиляция

26.09.2022

2.6 тыс.

1.7 тыс.

7 мин.

В любом помещении, независимо от его назначения, должна быть обеспечена вентиляция. От качества её организации зависит самочувствие, работоспособность людей и уровень комфорта их жизни. Правильный расчёт естественной вентиляции способствует тому, что воздух всегда остаётся свежим и соответствует утверждённым гигиеническим нормам.

В соответствии со строительными и гигиеническими требованиями, в каждом жилом и производственном объекте должна быть система вентиляции.

Её основная функция состоит в поддержании воздушного баланса и создании микроклимата, благоприятного для работы и отдыха человека. То есть в атмосфере не должно содержаться лишней влаги, тепла и загрязнений.

Всё это приведёт к тому, что люди, находящиеся в помещении, будут испытывать проблемы с дыханием, у них снизятся защитные функции организма. Чтобы этого не произошло, нужно следовать таким рекомендациям:

• Состав воздуха должен отвечать гигиеническим нормам.
• В местах с неправильным воздухообменом должно быть установлено оборудование, увеличивающее и регулирующее скорость движения воздушных потоков.
• Имеющиеся системы вентиляции должны соответствовать функциональным особенностям помещения.

Как сделать вентиляцию в частном доме ? Подбор и расчет. Вытяжка в доме. Воздуховод для вентиляции

Проходящие по каналам потоки создают определённое давление и шум, возрастающий по мере увеличения числа изгибов в воздуховоде. По санитарным нормам уровень шума определяется временем суток и назначением помещения:

• в больничных и санаторных палатах — 35−50 дБА;
• в учебных кабинетах и классах — 40−55 дБА;
• в жилых квартирах и комнатах — 40−55 дБА;
• на территориях рядом с больницами и санаториями — 35−60 дБА;
• на территориях, прилегающих к жилым зданиям, — 45−70 дБА;
• вблизи школ — 55−70 дБА.

Максимальные значения, указанные в таблице, относятся к периоду с 23 до 7 часов.

В помещениях, оснащённых вентиляторами, всегда присутствует вибрация. Её максимальный порог зависит от размеров воздуховода, материала их изготовления, качества прокладок в них и скорости воздушных потоков.

Вентиляция бывает естественной и принудительной. Естественная осуществляется без участия каких-либо приборов только за счёт перепадов давления. Её эффективность зависит от разницы температур внутри и снаружи помещения. По принципу действия такая вентиляция бывает канальной и бесканальной.

Примером бесканального воздухообмена является проветривание комнат, когда свежие воздушные потоки попадают через открытые фрамуги, форточки, двери, а выводятся через вытяжные решётки, монтированные в санузлах и на кухнях. Канальная циркуляция реализуется путём установки в стенах специальных воздуховодов и бывает гравитационной и ярусной.

Вытяжка и вентиляция — лучшее совмещение.

Для её реализации используется различное оборудование. С помощью громоздкой установки с множеством труб, монтированной на чердаке или в подсобном помещении, можно обеспечить хороший воздухообмен во всей квартире, но для этого придётся потратить много сил и средств.

Гораздо легче организовать компактную принудительную вентиляцию. Для неё потребуются вытяжные вентиляторы, установленные в ванной и на кухне, либо более сложно устроенный кондиционер. Особой эффективностью отличаются модели кондиционеров с НЕРА фильтром, адсорбирующим самые мелкие загрязнения, включая пыльцу, микроскопические частицы сажи и автомобильных выхлопов.

Принудительная и естественная циркуляция обеспечивает регулярную смену воздушных масс. Число таких смен — важный показатель, характеризующий скорость движения воздуха в вентиляционных каналах и называемый кратностью. Кратность измеряется в метрах кубических за один час и рассчитывается по формуле N=V/W, в которой:

• W — объём помещения.
• V — объём чистого воздуха, заполняющего это помещение за 1 час.

Для удобства показатели кратности воздуха занесены в специальные таблицы, согласно которым в помещениях определённого типа (комнатах, ванных, кухнях, кладовках, гаражах и т. д. ) воздушные потоки должны обновляться с определённой скоростью.

Расчет падения давления в воздуховодах

Аэрацией называют управляемую естественную очистку воздуха, организованную с помощью открытых окон в наружных ограждениях зданий и вентиляционно-световых фонарей. За один час аэрация обеспечивает до 1 млн м3 свежих воздушных масс, поэтому широко используется в помещениях, характеризующихся большими тепловыделениями.

Для достижения максимальной эффективности такого воздухообмена в зданиях устанавливаются фрамуги с нижним, верхним или средним подвесом. Чтобы их легче было открывать, их оснащают приспособлениями с ручным либо механическим приводом.

Проёмы аэрационных фонарей защищаются от ветра глухими стенками или щитами, монтированными на кровле здания. Такая конструкция исключает обратное перемещение загрязнённых воздушных потоков из верхней зоны в рабочую.

Подача воздуха путём аэрации в тёплое время года должна происходить в направлении сверху вниз на расстоянии не больше 1,8 м от пола. В холодный период направление необходимо изменить на обратное, а расстояние увеличить до 4 м.

Главное условие хорошей аэрации в большом здании заключается в определении оптимального размера открывающихся фрамуг при наиболее неблагоприятных условиях и скорости ветра, равной нулю. В процессе расчётов определяется необходимый воздухообмен, скорость воздуха внутри вентиляционных каналов, а также площадь вытяжных и приточных проёмов. Для вычислений потребуется знать:

• температуру наружного воздуха;
• температуру в здании и в рабочей зоне;
• средний температурный режим в здании;
• степень нагрева удаляемых потоков;
• высоту расположения центров приточных и вытяжных аэрационных проёмов от пола;
• количество избыточной теплоты, выделяющейся в помещении;
• градиент температуры (изменение температуры по высоте помещения);
• коэффициенты местных сопротивлений приточных и вытяжных фрамуг;
• плотность воздуха.

При расчётах необходимо ориентироваться на воздушное и тепловое давление. Их показатели должны быть равны.

Зная кратность воздушных масс, нетрудно рассчитать скорость воздуха в воздуховоде при естественной вентиляции. Сначала потребуется узнать площадь сечения воздуховодов. Для этого квадрат радиуса сечения воздуховода нужно умножить на число «пи».

Воздуховоды должны иметь определённый размер и форму. Определив сечение воздушного канала, можно рассчитать, воздуховод какого диаметра потребуется для конкретного помещения. В этом поможет выражение D = 1000*√(4*S/π). В нём:

• D — диаметр сечения воздуховода.
• S — площадь сечения воздушных каналов.
• π — математическая константа, равная 3,14.

Если планируется использование воздушных каналов прямоугольной формы, то нужно рассчитывать не диаметр, а площадь. Она определяется умножением длины на ширину. Отношение ширины к длине должно выражаться пропорцией 1:3.

В соответствии со стандартами, минимальный размер прямоугольного канала составляет 100 мм х 150 мм, максимальный — 2000 мм х 2000 мм. Такие конструкции имеют более эргономичную форму, их проще установить плотно к стене и замаскировать трубы на потолке или над кухонными антресолями.

Вентиляция в доме. Турбодефлектор или дефлектор ЦАГИ ? Сравнение. Воздуховоды для вентиляции крыши

Используя формулу V = L/3600*S и такие параметры, как расход воздуха (L) и площадь каналов, можно провести расчёт естественной вентиляции. Пример расчёта будет таким:

• D = 400 мм.
• W = 20 м³.
• N = 6 м3/ч.
• L = 120 м³.

Путём арифметических действий определяется, что S = 0,1256 м². Скорость потока рассчитывается так V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 м/с.

Установлено, что этот показатель не должен превышать 0,3 м/с. Исключение делается только на период временных ремонтных работ либо установки строительной техники. В это время нормативы могут повышаться максимум на 30%.

Если в помещении функционируют две вентиляционные системы, то скорость каждой из них рассчитывают таким образом, чтобы её было достаточно для обеспечения чистым воздухом половины площади.

В случае возникновения непредвиденных ситуаций (например, по требованию пожарной безопасности) приходится резко менять скорость воздуха или останавливать работу вентиляционной системы. Для этого в каналах и на переходных участках устанавливают специальные клапаны и отсекатели.

Правильно смонтированная вентиляция естественного типа имеет определённую конструкцию. Воздуховоды должны быть изготовлены из качественной стали определённой толщины, приточный клапан, через который воздух поступает внутрь при закрытых окнах, может крепиться на оконной створке или стене.

Отверстия клапанов и воздуховодов закрываются специальными решётками, предотвращающими попадание внутрь мусора и насекомых. Изготавливаются они из металла и пластика, имеют разные размеры и формы. В качестве аналогов таких решёток иногда используются анемостаты.

В многоэтажных домах обязательно наличие вентиляционной шахты. Её роль выполняет высокая вытяжная труба с большим диаметром, проходящая от первого до последнего этажа и выходящая через крышу. Во всех квартирах имеются отверстия, выходящие в эту шахту.

В дверях жилых домов или в промежутке под дверью часто крепятся переточные клапаны. Они обеспечивают движение воздушных потоков от точки притока до вытяжки, когда двери закрыты.

Приточная вентиляция в квартире. Монтаж воздуховодов и заслонок. Часть 1. Теория!

Санитарные требования нормативных документов

Минимальное количество воздуха, подаваемое и удаляемое из комнат коттеджа вентиляционной системой, регламентируется двумя основными документами:

1. «Здания жилые многоквартирные» — СНиП 31-01-2003, пункт 9.
2. «Отопление, вентиляция и кондиционирование» — СП 60.13330.2022, 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.

Справка. 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 топочной с твердотопливным котлом и кухни с газовой плитой требуется кратность 1 плюс 100 м³/ч в период работы оборудования;
• котельная с теплогенератором, 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.

В п. 9 документа подразумевается, что объем вытяжки равен величине притока. Требования СП 60.13330.2022 несколько проще и зависят от числа людей, находящихся в помещении 2 часа и более:

1. Если на 1 проживающего приходится 20 м² и более площади квартиры, в комнаты обеспечивается свежий приток в объеме 30 м³/ч на 1 чел.
2. Объем приточного воздуха считается по площади, когда на 1 жильца приходится меньше 20 квадратов. Соотношение такое: на 1 м² жилища подается 3 м³ притока.
3. 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.

Уровень шума в помещении

В зависимости от конкретного использования помещений санитарные нормы устанавливают следующие показатели максимального звукового давления.

Таблица 1. Максимальные значения уровня шума.

Превышение параметров допускается только в кратковременном режиме во время пуска/остановки вентиляционной системы или дополнительного оборудования. Уровень вибрации в помещении Во время работы вентиляторов продуцируется вибрация. Показатели вибрации зависят от материала изготовления воздуховодов, способов и качества виброгасящих прокладок и скорости движения воздушного потока по воздуховодам. Общие показатели вибрации не могут превышать установленные государственными организациями предельные значения.

Таблица 2. Максимальные показатели допустимой вибрации.

При расчетах подбирается оптимальная скорость воздуха, не усиливающая вибрационные процессы и связанные с ними звуковые колебания. Система вентиляции должна поддерживать в помещениях определенный микроклимат.

Значения по скорости движения потока, влажности и температуре содержатся в таблице.

Таблица 3. Параметры микроклимата.

Еще один показатель, принимаемый во внимание во время расчета скорости потока – кратность обмена воздуха в системах вентиляции. С учетом их использования санитарные нормы устанавливают следующие требования по воздухообмену.

Таблица 4. Кратность воздухообмена в различных помещениях.

Алгоритм расчетов Скорость воздуха в воздуховоде определяется с учетом всех вышеперечисленных условий, технические данные указываются заказчиком в задании на проектирование и монтаж вентиляционных систем. Главный критерий при расчетах скорости потока – кратность обмена.

Таблица 5. Расход воздуха в зависимости от скорости потока и диаметра воздуховода.